基于Linux 的導航通信多源混合數據處理系統

張曉輝 南京六九零二科技有限公司

關鍵字：Linux 船舶航行 通信技術 多源混合數據

1 研究內容及意義

隨著信息時代的到來以及我國海上通信的需求，除了對數據傳輸的實時性，可靠性，高速性和保密性的要求外，數據類型的多樣性也逐漸引起人們的關注。中長距離無線通信通常使用短波通信作為通信手段。但是，短波通信目前主要傳輸語音信號，即IE 模擬信號，無法滿足數字通信發展的需要。語音信號的傳輸不僅浪費帶寬，而且數據類型的唯一性不能滿足許多實際應用的需求。當前，通過收集各種類型的傳感器的信息來實現船舶的各種運行狀態監視。船舶各種系統和設備的操作參數具有額定的工作范圍，當設備參數超過額定工作范圍時，會損壞船舶的操作設備，嚴重導致設備報廢，甚至可能會影響整船的安全。因此，有必要隨時監控設備的工作參數，并及時報警，以免發生故障和事故。在諸如海洋漁業通信調度，軍事通信之類的通信環境中，通常有必要同時傳輸多個數據源，例如語音，圖片和文檔，并且盡管當前的衛星通信可以傳輸各種類型的數據并且不受距離的限制，但是它們的高價格和高度復雜的操作不能在民用領域中廣泛使用。為了滿足這一需求，使用嵌入式Linux 硬件和軟件平臺以及數據混合通信技術來集成基帶數據鏈路，以便將多種類型的數據（如語音，圖片和文檔）混合到標準數據流中，它適合在窄帶中以較高的速率傳輸。從而實現對多種類型數據的有效管理。

2 導航通信多源混合數據處理的優化

2.1 干擾優化

系統中的干擾主要是由大量同時發生的干擾引起的，它由小間隔中的干擾組成，可以直接采用OFDM 技術有效解決。其主要原理是通過將多個低速子載波替換為高速數據流，將符號周期擴展到一定倍數，以減少符號之間的干擾。為了達到更高的抗干擾要求，只需在符號之間添加大于信號延遲擴展的保護間隔，基本上可以消除干擾。

2.1 覆蓋優化

覆蓋范圍是優化過程中最重要的部分。在LTE 網絡優化過程中，主要存在覆蓋弱，覆蓋范圍大，覆蓋范圍重疊等問題。對于此問題，可通過DT（路測）或CQT（通話）進行無線網絡優化。如果得出弱覆蓋的結論，則應首先檢查基站附近是否有建筑物或樹木障礙。如果沒有阻塞，并且問題區域附近有基站，檢查是否存在設備故障或警報。如果通過DT 或CQT 發現某個區的信號汲取網絡距離較遠，則超出了其他區的覆蓋范圍并占據了主導信號，則可以判斷存在覆蓋過度的現象。為了解決這種問題，首先要檢查是否存在基站站點建設過多的問題。如果確認此問題，應降低其傳輸功率，以減少其對其他社區的影響，或通過移動站點來解決問題。其次，如果天線參數設置不合理，可以通過增大下傾角或更換電子天線來控制不合理的傾角。調整完成后，有必要進行同步測試，以免造成較弱的覆蓋范圍或覆蓋孔。

2.3 實時監控優化

船上需要實時監控的機艙設備將配備各種傳感器，或者為傳感器保留接口，這些傳感器將監視操作參數，并在出現異常時及時發出警告。海上運輸，軍事行動和船舶救援都離不開語音信息。盡管可以在任何地方撥打衛星電話，但它們必須負擔昂貴的費用。因此，大多數船舶仍將無線電用作船舶的語音通信手段?？梢栽O想，在發送遇險呼叫信息的同時發送遇險船舶位置圖將大大提高救援效率，并提供寶貴的時間贏得救援。由于溫度和濕度的監視是船上最常用的監視參數，使用DTH11 溫濕度傳感器來模擬船上傳感器數據的采集。通過UDA1341芯片實現語音的采集和廣播，以模擬船舶對語音信息的需求。高性能空間一體化網絡監控系統技術有利于城市群化和城市化中的空間信息應用服務演示以及空間信息應用演示關鍵領域的服務和緊急響應。

3 導航通信多源混合數據處理系統核心技術

3.1 云計算和云存儲技術

基于云計算和云存儲技術，突破實時觀測數據和精確定位的安全管理以及海量參考站的增強信息分發處理技術。開展基于云平臺的精確定位信息安全與績效分類服務關鍵技術研究；與多衛星系統，全球覆蓋的地面參考站和地面通信網絡相結合，為大眾用戶開發用于協調精確定位的關鍵組件，并為協調精確定位服務開發自主和可控的平臺，并進行應用演示。

3.2 導航信號與數據的傳輸

射頻接收通道將輸入的射頻信號（中心頻率范圍2.0~2.1ghz，帶寬20mhz）送入數字處理模塊進行信號處理后，進行濾波、放大，并轉換為中頻70mhz。采用單頻轉換方案，射頻傳輸通道將下行中頻20MHz 信號轉換為射頻信號（中心頻率范圍：2.2~2.3GHz，帶寬：20MHz），并進行濾波和功率放大。為了減小系統的色散，采用雙變頻方案，數字信號處理部分采用SPATAN6 系列XC6SLX45 現場可編程門陣列，具有強大的信號處理模塊，如FFT、FIR、乘法器等?？煽啃钥刂浦饕瓿上到y單粒子監測、電源監測等可靠性事件和外圍接口管理。該系統主要為導航、控制和通信模塊提供能量和電源保護，并提供斷電控制，完成導航信號的采集、跟蹤、數據解調和觀測數據的生成，對整個導航數據處理。軟件架構設計導航通信軟件是整個系統的靈魂，運行在M2S150 內部的ARM Cortex M3 內核中。

3.3 空間信息系統與智能設施管理

人機混合三維世界中全尺寸空間信息的獲取，處理和分析中的關鍵科學技術問題，并探索多維協作表達和時空基準等理論方法，全面的空間數據模型和設施信息的標準化模型，處理前沿核心技術，例如多尺度，多模式數據的規范化，多維數據分析模型和模型的耦合以及符號表達全空間信息的可視化，并開發具有獨創性的世界領先的全空間信息系統的原型。

3.4 雷達導航通信

最大限度地利用頻譜。有限的頻譜資源需要合理配置，雷達與通信系統之間存在“競爭”。綜合波形設計后，雷達信號的寬頻帶可以提供通信數據的傳輸速率。雷達和通信共用天線，但工作在分時基礎上。這樣，就不需要研究新的集成波形，實現起來相對簡單。將相控陣雷達分成不同的區域，同時形成不同的波束，實現雷達和通信功能。雖然這可以同時實現，但它將明顯減少能量的分布，從而降低雷達的探測能力和通信距離。使用雷達信號進行通信，或使用通信信號進行雷達探測。例如，雷達波束檢測不希望在一個方向上“停留太久”，但存在通信內容此時可能無法發送等問題。因此，雷達探測與通信綜合信號波形設計是關鍵技術。

4 結論

研究基于導航通信多源混合數據處理系統以及信息的實時采集和協調的觀測與應用系統的整體技術，建立區域空間應急信息鏈，收集和分析空間應急信息，支持應急決策，并制定用于區域應急的空間信息服務規范。建立網絡遠程應急監測服務運行的標準和技術規范的完整體系，緊急情況的覆蓋頻率和響應時間將優于兩個小時。協同觀測至少包括衛星遙感，低空遙感和地面移動終端三類監測方法，并實現移動信息的獲取。為了完成應急服務演示系統的開發，該系統具有應急響應命令，信息獲取，資源計劃和部署，調度，應急信息獲取和管理,滿足應用程序部門的功能和性能的需求。