铱星通信产品在海洋设备上的应用2018

铱星数传定位终端在海洋设备上的应用摘要：介绍了铱卫星通信系统及其提供的数据拨号(DataCall)和短数据SBD(shortburstdata)业务，分析了铱星数据业务的数据传输特点。推荐了一款具有数据传输和GPS定位功能的铱星数传终端。提出了采用铱星数据拨号和SBD数据业务，对海洋环境观测监测设备进行数据传输和定位搜寻的方法，并结合实例阐述了铱星数传终端在海洋浮标数据传输和定位搜寻系统中的应用方案。关键词：铱星数传；9602；9523；SBD短数据；定位搜寻；浮标；海洋环境监测ApplicationSurveyofIridiumDTUinOceanEnvironmentMonitoring(HenanXinxiang453003)Abstract：ThisdocumentprovidestheoverviewoftechnicalforIridiumsatellitenetandIridium’sdial-updata(Data_Call)&shortburstdata(SBD)service.DescriptesandanalysesthefeaturesofIridiumDataService.IntroducestheIridiumSatelliteDataTransferUnitthatisabletotransmitandtranceivedatasbymeansofIridiumData_Call&SBD.Thepaperalsopresentsthemethodofradiocommunicationforoceanenvironmentmonitoring.Givestheapplicationsonoceandatabuoyfordatatransmissionandlocationsearch.Keywords：Iridiumsatellite;9602;9523;SBD;GPS;oceandatabuoy;oceanenvironmentmonitoring;oceandatabuoy引言发展海洋经济成为沿海国家经济的重要支柱。海洋经济对海洋环境有很强的依赖性,准确的海洋环境数据和预报将获得显著的经济效益。海洋环境监测技术是海洋资源开发的技术支撑,加速发展海洋环境监测技术对海洋资源开发,提高海洋灾害预警能力和防灾减灾具有重要的意义。通信技术和卫星定位技术是实时获得海洋监测数据，海洋监测设备定位搜寻的必要技术手段。对于海上的数据传输，则必须依赖无线通信技术。常用的无线通信技术手段包括：陆地GSM移动通信系统、短波通信、卫星通信系统等。但是，在实际应用中，通常的无线通信手段会遇到一些问题。例如，GSM移动通信系统在海上无法做到网络覆盖；短波通信的质量受限于地理环境、气候条件、电离层状况，导致通信质量差，误码率高。而近年来随着卫星通信技术的飞速进步，使用成本不断降低，应用日益普及；卫星通信具有大范围、无盲区的网络覆盖优势，尤其适合于海洋环境下的数据传输。目前较为成熟、且运行良好、用广泛使用的商业卫星移动通信网络系统有海事卫星、铱星移动通信网络系统。特别是铱卫星（IridiumSatellite）移动通信系统因其所具有的无缝隙网络全球覆盖，极低的通信延时，良好通信质量等独特性能，日益受到人们的关注。一、铱卫星通信系统铱（Iridium）系统是由66颗环绕地球的低轨卫星网组成的全球卫星移动通信系统。铱系统是唯一可以实现无缝隙全球覆盖的卫星通信网络，包括南北两极。能实现任何人（Whoever）、在任何时间（Whenever）、任何地方（Wherever），以任何方式（Whatever）与任何人（Whomever）在全球范围内的数据通信。是迄今全球覆盖最广的卫星通信系统，是人类历史上第一个推出的真正意义上的全球卫星移动通信系统。铱卫星通信系统可向终端用户提供数据拨号（速率可达2.4kbps），短数据SBD（shortburstdata）等多种数据业务和语音业务。铱星地面站(铱星网关)是提供铱系统业务和支持铱系统网络的地面设施，提供铱系统网络到其它地面电信网的连接。铱卫星数据通信是目前性价比最好的数据传输手段。铱星调制解调器能够以较低的传输成本为用户提供较高的数据流量；而双向通信则可以提供更多的定制数据。铱星卫星数据通信具有极高的通信可靠性，不受天气、高度、电离层、距离等不稳定因素的制约。是目前唯一的能够提供完全、实时和全球覆盖（包括海洋、航空与两极区域）的、真正意义上的全球语音、数据解决方案的卫星系统。更适合于在GSM/GPRS网络覆盖不到的海洋区域应用，是海洋观测监测理想的通信手段。1.1、铱星SBD短数据业务铱星短数据（SBD）业务，类似于手机短信业务。在覆盖全球范围内，可为铱星用户终端提供与另一铱星终端、或与互联网邮箱、或与地面互联网用户应用服务器之间的，准实时的，双向的短数据传输。接收方用户既可以通过email方式，也可以通过DirectIP方式接收来自铱星用户终端发送的短数据；当然，也可以实现铱星用户终端之间的点对点数据收发。铱星SBD数据业务的参数特点见表1。表1铱星SBD数据业务的参数特点铱星SBD数据业务的参数特点通信距离全球范围，包括南极，北极9523模块的数据能力最多发送1960字节/次，接收为1890字节/次9602模块的数据能力最多发送340字节/次，接收为270字节/次传输延时SBD秒级，准实时，是卫星通信中最短的通信资费按流量收费，平均0.1元人民币/10字节系统容量点对点方式：一个铱星终端主机可容纳5个铱星终端从机的同时数据传输服务器方式：一台服务器理论上可同时容纳铱星终端从机无数量限制应用特点较短数据的定时传输较短数据的临时偶尔传输至关重要，迫切性强的数据传输实时跟踪的位置信息传输1.2、铱星数据拨号Data_Call业务铱星数据拨号(DataCall)业务，在覆盖全球范围内，可为铱星用户终端提供与另一铱星终端、或与公共电话交换网内MODEM、或与地面互联网用户应用服务器之间的数据拨号链接。一旦拨号连接成功，就可在双方之间实现双向的、实时的、大数据量数据传输，传输能力可达2.4Kpbs。铱星数据拨号业务主要参数特点见表2。表2铱星数据拨号业务的参数特点铱星数据拨号业务的参数特点通信距离全球范围，包括南极，北极数据能力一旦链路拨通，理论上无限制信道速率一旦链路拨通，提供2.4Kpbs的信道速率传输延时一旦链路拨通，2秒以内的传输延时通信资费一旦链路拨通，按时间收费，平均12元人民币/分钟系统容量无数量限制应用特点大数据量的数据传输应用，例如海洋浮标观测累积数据1.3、铱星调制解调器模块目前，市场上可提供的有两种铱星调制解调器模块，即9523和9602。其中，9523同时支持数据拨号和SBD数据业务；而9602仅支持SBD数据业务。要使用这些模块，用户需要通过专门的指令集才能实现相应的操作。铱星9523和9602调制解调器，体积小，耗电少，待机功耗低，非常适合在野外使用电池供电的场合下使用。二、铱星数传定位终端铱星数传定位终端（IridiumDTU）是基于铱星数据拨号(DataCall)和SBD短数据业务的，高可靠、低成本、小体积，低功耗的铱卫星通讯设备。终端内嵌铱星调制解调器9602或9523，和相应的指令处理协议，用户无需了解繁琐的铱星传输协议和指令过程，通过终端的RS232串口，就可实现应用数据的SBD发送；或完成数据拨号操作，以及数据拨号链路接通后的大数据量的实时传输。除此之外，终端还内置GPS接收机，可为使用者提供全球范围内的定位跟踪和搜寻服务。终端采用12-24V宽范围直流电源供电和低功耗工作方式设计，满足大部分内及野外环境下应用，延长电池使用时间。图1为铱星数传定位终端的实物图片。图12.1、铱星数传定位终端的参数特点●数据业务：铱星数据拨号和短数据(SBD)业务●传输方式：双向数据传输●覆盖范围：全球覆盖，没有盲区●传输延时：是所有卫星通信中最短的；SBD业务为秒级准实时；拨号业务为实时●数据能力：数据拨号数据传输量无限制。SBD发送340/1960字节；接收270/1890字节●传输速率：拨号业务的数据传输速率为2400pbs●组网方式：点对点，点对多点，服务器对多点，邮箱对多点●直流供电：宽范围直流供电，满足大部分室内及野外环境应用●电源保护：可满足车载、船载、机载环境下的应用●较低功耗：可根据应用情况，自动调整功耗水平，延长电池使用时间●安装方便：体积小，重量轻，便于安装和隐蔽表3铱星数传终端的技术参数工作电源3.7-9VDC或12-24VDC，要求能提供具有1.5A以上的瞬时电流能力。休眠模式电流0.2mA/12VDC平均工作电流100mA/12VDC平均发射电流200mA/12VDC，视天线接收状况峰值发射电流1A/12VDC，持续时间10毫秒终端异步串口RS232电平，8N1格式，默认速率9600bps(1200-38400bps可设)GPS接收机TrimbleCopernicus或UBLOX或韩国GStar-92m-J铱星天线接口阻抗50Ω，型式SMA，无源GPS天线接口阻抗50Ω，型式SMA，有源终端尺寸小于110mmx75mmx40mm工作温度-40to+85℃储存温度-40to+85℃相对湿度75%(无凝结noncondensing)防护等级IP542.2、铱星数传定位终端的应用范围2.2.1、适用的区域：●海洋、极地、沙漠、孤岛、冰川、高原等地面通信设施无法覆盖的区域；●安全局势动荡的国家和地区；●通信设施落后的国家和地区等。2.2.2、适用的领域：●海洋环境监测●船只定位跟踪及搜寻；●海洋设备的定位与回收●深海潜航器●水下滑翔机2.2.3、适用的场合：●海洋观测数据的实时传输；●海洋观测设备的定位和搜寻；见图2-4所示图2：水下滑翔机上的应用图3：无人自治水下机器人AUV图4：水下潜航器2.3、应用实例（海洋观测浮标）2.3.1、SBD短数据方式当采用SBD短数据方式时，则每当位于浮标上的铱星终端RS232串口接收到来自浮标数据设备的数据帧，就会启动铱星SBD传输过程；数据帧将被发送到预先绑定的目的地。目的地可以是位于岸上的海洋观测数据中心服务器或邮箱（岸上中心），也可以是位于观测船上的铱星终端主机（船载中心）。反过来同样，来自岸上中心或船载中心的操作指令或位置查询指令，也可被浮标上的铱星终端接收到，并通过RS232串口传递给浮标数据设备；如果是位置查询指令，则启动一次位置信息发送。2.3.2、数据拨号方式如果采用数据拨号方式，则每当需要传输大量的海洋观测数据时，无论是中心（岸上中心或船载中心）还是浮标上铱星终端，都可以作为主叫方，向对方进行数据拨号。一旦拨号连接成功，双方就可以进行实时的数据传输了。数据传输完毕，任何一方都可以主动挂断连接。传输过程中，如果出现链路中断，主叫方可以重新拨号，继续未完成的数据传输。图5为铱星数传定位终端的浮标应用示意图。图5三、基于铱星数传终端的海洋浮标数据传输与定位搜寻系统方案随着技术的不断发展与成熟，海洋环境监测已进入从空间、沿岸、水面及水下的对立体监测时代。海洋浮标是一种现代化的海洋观测设施。它具有全天候、全天时稳定可靠地收集海洋环境资料的能力,并能实现数据的自动采集、自动标示和自动发送。海洋浮标与卫星、飞机、调查船、潜水器及声波探测设备一起，组成了现代海洋环境主体监测系统，是海洋观测，获取长周期海洋科学数据的重要调查手段。海洋浮标都是价格昂贵的设备。长期观测的数据由于海域环境非常复杂，易造成浮标的故障，特别是浮标的丢失，会构成重大损失；同时浮标数据通常要到现场采集，十分不方便。因此，浮标的定位和搜寻，与观测数据的远程传输一样，都十分重要。基于铱卫星通信网络，采用铱星数传定位终端，来构建多用途的海洋浮标数据传输与定位搜寻系统具有其独特优势。通过数据拨号方式，可以对海洋浮标长期观测的大量数据进行采集；通过SBD方式，可以对浮标跟踪定位和搜索。中心既可以是装在船上（或岸上）的一台铱星数传定位终