“铱星/北斗”结合的卫星大数据量数据通讯应用

王 欢

（北京明航科技发展有限公司 北京 102412）

0 引言

随着科研工作对偏远地区、海洋纵深等恶劣地理环境中气象地理观测数据的迫切需要，卫星数据通讯终端得到了广泛的应用。针对不同卫星通讯系统自身特点，结合不同卫星通讯终端各自的优点，可以更加高效的完成大数据量的数据传输。

铱星卫星通讯系统，主要由类似铱元素结构的66颗低轨道卫星及地面控制设备组成，可实现包括极地在内的地球任意区域的数据通讯，主要用于数据传输的铱星数据模块 Iridium SBD9602的最大移动发送信息为340字节，最大移动接收信息为270字节。发送过程为：检测实时接收铱星卫星信号，当信号捕获稳定后，发送数据短报文，视实际信号强度，分段持续发送。铱星通讯模块数据传输过程中无服务频度的限制，但发送端及接收端需经过运营商预先绑定。

北斗卫星通讯系统，主要由运行于亚太区域赤道上的地球同步卫星及地面控制设备组成，主要覆盖亚太区域，根据相应用户通讯等级，按照其服务频度，可向不同接收端发送不同数据长度的数据信息。

由于大数据量数据受发射最大字节限制，必须分包发送，而数据丢包在复杂多变的设备作业环境极易发生，数据丢包可能造成整个数据无法使用，重新发送将降低传输效率。铱星通信模块数据接收发送需预先绑定，灵活性较差，且单通讯系统对设备实时状态、突发状态信息向岸基设备发送的可靠性较差，当单通讯系统发生通讯故障后，岸基设备直接与通讯设备失去联系，无法对通讯设备的状态进行分析和判断，造成设备丢失。同时北斗通讯终端受相应服务频度限制，存在单次发送间隔时间。针对以上问题，将铱星、北斗通讯系统进行结合，可有效的弥补以上的不足。

1 硬件设计

为了兼顾大数据量数据通讯的可靠性、提高对通讯设备状态的有效监控，铱星/北斗通讯系统采用铱星、北斗通讯双系统的融合。

整个系统主要组成：Iridium/BD1/BD2组合天线、BD1/BD2射频模块、Iridium9602LP通讯模块、外部数据处理模块组成。其中Iridium/BD1/BD2组合天线为微带天线形式，便于安装在包括耐压腔体的各种环境中，Iridium9602LP通讯模块与外部数据处理模块组合为 Iridium/BD1/BD2信号处理单元，与BD1/BD2射频模块结合为整体的通讯模块，通过外部射频接口与组合天线连接，与外部控制设备使用串口进行通讯。

外部数据处理模块采用 ARM 系列单片机AT91SAM7S512，通过外部串口接收外部控制设备发送的数据信息，并将数据进行相应的分包，并持续发送给Iridium9602LP进行短报文发送，BD1模块在Iridium9602LP发送大数据量数据的同时，将相应的数据信息、设备状态信息进行发送。

外部数据处理模块与 Iridium9602LP通讯模块、BD1/BD2射频模块分别采用两路串口进行通讯，通过相应的指令格式进行对不同通讯模块的数据通信。

外部数据处理模块对各通讯模块进行电源控制，便于降低功耗，延长相应的设备服务周期。具体组成如下图1所示：

图1 硬件组成

图2 铱星/北斗通讯系统外形图

2 软件实现

外部数据处理模块与外部控制设备通过接口协议，判断相应的数据信息、状态数据信息。将数据信息按照设置的固定字长，分包向铱星IridiumLP9602LP通信模块进行发送，对当前的状态数据系统，向北斗通讯模块进行发送。分别接收铱星IridiumLP9602LP通信模块、北斗通讯模块的反馈信息。

由于IridiumLP9602LP通信模块的单次最大上传字节数为340字节，在长时间的测试过程中，发现铱星信号由于当前对空环境中的铱星通讯系统卫星的运动，出现接收信号短时间失锁，为保证数据单次传输的成功率，将通过对外接口的数据进行分包，降低单次发送数据量，避免由于信号失锁而造成的大数据发送失败。

针对相应分配完成的一组数据包，使用铱星AT命令进行组帧，向Iridium9602LP通信模块进行发送，接收Iridium9602LP通信模块相应的反馈信息。设置失败重发机制，在判断数据发送失败后，对当前铱星信号进行检测。在当前信号捕获稳定后，进行数据发送。

外部数据处理模块对同步发送的数据包数进行计数，由北斗卫星通信系统进行定时发送，确保数据连续，并对设备状态信息实时向岸基终端设备进行发送。由于采集数据在不同的时间段内有所不同，为便于将相应的环境数据直接由不同的岸基设备进行接收，通过北斗通讯模块向相应的岸基设备发送数据接收提示，由不同岸基设备直接从与 Iridium9602LP通信模块捆绑的服务器终端进行数据下载，避免了数据的二次分配，提高数据自动处理效率。

岸基设备分别通过铱星、北斗通讯系统，接收到相同时间段内发送的数据包，对应的数据包总数及数据包编号，并对其进行对比。当发现丢包时，岸基设备将丢包编号通过北斗通讯系统向数据发送终端进行反馈，启动丢包重发机制，确保铱星模块大数据量发送的连续性，提高数据通讯效率。

为提高数据传输设备可靠性，岸基终端设备通过发送北斗指令，查询当前设备状态等其他控制操作。流程如图3所示：

3 功能扩展

针对定位模式的不同要求，可灵活选用GPS/BD2定位模块，为外部控制设备提供相应精度的设备位置信息。并针对不同数据量数据记录的需求，采用相应数据量的数据记录模块。

图3 工作流程图

4 总结

该设备将铱星/北斗通讯系统进行了融合，通过ARM对外部控制设备透传的大数据量信息自动进行分包发送，并实时监测，根据发送情况出发重发机制，相对于单系统的应答式发送提高了传输效率，使用北斗通讯发送数据接收请求，使不同岸基设备自动完成对相应数据的读取，并可通过岸基终端设备在数据发送同时，对设备状态实时监控，提高了设备在恶劣环境下的生存能力。本系统通过测试，性能可靠，效果良好。

[1] General Description of Model 9602-LP，TN2011-001-V1.0.

[2] AT Commands for Model 9602-LP，TN2011-002-V1.0.

[3] 袁建平，罗建军.卫星导航原理与应用，北京：中国宇航出版社，2004.

[4] 刘培军，张秉豪.铱星SBD数传电台在特殊区域的应用，全球定位系统，2009.2，36-40.

[5] 王琦，段学军，杜鹏.铱_星卫星移动通信系统及其新用途数字，通信世界，2008（2），82-83.

[6] 刘敬彪，翁杰，于海滨.浮标电子与通信系统研制电子器，2010.2，第33卷第1期，49-52.