基于Linux 的导航通信多源混合数据处理系统

张晓辉 南京六九零二科技有限公司

关键字：Linux 船舶航行 通信技术 多源混合数据

1 研究内容及意义

随着信息时代的到来以及我国海上通信的需求，除了对数据传输的实时性，可靠性，高速性和保密性的要求外，数据类型的多样性也逐渐引起人们的关注。中长距离无线通信通常使用短波通信作为通信手段。但是，短波通信目前主要传输语音信号，即IE 模拟信号，无法满足数字通信发展的需要。语音信号的传输不仅浪费带宽，而且数据类型的唯一性不能满足许多实际应用的需求。当前，通过收集各种类型的传感器的信息来实现船舶的各种运行状态监视。船舶各种系统和设备的操作参数具有额定的工作范围，当设备参数超过额定工作范围时，会损坏船舶的操作设备，严重导致设备报废，甚至可能会影响整船的安全。因此，有必要随时监控设备的工作参数，并及时报警，以免发生故障和事故。在诸如海洋渔业通信调度，军事通信之类的通信环境中，通常有必要同时传输多个数据源，例如语音，图片和文档，并且尽管当前的卫星通信可以传输各种类型的数据并且不受距离的限制，但是它们的高价格和高度复杂的操作不能在民用领域中广泛使用。为了满足这一需求，使用嵌入式Linux 硬件和软件平台以及数据混合通信技术来集成基带数据链路，以便将多种类型的数据（如语音，图片和文档）混合到标准数据流中，它适合在窄带中以较高的速率传输。从而实现对多种类型数据的有效管理。

2 导航通信多源混合数据处理的优化

2.1 干扰优化

系统中的干扰主要是由大量同时发生的干扰引起的，它由小间隔中的干扰组成，可以直接采用OFDM 技术有效解决。其主要原理是通过将多个低速子载波替换为高速数据流，将符号周期扩展到一定倍数，以减少符号之间的干扰。为了达到更高的抗干扰要求，只需在符号之间添加大于信号延迟扩展的保护间隔，基本上可以消除干扰。

2.1 覆盖优化

覆盖范围是优化过程中最重要的部分。在LTE 网络优化过程中，主要存在覆盖弱，覆盖范围大，覆盖范围重叠等问题。对于此问题，可通过DT（路测）或CQT（通话）进行无线网络优化。如果得出弱覆盖的结论，则应首先检查基站附近是否有建筑物或树木障碍。如果没有阻塞，并且问题区域附近有基站，检查是否存在设备故障或警报。如果通过DT 或CQT 发现某个区的信号汲取网络距离较远，则超出了其他区的覆盖范围并占据了主导信号，则可以判断存在覆盖过度的现象。为了解决这种问题，首先要检查是否存在基站站点建设过多的问题。如果确认此问题，应降低其传输功率，以减少其对其他社区的影响，或通过移动站点来解决问题。其次，如果天线参数设置不合理，可以通过增大下倾角或更换电子天线来控制不合理的倾角。调整完成后，有必要进行同步测试，以免造成较弱的覆盖范围或覆盖孔。

2.3 实时监控优化

船上需要实时监控的机舱设备将配备各种传感器，或者为传感器保留接口，这些传感器将监视操作参数，并在出现异常时及时发出警告。海上运输，军事行动和船舶救援都离不开语音信息。尽管可以在任何地方拨打卫星电话，但它们必须负担昂贵的费用。因此，大多数船舶仍将无线电用作船舶的语音通信手段。可以设想，在发送遇险呼叫信息的同时发送遇险船舶位置图将大大提高救援效率，并提供宝贵的时间赢得救援。由于温度和湿度的监视是船上最常用的监视参数，使用DTH11 温湿度传感器来模拟船上传感器数据的采集。通过UDA1341芯片实现语音的采集和广播，以模拟船舶对语音信息的需求。高性能空间一体化网络监控系统技术有利于城市群化和城市化中的空间信息应用服务演示以及空间信息应用演示关键领域的服务和紧急响应。

3 导航通信多源混合数据处理系统核心技术

3.1 云计算和云存储技术

基于云计算和云存储技术，突破实时观测数据和精确定位的安全管理以及海量参考站的增强信息分发处理技术。开展基于云平台的精确定位信息安全与绩效分类服务关键技术研究；与多卫星系统，全球覆盖的地面参考站和地面通信网络相结合，为大众用户开发用于协调精确定位的关键组件，并为协调精确定位服务开发自主和可控的平台，并进行应用演示。

3.2 导航信号与数据的传输

射频接收通道将输入的射频信号（中心频率范围2.0~2.1ghz，带宽20mhz）送入数字处理模块进行信号处理后，进行滤波、放大，并转换为中频70mhz。采用单频转换方案，射频传输通道将下行中频20MHz 信号转换为射频信号（中心频率范围：2.2~2.3GHz，带宽：20MHz），并进行滤波和功率放大。为了减小系统的色散，采用双变频方案，数字信号处理部分采用SPATAN6 系列XC6SLX45 现场可编程门阵列，具有强大的信号处理模块，如FFT、FIR、乘法器等。可靠性控制主要完成系统单粒子监测、电源监测等可靠性事件和外围接口管理。该系统主要为导航、控制和通信模块提供能量和电源保护，并提供断电控制，完成导航信号的采集、跟踪、数据解调和观测数据的生成，对整个导航数据处理。软件架构设计导航通信软件是整个系统的灵魂，运行在M2S150 内部的ARM Cortex M3 内核中。

3.3 空间信息系统与智能设施管理

人机混合三维世界中全尺寸空间信息的获取，处理和分析中的关键科学技术问题，并探索多维协作表达和时空基准等理论方法，全面的空间数据模型和设施信息的标准化模型，处理前沿核心技术，例如多尺度，多模式数据的规范化，多维数据分析模型和模型的耦合以及符号表达全空间信息的可视化，并开发具有独创性的世界领先的全空间信息系统的原型。

3.4 雷达导航通信

最大限度地利用频谱。有限的频谱资源需要合理配置，雷达与通信系统之间存在“竞争”。综合波形设计后，雷达信号的宽频带可以提供通信数据的传输速率。雷达和通信共用天线，但工作在分时基础上。这样，就不需要研究新的集成波形，实现起来相对简单。将相控阵雷达分成不同的区域，同时形成不同的波束，实现雷达和通信功能。虽然这可以同时实现，但它将明显减少能量的分布，从而降低雷达的探测能力和通信距离。使用雷达信号进行通信，或使用通信信号进行雷达探测。例如，雷达波束检测不希望在一个方向上“停留太久”，但存在通信内容此时可能无法发送等问题。因此，雷达探测与通信综合信号波形设计是关键技术。

4 结论

研究基于导航通信多源混合数据处理系统以及信息的实时采集和协调的观测与应用系统的整体技术，建立区域空间应急信息链，收集和分析空间应急信息，支持应急决策，并制定用于区域应急的空间信息服务规范。建立网络远程应急监测服务运行的标准和技术规范的完整体系，紧急情况的覆盖频率和响应时间将优于两个小时。协同观测至少包括卫星遥感，低空遥感和地面移动终端三类监测方法，并实现移动信息的获取。为了完成应急服务演示系统的开发，该系统具有应急响应命令，信息获取，资源计划和部署，调度，应急信息获取和管理,满足应用程序部门的功能和性能的需求。