徐明明

（河北省承德水文水资源勘测局，河北承德，067000）

水文测报数据传输中的北斗卫星通信技术探讨

徐明明

（河北省承德水文水资源勘测局，河北承德，067000）

水文测报在防旱抗涝工作、水利工程建设和管理提供中起着很大的作用，提供数据的准确性和人们的切身利益联系非常紧密。为了更加了解北斗卫星的通信技术，本文首先介绍了北斗卫星通信系统和工作方式，探讨北斗卫星通信技术在水文监测站中应用的情况，最后讨论北斗卫星通信技术在水文测报数据传输中的具体应用。本文的探讨表明北斗卫星通信技术在水文测报工作中的应用前景会更加光明。

水文测报；北斗卫星系统；数据运输

引言

水文测报站为我国提供防旱防涝预报、水利工程建设、抗洪抢险管理等重要数据，与人们的切身利益息息相关，对数据的完整性和准确性有着严格的要求。此外，它涵盖面积广阔，需要很多的人力和物力，随着科技和航天事业的发展，水文监测站工作越来越自动化、智能化。

水文站在我国各地的分布比较广泛，为确保水文站正常工作，每年都要投入大量的人力和财力。在没有应用北斗卫星通讯技术之前，水文站的测量和管理工作存在着诸多问题，比如测量数据的周期过长，导致数据长时间不更新，监测的数据准确度不高，或者测量过程中存在的问题不能及时被发现等，都会对水文测报工作带来阻碍。

本文探讨了北斗卫星通讯技术投入使用后，水文监测站的工作情况［1］。

1 北斗卫星系统介绍

北斗卫星系统主要由三部分组成，分别是空间卫星、用户终端以及地面站。空间卫星指的是地球同步卫星，一个系统中有两颗或者三颗，空间同步卫星主要起着连接用户终端和发射站的作用，卫星上主要安装了波束天线和变频转发仪，其中起重要作用的是波束天线，由于所有的卫星都是地球同步卫星，所以覆盖的面积较大，光束天线起到的连接作用也就较强。用户终端又叫定位终端或移动终端，分为普通型和指挥型两种类型，所起的作用是对卫星和终端之间的数据进行在整理和分析，还可以接受用户的请求以及发送用户的信息数据等。用户终端主要由四部分构成，分别是用户操作的控制单元、通信协议、卫星的收发机和收发天线。

地面站其实是一个中转站，北斗卫星通信技术的实质是在地面的用户终端进行相互通信，其总部设置在北京。地面站的作用比较大，不仅可以对运输的数据进行处理，还可以回应用户之间的各种事务，确认多方的通知等。地面站是北斗卫星系统中和用户之间联系最紧密的设施，所起作用非常大。整个北斗卫星系统的组成结构如图1所示。

图1　北斗卫星系统设备组成图

2 北斗卫星通信工作方式

北斗卫星的主要工作方式是利用地面站的转站便利，建立起空中同步卫星和用户终端之间的数据传输。数据传输采用数据包的形式，这种运输采用的是点对点的固定数据运输。

测站终端发送的是频率为L的波段，这些波段被同步卫星接受，经过处理转变成频率为C的波段再传输给地面站，此时完成了一次单项的数据运输；地面站接收频率为C的波长之后，将波长进行处理之后再次发送给同步卫星；之后，由同步卫星进行波长的处理，将C波长转化成S波长；最后，再将S波长发送给指挥终端或者测站的终端，此时北斗卫星通信才完整地完成了一次点对点之间的数据运输。

指挥终端和测站的终端有一个区别，那就是指挥终端可以锁定多种波束，而测站的终端只能锁定一个波束。与此相应，信息的发送也是一样的情况，测站的终端只能对一个波束发送信息码，而指挥终端就可以对多个波束进行信息的发送。除此之外，为了提高系统的运行效率，在广播回执的方面还采取另一种工作的方式，那就是建立一个用户群，之后将主站的终端号码设置在其他终端的映射范围里，这样主站发送一个信息，群里所有的用户都可以收到相同波束的信息，减少终端站之间的传输频率［2］。

3 水文测报站具体应用

3.1北斗卫星系统应用现状

水文测报技术也是不断在变化的，尤其近几年，借助科技的进步，水文测报技术的发展变得更加迅速。卫星通信自从改革开放以来，就受到人们的极大关注。目前我国的卫星通信应用的有两种，一种是本文详细介绍的北斗卫星系统，还有一种是海事卫星系统。

在通信的时效上来说，海事卫星通信系统多进行一次完整的信息运输最少需要三分钟，这对于数据的运输来说属于比较缓慢的，但是北斗卫星通信系统进行一次完整的信息传播只需要3秒左右，最多不超过5秒，两者的通信时效在这个层面上的差别还是较大的。同时，在通信通道上进行比较，按照10分钟所传播的数据相比，由于海事卫星通信所采取的是TDMA，所以最多只能传输700多个数据包，但是北斗卫星通信系统扩大了信令和信道，因此可以传输1400多个数据包，相当于海事卫星系统的两倍。除此之外，在外界数据都相同的条件下，北斗卫星通信系统要比海事卫星通信系统在单位时间内传递的信息长度要大得多。所以综合来说，北斗卫星的通信系统在水文测报中的使用率比较高，我国目前800多家的水文测报都选用了北斗卫星的通信技术及系统。

3.2工作原理

水情是每年水文测报工作中比较重要的一项工作，数据的准确与及时关系着水位的防汛防旱工作的开展，和人们的生命和生活有着很大的联系。北斗卫星通信技术在水情的自动测报中的应用比较熟练，整个测报系统主要由地面的中心站、网管中心、接受水情数据的中心站、以及雨量的遥测站构成，如图2所示。其中遥测站比较重要，核心是具有采集水情信息功能的遥测终端，除此之外还需有传感器、电源等设备，系统才能正常开展工作［3］。

图2　工作原理图

水情的测报站中，主通信道是北斗卫星的通信，其中遥测站高达145个，属于一个复杂而庞大的水情测报系统，能保证监测到各个区域的水情，相当于一个全视图，可以全方位保证及时接收水情的数据并进行反馈。不仅如此，还有一个特点是自动化的程度较高，不需要过多的人工操作，保证了系统工作的准确性，还能够提高整个系统的效率。那些需要人工操作的设备，技术要求都不是很高［4］。整个系统采取的体制是定时召测，同行还具有定时自报和增量加倍的功能。而且，借助北斗卫星通信系统具有功率效率高的特点，设备接收的方式为一发多收，换言之，监测出水情出现问题的时候，可以在主站上发出相应的数据信息，所有相关联的客户端都可以接受到此信息，从而及时采取相应的解决措施，来保证人们生活工作的安全，也不会因为水情的原因，给林业、牧业、种植业带来损害［5］。一发多收的设置还属于双向通道，不仅主站可以向其他的分站发送信息，分站也能够向总站汇总数据，在数据真实的情况下，保证数据的及时统计和分析，提高整个系统的效率，减短灾情发生的时间。

4 结束语

北斗卫星通信系统几乎完全是我国自行研发的，比较适合我国的水文测报的实际情况，同时水文测报工作又是关乎全国人民的事情，将北斗卫星通信系统应用在水文测报的工作上，具有很大的现实意义。虽然在现阶段，遗留下来的水文测报问题还没有得到完全解决，北斗卫星通信技术也还存在着很多弊端，但是科技在不断发展，并且实践工作也在不断进行，相信随着时间的推移，北斗卫星通信技术在水文测报工作中的应用前景会更加光明。

［1］刘尧成， 华小军， 韩友平. 北斗卫星通信在水文测报数据传输中的应用［J］. 人民长江， 2007， 38（10）: 120-121.

［2］田勇. 北斗卫星通信在水文测报数据传输中的应用［J］. 科协论坛， 2013（12）: 162-163.

［3］武震， 贾文， 张宁. 北斗卫星通信在水文测报数据传输中的应用［J］. 中国新通信， 2013（21）: 120-121.

［4］陈钢. 基于北斗的远程水文监测系统［D］. 四川: 西南石油大学，2013.

［5］杨春华. 水文自动测报系统通讯信道设计［J］. 人民长江， 2009，40（9）:12-14.

Discussion on Big Dipper Satellite Communication Technology in Transmission of Hydrological Data

Mingming Xu（Hebei Chengde Hydrology and Water Resources Survey Bureau， Chengde， Hebei， 067000， China）

Hydrological forecast plays an essential role in flood and drought control， water conservancy project， and management providing. Offering data of accuracy is associated with people's vital interest. In order to further understand the communication techniques of Beidou satellite， this paper first introduces the communication system and working mode of Beidou satellite， and then， discusses its applications in hydrological prospecting station. At last， applications of data communication of hydrological forecast are carried out. The discussions of this paper indicate that the communication techniques of Beidou satellite will have more and more brighter prospects.

Hydrological Forecast； Beidou Satellite System； Data Transportation

TV12

A

2095-8412 （2016） 04-831-03

工业技术创新 URL： http://www.china-iti.com 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.068

徐明明（1984-），男，山东济南人，工学学士，天津农学院毕业，工程师。研究方向：水文测报、水资源、水土保持、水平衡。

E-mail: 254890195@qq.com。