基于北斗的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)(共47頁(yè))

1、 第1章 緒論(xln)1.1 選題(xun t)背景港口(gngku)航標(biāo)是幫助引導(dǎo)船舶航行、定位及標(biāo)示港區(qū)內(nèi)礙航物的主要港口設(shè)施。航標(biāo)能否正常運(yùn)行，關(guān)系著船舶的安全航行乃至船員的人身安全。隨著海上運(yùn)輸?shù)娜找娣睒s以及導(dǎo)航、無(wú)線電通信等技術(shù)的更新，也使得各大港口對(duì)航標(biāo)功能的要求也在提高，然而，目前我國(guó)大部分港口的航標(biāo)管理與維護(hù)依然是傳統(tǒng)的人工模式，也就是小型航標(biāo)定期檢測(cè)（如浮標(biāo)）、大型航標(biāo)派專人職守（如燈塔）、航標(biāo)管理人員定期地人工記錄航標(biāo)運(yùn)行狀態(tài)的方式，這種較為落后的管理與維護(hù)方式，無(wú)法做到隨時(shí)精確地掌握航標(biāo)的運(yùn)行信息，給航標(biāo)管理的難度和管理增加了難度，影響了航標(biāo)運(yùn)行水平的進(jìn)一步提高，無(wú)法滿

2、足航運(yùn)業(yè)對(duì)航標(biāo)功能的新要求。目前，國(guó)際上很多大國(guó)紛紛建成了以衛(wèi)星定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，然而其中絕大部分系統(tǒng)是基于美國(guó)軍方開發(fā)的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)而研發(fā)的。但是，美國(guó)的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)于其他國(guó)家的商業(yè)用途是進(jìn)行了一定的功能和精度限制；而且當(dāng)今國(guó)際局勢(shì)動(dòng)蕩不定，不排除美國(guó)在不遠(yuǎn)的未來(lái)會(huì)進(jìn)一步限制乃至取消GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在其他國(guó)家商業(yè)中的使用，也勢(shì)必會(huì)對(duì)相應(yīng)的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)造成沉重打擊。因此，研發(fā)一套以本國(guó)自主設(shè)計(jì)制造的衛(wèi)星定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，成為了很多國(guó)家現(xiàn)今亟待解決的課題。而今，我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）也已成形，并且新一代的北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（B

3、D2）也已初具規(guī)模，較于其它常見的衛(wèi)星系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，北斗二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)擁有多個(gè)優(yōu)勢(shì)：（1）支持大批量用戶大規(guī)模監(jiān)測(cè)、收集數(shù)據(jù)以及傳輸數(shù)據(jù)；（2）在具有定位功能的同時(shí)，還支持雙向通信功能，且不需其它通訊系統(tǒng)輔助；（3）擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，加密程度高、安全、穩(wěn)定，可支持重要部門使用。本論文也基于這樣的一個(gè)背景，提出了一套基于北斗二代衛(wèi)星系統(tǒng)的港口航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究方案。1.2 北斗(bi du)二代衛(wèi)星定位系統(tǒng)概述1.2.1 北斗一代(y di)衛(wèi)星定位系統(tǒng)北斗(bi du)系統(tǒng)是我國(guó)自主開發(fā)的 HYPERLINK /view/900506.htm t /_blank 衛(wèi)星定位系統(tǒng)。我國(guó)最早于1983

4、年就首次提出了“雙星定位”這個(gè)北斗一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)的早期基本理論，2000年底，隨著前兩顆北斗一代定位衛(wèi)星相繼發(fā)射升空，北斗一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)（BD1）也正式投入運(yùn)營(yíng)。由于北斗一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)屬于我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航的試驗(yàn)系統(tǒng)，利用少量衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的有源定位，精度可達(dá)到100m，利用地面站進(jìn)行校準(zhǔn)后為精度可以進(jìn)一步提升到20m，與當(dāng)時(shí)美國(guó)的GPS系統(tǒng)民用版基本一致。該系統(tǒng)用戶除了可實(shí)現(xiàn)自身定位，還可向外界報(bào)告自身地理坐標(biāo)和發(fā)送短消息。但是由于該系統(tǒng)使用的是主動(dòng)式定位，即用戶需要向北斗衛(wèi)星發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)，然后由地面中心站對(duì)用戶的地理坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算得出結(jié)果，再通過(guò)衛(wèi)星將運(yùn)算結(jié)果發(fā)送回用戶端。這種定位方式要求用戶所在

5、位置最少可以觀測(cè)到2顆地球同步軌道衛(wèi)星，并且用戶高度數(shù)據(jù)已知，所以系統(tǒng)用戶數(shù)有一定上限。因此，雖然該系統(tǒng)成本較低，但因?yàn)槠湓诙ㄎ痪取⒂脩羧萘?、定位的頻率次數(shù)、隱蔽性等方面均受到限制，而且北斗一代不能測(cè)速，無(wú)法支持船舶計(jì)程等功能，所以北斗一代系統(tǒng)沒(méi)有在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上引起較大反響。1.2.2 北斗二代衛(wèi)星定位系統(tǒng)基于北斗一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合新時(shí)期我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)和科技水平發(fā)展的需求，構(gòu)建一個(gè)類似GPS功能的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)開始提上日程，最初被稱為北斗二代導(dǎo)航定位系統(tǒng)。2007年起，正式確立為北斗二代（BD2）為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite S

6、ystem，BDS），它也成為繼美國(guó)GPS衛(wèi)星系統(tǒng)和俄羅斯GLONASS衛(wèi)星系統(tǒng)之后第3個(gè)成型的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗與美國(guó) HYPERLINK /view/7773.htm t /_blank GPS、俄羅斯 HYPERLINK /view/152877.htm t /_blank GLONASS和歐盟 HYPERLINK /view/490727.htm t /_blank GALILEO均為聯(lián)合國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航委員會(huì)已認(rèn)定的供應(yīng)商。北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)在大部分功能上類似GPS系統(tǒng)，采用被動(dòng)式定位原理，用戶只要能接收到4顆衛(wèi)星即可進(jìn)行自主定位，系統(tǒng)用戶數(shù)量無(wú)限；同時(shí)還繼承了北斗一代系統(tǒng)的短消息收發(fā)等功能

7、，在功能上超越了GPS系統(tǒng)。截至2015年3月31日，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)已完成17顆衛(wèi)星的發(fā)射，完成了對(duì)亞太地區(qū)的覆蓋，預(yù)計(jì)2020年可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。1.3 目前(mqin)航標(biāo)管理的現(xiàn)狀1.3.1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀(xinzhung)航標(biāo)，是幾乎所有港口都需要配備的基礎(chǔ)港口設(shè)施。然而在我國(guó)，多年以來(lái)，很多港口航標(biāo)的監(jiān)測(cè)、管理和維護(hù)多是靠人工完成的，效率不高、誤差較大的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，僅有部分大型港口對(duì)一些重要航標(biāo)進(jìn)行了智能化航標(biāo)的建設(shè)。我國(guó)處于航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的初期階段(jidun)，面臨到很多技術(shù)問(wèn)題尚待解決。目前我國(guó)大部分港口使用或計(jì)劃開發(fā)的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，多是使用GPS系統(tǒng)與航標(biāo)AIS等模塊進(jìn)行融

8、合以完成監(jiān)測(cè)任務(wù)。1.3.2 國(guó)外現(xiàn)狀在國(guó)外，尤其是航運(yùn)發(fā)展水平較高的國(guó)家，已經(jīng)開始陸續(xù)有規(guī)劃地對(duì)航標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)，同時(shí)組建航標(biāo)的信息庫(kù)，建立航標(biāo)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)航標(biāo)的自動(dòng)化管理。很多航運(yùn)大國(guó)，如美、日、英等國(guó)，從上世紀(jì)90年代起就開始借助衛(wèi)星定位和通信科技的發(fā)展，逐漸摸索并構(gòu)建了航標(biāo)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為港口的安全運(yùn)行提供了有力保障，該系統(tǒng)目前主要功能包括了監(jiān)測(cè)航標(biāo)燈工作狀態(tài)、遠(yuǎn)程控制電源設(shè)備、故障報(bào)警等。對(duì)于各類不同功能的航標(biāo)，各國(guó)也使用了不同的技術(shù)以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，目前用來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和遙控功能的設(shè)備包括了：遙控終端、可編程控制器等，用來(lái)進(jìn)行通信的設(shè)備包括了：無(wú)線電臺(tái)、蜂窩電話、衛(wèi)星通信、無(wú)線通信、

9、有線電話等，計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更是被充分的應(yīng)用于航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)這些系統(tǒng)的開發(fā)，很大程度上提升了當(dāng)?shù)馗劭诠芾硇?，同時(shí)還節(jié)約了資源。特別是目前在美國(guó)和歐洲等國(guó)利用GPS系統(tǒng)構(gòu)建的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了航標(biāo)管理的高精度和高智能。然而，由于現(xiàn)在還沒(méi)有相關(guān)國(guó)際組織提出航標(biāo)監(jiān)測(cè)的行業(yè)性的規(guī)范，而且不同國(guó)家所選取的方案和設(shè)備各不相同，精度和效果也是良莠不齊，所以并無(wú)能夠參考的系統(tǒng)、完善的成型方案。1.4 本文研究目的及主要內(nèi)容1.4.1 研究的目的（l）實(shí)現(xiàn)港口航標(biāo)的自動(dòng)化管理，進(jìn)一步提升港口的航行安全水平。（2）設(shè)計(jì)一個(gè)以北斗二代衛(wèi)星系統(tǒng)為基礎(chǔ)的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方案1.4.2 研究的主要內(nèi)容論文的主要研

10、究?jī)?nèi)容(nirng)是設(shè)計(jì)基于北斗二代(r di)的港口(gngku)航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，論文各章節(jié)的主要內(nèi)容如下：第一章：緒論。本章首先對(duì)港口航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)重要作用進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并對(duì)我國(guó)自主研發(fā)的北斗一代和北斗二代衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，最后對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外港口的航標(biāo)管理現(xiàn)狀進(jìn)行了說(shuō)明。第二章：基于北斗的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。本章首先說(shuō)明了航標(biāo)的作用以及目前傳統(tǒng)的視覺(jué)航標(biāo)的管理模式，針對(duì)其不足提出了航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的各類功能，然后依次對(duì)系統(tǒng)的定位方案、通訊方案以及總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)分析。第三章：基于北斗的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。以系統(tǒng)硬件與軟件作為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于北斗二代衛(wèi)星的航標(biāo)系統(tǒng)的終

11、端，包括了天氣和海況信息采集模塊、北斗通訊定位模塊、航標(biāo)信息采集與設(shè)置模塊以及嵌入式軟件等的設(shè)計(jì)方案。 第四章：航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的定位精度優(yōu)化。設(shè)計(jì)了基于 B/S 架構(gòu)的數(shù)據(jù)處理中心管理軟件。軟件包括北斗通信單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)倉(cāng)庫(kù)、業(yè)務(wù)邏輯單元和外部接口，實(shí)現(xiàn)水文氣象信息預(yù)測(cè)、存儲(chǔ)、推送和航標(biāo)智能化管理。 第五章：總結(jié)與展望。對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)本文的不足以及未來(lái)的研究方向進(jìn)行了展望。 第2章 基于(jy)北斗的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(xtng)總體(zngt)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)概述2.1.1 航標(biāo)的功能航標(biāo)，是人工設(shè)置的助航標(biāo)志的簡(jiǎn)稱，是設(shè)置在沿岸、狹窄水域、重要航段或危險(xiǎn)水域附近，以特定的標(biāo)志、燈光、音響

12、或無(wú)線電信號(hào)等，提供船舶定位、避離危險(xiǎn)、引導(dǎo)船舶安全航行的重要設(shè)施。其主要功能包括：（1）指示航道。在重要航道附近的岸上或淺水區(qū)，用燈樁、立標(biāo)、燈塔等設(shè)置導(dǎo)標(biāo)、疊標(biāo)等引導(dǎo)標(biāo)志，以引導(dǎo)船舶航行在其導(dǎo)航線上。或用燈浮、立標(biāo)、燈船等設(shè)置可航道的界線，以引導(dǎo)船舶航行在其標(biāo)示的航道內(nèi)；（2）供船舶定位。供船舶定位用的航標(biāo)一般為確知位置的固定航標(biāo)，如燈塔、燈樁等；（3）標(biāo)示危險(xiǎn)區(qū)。用燈浮、燈樁、立標(biāo)等標(biāo)示可航水域附近的危險(xiǎn)物或危險(xiǎn)區(qū)域的地點(diǎn)或范圍，如沉船、暗礁、淺灘等，以指示船舶避離危險(xiǎn)水域；（4）其它特殊用途。如標(biāo)示特定水域或特征，標(biāo)示錨地、檢疫地、施工區(qū)、禁區(qū)、船舶性能測(cè)定場(chǎng)，羅經(jīng)差測(cè)定場(chǎng)、通航分道等

13、。2.1.2 視覺(jué)航標(biāo)的管理模式目前，我國(guó)很多港口航道的航標(biāo)還是視覺(jué)航標(biāo)。所謂視覺(jué)航標(biāo)，是指觀測(cè)者可以通過(guò)視覺(jué)直接觀測(cè)到的助航設(shè)施，具有易分辨的顏色以及外形，并配有燈光和其它相關(guān)裝置。在白天，可以利用標(biāo)志的外形、顏色或頂標(biāo)供船員觀察；而夜晚，則利用燈光的顏色、閃爍頻率和周期作為分辨特征。所以，港口的航標(biāo)監(jiān)測(cè)人員在檢查航標(biāo)時(shí)，需要檢查航標(biāo)的位置、形狀及燈器及其電源各部件的技術(shù)性能。大多數(shù)視覺(jué)航標(biāo)的監(jiān)測(cè)多數(shù)采取的是人工定期巡檢、定期檢修的模式。各地方的航標(biāo)管理機(jī)構(gòu)會(huì)設(shè)置專門的航標(biāo)管理船隊(duì)，定期派出日航船和夜航船，靠船員目測(cè)來(lái)檢查航標(biāo)燈的工作情況是否正常以及地理位置是否偏移；還要定期對(duì)標(biāo)志的燈和電源

14、的各種指標(biāo)進(jìn)行全方位檢查。這種傳統(tǒng)的航標(biāo)管理方式有很多不足：（1）效率不高：港口航標(biāo)種類較多，且分布較廣，需要檢查的位置也較多，出航船舶往往需要消耗很多時(shí)間才能完成巡檢任務(wù)。（2）可靠性差：巡檢(xn jin)主要以人工目測(cè)(m c)來(lái)檢查(jinch)航標(biāo)燈的工作情況是否正常以及地理位置是否偏移的方式為主，單純依靠工作人員的巡檢經(jīng)驗(yàn)，精確度較差。（3）無(wú)法保證實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：定期巡檢，對(duì)于在兩次巡查之間出現(xiàn)航標(biāo)的工作異常，主管機(jī)構(gòu)往往無(wú)法及時(shí)察覺(jué)和維護(hù)修理，這對(duì)日漸繁榮國(guó)內(nèi)的港口的航行安全造成了一定影響。（4）易產(chǎn)生安全隱患：有些港口的水文情況復(fù)雜，船舶巡查具有一定的航行危險(xiǎn)，尤其是在夜間巡查以及

15、惡劣天氣的條件下，危險(xiǎn)性愈發(fā)明顯。（5）成本較高：定期派出船舶及船員對(duì)港口內(nèi)所有航標(biāo)進(jìn)行檢查，消耗的人力和燃油成本較高，再加上船舶的保養(yǎng)支出以及船員的工資支出，總成本很高。綜上，視覺(jué)航標(biāo)的管理模式具有較多弊端，已經(jīng)很難適應(yīng)日漸繁榮的航運(yùn)業(yè)所提出的安全、高效航行的要求。因此，航標(biāo)主管機(jī)構(gòu)需要一個(gè)精確、及時(shí)且智能化的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。2.1.3 航標(biāo)的智能化監(jiān)測(cè)航標(biāo)監(jiān)測(cè)及管理的重點(diǎn)是快速獲得航標(biāo)的各種性能指標(biāo)，了解航標(biāo)的工作狀態(tài)并對(duì)其做針對(duì)性保養(yǎng)，及時(shí)維修故障，確保航標(biāo)的正常運(yùn)行，這就需要通訊技術(shù)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的保證，對(duì)航標(biāo)進(jìn)行遙測(cè)和遙控。最近幾十年來(lái)，通訊科技發(fā)展迅速，國(guó)內(nèi)的通訊網(wǎng)絡(luò)也日趨成熟，無(wú)論是海

16、上船舶的VHF通訊還是陸地上的藍(lán)牙或GSM等通訊科技也都獲得了迅猛發(fā)展，其安全性也獲得了大幅度提高。同時(shí)，微電子和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)GPS等衛(wèi)星系統(tǒng)提供的愈發(fā)便捷的定位，使人們獲得了更安全和更多元化的監(jiān)測(cè)方式。在航標(biāo)監(jiān)測(cè)中充分運(yùn)用這些前沿的科技，并與現(xiàn)代的管理模式加以融合，形成了航標(biāo)的智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。航標(biāo)智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)憑借先進(jìn)的通訊技術(shù)和監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以全智能、不間斷地監(jiān)測(cè)航標(biāo)的工作狀態(tài)。利用此系統(tǒng)，航標(biāo)主管機(jī)構(gòu)可以便捷地掌握航標(biāo)的工作狀態(tài)和其他信息，使航標(biāo)裝置的維修和保養(yǎng)變得及時(shí)和有針對(duì)性。航標(biāo)智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，一般包含控制中心和監(jiān)測(cè)終端兩個(gè)部分。監(jiān)控終端負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)航標(biāo)的地理坐標(biāo)和燈光狀態(tài)，智

17、能監(jiān)控電源的電壓、電流等指標(biāo)，并將航標(biāo)的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)報(bào)告到控制中心?？刂浦行脑谑杖〉奖O(jiān)測(cè)終端發(fā)送的監(jiān)測(cè)報(bào)告并進(jìn)行解析后，可掌握航標(biāo)的活動(dòng)軌跡和實(shí)時(shí)坐標(biāo)，自動(dòng)發(fā)送出現(xiàn)故障的航標(biāo)信息，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)航標(biāo)的各項(xiàng)指標(biāo)，自動(dòng)提交各類系統(tǒng)報(bào)告。航標(biāo)的智能化監(jiān)測(cè)，提升了航標(biāo)主管機(jī)構(gòu)的工作效率，提高了港口水域的航行安全水平，有助于航標(biāo)的信息管理系統(tǒng)的建立，共享航標(biāo)信息的，成為未來(lái)航道(hngdo)管理的發(fā)展方向。2.2 系統(tǒng)(xtng)的總體功能航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能主要是監(jiān)控標(biāo)志燈器的狀態(tài)指標(biāo)和地理坐標(biāo)，使航標(biāo)主管機(jī)構(gòu)能夠?qū)崟r(shí)了解航標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)；而且(r qi)，還能對(duì)航標(biāo)的各種指標(biāo)進(jìn)行匯總和解析，為工作人員提供參

18、考信息，同時(shí)，工作人員還可遠(yuǎn)程變更航標(biāo)燈的工作狀態(tài)。整個(gè)系統(tǒng)的具體功能如下（1）自主查詢。工作人員可根據(jù)不同需求，利用控制中心自主查詢標(biāo)志燈器的各項(xiàng)狀態(tài)指標(biāo)和地理坐標(biāo)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)航標(biāo)的運(yùn)行情況。（2）信息匯總與檢索。將航標(biāo)的各類信息進(jìn)行匯總，并得出各類報(bào)告，支持工作人員檢索和打印。（3）狀態(tài)信息獲取。定期獲取航標(biāo)燈器的工作電流、燈質(zhì)、電池電壓等工作指標(biāo)，與航標(biāo)地理坐標(biāo)一起發(fā)回控制中心，再通過(guò)分類整理，組成航標(biāo)工作指標(biāo)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。（4）系統(tǒng)工作記錄。自動(dòng)詳細(xì)地匯總?cè)藛T的操作記錄以及系統(tǒng)內(nèi)通訊系統(tǒng)的故障信息等工作情況，方便人員對(duì)其進(jìn)行檢索。（5）自動(dòng)報(bào)警。在監(jiān)控中，如果系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)航標(biāo)發(fā)生位置變動(dòng)、電

19、池電壓減弱、燈光狀態(tài)異?；蛳缫约捌渌到y(tǒng)錯(cuò)誤時(shí)，能夠自動(dòng)發(fā)出各類報(bào)警，并報(bào)告系統(tǒng)錯(cuò)誤的類型，提醒工作人員采取相關(guān)解決措施，并通過(guò)短消息將系統(tǒng)的錯(cuò)誤狀態(tài)信息發(fā)到相應(yīng)管理者的手機(jī)上。（6）設(shè)定工作指標(biāo)。利用控制中心設(shè)定監(jiān)測(cè)終端的開機(jī)時(shí)間、發(fā)送消息的間隔時(shí)間和頻率等系統(tǒng)指標(biāo)。（7）航標(biāo)管理。記錄航標(biāo)的主要工作指標(biāo)和保養(yǎng)日志，并參考(cnko)航標(biāo)的工作信息數(shù)據(jù)庫(kù)，組成航標(biāo)的詳細(xì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，統(tǒng)一對(duì)航標(biāo)進(jìn)行維護(hù)和監(jiān)測(cè)。（8）遙控。工作人員能夠根據(jù)實(shí)際(shj)情況需要，關(guān)閉航標(biāo)的自動(dòng)工作模式，以強(qiáng)制關(guān)閉或開啟燈光。（9）權(quán)限及名單管理。根據(jù)工作人員的不同分工，設(shè)置人員各自的操作權(quán)限，變更人員名單，更新

20、人員的信息和密碼，確保系統(tǒng)(xtng)的可靠。（10）顯示航標(biāo)的坐標(biāo)和軌跡。利用電子海圖顯示主要航標(biāo)的位置分布，使用航標(biāo)對(duì)應(yīng)的圖形將航標(biāo)的偏移路線及坐標(biāo)點(diǎn)的具體參數(shù)顯示出來(lái)，并不間斷更新，輔助工作人員預(yù)測(cè)航標(biāo)的移動(dòng)方向，更準(zhǔn)確地作出相關(guān)決策。2.3 系統(tǒng)定位方案的設(shè)計(jì)作為助航設(shè)施，航標(biāo)利用其地理位置信息來(lái)實(shí)現(xiàn)指示航路點(diǎn)、航道、礁石、淺水區(qū)、禁航區(qū)和沉船等區(qū)域的功能。為了保證船舶的正常航行，應(yīng)確保航標(biāo)的坐標(biāo)信息準(zhǔn)確。監(jiān)測(cè)航標(biāo)的地理位置，是航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一個(gè)重要的功能，隨著無(wú)線電定位水平的日漸提高，對(duì)航標(biāo)地理位置的監(jiān)測(cè)也愈發(fā)精確。由于無(wú)線電定位技術(shù)測(cè)量便捷，而且各種天氣現(xiàn)象對(duì)無(wú)線電定位技術(shù)的影響甚微

21、，加上新的無(wú)線電定位技術(shù)不斷更新和準(zhǔn)確度的不斷提高，使其在現(xiàn)有的導(dǎo)航和定位系統(tǒng)之中得到了廣泛應(yīng)用。在目前的應(yīng)用中，常見的定位方式包括：蜂窩網(wǎng)無(wú)線電定位、陸基無(wú)線電導(dǎo)航和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2.3.1 移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)移動(dòng)通訊科技的不斷更新，使得手機(jī)定位精度不斷提高，也得到了大量手機(jī)用戶的實(shí)際應(yīng)用。在手機(jī)蜂窩網(wǎng)內(nèi)，用戶能夠利用自身手機(jī)確定自己所處的地理未知，并搜索周邊的相關(guān)資料。目前，國(guó)內(nèi)的主要移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商都已提供了各自的手機(jī)定位服務(wù)。中國(guó)移動(dòng)利用GSM網(wǎng)絡(luò)提供的定位業(yè)務(wù)（LBS），是通過(guò)其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)基站的地理坐標(biāo)，來(lái)獲取手機(jī)用戶的地理坐標(biāo)，再依據(jù)用戶提交的請(qǐng)求提供對(duì)應(yīng)的定位相關(guān)業(yè)務(wù)。其定位的準(zhǔn)確度與基

22、站分布的疏密程度有關(guān)，在國(guó)內(nèi)重要的城市市區(qū)內(nèi)，其準(zhǔn)確度可縮小到100m，而在一些小規(guī)模城市的市區(qū)，定位準(zhǔn)確度能達(dá)到200m，而在郊縣的準(zhǔn)確度更能達(dá)到500m以上。不過(guò)，中國(guó)移動(dòng)還能提供STK與GPS結(jié)合的定位服務(wù)，準(zhǔn)確度能縮小到不到10m，并且能覆蓋到很多GPS等衛(wèi)星系統(tǒng)無(wú)法提供服務(wù)的位置。中國(guó)聯(lián)通的定位之星服務(wù)，則利用其CDMA網(wǎng)絡(luò)的gpsOne定位方式(fngsh)，實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的定位。利用定位之星方式，定位準(zhǔn)確度可縮小到50m，而且具有受環(huán)境影響小、耗時(shí)短、可實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)漫游的特點(diǎn)。人們使用蜂窩網(wǎng)無(wú)線電定位，利用自己手機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)地理(dl)定位，而不需其他額外的裝置，是一種非常便捷的選擇。

23、然而，由于現(xiàn)在移動(dòng)的LBS的定位準(zhǔn)確度在大部分情況下不夠理想，聯(lián)通的gpsOne開通的地區(qū)相對(duì)較少，而且人們利用手機(jī)進(jìn)行定位時(shí)還要先向通訊管理中心發(fā)送請(qǐng)求，才可以獲取到地理位置參數(shù)，屬于被動(dòng)定位，再加上定期還要給運(yùn)營(yíng)商繳納服務(wù)費(fèi)用，因此蜂窩網(wǎng)無(wú)線電定位系統(tǒng)并不完全適合成為航標(biāo)(hngbio)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定位方式。2.3.2 地面無(wú)線電定位系統(tǒng)基于陸地的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，往往主要針對(duì)快速移動(dòng)的用戶，比如飛機(jī)或汽車的導(dǎo)航與定位，并可測(cè)量用戶的坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)方向、速度大小等參數(shù)。常見的基于陸地的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)包括：羅蘭C和奧米加系統(tǒng)。羅蘭C系統(tǒng)由3個(gè)陸地導(dǎo)航基站組成，工作頻率為10萬(wàn)赫茲，工作范圍可以達(dá)到2

24、000公里。其定位準(zhǔn)確度多數(shù)可達(dá)到200到300米，但是用戶距離陸地基站越遠(yuǎn)，其準(zhǔn)確度越差，而且不支持在城市中使用。奧米加系統(tǒng)只需要建立八個(gè)陸地基站就能夠?qū)崿F(xiàn)全球定位，但是它的導(dǎo)航準(zhǔn)確度很低，誤差往往可以達(dá)數(shù)千米。綜上，由于基于陸地的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的工作區(qū)域較小，其信號(hào)傳播受天氣影響較大，定位準(zhǔn)確度較差，并且需要使用專門的裝置進(jìn)行接受，成本較高，也不適合成為航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定位方式。2.3.3 衛(wèi)星定位系統(tǒng)（1）GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS是通過(guò)定位衛(wèi)星，能夠在全世界實(shí)現(xiàn) HYPERLINK /view/24492.htm t /_blank 定位、 HYPERLINK /view/425408.h

25、tm t /_blank 導(dǎo)航功能的系統(tǒng)，由美國(guó)國(guó)防部研發(fā)制成，具有全方位、全天候、全時(shí)段、高精度的特點(diǎn)，可以為全球用戶提供低成本、高精度的三維定位、測(cè)速和精確對(duì)時(shí)等服務(wù)。GPS系統(tǒng)由三大部分組成：GPS信號(hào)接收機(jī)：負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星發(fā)送的信號(hào)，從而獲取的導(dǎo)航與定位信息，再經(jīng)過(guò)解析，完成導(dǎo)航與定位工作。接收機(jī)硬件一般由主機(jī)、天線和電源組成。地面(dmin)控制系統(tǒng)：包括注入站、主控站和監(jiān)測(cè)站，主要負(fù)責(zé)匯總 HYPERLINK /view/22556.htm t /_blank 衛(wèi)星(wixng)傳送回地面的各類信息，并完成相對(duì)距離、大氣校正和衛(wèi)星星歷(xn l)等數(shù)據(jù)的結(jié)算?？臻g部分：包括21顆工作

26、衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星。GPS系統(tǒng)使用碼分多址技術(shù)CDMA，依據(jù)調(diào)制碼來(lái)分辨衛(wèi)星，載波頻率相同，均為L(zhǎng)1波段1575.42MHz和L2波段1227.6MHz。GPS衛(wèi)星系統(tǒng)采用二進(jìn)制碼組成的偽碼來(lái)完成 HYPERLINK /view/400706.htm t /_blank 導(dǎo)航電文的發(fā)射，其偽碼一共有兩種，包括開放民用的 HYPERLINK /view/2370555.htm t /_blank C/A碼和軍用的P碼。由于考慮到自身的國(guó)防軍事部署，美國(guó)開放民用的C/A碼定位精度是100米，而軍用的P碼定位精度則可降低到10米以內(nèi)。由于GPS對(duì)民用開放的C/A碼定位精確度不高，對(duì)于港內(nèi)的很多狹窄航

27、道而言，具有一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)，因此，港口航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如果選取GPS系統(tǒng)將出現(xiàn)較大的定位誤差。（2）北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)北斗是我國(guó)自主研發(fā)的，擁有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的定位系統(tǒng)。它只需要借助兩個(gè)地球同步衛(wèi)星的已知位置和待測(cè)站的大地高程就開完成定位，與美國(guó)的GPS或俄羅斯的GLONASS相比，北斗成本較低：利用率高達(dá)100%；衛(wèi)星測(cè)軌精度對(duì)于導(dǎo)航定位精度沒(méi)有顯著影響，而且即便是國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)也可以對(duì)其進(jìn)行開發(fā)和利用。北斗具有和GPS系統(tǒng)類似的模式和結(jié)構(gòu)，即包括北斗用戶接收機(jī)、地面控制系統(tǒng)以及空間部分三大部分。北斗與美國(guó)的GPS系統(tǒng)的顯著不同是衛(wèi)星星座的空間分布，它所采用的偽隨機(jī)噪聲碼序列和捕獲方式、載波頻率

28、和碼頻率、導(dǎo)航電文的調(diào)制及編碼、用戶的定位解算也不同。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)可為服務(wù)區(qū)域內(nèi)用戶提供全天候、高精度、快速實(shí)時(shí)的定位服務(wù)，其定位精度優(yōu)于20米，定位可在一秒內(nèi)完成。并且北斗用戶終端具有雙向數(shù)字報(bào)文通信功能，用戶一次可以傳送120個(gè)漢字的信息。且該系統(tǒng)能夠完成單向和雙向兩種授時(shí)任務(wù)，能夠提供loons單向授時(shí)和20ns雙向授時(shí)的時(shí)間精度。國(guó)際上對(duì)導(dǎo)航的策略觀點(diǎn)綜合起來(lái)有三個(gè)方面：一是盡可能采用星基導(dǎo)航系統(tǒng)取代陸基導(dǎo)航系統(tǒng)，以達(dá)到最大的效益成本比；二是不能依靠由他國(guó)軍方控制的衛(wèi)星系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)本國(guó)的導(dǎo)航；三是要穩(wěn)妥切實(shí)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)用戶終端與控制中心具有雙向通訊功能，無(wú)需其他通訊系統(tǒng)

29、支持，可以完成港口的航標(biāo)遠(yuǎn)程監(jiān)控，而GPS系統(tǒng)本身不具備通信(tng xn)能力，需要和其他通訊系統(tǒng)結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)江段的遠(yuǎn)程定位與監(jiān)控功能。所以，綜合以上分析，采用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)(xtng)完成對(duì)航標(biāo)的坐標(biāo)等信息的監(jiān)測(cè)，無(wú)論是對(duì)提升定位精度還是對(duì)提升我國(guó)國(guó)防水平，都有著較為深遠(yuǎn)的意義。2.4 系統(tǒng)(xtng)通訊方案的設(shè)計(jì)隨著航運(yùn)業(yè)的日益繁榮，國(guó)內(nèi)港口也向著大型化、深水化、多功能化的方向不斷發(fā)展，港口航道的拓寬和開發(fā)也使航標(biāo)的分布位置也變得越發(fā)分散。這導(dǎo)致了港口航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要滿足通訊距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍大的要求，而常見的有線通信模式難以實(shí)現(xiàn)這一要求，因此只能采取無(wú)線通訊。當(dāng)前，無(wú)線通訊的技術(shù)已經(jīng)

30、很成熟，各類通信設(shè)施不斷發(fā)展，也不斷深入人們的生活，這也為港口航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了很大的選擇空間。在能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，可供選擇的解決方案包括三種：現(xiàn)有移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)、自建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、和北斗二代系統(tǒng)自帶的無(wú)線通訊功能。2.4.1 現(xiàn)有移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)使用現(xiàn)有的移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，只需要在航標(biāo)終端安裝移動(dòng)裝置，而不需投入太多成本去建設(shè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和基站，也不需要對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)。航標(biāo)在配備移動(dòng)裝置后，只需向相關(guān)運(yùn)營(yíng)商開通短信息業(yè)務(wù)，并定期支付該項(xiàng)目業(yè)務(wù)費(fèi)用，通過(guò)使用該業(yè)務(wù)來(lái)完成自身的通訊任務(wù)。目前，移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)各地發(fā)展迅猛，移動(dòng)通訊的普及率也不斷刷新新高，其穩(wěn)定性、安全性水平也不斷得到提升。截至201

31、4年，移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)在我國(guó)的普及率已達(dá)到97%以上，在東部的港口城市幾乎可以達(dá)到100%，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的接通率為99.72%，文字短消息接通率為96.37%，已經(jīng)能夠完成各類不同形式的通訊系統(tǒng)要求。與此同時(shí)，各大運(yùn)營(yíng)商還進(jìn)一步推廣文字短消息、語(yǔ)音以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)葻o(wú)線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，各類服務(wù)的價(jià)格也不斷降低，使人們能夠根據(jù)自身的不同需求選擇合適的服務(wù)項(xiàng)目，也使系統(tǒng)管理和維護(hù)的成本不斷減少。目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上有三大常見的無(wú)線通訊網(wǎng)：GPRS，CDMA以及(yj)GSM，這三種無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)都擁有很高的普及率，除了提供語(yǔ)音通話的服務(wù)之外，以上三種網(wǎng)絡(luò)還均提供文字短消息傳送等數(shù)據(jù)通訊服務(wù)，不需要成立專門的傳輸通道，僅利

32、用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的短消息服務(wù)中心就可以完成中繼、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)文字信息等功能，可以完成雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)。應(yīng)該承認(rèn)，移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)為航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了一種經(jīng)濟(jì)而快捷(kui ji)的通信模式。國(guó)內(nèi)的很多港口在建或者已經(jīng)建成的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，就選擇了現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)（例如GSM）為系統(tǒng)提供通訊支持。2.4.2 自建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自建的無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，多數(shù)是選取(xunq)VHF無(wú)線電臺(tái)作為通信方式，需要配備陸地基站，并且需要在用戶端配備無(wú)線電臺(tái)。然而，由于VHF信號(hào)的最大發(fā)送范圍有限，而且容易受到周圍環(huán)境的干擾，發(fā)射距離太遠(yuǎn)的話，還需配備中繼站。在無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)建成后，要向所在地的無(wú)線電委員會(huì)申請(qǐng)固定頻率方能使用。雖然，使

33、用自建的無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)，用戶對(duì)通訊信道具有完整支配權(quán)以及自主處理權(quán)，不需向任何部門繳納租用費(fèi)用，因而系統(tǒng)的運(yùn)行較為自由便捷而且可靠性較高，但自建的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，除需配備用戶端的電臺(tái)外，還需要建無(wú)線基站，建設(shè)成本很高，而且未來(lái)的運(yùn)營(yíng)成本也不菲。而對(duì)航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，由于航標(biāo)分布較分散，自建無(wú)線網(wǎng)絡(luò)勢(shì)必要配備許多基站，這會(huì)使系統(tǒng)成本大幅度增加，未來(lái)的保養(yǎng)維修工作量也相應(yīng)增大，性價(jià)比較差。2.4.3 北斗二代的通訊功能北斗一代系統(tǒng)中就具有的短消息通訊功能，是包括美國(guó)GPS在內(nèi)的其他主流衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)的特殊功能，也使北斗世界上第一個(gè)既能夠定位、授時(shí)又能夠進(jìn)行短消息通訊的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，北斗二代衛(wèi)星系統(tǒng)

34、也保留了這一功能。北斗二代系統(tǒng)的短消息通訊能夠完成用戶機(jī)與用戶機(jī)、用戶機(jī)與地面控制中心間雙向數(shù)據(jù)報(bào)文通訊，普通的用戶機(jī)一次能發(fā)送36個(gè)漢字，而經(jīng)申請(qǐng)批準(zhǔn)后一次能夠發(fā)送120個(gè)漢字或240個(gè)代碼。該功能不只能進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙向通訊，其提供的指揮機(jī)還能夠完成一對(duì)多的數(shù)據(jù)發(fā)送，為各類服務(wù)都提供了很大便利。指揮機(jī)在獲取北斗用戶機(jī)發(fā)送的短消息后，通過(guò)串口和服務(wù)器相連，使用以JAVA等編程語(yǔ)言編寫的通訊程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行解析，再利用短信網(wǎng)關(guān)將其轉(zhuǎn)發(fā)到其他手機(jī)，使用通訊程序還能夠?qū)崿F(xiàn)其他手機(jī)往北斗用戶機(jī)傳送短信。北斗的短消息通訊與其它(qt)的衛(wèi)星通訊相比，具備如下特點(diǎn)：通訊字?jǐn)?shù)和通訊頻率的分級(jí)。按照北斗(bi d

35、u)用戶的級(jí)別，其用戶卡的短消息通訊分成兩個(gè)級(jí)別：非審核用戶的通訊字?jǐn)?shù)上限是每次36個(gè)漢字；經(jīng)審核批準(zhǔn)后的用戶卡發(fā)送短信的時(shí)間頻率是1分鐘一次。北斗系統(tǒng)沒(méi)有通訊盲區(qū)。由于北斗的通訊過(guò)程是通過(guò)向北斗衛(wèi)星發(fā)射申請(qǐng)信號(hào)，進(jìn)而完成后續(xù)(hux)通訊任務(wù)，所以在北斗衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)，幾乎沒(méi)有通訊盲區(qū)。支持兩類數(shù)據(jù)通訊編碼。用戶能夠按照自身需求，選擇北斗短消息通訊的兩類數(shù)據(jù)編碼，一類是國(guó)際上較為通用的BCD碼方式，另一類是很多漢字通訊使用的ASCII碼的方式。綜合考慮以上因素，選擇北斗自帶的通訊功能作為本系統(tǒng)的通訊方案具有較明顯的可靠性和適用性。2.5 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地面監(jiān)測(cè)中心自檢模塊GSM模塊GPS

36、模塊航標(biāo)終端GPS衛(wèi)星狀態(tài)信息定位信息目前國(guó)內(nèi)大部分港口的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多數(shù)使用的是GPS+GSM系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)圖如下：圖2.1 基于GPS+GSM的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)造圖如圖所示，航標(biāo)內(nèi)安裝有GSM模塊、GPS模塊以及航標(biāo)自檢模塊。航標(biāo)的GPS模塊從衛(wèi)星獲取到地理位置參數(shù)后，連同航標(biāo)自檢模塊獲取的航標(biāo)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)一起，利用GSM模塊以文字短信形式傳送給地面監(jiān)測(cè)中心，從而使監(jiān)測(cè)中心完成對(duì)航標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。然而，由于在以上系統(tǒng)(xtng)中使用的GPS系統(tǒng)(xtng)的通訊(tngxn)模式是單方向的，因此還需要通過(guò)GSM模塊的雙向通訊功能來(lái)完成信息的發(fā)送與接收。這種系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但考慮到港口

37、航標(biāo)分布的區(qū)域較為廣泛，而且進(jìn)出港航道的水文情況也較為復(fù)雜，個(gè)別港區(qū)尚未實(shí)現(xiàn)GSM信號(hào)的完全覆蓋，所以在這類信號(hào)盲區(qū)內(nèi)的航標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)就無(wú)法得到監(jiān)測(cè)。針對(duì)以上基于GPS的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足，并結(jié)合我國(guó)研發(fā)建設(shè)的北斗系統(tǒng)支持雙向通信的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一套基于北斗二代的航標(biāo)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以完成對(duì)港區(qū)所有航標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的任務(wù)。信息處理中心航標(biāo)信息收集終端航運(yùn)公司海事主管機(jī)關(guān)衛(wèi)星管理中心船舶互聯(lián)網(wǎng)北斗衛(wèi)星服務(wù)器端 互聯(lián)網(wǎng)圖 2.2 航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架圖如圖所示，作為一個(gè)綜合性功能平臺(tái)，基于北斗二代系統(tǒng)的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能包括了信息收集、信息管理、雙向通訊和互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)等，其結(jié)構(gòu)包括信息收集終端、信息處理中

38、心、雙向通訊鏈路和用戶終端。信息收集終端的功能是收集港區(qū)及周邊水域的天氣(tinq)及海況信息，如氣溫、水溫、大氣濕度、大氣能見度、流速、流向、風(fēng)力和風(fēng)速等，并把天氣及海況信息連同終端的地理坐標(biāo)參數(shù)、終端運(yùn)行狀態(tài)信息傳送到信息處理中心。信息處理中心相當(dāng)于航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的管理中心，同時(shí)給用戶終端和信息收集終端提供服務(wù)，它主要完成(wn chng)以下四項(xiàng)功能：獲取信息收集終端傳送(chun sn)的數(shù)據(jù)包，對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，分辨出不同功能的信息內(nèi)容再分類存儲(chǔ)；收集大量天氣和海況信息，并依此組建數(shù)據(jù)評(píng)估和預(yù)測(cè)模型，對(duì)港口及周邊水域的天氣和海況進(jìn)行預(yù)報(bào)；按照不同用戶的要求以及相應(yīng)的權(quán)限，向海事主管機(jī)關(guān)

39、、航運(yùn)相關(guān)企事業(yè)單位等用戶發(fā)布天氣和海況信息和航標(biāo)運(yùn)行信息。（4）收取用戶終端傳送的航標(biāo)狀態(tài)變更命令，并轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)的信息收集終端。雙向通訊鏈路是信息處理中心與信息收集終端之間的信息傳送渠道，它依靠北斗二代定位系統(tǒng)組成，與其他通訊方式需要建設(shè)陸地基站相比，其通訊模式具有明顯的便捷性。用戶終端是系統(tǒng)和用戶進(jìn)行互聯(lián)的端口，通過(guò)該端口可實(shí)現(xiàn)航標(biāo)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、海事監(jiān)管以及天氣和海況信息發(fā)布等功能。信息收集終端、用戶終端與服務(wù)器端相互協(xié)調(diào)工作，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。2.5.1 信息收集終端設(shè)計(jì)天氣海況信息采集模塊北斗定位通訊模塊電源模塊航標(biāo)參數(shù)采集與配置模塊浮標(biāo)航標(biāo)燈圖 2.3 信息收集(shuj)終端設(shè)計(jì)方

40、案信息收集終端由天氣和海況采集模塊、浮標(biāo)(fbio)、航標(biāo)參數(shù)信息采集與配置模塊、北斗定位通訊模塊組成，其核心為北斗定位通訊模塊和航標(biāo)參數(shù)采集與配置模塊組成的功能板。信息收集終端的設(shè)計(jì)方案如圖 2.2 所示。（1）天氣海況信息采集(cij)模塊天氣海況信息采集模塊由水文狀態(tài)采集裝置、天氣狀態(tài)采集裝置和信息收集中心構(gòu)成，用于收集港口及周邊水域的天氣和海況信息，并對(duì)信息進(jìn)行整流轉(zhuǎn)換。天氣和海況信息采集模塊能夠?qū)鉁?、水溫、水深、風(fēng)向、風(fēng)速、大氣濕度、氣象能見度、流向、流速等多個(gè)參賽進(jìn)行收集與分析。（2）北斗定位通訊模塊迄今為止，國(guó)際上都還沒(méi)有出現(xiàn)能夠同時(shí)擁有精準(zhǔn)定位功能與通訊功能的裝置，因此北斗定

41、位通訊模塊使用了“RDS通訊模塊+GNSS定位芯片”的模式。RDSS（Radio Determination Satellite System）的信息收發(fā)模塊可以進(jìn)行衛(wèi)星定位與短消息通訊，每次能夠發(fā)送120個(gè)漢字或420個(gè)BCD碼，用戶還能夠利用本地接口對(duì)模塊進(jìn)行設(shè)置。但是由于該模塊是“有源定位”，定位誤差能達(dá)到100米，因此不能完全滿足系統(tǒng)的精確定位要求。而GNSS（Global Navigation Satellite System）芯片的體積較小，雖然無(wú)法進(jìn)行短消息通訊，但由于其定位原理是“無(wú)源定位”，所以定位誤差可以降低到3米，能夠彌補(bǔ)RDSS 模塊定位誤差較大的缺陷。北斗定位通訊模塊

42、主要具有以下三項(xiàng)功能：獲得航標(biāo)的精準(zhǔn)地理位置，并傳送坐標(biāo)到信息處理中心；將天氣和海況信息、航標(biāo)的狀態(tài)參數(shù)匯總設(shè)置成特殊格式的數(shù)據(jù)包，并將數(shù)據(jù)包傳送到信息處理中心；收取信息處理中心傳送的設(shè)置命令信息，并將設(shè)置命令轉(zhuǎn)發(fā)到航標(biāo)參數(shù)采集與配置模塊。（3）電源模塊電源(dinyun)模塊主要包括了電源轉(zhuǎn)換電路與太陽(yáng)能供電裝置兩大部分。太陽(yáng)能供電裝置包括蓄電池、電池控制器和太陽(yáng)能光伏電池組。其核心為控制器和光伏電池組。電池控制器能夠?qū)μ?yáng)能供電裝置的工作過(guò)程進(jìn)行(jnxng)控制；光伏電池主要負(fù)責(zé)將光能轉(zhuǎn)換為電能，它由兩塊60W的太陽(yáng)能電池板和兩塊30W的太陽(yáng)能電池構(gòu)成；蓄電池負(fù)責(zé)儲(chǔ)藏光伏電池傳送來(lái)的電能

43、；電源轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)為航標(biāo)各個(gè)模塊供電，確保航標(biāo)安全穩(wěn)定工作。航標(biāo)參數(shù)采集與配置模塊和北斗定位通訊模塊的CPU芯片以及北斗RDSS模塊全都只支持5伏直流電壓，北斗GNSS芯片和整流轉(zhuǎn)換芯片電壓分別為3.3伏、3伏直流，因此需要靠穩(wěn)壓裝置以及相關(guān)的電源開關(guān)轉(zhuǎn)換芯片對(duì)電壓進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換，從而獲取合適的輸出電壓。（4）航標(biāo)參數(shù)采集與配置(pizh)模塊該模塊的電路主要由驅(qū)動(dòng)控制電路、參數(shù)采集電路、航標(biāo)燈電路和監(jiān)控CPU等構(gòu)成。參數(shù)采集電路負(fù)責(zé)收集航標(biāo)燈的電壓狀態(tài)、電流大小和燈器的工作狀態(tài)等狀態(tài)，再把模擬信號(hào)整流為數(shù)字信息，最終把信息傳送給監(jiān)控CPU。監(jiān)控CPU對(duì)參數(shù)采集電路收集的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行編碼，并傳送

44、到北斗定位通訊模塊。同時(shí)，它還負(fù)責(zé)接收北斗定位通訊模塊發(fā)來(lái)的設(shè)置指令，并采取相應(yīng)指令動(dòng)作，完成對(duì)燈光的閃光頻率、報(bào)警參數(shù)等信息的變更。（5）浮標(biāo)浮標(biāo)是信息收集終端的基礎(chǔ)，是監(jiān)測(cè)遙控模塊和天氣和海況采集裝置的載體。考慮到系統(tǒng)的硬件配置需求，浮標(biāo)需具備安裝便捷、防碰撞、靈活、無(wú)磁、防腐、支持大面積安裝的特性。2.5.2 雙向通訊鏈路設(shè)計(jì)雙向通訊鏈路是地面的信息處理中心和信息收集終端之間的信息傳輸路徑。以北斗二代的通訊功能為基礎(chǔ)建立航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的雙向通訊鏈路，北斗系統(tǒng)不需要在地面建立通訊基站，通訊方式簡(jiǎn)捷，即使在遠(yuǎn)離陸地地區(qū)也能實(shí)現(xiàn)信息處理中心和信息收集終端之間的一對(duì)多和多對(duì)一的雙向通訊。信息收集終

45、端（航標(biāo)）衛(wèi)星管理中心信息處理中心衛(wèi)星通訊互聯(lián)網(wǎng)圖 2.4 雙向通訊(tngxn)鏈路示意圖如圖2.5，雙向通訊鏈路由衛(wèi)星(wixng)、互聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)傳輸媒介和信息收集終端、衛(wèi)星管理中心和信息處理中心三部分構(gòu)成。衛(wèi)星管理中心是信息收集終端與信息存儲(chǔ)中心的信息中轉(zhuǎn)站，具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：接收和緩存信息收集終端發(fā)來(lái)的固定(gdng)格式信息包，并向信息處理中心推送信息包；接收信息處理中心發(fā)送的信息，并推送到信息收集終端或其他接收終端。2.5.2 信息處理中心設(shè)計(jì)信息處理中心主要由信息處理中心軟件、互聯(lián)網(wǎng)通迅平臺(tái)、機(jī)房設(shè)備和服務(wù)器組等構(gòu)成，能夠完成信息接收、信息預(yù)處理、信息解析、信息儲(chǔ)存和信息轉(zhuǎn)發(fā)等任務(wù)

46、。信息處理中心軟件設(shè)計(jì)信息處理中心管理軟件外部端口業(yè)務(wù)員邏輯模塊多源融合信息儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)北斗二代通訊模塊海況信息分析天氣信息分析航標(biāo)信息管理信息發(fā)送信息接收信息分析圖 2.5 信息處理中心管理軟件框架圖軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2.4。信息處理中心軟件主要有以下四部分：外部端口、業(yè)務(wù)邏輯模塊、信息儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)和北斗二代通訊模塊，其中業(yè)務(wù)邏輯模塊是本軟件的核心。北斗(bi du)二代(r di)通訊模塊是依照北斗導(dǎo)航民用分理級(jí)服務(wù)平臺(tái)和外接系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議（V1.2），基于面向多線程以及用戶編程思想的設(shè)計(jì)方式(fngsh)。通訊模塊包括信息發(fā)送模塊、信息解析模塊與信息接收模塊，能夠完成北斗二代衛(wèi)星管理中心與

47、信息處理中心之間的實(shí)時(shí)信息互聯(lián)。多元融合信息儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)是一個(gè)包括了航標(biāo)狀態(tài)信息以及港口周邊水域天氣和海況信息的資料庫(kù)。該信息庫(kù)將信息獲取、分揀、凈化和匯總等多種功能匯集于一身，并支持存儲(chǔ)記錄空間位置，具備穩(wěn)定、實(shí)時(shí)、高度集成等很多優(yōu)點(diǎn)。獲取信息方式主要以信息收集技術(shù)為主，并用表單的方式進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。多元融合信息倉(cāng)庫(kù)不只能夠記錄和存儲(chǔ)實(shí)時(shí)的天氣和海況信息，還能保存已處理信息和歷史記錄。航標(biāo)信息管理單元主要具備以下兩個(gè)功能：給各港區(qū)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供航標(biāo)狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)功能與通訊端口，完成對(duì)航標(biāo)狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測(cè)。獲取各港區(qū)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)來(lái)的控制信息，再根據(jù)設(shè)定格式對(duì)信息重新組裝，最后將組裝好的信息打包并將其依次

48、傳送至北斗通訊模塊。（2）信息處理中心通訊平臺(tái)設(shè)計(jì)信息處理中心通訊平臺(tái)是由服務(wù)器、防火墻、部分路由器和交換器依照特殊設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)造而成。通訊平臺(tái)的主要功能包括：為KVM遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)提供接口，進(jìn)行遠(yuǎn)程管理；為各港口的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)站提供網(wǎng)絡(luò)通訊接口，確保各分監(jiān)測(cè)中能夠獲取準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)；在服務(wù)器上運(yùn)行的管理軟件可以利用互聯(lián)網(wǎng)從衛(wèi)星的運(yùn)營(yíng)服務(wù)中心采集到匯總的數(shù)據(jù)。2.5.4 用戶終端設(shè)計(jì)海事監(jiān)測(cè)與信息發(fā)布平臺(tái)天氣與海況信息監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)天氣與海況信息預(yù)測(cè)子系統(tǒng)海事信息發(fā)布子系統(tǒng)航標(biāo)工作管理子系統(tǒng)水流數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)海水溫度監(jiān)測(cè)氣溫監(jiān)測(cè)大氣濕度監(jiān)測(cè)能見度監(jiān)測(cè)潮汐預(yù)測(cè)水溫預(yù)測(cè)氣溫預(yù)測(cè)能見度預(yù)測(cè)海況信息

49、發(fā)布天氣信息發(fā)布海上天氣預(yù)報(bào)航標(biāo)位置信息航標(biāo)參數(shù)顯示航標(biāo)位置顯示航標(biāo)狀態(tài)設(shè)置航標(biāo)預(yù)警處理圖 2.6 海事監(jiān)控(jin kn)與信息發(fā)布平臺(tái)用戶終端是各用戶與航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行交互的接口，由天氣和海況監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，天氣和海況預(yù)測(cè)子系統(tǒng)、航標(biāo)工作(gngzu)管理子系統(tǒng)和海事信息發(fā)布子系統(tǒng)組成海事監(jiān)測(cè)與信息發(fā)布平臺(tái)。平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)如圖2.6，海事監(jiān)測(cè)及信息發(fā)布平臺(tái)是基于模塊化思想設(shè)計(jì)(shj)，每個(gè)子系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，為各自的用戶提供服務(wù)。天氣和海況監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)為海事監(jiān)管部門提供航標(biāo)周邊水域的水深、水溫、氣溫、濕度、能見度等水溫氣象信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)服務(wù)。天氣和海況預(yù)測(cè)子系統(tǒng)為用戶提供流信息、能見度等天氣和海況

50、信息的預(yù)測(cè)服務(wù)，預(yù)測(cè)周期為周和月。航標(biāo)工作管理子系統(tǒng)為海事監(jiān)管部門提供各海域航標(biāo)的位置信息、電氣參數(shù)信息和航標(biāo)參數(shù)的配置服務(wù)。這三個(gè)子系統(tǒng)全部為海事監(jiān)管部門提供服務(wù)。海事信息發(fā)布子系統(tǒng)為漁船、海事企業(yè)等普通用戶提供實(shí)時(shí)的天氣和海況實(shí)時(shí)信息、天氣海況的預(yù)測(cè)信息和航道附近的航標(biāo)坐標(biāo)信息等。2.6 本章小結(jié)本章首先對(duì)航標(biāo)的功能和傳統(tǒng)視覺(jué)航標(biāo)的管理模式進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，在分析了智能化航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能需求后，分別對(duì)系統(tǒng)的定位方案以及通訊方案進(jìn)行了分析和選擇，并依次對(duì)信息收集終端、信息處理中心、雙向通訊鏈路和用戶終端等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。第3章 基于北斗的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)第3章 基于北斗(

51、bi du)的航標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(xtng)軟硬件設(shè)計(jì)(shj)3.1 天氣和海況信息采集模塊 北斗通訊定位模塊海況信息采集設(shè)備信息收集平臺(tái)天氣信息采集設(shè)備流向流速水位水溫濕度溫度風(fēng)向風(fēng)速能見度衛(wèi)星通訊圖 3.1 天氣和海況信息采集模塊設(shè)計(jì)圖天氣和海況信息采集模塊的功能主要是收集港區(qū)及周邊水域的天氣和海況信息，并把這些數(shù)據(jù)由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后傳送到北斗通信模塊。天氣和海況信息采集模塊的設(shè)計(jì)如圖所示。它由信息收集平臺(tái)、天氣信息采集設(shè)備和海況信息采集設(shè)備構(gòu)成，能夠測(cè)量海水的深度、水溫、流向、流速以及空氣濕度、氣溫等參數(shù)。 目前，國(guó)際上大部分海洋環(huán)境監(jiān)管機(jī)構(gòu)主要使用多普勒海流波浪探測(cè)儀作為采集海

52、況信息的主要設(shè)備，該設(shè)備能夠自由選擇多個(gè)不同的測(cè)流層，還能測(cè)量和記錄水位、水溫、流向、流速等多種海況參數(shù)，精確度也較為理想。天氣信息的采集需要由多個(gè)傳感器組成一個(gè)傳感器組群來(lái)完成，包括了能見度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、溫濕度傳感器，能夠測(cè)量能見度、風(fēng)速、風(fēng)向、濕度、溫度等天氣信息。信息收集平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)天氣信息采集設(shè)備所收集的信息進(jìn)行分析處理，再將其轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)格式，最后進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。3.2 北斗通訊定位模塊MCUSTC12C5A60S2時(shí)鐘電路北斗一代電路北斗二代電路程序升級(jí)電路存儲(chǔ)器電路復(fù)位電路電源電路對(duì)外接口電路圖 3.2 北斗通訊定位(dngwi)模塊硬件(yn jin)設(shè)計(jì)(shj)北

53、斗通訊定位模塊選取“GNSS定位芯片+RDSS通信模塊”的組合方式，能夠完成信息的接收、轉(zhuǎn)發(fā)以及信息收集終端的精準(zhǔn)定位。該模塊由RDSS電路、復(fù)位電路、GNSS芯片電路、時(shí)鐘電路、存儲(chǔ)器電路、對(duì)外接口電路、電源電路以及程序升級(jí)電路組成，其硬件結(jié)構(gòu)如圖 3.2 所示。 3.2.1 主要元件選擇 （1）處理器芯片 由于功能需要，本方案中的處理器芯片選取的是STC12C5A32S2型號(hào)的單片機(jī)。該型號(hào)單片機(jī)為單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的新一代8051單片機(jī)，具有低能耗、高速、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。其指令代碼能夠兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，但速度是傳統(tǒng)單片機(jī)的9到11倍。其內(nèi)部包括了2路PWM、8路高速10位A

54、/D轉(zhuǎn)換、MAX810專用復(fù)位電路，能夠在強(qiáng)干擾環(huán)境下保持正常工作。STC12C5A32S2單片機(jī)共有4個(gè)16位定時(shí)器，包括兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，和獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器與2路PCA模塊實(shí)現(xiàn)的2個(gè)16位定時(shí)器。單片機(jī)具有2個(gè)通用全雙工異步串行口，可通過(guò)程序設(shè)置串口通信的波特率，支持通用的串行通信協(xié)議。單片機(jī)中包括了UART串口、中央處理器（CPU）、串口2、看門狗、程序存儲(chǔ)器（Flash）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（存儲(chǔ)器）、SPI接口、I/O接口、PCA、A/D轉(zhuǎn)換器、晶體振蕩電路以及R/C振蕩器等信息收集和管理中需要的所有模塊。其工作溫度

55、為-40到+85，能夠在極端惡劣的環(huán)境下運(yùn)行。（2）RDSS模塊 為了保證遠(yuǎn)離海岸線的航標(biāo)的信息能夠正常發(fā)送，本方案選取TYMD052型號(hào)RDSS模塊作為北斗通訊定位模塊的信息收發(fā)模塊。本模塊包括了北斗RDSS射頻前端的L波段功率放大器、S波段低噪聲放大器、L波段上變頻和S波段下變頻以及RDSS需要的時(shí)鐘和基帶處理部分，能夠支持RDSS（Radio Determination Satellite System）的基帶與射頻的設(shè)計(jì)。本模塊還能夠產(chǎn)生高穩(wěn)定的頻率源并綜合產(chǎn)生50MHz時(shí)鐘以及所需頻點(diǎn)，具有操作方便、體積小、功耗低的特性。本模塊(m kui)選取(xunq)了收發(fā)射頻(sh pn)芯

56、片，它集成了接收發(fā)射頻率綜合器、發(fā)射通道以及接收通道，利用片機(jī)外的少量配件就能完成射頻信號(hào)的發(fā)射與接收。發(fā)射通道選取直接調(diào)制的構(gòu)造，能夠直接解析TTL電平輸入信號(hào)，調(diào)制到其所需的載波頻率處，完成發(fā)射。接收通道選取兩次變頻的結(jié)構(gòu)，先將射頻信號(hào)下變頻至第一中頻，再利用正交混頻器產(chǎn)生最后的正交中頻信號(hào)。模塊的儲(chǔ)存溫度為-45+85，工作溫度為-20+55，能夠連續(xù)工作兩萬(wàn)多小時(shí)，能夠在海上的極端環(huán)境下完成工作。在亞太地區(qū)運(yùn)行時(shí)，該模塊具有短信息通訊、定位以及授時(shí)等功能，定位誤差為100米，授時(shí)誤差小于100納秒，每次通訊最多能傳輸80字節(jié)BCD碼或大小的漢字，通訊和定位的成功率都在95%以上，并且支

57、持本地串口進(jìn)行狀態(tài)設(shè)置。商用北斗SIM卡和手機(jī)SIM卡類似，也具有全球唯一編號(hào)，其編號(hào)由3字節(jié)的ASCII碼組成。目前，商用北斗的通訊時(shí)間間隔為60秒，軍用北斗的通訊時(shí)間間隔為1秒。（3）GNSS 芯片 為了盡量減小定位誤差，本方案選取UM220型號(hào)的GNSS（Global Navigation Satellite System）芯片作為系統(tǒng)的定位模塊。UM220是我國(guó)擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一款具備高性能的雙定位系統(tǒng)的芯片，可以同時(shí)在BD2 B1、GPS L1兩個(gè)頻點(diǎn)工作。UM220外形和GPS芯片基本一致，選取SMT焊盤，能夠完成全自動(dòng)化集成回流焊接和標(biāo)準(zhǔn)取放，特別符合低功耗、低成本的要求。

58、其結(jié)構(gòu)如圖3.3所示。2.85VSAWFilterLDORF前端TCXOFLASH基帶處理器數(shù)字中頻濾波SRAMCPUROMBD2/GPS接口RTCRF輸入RF輸入匹配UARTSP1ResetEventVCCUBATUM220圖3.3 UM220結(jié)構(gòu)(jigu)框圖UM220芯片(xn pin)有3個(gè)支持(zhch)變更設(shè)置的串口，其默認(rèn)波特率是9600bps，最高能夠設(shè)置到230400bps，輸入/輸出信號(hào)類型為3.3V的TTL電平。該芯片的測(cè)速誤差為0.1m/s，定位誤差為3m，導(dǎo)航信息為NMEA0183格式，能夠在-40+85的環(huán)境中維持正常運(yùn)行。芯片還能利用串口輸出GSV、GSA、GG

59、A、RMC、GLL等8種定位數(shù)據(jù)，使用者能夠通過(guò)串口對(duì)模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置，完成定位數(shù)據(jù)的組合輸出。3.2.2 硬件電路的設(shè)計(jì) （1）RDSS模塊工作電路圖3.4 RDSS模塊工作電路圖本電路(dinl)是由商用北斗(bi du)SIM卡和RDSS模塊構(gòu)成(guchng)。RDSS模塊電源設(shè)置為5V，并與商用SIM卡的數(shù)據(jù)IO端口、復(fù)位和時(shí)鐘相連，但時(shí)鐘線不能太長(zhǎng)。模塊的29和30引腳與CPU的P3.1和P3.0相連，并選取串行通信協(xié)議完成信息交互。電路原理如圖3.4所示。SIM卡電源為3.3V直流電，與通訊模塊組合運(yùn)行。其中，C3、C4、C5全部是紋波電容，用來(lái)消除信號(hào)內(nèi)的噪聲。SIM卡擁

60、有唯一的全球編號(hào)，與通訊模塊共用身份參數(shù)。RDSS模塊能夠?yàn)椴捎貌煌愋偷腟IM卡的用戶提供不同的服務(wù)頻度。例如，商用北斗SIM卡的服務(wù)頻度為1分鐘，而軍用北斗SIM卡的服務(wù)頻度為1秒。UM220工作電路圖3.5 北斗二代電路圖如圖3.5所示，UM220芯片的電源電壓為3.3V直流電，通過(guò)串口3（第39、40管腳）與CPU進(jìn)行信息交互。模塊的第57管腳為VBAT端口，應(yīng)與3.0V電池電源的正極連接。模塊的第49管腳為復(fù)位引腳，與MAX811芯片第2管腳連接，組成GNSS模塊的復(fù)位電路。假如模塊RST管腳的電平被降低大于5ms，則模塊能夠自動(dòng)復(fù)位。芯片的第2管腳為天線信號(hào)的輸入端口，能夠提供+2