水文測報數據傳輸中的北斗衛星通信技術探討

徐明明

（河北省承德水文水資源勘測局，河北承德，067000）

水文測報數據傳輸中的北斗衛星通信技術探討

徐明明

（河北省承德水文水資源勘測局，河北承德，067000）

水文測報在防旱抗澇工作、水利工程建設和管理提供中起著很大的作用，提供數據的準確性和人們的切身利益聯系非常緊密。為了更加了解北斗衛星的通信技術，本文首先介紹了北斗衛星通信系統和工作方式，探討北斗衛星通信技術在水文監測站中應用的情況，最后討論北斗衛星通信技術在水文測報數據傳輸中的具體應用。本文的探討表明北斗衛星通信技術在水文測報工作中的應用前景會更加光明。

水文測報；北斗衛星系統；數據運輸

引言

水文測報站為我國提供防旱防澇預報、水利工程建設、抗洪搶險管理等重要數據，與人們的切身利益息息相關，對數據的完整性和準確性有著嚴格的要求。此外，它涵蓋面積廣闊，需要很多的人力和物力，隨著科技和航天事業的發展，水文監測站工作越來越自動化、智能化。

水文站在我國各地的分布比較廣泛，為確保水文站正常工作，每年都要投入大量的人力和財力。在沒有應用北斗衛星通訊技術之前，水文站的測量和管理工作存在著諸多問題，比如測量數據的周期過長，導致數據長時間不更新，監測的數據準確度不高，或者測量過程中存在的問題不能及時被發現等，都會對水文測報工作帶來阻礙。

本文探討了北斗衛星通訊技術投入使用后，水文監測站的工作情況［1］。

1 北斗衛星系統介紹

北斗衛星系統主要由三部分組成，分別是空間衛星、用戶終端以及地面站?？臻g衛星指的是地球同步衛星，一個系統中有兩顆或者三顆，空間同步衛星主要起著連接用戶終端和發射站的作用，衛星上主要安裝了波束天線和變頻轉發儀，其中起重要作用的是波束天線，由于所有的衛星都是地球同步衛星，所以覆蓋的面積較大，光束天線起到的連接作用也就較強。用戶終端又叫定位終端或移動終端，分為普通型和指揮型兩種類型，所起的作用是對衛星和終端之間的數據進行在整理和分析，還可以接受用戶的請求以及發送用戶的信息數據等。用戶終端主要由四部分構成，分別是用戶操作的控制單元、通信協議、衛星的收發機和收發天線。

地面站其實是一個中轉站，北斗衛星通信技術的實質是在地面的用戶終端進行相互通信，其總部設置在北京。地面站的作用比較大，不僅可以對運輸的數據進行處理，還可以回應用戶之間的各種事務，確認多方的通知等。地面站是北斗衛星系統中和用戶之間聯系最緊密的設施，所起作用非常大。整個北斗衛星系統的組成結構如圖1所示。

圖1　北斗衛星系統設備組成圖

2 北斗衛星通信工作方式

北斗衛星的主要工作方式是利用地面站的轉站便利，建立起空中同步衛星和用戶終端之間的數據傳輸。數據傳輸采用數據包的形式，這種運輸采用的是點對點的固定數據運輸。

測站終端發送的是頻率為L的波段，這些波段被同步衛星接受，經過處理轉變成頻率為C的波段再傳輸給地面站，此時完成了一次單項的數據運輸；地面站接收頻率為C的波長之后，將波長進行處理之后再次發送給同步衛星；之后，由同步衛星進行波長的處理，將C波長轉化成S波長；最后，再將S波長發送給指揮終端或者測站的終端，此時北斗衛星通信才完整地完成了一次點對點之間的數據運輸。

指揮終端和測站的終端有一個區別，那就是指揮終端可以鎖定多種波束，而測站的終端只能鎖定一個波束。與此相應，信息的發送也是一樣的情況，測站的終端只能對一個波束發送信息碼，而指揮終端就可以對多個波束進行信息的發送。除此之外，為了提高系統的運行效率，在廣播回執的方面還采取另一種工作的方式，那就是建立一個用戶群，之后將主站的終端號碼設置在其他終端的映射范圍里，這樣主站發送一個信息，群里所有的用戶都可以收到相同波束的信息，減少終端站之間的傳輸頻率［2］。

3 水文測報站具體應用

3.1北斗衛星系統應用現狀

水文測報技術也是不斷在變化的，尤其近幾年，借助科技的進步，水文測報技術的發展變得更加迅速。衛星通信自從改革開放以來，就受到人們的極大關注。目前我國的衛星通信應用的有兩種，一種是本文詳細介紹的北斗衛星系統，還有一種是海事衛星系統。

在通信的時效上來說，海事衛星通信系統多進行一次完整的信息運輸最少需要三分鐘，這對于數據的運輸來說屬于比較緩慢的，但是北斗衛星通信系統進行一次完整的信息傳播只需要3秒左右，最多不超過5秒，兩者的通信時效在這個層面上的差別還是較大的。同時，在通信通道上進行比較，按照10分鐘所傳播的數據相比，由于海事衛星通信所采取的是TDMA，所以最多只能傳輸700多個數據包，但是北斗衛星通信系統擴大了信令和信道，因此可以傳輸1400多個數據包，相當于海事衛星系統的兩倍。除此之外，在外界數據都相同的條件下，北斗衛星通信系統要比海事衛星通信系統在單位時間內傳遞的信息長度要大得多。所以綜合來說，北斗衛星的通信系統在水文測報中的使用率比較高，我國目前800多家的水文測報都選用了北斗衛星的通信技術及系統。

3.2工作原理

水情是每年水文測報工作中比較重要的一項工作，數據的準確與及時關系著水位的防汛防旱工作的開展，和人們的生命和生活有著很大的聯系。北斗衛星通信技術在水情的自動測報中的應用比較熟練，整個測報系統主要由地面的中心站、網管中心、接受水情數據的中心站、以及雨量的遙測站構成，如圖2所示。其中遙測站比較重要，核心是具有采集水情信息功能的遙測終端，除此之外還需有傳感器、電源等設備，系統才能正常開展工作［3］。

圖2　工作原理圖

水情的測報站中，主通信道是北斗衛星的通信，其中遙測站高達145個，屬于一個復雜而龐大的水情測報系統，能保證監測到各個區域的水情，相當于一個全視圖，可以全方位保證及時接收水情的數據并進行反饋。不僅如此，還有一個特點是自動化的程度較高，不需要過多的人工操作，保證了系統工作的準確性，還能夠提高整個系統的效率。那些需要人工操作的設備，技術要求都不是很高［4］。整個系統采取的體制是定時召測，同行還具有定時自報和增量加倍的功能。而且，借助北斗衛星通信系統具有功率效率高的特點，設備接收的方式為一發多收，換言之，監測出水情出現問題的時候，可以在主站上發出相應的數據信息，所有相關聯的客戶端都可以接受到此信息，從而及時采取相應的解決措施，來保證人們生活工作的安全，也不會因為水情的原因，給林業、牧業、種植業帶來損害［5］。一發多收的設置還屬于雙向通道，不僅主站可以向其他的分站發送信息，分站也能夠向總站匯總數據，在數據真實的情況下，保證數據的及時統計和分析，提高整個系統的效率，減短災情發生的時間。

4 結束語

北斗衛星通信系統幾乎完全是我國自行研發的，比較適合我國的水文測報的實際情況，同時水文測報工作又是關乎全國人民的事情，將北斗衛星通信系統應用在水文測報的工作上，具有很大的現實意義。雖然在現階段，遺留下來的水文測報問題還沒有得到完全解決，北斗衛星通信技術也還存在著很多弊端，但是科技在不斷發展，并且實踐工作也在不斷進行，相信隨著時間的推移，北斗衛星通信技術在水文測報工作中的應用前景會更加光明。

［1］劉堯成， 華小軍， 韓友平. 北斗衛星通信在水文測報數據傳輸中的應用［J］. 人民長江， 2007， 38（10）: 120-121.

［2］田勇. 北斗衛星通信在水文測報數據傳輸中的應用［J］. 科協論壇， 2013（12）: 162-163.

［3］武震， 賈文， 張寧. 北斗衛星通信在水文測報數據傳輸中的應用［J］. 中國新通信， 2013（21）: 120-121.

［4］陳鋼. 基于北斗的遠程水文監測系統［D］. 四川: 西南石油大學，2013.

［5］楊春華. 水文自動測報系統通訊信道設計［J］. 人民長江， 2009，40（9）:12-14.

Discussion on Big Dipper Satellite Communication Technology in Transmission of Hydrological Data

Mingming Xu（Hebei Chengde Hydrology and Water Resources Survey Bureau， Chengde， Hebei， 067000， China）

Hydrological forecast plays an essential role in flood and drought control， water conservancy project， and management providing. Offering data of accuracy is associated with people's vital interest. In order to further understand the communication techniques of Beidou satellite， this paper first introduces the communication system and working mode of Beidou satellite， and then， discusses its applications in hydrological prospecting station. At last， applications of data communication of hydrological forecast are carried out. The discussions of this paper indicate that the communication techniques of Beidou satellite will have more and more brighter prospects.

Hydrological Forecast； Beidou Satellite System； Data Transportation

TV12

A

2095-8412 （2016） 04-831-03

工業技術創新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.068

徐明明（1984-），男，山東濟南人，工學學士，天津農學院畢業，工程師。研究方向：水文測報、水資源、水土保持、水平衡。

E-mail: 254890195@qq.com。