北斗卫星通信技术中水文气象数据的传输

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摘要：北斗通信技术在水文气象观测数据遥报中的应用是十分重要的，弥补了GPRS/CDMA的缺陷，保证了数据传输的实时性、稳定性。

关键词：北斗卫星通信；水文气象；交换协议；数据传输

一、引言

随着国家沿海经济的发展，以及国家对南沙及西沙群岛的科学开发，目前用于沿海的各类型监测系统日益繁多，因此需要一种适用于偏远海区、全天候、全地形的数据传输方式，来满足各海域的监测系统的建设要求。北斗卫星通信技术作为一种我国自主研发、具有完全独立的自主知识产权的新型的通信技术，由于覆盖范围广、不受地形条件的影响、实时性，保密性、稳定性强的特点完全符合我国海洋监测数据传输要求，因此推广并使用北斗卫星通信技术在水文气象数据传输中的应用显得十分重要。

二、GPRS/CDMA无线通信技术

GPRS/CDMA是基于GSM与3G之间的2.5代无线通信技术，是我国水文气象观测及环境监测数据传输主要方式。GPRS/CDMA通信方式允许用户在端到端分组转移模式下发送和接受数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种传输快，成本低，永远在线的无线数据传输业务，特别适用于频繁而少量的数据传输。目前移动通信网络已经发展的相对成熟，使用资费较低，传输数据速度随着3G网络的迅猛发展更到了很大程度的提高。对于大部分地区（比如珠江口水域及我国大部分沿海区域）使用GPRS/CDMA通信方式具有一定的优点。但对于人烟稀少的海岛，偏远海区，由于移动基站少会存在信号弱，以及靠近边境各地区GPRS/CDMA信号交汇干扰，移动通信网络就会存在不稳定及发生中断的情况。因此，覆盖范围广、全天候、全地形的北斗通信技术在水文气象观测数据遥报中应用显得十分重要，弥补了GPRS/CDMA的缺陷，保证了数据传输的实时、稳定性。

三、“北斗卫星”系统的功能

1．“北斗卫星”系统是我国自行研制、具有完全自主知识产权的区域性卫星导航系统。该系统主要由空间卫星、地面中心站和用户终端三部分组成，具有双向通信、快速定位和精密授时三大功能。覆盖范围包括了中国全境及亚洲大部分地区，具体为5°~55°N、70°~145°E。2．北斗卫星通信系统具有短报文收发功能，无需人值守的特点。用户通过短报文可以实现无人值守的水文观测站点的数据传输。3．北斗卫星具有高精度、稳定，抗干扰的特性，能有效保证各水文气象站点数据传输的稳定性。

四、北斗卫星短报文通讯

短报文通讯是“北斗卫星导航系统”的一大特色，即可为用户机与用户机、用户机与地面中心站之间提供每次最多120个汉字或1,680bit的短报文通讯服务。每个用户机都有唯一的一个ID号，并采用1户1密的加密方式，通讯均需经过地面中心站转发。其流程是：（1）短报文发送方首先将包含接收方ID号和通讯内容的通讯申请信号加密后通过卫星转发入站；（2）地面中心站接收到通讯申请信号后，经脱密和再加密后加入持续广播的出站广播电文中，经卫星广播给用户；（3）接收方用户机接收出站信号，解调解密出站电文，完成一次通讯。与定位功能相似，短报文通讯的传输时延约0.5s，通讯的最高频度也是1s一次。

五、北斗卫星通信在四尺岩水文站的应用

1．工作原理根据需求，在用户层完成水文气象信息交换协议的制定，通过制定符合北斗通信系统的协议来进行水文气象信息数据转换。北斗气象通信终端的工作模式为通信终端进入“自主工作模式”，ARM处理器将接收到的水文气象数据进行选择性数据压缩，并完成北斗协议转换，转化为符合用户需求的短报文水文气象数据，然后通过北斗卫星发送至北斗通信接收端，通信接收端把数据上传至用户服务器。2．方案设计四尺岩礁位于桂山锚地以北，榕树头出海航道以西，位列香港水域以西，，地理位置为纬度22°08′41″经度113°46′30″，位处于桂山岛以西海中央，距离桂山岛陆地最近2.3海里，2011年广州海事测绘中心完成了四尺岩灯桩的水文设备的安装，并投入使用，四尺岩采用传统的GPRS/CDMA通信模块将采集器的数据发回广州海事测绘中心服务器。由于四尺岩礁位处海中央，四尺岩水域海面被香港、澳门，大陆三方信号覆盖，经常出现各方信号相互干扰、移动通信信号不稳定、数据传输中断现象。为改变这一现状，维护四尺岩水文站的日常稳定运行，针对四尺岩水文站位置特殊的现状，制定基于北斗卫星通信数据传输的设计方案.

六、结论

基于北斗卫星的报文通信为水文气象数据传输提供了一种科学、有效的传输方案，同时可以很好地解决偏远海区信号覆盖少、及各种复杂信号相互干扰的问题。本文提出了北斗通信技术在水文观测遥报实现方案，并针对了四尺岩水文站通信的复杂情况，通过北斗卫星通信技术可有效解决存问题。伴随着北斗卫星通信技术的的快速发展，它在水文气象观测、海域环境监测中的应用有更加广阔的发展前景。

参考文献

[1]彭伟，徐俊臣，杜玉杰等.基于北斗系统的海洋环境监测数据传输系统设计[J].海洋技术，2009，03.

[2]孟宪伟，范晓东.北斗卫星通信在自动气象站数据传输中的应用[J].卫星应用，2014，03.

作者:周争桥 单位:交通运输部南海航海保障中心广州海事测绘中心