楊亮

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510000）

短波數(shù)傳在航標遙測遙控中的應用研究

楊亮

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510000）

海上交通安全保障體系的建設一直是國內(nèi)外航海界關注的重點?；谛畔⒓夹g、計算機網(wǎng)絡技術和導航技術的航標信息系統(tǒng)的研究，對實現(xiàn)航標的監(jiān)控和管理的現(xiàn)代化，確保航標信息的準確性及用戶方便快捷獲取航標信息，為船舶安全航行提供更好的服務是非常必要的。本文主要研究利用短波通信實現(xiàn)對航標的遙測遙控。

短波通信；航標；遙測遙控

1 引言

海上交通安全一直是國內(nèi)外航海界所關注的重點。航標管理是航道管理部門的一項重要工作，航標管理的責任就是對航標進行管理和維護保證其正常使用，為船舶安全、經(jīng)濟、便利航行提供服務。

航標是標示航道方向、界限與礙航物的標志，幫助引導船舶航行、定位和標示礙航物或發(fā)出警告，為各種水上活動提供安全信息，是重要的導航設施。它對發(fā)展我國水上交通運輸事業(yè)，支持海洋資源開發(fā)和漁業(yè)捕撈，促進國民經(jīng)濟的增長和發(fā)展，加強國防建設和維護國家主權具有非常重要的作用。我國海域遼闊，海岸線長，近海多島嶼，形成航道曲折復雜，航標數(shù)量多，品種多的特點。某些海區(qū)長期以來以人員值守和巡檢的方式來保障航標設備的正常工作，但這種保障模式存在很多問題：航標燈樁故障不能第一時間發(fā)現(xiàn)，有些重要航標無人值守，設備性能隱患無法提前發(fā)現(xiàn)等等。航標遙測遙控系統(tǒng)是將遙測遙控技術應用在航標的工作狀態(tài)監(jiān)控上，達到及時發(fā)現(xiàn)問題和及時排除的目的，以保障航標的正常工作、提高可利用率，減少維護費用，促進現(xiàn)代化管理，提高航標服務質(zhì)量。

2 短波在航標遙測遙控中的優(yōu)勢

我國在航標的遙測遙控技術上，主要采取GSM、AIS和衛(wèi)星遙測遙控三種方式。其中GSM、AIS通信覆蓋范圍有限，無法實現(xiàn)偏遠地區(qū)的遙控遙測。隨著西南沙航標的建設，因為距離大陸較遠，利用GSM和AIS實施遙測遙控已不太現(xiàn)實，而衛(wèi)星遙測遙控成本較大，于是探索利用短波進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮綐诉b測遙控系統(tǒng)就顯得很有必要了。

基于短波進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮綐诉b測遙控系統(tǒng)與傳統(tǒng)遙測遙控系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)勢：

（1）可通信距離遠

利用短波進行采集數(shù)據(jù)的傳輸，實現(xiàn)簡單，抗干擾能力強，可通信距離遠，相比較GSM和AIS系統(tǒng)幾公里、幾十公里的通信范圍，短波的通信距離可以達到上百公里、上千公里。對于遠離大陸的航標，利用短波進行數(shù)據(jù)傳輸顯然要優(yōu)于利用GSM、AIS系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸。

（2）實現(xiàn)簡單、費用低

利用短波通信，設備體積小、重量輕、安裝便利。同時建設費用省、維護費用低、建設周期短?？梢愿鶕?jù)使用的要求固定設置，進行定點通信。

3 基于短波數(shù)傳的遙測遙控系統(tǒng)的設計

3.1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集終端、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理終端組成。其中數(shù)據(jù)采集終端為一臺安裝了數(shù)據(jù)采集處理軟件的工控機，數(shù)據(jù)處理終端為一臺安裝了查詢終端軟件和數(shù)據(jù)查詢處理軟件的工控機，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)為兩臺短波收發(fā)信機組成。航標遙測遙控系統(tǒng)的系統(tǒng)連接圖如圖1。

圖1 航標遙測遙控系統(tǒng)組成圖

3.2 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)可實現(xiàn)如下功能：實現(xiàn)對航標的隨機遙測、定時遙測以及異常信息報警。

我們可以根據(jù)需要，在任意時刻對航標的相關參數(shù)進行測量采集；或者可以通過在系統(tǒng)內(nèi)進行設置，監(jiān)控終端每隔一定時間向采集終端下達一次采集命令，將航標的工作狀態(tài)檢測一遍。同時采集終端會實時監(jiān)控航標的運行狀態(tài)、參數(shù)信息，并將異常信息上報給監(jiān)控終端。

各模塊詳細功能如下：

數(shù)據(jù)采集終端主要用來采集航標傳感器的各種參數(shù)數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)協(xié)議格式的轉(zhuǎn)換，使采集的信息數(shù)據(jù)能夠適應短波收發(fā)信機的傳輸，定時或者即時地發(fā)送給監(jiān)控中心；同時，接收監(jiān)控中心的查詢命令，執(zhí)行相應的操作。

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要由安裝在航標處和監(jiān)控中心處的兩部短波收發(fā)信機組成，由其通過短波鏈路共同完成采集數(shù)據(jù)和控制指令的傳輸。

數(shù)據(jù)處理終端主要是將采集的航標信息數(shù)據(jù)進行相應的協(xié)議格式的轉(zhuǎn)換，然后發(fā)給監(jiān)控終端，由安裝有數(shù)據(jù)解析軟件的監(jiān)控終端對采集的航標的信息進行解析顯示。同時將查詢指令進行相應的協(xié)議格式的轉(zhuǎn)換后，發(fā)送給短波收發(fā)信機。

3.3 系統(tǒng)工作原理及業(yè)務流程

3.3.1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)的工作原理就是數(shù)據(jù)采集終端讀取航標的各種工作狀態(tài)參數(shù)信息，然后將讀取的數(shù)據(jù)進行協(xié)議格式轉(zhuǎn)換后發(fā)給航標側的短波收發(fā)信機，航標側的收發(fā)信機再通過短波鏈路將數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心的收發(fā)信機，監(jiān)控中心的收發(fā)信機將數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)處理終端，由數(shù)據(jù)處理終端將接收的數(shù)據(jù)再進行格式轉(zhuǎn)換后傳送給監(jiān)控終端。監(jiān)控終端負責將接收的數(shù)據(jù)進行解析顯示。

3.3.2 業(yè)務流程

基于短波數(shù)傳的航標遙測遙控系統(tǒng)可有3種工作方式：異常報警工作方式、即時查詢工作方式和定時查詢工作方式。

（1）異常報警

數(shù)據(jù)采集處理軟件會一直采集航標的各種工作狀態(tài)參數(shù)信息，當采集到航標的狀態(tài)信息有異常時，數(shù)據(jù)采集處理軟件將采集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換格式后發(fā)送給收發(fā)信機，航標側的收發(fā)信機將數(shù)據(jù)信息通過短波鏈路發(fā)送給監(jiān)控中心側的收發(fā)信機，收發(fā)信機收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)查詢處理軟件，數(shù)據(jù)查詢處理軟件再將數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換格式后發(fā)送到監(jiān)控終端，用戶在監(jiān)控終端上就能夠查看到航標的異常信息。具體工作流程如下圖2所示。

圖2 異常報警流程圖

（2）即時查詢

監(jiān)控中心操作人員可在查詢終端軟件上執(zhí)行查詢操作，數(shù)據(jù)查詢處理軟件接收到查詢命令后，控制監(jiān)控中心的收發(fā)信機將查詢指令通過短波鏈路發(fā)送至航標側的收發(fā)信機；航標側的收發(fā)信機收到指令后，將指令再傳給數(shù)據(jù)采集處理軟件，數(shù)據(jù)采集處理軟件收到查詢指令后將現(xiàn)時航標的工作狀態(tài)參數(shù)信息轉(zhuǎn)換成短波收發(fā)信機能夠識別的數(shù)據(jù)格式傳給收發(fā)信機，航標側的收發(fā)信機再通過短波鏈路將數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心的收發(fā)信機；監(jiān)控中心的收發(fā)信機將數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)查詢處理軟件，由數(shù)據(jù)處理終端將接收的數(shù)據(jù)再進行格式轉(zhuǎn)換后傳送給監(jiān)控終端。具體工作流程如圖3所示。

（3）定時查詢

監(jiān)控中心操作人員可在查詢終端軟件上制定定時查詢計劃來查詢航標的工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)查詢處理軟件根據(jù)設置的查詢時間點定時進行查詢操作。定時查詢工作方式業(yè)務流程與即時查詢工作方式業(yè)務流程類似，區(qū)別在于是按預先設定的時間定時查詢航標的工作狀態(tài)。

圖3 即時查詢流程圖

4 系統(tǒng)測試

我們用2套125W短波電臺（含電源和天線）、2臺工控機、1臺電腦終端及開發(fā)的數(shù)據(jù)查詢處理軟件、查詢終端軟件和數(shù)據(jù)采集處理軟件組成一套航標遙測遙控系統(tǒng)在相距20公里的兩地進行實地測試。

測試顯示，航標狀態(tài)的信息數(shù)據(jù)可以通過短波通信的方式進行采集回傳，但是數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸?shù)淖畲笏俾孰S接收信號的信噪比的變化而變化。當接收信號的信噪比為1 dB時，最大可靠傳輸速率可達600bps；而當接收信號的信噪比為-4 dB時，最大可靠傳輸速率只有75bps。下表1是測試時在接收信號不同信噪比下，該系統(tǒng)可靠傳輸?shù)淖畲笏俾省?/p>

表1 接收信號信噪比與最大可靠傳輸速率的關系

5 總結

短波通信具有通信距離遠、成本低、維護簡單等特點，通過短波通信對遠距離航標進行遙測遙控不失為一種可行的手段。但是限于短波信號受干擾較大，且傳播受到電離層變化的影響等因素，容易造成數(shù)傳速率較低且不穩(wěn)定。因此在提高短波電臺抗干擾能力和數(shù)傳速率方面仍需要做進一步的研究。

[1]王坦．短波通信系統(tǒng)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2012．

[2]王化民，劉英．水上短波數(shù)字通信技術[M]．大連海事大學出版社，2008．

[3]陳宏，彭國均．航標遙測遙控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]．船海工程，2007，36(2)：126-128．

Application of Shortwave Transmission in Telemetry and Telecontrol for Navigation Mark

Yang Liang
（Guangzhou Haige Communications Group Limited by Share Ltd.,Guangzhou 510000,Guangdong）

The construction of marine traffic safety guarantee system has been the focus of attention of domestic and international shipping circles.Study on the navigation information system based information technology,computer network technology and navigation technology is very necessary for the implementation of the modernization of monitoring and management,ensuring the accuracy of navigation mark information and the convenience of obtaining information for users,and providing better service.This paper mainly studies on the telemetry and telecontrol of navigation mark by shortwave communication.

shortwave;communication;navigation mark;telemetry and telecontrol

TN92

A

1008-6609(2017)07-0059-03

楊亮（1985-），男，湖北武漢人，本科，工程師，研究方向為通信系統(tǒng)設計。