2017年第8期信息通信2017
(总第176 期）INFORMATION & COMMUNICATIONS (Sum. N o 176)天通一号数传终端在海洋浮标上的应用 李明光
(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄〇5〇081)
摘要：海洋浮标作为海洋数据观测站，能够完成自动、全天候地对海洋环境数据进行采集和传输，得到了广泛的应用。“天 通一号”是我国自主知识产权的卫星移动通信系统，具有使用灵活、终端功耗低、尺寸小，保密性强等优点，可满足海洋浮 标远离陆地时对于大量数据传输、数据保密性强的需求。文章在分析我国海洋浮标设备以及常用通信手段的基础上，设 计了 一款基于“天通一号”卫星移动通信系统的海洋浮标通信终端，并对终端实现方案和主要技术指标进行了分析。该 终端可以为我国海洋浮标通信提供一种高可靠的解决方案。 关键词：天通一号；海洋浮标；卫星通信；数传终端
中图分类号:TP274.4 文献标识码:A文章编号:1673-1131(2017)08-0024-03
〇引言
随着经济的发展，海上人类活动越来越频繁的同时，海洋 环境问题也日益凸显：除了受到海洋污染、海洋赤潮等多种海 洋环境灾害的影响外，我国沿海地区还受台风、海浪、风暴潮、海冰等多种动力现象形成的灾害影响，是世界上海洋灾害最 严重的国家之一[13]。
海洋浮标
海洋浮标能够广泛安装在各海域，自动完成对海洋数据 的采集、分析、存储和转发。海洋浮标设备与通信卫星、海洋 调查船、海洋探测设备等共同够成了我国海洋监测应用系统。“天通一号”是我国第一颗卫星移动通信系统，系统将于2017年上半年投入使用。系统具备短信、语音和数据通信功能，最 高数据速率可达384kbps，可以很好地解决海洋监测数据传输 问题，用户不仅可以获得海洋监测数据，而且可以对海洋浮标 进行状态监视和控制。本文设计一款基于天通一号数据传输 终端，可满足我国海洋数据传输需要。
1浮标常用通信体制介绍
我国海洋浮标常用通信方式主要包括卫星通信、地面 移动通信网络（3G、4G)、北斗短报文和卫星移动通信等。这几种通信方式各有优缺点，表1为海洋常用通信方式的 对比。
比如，火星探测机器人，具有履带式的运动机构，可以翻越多 种复杂地形，具备很强的越障能力，而且还有较高的防水、防 寒能力。当前，已经出现了智能化程度极高的机器人，比如军 用无人机系统，它具有多种传感器资源，可以感知温湿度信息、有毒气体、经纬度信息，而且还具有远程传输信息的
能力，即使是远在万里之外，也可以将获取的军事信息传回基地，另外，还具备智能分析和决策的能力。不难得知，机器人与物联网 具有天然的可融合性，可以尝试将机器人课程引入物联网专 业教学中，丰富物联网的教学环节。
3_1核心课程融合理实一体化。而机器人方向的课程在教学方面与物联网专业的教学是相一致的，甚至更加重视对学生动手能力的培养和训练, 因此，在教学融合方面，机器人课程引入物联网专业中是可行的。4结语
机器人与物联网作为当前和未来科学技术发展的一个方 向，将对我国国民经济的发展将起到积极作用，重视机器人和 物联网专业的开发、建设意义重大，特别是将机器人技术与物 联网专业联动开发，相互融合发展，其意义和作用将更加深远。参考文献:
物联网专业的核心课程包括高等数学、工程制图、数字电 路、模拟电路、C语言程序设计、自动控制原理、嵌入式系统、通 信原理、短距离通信技术、RFID原理、ZIGBEE技术和数据结 构等课程。机器人方向的课程包括机器人组成原理、图像处 理、信息融合理论、机器人控制模型、机器人技术基础、现代控 制理论。可以将机器人方向课程根据各学校实际情况进行选 取，引入到物联网专业的教学过程中，丰富物联网的专业教学 过程，从核心课程上体现机器人与物联网的融合。
3.2实验实训融合
在物联网实验实训中，主要包括电子技术实验、嵌入式实 验、C语言实训、ZIGBEE实训、RFID实验和短距离无线网络 实训。上述现有实验实训主要以电子通信专业和计算机专业 方向的实验实训为主，对学生的能力培养也以电子和计算机 两个方面为主。可以考虑增加机器人组装实训、机器人控制 实训和机器人设计实训，这三个实训是对前述实训的深化和 应用，并且便于提升学生的综合能力。
3.3教学融合
在教学方面，物联网专业的教学一直以来都提倡理实并重、[1]徐小龙，鲁蔚锋，杨庚.物联网专业人才培养策略研究[J].南
京邮电大学学报,2012,14(1): 119-124.
[2]沈苏彬，范曲立，宗平.物联网的体系结构与相关技术研究
[J].南京邮电大学学报,2009,29(6):1- 11.
[3]李阿丽，邹海林.网络工程专业实践教学环节建设[J].计算
机教育,2011,(23):69-72.
[4]王海龙，默源，白喜文.物联网工程专业课程体系构建研究
[J].内蒙古财经大学学报,2014，12(6):98-100.
[5]徐丽琴，马颖，刘筱燕，等.大学物理综合性实验教学效果的
调查与思考[J].实验科学与技术,2011,9(6):103-106.
[6]曹丽颖.物联网工程专业校企合作人才培养模式探索[J].
沈阳农业大学学报(社会科学版),2015(1):50-53.
基金项目：2016年江苏省高等学校大学生创新创业训练计划
项目（201613749002Y)
作者简介：马飞(1985-)，男，助教，山西太原人，硕士研究生，研
究方向：智能信息处理、RFID系统、智能交通系统、服务型移
动机器人控制。
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图2海洋浮标数据处理框图 3.3海洋浮标天通卫星移动通信模块设计浮标天通卫星通信模块包括天线和卫星通信模块两部分
组成，结构上进行一体化设计，上部分为卫星天线，下部分安卫星天线采用全向天线，实现S 移动和D B /GPS 天线功能。
卫星通信模块由射频前端处理单元、麵芯片、基带芯片、电源
表1海洋常用通信方式的对比
通倌方式
地面移动通偯北斗短报文卫星移动棊站覆盖范围
内
北斗卫星覆 盏范围
卫星覆盖范
围内使用成本低中保密性差中萵功耗
低
中中
地面移动和高频通信方式由于受到通信距离限制，主要
用在近海海域的数据通信。海洋浮标由于远离陆地，通常只 能采用卫星通信的方式。常用卫星通信系统包括海事卫星、 铱星和北斗短报文。这些卫星通信系统技术比较成熟，可以 在全球范围内(除南北极区外)为海洋浮标提供全时、稳定、可 靠的数据通信渠道。其中铱星系统段突发模块每次数据帧为 340字节，基于共享信道的标准IP 最高速率可达128kbps 。海 事卫星可以传输最大速率为492k b p s ，但对于卫星通信系统保 密性不能控制、设备和通信费用较髙。北斗卫星导航系统作 为我国自主研发的系统，安全性可以保证，但是北斗每次只能 传输77个字节内容，不能满足大数据量传输的需求。2 “天通一号"卫星移动通信系统介绍
“天通一号”是我国自主研发的首个卫星移动通信系统。 天通一号卫星是地球同步轨道卫星，在2016年8月份成功发 射。整个卫星通信系统于2017年上半年投入使用。可以为 我国领土范围及周边海域提供面短信、语音和数据通信手段，
填补我国移动卫星通信空白。
相对于国外移动卫星通信系统，具有以下特点：(1) 具备定位与通信双重功能：终端具备卫星移动通信和 北斗定位功能，可以为用户提供通信和位置服务；
(2) 可靠性强，使用安全。天通系统是我国自主知识产权
的卫星移动通信系统，使用不受国外势力所影响，适合相关部
门使用。
(3) 费用低。天通系统由中国电信负责运营，服务于国家
经济建设，费用明显低于国外卫星通信系统。(4) 可根据需求进行定制。天通系统从信关站到终端都是 国内自主研发，可以根据用户特殊需求进行终端产品定制。3基于天通系统的海洋浮标检测设计
3.1 “天通一号”卫星移动通信系统在海洋浮标上的应用大部分情况下海洋浮标距离陆地距离较远，卫星通信是 主要的数据传输方式。北斗卫星导航系统在通信方面具有自 主可控、通信实时性强等特点，目前已广泛地应用在浮标通信 上。但是北斗通信数据速率低，每段只可以传输120个汉字 的二进制数据。海洋浮标监测要素繁多，海上生态环境参数 主要有风速、风向、气温、气压、湿度等要素等10多类200多 种数据w 。北斗系统难以满足大数据量传输的需求。
天通系统浮标终端采用全向天线，数据速率可以到达 9.6kbps ，可以_实时双向_传输，把浮标监控数据进行上 传，也可以对浮标工作状态进行控制，有助于提供效率、节约 成本，是海洋浮标较好的解决方案。3.2海洋监测系统总体设计
基于天通系统的海洋浮标系统由海洋浮标、天通卫星、信 关站和数据处理系统组成，示意图如图1所示。
海洋浮标上装有多种要素传感器，各传感器产生的信号, 在数据测量模块进行整理，按照规定的传输协议打包后由天 通卫星模块经浮标天线定时发送给天通卫星。导航控制和驱
'r
历史数据
动装置可以控制浮标在预先设定的区域活动。电池组用于给 浮标终端提供电能•■结构壳体包括耐压壳体、气囊、锚块等装 置，为浮标内部设备提供保护。
天通卫M
数拋处理
系统
'：基
侑关姑
图1基于天通系统的浮标系统构成
浮标发射的信号经卫星转发后经过信关站'陕复原始数据, 送给数据处理系统进行分析和数据处理。海洋浮标数据处理 框图如图2所示。
装卫星通信模块。模块原理框图如图3所示:
J I M 天线
射频前端 处理取元
射频芯片
26M
晶振射频单元
电源处▼
理模块
USI 1V I k
S D 卡
I t
I t
基带
芯片
W
，
r
SDRAM
柑示灯
模块
驻带_丫i 元
卫M 通O 模块
图3天通卫星移动通信模块功能框图
尽移动
x 浅
海洋浮鉍检测系统
信息通信
李明光：天通一号数传终端在海洋浮标上的应用
f
f
i
参数杏询参数配
W
数据导出
数据杏询海面气压
叶绿東
海水盐度
海水溫度
海面濫度
海水流速
接P
芯片
浮标位置
起限报擗
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2017年第8期信息通信2017
(总第176 期）INFORMATION & COMMUNICATIONS (Sum. N o 176)
卫星通信中调制识别算法研究
周帆
(海军装备研究院，北京100161)
摘要：随着信息化技术的不断发展，卫星通信技术已经成为信息化中不可缺少的重要组成部分。文章主要对卫星通信中 调制识别算法进行介绍，并利用FISHER准则来实现调制识别，希望对卫星通信行业发展起到一定帮助。
关键词：卫星通信；调制识别；算法研究
中图分类号:TN927.2 文献标识码:A文章编号：1673-1131(2017)08-0026-02
在卫星通信行业中，对信号调制的方式有很多种，其中包 括：根据信号作图的识别算法、利用信号高阶积累量的信号识 别算法等。从I960年开始，我国对航天事业的投入越来越大，随着科学技术的不断进步，卫星通信逐渐成为信息通信时代 中重要方式之一。
1算法原理图
图1是本文论述的卫星通信中调制识别算法原理图，该 图主要有两部分组成，并通过虚线分割开来，以方面于下面的 计算和研究。其中上面部分代表着分类决策，该部分主要通 过在训练过成中得到的最佳判别式系数W和W。，来实现对信 号的预处理，并最终对信号进行调制识别计算。对于上面部 分来说，代表的是训练过程，在训练数据的演变过程中，首先 要经过小波变换，将原本的数据转变成不同形态的空间系数, 然后通计算，得出具体方差数值，突出其矢量特征，在此过程 中需要利用FISHER函数得到W和W。。
图1卫星通信中常用调制方式识别算法图
在原理图中可以看出，训练过程是整个研究计算过程中 最关键部分，该部分对数据处理准确程度直接影响到最终对 信号调制识别效果。因此，相关人员在进行实际研究过程中，一定要保证训练过程的准确性'
2提取特征矢量
2.1小波变换原理
小波变换原理主要作用就是对传统傅里叶分析方法进行
了有效补充。在传统傅里叶分析方法中，无法在时域和频域中
同时达到高分辨率效果，这对于卫星通信中调制识别算法研究 产生了不利影响。因此，人们经过长时间的研究和探讨，提出 了小波变换原理，利用加窗作用，实现了时域和频域同时进行 局部化分析，让时间窗和频率窗在可变条件下，对信号特征的 改变自动进行跟踪，适用于不稳定信号的分析和调制识别。
通过对小波变换原理长时间分析总结，其实现方式就是 利用一系列具有波动性的小波函数v MW，让其满足：
/(，)=^y v"(〇⑴J J x Z k
在该式中,d代表小波展开系数，j代表尺度因子，这种尺 度因子与上述伸缩特性有直接联系,k代表时移因子。
根据分析(1)式可以得到，小波变换的实质就是将、.*“胙
为研究基数，对于小波展开系数札来说，时移情况的数值大小 不同，小波尺度也会出现相应不同，这一点反应出了小波在分 解过程中的空间细节以及分解特征。也正是因为这些差异，才使得对信号调制方式识别成为可能，有利于卫星通讯行业 发展。
处理模块以及其他配套芯片组成。卫星通信设备从电池单元 得到电源，从数据测量控制系统得到需要
传输的数据并发送 给卫星，同时把接收到的指令和控制信息回传给信息采集控 制系统。
卫星模块对于数据接口可以采用RS232或者RS485。
模块的电压需求为5V，为了保证终端在电池供电情况下 能够长期工作，需要采用低功耗措施，在完成数据传输后进入 休眠模式，功放等外围电路电源关闭，处理器降低运行频率, 仅维持基本功能。
4结语
天通卫星移动通信系统是我国自主知识产权的卫星通信 系统，终端具有使用灵活、功耗低、保密性强等特点，为海洋监 测浮标应用提供了一个较好的解决方案。本文结合海洋浮标 和天通卫星移动通信的特点，设计了一套海洋浮标监控通信 系统，可以替代海事卫星、铱星等等国外产品，提供比北斗短报文更高的传输速率，应用到海洋监测平台中，有较高的使用
价值。
参考文献：
[1]国晓博，刘金灿，周红彬.分布式卫星系统数传调度研究[J].
无线电通信技术,2016,42W:29-32.
[2]康寿岭.海洋环境监测数据集成系统概论[J].气象水文仪
器，2004(1): 1-10.
[3]王世明，李晴.基于北斗卫星导航系统的海洋监测浮标通
信系统设计与应用.全球定位系统，2016⑷:102-105.
[4]刘宇，邹光南，王兆俊，等.卫星短报文通信系统研究[J].无
线电工程,2014,44(10): 12-14.
作者简介：李明光男，（1975-)，河北饶阳人，硕士研究生，高级
工程师，主要研究方向：卫星移动通信。
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