聶林波

　　(南海艦隊海洋水文氣象中心，廣東 湛江 524001)

       摘要：針對氣象自動觀測網數(shù)據(jù)傳輸需要，提出了基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的氣象自動觀測數(shù)據(jù)編碼設計方案。該方案采用北斗短報文通信功能傳輸幀數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)自動觀測數(shù)據(jù)的傳輸。采用該方案使得指揮終端能實時接收自動站發(fā)送的觀測數(shù)據(jù)。采用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)能實現(xiàn)觀測站點的快速部署和觀測數(shù)據(jù)的高效獲取。

　　關鍵詞：北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)；氣象自動觀測；數(shù)據(jù)傳輸；編碼

　　中圖分類號：TP391.1文獻標識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.1674-7720.2017.08.005

　　引用格式：聶林波.基于北斗的氣象自動觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)編碼設計［J］.微型機與應用，2017,36（8）：15-15，18.

1系統(tǒng)基本原理

　　北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)具有雙向短報文通信功能，最多一次可傳輸120個漢字，可以實現(xiàn)用戶與用戶、用戶與地面控制中心之間通信［1］。基于北斗的氣象自動觀測系統(tǒng)利用了我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，可以提供定位和短報文通信功能，實現(xiàn)氣象觀測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)能在更廣闊的地域進行環(huán)境監(jiān)測，同時降低了觀測站建設和維護成本，系統(tǒng)本身也更加穩(wěn)定可靠。

2數(shù)據(jù)傳輸原理

　　觀測站在工作時將監(jiān)測數(shù)據(jù)按照協(xié)議進行編碼，再通過北斗通信模塊將編碼的數(shù)據(jù)發(fā)送到觀測站監(jiān)管中心指揮型北斗終端上，終端按照協(xié)議進行解碼，還原監(jiān)測數(shù)據(jù)。

　　觀測站工作狀態(tài)時監(jiān)聽北斗導航衛(wèi)星傳輸?shù)男畔ⅲ凑諈f(xié)議解碼獲取指令，根據(jù)指令對相應的數(shù)據(jù)按協(xié)議編碼，再通過北斗通信模塊傳輸編碼數(shù)據(jù)。觀測站可將自身狀態(tài)信息按照協(xié)議編碼后經北斗通信模塊發(fā)送給監(jiān)管中心。監(jiān)管中心指揮型北斗終端接收觀測站經北斗導航衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，按照協(xié)議解碼數(shù)據(jù)，提取觀測站狀態(tài)信息。整個系統(tǒng)的控制流程如圖1所示。

3傳輸編碼設計

　　環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由一個指揮終端和多個觀測站通過北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)互連而成。系統(tǒng)的每個終端按統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式編碼數(shù)據(jù)并通過北斗衛(wèi)星傳輸至指揮終端。一套功能完善的傳輸編碼格式能確保系統(tǒng)可靠地實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。由于北斗采用短報文通信，因此用幀結構作為發(fā)送信息的最小單元［2］。

　　3.1幀結構

　　一個幀包含站號、時間戳、總幀數(shù)、幀序號、本幀長度、數(shù)據(jù)段、奇偶校驗碼，如圖2所示。

　　站號使用2 B，系統(tǒng)可容納216-1個站點，使用FFFF向全部站點廣播。時間戳使用12 B，記錄數(shù)據(jù)的年、月、日、時、分、秒信息。當數(shù)據(jù)被拆分成多幀傳輸時，根據(jù)時間戳判斷幀是否為同一數(shù)據(jù)的一部分。總幀數(shù)使用1 B，數(shù)據(jù)最多可拆分為28-1幀。本幀序號使用1 B。本幀長度使用1 B，其值為站號+時間戳+總幀數(shù)+本幀序號+本幀長度+數(shù)據(jù)段+奇偶校驗碼的總字節(jié)數(shù)。數(shù)據(jù)段最大可用220 B。奇偶校驗碼使用1 B，用于判斷收到的數(shù)據(jù)是否有誤。

　　3.2指令和數(shù)據(jù)

　　數(shù)據(jù)段記錄指令和數(shù)據(jù)。指令和記錄通過第一個字節(jié)區(qū)分，00為指令，F(xiàn)F為數(shù)據(jù)。指令使用編碼表示，定位、授時等指令都采用唯一編碼。數(shù)據(jù)使用壓縮編碼，盡量減小數(shù)據(jù)長度。例如，對于浮點數(shù)，先乘一個10n(n≥10)轉化為整數(shù)，減少數(shù)據(jù)所占字節(jié)。

　　3.3出錯處理

　　在收到一幀數(shù)據(jù)后，進行奇偶校驗，發(fā)現(xiàn)錯誤，就發(fā)送反饋信息告知對方重發(fā)該數(shù)據(jù)幀，直至收到無錯的數(shù)據(jù)。

　　3.4傳輸流程

　　指揮中心與觀測站之間數(shù)據(jù)與指令傳輸流程如圖3所示。

　　3.5延遲處理

　　北斗導航系統(tǒng)對每個用戶終端的服務頻度是有具體規(guī)定的。服務頻度越高，數(shù)據(jù)傳輸越快。當傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被分為多幀時，各幀發(fā)送的時間間隔是不同的，這就需要制定信息延遲處理機制，解決信息傳輸時間延遲數(shù)據(jù)的問題。緩沖區(qū)是解決這個問題的方法之一。指揮中心收到一幀數(shù)據(jù)時，存入緩沖區(qū)，當數(shù)據(jù)幀全部接收到后再將數(shù)據(jù)整合為完整的信息。

4通信方式的選擇

　　北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的基本通信功能是點對點雙向數(shù)據(jù)傳輸，主要方式是數(shù)據(jù)報告，傳輸形式是數(shù)據(jù)包。主要工作方式是測站終端向北斗衛(wèi)星發(fā)送信號，經北斗衛(wèi)星轉發(fā)，由地面中心站接收處理后，再送至北斗衛(wèi)星，北斗衛(wèi)星接收后將其轉發(fā)送到指揮終端或者測站終端，點對點通信即順利完成。此外，還有建立群廣播通信。即在某個用戶群中，將主站的終端設備號碼寫入其他終端設備的映像地址中，當此主站發(fā)送數(shù)據(jù)時，群中所有測站都能收到此信息。將此功能作為系統(tǒng)的廣播回執(zhí)，能有效減少中心站的發(fā)送次數(shù)，提高系統(tǒng)運行的通暢度，實現(xiàn)高效的信息群發(fā)功能。當要單獨與某個觀測站通信時，使用點對點方式；而當要與多個觀測站通信時，使用廣播方式。

5結論

　　基于北斗的氣象自動觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)編碼設計方案充分利用了北斗短報文通信功能，通過對數(shù)據(jù)按幀進行編碼，實現(xiàn)了自動觀測數(shù)據(jù)的有效傳輸。采用該方案使得指揮終端能實時接收自動站發(fā)送的觀測數(shù)據(jù)。采用北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)能實現(xiàn)觀測站點的快速部署和觀測數(shù)據(jù)的高效獲取。一套完善的編碼格式可使指揮終端迅速確定觀測站位置信息，又可傳遞各種控制指令和觀測站測量數(shù)據(jù)以及觀測站自身狀態(tài)數(shù)據(jù)，增強指揮終端對觀測站的監(jiān)管能力。

參考文獻

　　［1］ 江彩英,黃永玉,謝丹,等.北斗衛(wèi)星應急通信傳輸試點建設［J］.氣象科技,2013,41(5):857-860.

　　［2］ 成方林,張翼飛,劉佳佳. 基于“北斗”衛(wèi)星導航系統(tǒng)的長報文通信協(xié)議［J］. 海洋技術. 2008，27(1)：26-28，31.