智能交通卫星导航论文

下面是小编精心推荐的《智能交通卫星导航论文(精选3篇)》，仅供参考，大家一起来看看吧。【摘要】为使北斗导航系统在智慧水上交通建设发挥更大作用，介绍东海航海保障中心北斗导航民用分理服务管理中心成立以来在智慧水上交通建设中已发挥的作用，及其与北斗导航系统相关系统在船舶智慧监管、航标智慧监控、应急搜救、水文气象服务、连续定位服务、高精度定位服务等领域的应用，为更好地发展智慧水上交通提供相关行业经验。

第一篇：智能交通卫星导航论文

北斗卫星导航用户终端供电系统的设计

摘要：给出卫星导航用户终端的电源系统设计。

关键词：卫星系统;用户终端;电源系统

北斗导航系统是我国完全自主知识产权的军民用卫星导航系统，于2003年完成3颗卫星的发射并经过半年的调试工作，系统已经以超高指标的性能投入运行。不同于伪码单向测距的GPS系统，北斗导航系统是一个主动双向测距的询问一应答系统。用户设备不仅要接收来自于地球同步卫星的、地面中心控制系统的询问信号，还要向卫星发射应答信号，因此，用户终端必须配备大功率发射机。但是，作为一个便携式的定位终端，用户总是希望它尽可能小巧、轻便、同时有尽可能长的工作时间。这就给供电系统的设计带来了挑战：一方面，尺寸要尽可能小;另一方面，还要有足够高的效率;同时还要避免产生明显的EMI辐射，以免影响微弱的卫星射频信号。另外，由于北斗系统中复杂的数据处理和管理任务全部集中于地面中心管理站，用户终端设备的任务大大地简化了，待机情况下的系统功耗可以很低，但在向同步卫星发射应答信号的时候系统功率又非常大。因此，供电系统必须迅速响应在很大范围内变化的负载，必须能够在散热条件非常有限的情况下承受峰值功率所带来的热应力。本文着重讨论了用户终端中电源部分的设计，并给出了一套切实可行的方案。

北斗卫星导航系统示意图

北斗导航系统

北斗卫星导航系统由空间卫星、地面中心管理站、用户终端三部分组成，整个系统是一个双向闭环系统，具有实时性强、定位兼容通信、远距离传送信息等功能，图1是该系统的示意图。

空间卫星部分

空间卫星部分由2至3颗地球同步卫星组成，负责执行地面中心站与用户终端之间的双向无线电信号中继任务。每颗卫星的主要载荷是变频转发器，以及覆盖定位通信区域点的全球波束或区域波束天线。北斗卫星导航系统目前使用两颗卫星，备份星已于去年5月底完成发射。

地面中心管理站

地面中心管理站主要由无线电信号的发射和接收，整个工作系统的监控和管理，数据存储、交换、传输和处理，时频和电源等功能部件组成。地面中心管理站连续地产生和发射无线电测距信号，接受并快速捕获用户终端转发来的响应信号，完成全部用户定位数据的处理工作和通信数据的交换工作，把计算机得到的用户位置和经过交换的通信内容，分别送给有关用户。所有计算和处理集中在地面中心管理站。

用户终端部分

用户终端能够接收地面中心站经卫星转发的测距信号，并向两颗卫星发射应答信号，此信号经卫星转发到中心站进行数据处理。用户终端分为通用型用户终端、通信型用户终端、授时型用户终端、指挥型用户终端等。其中通用型用户终端还包括：车载型用户终端、船载型用户终端、手持型用户终端和遇险报警型终端等。用户终端由射频收发前端、基带处理器、嵌入式系统和电源管理系统几部分组成。

电源系统设计

电源管理系统包括电池管理单元、DC/DC转换器以及相应的控制和管理软件。电池管理单元为锂电池组提供充，放电保护、充电控制和电量检测等功能。DC/DC转换器为终端内各部分电路提供合适的工作电源。

电源采用4节串连的锂电池组，规格是：1700mAh，14.4V，配有专用的外部充电器。采用DC/DC对电池电压进行调节，为系统内各个模块提供电源。整个系统的供电要求如表l所列。

逻辑部分供电方案的选择和设计

逻辑电源包括+5V、+3.3V逻辑电源和+1.8V、+1.5V内核电源。从表1可以看出，功率主要集中在+5V和+3.3V这两路电源上，+1.8V和+1.5V所占的功率份额很小。从转换效率、尺寸和成本等方面综合考虑，+5V和+3.3V两路宜采用高效率降压转换器，两路内核电源采用微型LDO从3.3V降压得到即可。

在选择+5V和+3.3V降压转换器方案时有一个问题需要着重考虑，北斗系统的定位终端在使用时会有多种不同的工作模式。不同工作模式的功率各不相同，在进行定位运算时功率会高达近10瓦(不包括射频功放)，而待机模式仅有数十毫瓦。为了尽可能延长电池的工作寿命，DC/DC转换器应在各种工作模式下均具有高转换效率。重载时最好工作于PWM模式，这样产生的噪声比较小，对于通讯部分的干扰小;轻载时最好转为PFM模式，以降低电源电路的静态电流，延长待机时间。转换器还应具有足够高的开关频率，以便缩小功率元件的尺寸，降低电源部分所占的印刷板空间。

根据这些条件考察各公司的DC/DC转换器产品，Maxim公司的MAXl775最终被选中。该器件很好地满足了所有上述条件。首先，它具有高集成度，集成了两路高效率降压转换器，可同时提供+5V和+3.3V两路输出。开关频率高达1.25MHz，允许采用很小的功率元件，同时又保持了很高的转换效率(单路90%以上)。另外，该器件特有的定导通/定关断控制方式可以随着负载自动切换PFM/PWM工作方式，很好地兼顾了轻载和重载效率，在很宽的负载范围内具有高效率。因此，我们选择MAXl775作为系统的主逻辑电源。图2是基于MAXl775设计的+5V/+3.3V/+1.5V/+1.8V四输出DC/DC转换电路。

射频功放电源方案

北斗导航系统是一个询问一应答系统。用户终端在大部分时间内处于接收状态，只有在收到地面中心管理站通过卫星发来的询问信号后才发射应答信号，射频功放才会工作。这就要求驱动功放的电源是一个峰值功率非常高而平均功率极低的脉冲式工作的电源。发射信号时要求功放电源提供的峰值功率高达30瓦以上。峰值功率的持续时间不长，约250ms左右，但也不算短，无法象GSM手机中那样，靠大容量的储备电容来支持。不发射时功放应处于关断状态。射频功放电源的输入、输出条件如下：

输入：1 1V-18V(4节Li+最低电压为1 1V，采用交流适配器工作时为18V);

输出：11V/3A，开通时间250ms，关闭时间约2分钟。

从上述工作特点可以看出，功放电源的峰值功率很高，但由于工作占空比很低，它在整机能耗中所占的份额很小。由于散热空间有限，如此高的峰值功率必然带来很高的热应力。如何在很小的空间内提供高功率输出，同时将热应力控制在可以接受的水平，保证电路安全、可靠地工作，是功放电源设计的关键所在。

在为功放电源选择方案时首先应考虑是采用开关型调节器还是线性调节器。开关调节器具有效率高、热耗散小的优点，但会产生开关噪声和EMI，会对敏感的射频电路造成干扰。同时，开关调节器中的功率元件较多，要产生30W的峰值功率输出，电路中的每个功.率元件，包括磁性元件、电容器、开关等都要具备足够的功率容量，整个电路的尺寸会比较

大。相对于不到0.1W的平均输出功率而言显得得不偿失。

线性调节器的峰值功率主要取决于调整管的峰值功率，最终受限于调整管芯片到外壳的热阻Rojc，而平均功率取决于整个电路的散热能力Rojc。这样，如果采用线性调节方案，我们就可以按照峰值功率要求选择具有合适的R0jc的调整管，而根据平均功率要求进行电路的散热设计。最终得到一个既满足高峰值功率要求，又具有最小尺寸的最优化设计。对于一个平均功率水平很低(不到0.1W)而峰值功率很高(30W)的脉冲式电源，线性方案应比开关方案更具有尺寸方面的优势，而且，线性方案还具有噪声小、无EMI等优点，对于敏感的射频电路非常有利。但是，线性方案也有其无法回避的缺点：效率低、耗散功率大。尤其是在输入电压位于高端时(18Vin)，耗散功率会高达21W!受空间所限，要将如此高的耗散功率所产生的热量同时散发出去显然不可能，但考虑到占空比极低的工作特点，我们可以利用功率元件的封装和线路板的热容将峰值功率所产生的热量暂时容纳起来，然后在更长的关断期内将这些热量散发出去。由于平均耗散功率很低(不到0.05W)，靠电路板散热就足够了，关键是调整管封装及电路板要有足够的热容来容纳峰值耗散功率所产生的热量，保持结温在最坏情况下也不超出安全范围。D2Pak封装的功率元件完全可以满足该要求，因此，决定选用线性调节方案。

为射频功放供电的线性调节器应满足下列条件：

·必须具有低压差(LDO)。以便在电池的整个工作寿命期限内能够发送足够功率的应答信号;

·功率元件的封装必须具有足够低的热阻R0ie。以便输出峰值功率时功率元件具有尽可能低的结温，

·功率元件的封装还须具有足够高的热容。以便容纳峰值功率产生的热量，并保持结温在安全范围以内。

集成低压差线性调节器(LDO)将控制电路和功率元件集成在一个芯片上，使整个电路非常简单。但以下几个因素使其无法在本应用中使用：

·满足该应用电压和功率要求的LDO，例如LMl084系列，基本上都采用双极型功率元件，都会有最低1.5V左右的压差，无法充分利用电池的全部容量;

·双极型功率元件的二次击穿问题使其工作于高热应力条件时不可靠;

·集成LDO中的控制部分最高工作结温只有125~C，限制了其安全工作范围。

因此，采用控制电路和功率元件分离的分离式方案，用低Ros(oN)的P-MOSFET作功率元件，这应该是一个比较优化的设计。

根据前述对于功率元件热阻、封装和RDS(ON)的要求，选择D2Pak封装的P-MOSFETIRF9540作为功率元件构建分离式线性调节器。IRF9540具有0.117Q的低导通电阻，3A输出时最低压差只有0.35V，采用四串锂离子电池时每节电池可以用到2.8V，能够充分利用电池的全部容量。而且，D2Pak封装的IRF9540具有良好的散热能力，Rojc为1.1℃/w，能够提供很高的峰值功率。封装上带有金属散热片，提供比较大的热容，来缓冲高峰值功率带来的热量。

图3给出了11V/3A的功放驱动电源的电路实现。其中，双运放LM358中的一个被用作误差放大器，控制Q2输出稳定的11v。另一个运放被用作温度监视器，采用热敏电阻RT监视Q2的温度，防止在软件失效的情况下致使Q2连续导通而损坏。此设计经试验检验完全能够满足要求，在最坏情况下能够保证电路安全、稳定的工作。

结语

作为一个依靠电池供电的便携式手持设备，电源系统的设计需要满足高效率、小尺寸的要求。北斗终端的逻辑部分功耗占据了其总功耗的绝大部分，因而我们选择高频、高效的开关型DC/DC。射频功放尽管峰值功率很高，但工作占空比很低，平均功耗占总功耗的份额很低，因而可以考虑采用效率不高，但尺寸及其他方面性能更好的线性调节方案。线性调节方案必然会带来热应力高的问题，必须仔细分析电路的动态热响应，保证其工作在安全范围内。

参考文献：

1.MAXl 775数据手册，www.maxim-ic.com.cn

2.LM1084数据手册，www.national.com

作者：温景阳　徐继红

第二篇：北斗卫星导航系统在智慧水上交通建设中的应用

【摘 要】 为使北斗导航系统在智慧水上交通建设发挥更大作用，介绍东海航海保障中心北斗导航民用分理服务管理中心成立以来在智慧水上交通建设中已发挥的作用，及其与北斗导航系统相关系统在船舶智慧监管、航标智慧监控、应急搜救、水文气象服务、连续定位服务、高精度定位服务等领域的应用，为更好地发展智慧水上交通提供相关行业经验。

【关键词】 智慧水上交通;北斗导航系统;海事;海事北斗分理中心

0 引 言

水上交通是交通运输的重要组成部分。随着我国建设海洋强国战略的实施，智慧水上交通建设也成为热点。2019年5月，交通运输部等7部门联合发布《智能航运发展指导意见》，为智能航运未来30年发展指明方向。智能航运是传统航运要素与现代信息、通信、传感和人工智能等高新技术深度融合形成的现代航运新业态，包括智能船舶、智能港口、智能航保、智能航运服务和智能航运监管等5个方面基本要素。《智能航运发展指导意见》提出要重点提升港口码头和航运基础设施信息化、智能化水平，推进智能船舶技术应用，加快船舶智能航行保障体系建设以及培育智能航运服务新业务、新模式。

随着我国北斗卫星导航系统的建设，基于北斗卫星导航系统的智慧水上交通建设也有了较快发展。

1 智慧水上交通建设

2017年，国务院印发《“十三五”现代综合交通运输体系发展规划》，将“北斗卫星导航系统推广工程”列为交通运输智能化发展重点工程。

智慧水上交通包括智能交通基础设施和智能“互联网+”平台服务。智能交通基础设施是由具有定位、通信、感知、人工智能能力的基础设施和多功能交通载体组成;智能“互联网+”平台提供以人为本的精密交通服务，实现系统集成和综合交通服务。北斗导航、5G、物联网、云计算、人工智能等技术的融合应用也加速了智慧水上交通建设进程。

2 海事北斗分理中心建设

2015年4月，交通运输部海事局授权东海航海保障中心开展北斗导航应用服务;2015年6月6日，东海航海保障中心成为全国海事系统唯一一家具有北斗导航民用分理级服务试验资质的事业单位;2017年5月，东海航海保障中心完成北斗导航民用分理服务管理中心(以下简称“海事北斗分理中心”)建设工作，这是我国海事领域第一个专注于北斗导航民用服务的机构，其作用是全面推动北斗导航系统在海事航保领域的应用。该中心成立后开展了北斗差分台站改造、北斗卫星定位服务连续运行参考站(CORS)网络建设、北斗船台和航标北斗遥测终端推广、北斗应用创新推广等工作。通过利用北斗卫星无线电测定业务(RDSS)，提供基于位置的信息协同、短报文信息转发、数据传送、远程测控以及各类信息增值服务。

海事北斗导航服务系统包括数据处理子系统、基础支撑子系统以及运营管理子系统(见图1)。数据处理子系统实现了北斗应用设备的数据接入、分类、融合、存储等处理，并向用户提供信息分发、信息协同等服务。基础支撑子系统实现了动态位置信息服务、短报文互通服务、行业信息服务、行业增值信息服务和历史數据查询服务。运行管理子系统实现了用户信息管理、北斗应用设备管理、运营计费管理、运营数据统计、运营值班监控管理等。

3 海事北斗分理中心在智慧水上交通建设中发挥的作用

北斗导航系统在智慧水上交通领域具有广泛的应用空间，结合大数据、物联网、移动互联网等新技术，以水上交通数据为基础，打造智慧水上交通综合服务平台。北斗导航系统在智慧水上交通建设中的应用框架见图2。海事北斗分理中心已建成海事系统北斗数据中心，依托东海海区船舶自动识别系统(AIS)管理中心的优势，通过与水文气象相关单位合作，构建并实现了采集、传输、应用综合体系，打造了多个智慧水上交通信息应用系统。

3.1 船舶智慧监管

利用北斗导航系统的全天候定位和通信能力，为船舶提供水上安全服务，有效解决船舶水上交通监管和通信盲区，构建了全方位立体综合海事监控系统，实现了24 h不间断监控船舶动态信息、禁航区自动管控、安全信息播发、船舶避碰指挥、遇险船舶紧急求救信息发布等。具体应用如下：

(1)澜沧江-湄公河海事安全监管。澜沧江两岸崇山峻岭，自然条件险恶，原有的地面移动通信、短波电台、甚高频(VHF)等无线通信网等都无法保证航行于澜沧江船舶的通信，给船舶航行安全带来很大隐患。目前，东海航海保障中心已在澜沧江水域中国籍船舶装配多台北斗船载终端，实现了船位监控、自动预警、遇险报警与救助、指挥调度、中英文通信、运输船舶管理和船岸信息沟通等功能，大大提高了澜沧江船舶航行安全和海事监管水平。

(2)博斯腾湖海事监管。通过北斗卫星传输AIS信息成功解决湖区水域无法架设AIS基站的难题，采用北斗船载AIS终端能提供能见度不良条件下湖区旅游船舶互见及避碰等技术条件，提高了海事现场监管能力，解决了湖区无公网手机信号的短信收发问题，便于及时掌握旅游船舶航行状态，替代原有海事人员现场死看死守的管理模式，大大提高了管理能力，降低管理成本。

(3)保障我国船舶极地航行安全。“雪龙”号是中国最大的极地考察船，在第31次南极科考中，东海航海保障中心在“雪龙”号安装了北斗AIS一体化船载终端，为海洋局提供“雪龙”号科考船的动态位置信息，并利用中国首艘无人智慧测量艇以及多波束声呐、卫星实时动态差分定位系统、磁力仪器等扫测设备，在罗斯海首次发现新锚地。“永盛”轮在北极航道航行中也通过北斗终端实现了船岸通信和船舶位置监控。

(4)用于海洋局公务船。国家海洋局是国土资源部管理的监督管理海域使用和海洋环境保护、依法维护海洋权益、组织海洋科技研究的行政机构。海洋局所属工作船舶肩负着维护海洋主权的职责，在多条海洋局公务船上安装北斗船载终端，既满足了对船舶的动态监管需求，也兼顾了数据保密要求。

(5)在马航MH370客机搜救任务中的应用。“海巡01”轮于2017年3月前往南半球高纬度海域开展马航MH370失踪客机搜寻工作。在外海作业期间，“海巡01”轮船载北斗AIS一体机将现场搜救船舶的动态位置信息通过北斗短报文实时传送给国内指挥中心，在搜救工作中起到至关重要的作用。

(6)在内河海事监管中的应用。凉山州水运资源丰富，拥有金沙江、雅砻江、大渡河、安宁河、邛海、泸沽湖等通航河流和湖泊。随着水电资源开发，通航里程持续增加，通航环境大为改善，凉山州发展内河水运的基础条件进一步夯实，但是航运安全基础薄弱的现状没有得到根本改善，海事监管条件仍相对滞后，现代化监管手段尚未起步建设，现有安全监管及应急救援能力已不能适应辖区点多、面广、战线长的监管特点。以北斗导航作为技术手段获取重点船舶的动态位置信息，为重点水域内的航行船舶提供信息服务，保障了船舶航行安全，提高了凉山地方海事水上安全监管能力，为凉山州水上人命搜寻救助和应急反应提供有力支持。3.2 航标智慧监控

基于北斗导航系统的航标遥测遥控系统具有监控范围大、数据可靠的优势，该系统解决了公网和AIS基站信号存在盲区的问题，使监管部门可通过该系统对无公网信号覆盖地区的航标工作状况进行实时动态监测。目前，我国沿海海区已安装多套北斗遥测终端系统。

上海市长江口中华鲟自然保护区位于崇明岛东部水域，是中华鲟生殖栖息的重要水域。在保护区设置专用标志，采用高分子塑料灯浮并装配有最新的北斗遥测终端、AIS应答器以及相关环境监测传感器，用于标示中华鲟自然保护区边界，监测自然保护区内生态环境。

3.3 应急搜救救援

海事北斗分理中心参与北斗紧急无线电示位标标准的制定和应用推广工作。配备北斗紧急无线电示位标的船舶遇险时能立即内向北斗卫星发送包含自己标识、位置、时间等信息的报告电文，再通过转送分发至各海事局、渔政局、船舶交通服务中心(VTS)、远地通信中心(RCC)等各级系统。同时，利用北斗系统的双向通信功能，也可将信息反馈给北斗应急示位标和参与救援的船舶。

3.4 北斗与水文气象

东海海区多个水文采集站点已采用北斗终端进行水文数据的传输。离岸水文信息采集系统是在远离海岸线和岛礁区域无法设置固定水文潮站的沿海或近海抛设海洋浮标定点观测水文等信息，采集数据在浮标上集成后，采用北斗系统实现数据通信，实时传输水文信息。各类传感器采集气温、湿度、气压、风向、风速等多种海洋气象要素数据，再通过北斗系统传至监控中心，实现数据自动化观测和传输。海事北斗分理中心为气象部门提供北斗通信渠道，向重点船舶播发气象信息，根据船舶北斗定位信息可以对某个区域的船舶进行定制化气象预报推送服务，为船舶航行提供精准的、必要的安全航行信息。

3.5 北斗连续运行定位系统

东海海区现已建成自主可控、全国产化的北斗地面基站增强系统，在系统覆盖范围内提供实时米级、分米级、厘米级及后处理毫米级高精度定位基本服务能力。基于北斗CORS系统的大型船舶高精度导航及靠泊仪是大型集装箱船在能见度不良天气条件下进出洋山深水港航海保障系统建设工程的重要组成部分，支持AIS、北斗、雷达等，提供厘米级的高精度导航定位服务，为夜航、雾航条件下的船舶高精度定位、导航和安全靠泊提供支持，保障船舶航行安全，为大型集装箱船在洋山深水港区域内实现全天候、全天时安全快速进出港及靠离泊提供助力，对提高洋山港的港口运营水平、提高货物吞吐量、提升服务能级具有重要意义，也标志着E航海战略实施启动，是海事航保服务在上海国际航运中心和自贸区建设的又一有力举措。

3.6 无线电指向标-差分台站(RBN-DGNSS)

为提高船舶导航定位精度，交通运输部海事局分别对北方海区、东海海区、南海海区的RBN-DGPS台站进行了改造，改造后可同时播发BDS/GPS的差分信息，现已建成RBN-DBDS系统，在300 km范围内提供约3 m精度的定位服务，优于RBN-DGPS的5 m。

4 展 望

2020年，北斗卫星导航系统将完成全球组网，这既是机遇也是挑战。海事北斗分理中心將牢牢把握北斗系统全球化推广的机遇，践行自身发展理念，推动新常态下现代综合交通运输发展，通过北斗应用推广不断提升业务水平，为用户提供更优质的航海保障服务。2019年，《数字交通发展规划纲要》《交通强国建设纲要》发布，提出交通运输基础设施和运载装备全要素、全周期的数字化升级迈出新步伐，数字化采集体系和网络化传输体系基本形成。数字交通也成为今后发展的方向。交通运输也将成为北斗导航的民用主行业，海事北斗分理中心将继续推动交通基础设施全要素、全周期数字化，实现布局重要节点的全方位交通感知网络，推动载运工具、作业装备智能化，构建智能化的应用体系。

作者：马甲林

第三篇：基于北斗卫星导航系统的海洋环境监测系统

摘要：为提高我国海洋环境监测技术水平，保障海洋环境信息安全，文章基于我国自主研发的北斗卫星导航系统，设计海洋环境监测系统。研究结果表明：基于北斗卫星导航系统的海洋环境监测系统包括北斗海洋环境监测终端和海洋信息综合服务平台2个部分，具有实时定位、实时监测、数据处理、信息预警、电子围栏、数据总览和用户管理7项功能;终端集成微控制单元和传感器等模块，平台包括服务器等硬件和数据处理等软件;经实地部署和严格测试，系统功能和性能均达到设计要求，且安全、稳定、方便和实用。

关键词：短报文;传感器;定位;通信技术;数据安全

Key words：Short message，Sensor，Positioning，Communication technology，Data security

0 引言

随着全球陆地资源的日益匮乏，越来越多的国家把目光投向海洋，海洋经济成为沿海国家经济的重要支柱[1]。通过实时和长期的海洋环境监测掌握海洋环境信息，对于海洋权益维护、海洋防灾减灾和海洋生态环境保护等具有重要意义，为合理开发利用海洋资源提供可靠的科学依据[2-3]。

目前全球海洋环境监测技术不断向智能化发展，大量智能化设备被研发和应用，为更好地研究、开发利用和保护海洋提供更丰富的数据。我国海洋资源丰富，在海洋环境监测方面具有多年的研究基础和技术积累，也涌现一批先进的海洋环境监测设备，而智能化对设备通信的稳定性和安全性提出更高的要求。目前我国已有的海洋环境监测设备通常采用国际海事卫星或ARGO卫星等进行数据传输和管理，这些系统均由国外研发，保密性和自主性不高，不利于国家海洋安全[3-4]。

北斗卫星导航系统是我国具有自主知识产权的卫星导航系统，具有快速定位、精密授时和短报文收发等功能。其中，北斗短报文以北斗卫星为中继站进行数据中转，实现设备之间的双向通信，具有覆盖范围广、无通信盲区和数据传输加密等优势，完全可以替代国外卫星系统在海洋环境监测中的应用[4-6]。

本研究将短报文通信和移动通信相结合，设计基于北斗卫星导航系统的海洋环境监测系统，可实现对海洋环境的远程、实时、自动和全天候监测，稳定性和安全性高。

1 系统功能和性能

基于北斗卫星导航系统的海洋环境监测系统包括北斗海洋环境监测终端和海洋信息综合服务平台2个部分。北斗海洋环境监测终端具有定位、通信和数据采集等功能，将采集的数据通过短报文或移动通信网络传输至海洋信息综合服务平台;平台接收数据后，对数据进行实时处理和分析，形成相应的数据库并存储和发送(图1)。

系统主要具有7项功能。①实时定位：實时定位终端并在电子海图上动态显示;②实时监测：实时监测温度、盐度、pH值和叶绿素等多种海洋环境参数变化，尤其是水质变化，并可根据用户需求定制监测内容;③数据处理：实时和快速地解析、分析和存储采集的数据;④信息预警：当监测值超过预设的标准值时，系统自动向用户发送预警信息，同时对采集的数据进行比对分析，预测海洋环境变化趋势，辅助用户识别风险;⑤电子围栏：用户可将终端置于特定区域并通过平台设定，如终端移出设定区域，系统自动向用户发送警告信息;⑥数据总览：统计终端在一定时间内的位置信息和监测数据信息等，可对终端监测情况进行跟踪和回放，详细掌握海洋环境变化规律;⑦用户管理：个人用户管理包括个人用户的基本信息和权限等，设备管理包括设备的基本信息、绑定和解绑等。

北斗海洋环境监测终端和海洋信息综合服务平台的性能如表1和表2所示。

2 系统设计

2.1 北斗海洋环境监测终端

北斗海洋环境监测终端集成微控制单元以及传感器、北斗、数据存储、移动通信、人-机交互和电源等模块(图2)。

微控制单元的主控芯片采用STM32F103R8T6，其是ST旗下常用的增强型系列微控制器，通常可用于电机驱动、应用控制、手持设备和GPS平台等。该芯片芯体为32位，存储器容量为64 KB，最高主频可达72 MHz，完全满足系统性能需求。

移动通信模块采用SIM800L，其是LGA封装的四频GSM/GPRS模块，性能稳定，外观精巧，性价比高。该模块采用工业标准接口，工作频率为GSM/GPRS 850/900/1 800/1 900 MHz，可实现语音和短信等数据的传输，且功耗较低。

北斗模块采用FB3511，其适用于无人区以及电力、气象、水利、地质和石油等领域的數据传输。该模块集成RDSS射频收发芯片、功放芯片和基带电路，可实现双向北斗短报文通信，支持北斗或GPS单模定位以及双模联合定位。

传感器模块根据实际需求集成相关传感器，通过预留硬件接口，可扩展最多4个类型的传感器。

2.2 海洋信息综合服务平台

为节约成本，平台硬件采用第三方托管的形式，主要包括服务器、存储器和防火墙等。①服务器采用RH5885H V3，其配置为12个英特尔至强E7-4850 V4处理器(主频2.1 GHz，16核)和48个32 G的DDR4 RDIMM内存，采用Windows Server 2008操作系统;②存储器采用Ocean Stor 5300 V3，其配置为混合闪存、30 T硬盘、32 G内存和4端口Smart IO I/O模块(SFP+，8 GB FC)，采用SQL Server 2008数据库系统;③防火墙采用USG 6370，其配置为4G SDRAM内存，吞吐量为4 GB/s(IPSec吞吐量为3 GB/s)，具有入侵和病毒防御、数据防泄漏、上网行为管理和审计、基于应用的QoS优化、负载均衡智能策略管理以及Anti-DDoS等功能(图3)。

平台开发采用B/S架构，界面友好，方便用户与系统的交互。平台软件包括数据处理、实时监控、统计报表、异常报警和用户管理5个模块。①数据处理模块接收数据，并对数据进行解析、分析和存储;②实时监控模块在电子海图上实时显示终端位置、监测数据和电子围栏等信息;③统计报表模块可对终端的历史轨迹进行回放，也可将监测数据按类别或时间进行总览，并以图表的形式直观展示;④异常报警模块对预警信息和电子围栏等进行设置，一旦监测数据超出预警值或终端移出电子围栏，即自动向用户发送信息，经用户处理后自动更新;⑤用户管理模块用于管理个人用户和设备。

3 结语

在青岛市近海海域实地部署基于北斗卫星导航系统的海洋环境监测系统，并严格按照规范对海洋环境监测终端和海洋信息综合服务平台进行多次联调测试。测试结果表明系统运行良好，实现对海洋环境数据的采集、传输、分析、存储、管理、查询和显示等，功能和性能均达到设计要求。

基于北斗卫星导航系统的海洋环境监测系统具有安全、稳定、方便和实用等特点，适用于对海洋环境和海水养殖等的远程自动化监测，具有广阔的市场需求。与此同时，将我国自主研发的北斗卫星导航系统应用到海洋环境监测领域，有利于我国提升海洋环境监测技术水平和保护海洋环境信息安全，且对于北斗卫星导航技术的推广具有很好的示范意义。

参考文献

[1] 王铁流，冯正乾，周尚.基于SIM900的无线远程海洋监测终端机的设计[J].电子测量技术，2012，35(12)：108-111.

[2] 王传君.基于GPRS_IP通信技术的海洋环境实时监测系统[D].大连：大连海事大学，2008.

[3] 王世明.基于北斗卫星导航系统的海洋监测浮标通信系统设计与应用[J].全球定位系统，2016，41(4)：102-105.

[4] 彭伟，徐俊臣，杜玉杰，等.基于北斗系统的海洋环境监测数据传输系统设计[J].海洋技术，2009，28(3)：13-15.

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作者：杨军平 于晓丰 武斌 宗干 王敏