利用VSAT網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)GPS差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸

武軍酈
　　摘要：主要討論了GPS差分基準(zhǔn)站與數(shù)據(jù)中心之間差分信息的傳輸。介紹了GPS差分網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成和VSAT衛(wèi)星通信情況與優(yōu)勢，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以VSAT系統(tǒng)為實例研究了基準(zhǔn)與數(shù)據(jù)中心之間的實時信息傳輸，同時通過軟件開發(fā)完成了數(shù)據(jù)中心利用VSAT網(wǎng)絡(luò)對差分基準(zhǔn)站的監(jiān)控。


　　關(guān)鍵詞：VSAT網(wǎng)絡(luò)，GPS差分，數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星通信，TCP/IP


　　1　引言


　　衛(wèi)星通信作為一種重要的通信手段，過去主要用于電話通信、廣播和電視等領(lǐng)域。到了八十年代中期，VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)問世，衛(wèi)星通信進(jìn)入了一個突破性的發(fā)展階段。VSAT是集通信、電子、計算機技術(shù)于一體的固態(tài)化、智能化的小型無人值守地球站。VSAT技術(shù)的發(fā)展，為大量的數(shù)據(jù)、話音、圖像和其他綜合業(yè)務(wù)服務(wù)，較好地滿足了現(xiàn)代通信發(fā)展的需要，已成為現(xiàn)代衛(wèi)星通信的一個重要分支，是21世紀(jì)初衛(wèi)星通信三大重要發(fā)展方向（VSAT，移動衛(wèi)星通信、直播衛(wèi)星）之一。VSAT系統(tǒng)組網(wǎng)和建站十分方便，可以為用戶提供高性能、低成本和建站十分方便，可以為用戶提供高性能、低成本和業(yè)務(wù)量靈活配置的服務(wù)，獨立性相對較強，用戶享有對網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)。


　　目前采用VSAT構(gòu)建的通信網(wǎng)絡(luò)，主要采用TCP/IP協(xié)議來完成用戶交辦的工作。如中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的GPS基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)就是采用了VSAT設(shè)備，對現(xiàn)有的VSAT網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行開發(fā)、利用、發(fā)展差分傳輸系統(tǒng)，便是本文介紹的主要內(nèi)容。


　　2　GPS差分網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)


　　GPS差分網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本任務(wù)是建成一個由若干連續(xù)運行的GPS站組成的參考站網(wǎng)，實時獲取參考站帶有時間標(biāo)記的觀測數(shù)據(jù)及差分改正信道，通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)將這些信息按一定的格式提供給用戶，與用戶的GPS觀測數(shù)據(jù)聯(lián)合解算或施加改正，得到帶有時間標(biāo)記的用戶空間位置。根據(jù)傳送信息的精度及應(yīng)用不同，GPS差分網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以滿足不同種類用戶的不同要求。這種服務(wù)涵蓋了從實時導(dǎo)航定位到快速高精度定位等方面，從而為城市規(guī)劃、國土管理、地籍管理、基礎(chǔ)測繪、工程建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測、防震減災(zāi)、交通管理等各種社會信息化管理需求提供強有力的支撐條件。


　　一般情況下，GPS差分網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可由四個子系統(tǒng)構(gòu)成。


　　2.1　GPS差分基準(zhǔn)站系統(tǒng)


　　GPS差分基準(zhǔn)站是連續(xù)運行的GPS站，是提供GPS原始觀測數(shù)據(jù)、差分改正信息的數(shù)據(jù)源，該系統(tǒng)將實時地向數(shù)據(jù)管理中心系統(tǒng)發(fā)送GPS差分信息和數(shù)據(jù)，同時接收來自數(shù)據(jù)管理中心系統(tǒng)發(fā)送GPS差分信息和數(shù)據(jù)，同時接收來自數(shù)據(jù)管理中心的指令，對該系統(tǒng)進(jìn)行配置更改、系統(tǒng)查詢、工作狀況反饋等。


　　2.2　數(shù)據(jù)管理中心系統(tǒng)


　　數(shù)據(jù)管理中心主要獲取來自差分基準(zhǔn)站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流，通過分析、綜合、根據(jù)不同用戶需求分解出適合不同需求的不同等級的差分信息流。該系統(tǒng)必須實時監(jiān)聽來自差分基準(zhǔn)站系統(tǒng)的請求，獲取有效數(shù)據(jù)，同時具備判斷、分析功能，對差分基準(zhǔn)站系統(tǒng)進(jìn)行測試、恢復(fù)和查詢等。


　　2.3　數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)


　　數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要實現(xiàn)差分基準(zhǔn)站與差分?jǐn)?shù)據(jù)管理中心之間的數(shù)據(jù)傳輸，具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，不掉線。該系統(tǒng)是整個GPS差分網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)通信的好壞將決定整個系統(tǒng)運行質(zhì)量的好壞。


　　2.4　網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)


　　網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)是面向廣大用戶構(gòu)建的差分網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)，用戶可通過Internet方式進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)，獲取實時的差分信息，用于導(dǎo)航、定位和旅游指南等。


　　GPS差分網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)形成后，可以更有效、更快、更安全可靠的向廣大用戶提供多種差分信息，滿足城市測繪管理、城市規(guī)劃、地籍管理、智能化交通、車輛自主導(dǎo)航、緊急救護(hù)，安全保障、監(jiān)控報警、大壩監(jiān)測、精細(xì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)資源監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、防災(zāi)減災(zāi)等要求，同時可以提供精確授時、個人通信、旅游等多項服務(wù)內(nèi)容。


　　3　VSAT網(wǎng)絡(luò)通信


　　目前由VSAT構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)主要依賴TCP/IP的協(xié)議組來管理滾動在網(wǎng)絡(luò)上的各種信息，TCP/IP協(xié)議組是一個互補和合作的協(xié)議集合。


　　VSAT（Very Small Aperture Terminal）是指直接設(shè)在使用地點并可直接聯(lián)接用戶設(shè)備的小型衛(wèi)星通信地球站。VSAT站是現(xiàn)代衛(wèi)星通信技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合的小型化智能地球站。VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)的主要特點：（1）組網(wǎng)比較靈活，可以根據(jù)需要組合成各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，以滿足不同需求。（2）能滿足話音、數(shù)據(jù)、圖像、傳真等多種業(yè)務(wù)的傳輸。（3）具有多種衛(wèi)星信道分配方式，如DAMA、PAMA和動態(tài)分配方式。（4）設(shè)備趨于模塊化、易于擴容、組合。（5）為用戶提供多種通信規(guī)程和接口，可滿足用戶現(xiàn)有設(shè)備以及擴容網(wǎng)絡(luò)新增設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)。（6）網(wǎng)絡(luò)管理和控制功能軟件化，功能不斷增強。（7）投資少、見效快。


　　VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有星形、網(wǎng)狀或者星形/網(wǎng)狀混合三種。星形網(wǎng)由一個主站和若干個VSAT小站組成，主站可與任一小站直接通信，各個VSAT站之間必須通過主站轉(zhuǎn)接才能互相通信，此種網(wǎng)主要用于數(shù)據(jù)傳輸；網(wǎng)狀網(wǎng)中各站無主次之分，任意兩個VSAT站都能直接互相通信，此種網(wǎng)主要用于話音傳輸。一個網(wǎng)內(nèi)可有數(shù)十、數(shù)百甚至數(shù)千個VSAT站。中國地殼運動觀測網(wǎng)絡(luò)工程基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)傳輸VSAT網(wǎng)絡(luò)采用星形結(jié)構(gòu)，25個基準(zhǔn)站與監(jiān)控中心單一聯(lián)系，基準(zhǔn)站之間不能相互傳輸數(shù)據(jù)，這樣便于監(jiān)控中心對基準(zhǔn)站的監(jiān)視和控制。


　　4　VSAT網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸


　　網(wǎng)絡(luò)通信通常使用三種不同的串行方式進(jìn)行通信，即單工、半雙工和全雙工通信。對于單工通信，數(shù)據(jù)只能在一個方向上串行傳輸；半雙工通信時，數(shù)據(jù)可以在兩個方向上傳輸，但同一時間只能在一個方向上傳輸。VSAT網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議即TCP/IP的連接是全雙工的，即數(shù)據(jù)可同時在兩個方向流動，這樣基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)流可實時“流向”監(jiān)控中心，同時可獲得來自監(jiān)控中心的“命令”。


　　為了確保數(shù)據(jù)可靠和按字節(jié)流順序傳送，TCP必須發(fā)送和接收確認(rèn)信息。為了完成這些工作，TCP必須能夠確認(rèn)傳輸數(shù)據(jù)，同時VSAT網(wǎng)絡(luò)必須使TCP連接的接收端口和發(fā)送端同步。我們可以采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的API，即套接字接口，套接字接口定義了許多函數(shù)，可以使用這些函數(shù)來開發(fā)TCP/IP的應(yīng)用。


　　實際開發(fā)應(yīng)用中，對TCP/IP協(xié)議的兩個端口分別進(jìn)行設(shè)計。監(jiān)控中心是VSAT網(wǎng)絡(luò)的核心，它接收來自所有網(wǎng)絡(luò)站點的數(shù)據(jù)，同時可以根據(jù)需要對各個基準(zhǔn)站發(fā)送指令。


　　監(jiān)控中心的設(shè)計要考慮的關(guān)鍵技術(shù)包括：不同基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)流的判斷和接收、分流；實時進(jìn)行VSAT網(wǎng)絡(luò)端口監(jiān)聽；發(fā)送命令碼的編碼等。


　　5　試驗系統(tǒng)開發(fā)


　　根據(jù)上述網(wǎng)絡(luò)流程設(shè)計，日前已在北京完成了該系統(tǒng)的試驗開發(fā)，主要試驗系統(tǒng)設(shè)備如下：


　　GPS接收機：ASHTECH Z-CGRS


　　計算機：DELL-XPS500


　　數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)：100M局域網(wǎng)


　　網(wǎng)卡型號：3COM、XIRCOM


……


　　試驗系統(tǒng)軟件采用DELPHI程序語言設(shè)計、開發(fā)，可實現(xiàn)對接收機的監(jiān)控設(shè)置和VSAT網(wǎng)絡(luò)的數(shù)傳，經(jīng)改造升級后的VSAT差分站具有以下功能：


　　a：1秒采用間隔接收GPS信號


　　b：1秒采用采樣產(chǎn)生Rtcm104格式的偽距改正


　　c：實現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)分流


　　d：存儲30秒采用間隔的原始觀測數(shù)據(jù)（R文件）


　　e：通過VSAT衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)鏈路實時傳輸RTCM數(shù)據(jù)


　　f：實現(xiàn)監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制


　　g：參考站可視化顯示操作


　　采用VSAT網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行GPS差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，可以滿足“實時”的要求，同時這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)鏈路基本不存在“掉線”，傳輸速率高，對差分用戶定位可實時獲得精確的位置。


摘自《全球定位系統(tǒng)》2002.3