“銥星/北斗”結合的衛星大數據量數據通訊應用

王 歡

（北京明航科技發展有限公司 北京 102412）

0 引言

隨著科研工作對偏遠地區、海洋縱深等惡劣地理環境中氣象地理觀測數據的迫切需要，衛星數據通訊終端得到了廣泛的應用。針對不同衛星通訊系統自身特點，結合不同衛星通訊終端各自的優點，可以更加高效的完成大數據量的數據傳輸。

銥星衛星通訊系統，主要由類似銥元素結構的66顆低軌道衛星及地面控制設備組成，可實現包括極地在內的地球任意區域的數據通訊，主要用于數據傳輸的銥星數據模塊 Iridium SBD9602的最大移動發送信息為340字節，最大移動接收信息為270字節。發送過程為：檢測實時接收銥星衛星信號，當信號捕獲穩定后，發送數據短報文，視實際信號強度，分段持續發送。銥星通訊模塊數據傳輸過程中無服務頻度的限制，但發送端及接收端需經過運營商預先綁定。

北斗衛星通訊系統，主要由運行于亞太區域赤道上的地球同步衛星及地面控制設備組成，主要覆蓋亞太區域，根據相應用戶通訊等級，按照其服務頻度，可向不同接收端發送不同數據長度的數據信息。

由于大數據量數據受發射最大字節限制，必須分包發送，而數據丟包在復雜多變的設備作業環境極易發生，數據丟包可能造成整個數據無法使用，重新發送將降低傳輸效率。銥星通信模塊數據接收發送需預先綁定，靈活性較差，且單通訊系統對設備實時狀態、突發狀態信息向岸基設備發送的可靠性較差，當單通訊系統發生通訊故障后，岸基設備直接與通訊設備失去聯系，無法對通訊設備的狀態進行分析和判斷，造成設備丟失。同時北斗通訊終端受相應服務頻度限制，存在單次發送間隔時間。針對以上問題，將銥星、北斗通訊系統進行結合，可有效的彌補以上的不足。

1 硬件設計

為了兼顧大數據量數據通訊的可靠性、提高對通訊設備狀態的有效監控，銥星/北斗通訊系統采用銥星、北斗通訊雙系統的融合。

整個系統主要組成：Iridium/BD1/BD2組合天線、BD1/BD2射頻模塊、Iridium9602LP通訊模塊、外部數據處理模塊組成。其中Iridium/BD1/BD2組合天線為微帶天線形式，便于安裝在包括耐壓腔體的各種環境中，Iridium9602LP通訊模塊與外部數據處理模塊組合為 Iridium/BD1/BD2信號處理單元，與BD1/BD2射頻模塊結合為整體的通訊模塊，通過外部射頻接口與組合天線連接，與外部控制設備使用串口進行通訊。

外部數據處理模塊采用 ARM 系列單片機AT91SAM7S512，通過外部串口接收外部控制設備發送的數據信息，并將數據進行相應的分包，并持續發送給Iridium9602LP進行短報文發送，BD1模塊在Iridium9602LP發送大數據量數據的同時，將相應的數據信息、設備狀態信息進行發送。

外部數據處理模塊與 Iridium9602LP通訊模塊、BD1/BD2射頻模塊分別采用兩路串口進行通訊，通過相應的指令格式進行對不同通訊模塊的數據通信。

外部數據處理模塊對各通訊模塊進行電源控制，便于降低功耗，延長相應的設備服務周期。具體組成如下圖1所示：

圖1 硬件組成

圖2 銥星/北斗通訊系統外形圖

2 軟件實現

外部數據處理模塊與外部控制設備通過接口協議，判斷相應的數據信息、狀態數據信息。將數據信息按照設置的固定字長，分包向銥星IridiumLP9602LP通信模塊進行發送，對當前的狀態數據系統，向北斗通訊模塊進行發送。分別接收銥星IridiumLP9602LP通信模塊、北斗通訊模塊的反饋信息。

由于IridiumLP9602LP通信模塊的單次最大上傳字節數為340字節，在長時間的測試過程中，發現銥星信號由于當前對空環境中的銥星通訊系統衛星的運動，出現接收信號短時間失鎖，為保證數據單次傳輸的成功率，將通過對外接口的數據進行分包，降低單次發送數據量，避免由于信號失鎖而造成的大數據發送失敗。

針對相應分配完成的一組數據包，使用銥星AT命令進行組幀，向Iridium9602LP通信模塊進行發送，接收Iridium9602LP通信模塊相應的反饋信息。設置失敗重發機制，在判斷數據發送失敗后，對當前銥星信號進行檢測。在當前信號捕獲穩定后，進行數據發送。

外部數據處理模塊對同步發送的數據包數進行計數，由北斗衛星通信系統進行定時發送，確保數據連續，并對設備狀態信息實時向岸基終端設備進行發送。由于采集數據在不同的時間段內有所不同，為便于將相應的環境數據直接由不同的岸基設備進行接收，通過北斗通訊模塊向相應的岸基設備發送數據接收提示，由不同岸基設備直接從與 Iridium9602LP通信模塊捆綁的服務器終端進行數據下載，避免了數據的二次分配，提高數據自動處理效率。

岸基設備分別通過銥星、北斗通訊系統，接收到相同時間段內發送的數據包，對應的數據包總數及數據包編號，并對其進行對比。當發現丟包時，岸基設備將丟包編號通過北斗通訊系統向數據發送終端進行反饋，啟動丟包重發機制，確保銥星模塊大數據量發送的連續性，提高數據通訊效率。

為提高數據傳輸設備可靠性，岸基終端設備通過發送北斗指令，查詢當前設備狀態等其他控制操作。流程如圖3所示：

3 功能擴展

針對定位模式的不同要求，可靈活選用GPS/BD2定位模塊，為外部控制設備提供相應精度的設備位置信息。并針對不同數據量數據記錄的需求，采用相應數據量的數據記錄模塊。

圖3 工作流程圖

4 總結

該設備將銥星/北斗通訊系統進行了融合，通過ARM對外部控制設備透傳的大數據量信息自動進行分包發送，并實時監測，根據發送情況出發重發機制，相對于單系統的應答式發送提高了傳輸效率，使用北斗通訊發送數據接收請求，使不同岸基設備自動完成對相應數據的讀取，并可通過岸基終端設備在數據發送同時，對設備狀態實時監控，提高了設備在惡劣環境下的生存能力。本系統通過測試，性能可靠，效果良好。

[1] General Description of Model 9602-LP，TN2011-001-V1.0.

[2] AT Commands for Model 9602-LP，TN2011-002-V1.0.

[3] 袁建平，羅建軍.衛星導航原理與應用，北京：中國宇航出版社，2004.

[4] 劉培軍，張秉豪.銥星SBD數傳電臺在特殊區域的應用，全球定位系統，2009.2，36-40.

[5] 王琦，段學軍，杜鵬.銥_星衛星移動通信系統及其新用途數字，通信世界，2008（2），82-83.

[6] 劉敬彪，翁杰，于海濱.浮標電子與通信系統研制電子器，2010.2，第33卷第1期，49-52.