基于铱星的海洋浮标数据传输与定位搜寻系统

1、基于铱星数传终端的海洋浮标数据传输与定位搜寻系统摘要 :介绍了海洋浮标及其应用,分析了铱星 SBD 短数据业务的数据传输特点, 推荐了一款具有数据传输和 GPS 定位功能的铱星数传终端。 并结合实例阐述了铱 星数传终端在海洋资料浮标数据传输和定位搜寻系统中的应用方案和方法。 关键词 :铱星;SBD 短数据;数据传输;GPS 定位跟踪;海洋浮标;深海潜标一、 引 言随着技术的不断发展与成熟,海洋环境监测已进入从空间、沿岸、水面及水 下的对立体监测时代。海洋浮标是一种现代化的海洋观测设施。它具有全天候、 全天时稳定可靠地收集海洋环境资料的能力 , 并能实现数据的自动采集、自动标 示和自动发送。海洋

2、浮标与卫星、飞机、调查船、潜水器及声波探测设备一起, 组成了现代海洋环境主体监测系统, 是海洋观测, 获取长周期海洋科学数据的重 要调查手段。海洋浮标 , 一般分为水上和水下两部分:水上部分装有多种气象要素 (风速、 风向、 气温、 气压和温度等 的传感器; 水下部分有多种水文要素 (波浪、 海流、 潮位、海温传感器以及海洋环境化学参数(盐度、 pH 值、叶绿素、营养盐、 浊度测量传感器。海洋资料浮标,包括深海潜标,都是价格昂贵的设备。由于海域环境非常 复杂,易造成浮标或潜标的故障,特别是浮标或潜标的丢失,构成重大损失。因 此,浮标的定位、跟踪和搜寻,与观测数据的采集传输一样,都十分重要。 目

3、前的海洋资料浮标实时数据传输系统中,采用过多种数据通信方式,包 括短波通信、INMARSAT-C 卫星通信以及 GPRS/CDMA通信等。各种通信方式各有 优点和局限性:短波通信抗干扰能力差、误码率高、数据接收率低;INMARSAT-C 卫星通信可靠性高, 数据接收率达 95%上, 但通信费用较高; GPRSP/CDMA通信费用较低,但通信信号受到浮标到岸边距离的限制。卫星通信具有大范围、 无盲区的网络覆盖优势, 尤其适合在地理环境复杂、 地域偏僻、 海洋以及基础设施落后的地区进行通信传输。 目前较为成熟、 且运行 良好、用广泛使用的商业卫星移动通信网络系统有 Inmarsat 海事卫星、 I

4、ridium 铱星系统。特别是铱卫星移动通信系统因其所具有的 " 无缝隙 " 全球覆盖,极低的 通信延时,良好通信质量的独特性能,日益受到人们的关注。而 Iridium 铱星系 统提供的 SBD (Short Burst Data数据业务,更具有快速,灵活,低廉,高效的 特点,(类似于地面移动通信系统提供的短信息 SMS 业务,逐渐收到青睐和 采用。 通过 SBD 数据业务方式, 可以实现全球范围内小数据量的双向数据传输, 是传输海上浮标数据的理想通信手段。采用基于铱星突发短数据SBD业务的铱星数传 GPS 终端,来构建多用的途 海洋浮标数据采集与定位跟踪监测系统, 既可进

5、行海洋浮标观测数据的采集, 以 及浮标的监控监测, 也可作为标志浮标跟踪搜索, 以及营救遇难船只, 适用范围 广泛。二、铱星数传 GPS 终端铱星数传 GPS 终端(DTU 是信号覆盖全球,高可靠、低成本、使用方便 的卫星通讯设备,是提供全球范围内数据传输和定位跟踪服务的理想解决方案。 本产品是基于铱卫星通信网络的数据拨号业务(Data Call 和 SBD 短数据业 务的数据传输设备。产品是基于铱卫星通信网络数据拨号业务(Data Call 和 SBD 短数据业务的 数据传输设备。借助铱星拨号业务,铱星数传 GPS 终端可实现与另一台铱星数 传终端、 或 PSTN (公共电话交换网络 上数据

6、设备的连接 , 从而提供了 2.4Kpbs 速率的双向数据传输通道。借助 SBD 短数据业务,铱星数传 GPS 终端可与预 先绑定的其他铱星数传 GPS 终端,用户服务器和邮箱 之间,实现小数据量的 双向传输。产品内嵌铱星 Modem , GPS 接收机和相关协议,用户无需了解繁琐的铱星 传输过程,通过终端 RS232串口,就可实现全球范围内的数据通信和定位跟踪服务。本产品非常适合于地面通信网络覆盖不到的区域(海洋、高空、极地、沙漠 等,以及通信设施落后,安全性差的国家和地区。 铱星数传 GPS 终端三、基于铱星终端的浮标数据传输与定位搜寻系统方案该系统能够把数据传输给安装了“浮标数据采集和跟

7、踪监测管理”软件装在 一起的专用服务器。该服务器既可以装在船上(船站 ,又可以装在陆上的办公 室(岸站 。系统可以在任何时候采集和跟踪少则几个,多达上千个海洋浮标。对于规模较小的系统, 监控中心无论是船站还是岸站, 可采用终端对终端的 简单形式。一台铱星终端作为主站,其他几个(5个终端作为浮标子终端。这 种形式较为灵活,方便。适合于海洋浮标数量较少的应用场合。对于规模较大的系统, 监控中心通常是岸站, 可采用 DirectIP 方式。 这种方 式下,用户首先要有一个固定 IP 的用户服务器。铱星网关(铱星运营商与用 户服务器之间通过 TCP/IP协议来传输数据。而铱星网关则作为前端浮标铱星终

8、端与用户服务器之间的桥梁。这种形式便于组成分布 /集中式的系统管理结构,监控中心可采用 CS (客户端 /服务器的架构,这样方式对于监测点较多,实时 性要求高的应用尤为适合, 特别适用于对于海洋浮标数据传输的应用, 是具有普 遍性的应用形式。基于铱星数传 GPS 终端的, 海洋浮标数据采集与定位搜寻监控系统示意图如 下: 铱星终端通过 RS232连接器与海洋浮标数据设备 TDE 连接, 每当接收到一 帧 TDE 的数据,或需要发送 GPS 位置时,铱星终端将以 SBD 方式启动发送。 信息首先发送到铱卫星上, 铱卫星然后转发该信息至地面铱星网关, 铱星网关通 过互联网 TCP 协议将数据发送到

9、事先绑定岸站用户服务器上。同样,岸站用户 服务器发送指令信息到铱星网关,铱星网关按照 SBD 方式,自动将该指令信息 发送到相应的浮标铱星终端上。浮标内,铱星数传 GPS 终端与浮标 DTE 通过 RS232连接,铱星终端可按如 下方式工作:1:当浮标浮出水面,采用 SBD 方式,可向岸站或船站发送一次位置数据和 观测数据。2:浮标浮出水面以后,可根据预先设定或实时指令,采用 SBD 方式,定时 向岸站或船站发送位置数据。3:每当潜入水下时,浮标则停止向岸站或船站发送,进入休眠状态,节省电力。4:岸站或船站可采用 SBD 方式,随时向浮标发送控制指令或查询指令,以 确认浮标的状态。5:浮标浮出水面以后,如果需要传输的数据量较大,也可采用数据拨号方 式,连接成功后,可向岸站或船站发送数据。四、系统优势1:采用铱星卫星网络,网络全球覆盖,没有盲区;2:铱星 SBD 具有准实时的特性,秒级的数据传输延时,实时性强; 3:具有极高的传输可靠性;4:支持双向数据传输,并支持多点同时传输;很好地满足浮标系统对数据 采集、定位搜寻和监控的需求。5:系统容量可大可小,扩容性能好,新的海洋浮标可以随时加入