基于北斗的卫星通信论文

2022-04-15

摘要：目前的卫星通信系统作为一种能在移动网络无法覆盖区域的有效通信手段，已经成为必不可少的通信熊。特别是在移动网无法覆盖的人迹罕至地区，包括航海、航空以及野外工业施工等，在这些都没有移动网覆盖的区域，需要卫星通信作为有效补充手段。下面小编整理了一些《基于北斗的卫星通信论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

基于北斗的卫星通信论文篇1：

基于北斗卫星通信的航标灯智能遥测遥控系统设计

【摘要】为确保船舶航行安全并对航道环境进行实时监测，基于卫星和通用无线分组业务技术（GPRS）设计航标灯智能监测系统。该系统能实现航标灯位置监测、状态参数测量、航道水位深度测量，并通过GPRS通信装置将监测数据实时传回系统监控服务器进行分析并发出预警信号，实现对航标灯及其周围环境的远程监测。航标灯智能遥测遥控系统达到对航标灯及航道环境实时监控，对危险环境提前预警、对出现的故障及时进行维护的目的，使得船舶在航道行驶时的航行安全、航标灯的遥测遥控和质量维护等诸方面技术问题都能得到较好解决，具有成本低、可靠性高、实时智能监测等特点。

【关键词】航标灯；通用无线分组业务技术（GPRS）；遥测遥控；卫星通信

0 引言

航道标识是船舶航行安全很重要的保障之一，船舶在航行时需要有正确的航标对其航线和方向进行指引和警告，而航标灯就是这些航标中最常见也是最重要的一种。航标灯是为了让船舶在夜晚和能见度比较低的天气情况下能安全航行。在夜晚，航标灯可以发出预先设置的闪烁频率及发光色彩，对过往船舶进行引导和提醒，以使船舶航行时避开暗礁或者浅滩等障碍。舟山位于我国东部黄金海岸线与长江水道的交汇处，拥有扇形海运网络，有6条国际主航线经过，属于海上开放门户，江海联运交通情况复杂，因此航运安全是头等大事。航标灯是保障航运系统安全重要的导航设施，确保航标灯正确、可靠的工作是航道监管的首要任务。目前，遥测遥控技术应用于航标灯方面的研究比较多，但在利用该技术以航标灯自身为载体对周围环境和航道实现实时监测并即时进行数据传输的智能控制方面的研究较少，因此设计开发一套高效、可靠且运行成本低的航标灯远程监测系统成为广大航道维护人员十分关注的问题。根据目前舟山江海联运航道航标灯的实际布局情况，以卫星通信技术、无线通信技术、物联网传感器技术作为技术支撑，设计出一套航標灯智能遥测遥控系统解决方案。

1 系统整体设计

航标灯智能监控系统的监控原理是通过北斗卫星定位模块实现对航标灯的定位，确定航标灯的相对精确位置，航标灯自带太阳能发电装置，可保证每天对航标灯的全天候监控。航标灯终端数据采集模块使用AT89C52单片机技术，利用水深测量传感器、光敏传感器、温度传感器等设备，将获取的船舶位置、航道水深及采集到的其他环境参数通过通用无线分组业务技术（General Packet Radio Service，GPRS）网络发送到岸上监控中心的地理信息系统（GIS）服务器，并与先前存储在服务器中的航标灯信息进行比对。监控中心可根据传回的数据实时了解各航标灯的位置信息、航道参数及工作状态参数，有针对性地对航标灯进行维护，根据航标灯周围环境参数变化发出警告并采取有效措施，达到实时监控航标灯及航道环境的目的。航标灯智能监控系统见图1。

2 航标灯智能遥测遥控终端设计

航标灯智能终端是航标灯监测系统的核心设备，主要由AT89C52单片机处理器、北斗卫星接收模块、GPRS无线传输模块、传感器数据采集模块、自供电电源等部分组成。北斗卫星接收模块用来获取航标灯的位置信息，传感器数据采集模块用来实时获取水深、光亮度、温度等环境参数，GPRS模块用来传输各种数据信息到中心服务器，自供电电源用来给系统供电。同时，终端系统设置程序监视定时器，当系统程序运行出现错误或停机时，系统程序会自动重新运行。

2.1 北斗卫星通信模块

北斗卫星导航系统是我国自主研发的卫星导航定位系统。该系统由空间段、地面段和各类用户等组成。北斗卫星技术的不断发展和覆盖范围的扩大，使其广泛应用于我国远洋运输船舶通信。[1]北斗卫星导航系统是基于北斗二代（DB-2）的北斗卫星接收模块，主要由接收天线、射频模块、A/D采样模块、基带信号处理模块、时钟模块等组成。采用基于DB-2基带芯片的设计保证了卫星接收系统体积小、功耗低、高精度、低成本的要求，可以有效完成航标灯监测系统的位置监测设计目标。

2.2 GPRS通信模块

GPRS是一种以GSM为基础的数据传输技术，其通过利用全球移动通信系统（GSM）网络中未使用的时分多址（TDMA）通道进行数据传输。作为先进且较为经济的无线数据传输技术，GPRS在现有GSM网络的基础上，通过增加相应的功能和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，实现远程数据传输。GPRS不仅能批量且双向传输数据，同时还能与用户随时保持联系。特点是：网络信号覆盖范围广、传输速率高、接入时间短、使用成本较低，通过TCP/IP协议与互联网进行数据传输。系统选用SIMCOM公司推出的sim900a模块，其是一个双频GSM/GPRS通信模块，采用省电技术设计，内嵌TCP/IP协议，方便数据传输。

2.3 航标灯智能数据采集模块

航标灯是船舶航运安全的重要保障，航标灯周边气候变化剧烈，工作环境复杂且难以及时维护，因此建立一个航标灯智能远程监测系统具有非常重要的意义。航标灯智能远程监测系统设计的主要目的就是基于卫星和GPRS通信技术，对航标灯位置信息、航道深度、工作状态等进行实时监测，使得监管部门及时掌握航标灯周围的环境变化情况和发现潜在的隐患，从而能够提前作出应对措施，并对紧急情况能迅速采取行动。

此次系统设计由AT89C52单片机、传感器模块、水位检测模块、LED显示模块、报警电路模块等5个部分组成。以AT89C52单片机作为核心控制装置，再结合报警电路、显示电路、A/D转换电路及其他相关的电路共同组成航标灯控制系统。[2] 另外，传感器模块、水位检测模块、LED显示模块、报警电路模块等4个部分构成航标灯数据采集系统。AT89C52单片机作为控制核心，采集来自于水位传感器信号，信号经单片机处理给出水位高低识别数据信息，经驱动发出水位高低提示或报警，并通过键控或程序设定单片机监测的基准水位。系统可进行全天候监测工作，为船舶安全通行保驾护航。航标灯智能终端系统结构见图2。

系统工作流程：首先对系统进行初始化，完成复位、上电及预设初始值；然后开始启动转换电路；接着由检测模块进行实时水位值的检测；最后交由A/D转换电路将模拟量转化成数字量。显示模块完成实时水位值的显示，单片机将检测到的实时水位值与预设值进行比较：若实时水位值低于预设水位值，报警电路工作；反之，报警电路不工作。卫星接收模块用来获取航标灯的位置信息，GPRS模块即时将上述获取的数据和报警信息向监控中心报告，中心计算机能对航标灯终端系统进行远程控制和查询航标灯终端的工作状态，便于及时发现故障并进行维护，更好地保障航行船舶的安全。

3 系统监控服务器端

航标灯智能监控系统的服务器可实现电子地图管理、航标灯通信终端管理、数据统计分析、报警管理等。服务器接入互联网，通过通信管理模块定时接收每个通过GPRS传输过来的各项航标灯参数信息并予以存储，同时在电子地图上显示出航标灯位置，实时显示水位变化、状态参数并绘制曲线。航标灯智能遥测遥控系统总流程见图3。服务器可以根据航标灯的状态参数、位置及水位等信息来判断航标灯位置是否偏离可控范围、航道水深是否在安全区间、各项参数是否异常等。管理维护人员可以根据所获信息进行后续的决策和行动。

4 结语

本文设计了基于北斗卫星通信的航标灯远程监控系统，航标灯数据采集终端由北斗卫星接收模块、GPRS数据传输模块、单片机控制单元和传感器模块及其他外围电路组成。北斗卫星模块接收到的位置信号和各个传感器检测到的航标灯状态信息、航道水深等数据通过GPRS模块实时传输到后台控制中心服务器端，服务器通过GIS管理模块显示并分析每个航标灯的位置信息、航道水深、状态参数及可视化数据图形并存入数据库，从而及时发现航标灯自身及其周围环境存在的异常状况。航标灯监控系统能对航标灯的状态、环境进行有效监控，从而使航标灯得到及时维护，最大限度地保护行驶在舟山水域及各岛屿之间航道上的船舶的安全，使江海联运航道上的航标灯系统得到最大化利用。

参考文献：

[1] 邱望智.基于GPS/北斗卫星的列车导航定位研究[D].北京：北京交通大学，2014.

[2] 孔磊.基于51单片机的航标灯控制器设计与实现[J].电子世界，2017（9）：178-181.

作者：宋广军　顾和伟　刘凯文　陈瑞星　张文帅

基于北斗的卫星通信论文篇2：

基于手机终端的北斗卫星通信交互系统研究

摘要：目前的卫星通信系统作为一种能在移动网络无法覆盖区域的有效通信手段，已经成为必不可少的通信熊。特别是在移动网无法覆盖的人迹罕至地区，包括航海、航空以及野外工业施工等，在这些都没有移动网覆盖的区域，需要卫星通信作为有效补充手段。本项目计划开发配合北斗卫星通信系统数据回传的手机端北斗接收APP系统，可以配合布置在外的北斗模块使用，特别是没有适合各种没有配置外接显示屏的嵌入式卫星通信终端设备使用。

关键词：北斗卫星；通信；手机终端

我国土地辽阔，人口分布不均，在人烟稀少的地方，移动基站覆盖不到。卫星通信是不受地面基站的影响的，可以覆盖现有通信（有线通信、无线通信）终端无法覆盖的区域，为人们的工作提供更为健全的服务。在我国政府大力推广北斗产业的背景下，服务系统越来越完善，随着军用民用市场的强大需求，北斗终端系统进入飞速发展阶段，北斗应用型用户终端机的需求将以几何级倍增。而在现如今的移动设备中，移动手机设备占据主流，并且其界面清晰，操作便捷，其系统操作适应了时代发展的趋势，所以，把北斗通信终端和手机终端系统相结合，更能发挥北斗产业的优势。从而在自然灾害发生，或者偏远地区地面基站无法使用的情况下，人们就可以通过北斗通信设备及时和外界取得联系。

1系统整体设计

1.1通信交互系统

本项目计划开发一款能兼容目前北斗卫星通信系统的通信收发系统，可以有多种收发形式，根据模块的支持情况可以实现一对多或多对一的通信收发，并能配合北斗终端模块设备的对收集到数据进行分门别类的处理。同时，支持该手机端APP系统可以根据接收的北斗信息，进行分模块设备的信息短报文发送功能。

1.1.1分指令模式發送

根据目前北斗指令的格式情况，可以兼容北斗通信的2.1和4.0指令的格式，2.1格式的指令是具备字符的格式，4.0格式的指令是16进制的ASCII码的形式。因为两种的形式不一样，所以在使用的时候，在用户选择的指令的工作模式下，进行相关格式指令发送。

通过封装北斗的指令形式，将常用的北斗相关指令封装到手机端的APP系统中，因为要支持两种指令格式，相当于作为两种的指令格式封装。

1.1.2 屏蔽具体指令的界面化操作方式

根据选择的指令模式，在发送指令时，同样的指令功能会根据不同的指令模式，选择具体的字符指令形式或者是16进制ASCII码指令形式进行指令发送。

开发的App系统具备指令的模式选择功能，可以根据具体使用的北斗模块（有的北斗模块只支持2.1指令格式，有的北斗模块只支持4.0指令格式，有的北斗模块即支持2.1指令格式也支持4.0指令格式）。

1.2技术路线

1.2.1 开发环境选择

本项目计划以Android系统为基础平台，开发环境选择谷歌的Android Studio软件开发工具，作为谷歌自家的Android软件开发系统，具备良好的开发支持，库函数众多，能方便的完成项目的开发。

手机端开发模式支持较好，因为本项目的开发需要通过良好的界面支持来屏蔽复杂的指令形式，包括发送指令形式以及接收的发送指令反馈的指令信息情况。这都需要通过Android的界面优势来提高用户的使用体验。

1.2.2 北斗指令的程序封装

通过标准的北斗指令方式，基本需要按照如下的步骤形式来形成北斗通信过程：

（1）读卡，获取北斗模块的信息，包括卡号、序列号、等级等信息。

（2）功率检测，检测当前的北斗信号强度，在信号强度允许的情况下进行通信。

（3）进行通信的模式选择，分三种：一是，单纯字符；二是，单纯汉字；三是，字符汉字混发。

（4）解读上面每一步返回的信息情况。

1.2.3 对每条发送指令的解读

在北斗通信的整个过程中，实际上不但是单纯的简单指令发送，而且每条发送的指令，都会对应反馈的发送指令信息。对每种功能发送的指令，都会对应反馈相关北斗模块反馈的信息情况。

通过对指令反馈信息的收取，可以了解指令执行的情况。比如，读卡失败，那么可以再次发送读卡指令，如果一直读卡失败，可以更换指令模式或是可能北斗模块自身问题导致，从而可以实时监控整个通信的过程。

1.3实现功能

1.3.1指令格式识别

本项目研制的APP系统，可实现控制放置在外的设备定位信息自动上传，以及实现发送方与接收方之间的双向数据传输；同时可以提高定位精度、指令格式适应性强，可实现北斗主控和北斗终端设备的通信和定位功能集成，并针对不同环境需求进行指令及传送数据格式调整，实现系统自适应性。

1.3.2模块节能控制

在环境复杂场景下，实际传输采集的格式数据多样，需要在节省带宽，重复利用信道资源的情况下，完成高效的通信。这就需要系统对通信模块进行精准控制，便于传输数据的低资源占用和高效传送，完成低功耗、绿色节能的通信传输。

1.3.3模式自切换

通过对实际北斗设备工作模式的识别，实时监控北斗传输数据情况及工作模式，针对民用北斗通信需要间隔的特性，采用精密控制北斗工作模式的方法来节省电能，在不发送或接收数据时，使模块进入低电量工作模式。

1.3.4多接口通信支持

一般的通信发送接收系统大都只支持一个接口的收发功能。本项目研发的APP系统，数据并发接收，但是受限于民用的北斗模块的发送限制，只能60s发送一次。但是系统考虑了北斗军用接收的强大发送功能，并研制了军用发送不受限制的发送方式。

2.系统实现

2.1北斗短波文传输

北斗系统手机通信网关由北斗终端侦听并接收北斗卫星发送给本终端的报文。然后，由北斗终端所连接的计算机进行短报文的解析，并得到短报文的有效信息。网关对有效信息的短报文数量（单条报文或多条报文）进行判断：若为单条报文信息，则直接解析报文并将其存入数据库：若为多条，则等待接收到所有短报文后再将其存入数据库。之后，对有效信息进行类别判断（文字信息或图片信息）。若为文字信息，网关选择将有效信息封装为手机短信，通过连接在串口上的短信通信设备将手机短信传入手机通信网络。若为图片信息，网关将生成文字提醒信息，将该提醒信息封装为手机短信，发送给用户，提醒用户有图片信息更新，请保持移动应用客户端处于连接（打开）状态；与此同时，网关主动检测与该用户是否连通，若连通，则从数据库中提取出该图片，并通过网络设备将其封装为计算机网络传输报文传入计算机网络。

北斗短报文点对点通信延迟为1～5s；短消息通信传输时延约0.5s，具有较快的信息传输速度，在传输紧急信息时能够快速到达。北斗卫星信息采用S/L波段传输与码分多址扩频技术，具有较强的抗干扰能力；且该系统信息传输阻塞率<10-3，数据误码率<10-5，可靠性高，对于采用短报文通信的用户系统采用一户一密，能够充分保证电网数据的保密性。此外北斗卫星系统覆盖范围大，可以到达其他通信方式不可满足的边远地区。

短报文发送方首先将包含接收方ID号和通讯内容的通讯申请信号加密后通过卫星转发入站；然后地面中心站接收到通讯申请信号后，经脱密和再加密后加入持续广播的出站广播电文中，经卫星广播给用户；接收方用户机接收出站信号，解调解密出站电文，完成一次通讯。与定位功能相似，短报文通讯的传输时延约0.5秒，通讯的最高频度也是1秒1次。

指挥机端可通过串口获取发送至其的数据，并通过JAVA 等编码程序接收并处理数据，以实现各种应用。串口非同步传送，参数定义如下：（1）传输速率：19200bit/s（默认），可根据用户机具体情况设置其他速率；（2）1 bit 开始位；（3）8 bit 数据位；（4）1 bit 停止位；（5）无校验。

2.1硬件系统构成

2.2.1北斗终端射频信号处理模块

北斗终端射频信号解调接收模块主要负责接收北斗空间工作站发来的北斗射频信息，调理和解调输出。本模块主要是基于FDBD3111北斗RDSS射频基带模块及其应用电路组成，该模块集成了LNA低噪放、射频通道、PA功放和基带处理四个功能模块，可接收/发射北斗射频信号，输出基带信号，输出接口为通用串口接口。利用该模块即可将串口Rx输入的北斗指令信息调制发送出去，又可以将天线接收的北斗信号解调通过串口的Tx 输出。為便于该模块的测试，该模块还加入了基于MAX232芯片的串口电平转换电路，通过串口转USB线可连接PC机，使得通过PC机的串口调试助手初步测试模块电路。

2.2.2 蓝牙通信模块

蓝牙通信模块，该模块带有串口接口，直接接到FDBD3111 北斗RDSS 射频基带模块串口接口，主要负责将北斗基带信息转成蓝牙通信传输。该模块采用CSR公司生产的蓝牙芯片BC417为主控芯片，采用蓝牙V2.0协议标准，工作频率为2.4 GHz.该芯片带有串口、USB等接口，可直接将串口或是USB信息转成蓝牙信息发送出去，也能将蓝牙接收的信息转成串口或是USB输出[4]。通过AT指令，可将该蓝牙芯片设置成主机模式和从机模式，当芯片处于主机模式时，可直接与从机模式的芯片相连。当芯片处于从机模式时，则可与手机蓝牙、电脑蓝牙等带有蓝牙功能设备相连，但处于从机模式的芯片之间不能互联。

2.2.3北斗终端用户信息解析处理模块

北斗终端用户信息解析处理模块，主要负责发送特定的北斗指令和对应的北斗信息。该模块采用基于ARM Cortex-M3 的STM32F103RBT 嵌入式处理器作为主控芯片，该芯片最高可工作在72 MHz频率，工作电压为2.0～3.6 V，拥有GPIO、UART、ADC 等丰富的外设接口，具备优异的实时性能、杰出的功耗控制和良好外设性能等诸多优点，更重要的是ST公司提供了STM32系列处理器固件库函数，降低了该芯片开发难度，大大缩短了产品开发周期。

STM32F103RBT 芯片将用户按键外部中断选择发送的北斗指令，加上北斗通信的报文帧头信息，长度信息和校验信息等，通过蓝牙通信模块传输给FDBD3111北斗RDSS射频基带模块调制放大，最后输送到北斗天线上发送出去；同时，该芯片可读取并解析蓝牙通信模块接收的北斗用户信息，最后显示在TFT液晶屏上，液晶背景图片存储在SD Card中。

3.结论

本文针对国家推行的北斗卫星计划提出了一种基于手机终端的北斗卫星通信交互系统的研究思路与设想，主要进行了基于手机Android系统的研究与开发，并对其技术方案的可行性与有效性进行了论述，进而使得手机端APP系统可以根据接收的北斗信息，进行分模块设备的信息短报文发送功能。本文还就该通信系统进行了优化和创新，以实现节能，绿色及模式自变换等优点。手机端通过安卓平台显示收发信息，经验证本系统传输有效，并能通过北斗卫星实现报文收发功能，，将更方便用户使用，更可应用于各行业，为野外作业、抢险救灾等提供报文通信服务。

参考文献：

[1]沈华飞. 北斗卫星一代短报文通信技术及应用[J]. 信息工程，2014（ 23）： 106.

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[4] 戴胜，曹菁菁，方芳. 一种基于北斗短报文的远程终端监控方法[J]. 数字通信世界. 2016（12）.

[5] 康瑞雪. 便携式卫星通信终端的低功耗设计[J]. 电子世界. 2018（09）.

[6] 谢永锋. 基于北斗导航的卫星通信终端的设计与实现[J]. 中小企业管理与科技（下旬刊）. 2012（05）.

[7]张晓兰.移动通信核心网优化研究[J].新技术新工艺，2015（12）：119-121.

[8]杨硕. 北斗系统手机通信网关与移动应用研究[D].大连海事大学，2015.

[9]承轶青，孙凌卿，傅启明. 北斗短报文通信技术在电力系统的应用[J]. 电子世界，2018（19）：170+172.

[10]姬文军，王腾. 基于WiFi多点接入的北斗安卓应用开发[J]. 无线电工程，2018，48（09）：748-751.

[11]雷思磊，贺文宝，李剑青，熊志坚，冯赟. 基于北斗短报文的卫星通信车快速组网方案设计[J]. 全球定位系统，2018，43（04）：53-58.

[12]胡曼青. 一种基于北斗的卫星通信系统[J]. 科技视界，2015（01）：148-150.

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[14]龚振宇. 北斗远程通信的设计与实现[D].电子科技大学，2015.

[15]陆倓，裴腾达. 基于安卓平台的北斗卫星报文通信系统设计[J]. 信息技术，2017（03）：141-143+146.

[16]孙方霞. 基于北斗短报文通信的落水报警终端设计[J]. 广东轻工职业技术学院学报，2015，14（04）：12-15+28.

支持项目：

国家级大学生创新创业训练计划项目，项目编号：201710453156.

泰山学院青年教师项目，项目编号：QN_01-201705.

作者：王思孝胡适刘扬扬

基于北斗的卫星通信论文篇3：

基于铱星的数据传输系统研究

摘要：近年来，偏远地区数据传输技术不断发展，但仍然存在诸多缺点，如数据传输距离受限，通信费用较高，移动基站架设困难等等。本文设计了基于铱星的数据传输系统，对目前偏远地区数据传输存在的一些问题提出了更加可靠的建议。

论文详细介绍了基于铱星通信数据传输系统的软硬件设计，设计过程中注重降低系统功耗，保证系统的可靠性。系统由两个部分组成，包括铱星通信以及数据接收系统。铱星通信子系统接收数据，然后将数据传输至铱星基站。数据接收子系统是自主设计的上位机软件，可以以"Direct IP"的方式接收来自铱星基站的数据，并对数据进行解析和存储。

关键词：铱星通信;数据传输;Direct IP

1.介绍

卫星通信是目前唯一能全球覆盖的通信方式，虽然在通信质量上还无法和移动网络相比，但是好处在于可以在移动网络无法覆盖的区域进行通信。尤其是可以进行数据传输，方便用户在没有移动网络的情况下进行各种形式的数据回传操作，极大的扩大了物联网的服务区域和形式，可以作为物联网“触角”延伸的有效方式来提高物联网的使用范围。本项目计划开发基于铱星卫星通信方式的双模式数据操作方式，实现在铱星通信链路建立情况下的数据传输工作。

卫星通信与其他通信方式相比有很多优势，但也存在一些突出的问题。一方面是卫星数据传输的资费以数据量计算，通信费用高。为了降低通信费用，需要最大限度地减少通信数据量，采用数据压缩技术对数据进行压缩是有效的解决办法。另一方面是数据的安全性问题[1]。我国自主产权的北斗卫星通信系统虽然能够保证通信的安全性和保密性，但由于其覆盖范围有限，所以很多情况下需要选择国外的卫星通信系统，如 Argos和铱星系统等。但这些卫星通信系统的数据传输均要先通过国外的数据处理中心，经处理之后再分发给国内用户，数据的安全性从根本上得不到保证。所以为了保证数据安全，需要采用数据加密技术对数据进行加密。

2.系统整体设计

基于铱星的通信系统设计主要分为硬件设计和软件设计两个部分。硬件部分主要由三个部分组成，分別是电压转换与控制模块，串口通信模块，CPU核心控制模块。软件部分主要是铱星数据接收终端上位机的设计，采用点对服务器的数据接收方式实现。

2.1 硬件设计部分

本文设计硬件电路系统的供电是包括12V和5V的直流电，在电压选择方面，12V电压经过一个电压控制芯片给铱星模块供电，可以控制是否给铱星模块供电来降低系统功耗，5V电压经过一个电压控制芯片给铱星模块供电，同时经过电压转换芯片转换成3.3V给主控单片机进行供电。

5V电压输入之后，通过软件控制单片机的PA6引脚的电平高低来控制5V电压是否输出，主控芯片是IRFHM9331TRPBF，如上框图所示，作为控制开关。除此之外，通过线性稳压器AMS1117，实现5V电压到3.3V电压的电平转换，

本设计所采用的核心控制芯片是STM32F429VGT6，STM32F4系列单片机兼容于STM32F2系列产品，便于ST的用户扩展或升级产品，而保持硬件的兼容能力。集成了新的DSP和FPU指令，168MHz的高速性能使得数字信号控制器应用和快速的产品开发达到了新的水平。提升控制算法的执行速度和代码效率。并且采用先进技术和工艺，采用多重AHB总线矩阵和多通道DMA，支持程序执行和数据传输并行处理，数据传输速率非常快。

本设计采用的通信方式为串口通信，串口和铱星模块通信的电平为RS232电平标准，单片机和外围串口的通信电平标准为TTL电平标准，因此需要将TTL电平转换为RS232标准，电平转换的核心控制芯片为MAX3232，max3232采用专有低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现真正的RS-232性能，器件仅需四个0.1uF的外部小尺寸电荷泵电容。max3232确保在120kbps数据速率，同时保持RS-232输出电平[2]。

2.2 软件设计部分

考虑无人区环境观测数据传输系统长期运行、数据量大、对数据可靠性和数据实时性要求较高等特点，本文数据接收系统采用“点对服务器”的数据接收方式。铱星提供直接将服务器中的数据通过网关与客户端应用程序进行传输的服务，铱星提供的服务器数据传输方式是基于 Socket 的 Direct Internet Protocol（Direct IP）方式。Direct IP 传输是指海洋数据通过铱星网络上传至铱星基站，基站处理（加 4 个字节，作为牵手协议）后，通过国际网关，直接给绑定的服务器发送数据，SBD 格式传输的官方时间在 8 秒内[4]。同时，通过服务器也可以反向对观测终端发送指令。服务器没有收发字节长度的限制，数据传输的长度取决于铱星模收发的最大长度。Direct IP 收发方式需编写上位机，直接处理自建服务器上捕捉到的数据，不需要进行下载操作。

Direct IP 是一种基于 Socket 的传输机制，含义是针对数据发送和接收，直接连接至一个具体的 IP 地址进行通信。Direct IP 为铱星网关和用户应用之间提供高效的数据传输，这种传输方式比 email 方式具有更低的传输延迟。

根据数据的传输方向，Direct IP 可分为 MO（Mobile Originated）和 MT（Mobile Terminated）两部分。MO Direct IP 部分中 Iridium GSS（铱星 SBD 数据子系统）作为客户端，用户应用端作为服务器端，数据由 Iridium GSS 传向用户应用端。MT Direct IP部分中 Iridium GSS 作为服务器端，用户应用端作为客户端，数据由用户应用端传向Iridium GSS。

海洋环境观测数据传输系统主要实现将海洋数据传回研究人员手中，本文设计服务器时只实现了 MO Direct IP 的传输过程，即 Iridium GSS（铱星 SBD 数据子系统）作为客户端，用户应用端作为服务器端，数据由 Iridium GSS 传向用户应用端。MO 传输模式使用双向的 TCP/IP socket 连接，Iridium GSS 推送数据时无需获取用户应用端的确认信号，即确认连接后铱星服务器就将数据推送完毕。MO Direct IP 服务器端和客户端具体的连接要求如下：

（1）MO GSS 客户端连接要求

A.客户端根据由 IMEI 号绑定的 IP 地址和端口号向服务器端寻求建立 TCP/IP 连接。

B.一旦连接完成，客户端会传输 MO 载荷数据并关闭 socket 连接。

C.如果没有建立连接，客户端会进行重连尝试。

D.如果信息传输完毕，客户端会关闭 socket 连接，无需服务器端回馈确认信号。

（2）MO用户服务器端连接要求

A.服务器端会监听特定端口号上的 TCP/IP socket 连接，端口号在绑定期间指定。

B.连接成功后，服务器端在解析数据之前会接收全部的 MO 信息。

C.服务器端允许 GSS 客户端关闭 socket 连接。

D.如果信息传输完毕，客户端会关闭 socket 连接，无需服务器端回馈确认信号。

3.实验和验证

本文采用 Lab VIEW 进行上位机设计，设计的服务器软件运行于应用计算机或服务器上，通过以太网与铱星网关通信，接受来自铱星信标的数据，并对铱星数据进行解析和存储。系统服务器软件与铱星网关使用 TCP 通信协议进行通信，在 Lab VIEW 中基于 TCP的網络通信通过 TCP 节点来实现，TCP 节点位于函数选板的“数据通信→协议→TCP”。

系统服务器软件为 TCP 通信的服务器端，铱星网关为 TCP 通信的客户端。服务器软件监听固定端口，当铱星网关需求发送数据，会向服务器软件发起连接，服务器软件接收来自铱星网关的连接请求，建立连接[5]。服务器软件接收铱星网关发送的数据，对数据进行解码，并将解码后的数据进行存储。数据接收完毕后，服务器软件关闭连接，继续监听端口，等待下一次数据传输。

服务器软件中，“信息接收窗口”实时显示接收的数据，数据有十六进制和ASCII码两种显示格式可选。“连接状态”窗口可显示TCP实时连接状态，当服务器正在监听固定端口但客户端还未发送连接请求时显示“等待客户端连接……”，当连接建立后显示“连接成功！”，当数据传输完毕，连接关闭后显示“客户端断开了连接……”。另外服务器软件还可统计接收数据字节及次数。

经过设计如上的数据传输系统成功的实现将数据从一体机经过卫星传到上位机，可以应用在海洋数据观测方面或者荒漠的无人区等等，实现数据的实时传输，下面为在海洋数据采集传输方面的应用，采集到的海洋温度、盐度和深度经过卫星通信传到上位机。数据格式为盐度/温度/深度/时间。

0.000130_24.402000_0.000000_1884 0.000150_24.364000_0.000000_1917 0.000290_24.274000_0.000000_1949 0.000450_24.566000_0.000000_1982 0.000100_24.478001_0.000000_2014 0.000160_24.365999_0.000000_2047 0.000270_24.309999_0.000000_2080

下面的数据为设备的POT传感器的数据，以供上位机判断数据终端设备的状况：

702_999_446_1143 707_999_446_1166 713_999_446_1188 719_999_446_1211 726_999_446_1234 730_999_446_1256 737_999_446_1279 742_999_446_1302

下面数据为设备的SAF传感器数据，采集到的数据，可以实时观察设备自身的电压电流情况：

1023_64_14.030000_0.350000_300_461 1023_64_14.130000_0.250000_300_507 1023_64_14.140000_0.250000_300_552 1023_64_14.140000_0.250000_300_597 1023_64_14.140000_0.240000_300_643

4.总结与展望

本文对基于铱星的数据传输系统进行了整体设计，详细介绍了数据传输的软硬件设计，以及数据接收上位机的整体设计思路。

首先对铱星通信系统的软硬件设计。硬件电路设计部分充分考虑各个部分的数据传输要求，对接收主控板数据并存储，最终通过铱星网络进行数据发送。设计过程中在满足功能和功耗要求的情况下，尽可能的简化软件流程，提高软件可靠性。

数据接收系统采用点对服务器的数据接收方式实现，论文在 Lab VIEW 平台上设计了服务器软件，实现了接收来自铱星网关的数据，并对铱星数据进行解析和处理，完成数据存储等功能。论文介绍了各功能实现的详细流程。

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