北斗卫星通信技术论文

北斗卫星通信技术论文 篇1：

水文测报数据传输中的北斗卫星通信技术探讨

摘 要：水文测报在防旱抗涝工作、水利工程建设和管理提供中起着很大的作用，提供数据的准确性和人们的切身利益联系非常紧密。为了更加了解北斗卫星的通信技术，本文首先介绍了北斗卫星通信系统和工作方式，探讨北斗卫星通信技术在水文监测站中应用的情况，最后讨论北斗卫星通信技术在水文测报数据传输中的具体应用。本文的探讨表明北斗卫星通信技术在水文测报工作中的应用前景会更加光明。

关键词：水文测报；北斗卫星系统；数据运输

工业技术创新 URL： http：//www.china-iti.com DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.068

引言

水文测报站为我国提供防旱防涝预报、水利工程建设、抗洪抢险管理等重要数据，与人们的切身利益息息相关，对数据的完整性和准确性有着严格的要求。此外，它涵盖面积广阔，需要很多的人力和物力，随着科技和航天事业的发展，水文监测站工作越来越自动化、智能化。

水文站在我国各地的分布比较广泛，为确保水文站正常工作，每年都要投入大量的人力和财力。在没有应用北斗卫星通讯技术之前，水文站的测量和管理工作存在着诸多问题，比如测量数据的周期过长，导致数据长时间不更新，监测的数据准确度不高，或者测量过程中存在的问题不能及时被发现等，都会对水文测报工作带来阻碍。

本文探讨了北斗卫星通讯技术投入使用后，水文监测站的工作情况[1]。

1 北斗卫星系统介绍

北斗卫星系统主要由三部分组成，分别是空间卫星、用户终端以及地面站。空间卫星指的是地球同步卫星，一个系统中有两颗或者三颗，空间同步卫星主要起着连接用户终端和发射站的作用，卫星上主要安装了波束天线和变频转发仪，其中起重要作用的是波束天线，由于所有的卫星都是地球同步卫星，所以覆盖的面积较大，光束天线起到的连接作用也就较强。用户终端又叫定位终端或移动终端，分为普通型和指挥型两种类型，所起的作用是对卫星和终端之间的数据进行在整理和分析，还可以接受用户的请求以及发送用户的信息数据等。用户终端主要由四部分构成，分别是用户操作的控制单元、通信协议、卫星的收发机和收发天线。

地面站其实是一个中转站，北斗卫星通信技术的实质是在地面的用户终端进行相互通信，其总部设置在北京。地面站的作用比较大，不仅可以对运输的数据进行处理，还可以回应用户之间的各种事务，确认多方的通知等。地面站是北斗卫星系统中和用户之间联系最紧密的设施，所起作用非常大。整个北斗卫星系统的组成结构如图1所示。

2 北斗卫星通信工作方式

北斗卫星的主要工作方式是利用地面站的转站便利，建立起空中同步卫星和用户终端之间的数据传输。数据传输采用数据包的形式，这种运输采用的是点对点的固定数据运输。

测站终端发送的是频率为L的波段，这些波段被同步卫星接受，经过处理转变成频率为C的波段再传输给地面站，此时完成了一次单项的数据运输；地面站接收频率为C的波长之后，将波长进行处理之后再次发送给同步卫星；之后，由同步卫星进行波长的处理，将C波长转化成S波长；最后，再将S波长发送给指挥终端或者测站的终端，此时北斗卫星通信才完整地完成了一次点对点之间的数据运输。

指挥终端和测站的终端有一个区别，那就是指挥终端可以锁定多种波束，而测站的终端只能锁定一个波束。与此相应，信息的发送也是一样的情况，测站的终端只能对一个波束发送信息码，而指挥终端就可以对多个波束进行信息的发送。除此之外，为了提高系统的运行效率，在广播回执的方面还采取另一种工作的方式，那就是建立一个用户群，之后将主站的终端号码设置在其他终端的映射范围里，这样主站发送一个信息，群里所有的用户都可以收到相同波束的信息，减少终端站之间的传输频率[2]。

3 水文测报站具体应用

3.1 北斗卫星系统应用现状

水文测报技术也是不断在变化的，尤其近几年，借助科技的进步，水文测报技术的发展变得更加迅速。卫星通信自从改革开放以来，就受到人们的极大关注。目前我国的卫星通信应用的有两种，一种是本文详细介绍的北斗卫星系统，还有一种是海事卫星系统。

在通信的时效上来说，海事卫星通信系统多进行一次完整的信息运输最少需要三分钟，这对于数据的运输来说属于比较缓慢的，但是北斗卫星通信系统进行一次完整的信息传播只需要3秒左右，最多不超过5秒，两者的通信时效在这个层面上的差别还是较大的。同时，在通信通道上进行比较，按照10分钟所传播的数据相比，由于海事卫星通信所采取的是TDMA，所以最多只能传输700多个数据包，但是北斗卫星通信系统扩大了信令和信道，因此可以传输1400多个数据包，相当于海事卫星系统的两倍。除此之外，在外界数据都相同的条件下，北斗卫星通信系统要比海事卫星通信系统在单位时间内传递的信息长度要大得多。所以综合来说，北斗卫星的通信系统在水文测报中的使用率比较高，我国目前800多家的水文测报都选用了北斗卫星的通信技术及系统。

3.2 工作原理

水情是每年水文測报工作中比较重要的一项工作，数据的准确与及时关系着水位的防汛防旱工作的开展，和人们的生命和生活有着很大的联系。北斗卫星通信技术在水情的自动测报中的应用比较熟练，整个测报系统主要由地面的中心站、网管中心、接受水情数据的中心站、以及雨量的遥测站构成，如图2所示。其中遥测站比较重要，核心是具有采集水情信息功能的遥测终端，除此之外还需有传感器、电源等设备，系统才能正常开展工作[3]。

水情的测报站中，主通信道是北斗卫星的通信，其中遥测站高达145个，属于一个复杂而庞大的水情测报系统，能保证监测到各个区域的水情，相当于一个全视图，可以全方位保证及时接收水情的数据并进行反馈。不仅如此，还有一个特点是自动化的程度较高，不需要过多的人工操作，保证了系统工作的准确性，还能够提高整个系统的效率。那些需要人工操作的设备，技术要求都不是很高[4]。整个系统采取的体制是定时召测，同行还具有定时自报和增量加倍的功能。而且，借助北斗卫星通信系统具有功率效率高的特点，设备接收的方式为一发多收，换言之，监测出水情出现问题的时候，可以在主站上发出相应的数据信息，所有相关联的客户端都可以接受到此信息，从而及时采取相应的解决措施，来保证人们生活工作的安全，也不会因为水情的原因，给林业、牧业、种植业带来损害[5]。一发多收的设置还属于双向通道，不仅主站可以向其他的分站发送信息，分站也能够向总站汇总数据，在数据真实的情况下，保证数据的及时统计和分析，提高整个系统的效率，减短灾情发生的时间。

4 结束语

北斗卫星通信系统几乎完全是我国自行研发的，比较适合我国的水文测报的实际情况，同时水文测报工作又是关乎全国人民的事情，将北斗卫星通信系统应用在水文测报的工作上，具有很大的现实意义。虽然在现阶段，遗留下来的水文测报问题还没有得到完全解决，北斗卫星通信技术也还存在着很多弊端，但是科技在不断发展，并且实践工作也在不断进行，相信随着时间的推移，北斗卫星通信技术在水文测报工作中的应用前景会更加光明。

参考文献

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武震， 贾文， 张宁. 北斗卫星通信在水文测报数据传输中的应用[J]. 中国新通信， 2013（21）： 120-121.

陈钢. 基于北斗的远程水文监测系统[D]. 四川： 西南石油大学， 2013.

杨春华. 水文自动测报系统通讯信道设计[J]. 人民长江， 2009， 40（9）：12-14.

作者：徐明明

北斗卫星通信技术论文 篇2：

北斗与IRNSS区域卫星导航系统性能分析

摘 要：随着电子信息技术和卫星通信技术的不断发展，卫星导航定位技术也不断发展和完善，当今全球已经发展较为成熟的GPS、GLONASS、GALILEO和BDS系统已经成为GNSS主要服务提供商，印度IRNSS卫星导航系统也正在建设当中，本文在介绍中国BDS系统和印度IRNSS卫星导航系统的基础上，从发展规划、星座布局、定位性能及发展现状对两大系统进行对比分析，并对两大系统未来的发展趋势进行介绍。

关键词：BDS系统；IRNSS系统；区域导航

随着卫星导航技术的不断发展，全球各大卫星导航定位系统的发展也日臻成熟，卫星导航系统的民用化将为人们的日常生活带来便利，而我国的北斗卫星导航系统（BDS）在2012年底正式对外提供区域导航定位服务后，不仅结束了美国GPS全球定位系统在国内卫星导航市场的垄断地位，更为我国国民经济发展提供便利，也将使用户获得更为安全可信的卫星导航服务，具有极其重要的战略意义。印度作为亚洲的一个重要国家，凭借其强大的科研实力，计划并组建了自己的卫星导航定位系统IRNSS系统，作为区域卫星导航系统，IRNSS系统建成后将为印度及其周边地区提供高精度的导航及授时服务。本文就中国BDS系统与印度IRNSS系统进行介绍，并对两大系统的定位性能和发展现状进行分析介绍。

1 中国BDS卫星导航定位系统

为了打破美国GPS系统的垄断地位，也为了更好的保障国家安全和经济安全，我国自主建立了北斗卫星导航定位系统，致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，于2012年底正式提供区域服务。

北斗卫星导航系统空间段计划有35颗卫星组成，其中5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站，用户段包括各种类型的北斗用户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。

我国的北斗卫星导航定位系统的三大功能是：实现快速定位、进行简短通信，以及精密授时。

第一，快速定位。迅速确定用户所处的地理位置，并为用户和相关管理机构提供导航。具有水平定位精度为100m，差分定位的精度在20m以内。定位的响应时间为：1类用户为5秒；2类用户为2秒；3类用户为1秒。最短定位进行更新的时间在1秒以内。一次性定位的成功率达到95%。

第二，简短通信。我国的北斗导航系统能够使用户之间和用户同位于地面的控制中心间进行双向的数字报文通信，用户在被核准后可利用连续传送方式进行传输多达120个汉字的信息。

第三，精密授时。我国的北斗导航系统可进行单向与双向这两种授时，按照精度要求的不同，用户可运用定时终端实现同导航系统间的时间与频率的同步，时间的同步精度：单向授时为100ns，双向授时为20ns。

北斗区域导航系统提供开放服务和授权服务两种类型服务方式，开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度达到水平10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。授权服务使为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。

2 印度IRNSS卫星导航定位系统

印度政府2006年5月正式批准印度区域卫星导航系统（IRNSS）项目，预计耗资160亿卢比（约3.5亿美元）印度区域卫星导航系统IRNSS计划于2012年建成，目的是为印度全境及周边地区提供定位、导航和授时服务（PNT）。

2.1 IRNSS系统星座布局

IRNSS星座由7颗卫星组成，其中3颗GEO（Geostationary Orbit）卫星、4颗IGSO（Inclined Geo-synchronous Orbit）卫星。国际电信联盟WRC-03会议通过了印度政府对星座中各卫星轨位的申请，3颗GEO卫星分别定点于东经34°、83°和132°，4颗IGSO卫星处于两个轨道面上，星下点轨迹形成两个“8”字形，轨道倾角为29°，交点地理经度分别为东经55°和111°。设计星座覆盖范围为东经40°～140°和纬度±40°之间，可以为用户发播单频和双频导航信号，其标准服务定位精度在印度洋范围优于20米，在印度本土优于10米。

印度空间局（ISRO）在GAGAN系统基础上，加紧研制印度独立自主的区域卫星导航系统-IRNSS。该系统可以不依靠GPS为印度领土用户提供独立的导航定位服务。IRNSS空间卫星全时段可见，实时为用户广播卫星钟差改正数、电离层误差改正数和相应的完好性信息。系统可提供标准定位服务（SPS）、精密定位服务（PPS）和政府特许用户（RS）服务。

2.2 IRNSS系统发展规划

根据印度IRNSS的组网计划，IRNSS的组网工作分为两大步骤，第一步是发射地球同步卫星组成覆盖印度全境的“区域卫星导航系统”，印度空间研究组织计划于2013年至2015年，发射7颗国产地球同步轨道导航卫星，其中在南北极上空各发射两颗卫星，在地球赤道上方发射三颗导航卫星，从而实现全天候覆盖印度及其周边的较为精确的卫星定位、导航和授时服务。第二步计划在2015年前后初步建成国产IRNSS系统后，再发射约10颗导航卫星，最终形成印度全球卫星定位系统。

2.3 IRNSS系统发展现状

印度于当地时间2013年7月1日发射了印度区域卫星导航系统的第一颗导航卫星IRNSS-1A，这颗卫星重量约为1.425吨，设计使用寿命为10年，是IRNSS系统7颗在轨卫星中的首颗，根据印度空间局的设计方案，IRNSS完成组网后，将能为印度及其周边1500公里范围内的用户提供精确定位、导航及授时服务。与美国的GPS系统一样，IRNSS建成后也将提供两种类型的服务，即标准服务和限制服务。前者将公开提供给所有用户，而后者则是针对授权用户的加密服务。

由于印度距离地球赤道比较近，其受地磁环境影响比较严重，建立精确实时的电离层模型和对流层模型技术比较困难，所以目前以及未来电离层、对流层模型的实时精确化研究将是印度卫星导航系统发展的关键技术之一。

3 未来发展趋势

我国的BDS卫星导航系统目前已经完成区域系统的组网运行，为亚太地区提供实时导航定位及授时服务，并计划在2020年建成全球卫星导航定位系统，提供全方位、高精度的导航定位、报文通信及精密授时服务。届时将在卫星导航领域具备更强的竞争力。

我国的BDS系统在2012年底正式开通服务以来，为用户提供了高精度的导航定位、短报文通信以及授时服务，北斗系统的应用已经深入拓展到各个行业领域，突破了国外先进技术的垄断，占据了国内导航定位应用领域一定的市场份额，为我国的经济建设、国防建设及抢险救灾等发挥了重要作用，可以预见的是，到2020年北斗全球卫星导航系统建成后，必将带来更大的经济效益和社会效益。

印度IRNSS卫星导航系统虽然起步较晚，但其利用目前发展较为成熟的卫星导航定位技术，建立满足其需求的区域导航定位系统，该系统目前处于卫星组网阶段，按照印度太空研究组织的计划，IRNSS系统于2015年组网完成后，将具备全天候、高精度的自主导航能力，同时避免了对美国GPS系统的依赖，并且经过星座的扩充调整，可以进一步发展为覆盖全球的卫星导航定位系统。

[參考文献]

[1]谭述森.北斗卫星导航系统的发展与思考[J].宇航学报，2008，29：391-396.

[2]高为广，陈金平，王楠.印度卫星导航系统最新发展[J].全球定位系统2008，33：42-45.

[3]冯来平，张洪，贾小林，吴显兵.IRNSS区域卫星导航系统服务性能研究[J].大地测量与地球动力学，2010，30（4）：92-96.

作者：罗伟　鲁小强　胡绪健

北斗卫星通信技术论文 篇3：

针对台区配电网的智能巡视与导航终端的开发与运用

摘要：现代电网技术的不断创新和发展，智能技术和导航技术逐渐应用到了电网中，这两方面的应用，使得配电网巡检更加智能化和精确化。现今我国的卫星通信技术已经非常成熟，通信覆盖面广，应用灵活，应用传统电力通信网中，可以显著提升电网的工作效率。下文对目前智能技术与导航技术在配电网应用方面作了简要分析，以供相关工作者参考、

关键词：配电网;智能巡视;导航;应用

1配电网智能巡视与导航终端开发的必要分析

1.1智能巡视分析

智能巡视主要基于移动终端APP系统应用，其移动终端能够美观的将线路、杆塔、台区变压器以及表箱等设备的层级关系展示出来，并使用不同的图标标识不同的设备，点击相应的图标时能够显示设备的详细信息，比如变压器的型号、容量;用户的户号、资产编号、联系方式以及用电性质等信息。检索功能在设计时，能够查询统计一条线路下有多少台变压器，或者变压器下面的用户数量以及不同用电性质的用户数量等信息。

通过智能巡视系统，工作人员可以获取用户的当前位置，借助百度地图上的卫星图像，可以获取用户当前位置的设备信息，借助设备拓扑关系与层级内容，以及线路端到端的数据结构，绘制出关联设备的线路拓扑，设备拓扑，以及更多的设备从属关系，实现台区拓扑关系，方便用户查看与搜索。

1.2导航终端分析

导航定位功能通过台账的经纬度分析，转化为符合百度地图格式兼容的经纬度，并通过配置百度卫星地图sdk的接口参数及app key、sercret等信息，和巡视app的接口对接，获取位置、经纬度以及地图层融合拓扑图像等信息，实现sdk中的高精度定位功能，并且实现工作人员定位、设备定位，为工作人员和设备之间规划出最合适的导航线路。

1.3应用成果分析

一是能够快捷的获取台区内设备的相关信息，节约维修人员现场复查人力成本;二是能够实现高精度的定位，节约工作人员现场排查线路关系成本;三是识别用户偷电现象，减少电量损失成本;四是实现工作人员定位、设备定位，人员到设备的路径导航，维修工作快捷、高效，提高用户满意度，提升企业形象。

2配电网智能巡视通信系统架构

配电网智能巡视通信系统是利用衛星通信电力通信模块在电网中用于电力终端采集通信。主要是通过卫星通信通信协议与电力通信协议的格式转换，建立一个短报文通信的上传与下发信息的数据传输系统，该系统由配电主站及地面控制中心管理。根据卫星通信电力通信模块的功能特点，采用系统分层设计，提高产品的功能内聚性及可移植性。

DCS通信系统架构由基于DCS的采集终端、若干颗卫星组成的空间段、地面接收和处理中心组成的地面段和用户中心几个部分组成。具体如图1所示

3导航终端在电网中的应用

3.1导航终端在电力数据采集方面的应用

卫星系统作为电网导航终端的重要系统之一，利用卫星系统进行海量数据通信时，存在数据包丢失现象，但由电能采集的数据量较小，发送的数据量相对较小，通过重复传输等方式可以保证通信的可靠性。利用卫星通信系统进行电能数据采集，只有通过设置主站系统和厂站终端系统才能实现。数据采集由台站采集和通信子站完成，数据通过北斗卫星传输到主站，只有在需要采集数据的站点配置一套北斗通信终端，才能实现电能数据采集和传输。

3.2导航终端在电网巡检方面的应用

目前，导航终端系统已广泛应用于电力传输线路、塔台等在线巡检工作中。导航终端系统可以实现从机载终端到地面指挥控制站的指令数据和状态数据的双向传输。如利用无人机与地面站之间的点对点通信，可以实现对复杂区域的电网巡检工作，可为相关巡检任务提供了极大的方便，如图2所示。

4结语

随着我国电力通信技术的发展和进步，其通信网络模式不断更新，智能技术、新技术的应用是电力网络的发展趋势。随着智能巡检和导航终端系统的不断研究和探索，其将在电网中得到越来越广泛的应用，可以显著提升电网运行水平。

参考文献：

[1]耿俊成，张小斐，郭志民，等.电力通信网大数据应用场景开发及试点应用[J].电力大数据，2019，22（2）：88-92.

[2]冯薇玺，李清，周子强.基于5G无人机电力巡维的实现与研究[J].数字技术与应用，2019，37（11）：97-98.

[3]许强，张巍，张志芳，等.无人机电力巡线中多种中继方式设计与分析[J].电力信息与通信技术，2017，15（6）：82-87.

作者：梁邱 陈林 何杰 朱怡晨