基于IP的短波組網監測控制系統設計

李海龍 陳月 胡曉彥

摘要：傳統的短波通信系統多為點對點通信，即發信控制器通過數據控制線獨立控制某一臺發射機，通過發射機將信號通過發射天線發射出去，如果某一臺發信控制器產生故障，必須人工將控制線纜切換到另一臺發射機，且無法實現控制單元和發射機的任意組網。通過一種基于IP的短波發射機，發信控制器和發射機之間通過建立IP通信、串口通信等不同通信模式，實現發信控制器之間、發信控制器和發射機之間自組網，并通過遠程監測和控制系統，實現對發信控制器、發射機的操作和監測設備的工作狀態、組網鏈接和歷史數據的查詢，大大增強了短波通信系統的自適應工作能力。

關鍵詞：短波通信系統；發信控制器；發射機；串口；控制系統

中圖分類號：TP39文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2019）16-59-3

0引言

短波（3～30 MHz）電臺是一種數字化抗干擾極強的通信系統，短波通信技術以電離層為傳播介質，通過電離層反射進行傳輸，其傳輸距離遠，可以方便實現短波電臺互聯。同時，由于短波受天氣因素影響（如陰雨天）則傳輸效果變差；受現在物理環境因素影響越來越嚴重，如摩天大樓，影響信號的傳輸，造成信號中斷；現代電磁環境的惡劣，大大降低了短波通信的通信質量。如何保證短波通信的暢通和高質量的通信頻率，是很多無線電和短波控制系統研究人員不停研究和探索的方向。通過構建基于IP通信的傳輸控制短波通信系統，降低受距離的影響、減少物理環境因素和電磁環境對傳輸信號的影響，實現通過遠程控制發信控制器、發射機進行工作，通過發信控制器對前端發射機的全面狀態監測，實現發射機和發信控制器之間的自動適應鏈接，保障短波通信網的正常建立，實現發射系統的異地控制和全網的監測。

1傳統短波發信系統

傳統短波發信系統由發射系統和接收系統組成，通過電離層發射到達接收系統。發射系統由發射控制器、發射機和發射天線及大電源模塊組成，發射機主要由電路控制模塊、控制電路及激勵器等組成；接收部分由接收機和接收天線組成。

發射系統的發射控制器具有信道存儲功能，工作方式包含了單呼、網呼和組呼的功能；發信工作模式分為單邊帶（SSB）、雙邊帶、等幅報、調幅（AM）、調頻（FM）、單載波、白噪聲以及語音通話等各種模式；發信控制器與接收機之間可以實現自適應建鏈（ALE），完全可以滿足軍用、航空和救災等不同場合的應用，400 W以下的發射機可以實現船載、車載等移動應用。

傳統短波發信系統中，發信控制器和發射機通過RS485或RS232進行通信控制，所以要求二者距離較近，無法實現異地控制和任意組網，給臺站發射業務帶來很多不便，也缺少統一的應用指揮系統。傳統短波發射系統模型如圖1所示。

2基于IP的短波發信系統

為了彌補傳統短波發射機組網的缺陷，通過對發信控制器和發射機中控制電路增加網絡通信模塊，包含以太網、E1及光纖等通信傳輸模塊，將模塊部分集成到基于ARM的控制器，通過移植嵌入式WinCE、嵌入式Linux或uClinux操作系統，加入Audio聲卡模塊、以太網驅動模塊、NorFLASH、NandFlash、I2C模塊、串口通信模塊和SD卡模塊等，通過編寫相應驅動程序，實現與ARM CPU的信息交互。

在應用設計中，發信控制器中基于ARM的控制模塊通過TCP控制發射機中的ARM控制接收模塊，TCP協議通過設定響應命令，可以設置發射機工作頻率和工作方式，如單呼、雙呼和組呼，以及工作模式如單邊帶、雙邊帶和單載波等，ARM控制接收模塊接收到指令后，通過RS232接口發送控制指令到激勵器部分，進而將信號通過天線發射出去。增加以太網、E1、光纖后的短波發信系統如圖2所示。

3基于IP的短波組網監測控制系統

基于IP的短波發信系統組網邏輯圖，以帶IP通信模塊的4個發射機在同一場地，通過分頻器共享發射天線；帶有IP的發信控制器2臺，可以部署在不同地理位置，通過應用指揮系統監測和控制作為模型進行設計，如圖3所示。

該短波組網監測控制系統分為3層。

①上層應用指揮系統：主要由上位機應用系統組成，具有最高權限，可以通過IP直接下發指令到發信機控制系統、發射機和接收機。同時，通過該系統可以直接查看所有發信機控制系統、發射機、接收機的在線狀態、工作狀態和所處位置，以及歷史工作狀態和最佳工作頻率等。但是，上位機無權控制發信控制系統與發射機、接收機建立自適應鏈路通信[1]。

②發射系統：有2種工作模式：第1種是本控模式，為通過IP協議直接發送控制指令到發射機，通過發射機中ARM控制模塊的RS232接口控制激勵器模塊實現頻率設置及工作模式和工作狀態的設置；第2種模式設置為遙控模式，本地發信控制器不能進行人工操作，由第1層應用指揮系統發送IP控制指令，到達發信控制模塊，進而控制發射機狀態。

在發射系統中，發信控制器、發射機與第1層應用指揮系統組成網絡，應用指揮系統與發信控制器之間進行間斷性握手，實現應用指揮系統對發信控制器的管理；發信控制器通過對加入網內的發射機進行管理，通過讀取sqlite或file中的記錄，獲知當前管理發射機數量和IP地址，并與當前連接活躍的發射機進行通信，報告當前發射機工作狀態到應用指揮系統。通過這種組網模式，只要發射機加入到發信控制器所在的網絡中，發射機無論在何地，都可以直接控制發射機，無需發射機和發信控制器在同一位置，大大保證了發信人員的安全[2]。

③收信端系統：該系統主要通過天線接收空中信號，接收機循環掃描頻率，實現鎖頻，并對接收的信號解調。

4系統測試

在模擬實戰測試中，將應用指揮系統部署于一臺服務器上，一臺發信控制器部署于距離指揮中心20 km外的發射陣地機房，該發信控制器同時與該部下轄的的5臺發射機進行網絡連接，5臺發射機各自對應不同的天線，進行如下試驗：

①應用指揮系統實時讀取發信控制器狀態以及每個發射機狀態，包含各個功放的電流、電壓大小，以及各個天調狀態和通信狀態，所讀取數據均符合設計要求；

②發信控制器通過本控方式控制不同發射機，控制發射1/4功率、1/2功率和全功率，進行等幅報、SSB和雙邊帶等的測試，接收端正常接收，并正常解調，應用指揮系統正常顯示發射機工作狀態和模式、工作時正向功率大小、反向功率大小等其他各個關鍵指標，在遇到頻率匹配不適時，產生發射機保護，均達到設計要求[3-6]；

③應用指揮系統通過設置遙控模式，使發信控制器處于被動接聽狀態，重復上述試驗，各項功能和指標均符合設計要求。

5結束語

通過對傳統短波發信系統的控制邏輯進行設計，增加響應硬件設備，對設備進行軟件編程，在發信控制器和接收控制器中增加以太網、E1、光纖等不同數據傳輸模塊，實現對傳統短波系統的改造。通過IP對短波網的改造，突破了傳統的發射系統受天氣、物理因素和電磁環境的影響；通過系統地擇優匹配，保證發信控制器自動或人工選擇最優發射機和最優發射頻率；通過監測在線發信控制器和發射機狀態，實現對所有發射系統中的物理設備全過程、全業務監測，及時發現網絡中故障設備，并精確定位故障所在，保證工作人員可以全面掌握整個短波網絡的工作情況，真正實現發射控制器之間、發射控制器和發射機之間的互相監聽、在線自動連接、故障自動報警和遠程在線控制切換，保證短波系統的全天候正常工作。

參考文獻

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