摘要：本文简要介绍了北斗卫星通信方式及原理，对基于北斗卫星通信的航标遥测遥控系统进行了介绍，并对其在航标遥测遥控系统中的应用进行了研究。
关键词：航标遥测遥控系统；北斗卫星；通信技术；应用
《北海航海保障中心发展战略（2013-2020）》中明确提出“到2020年，全面建成布局科学合理、功能配套完善、装备先进适用、运转协调规范、应急响应及时、服务可靠高效的综合航海保障体系，实现了航海保障的现代化，形成了沿海多维化综合保障能力，满足船舶航行安全和经济社会发展需要”的战略目标。因此，进一步提升航标管理维护效率，推进卫星导航应用，构建从远海到近岸层级递进的立体助航网络，成为航标管理单位的重点工作之一。
1北斗卫星通信方式概述
1.1点对点双向通信
北斗卫星系统具有点对点双向数据传输方式。它是以数据包的形式传输，一次发送共有210个字节，一般用户一次最多可发送110bytes信息。测站终端发送采用码分多址直接扩频序列调制，扩频伪码采用周期伪随机序列，发送频率为L波段，通过卫星转换为C波段由地面站接收。测站型终端和指挥型终端的最大区别在于前者只能锁定在一个波束上，而后者可以同时锁定所有波束，发送信息时也是如此，前者每次只能在单波束上发送，后者则可以同时在所有波束上发送。
1.2多点对一点通信
与上面的通播方式有些类似，该通信方式主要采用了指挥机的通信特点。在指挥机上面安装指挥卡，每个指挥卡一般可以管辖200张子卡；其他终端上安装子卡，并设定接收卡为指挥卡。这样，这些终端都可以向该指挥机发送短报文信息。实现多点对一点的通信。在水文遥测站数据上报中就采用这种方式。
1.3北斗卫星通信技术的优缺点
北斗卫星通信系统覆盖范围广、没有通信盲区、信息加密传输安全。用户终端机分为指挥型用户机和通信型用户机，指挥型用户机可以监收其所有下属用户机的通信数据，并可以向其任一下属用户机发送命令或与其进行数据通信。但是，北斗卫星短报文通信也有其局限的地方：单次通信容量有限，民用通信容量仅有100字节左右；通信频度受控，民用通信频度在1min左右；没有通信回执，确保通信可靠性，需要采取相关辅助措施。
2北斗卫星通信原理
每个北斗用户终端设备都有一个类似居民身份证号码的可识别唯一标识ID号，录入ID号的IC卡除了可以实现入网信息管理外，也可以实现北斗用户身份认证。通信的方式是用户起始终端将对方地址和电文发送到北斗卫星，北斗卫星再将目标地址和电文转发到地面控制中心，地面控制中心将译出的地址和通讯编码又通过北斗卫星发送到目的用户终端(图1)。北斗卫星的通讯容量最多可以一次传输628个二进制位，传输时间在一秒内完成。
北斗卫星通信具有信号覆盖区域广，不受气候和环境因素影响，信息传输实时高效，性能稳定、通信信道保密性强，通信资费及后期维护费用低廉，提供统一时间基准和位置服务信息，组网方便，不依赖任何基础网络设施的优点，目前已经全部覆盖我国南海海域，非常适合在南海海域等GSM信号无法覆盖的区域使用。
基于北斗卫星通信的航标遥测遥控系统，是将遥测遥控终端安装于浮标、固定标上（灯塔、灯桩、导标等），航标的位置信息、灯器设备的工作电流、电压数据，灯器的开关状态，太阳能板的充电电流等信息数据都会被数据采集模块采集，并判断工作是否正常，到一定的时间间隔后、接收到中心查询指令或出现报警时终端自动将数据按照通信协议打包通过串口发送到通信模块。遥测遥控终端通信模块通过北斗卫星的短报文功能以无线方式将数据发出，数据通过通信基站和交换中心全部集中发送到航标管理机构的通信服务器上，再经过通信服务器将遥测遥控信息发送到航标巡检系统上的遥测遥控系统监控平台。
3设计原理
利用北斗卫星通信系统实现的航标遥测遥控系统同其他遥测遥控系统设计原理类似，均由航标运行信息监控平台和航标遥测遥控终端组成。终端上安装的信息检测装置可以检测航标灯的工作状况，将采集的终端数据及指令执行结果封装后，通过北斗卫星通信模块发送到北斗卫星网络中，网络将数据转发到北斗MQ服务器，北斗MQ服务器解码信息后将数据发送到MQSocket数据代理服务器，经过信息过滤，数据被保存到数据库中，数据处理服务器会定期检测收到的航标终端返回信息，并对数据进行有效性处理，再将数据保存到数据库中，以供应用服务器调用整合，并将最终结果展示给终端用户。用户也可通过基于应用服务器提供的Web界面，对指定航标终端发送遥测遥控数据，指令通过数据处理服务器过滤编码后保存于数据库中，MQSocket数据代理服务器实时监控数据库中待发送指令，发现新的指令后MQSocket数据代理服务器将遥测遥控数据重新封装，并通过指定端口发送到北斗MQ服务器，北斗MQ服务器将信息转发到北斗卫星通信网络中，数据到达航标终端后，航标终端解码并执行相关指令。
4北斗卫星通信系统设计方案
4.1系统架构
航标遥测遥控系统具有复杂的系统功能，包含高带宽接入、高性能的软/硬件平台、网络平台和安全可靠机房环境等一系列软硬件措施，涉及网络与系统管理、服务器系统、数据存储体系、应用软件及自动检测与控制等多方面的技术。利用北斗卫星通信技术的航标遥测遥控系统采用SAN架构为核心的互联方式。
4.2通信网关子系统
1）与航标终端数据通信
通过北斗卫星通信网络与航标终端进行交互，接收航标终端上报数据信息，并依据系统定义的数据传输通信协议验证信息有效性（由于可能接收到不完整的信息，必须对信息进行拆包、组包操作，保证传递给应用程序的信息完整可靠），并将监控端下发的各种指令实时传递给航标终端。
2）与应用程序通信
系统在接收针对航标终端的遥测遥控信息时，首先将信息缓存在北斗通信服务器收发缓存队列中，系统提供应用程序的通信接口，通过该接口将航标终端上传的完整信息传递给后台应用程序，并将遥控的相关信息传递到北斗服务器发送队列中，通过北斗网络发送到相应的航标终端。
3）与Web服务程序通信
提供与Web程序人机交互界面接口，可以接收Web程序下发给航标终端的信息和航标终端的反馈信息，并选择相应的通道直观地展示给用户。
4.3系统结构
系统中北斗通信模块主要负责与北斗通信系统进行信息转换，提取北斗通信系统接收的航标终端信息，将Web服务接口发送的遥控指令放入北斗通信系统所对应的通道队列待发送。
结语
综上所述，随着北斗二代导航系统进入实际应用阶段，研究和应用基于北斗二代通信技术的航标遥测遥控终端设备将被提到各航标管理单位的计划日程。基于北斗卫星通信的航标遥控遥测单元的设计可以有效丰富航道安全监测信息的传输途径，对于远离海岸航标的智能化管理和信息采集具有重要意义。
参考文献
[1]江华.北斗在移动通信中的应用技术研究[J].移动通信,2016,40(4):64-67.
[2]王翔，叶引，彭国均.航海保障事业中对使用北斗卫星导航系统的探索[J].高新技术产业发展，2014（14）.
论文作者:贾泰勇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/22
标签：航标论文; 北斗论文; 终端论文; 通信论文; 信息论文; 数据论文; 卫星通信论文; 《基层建设》2018年第1期论文;