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i i i l l l ll ii ii ii f1i i liji f i i i i 一 y 18 217 91 上海海洋大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学 位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。 除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人 承担。 j ，n 学位论文作者签名：i 刁, p - - 、 日期，伽f 年 j 月乒丫日 上海海洋大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密涵 学位论文作者签名；锕歹、 日期：伽j j 年月f 甲 砚庐 铆阴 签 “燃 教期导日 匕日 答辩委员会成员名单 姓名工作单位职称备注 吴耿锋上海大学教授主席 钱平中国农科院研究员 )委员 于庆梅上海海洋大学副教授委员 王德兴上海海洋大学副教授委员j 委员 委员 委员 e 郑永德上海海洋大学工程师秘书； ，答辩地点1 日，u 中i 誓l答辩日期 2 0 11 t 1 4 蕾 基于v g a 近海海域倾废区监控系统射频终端设计和仿真 摘要 随着经济的急速发展和通信技术的快速进步，无线视频监控系统 由于其便利和高效的优点，已经成为应用和研究的热点。 本课题来源于学院与国家海洋局东海信息中心联合开发的东海倾 废监控中心系统研究之子系统监控中心数据无线传输系统研究。近海 海域倾废区的使用，是人类利用海洋的空间资源和自净能力处置废弃 物，但海洋的污染负荷能力是有限的，不科学的倾倒，对海洋的环境 和生态会造成重大影响，倾废区监查和监测是近海海域倾废区的管理 的重要内容。 海岸上的监控中心要对倾废区上的倾废船只的倾倒情况和倾废区 的海水数据进行实时监控，本文在第二章给出了视频监控系统总体设 计，监控中心系统由现场机系统、无线传输网络和远程监控中心系统 三部分组成，i 并对相关硬件和软件参数进行了介绍。而由于近海海域 地处偏僻，基站建设困难，同时传输环境恶劣，传输距离较远，针对 以上实际困难与恶劣条件，在本论文中，通过射频终端系统的重新强 化设计来解决这个问题。首先是对相关通信指标进行分析，阐述了误 码率的概念和误码率在通信质量衡量中的重要性，其次分析了超外差 接收机和零中频接收机系统结构图，并对接收机的指标进行了分析， 同时对常见的发射机中的基于单级上变频发射机和零中频发射机的结 构进行介绍，对相关参数进行分析，然后对射频终端进行了总体改进 型的设计。在射频信号经过天线到达接收机前，先对它进行下变频， 然后通过可变增益放大器对它进行放大，最后再上变频到接收机，发 射的时候反之亦然。根据系统设计对相关产品进行选型，并对系统具 体指标参数进行定义，最后通过m a t l a b s i m u l i n k 对系统进行仿 真，达到了改善通信质量的效果。 关键词：近海海域，接收机，射频终端，v g a ，s i m u l i n k 7 1 仿真 t h em o n i t o rs y s t e m d e s i g na n ds i m u l a t i o no fr f t e r m i n a lb a s e do nv g ao fc o a s t a lw a t e r sd u m p i n gz o n e a b s t r a c t w i t ht h e r a p i d e c o n o m i c d e v e l o p m e n t a n dt h e r a p i d a d v a n c e m e n to f c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , w i r e l e s sv i d e om o n i t o r i n gs y s t e mh a sb e c o m ea h o ts p o to n 、a p p l i c n t i o na n f f r e s e a r c hb e c a u s eo fi t s ，c o n v e n i e n c ea n de f f i c i e n c ya d v a n t a g e s t h i ss u b j e c t4 ：o l t l e sf r o mt h em o n i t o r i n gc e n t e rw i r e l e s sd a t at r a n s m i s s i o ns y s t e m ， m h i e hi st h es u b s y s t e mo fe a s t s e ad u m p i n go fw a s t e sm o n i t o r i n gc e n t e rs y s t e m ，j o i n t d e v e l o p e db yt h ei n s t i t u t ea n dt h es t a t eo c e a n i ca d m i n i s t r a t i o ni n f o r m a t i o nc e n t e r h u m a nu s eo f f s h o r ed u m p i n ga r c a $ ，w h i c ha r et h es p a c er f s o u r c e sa n do w n s e l f - p u r i f i c a t i o nc a p a c i t y , t od i s p o s ew a s t e b u tt h ec a r r y i n g c a p a c i t yo f m a r i n ep o l l u t i o n i s 1 i m i t e d ，u n s c i e n t i f i cd u m p i n go nt h em a r i n ee n v i r o n m e n ta n de c o l o g yw i l lb ea s i g n i f i c a n ti m p a c t ，t h es u r v e i l l a n c ea n dm o n i t o r i n go fd u m p i a ga r e a si st h ei m p o r t a n t 。c o n t o r ti nm a n a g e m e n t t h em o n i t o r i n gc e n t e r i n go nt h ec o a s tg i v e st h er e a t 4 i m em o n i t o r i n go v e rt h e d u m p i a go ft h es h i p sa n dt h ed a t ao ft h es e a t h es e c o n dc h a p t e ro ft h i sp a p e rg i v e s o v e 栅d e s i g no fv i d e om o n i t o r i n gs y s t e m ，t h em o n i t o r i n g c e n t e rs y s t e mi sc o n s i s t e do f t h em a c h i n es y s t e l t t ，w i r e l e s s t r a n s m i s s i o nn e t w o r ka n d ，e m o t em o n i t o r i k gc e n t e r s y s t e m , a n dt h e r e l a t e dh a r d w a r ea a ds o f t w a r ep a r a m e t e r sa r ei n t r o d u c e d t 3 m et ot h e r e m o t e 、c o a s t a lw a t e r s ，b a s es t a t i o nc o m t r a c t i o nd i w r c u l 髓e s ，s i n m l t a n e o u s l yt r a n s n d b e n v i r o n m e n t sa n dt h ef a r t h e r , l r a r m m i s s i o nd i s t a n c e ，a n dt h ep r a o t i e a ld i f f i c u l t i e sw i t h b a dc o n d i t i o n s ，i nt h i st h e s i s ，t h r o u g hs t r e n g t h e n i n gd e s i g nt h er ft e m f i n a ls y s t e m 幻 s o l v et h i sp r o b l e m f i r s t ，t h i sp a p e ra n a l y z e sr e l a t e de o m m t m i c a t i o n si n d e x e s ，w e r e c o g n i z e t h a tt h e c o n c c p t o fb e r , a n d i m p o r t a n c eo fi t sq u a l i t y i n c o l r m a t m i c a t i o n s s e c o n d l y , 要m a a l y z e ss p e c i a l i z e ds u p e r - h e t e r o d y n er e c e i v e r sa n dz e r o i n t e r m e d i a t ef r e q u e n c yr e c e i v e rs y s t e m ，a n dt h es t r u c t u r eo ft h er e c e i v e ri n d e xw a s a n a l y z e d ，m e a n w h i l ei n t r o d u c e t h ec o m m o nt r a n s m i t t e ro fb a s e d0 1 1s i n g l el e v e l t r a n s m i t t e ra n dt h ez e r of r e q u e n c yi n v e r t e rt r a n s m i t t e r , a n dt h es t r u c t u r eo fr e l a t e d i n i r a r a m e t e r sw e r ea n a l y z e d ，a n dt h e nt h eo v e r a l li m p r o v e dd e s i g nf o rt h er ft e r m i n a l ， w h e nt h er f s i g n a l a f t e ra n t e n n ab e f o r e r e a c h i n gr e c e i v e r , f i r s tg i v e t h e d o w n - c o n v e r s i o nt h r o u g hf r e q u e n c yc o n v e r s i o n ，t h e na m p l i f yt h es i g n a lo _ r o u g ht h e v a r i a b l eg a i na m p l i f i e r , m a df i n a l l yt ot h er e c e i v e ro nt h ec o n v e r s i o n ，a n dw h i c hi st h e s 锄ew h e nl a u n c h e d 1s e l e c tt h er e l e v a n tp r o d u c ta c c o r d i n gt ot h es y s t e md e s i g n ，a n d d e f i n e s p e c i f i c i n d e x e so fs y s t e mp a r a m e t e r sl a s t ，t h e ng i v et h es i m u l a t i o nb y m a t l 柚s 删l 姗【f o rs y s t e m ，a n di m p r o v ec o n m m n i c a t i o n sq u a l i t ye f f e c t k e y w o r d s ：c o a s t a lw a t e r s ，r e e e i v e r , r ft e r m i n a l s ，v g a ，s i m u l i n k 7 1 s i m u l a t i o 啊 i v 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章绪论一l 1 1 课题来源及研究意义1 1 1 1 课题背景及来源i 1 1 2 课题研究意义，。2 1 2 近海海域倾废区通信特点，2 1 3 本章小结及论文安排，4 第二章远程监控系统总体设计及无线通信技术概述5 2 1 远程无线通信技术的比较5 2 1g p r s 无线数据传输系统的特点5 2 1 2c d m a 无线传输数据的特点6 2 1 3 单边带数据传输系统的特点7 2 2 无线数据传输系统选择g p r s 为主的依据9 2 3 远程监控系统总体设计，1 0 2 3 1 系统总体设计，1 0 2 3 2 系统硬件设计1 2 2 3 3 系统软件设计及程序流程图。1 3 2 辱本章小结，1 7 第三章射频终端通信系统的设计，一。1 9 3 1 通信系统的组成1 9 3 2 射频通信系统模型一。1 9 3 3 收发信机的性能分析及指标，。2 l 3 3 1 接收机的结构。2 1 3 2 发射机的结构，2 3 3 3 3 可变增益放大器2 4 3 4 基于v g a 射频终端系统设计，2 4 3 4 1 设计思路，2 4 3 4 2 可行性分析。2 5 3 4 3 方案实现2 5 3 5 系统技术指标及分配，3 2 3 5 1 综合指标3 2 3 5 2 接收指标3 2 3 5 3 发射指标3 2 3 5 4 电源3 3 3 5 5 主要特点3 3 3 6 本章小结3 3 v 第四章基于v g a 的仿真实现3 4 4 1s i m u l i n k 的建模过程3 4 4 1 1s i m u l i n k 模块组成。3 4 4 1 2s i m u l i n k 建模过程- 3 5 4 2 接收终端的系统分析3 6 4 2 1 接收终端的设计步骤3 6 4 2 2 接收终端的仿真设计，3 7 4 3 发射终端的系统分析3 7 4 4 射频终端仿真和实现3 8 4 4 1 原始射频传输仿真3 8 龟4 2 加入v g a 和混频器后的仿真4 0 4 4 3 增益变动后的误码率曲线。4 l 4 5 本章小结，4 2 第五章结语4 3 致谢4 j 6 附录，4 7 研究生学习期间公开发表论文，4 7 申请国家专利：4 7 获得软件著作权：4 7 v l 1 1 课题来源及研究意义 1 】【1 课题背景及来源 第一章绪论 近海海域倾废区的使用，是人类利用海洋的空间资源和自净能力处置废弃物。 但海洋的污染负荷能力是有限的，不科学的倾倒，对海洋的环境和生态会造成重 大影响，倾废区监查和监测是近海海域倾废区的管理的重要内容。图1 1 是上海海 域倾废区分布： 图l 一1 上海海域倾废区分布 瓢毋聪i - it h e 媾i s t r i b u t i o no fs h a n 搬i a x e a 本课题结合学院与国家海洋局东海信息中心联合开发的东海倾废监控中心系 统研究之子系统监控中心数据无线传输系统研究。众所周知，我们的无线通信网 络主要有g s m 网络和c d m a 网络，这两个网络的通信都离不开基站的建设和蜂窝 理论，而基站的建设有着严格的条件限制。由于近海海域远离陆地上的基站，所 以近海海域的蜂窝通信信号极其微弱，数据传输质量极其不稳定。因而怎样实现 近海海域的无线传输并同时提高传输的可靠性与有效性是急需解决的问题。 、 1 1 2 课题研究意义 海域倾废区的设置是与当地的海洋环境容量和经济建设发展需求密切相关， 倾废区主要是航道疏浚物倾倒区，此外还有少量城市生活垃圾倾倒区、放油区、 骨灰倾倒区等，海洋倾废活动的前提依据是利用海洋的自净化容量与能力，但同 时海洋的自净化能力与容量是有限的，还受到海岸线形状、洋流走向、冲淤沉积 等因素的影响，因此倾废区的选择与设定有其严格的科学及工程依据，放任自流 的倾废活动必然会对周边的海洋环境产生严重的损害，其产生的后果可能是不可 逆转的和无法恢复的，因此需要对海洋倾废活动进行严格的限制与管理。作为海 域使用动态监管的重要组成部分，倾废区动态监控中心的建设显得越来越重要， 尤其针对上海市要建设国际生态大都市，海洋环境的建设关系到上海社会稳定与 经济发展。本文就是通过相关系统的建设，使海域倾废活动得到科学的管理和监 控，在对环境影响最小的情况下，达到规范有序使用倾废区，充分发挥倾废区的 效能。 其次，倾废船只按照规定必须安装相应的无线数据传输设备，并且与本系统 专用网络连接，以便实现对其工作状态的全程监控和指挥调度。最终使海域倾废 活动得到科学的管理和监控，在对环境影响最小的情况下，达到规范有序使用倾 废区，充分发挥倾废区的效能，对环境的保护意义重大。 为了实现对倾废区资源的信息化管理，适应倾废区未来发展的需要，国家海 洋局东海信息中心构建了东海海域倾疲区动态监控中心监测系统，该系统要求能 够快速方便地对广泛分布在倾废区各个地点的水资源计量数据进行查询、统计、 分析，还能够随时掌握倾废船和倾废物的倾倒情况，并及时将数据反馈至监测中 心。曲于各倾废区地理位置分布不均衡，且在海域上，采用有线监测方式存在着 非常大的困难，因此一种新的解决方案是必须的。鉴于以上原因本文研究了一种 基于g p r s c d 淞的远程监测系统方案，即通过g p r s 作为无线传输系统，将现场数 据传输到监测中心。而本论文在该平台上通过可变增益放大器重点实现传输的可 靠性改善。该课题的研究成果在工业领域意义重大，对环境监测、公共场所监溅 等领域也有重要意义。 1 2 近海海域倾废区通信特点 较大型的涉海船只，往往都根据国家相关行业规定加装了a i s 自动船只身份 识别系统。通过, m s ，船只之间、船只与陆地a i s 中心之间可以自动交换船只身 2 输连续的图像了。而在倾废区监控管理上是要经常对倾废区进行视频拍摄，并通 过监控设备传输到远程监控中心。 倾废船多半是吨位较小，一般只作为近距离、近海运输的船只，一般不够格 强制安装a i s 的条件，勉强安装一个船用单边带电台就已经不错了，因此，无法 指望通过髑来对它进行监控，而且a i s 的性能指标还是达不到我们的要求。 因此，为了实现对倾废船只的倾倒活动的有效监控，必须要求其按照规定安 装相应的无线监控终端设备，并且与本系统专用网络连接，以便实现对其工作状 态的全程监控和指挥调度。如图1 2 ： 移 2 蚣里 图l - 2 水上船只综合通信示意四 、, f i g u r e1 - 2t h ei n t e g r a t e dc o m m u n i c a t i o no f s c h e m e sw a t e rs h i p s 无线倾废监控系统主要是通过对其航迹、航速、停靠等航行姿态，以及吃水 深度、废物仓饱满程度等的监测、监控来实现对倾废船只的监控。同时，在条件 成熟时通过在每个倾废区加装环境监测传感器群，对倾废区的现状进行监控， 以确定该倾废区是否已经饱和，必须废弃，或者目前状态很好，可以继续倾倒等。 其对倾废船监控的工作过程是，一旦该船只进入倾废作业程序，无线远程监 控终端激活启动，从船只离开码头，到倾废物装载，监控中心根据倾废物性质及 倾废区状态与分布，决定该倾废船的指定倾废区地点，并通知该船到该指定倾废 区倾倒，一旦该船进入指定的有效倾废区域，远程终端发出指令启动倾倒程序。 3 倾废船的监控不会中断，直至其返回码头，结束倾废工作，才告结束。 其对倾废区的监控流程是：平时每个倾废区定时( 如：每小时一次) 通过倾 废区的传感器群，检测其倾废物的扩散沉积情况，一旦有倾废船倾倒，贝i 拉即检 测倾倒物的沉淀与扩散情况，将监测结果传输到监控中心，通过可加工处理后写 入数据库，作为倾倒区状态评判的依据。 从以上可以看出，无论是倾废船韵监控，还是倾废区的监控，都离不开无线 数据传输系统的双向实时通信，一方面需实现数据韵上传，另一方面亦需下达各 种传输、控制指令，即双向的数据、指令传输。冠时由于海洋的特殊环境具备在 传输的过程中是视距传输，传输距离较远。众所周知，在通信传输的过程中除了 衰减之外，影响通信质量最大的因素就是噪声。而海浪的噪声在海洋环境中是处 处可见，导致在传输的过程中信噪比严重下降，从而严重影响传输质量。 1 3 本章小结及论文安排 本文主要研究射频接收发射系统及对近海海域射频端基于可变增益放大器的 通信可靠性的改善，并对系统相关指标进行设计，同时运用s i m u l i n k 对改进前和 改进后的系统进行了仿真，并对设计与仿真的结果进行分析。内容安排如下： 第一章简单介绍了一下课题来源和本论文的研究意义，并对近海海域通信特 点进行了分析，最后阐述了一下本论文的主要工作和内容安排。 第二章首先对远程无线通信技术进行了比较，并对比分析选择6 p r s 技术作 为本系统主流技术。然后对近海海域视频监控系统进行了设计，并对相关硬件和 软件流程图进行了介绍，并指出本文重点分析射频终端通信的传输可靠性。 第三章首先简单介绍了一下无线通信的组成和通信系统模型，然后对常见射 频接收发射机进行了介绍，并对相关参数进行分析，最后根据参数的分析，对射 频终端的相关产品进行选型，并设计了基于v g a 的射频终端。最后通过产品的选 取，对系统的总体指标进行选择和分析。 第四章通过对设计前和设计后的射频终端进行基于s i m u l i n k 仿真，并对仿真 结果进行分析，验证了基于，v g a 的改善后的射频终端的可行性。 第五章通过对论文工作总结，提出了结论与今后工作的展望。 4 第二章远程监控系统总体设计及无线通信技术概述 2 1 远程无线通信技术的比较 锣 11g p r s 无线数据传输系统的特点 无线数据传输系统的特点 g p r s 通用分组无线业务是在现有g s m 系统上发展出来的一种新的承载业 务，主要是提供g s m 用户分组形式的多种数据业务。g p r s 采用与g s m 同样的频 带、同样的无线调制标准、同样的跳频规则、同样的t d m a 帧结构以及同样的突 发结构，同时允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利 用电路交换模式的网络资源，因此，g p r s 提供了一种高效、低成本的无线分组数 据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶 尔的大数据量传输。图2 - 1 为g p r s 无线数据传输系统工作原理图。 图2 一lg p r s 无线数据传输系统工作原理图 f i g u r e 2 1t h ew o r k i n gp r i n c i p l ed i a g r a mo fg p r sw i r e l e s st r a n s m i s s i o ns y s t e m g p r s 网络产品突出特点 具有完整的口功能：是非d 设备到g p r s 俨网络的d 桥接器，直接把用 户p o s 终端、a t m 柜员机、圈存机等设备平滑过渡接入到g p r s 网络。 具有r o u t e r 功能：具有l o o b a s e 网络接口。支持t c p 、u d p 、i c m p 、口、 a r p 、p p p 、t e l n e t 、h t t p 、f 仰、d n s 、d h c 氏n a t 等多种网络应用，同时能 将本地的多台毋设备共享接入g p r s 阿络，极大提高了性能价格比。 管理界面友好：通过内嵌的w e bs e r v e r 进行配置管理，非常直观，操作简单、 方便，支持远程维护，根据管理权限可实现远程配置、远程升级和重启动。 远程网管功能：用户在数据中心能对多个远程g p r s 设备点进行集中维护和 运行检测，可根据需要增加s n m p 网管协议。 u d p 透明传送：能将串口数据按照客户的时间响应及帧大小要求以u d p 方 式快速传送到数据中心，但存在可能出现数据丢失的情况，适合于远程监测监控 s 应用。 t c p 透明传送：能将串口数据按照客户的时问响应及帧大小要求以t c p 方式 可靠传送到数据中心，特别适合于对网络传送可靠性要求严格的金融交易等应用。 心跳监测功能：为了满足数据中心对各远程g p r s 设备点的实时监测，可设 置g p r s 网络设置在无数据传送情况下定时向数据中心报告自己的运行状态。 短信备份功能：在g p r s 网络出现异常中断的情况下，能将远程g p r s 设备 点的紧急数据通过短信方式传送到数据中心。 按需拨号功能：特别适合像金融交易这样的远程g p r s 设备点主动向数据中 心发起连接的应用。一方面能根据需要随时建立连接，同时也能在没有交易的情 况下，自己主动断开和中心的连接，有效减轻数据中心的网络负荷，将远程点的 长连接变成了按需建立的短连接。 远程唤醒功能：在远程g p r s 设备没有主动上网的情况下，数据中心为网络管 理的需要可通过短信通知和拨号振铃的方式将远端设备唤醒，拨入g p r s 网络。 支持t e l n e t 和t r a c e r o u t e 等简单的网络应用，方便管理和系统测试。图2 2 为g p r s 无线应用系统示意图。 翻谢徼 h 执滋6 l 懈p d 铭0 随瓣屯姨磷蠛毓l珏噶e 舞，4 端 图2 - 2g p r s 无线应用系统示意蹲 f i g u r e2 - 2g p r s w i r e l e s sa p p l i c a t i o ns y s t e ms c h e m e s 2 1 2c d m a 无线传输数据的特点 c d m a ( c o d e d i v i s i o nm u l t i p l e a c c e s s ) 又称码分多址，是在无线通讯上使用的 技术，c d m a 允许所有的使用者同时使用全部频带( 1 2 2 8 8 m h z ) ，并且把其他使 用者发出的讯号视为杂讯，完全不必考虑到讯号碰撞( c o l l i s i o n ) 的问题。图2 3 为c d m a l x 系统工作原理示意图。 6 。 ， d 。”c d 、| l a l x j j 鳓7 j ? j ￥连缎 7 劳，i n t t j t o t , l ( 3 t 砧，。、店盘毫静， ” 霉 一9 魄；桫1 j+ r l 匕1 蒯，7 7 专蹋 图2 3c a d m a i x 系统工作原理示意图 f i g u r e2 - 3c d m a l xs y s t e mw o r k i n gp r i n c i p l ed i a g r a m c d m a 技术特点： ( 1 ) c d m a 是扩频通信的一种，他具有扩频通信的所有特点。抗干扰能力强； 同时由于采用宽度传输，抗衰落能力强；功率话密度比较低，有利于信号隐 蔽；多个用户能同时发送，同时接收。 ( 2 ) 采用了多种分集方式。除了传统的空间分集外，还采用了频率分集和 时间分集。 ( 3 ) 采用了话音激活技术和扇区化技术从而使得可以使整个系统的容量增 大。 4 ) 采用了移动台辅助的软切换通过它可以实现无缝切换，大大降低了 掉话韵可能性。 ( 5 ) 采用了功率控制技术，这样降低了平均发射功率。 ( 6 ) 兼容性好。由于c d m a 的带宽很大，功率分布在广阔的频谱上，劝率 话密度低，对窄带模拟系统的干扰小，因此两者可以共存。 ( 7 ) c d m a 的频率利用率高，不需频率规划，这也是c d m a 韵特点之一。 2 1 3 单边带数据传输系统的特点 单边带整机工作原理如图2 - 4 所示，服务器端和客户端设备以半双工方式工 作，主要任务是超长距离收发信号。半双工是一种双向的通信，收、发交替工作， 交替由相应的p t t 发射控制按键完成，在本产品中，按下p t t 即可发送音频( 发 话) 松开p t t 时处于话音接收状态，数据通信的p t t 由c p u 完成。一般情况下 服务器端和客户端设备有发射、接收( 包括监听) 、设置三种工作状态。服务器端 设备的发射功率、天线增益、接收灵敏度、智能化水平等都要由于客户端设备， 客户端设备由于受体积、功率、设备复杂性、成本、使用方便性等因素的限制， 7 不可能有太大的发射功率、很高的接收灵敏度等指标。 图2 - 4 无线单边带数据传输原理图 f i g u r e2 - 4t h ew i r e l e s st r a n s m i s s i o np r i n c i p l ed i a g r a mo fs i n g l es i d eb a n d 发射电路如图2 5 所示。发射是单向对外发送信息的过程。当需要对某一点或 多点发送数据或话音时，保持相应的p t t 动作，即可发送信息，。发射通道平常 处于断电( 非工作) 状态，当用户需要对某一信道( 对象) 发送话音信息时，选 择好相应的信道后，按下p 1 t ( 面板上的t x 指示灯亮) ，通道即处于工作状态( 上 电) ，可发送话音信号。音频信号经过预加重、限副放大后，进行f m 调制，进入 激励级，激励级主要起到推动后一级的作用。2 5 w 功放模块提供高达2 5 w 的发 射功率，在功率检测电路检测下发射功率稳定在2 5 w 上。选频网络起到选择频率 和阻抗匹配的双重作用。发送数据时，采用m s k g m s k 调制方式，发射工作在 e p u 的控制下完成的。发射速率9 6 0 0 b p s 。 图2 5 无线单边带数据传输系统发射电路 f i g u r e2 - 5 w i r e l e s sd a t at r a n s m i s s i o ns y s t e mw i t ht h es i n g l el a u n c hc i r c u i t 8 接收部分一直处于当前信道下的工作状态。接收电路包括了扫描、监听功能， 电路原理方框图如图2 - 6 所示。电路采用了两级超内差式混频，能有效提高接收灵 敏度。接收信号经过选频，进入高放，然后进行第一次混频，本振由压控振荡器 ( v c o ) 产生。 第一中频的频率为4 5 m h z ( 瓜f l o ) ，再经过4 5 m b z 的中频滤波器，提高了 选择性。信号在第一中放得到了放大后，进行二次混频得到4 5 5 k h z 中频，经过限 副放大后，4 5 5 k t - l z 中频分两路，一路进入鉴频器，另一路经l c 调谐回路相移9 0 0 后，送入鉴频器完成正交鉴频。信号是经过低放后得到的，包括数字和语音信号。 输出的信号有一部分经过高通滤波器进入静噪电路，静噪电路起到射频检测的作 甩，当接收到载频时静噪电路产生一个s q 信号，s q 信号经过c p u 控制r x 指示 灯工作，保证了接收话音的质量。 图2 - 6 无线单边带数据传输系统接收电路 f i g u r e2 - 6w i r e l e s sd a t at n m s m i s s i o ns y s t e mw i t ht h es i n g l er e c e i v i n gc i r c u i t 具体来讲，基于单边带调制的无线数传电台的基本功能是超远距离无线传输 语音和数字信号，完成这些功能的电路包括：高频发射、接收系统，音频处理、 调制电路，数据整形、调制解调fr 睨3 2 接口，c p u 控制电路，电源管理电路， l e d 驱动电路等。系统将采用先进的频率合成技术( 甩l + v c o ) ，并且使用金属 外壳屏蔽，实现信道、频率全方位开放。用户可根据需要，通过电脑超级终端软 件在全频段内自由设定信道数、频率和静音模式( 亚音频) 并存储。 2 2 无线数据传输系统选择g p r s 为主的依据 我们知道虽然a i s 是利用单边带船用电台实现数据传输，传输速率为 1 2 0 0 k b i t s ，但是带宽很窄，基本不能传输图片，更别说传输连续的图像了 同 时倾废船多半是吨位较小，一般只作为近距离、近海运输的船只，一般不够格强 9 1 5 3 6 k b p s ，虽然c d m a 传输的速度和传输质量都比g p r s 要强很多，但是g p r s 技术相对来说更加稳定和成熟，同时g p r s 系统价格低廉。具有较强的性价比， 所以本系统采用g p r s 传输技术。 2 3 远程监控系统总体设计 2 3 1 系统总体设计 倾废区无线监控系统由监控中心系统、无线蜂窝通信系统( 公网) 、远程监控 终端系统组成。由于远程终监控端系统受到体积、处理能力、存储能力、供电能 力等的限制，相比监控中心系统而言，设计与实现的难度大大增加，因此，本文 中重点讨论远程监控终端系统的设计。远程终监控端系统由远程处理与控制子系 统、数据通信子系统、( 视频) 数据采集子系统、g p s 子系统、电源子系统等组成。 数据通信系统考虑以基于g p r s 技术为主的数据通信系统，兼顾考虑c d m a 数 据通信系统，同时还留出1 l s 2 3 2 串口可以与船用单边带数传电台互联，一旦无法 通过g p r s c d m a 公网系统实现数据传输时，单边带数传电台作为备份数据链路。 该系统主体安装在倾废船的驾驶室里，水深传感器安装在传动水管里，视频摄像 头安装在倾废仓上方圆口。 远程终监控端系统完成数据的采集、处理，进行相关情况的现场拍摄，倾废 区的g p s 定位，对被控设备进行控制等功能；并将采集到的数据由 g p r s ，c 蕊座a d t u ( g p r s c a ) n 认数据传输单元) 通过g p r s c d m a 网络传输到 检测中心。毛, p r s c d m a 网络为现场机系统和监测中心提供了数据传输的通道。远程 监测中心主要曲以下部分组成：一台接入g p r s c d m a 网络的p c 机作为前置机， 负责接收g p r s c d m a d t u 传输过来的数据；一套双机备份的服务器系统用于数 据的存储和管理；若干监测台，装有监控软件，用于对现场设备的监测。图2 7 是系统框架图。 1 0 雷挲霄 鑫磊嚣喈鳗害户i 寄酾嚣穆 接法一 攀 澎裕k 一 黼 j禽 地面中央黟器 图2 7 系统框架图 f i g u r e2 7t h es y s t e mf r a m e c h a _ r i 2 3 1 1 现场机系统 现场机系统即船载现场，主要是由g p r s 模块的嵌入式监控终端与检测仪表 和执行部件组成，其主要包括凌阳单片机开发板s p c e 3 2 0 0 、g p s 定位模块、删 传输模块、s l o e 0 6 1 地理信息数据采集模块、船载上位机、现场拍摄视频采集模 块等。通过c a n 总线将下位机s p c e 3 2 0 0 和6 l 单片机连在上位机p c 机上，实现 数据通信及数据备份。卿s 定位仪连接在s p ( ! e 3 2 0 0 相关接口上，g p r s 模块与 s p c e 3 2 0 0 串口相连；电机连接在s p c e 0 6 t 上，当g p s 定位仪发出倾废区信息时， 工作人员将按下倾倒按钮，船会自动将垃圾倒在海里，传感器会将周围海洋地理 环境参数进行采集并上传到上位机生成并备份数据库；摄像头直接与上位机相连， 当船倾倒垃圾时，会将整个过程拍摄下来，并在上位机备份，同时通过上位机传 到g p r s 模块，经g p r s 网络传输到远程陆地监测中一n 4 】【5 1 。 2 3 1 2g 豫s 移动通信网络 g p g s 无线业务是在g s m 基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输 方式。与原有的g s m 无线短消息方式比较，g p r s 在数据业务的承载和支持上具有 非常明显的优势，适合突发性、频繁的小流量数据传输，支持的数据传输的速率 簟 更高，计费方式更加经济灵活，可以将支持按数据流量来进行计费呼叫建立的时间 大大缩短，几乎可以做到“永远在线”。对于跨区域的、大数量的设备远程监控， g p r s 是目前最为理想的数据传输方式。 2 3 1 3 远程监测中心 远程监测中心通常由相关职能部门及其主管的微型计算机组成，使用u n i x 操作系统，运行自主开发的综合管理器程序，实现功能是：为用户提供友好的监 控管理人机界面、实时监控现场设备状态、统计分析g p r s 移动通信网络传输过 来的各种相关数据，为倾废区的有效管理提供支持。 2 3 2 系统硬件设计 2 3 2 1s p c e 3 2 ( o 现场机系统部分采用3 2 位凌阳单片机s p c e 3 2 0 0 微处理器。采用s + c o r e 7 内 核，集成了m p e g 4 的硬件编解码，4 ：m o s 传感器、t v 解码接口、n 叩、 s p l h u a r t 1 2 c s p i 标准串口、u s b 、s d 卡等多种外设接口。系统实现以下功能； c m o s 摄像头录制图像、m p 4 播放、g p s g p r s 功能等【6 】【7 1 。 2 3 2 2g p s 模块 g p s 模组是一款高性能的g p s ( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 信号接收模组， 可获得必要的导航和定位信息。本文选用g a r m i n l 5 接收模块，其位置精度1 5 朋， 速度精度0 1m s ；该模块支持数据格式n e m a 0 18 3 。p s 模块通过r s 2 3 2 转换 模块和p c 机相连接。该模组采用a p m 7 1 0 1 主芯片，它集成了s i r f s t a r l 研喀处 理器，l n a 电路，s a w 诚波器，振荡和校准电路，如图2 8 ： 图2 8g p s m o d u l e 电路 f i g u r e2 8 t h eg p sm o d u l ec i r c u i t 1 2 2 3 2 3