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利用VSAT网络实现GPS差分数据传输

2/14/2005来源:卫星通信人气:8666

武军郦
  摘要:主要讨论了GPS差分基准站与数据中心之间差分信息的传输。介绍了GPS差分网络系统的组成和VSAT卫星通信情况与优势,利用网络技术,以VSAT系统为实例研究了基准与数据中心之间的实时信息传输,同时通过软件开发完成了数据中心利用VSAT网络对差分基准站的监控。

  关键词:VSAT网络,GPS差分,数据传输、卫星通信,TCP/ip

  1 引言

  卫星通信作为一种重要的通信手段,过去主要用于电话通信、广播和电视等领域。到了八十年代中期,VSAT卫星通信系统问世,卫星通信进入了一个突破性的发展阶段。VSAT是集通信、电子、计算机技术于一体的固态化、智能化的小型无人值守地球站。VSAT技术的发展,为大量的数据、话音、图像和其他综合业务服务,较好地满足了现代通信发展的需要,已成为现代卫星通信的一个重要分支,是21世纪初卫星通信三大重要发展方向(VSAT,移动卫星通信、直播卫星)之一。VSAT系统组网和建站十分方便,可以为用户提供高性能、低成本和建站十分方便,可以为用户提供高性能、低成本和业务量灵活配置的服务,独立性相对较强,用户享有对网络的控制权。

  目前采用VSAT构建的通信网络,主要采用TCP/IP协议来完成用户交办的工作。如中国地壳运动观测网络建设的GPS基准站数据传输网络就是采用了VSAT设备,对现有的VSAT网络资源进行开发、利用、发展差分传输系统,便是本文介绍的主要内容。

  2 GPS差分网络系统

  GPS差分网络系统的基本任务是建成一个由若干连续运行的GPS站组成的参考站网,实时获取参考站带有时间标记的观测数据及差分改正信道,通过数据通信网络将这些信息按一定的格式提供给用户,与用户的GPS观测数据联合解算或施加改正,得到带有时间标记的用户空间位置。根据传送信息的精度及应用不同,GPS差分网络系统可以满足不同种类用户的不同要求。这种服务涵盖了从实时导航定位到快速高精度定位等方面,从而为城市规划、国土管理、地籍管理、基础测绘、工程建设、环境监测、防震减灾、交通管理等各种社会信息化管理需求提供强有力的支撑条件。

  一般情况下,GPS差分网络系统可由四个子系统构成。

  2.1 GPS差分基准站系统

  GPS差分基准站是连续运行的GPS站,是提供GPS原始观测数据、差分改正信息的数据源,该系统将实时地向数据管理中心系统发送GPS差分信息和数据,同时接收来自数据管理中心系统发送GPS差分信息和数据,同时接收来自数据管理中心的指令,对该系统进行配置更改、系统查询、工作状况反馈等。

  2.2 数据管理中心系统

  数据管理中心主要获取来自差分基准站系统的数据流,通过分析、综合、根据不同用户需求分解出适合不同需求的不同等级的差分信息流。该系统必须实时监听来自差分基准站系统的请求,获取有效数据,同时具备判断、分析功能,对差分基准站系统进行测试、恢复和查询等。

  2.3 数据通信系统

  数据通信系统主要实现差分基准站与差分数据管理中心之间的数据传输,具有较高的数据传输速率,不掉线。该系统是整个GPS差分网络系统的重要环节,数据通信的好坏将决定整个系统运行质量的好坏。

  2.4 网络服务系统

  网络服务系统是面向广大用户构建的差分网络服务系统,用户可通过Internet方式进入网络服务系统,获取实时的差分信息,用于导航、定位和旅游指南等。

  GPS差分网络系统形成后,可以更有效、更快、更安全可靠的向广大用户提供多种差分信息,满足城市测绘管理、城市规划、地籍管理、智能化交通、车辆自主导航、紧急救护,安全保障、监控报警、大坝监测、精细农业、林业资源监测、环境监测、防灾减灾等要求,同时可以提供精确授时、个人通信、旅游等多项服务内容。

  3 VSAT网络通信

  目前由VSAT构建的网络主要依赖TCP/IP的协议组来管理滚动在网络上的各种信息,TCP/IP协议组是一个互补和合作的协议集合。

  VSAT(Very Small Aperture Terminal)是指直接设在使用地点并可直接联接用户设备的小型卫星通信地球站。VSAT站是现代卫星通信技术与计算机技术相结合的小型化智能地球站。VSAT卫星通信网的主要特点:(1)组网比较灵活,可以根据需要组合成各种拓扑结构的业务网络,以满足不同需求。(2)能满足话音、数据、图像、传真等多种业务的传输。(3)具有多种卫星信道分配方式,如DAMA、PAMA和动态分配方式。(4)设备趋于模块化、易于扩容、组合。(5)为用户提供多种通信规程和接口,可满足用户现有设备以及扩容网络新增设备的联网。(6)网络管理和控制功能软件化,功能不断增强。(7)投资少、见效快。

  VSAT卫星通信网的网络结构有星形、网状或者星形/网状混合三种。星形网由一个主站和若干个VSAT小站组成,主站可与任一小站直接通信,各个VSAT站之间必须通过主站转接才能互相通信,此种网主要用于数据传输;网状网中各站无主次之分,任意两个VSAT站都能直接互相通信,此种网主要用于话音传输。一个网内可有数十、数百甚至数千个VSAT站。中国地壳运动观测网络工程基准站数据传输VSAT网络采用星形结构,25个基准站与监控中心单一联系,基准站之间不能相互传输数据,这样便于监控中心对基准站的监视和控制。

  4 VSAT网络数据传输

  网络通信通常使用三种不同的串行方式进行通信,即单工、半双工和全双工通信。对于单工通信,数据只能在一个方向上串行传输;半双工通信时,数据可以在两个方向上传输,但同一时间只能在一个方向上传输。VSAT网络通信协议即TCP/IP的连接是全双工的,即数据可同时在两个方向流动,这样基准站数据流可实时“流向”监控中心,同时可获得来自监控中心的“命令”。

  为了确保数据可靠和按字节流顺序传送,TCP必须发送和接收确认信息。为了完成这些工作,TCP必须能够确认传输数据,同时VSAT网络必须使TCP连接的接收端口和发送端同步。我们可以采用TCP/IP网络的API,即套接字接口,套接字接口定义了许多函数,可以使用这些函数来开发TCP/IP的应用。

  实际开发应用中,对TCP/IP协议的两个端口分别进行设计。监控中心是VSAT网络的核心,它接收来自所有网络站点的数据,同时可以根据需要对各个基准站发送指令。

  监控中心的设计要考虑的关键技术包括:不同基准站数据流的判断和接收、分流;实时进行VSAT网络端口监听;发送命令码的编码等。

  5 试验系统开发

  根据上述网络流程设计,日前已在北京完成了该系统的试验开发,主要试验系统设备如下:

  GPS接收机:ASHTECH Z-CGRS

  计算机:DELL-XPS500

  数传网络:100M局域网

  网卡型号:3COM、XIRCOM

……

  试验系统软件采用DELPHI程序语言设计、开发,可实现对接收机的监控设置和VSAT网络的数传,经改造升级后的VSAT差分站具有以下功能:

  a:1秒采用间隔接收GPS信号

  b:1秒采用采样产生Rtcm104格式的伪距改正

  c:实现GPS数据分流

  d:存储30秒采用间隔的原始观测数据(R文件)

  e:通过VSAT卫星通信数据链路实时传输RTCM数据

  f:实现监控中心远程控制

  g:参考站可视化显示操作

  采用VSAT网络进行GPS差分数据传输,可以满足“实时”的要求,同时这种网络系统链路基本不存在“掉线”,传输速率高,对差分用户定位可实时获得精确的位置。

摘自《全球定位系统》2002.3