聶林波

　　(南海艦隊(duì)海洋水文氣象中心，廣東 湛江 524001)

       摘要：針對(duì)氣象自動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸需要，提出了基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的氣象自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)編碼設(shè)計(jì)方案。該方案采用北斗短報(bào)文通信功能傳輸幀數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸。采用該方案使得指揮終端能實(shí)時(shí)接收自動(dòng)站發(fā)送的觀測(cè)數(shù)據(jù)。采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)觀測(cè)站點(diǎn)的快速部署和觀測(cè)數(shù)據(jù)的高效獲取。

　　關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；氣象自動(dòng)觀測(cè)；數(shù)據(jù)傳輸；編碼

　　中圖分類號(hào)：TP391.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.08.005

　　引用格式：聶林波.基于北斗的氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)編碼設(shè)計(jì)［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36（8）：15-15，18.

1系統(tǒng)基本原理

　　北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有雙向短報(bào)文通信功能，最多一次可傳輸120個(gè)漢字，可以實(shí)現(xiàn)用戶與用戶、用戶與地面控制中心之間通信［1］。基于北斗的氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)利用了我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可以提供定位和短報(bào)文通信功能，實(shí)現(xiàn)氣象觀測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)能在更廣闊的地域進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，同時(shí)降低了觀測(cè)站建設(shè)和維護(hù)成本，系統(tǒng)本身也更加穩(wěn)定可靠。

2數(shù)據(jù)傳輸原理

　　觀測(cè)站在工作時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)按照協(xié)議進(jìn)行編碼，再通過北斗通信模塊將編碼的數(shù)據(jù)發(fā)送到觀測(cè)站監(jiān)管中心指揮型北斗終端上，終端按照協(xié)議進(jìn)行解碼，還原監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

　　觀測(cè)站工作狀態(tài)時(shí)監(jiān)聽北斗導(dǎo)航衛(wèi)星傳輸?shù)男畔?，按照協(xié)議解碼獲取指令，根據(jù)指令對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)按協(xié)議編碼，再通過北斗通信模塊傳輸編碼數(shù)據(jù)。觀測(cè)站可將自身狀態(tài)信息按照協(xié)議編碼后經(jīng)北斗通信模塊發(fā)送給監(jiān)管中心。監(jiān)管中心指揮型北斗終端接收觀測(cè)站經(jīng)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，按照協(xié)議解碼數(shù)據(jù)，提取觀測(cè)站狀態(tài)信息。整個(gè)系統(tǒng)的控制流程如圖1所示。

3傳輸編碼設(shè)計(jì)

　　環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由一個(gè)指揮終端和多個(gè)觀測(cè)站通過北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)互連而成。系統(tǒng)的每個(gè)終端按統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式編碼數(shù)據(jù)并通過北斗衛(wèi)星傳輸至指揮終端。一套功能完善的傳輸編碼格式能確保系統(tǒng)可靠地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。由于北斗采用短報(bào)文通信，因此用幀結(jié)構(gòu)作為發(fā)送信息的最小單元［2］。

　　3.1幀結(jié)構(gòu)

　　一個(gè)幀包含站號(hào)、時(shí)間戳、總幀數(shù)、幀序號(hào)、本幀長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)段、奇偶校驗(yàn)碼，如圖2所示。

　　站號(hào)使用2 B，系統(tǒng)可容納216-1個(gè)站點(diǎn)，使用FFFF向全部站點(diǎn)廣播。時(shí)間戳使用12 B，記錄數(shù)據(jù)的年、月、日、時(shí)、分、秒信息。當(dāng)數(shù)據(jù)被拆分成多幀傳輸時(shí)，根據(jù)時(shí)間戳判斷幀是否為同一數(shù)據(jù)的一部分?？値瑪?shù)使用1 B，數(shù)據(jù)最多可拆分為28-1幀。本幀序號(hào)使用1 B。本幀長(zhǎng)度使用1 B，其值為站號(hào)+時(shí)間戳+總幀數(shù)+本幀序號(hào)+本幀長(zhǎng)度+數(shù)據(jù)段+奇偶校驗(yàn)碼的總字節(jié)數(shù)。數(shù)據(jù)段最大可用220 B。奇偶校驗(yàn)碼使用1 B，用于判斷收到的數(shù)據(jù)是否有誤。

　　3.2指令和數(shù)據(jù)

　　數(shù)據(jù)段記錄指令和數(shù)據(jù)。指令和記錄通過第一個(gè)字節(jié)區(qū)分，00為指令，F(xiàn)F為數(shù)據(jù)。指令使用編碼表示，定位、授時(shí)等指令都采用唯一編碼。數(shù)據(jù)使用壓縮編碼，盡量減小數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。例如，對(duì)于浮點(diǎn)數(shù)，先乘一個(gè)10n(n≥10)轉(zhuǎn)化為整數(shù)，減少數(shù)據(jù)所占字節(jié)。

　　3.3出錯(cuò)處理

　　在收到一幀數(shù)據(jù)后，進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，就發(fā)送反饋信息告知對(duì)方重發(fā)該數(shù)據(jù)幀，直至收到無錯(cuò)的數(shù)據(jù)。

　　3.4傳輸流程

　　指揮中心與觀測(cè)站之間數(shù)據(jù)與指令傳輸流程如圖3所示。

　　3.5延遲處理

　　北斗導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)每個(gè)用戶終端的服務(wù)頻度是有具體規(guī)定的。服務(wù)頻度越高，數(shù)據(jù)傳輸越快。當(dāng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被分為多幀時(shí)，各幀發(fā)送的時(shí)間間隔是不同的，這就需要制定信息延遲處理機(jī)制，解決信息傳輸時(shí)間延遲數(shù)據(jù)的問題。緩沖區(qū)是解決這個(gè)問題的方法之一。指揮中心收到一幀數(shù)據(jù)時(shí)，存入緩沖區(qū)，當(dāng)數(shù)據(jù)幀全部接收到后再將數(shù)據(jù)整合為完整的信息。

4通信方式的選擇

　　北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的基本通信功能是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，主要方式是數(shù)據(jù)報(bào)告，傳輸形式是數(shù)據(jù)包。主要工作方式是測(cè)站終端向北斗衛(wèi)星發(fā)送信號(hào)，經(jīng)北斗衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，由地面中心站接收處理后，再送至北斗衛(wèi)星，北斗衛(wèi)星接收后將其轉(zhuǎn)發(fā)送到指揮終端或者測(cè)站終端，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信即順利完成。此外，還有建立群廣播通信。即在某個(gè)用戶群中，將主站的終端設(shè)備號(hào)碼寫入其他終端設(shè)備的映像地址中，當(dāng)此主站發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，群中所有測(cè)站都能收到此信息。將此功能作為系統(tǒng)的廣播回執(zhí)，能有效減少中心站的發(fā)送次數(shù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的通暢度，實(shí)現(xiàn)高效的信息群發(fā)功能。當(dāng)要單獨(dú)與某個(gè)觀測(cè)站通信時(shí)，使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式；而當(dāng)要與多個(gè)觀測(cè)站通信時(shí)，使用廣播方式。

5結(jié)論

　　基于北斗的氣象自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)編碼設(shè)計(jì)方案充分利用了北斗短報(bào)文通信功能，通過對(duì)數(shù)據(jù)按幀進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的有效傳輸。采用該方案使得指揮終端能實(shí)時(shí)接收自動(dòng)站發(fā)送的觀測(cè)數(shù)據(jù)。采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)觀測(cè)站點(diǎn)的快速部署和觀測(cè)數(shù)據(jù)的高效獲取。一套完善的編碼格式可使指揮終端迅速確定觀測(cè)站位置信息，又可傳遞各種控制指令和觀測(cè)站測(cè)量數(shù)據(jù)以及觀測(cè)站自身狀態(tài)數(shù)據(jù)，增強(qiáng)指揮終端對(duì)觀測(cè)站的監(jiān)管能力。

參考文獻(xiàn)

　?。?］ 江彩英,黃永玉,謝丹,等.北斗衛(wèi)星應(yīng)急通信傳輸試點(diǎn)建設(shè)［J］.氣象科技,2013,41(5):857-860.

　　［2］ 成方林,張翼飛,劉佳佳. 基于“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的長(zhǎng)報(bào)文通信協(xié)議［J］. 海洋技術(shù). 2008，27(1)：26-28，31.