卫星终端论文

2024-08-22

卫星终端论文（共6篇）

卫星终端论文篇1

摘要：首先介绍了船联网北斗卫星导航检测终端的概念和系统架构,然后对基于北斗卫星导航系统船联网的硬件终端及嵌入式系统进行了详细的说明,最后指明了本论文的创新之处,为提高内河航运服务质量,树立船联网智能管理典范提供了支持,为全流域船联网统一调度提供信息扩展接口。

关键词：船联网,北斗导航,硬件终端,嵌入式软件

1 引言

卫星导航系统是提供位置、速度和时间信息服务的多模式应用系统,卫星导航定位技术已广泛应用于包括国防、航天、航空、船舶、交通运输、测量测绘、通信、网络等,并且已发展成为一个全球性的高新技术产业。以全球定位系统为代表的卫星导航应用产业已成为继移动通信和互联网之后的全球第三大新经济新增长点。中国北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统,是继美国全球卫星定位系统和俄罗斯全球卫星导航系统之后第三个成熟的卫星导航系统[1]。

我国在水上交通信息技术领域仍然处于跟踪发达国家发展的阶段,但新的技术不断涌现,技术上的新旧交替日益明显,使得我国的水运科技发展面临难得的后发优势。目前,国内外同类产品有《面向内河智能航运信息服务的智能船载终端设备》。

2 研发的必要性

物流信息化是现代物流的主要特征。船舶运行管理信息化是物流信息化的重要组成部分。目前船舶运行信息化以及智能化管理大多数仍是基于功能单一的GPS导航终端,只是起到船东或者货主监控船舶运行轨迹的作用。如能研发与开展船载智能终端的应用,除满足跟踪船舶航行轨迹基本功能外,将船舶航行油耗情况、吃水深度、货仓情况等信息接入智能终端,通过智能终端,实现船上人员与航道信息、港口信息、船闸运行信息、货源信息持有方双向交流,实现货主通过船载智能终端实时掌握货物在途情况等功能应用,将有利于船舶根据航道水深,合理装载货物;有利于根据港口和船闸运行情况,合理确定航行速度,节省油耗;有利于实现不离船进行船闸过闸报到,提升过闸效率;有利于提前获取货源信息,减少等货、空载航程。

3 系统介绍

本文采用船联网北斗卫星导航监测技术与云计算先进的信息技术、通讯技术将所有的水路航运、物流、管理的地理信息、气象数据、各种行业管理规范等有机地结合在一起[2],最终形成一个开放的集数据实时采集、查询、预警、控制、管理、决策于一体的,涵盖内河航运监控、配送管理、安全追溯全流程的黄金水道智能管理平台硬件支撑设备,从而提高航运和物流的管理水平、效率和安全性,推进西江沿江经济带的经济发展。

终端采用先进的北斗卫星导航系统定位技术,除具备一般北斗卫星导航系统的定位、导航等功能外,还具有以下创新功能。

(1)多路视频处理芯片、北斗芯片、储存芯片与各种接口一体化。

(2)与雷达配套和连接,防碰撞与安全、统一指挥一体化。

(3)嵌入式系统的开发具有全程交互功能,与手机移动互联网等形成联动。

(4)实现报闸、导航、船代、货代、电子商务、服务、监控、船岸交互等一体化。

(5)船载北斗卫星导航终端油耗与油量率先实现监测与控制。

油耗与油量监测模块是由油耗与油量传感器利用磁场控制干簧管内触点通断的原理,将被测量变化转换成输出信号,从而线性测出油位(水位)高度的设备通过特殊的处理方式,采用一个恒定的自动控制部件实现油耗的定量测量。统计结果经过船载智能终端上传平台,由平台进行统计分析。安装系统示意图如图1所示。

(6)基于GIS与视频的可视化管理流程的控制。

(7)基于多模传感器的船联网信息的智能监测与控制[3]。

(8) GIS河道信息的集成。

(9)嵌入式控制系统与移动互联网系统一体化。

船联网北斗卫星导航监测终端是一套船用导航系统,它以国际标准(IHOS-57、S-52、S-63)的电子海图显示与信息系统为核心,集成了北斗卫星导航,同时兼容GPS、AIS、雷达/ARPA、罗经、计程仪、测深仪、舵角指示器等多种船载设备[4]。电子海图之所以引起高度重视,是因为它具有传统纸海图无法比拟的优点,能够综合处理内河地理信息、本船航向状态信息、多种目标船动态信息,雷达图像信息,能够进行自动航线设计、航向航迹监测、自动存储本船航迹、历史航程重新演示、航行自动警报(如偏航、误入危险区等)、快速查询各种信息(如水文、港口、潮汐、海流等)、船舶动态实时显示(如每秒刷新船位、航速、航向等),将雷达/ARPA的回波图像叠显在地图上。具有完善的船舶导航、进出港引航、避碰辅助和航行管理功能,有助于保障船舶航行安全和提高营运效率[5]。其终端设计效果图如图2所示。

船联网北斗卫星导航监测终端功能强大,集船载卫星定位、调度屏、行驶记录仪三体合一的全新产品,通过更换手机模块,可支持GPRS/CDMA网络数据传输功能,通过更换定位模块,可支持GPS单独定位、北斗2单独定位、北斗2/GPS双星座融合定位。其终端功能设计如图3所示。

4 硬件终端

根据船联网北斗卫星导航监测终端功能,主控板通过串口接口完成与GPRS和北斗/GPS数据交换,GPRS与北斗/GPS都有独立的CPU串口接口。与铁电存储器及FLASH连接可保存用户设置资料;主控板电源有高压(大于30 V)保护电路。主控板上开关电源电路,分别给GPRS模块和北斗/GPS模块供电。电源逻辑开关控制GPRS模块和北斗/CPS模块的电源。后备电池电路保证主电源断电的情况下,继续给主控板一定时间的供电。后备电池电路具有自充电功能。可检测多路开关信号,并可进行油路控制。可检测主电源断电和主电源欠压。

硬件系统由主机部分、通信部分、定位模块部分、显示及打印扩展通信接口部分、传感器接口五部分组成。主机部分包括ARM处理器、数据存储器、数据传输信号接口;通信部分主要由RS232接口和华为EM310无线通信模块组成,其中无线通信模块EM310用于船载终端同监控中心之间的通信;定位模块采用GPS/北斗双定位模块(CC50-BG或UM220),主要是对船进行实时定位;显示及打印扩展通信接口,可外接调度屏或手柄;传感器信号主要是温度、速度、湿度、气体等传感器信号[6]。其终端架构设计如图4所示,实现的功能包括信令的接收、处理与发送,北斗/GPS数据处理及电源控制,报警,话音业务,无线通信模块的通信,I/O口信号采集与控制等,终端主程序主要用来实现开机自检、协调整个系统工作、在不同时间调用不同程序实现记录仪的各种功能。开机自检功能主要是CPU与外围器件,如存储器RAM、实时时钟模块、显示模块等模块的通信状态检查及实现对这些器件的初始化。如果各外围器件状态良好、初始化通过,则记录仪开始工作循环实现既定功能同时绿色的工作指示灯闪亮指示;如记录仪开机自检没有通过,则实现红色报警指示灯闪烁和报警蜂鸣器的轰鸣报警提示。

在本文中,终端系统包含三块电路板:系统主板、定位模块转接板和碰撞侧翻检测板。

系统主板将船舶运行中的实时数据及图片IC卡、定位信息、碰撞侧翻检测信号等数据由STM32F103VC实时采集存储并通过串口上传到有AM1705为主控的Linux系统;Linux系统作为终端设备的主控系统,解析STM32F103VC子系统送来的实时数据并根据系统设置将数据存储并通过GPRS上传到服务平台。同时Linux系统也作为系统的人机接口通过键盘、LCD、U盘、SD卡、串口进行人机交互。Linux系统通过IIS的AD将音频信息经过G.726压缩后存到SD卡或者NAND FLASH上(可选)。Linux监听外部打入的电话(通过SIM900A模块RI引脚)短信,按系统设定进行接听、挂断、处理[7]。

5 嵌入式系统

船联网北斗卫星导航监测终端是一套对稳定性、实时性、准确性要求很高的系统,不仅在硬件方面,更体现在软件方面。要求系统稳定、实时响应(不能出现因进程挂死而失去响应),要求软件控制程序能正确处理业务逻辑,并且利于进行功能的扩展[8]。因此,北斗导航终端系统必须是一个实时性的操作系统,当外界事件或数据产生时,能够接受并以足够快的速度予以处理,其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出快速响应,并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。纵观市场上的众多实时性嵌入式系统,选取uC/OS-Ⅱ,在显示组件上,采用与uC/OS-Ⅱ相配套的显示库uC/GUI,整个业务逻辑都基于这套系统上(如图5所示)。

本文采用先进的北斗卫星导航系统定位技术,所研究系统除具备一般北斗卫星导航系统的定位、导航等功能外,还具有以下创新功能。

(1)船舶远距离预约申报过闸。当船舶进入北斗定位划定区域即可向船闸发送报到信号并拿到排队号,打破传统申请过闸模式,无需到报到站排队等候递交过闸申请。实现自动快捷的过闸申报。

(2)不靠岸报闸。在船上即可完成报闸,在北斗船载终端上可查看船闸当前报到情况、候闸情况及待调度信息,使船舶过闸更加透明化,提升船闸监控和服务水平。

(3)不停船扣费。绑定缴费账号,通过辅助过闸的手机APP,轻松快捷完成过闸缴费和消费查询等工作。

(4)安全过闸。报闸、缴费全流程全部在船上完成,避免了下船上岸报到易落水出事的风险,提高船闸运行的安全性。

(5)绿色节能环保过闸。减少过闸等待时间.节省折返船来回锚地的油耗费用,降低了船舶运营的成本,降低船舶燃油消耗,促进水运节能减排。

(6)采集AIS信息,监控航道AIS船舶,加强航道管理。北斗终端会将周边一定范围内的AIS船舶数据采集到系统管理平台,工作人员通过监控系统识别船舶信息,为流域船舶分布、货种及流向的大数据分析提供了夯实的基础数据。

(7)船舶状态监控。通过姿态、温湿度、油耗等传感器,掌握船舶实时状态,加强安全监控和风险防范。

6 结论

船联网北斗卫星导航监测终端的研发,从“企业→物流→运输→加工→仓储→控制→决策”全生命周期实现精准管理,起到了规模化、集成化发展的作用,平台涵盖了库存监控、配送管理、安全追溯全流程,消除了大量的航运、物流过程时间、运输等供应链环节过多的成本消耗,提高了物流效率,保障了物流的安全与可控,同时物流客户可以实时了解到整体运作的物流进程,有针对性地进行终端营销和管理策略调整,从而实现了物流客户利益的最大化。

参考文献

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[5]刘灿由.电子海图云服务关键技术研究与实践[D].中国人民解放军信息工程大学,2013.

[6]顾一中,孙亚民,王华,等.基于北斗定位系统的新型无线传感器网络路由算法[J].兵工学报,2009(3):306-312.

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[8]崔琳琳.基于WindowsCE和北斗二代的嵌入式电子海图定位显示研究[D].大连海事大学,2014.

卫星终端论文篇2

（一）一、软件升级的范围：

此次软件升级仅限于配备有卫星接收系统的党员干部现代远程教育终端接收站点，没有配备卫星接收设备的iTV站点、互联网站点不在此列。

本指南仅适用于上述站点安装Windows版本软件时参照。

二、软件升级的内容：

一是将计算机操作系统统一升级为Windows7。二是将原使用的党员干部现代远程教育终端资源管理软件升级为自治区党员干部现代远程教育管理中心下发的新版本软件。

三、软件升级的步骤：

第1步：将原网台中有使用价值的课件导出备份，如果没有需要保留的课件，直接进行第2步操作。

导出节目的办法是准备好活动硬盘后利用操作员助手软件“监控及维护”功能中的“导入/导出网台资源”功能，选择其中的导出功能，导出范围选择“导出网台中的所有节目”，导出格式选择“XP格式”，最后按“导出资源”按钮即可将网台课件完整导出。

第2步：卸载旧版接收软件（选择完全删除），并将旧版网台所在的文件夹中能删除的文件和文件夹全部删除。

注意：系统提示无法删除的可不用理会。

第3步：安装新版接收软件，注意要将其安装到“D:全国党员干部现代远程教育卫星网”，其余操作按默认值即可。

新版软件包括“全国党员干部现代远程教育卫星网”、“wamp”、“perl”、“卫星资源管理与服务”四个部分，除“全国党员干部现代远程教育卫星网”安装时需修改安装路径外，其余组件的安装位置均按默认值操作。

安装位置请指定为“d:全国党员干部现代远程教育卫星网”，“wamp”组件只能安装到D: 安装wamp时程序可能会失去响应，强行中止后继续。“pear”组件只能安装到D: 安装perl时程序可能会失去响应，强行中止后继续。“卫星资源管理与服务”组件只能安装到D: 安装完成后，计算机桌面上会出现“信息接收系统”、“新疆昆仑卫星资源接收”、“卫星资源管理与服务”共三个快捷方式图标。其中“卫星资源管理与服务”就是网台。

第4步：双击计算机桌面上的“信息接收系统”图标启动接收软件。软件首先会提示完成基本配置，通常情况下按默认设置即可保证软件正常工作。

IP地址必须指定为卫星卡的IP，一般选默认的即可。需要注意的是，首次运行接收软件，操作系统的防火墙会弹出安全提示，选中“专用网络，例如家庭或工作网络”并按“允许访问”按钮即可。其它组件如出现类似提示，均按此法处理。

新疆专用接收软件正常情况下也不需要设置，如果出现无法接收新疆台节目的情况，则可能是卫星卡配置的问题，可点击“配置”菜单，选择其中的“系统配置”，在“网卡接口”中选择卫星卡的IP地址后按“确定”即可。如果只网卡接口列表中只有１个IP地址，则不需要进行设置。如果网卡接口列表中有多个IP，又无法确定是用哪个IP，也可以逐一测试。

第5步：双击桌面上的“卫星资源管理与服务”（网台），进入网台界面后，打开浏览器的“兼容性视图设置”，将127.0.0.1添加到兼容性视图列表中。

第6步：安装新版本的操作员助手软件（2015.1015版或更高），并在“运行设置”中选择“接收中央教育卫星宽带传输网节目”（默认密码为123456）。如果没有进行第1步操作，则安装过程至此结束。

注意：操作员助手会自动解决当前新疆专用软件中部分问题，无需人工干预。

第7步：如果进行了第1步操作，可将导出文件夹“Windows系统网台可导入文件”中的所有子文件夹拷贝到文件夹“D:ncdyvarrecv”中即可。

注意，只能是“Windows系统网台可导入文件”中的所有子文件夹，如果直接将“Windows系统网台可导入文件”拷贝过去，则需要将其名称改为纯英文名，因为入库代码不支持中文名称，否则网台不会有显示。

四、软件升级的补充说明：

1、因安装过程中，wamp组件和perl组件首次安装均会出现程序没有响应无法完成的现象，可强行中止wamp和perl安装组件后继续，待程序安装完成后，重新运行安装程序方可通过。

也就是说，首次安装的电脑，需安装两次才能正常工作。

2、新系统中接收中央台的节目时需使用“信息接收系统”软件，接收新疆昆仑卫星数字专用频道的节目需使用“新疆昆仑卫星资源接收”软件。

3、中央台和新疆台卫星数据接收参数不变。

卫星终端论文篇3

近年来,自然灾害事件频繁发生,地面通信网络往往遭到毁灭性打击,难以快速回复。卫星通信具有覆盖能力强、不受地理条件限制等特点,成为战事、灾难等突发事件优先选择的主要通信手段[1,2]。随着IP技术的发展,地面通信网络几乎所有的网络设备和终端都支持TCP/IP协议,因此实现卫星通信与地面IP网络的无缝衔接成为研究的热点。

本文设计实现了一款基于IP的卫星通信终端,其内部包含调制解调和IP接入模块[3,4,5,6],可以实现全IP卫星传输,达到了地面网络与卫星通信的无缝衔接。

1 终端设计方案

1.1终端组成原理

基于IP的卫星通信终端可以提供IP数据的接入,并通过卫星信道实现与后方地面通信网络之间的双向通信,其实现原理如图1所示。

1.2内部模块设计原理

1.2.1 调制解调单元

调制解调单元主要完成基带信号与中频信号的转换功能,由调制和解调模块组成,采用了中频调制解调技术,在保证技术指标的前提下,减小了调制解调单元体积和功耗。

调制完成基带同步数据向中频信号的转换,首先对同步信息进行信道编码,然后将编码后的数据按监控设置的调制方式进行星座映射,映射后的I、Q 2路数据首先经过根升余弦成形滤波器,再经过数字重采样处理后直接经由DA芯片调制到800 MHz固定频点,该中频信号经过变频处理后产生L频段的中频输出信号。

解调完成中频信号向基带同步信号的转换,是调制的逆过程,首先下变频器把输入的L频段中频信号下变频到390 MHz固定频点,经由AD中频采样后送入FPGA进行数字中频预处理,预处理后的8倍符号率I、Q两路数据经过基带解调输出译码数据,在译码前需要进行解映射处理,译码后的数据再经过收接口转换把同步数据送IP单元处理。

1.2.2 IP接入单元

IP接入单元主要完成IP数据和同步数据的转换功能,由接入模块和交换模块组成,结构上采用高集成度小型化的CPU模块和接口扩展底板的设计思想,提高系统的可靠性。

IP接入模块是以Power PC处理器模块为作为核心单元,采用嵌入式Linux操作系统,运行各种协议处理软件,配合FPGA等外围电路一起完成系统功能。

2 关键技术

2.1中频调制解调技术

调制解调单元采用了中频调制解调技术,与传统的零中频调制解调技术相比,直接实现了中频调制和中频解调,降低了中频单元的实现难度。

中频调制主要完成数字基带信号到中频信号的转化,其中包括成形滤波后数据的内插、载波产生、调制和DA转换等功能。设计的中心频点为800 MHz的中频信号。

中频解调电路包含中频采样后的预处理和基带解调两部分。中频预处理输入390 MHz频点的中频信号,输出为固定8倍符号率的采样数据。

基带解调位于中频预处理之后,对输入的8倍采样数据完成定时恢复和载波恢复。由于终端采用了LDPC编码技术,因此还包括搜帧处理和FFT校频处理,用于辅助完成低信噪比情况下的载波环跟踪功能。LDPC模式基带解调信号处理流程如图2所示。

2.2TCP加速技术

TCP使用基于滑动窗口的流量和拥塞控制方式,通过确认分组流实施控制(接收方窗口通知),使用基于往返定时器(Round-trip Timer,RTT)的自适应时钟来调谐重发超时,为避免拥塞采用了称为“慢启动”的策略。卫星通信系统的传输延迟、传输速率和链路误码率等信道特性会对终端设备上的可靠TCP流协议产生实质性影响。

在卫星网上采用TCP协议进行数据传输,必须使用 TCP加速技术。目前TCP协议加速技术主要分为2类:① 针对卫星信道的特点,对TCP协议本身进行修改或扩展,这种方法虽然可以很好地解决问题,但要求更换所有用户终端设备的协议栈,显然不可取;② 采用协议变换的方式将TCP协议在卫星链路上转换为另一种协议,从而增强TCP传输性能,但这种方法要求收发两端必须都要配置协议变换设备,无法实现单端配置,同时对于加速后面配置路由有一定限制,因此应用时具有一定的局限性。

在本文中,采取TCP分段来实现TCP加速技术[7,8],即在不改变TCP语义的情况下(保证提供端到端的可靠性),将TCP客户端到TCP服务器的TCP连接分成2个部分,一段是TCP客户端到TCP加速模块,TCP加速模块模拟TCP服务器向TCP客户端发送应答,另一段是TCP加速模块到TCP服务器,TCP加速模块将TCP客户发送的数据转发给TCP服务器,同时接收TCP服务器发送的数据并将其转发给TCP客户端。通过TCP分段,使得TCP客户端认为自己在和地面网上一台主机进行通信,这样,就消除了长延时信道对发送速率的不利影响,从而大大提高信道利用率。由于在传输过程中没有进行协议变换,因此TCP加速模块可以透明地接入卫星网中,而且可以进行单端配置,即指在数据发送端配置TCP加速模块。

其实现原理如图3所示。

由图3可见IP处理单元发送端网关在收到数据后,自动发送欺骗ACK,相应数据发送请求,并根据空间信道带宽,控制产生欺骗ACK的速率。由于TCP协议本身具有的基于窗口的流控机制,TCP加速网关通过控制欺骗ACK的发送速率来达到控制TCP数据传输速率,为了使传输速率最大限度的接近信道带宽。

2.3LDPC技术

为降低解调工作门限,调制解调单元采用了LDPC纠错码技术[6]。LDPC纠错码是一种性能优良、描述简单,适合硬件实现的信道编译码方式。

为方便硬件实现,在设计码字时采用准循环(quasi-cyclic,QC)LDPC码,其H矩阵为:

$Η_{q c} = [\begin{matrix} A_{1, 1} & A_{1, 2} & \dots & A_{1, n} \\ A_{2, 1} & A_{2, 2} & \dots & A_{2, n} \\ ⋮ & ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ A_{m, 1} & A_{m, 2} & \dots & A_{m, n} \end{matrix}]$

各子矩阵Ai,j是b×b的循环右移置换矩阵或者是b×b的0矩阵,n固定为24。

由于循环置换矩阵Ai,j完全决定于偏移量,因此总可以用母矩阵Hb=[p(i,j)]m×n来表征校验矩阵H,如果p(i,j)>0,则表示H矩阵中对应的Ai,j是右偏移量为p(i,j) 的置换矩阵;若p(i,j)=0 ,则表示Ai,j为单位阵;若p(i,j)<0(一般用-1来表示),则表示Ai,j为全0矩阵。

为最大可能地简化LDPC编解码器的硬件实现,变码长所需的一系列LDPC码的产生服从以下规则:给定码率下,变码长的系列LDPC码总是从码长最长的码出发通过一定的简单操作构造的。在本标准的构造中,构造规则满足:给定码率,已知码长N=8 064,bM=336下的母矩阵为Hb=[pM(i,j)]m×n,则同样码率下其他码长(码长决定于b)的相应母矩阵为:

Hb=[p(i,j)]m×n,

$p (i, j) = {\begin{matrix} p_{Μ} (i, j), & i f p_{Μ} (i, j) \leq 0 ； \\ m o d (p_{Μ} (i, j), b), & i f p_{Μ} (i, j) > 0 \end{matrix}$

该LDPC具有以下特点:

① 描述简单,特别适合于硬件实现;

② 译码电路具有通用性,不同码长下译码器的基本结构不变;

③ 编码可采用移位寄存器电路快速实现;

④ 所有码都是规则LDPC码,不但易于实现,而且最小码距大;

⑤ Error Floor低,无需再和其他编码级联使用。

LDPC的译码算法采用乘性修正最小和(NSMA),该算法的优点是实现简单,性能接近于最佳的和积算法(Sum-Product Algorithm, SPA)。相比于SPA算法,该算法的最大特点是无需信噪比估计。译码器模块的结构框图如图4所示。

LDPC译码器模块根据信道数据接口模块发送来的码率/码长等控制信息,读取信道数据接口模块存入的信道数据,开始译码。译码器模块把译码后的数据写入FPGA内部RAM中。成功译码一帧后,指示译码数据接口模块开始输出,等待译码数据接口响应后,开始译码下一帧数据。

3测试结果

基于IP的卫星通信终端设计完成后,分别从LDPC编码的性能和TCP传输效率两方面进行了验证。其中LDPC编码迭代次数为20次时,误码率曲线如图5所示。

TCP协议在双向传输速率2 Mbps卫星信道中,传输效率可以达到90%,大大提高了IP数据在卫星通信中的传输效率。

4结束语

本文设计的基于IP的卫星通信终端,可以实现最高信息速率2 Mbps的全IP卫星传输,真正做到了地面IP网络与卫星通信的无缝连接,在地震、水灾等突发灾害发生时发挥巨大作用,具备良好的市场推广价值。

参考文献

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卫星终端论文篇4

关键词：北斗卫星导航系统,水质检测与控制,终端设计

0 引言

当今社会, 水污染越来越严重, 水源污染事故频繁发生。为了保证用水安全, 水质检测则显得越来越重要。为了保证对水质检测的顺利进行, 本文设计了一种基于北斗卫星导航系统的水质检测控制终端, 实现传感器数据的采集、存储与传输, 同时可以定位水质采集系统。利用北斗卫星导航系统作为中转站, 把水质检测的数据通过北斗收发模块发送到地面检测站, 从而实现了对水质的实时在线检测。

1 系统硬件设计

水质检测控制终端, 主要完成水质采集系统定位、传感器数据采集、数据格式转换、北斗卫星导航系统数据传输功能。系统原理框图如图1所示。北斗卫星导航系统通信模块完成对传感器数据的传送, 并可以接收地面站下达的指令;SD卡存储模块把传感器数据保存在水质检测系统, 作为数据查询之用, 可以保存一个月的检测数据;多参数传感器设备与单片机连接, 传感器的输出可以是RS-232通信、CAN总线通信、RS-485总线通信、所以水质检测控制终端具有至少三种通信方式。

1.1 单片机选择

选用意法半导体公司ARM CortexTM-M3核的32位STM32F103RB单片机, 负责系统的整体运行。单片机特点为:工作频率为72MHz, 3个16位定时器, 其内部集成CAN2.0控制器、USART接口和USB2.0全速接口等, 调试模式为SWD和JATG接口。

1.2 电源模块设计

水质检测系统采用太阳能供电, 蓄电池为系统提供12V直流电, 采用专用的蓄电池保护芯片, 来控制蓄电池的充放电。本控制终端使用LM2596来实现+12V到+5.4V的转换, 使用LM1117实现+5.4V到3.3V的转换。

1.3 北斗卫星导航系统通信模块

北斗卫星导航系统通信模块采用东方联星公司自主设计开发的RD120-2W北斗RDSS短报文通信板, 它是一款基于北斗RDSS功能设计的收发一体化模块, 采用公司自主研制的北斗RDSS射频芯片, 具有卫星短报文通信和定位功能, 通信和定位成功率为95%, 定位精度为20m, 根据SIM卡情况实现不大于120个汉字的通信。模块的供电电压为+5.4V。

1.4 SD卡存储模块设计

水质检测系统在使用时, 把传感器采集的数据、位置信息及时发送到地面站的同时, 检测控制终端也要对传感器采集的数据、位置信息备份。本系统选用16G SD卡, 保证数据可以循环保存半年。SD卡存储模块与单片机的连接电路如图2所示。

1.5 通信接口设计

北斗卫星导航系统通信模块与单片机为RS-232协议接口, 而传感器可以是RS-232通信接口, CAN总线通信接口、RS-485总线通信接口。为了满足系统需求, 从STM32F103RB单片机扩展出两个RS-232通信接口, 一个CAN总线通信接口, 一个RS-485总线通信接口, 满足北斗卫星导航系统通信模块使用要求, 也能够极大的扩展使用, 连接更多类型的传感器。

2 系统软件设计

程序是在KEIL公司Keil uVision4环境下开发的, 子程序包括:传感器数据采集, 北斗卫星导航系统的定位, SD卡数据存储, 数据协议转换与短报文传输。主程序流程图如图3所示。系统对接收地面站的指令的程序如图4所示。

3检测控制终端应用实例

设计好的水质检测控制终端, 在实际测试中, 检测控制终端连接一个RS-232接口的叶绿素a浓度传感器, 一个RS-485接口的PH值传感器, 一个RS-485接口的硝酸盐氮浓度传感器, 检测控制终端可以接收地面站数据、发送水质检测系统的传感器数据到地面站, 并可以把传感器数据、设备定位信息、传感器采集数据时间等信息存储到SD卡内。

4 总结

本文设计了基于北斗卫星导航系统的水质检测控制终端, 从硬件与软件两个方面对其进行了介绍。设计的控制终端, 能够对传感器数据进行采集、存储、传输, 完成设计任务, 基本满足使用要求。本控制终端在水质检测中进行了实验使用, 对数据的远程采集、传输中得到应用。本控制终端也可以用于保密设备的定位、数据交换等, 具有一定的应用前景。

参考文献

[1]王英志, 杨佳, 韩太林.基于STM32的RS232-CAN通信协议转换器设计[J].制造业自动化, 2013, 35 (7) :141-143.

[2]于龙洋, 王鑫, 李署坚.基于北斗短报文的定位数据压缩和可靠传输[J].电子技术应用, 2012, 38 (11) :108-111.

卫星终端论文篇5

关键词：北斗卫星,预警信息,极端天气,GPRS

目前, 我国主要通过手机短信、电话、电视插播、GPRS、电台等手段进行信息的发布和接收。但对于山区和边远地区而言, 仍然存在较多的蜂窝盲区和蜂窝临界区, 在这些地区采用常规的通信手段是无法进行通信的, 且常规通信方式比较依赖基站。如果基站出现问题, 则该地区的信号会全部消失, 进而无法接收预警信息。因此, 在工作实践中, 这些传输方式具有很大的局限性。

本文主要研究基于北斗卫星的预警信息接收终端的关键技术, 包括使用北斗卫星的短报文功能发布和接收预警信息、提高预警信息发布的时效性, 从而消除预警信息发布的“盲区”。针对上述关键技术, 本文进行了相关硬件的设计和软件设计, 规划了基于北斗卫星的预警信息接收终端的组成框架, 并搭建了终端硬件测试平台。

1 预警信息接收终端的硬件电路设计

北斗卫星预警信息接收终端是整个北斗预警信息传输和发布系统 (以下简称北斗发布系统) 的重要组成部分。目前, 该系统已经在山西运城市气象局建成并投入使用。该系统将依托各级气象部门现有的业务系统, 建立省、市、县突发公共事件北斗预警信息发布中心 (以下简称北斗发布中心) 和覆盖全省的乡、村北斗预警信息接收终端, 从而为省市县各级、各部门提供预警信息发布服务。

1.1 北斗发布实现框图和特点

北斗发布系统由北斗预警信息发布中心和北斗预警信息接收终端组成, 采用北斗+GPRS (无线网络) 两种通信手段相结合的方式进行预警信息的发布和管理。预警信息接收终端以文字和语音的方式直接传递给受影响的社会公众。预警信息发布原理框图如图1所示。

北斗发布系统有以下5个特点: (1) 北斗发布中心通过网络连接至预警信息管理中心, 统一接收、发布自然灾害、事故灾难、公共卫生事件和社会安全事件四大类突发公共事件信息, 信息发布准确、可靠。 (2) 北斗发布中心充分利用了北斗短报文通信的优势, 以北斗通信发布预警信息为主, 以GPRS为辅, 达到了信息发布及时、覆盖全面的目的。 (3) 发布中心可实现同时向多个不同区域群发预警信息的功能, 这不仅提高了发送频度, 缩短了发送时间, 还进一步提高了信息发布的时效性。此外, 还能在最短的时间内向特定区域、部门、人群发布预警信息, 便于有关部门和社会公众及时获取预警信息、采取相应的防灾抗灾措施, 从而最大限度地保障人民群众的生命财产安全。 (4) 预警信息接收终端具有北斗短报文接收功能, 在收到北斗预警信息后, 将以文字和语音的方式播报预警信息。 (5) 预警信息接收终端收录了省、市、区和县的通播地址, 可同时接收省、市、区和县预警信息发布中心发布的信息。

1.2 北斗发布系统架构

省北斗发布系统由省、市、县北斗发布中心和乡、村预警接收终端 (LED显示屏和大喇叭) 构成。省、市、县各级发布系统既可相互独立工作, 发布本区域的预警信息, 又可通过北斗、GPRS和网络等通信手段, 实现省、市、区、县发布中心信息互通;接收并转发上级预警中心发出的预警信息, 及时上报灾情信息, 为突发公共事件的应急处理、社会防灾减灾、保护人民的生命财产安全提供科技支撑和决策依据。北斗预警信息发布系统框图如图2所示。

1.3 北斗卫星预警信息接收终端架构

北斗卫星预警信息接收终端作为预警信息发布的载体, 直接面向社会服务, 接收终端的性能直接关系着整个预警信息发布系统的服务质量。在农村地区, 为了确保预警信息能及时、准确地通知到每个人, 采用了大喇叭、广播等方式。因此, 本文所研究的预警信息接收终端正是基于大功率音频设备设计的。预警信息接收终端的架构如图3所示。

1.4 北斗卫星预警信息接收终端电路

北斗卫星预警信息接收终端内部主要是由电源、主控制模块、功能模块等组成, 外部由北斗天线、GPRS天线、数据线和220 V电源线组成。本文设计的预警信息接收终端组成框图如图4所示。

图4中, 控制模块是整个预警信息接收终端中的核心部分, 本文在设计中采用了模块化功能处理。控制模块主要由接收单元、控制单元、音频转换单元和供电单元等组成, 具体如图5所示。

2 预警信息接收终端软件的设计

北斗卫星预警信息接收终端是整个北斗卫星预警信息发布系统的组成部分之一。在具体使用中, 需要与北斗预警信息发布平台配合使用。

2.1 北斗预警信息发布平台

北斗预警信息发布系统平台软件采用多文档界面方式, 系统主界面为预警信息发布界面 (如图6所示) , 具有信息编辑、预览、发布和接收等功能, 以及为用户提供系统导航、子窗体界面相互切换等功能;系统的其他应用子系统作为子窗体, 可为用户提供相关主题的查询、管理等功能。发布平台具有GIS地图显示界面, 可在GIS地图上直观显示和监控系统终端的位置、预警信息的接收情况, 并根据发布中心的位置和发布区域的情况加载相应的GIS地图。

2.1.1 发布信息审查功能

信息需经过相关领导的审批才可对外发布。

2.1.2 选择发送信息功能

平台按行政区分组终端, 可根据需要选择特定的终端发送信息, 并通过地图或树状区域选择对不同区域的群发和定点发布的功能。在图7中, 蓝色图标为被选中发布区域。

2.1.3 接收预警信息功能

平台可根据终端的行政区级别接收来自终端所发送的灾情、设备状态、气象等信息。

2.1.4 定时、自动和手动发布功能

平台能根据预先设定的时间自动发布天气、科普知识、预警信息等消息, 能根据设定文件的更新变化自动更新发布消息, 还能根据突发状况随时手动发布预警信息。

2.2 北斗预警信息接收终端软件

北斗卫星预警信息接收终端软件主要负责调解卫星信息、控制GPRS模块联网、按照特定的编码格式输入语音芯片和进行文字与声音的转换。控制软件通过串口与北斗接收机、语音芯片、GPRS模块通信, 并通过并行总线与温度传感器通信, 以采集设备内部的温度。

2.2.1 软件系统的环境结构

软件系统的环境结构如图8所示。

由图8可知, 控制软件要通过串口与北斗短报文模块通信, 接收北斗信息并分类、组包和处理信息;通过串口与GPRS模块通信, 控制GPRS模块联网, 收、发数据信息、短消息;通过串口将接收到的信息按照特定的编码格式输入语音芯片, 以进行文字与声音的转换。

2.2.2 软件结构

控制软件由C语言编写, 主要分为4部分:主程序、串口中断程序、北斗接收程序和GPRS控制程序。

2.2.2. 1 主程序

主程序的功能为:实现开机初始化、查询输入信号的状态、控制数据接收、中断标记, 处理卫星接收的数据并解码、检测按键状态、控制语音信息输出和控制指示灯显示。

主程序的输入数据包括各输入信号状态、串口接收的卫星数据、GPRS数据、中断标记和按键状态。

主程序的输出数据包括指示灯控制信号、接收到的信息内容。

2.2.2. 2 串口中断程序

串口中断程序的功能为:接收来自北斗接收机的卫星信息数据、发送信息给语音芯片进行语音合成。

串口中断程序的输入数据为北斗接收机的卫星信息数据。

串口中断程序的输出数据为发送给语音芯片进行语音合成的信息数据。

2.2.2. 3 300 s中断程序

300 s中断程序主要用来定时向发布中心发布设备工作状态信息。

2.2.2. 4 语音转换程序

语音转换程序主要用来将数据信息转换为音频信息。

本文研究的预警信息接收终端软件的工作流程如图9所示。预警信息收发终端按照行政区划分编码规则、设定的本机地址。当接收到含有地址码的预警信息时, 终端先对该预警信息进行校验和解码, 解码完成后对比该信息所包含的地址信息与本机地址信息。当接收到的预警信息内容的地址码所管辖的范围包含当前接收机所设置的地址码范围时, 接收机会处理此预警信息。如果校验成功, 则会对预警信息进行数据转换, 并控制语音芯片、功放模块, 从而开始语音播报。该预警信息接收终端除了可通过北斗接收预警信息外, 还可以接收GPRS的预警信息。在工作中, 一般以北斗通信为主, 以GPRS通信为辅, 2种手段相互补充, 从而可确保预警信息接收的稳定性、可靠性。

3 运行情况

自2012年初开始, 目前, 利用北斗卫星的短报文功能发布气象应急预警信息的试验已成功, 并于2014-07通过了省专家的评审, 得到了评审组、省气象局和当地市政府领导的重视和大力支持, 将拨付专项资金在运城市4个县区率先运行, 待通过进一步研发完善后, 将会逐步在运城市和山西省推广使用。

目前, 该系统在运城市气象局运行良好, 为全市的防灾减灾提供了保障。

4 结束语

本文研究的基于北斗卫星的预警信息接收终端具有覆盖范围广、信息发布快、通信费用低、安全性高、传输稳定可靠、终端设备安装和维护简易等特点。该系统采用了北斗卫星和GPRS双重传输手段、终端设备交直流供电、集中控制终端运行与管理、多卡短报文拼接、虚拟终端地址设计等技术, 提高了预警信息发布的可靠性和时效性, 达到了为实现突发公共事件的应急处置、社会防灾减灾、保护人们的生命财产安全提供科技支撑和决策依据的目的。

参考文献

[1]中国气象局.中国气象灾害年鉴[M].北京:气象出版社, 2007.

[2]中国气象局.气象灾害预警信号发布与传播办法[M].北京:气象出版社, 2007.

卫星终端论文篇6

本系统是基于HT66FU50+SIM908的卫星定位, 单片机和SIM908通过串口进行指令和数据交互, 通讯波特率为1200。本系统采用普通手机电池供电, 上电后, 单片机首先进行初始化, 比如将单片机的时钟初始化成4MHZ的片内RC, 将串口的波特率初始化成1200, 还有对定时器的初始化, 对变量的初始化等等。一切准备工作就绪就可以定位了, 首先单片机通过AT指令“AT+CGPSPWR=1”打开GPS模块电源, 然后单片机通过AT指令“AT+CGPSRST=1”让GPS模块复位, 之后还有几条AT指令, 比如选择SIM908的工作模式, 控制GSM模块发送短信, 关闭GPS电源等等。定位成功后, 终端以短信的形式将定位信息发送到指定手机上。该终端以盛群HT66FU50单片机为主控芯片, 负责协调各电路单元的工作, 比方说给卫星定位芯片SIM908下发AT指令, 分析SIM908回传的定位信息, 判断当前接收到的是否为有效卫星信号, 控制GSM模块发送短信和人机交互的处理等等。SIM908则负责对卫星信号的接收和GSM数据的收发。

2 作品结构

2.1 系统概述

系统框图如图1所示, 本系统采用可重复烧录的盛群单片机HT66FU50芯片为主控芯片, 锂电池为系统提供电源, 系统中所用的SIM908以1200的波特率与单片机进行串口通信。

2.2 硬件部分

包括:HT66FU50、SIM908、指示灯、SIM卡座。如图2所示, HT66FU50为核心控制芯片, 它通过串口与SIM908进行数据指令交互, 通过片内的定时器控制系统的运行时间, 比如说每两秒收一次卫星数据。同时单片机还要对收到的卫星数据进行分析, 判断当前接收到的是否为有效卫星信号, 并控制GSM模块发送短信和人机交互的处理。

2.3 软件部分

软件在HT-IDE3000集成开发环境中完成, 运用C语言进行程序的编译与调试。软件开发采用的是模块化编程的方式, 将软件系统分为主函数、系统初始化、定时器、串口收发四个模块, 其头文件为command.h、htt66fu50uart.h、initial.h、my-type.h、uart.h。

2.3.1 定时器初始化

2.3.2 接收卫星数据

3 测试环境与方法

3.1 测试环境

锂电池一块;电压3.8v;普通空旷地面。

3.2 测试方法步骤

(1) 产品置于较空旷的场地, 给系统上电; (2) 等待指示灯闪烁; (3) 查看手机短信; (4) 将短信上收到的数据输入百度坐标拾取工具, 查看实际定位点。

3.3 测试结果

系统测试结果表明, 将短信上收到的数据输入百度坐标拾取工具, 查看实际定位点, 误差在20米以内, 个人卫星定位终端研制成功。

摘要：目前中国的老年痴呆患者接近两千万, 他们生活不能自理, 记忆力衰退, 即使在家门口也会迷路, 基于此, 我设计制作了一款“个人卫星定位终端”。本终端以盛群单片机HT66FU50为主控芯片, 完成对各电路单元的控制, 定位成功后终端以短信的形式把定位的经纬度发送到指定的手机上。该终端体积小, 重量轻, 功耗低, 待机时间长, 适合于随身携带, 目前实测定位误差20米以内。

关键词：单片机,卫星定位,老年痴呆

参考文献

[1]李雪铭.GPS系统中动态定位的测点精度和可靠性[J].中国市政工程, 2009 (03) .

[2]刘卓然.浅谈TDOA&FDOA卫星干扰源定位原理和实践中的几个关键因素[J].中国无线电, 2006 (10) .

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