轻小型无辅助星载北斗短报文通信机应用及工程实现研究

针对当前星载北斗短报文通信机体积大、需要辅助捕获的问题及高可靠性的需求,本文提出了一种基于AD9361结合FPGA,并通过主备冷备份、热备双通道完成北斗短报通信机的设计,利用反熔丝FPGA充当SRAM型FPGA、AD9361的监控刷新提高系统可靠性,采用码、载波双并行搜索的快速捕获策略,解决了航天产品由于单点导致可靠性下降及高灵敏度大多普勒下的快速捕获难题,从而有效提高了通信机运行的稳健性。研究成果可为相关应用与研究提供参考。

基于北斗短报文通信和组合模型算法的信标机设计

针对传统信标机落地后回收效率低、功率损耗大的问题,研制了一种可指示落点位置的新型信标机。在硬件部分,该信标机选用低功耗单片机STM32L431控制GPS定位模块和北斗短报文模块,并对供电电路实时采集。在软件部分,采用组合模型算法预测下一时刻的位置信息,并增加了“休眠工作”模式,实现与“正常工作”模式的循环切换。实验结果表明,组合预测结果和实地结果在经度、纬度和高度方向上的差值均在±25 m内,即落点搜寻工作可在以组合预测落点坐标为中心,维度为25 m×25 m×3 m的空间体内开展,提高了回收效率;双模切换的工作方式将能量损耗降低至传统信标机的64.7%,续航时间延长了11.16 h,具有较高的应用价值。

基于5G通信与北斗短报文的近海小型浮标通信系统设计方法

针对近海小型浮标仅采用单模方式与岸基进行通信的问题,提出一种北斗短报文与5G通信相结合的近海小型浮标通信系统设计方法。搭建浮标与岸基指挥所的通信链路,实现岸基指挥所与浮标之间的远程信息交互功能,其中浮标采集的水文气象等信息通过当前锚定区域的最优通信链路上传至岸基指挥所,岸基指挥所远程控制浮标完成相应任务。实验室模拟结果表明:在5G通信与北斗三号全球卫星导航系统技术支持下,本系统能够增强小型浮标在恶劣海况下的鲁棒性、提升数据传输的安全性以及提高通信质量。

“北斗”短报文通信现状与发展

“北斗”短报文通信是中国导航卫星的一项特色能力。“北斗”短报文具有区域短报文和全球短报文两种服务模式,为用户提供包括单向位置报告、应急搜救和端到端双向报文通信业务。目前,“北斗”短报文已得到广泛应用,而且随着应用技术不断开发、应用需求的持续拓展,未来“北斗”短报文应用领域将具有深远的应用前景,能大幅度提高社会经济效益。

基于北斗短报文的便携式应急通信终端设计与实现

该文针对应急通信的特殊需求,开展基于北斗短报文通信的便携式应急通信终端的研究与设计。针对应急通信的应用特点,确定应急通信终端的功能需求。整体方案主要由北斗射频基带组件和AR M微处理控制器构成,重点对系统的供电电源、人机交互、蓝牙连接等部分进行设计,并实现智能终端的信息交互。

北斗短报文发展与应用

全面梳理了北斗短报文的发展历程、通信原理和特征,分析了北斗短报文的应用场景及在各行业的应用,探讨北斗短报文发展面临的机遇和挑战,并对未来的发展进行了展望,为北斗短报文的发展研究提供参考。

基于北斗三号短报文的共视数据压缩传输方法

共视时间比对通过交换两地共视数据完成远距离高精度的时间比对。针对无地面通信网地区,本文提出了一种基于北斗短报文的共视数据压缩传输方法,该方法通过将共视数据进行压缩,利用北斗的短报文功能对压缩后的共视数据进行实时传输,在无地面通信网的地区进行了共视时间比对试验。试验结果表明,本文设计的共视数据压缩方法具有较好的压缩效果,可以通过北斗短报文实现无地面通信网的情况下的实时共视时间比对。

基于北斗短报文的低功耗定位系统的设计

为解决传统定位系统功率损耗大,无法在脱机状态下长时间工作的问题,设计了一款基于硬件低功耗和软件“正常工作-休眠工作”双模式循环的定位系统。在硬件部分,该系统选用低功耗单片机STM32L431控制GPS定位模块CNS35和北斗短报文模块TM0558,并对供电电路实时采集。在软件部分,加入了“休眠工作”模式,实现与“正常工作”模式的循环切换。结果表明:该低功耗定位系统可实现定位误差低于2.5 m、通信成功率≥85%、双SIM卡切换等基本功能;且在单次循环为4 min的前提下,“正常工作2 min-休眠工作2 min”的工作方式将能量损耗降低至“正常工作4 min”方式的64.7%,续航时间延长了11.16 h。

基于北斗三号区域短报文通信的滑坡灾害监测数据传输方案设计

稳定的有线/无线通信链路是北斗/GNSS-RTK技术应用于滑坡灾害监测的必要条件,当监测区域地面通信基础设施缺失或突发险情引起通信链路中断时,滑坡监测工作难以开展。针对于此,研究并分析了北斗三号区域短报文通信(regional short message communication,RSMC)技术应用于滑坡灾害监测的可行性。首先设计了一种基于北斗三号RSMC的GNSS观测数据编码方法,在此基础上分析了基准站与流动站观测数据的不同传输方案对滑坡灾害监测的影响。最后对其中两种可行性较高方案的通信指标与定位效果进行了评估,结果表明,基准站采用4G、监测站采用北斗三号RSMC的第一种传输方案,平均解算时延优于1.1 s,传输成功率可达98.46%,实时监测序列精度在水平方向优于1cm,高程方向可达厘米级水平。该方案保持了监测序列的高频率高精度实时获取,同时提升了地面通信受限时监测信息的可用性。

北斗短报文可靠性传输机制在人防中的应用

受限于环境、通信频度和通信容量等因素,基于北斗的人防警报控制系统存在数据发送延迟高、排队较长和丢包等问题,无法保证警报控制的实时性和可靠性。为此,提出了一种实现北斗三号短报文可靠传输的方法。在北斗人防通信协议中增加“丢包率控制”字段,减少发送图片/语音等长数据时不必要的丢包重传次数,减少传输时间;在此基础上,利用北斗三号指挥型用户机阵列实现轮询发送人防统控通信数据,有效解决北斗通信频度的限制因素,提高人防系统数据传输的通信效率。通过采用差异化可靠通信机制,在不影响用户体验的条件下,极大地提高了消息的实时性和可靠性。对比实验结果表明,该方法可以有效提升人防统控系统的可靠性和传输效率。

基于北斗短报文通信的无人机安控系统

针对某大型无人机现有安控系统的不足,利用北斗短报文通信技术研制了地面北斗便携站和机载BD安控器,实现了北斗短报文指令被动安控功能和安控区域自判断主动安控功能;采用独立的单片机板卡作为笔记本电脑故障的应急备份,实现了一键发送安控指令功能,提高了指令发送的可靠性;采用多个地面北斗便携站同时工作的方式可有效提高短报文指令发送频度。经实际使用验证,其工作正常,运行可靠。验证结果表明,该无人机安控系统设计合理可行,可推广应用于其他无人机安控系统。

基于北斗短报文的智能电表数据通信方法研究

针对偏远地区电表数据采集稳定性较差的问题,提出一种基于北斗短报文通信的智能电表数据传输策略设计方案。该方案利用STM32F767微处理器和电流电压传感器来构建智能电表,采用NRF24L01模块与主站通信,且在此基础上进行系统化的硬件电路及软件设计。将电表的电力数据拆包后以北斗协议进行封装,使用北斗通信接口作为通信中介,由主站端接收北斗短报文,并对数据进行分析及重组。同时为了保证抄表的成功率,还设计了补包操作。实验测试结果表明,所提方法的抄表成功率为95%,能够保证远程数据采集与传输的可靠性。

基于北斗短报文的电力通信信息压缩传输方法研究

由于传统电力信息专线通道的传输效率较低,无法满足配电网实时调度管理需求,提出基于北斗短报文的电力通信信息压缩传输方法研究。通过压缩电力通信信息提升传输效率,基于北斗短报文传输压缩信息,确保电力信息的安全性与完整性。实验结果表明:本文所提方法传输电力通信信息的传输时延为2.96s、丢包率为17.7%,验证此方法传输效率较高、传输效果较好。

基于北斗短报文通信的偏远海岛配网自动化建设新模式

为了解决偏远海岛配网盲调问题,减少故障停电次数、停电范围,缩短故障抢修时间、停电时间,针对偏远小岛、偏僻地段等交通不便利或紧急情况下无法遥控隔离故障等难题,文章提出一种基于北斗短报文通信的偏远海岛配网自动化建设新模式,以舟山偏远海岛配网自动化建设为例,架空线整线部署基于北斗短报文通信的一、二次融合开关,将“三遥”信息接入新一代配电自动化主站系统,实现偏远海岛配网设备全天候监测和控制,加快故障线路研判、隔离。

基于北斗短报文的海洋剖面浮标通信系统探究

为进一步探究海洋浮标通信质量的提升路径,解决海洋剖面浮标通信速率低与数据传输可靠性不足等问题。文章以北斗卫星通信为基础,整合TCP通信协议与数据压缩算法,对基于北斗短报文的海洋剖面浮标通信系统进行优化设计。实验测试结果显示,系统具有较高的通信效率和数据压缩能力,且在干扰状态下仍具有较高性能,因此其具有良好的应用价值。

基于北斗短报文的农业环境数据采集通信机制研究

为实现偏远地区等通信盲区的农业环境数据采集,提出一种基于北斗短报文通信、物联网、云存储等技术的农业环境数据采集方式。针对北斗短报文通信容量有限的局限性,对农业环境数据进行编码设计,提高数据传输效率;针对北斗短报文通信不可靠的不足,自定义系统通信协议,分别在发送端提出基于概率判断的请求确认机制和在接收端提出动态累积确认机制。通过仿真实验,验证了该通信机制可以有效保证数据的可靠传输。通过在湖北长阳县实地试验,结果表明,在发送端通信成功率随环境变化情况下,数据传输的成功率达到99%以上,且系统运行稳定,能提供可靠的农业环境数据采集服务。

基于北斗短报文通信和落点预测方法的信标机设计

针对飞行器在飞行试验后回收效率低的问题,设计一种指示飞行器落点坐标的信标机。该型信标机由定位模块、短报文发送模块、电源模块、信息处理模块等组成。其可在下落过程中不断获取实时定位信息,通过数学方法计算预测落点的坐标;再利用北斗系统的短报文通信功能将预测的落点坐标发送回地面,落地后如果信标机能正常工作,则会按照一定频度持续发送实时落点信息。依照上述理论制作信标机并通过多次模拟实验进行验证。结果表明:获取到的预测坐标与实际落点坐标在经、纬度方向上的误差在±20 m以内,海拔高度方向上的误差在±5 m以内,搜索人员可以很快地找到目标设备,提高回收效率。

一种北斗三号短报文终端的快速捕获算法

北斗三号全球短报文通信系统可以满足全球、全天候、长远距离、高动态的使用需求。针对北斗三号短报文终端产品高动态使用环境的需求,文中提出一种快速的捕获跟踪算法,采用并行相关+FFT的传统架构,通过大量的仿真数据验证不同的并行路数和FFT点数下的捕获性能,最终实现12 km/s使用条件下的快速捕获。

面向电力业务多协议融合的北斗三号短报文传输技术研究

我国电网自动化监测和调度系统的信息传输方式在无地面网络覆盖条件下有进一步提升的空间,本文研究了电力业务数据规约和北斗三号短报文通信协议,将多种电力业务协议数据融入北斗三号短报文通信;设计了基于北斗三号短报文的电网自动化调度卫星通信系统,能够保障在灾难、事故等恶劣通信情况下的电网关键信息的有效和可靠传输;最后给出了终端和系统切实可行的实现方法,并进行了正确性和可行性的验证。

北斗三号全球导航卫星系统服务性能评估:定位导航授时、星基增强、精密单点定位、短报文通信与国际搜救

本文给出了北斗三号全球导航卫星系统定位导航授时、星基增强、精密单点定位、区域短报文通信、全球短报文通信和国际搜救共6类服务的测试评估方法,并利用实测数据对各类服务的核心指标进行了评估。结果表明,定位导航授时服务方面,空间信号测距误差0.23 m(RMS),空间信号可用性99.44%,空间信号连续性99.99%,PDOP可用性100%,B1C信号全球定位精度水平方向1.31 m、垂直方向2.13 m(95%),B1C信号全球定位可用性99.93%,B1C信号授时精度14.7 ns(95%);星基增强服务方面,定位精度水平方向1.03 m、垂直方向2.60 m(95%)、具有垂直引导能力的一类进近(APV-I)可用性100%;精密单点定位服务方面,定位精度水平方向0.17 m(95%)、垂直方向0.22 m(95%)、平均收敛时间9 min;区域短报文通信服务成功率99.6%,服务容量1530万次/h(上行)、935万次/h(下行);全球短报文通信服务成功率96.46%,服务容量40万次/h(上行)、21万次/h(下行);国际搜救服务方面,搜救信号接收成功率98.3%(发射功率37 dBm)。