短波数传在航标遥测遥控中的应用研究

杨亮

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510000）

短波数传在航标遥测遥控中的应用研究

杨亮

（广州海格通信集团股份有限公司，广东 广州 510000）

海上交通安全保障体系的建设一直是国内外航海界关注的重点。基于信息技术、计算机网络技术和导航技术的航标信息系统的研究，对实现航标的监控和管理的现代化，确保航标信息的准确性及用户方便快捷获取航标信息，为船舶安全航行提供更好的服务是非常必要的。本文主要研究利用短波通信实现对航标的遥测遥控。

短波通信；航标；遥测遥控

1 引言

海上交通安全一直是国内外航海界所关注的重点。航标管理是航道管理部门的一项重要工作，航标管理的责任就是对航标进行管理和维护保证其正常使用，为船舶安全、经济、便利航行提供服务。

航标是标示航道方向、界限与碍航物的标志，帮助引导船舶航行、定位和标示碍航物或发出警告，为各种水上活动提供安全信息，是重要的导航设施。它对发展我国水上交通运输事业，支持海洋资源开发和渔业捕捞，促进国民经济的增长和发展，加强国防建设和维护国家主权具有非常重要的作用。我国海域辽阔，海岸线长，近海多岛屿，形成航道曲折复杂，航标数量多，品种多的特点。某些海区长期以来以人员值守和巡检的方式来保障航标设备的正常工作，但这种保障模式存在很多问题：航标灯桩故障不能第一时间发现，有些重要航标无人值守，设备性能隐患无法提前发现等等。航标遥测遥控系统是将遥测遥控技术应用在航标的工作状态监控上，达到及时发现问题和及时排除的目的，以保障航标的正常工作、提高可利用率，减少维护费用，促进现代化管理，提高航标服务质量。

2 短波在航标遥测遥控中的优势

我国在航标的遥测遥控技术上，主要采取GSM、AIS和卫星遥测遥控三种方式。其中GSM、AIS通信覆盖范围有限，无法实现偏远地区的遥控遥测。随着西南沙航标的建设，因为距离大陆较远，利用GSM和AIS实施遥测遥控已不太现实，而卫星遥测遥控成本较大，于是探索利用短波进行数据传输的航标遥测遥控系统就显得很有必要了。

基于短波进行数据传输的航标遥测遥控系统与传统遥测遥控系统相比具有以下优势：

（1）可通信距离远

利用短波进行采集数据的传输，实现简单，抗干扰能力强，可通信距离远，相比较GSM和AIS系统几公里、几十公里的通信范围，短波的通信距离可以达到上百公里、上千公里。对于远离大陆的航标，利用短波进行数据传输显然要优于利用GSM、AIS系统进行数据传输。

（2）实现简单、费用低

利用短波通信，设备体积小、重量轻、安装便利。同时建设费用省、维护费用低、建设周期短。可以根据使用的要求固定设置，进行定点通信。

3 基于短波数传的遥测遥控系统的设计

3.1 系统组成

本系统主要由数据采集终端、数据传输系统和数据处理终端组成。其中数据采集终端为一台安装了数据采集处理软件的工控机，数据处理终端为一台安装了查询终端软件和数据查询处理软件的工控机，数据传输系统为两台短波收发信机组成。航标遥测遥控系统的系统连接图如图1。

图1 航标遥测遥控系统组成图

3.2 系统功能

本系统可实现如下功能：实现对航标的随机遥测、定时遥测以及异常信息报警。

我们可以根据需要，在任意时刻对航标的相关参数进行测量采集；或者可以通过在系统内进行设置，监控终端每隔一定时间向采集终端下达一次采集命令，将航标的工作状态检测一遍。同时采集终端会实时监控航标的运行状态、参数信息，并将异常信息上报给监控终端。

各模块详细功能如下：

数据采集终端主要用来采集航标传感器的各种参数数据，并进行数据协议格式的转换，使采集的信息数据能够适应短波收发信机的传输，定时或者即时地发送给监控中心；同时，接收监控中心的查询命令，执行相应的操作。

数据传输系统主要由安装在航标处和监控中心处的两部短波收发信机组成，由其通过短波链路共同完成采集数据和控制指令的传输。

数据处理终端主要是将采集的航标信息数据进行相应的协议格式的转换，然后发给监控终端，由安装有数据解析软件的监控终端对采集的航标的信息进行解析显示。同时将查询指令进行相应的协议格式的转换后，发送给短波收发信机。

3.3 系统工作原理及业务流程

3.3.1 系统工作原理

系统的工作原理就是数据采集终端读取航标的各种工作状态参数信息，然后将读取的数据进行协议格式转换后发给航标侧的短波收发信机，航标侧的收发信机再通过短波链路将数据发送给监控中心的收发信机，监控中心的收发信机将数据传给数据处理终端，由数据处理终端将接收的数据再进行格式转换后传送给监控终端。监控终端负责将接收的数据进行解析显示。

3.3.2 业务流程

基于短波数传的航标遥测遥控系统可有3种工作方式：异常报警工作方式、即时查询工作方式和定时查询工作方式。

（1）异常报警

数据采集处理软件会一直采集航标的各种工作状态参数信息，当采集到航标的状态信息有异常时，数据采集处理软件将采集的数据信息转换格式后发送给收发信机，航标侧的收发信机将数据信息通过短波链路发送给监控中心侧的收发信机，收发信机收到数据后将数据传给数据查询处理软件，数据查询处理软件再将数据处理转换格式后发送到监控终端，用户在监控终端上就能够查看到航标的异常信息。具体工作流程如下图2所示。

图2 异常报警流程图

（2）即时查询

监控中心操作人员可在查询终端软件上执行查询操作，数据查询处理软件接收到查询命令后，控制监控中心的收发信机将查询指令通过短波链路发送至航标侧的收发信机；航标侧的收发信机收到指令后，将指令再传给数据采集处理软件，数据采集处理软件收到查询指令后将现时航标的工作状态参数信息转换成短波收发信机能够识别的数据格式传给收发信机，航标侧的收发信机再通过短波链路将数据发送给监控中心的收发信机；监控中心的收发信机将数据传给数据查询处理软件，由数据处理终端将接收的数据再进行格式转换后传送给监控终端。具体工作流程如图3所示。

（3）定时查询

监控中心操作人员可在查询终端软件上制定定时查询计划来查询航标的工作状态，数据查询处理软件根据设置的查询时间点定时进行查询操作。定时查询工作方式业务流程与即时查询工作方式业务流程类似，区别在于是按预先设定的时间定时查询航标的工作状态。

图3 即时查询流程图

4 系统测试

我们用2套125W短波电台（含电源和天线）、2台工控机、1台电脑终端及开发的数据查询处理软件、查询终端软件和数据采集处理软件组成一套航标遥测遥控系统在相距20公里的两地进行实地测试。

测试显示，航标状态的信息数据可以通过短波通信的方式进行采集回传，但是数据稳定传输的最大速率随接收信号的信噪比的变化而变化。当接收信号的信噪比为1 dB时，最大可靠传输速率可达600bps；而当接收信号的信噪比为-4 dB时，最大可靠传输速率只有75bps。下表1是测试时在接收信号不同信噪比下，该系统可靠传输的最大速率。

表1 接收信号信噪比与最大可靠传输速率的关系

5 总结

短波通信具有通信距离远、成本低、维护简单等特点，通过短波通信对远距离航标进行遥测遥控不失为一种可行的手段。但是限于短波信号受干扰较大，且传播受到电离层变化的影响等因素，容易造成数传速率较低且不稳定。因此在提高短波电台抗干扰能力和数传速率方面仍需要做进一步的研究。

[1]王坦．短波通信系统[M]．北京：电子工业出版社，2012．

[2]王化民，刘英．水上短波数字通信技术[M]．大连海事大学出版社，2008．

[3]陈宏，彭国均．航标遥测遥控系统的设计与实现[J]．船海工程，2007，36(2)：126-128．

Application of Shortwave Transmission in Telemetry and Telecontrol for Navigation Mark

Yang Liang
（Guangzhou Haige Communications Group Limited by Share Ltd.,Guangzhou 510000,Guangdong）

The construction of marine traffic safety guarantee system has been the focus of attention of domestic and international shipping circles.Study on the navigation information system based information technology,computer network technology and navigation technology is very necessary for the implementation of the modernization of monitoring and management,ensuring the accuracy of navigation mark information and the convenience of obtaining information for users,and providing better service.This paper mainly studies on the telemetry and telecontrol of navigation mark by shortwave communication.

shortwave;communication;navigation mark;telemetry and telecontrol

TN92

A

1008-6609(2017)07-0059-03

杨亮（1985-），男，湖北武汉人，本科，工程师，研究方向为通信系统设计。