基于海事卫星的大型海洋维权执法浮标岸站数据接收系统设计

发布时间：2020-07-16 12:45

【摘要】：随着社会经济的发展和人口的增长，气候条件越来越恶劣，各种气象灾害频发，而海洋与大气是密不可分的，为了更好的了解气象，需要更好的了解海洋。海洋监测技术是认识研究海洋、开发利用海洋的基础，是开发海洋的技术支撑，是研究海气相互作用的基础，是海上安全保障的第一需要，为了保卫本国的海洋权益，迫切需要大力发展海洋监测技术，提高海上防御力量。在海洋监测中，海洋仪器设备是人类认识海洋、开发利用海洋资源和保护海洋环境的重要技术手段。其中海洋资料浮标是海洋监测的主要手段之一。本文依托海洋公益性行业科研专项经费项目—海洋维权执法目标探测识别与信息传输技术应用研究及示范中的子任务。该项目利用在我国已业务化运行的10m大型水文气象资料浮标上加装声阵列探测系统、全景视频探测系统，对海上的侵权目标船只进行探测与识别，通过高速卫星将获取的海上资料实时传输到岸上接收机。浮标岸站接收系统是整个浮标系统最后一个重要环节，最终的声阵列、声指纹、气象、水文等资料都要通过接收岸站处理出来，由岸站负责浮标发送数据的接收、处理、显示、存储及转发，可及时了解浮标的动态信息，并使有关气象、水文资料得到有效的利用。本文主要完成了浮标岸站接收系统的设计及测试，经过为期10天的实际联合调试后岸站接收系统能够准确、稳定得接收数据。本系统基于高速海事卫星BGAN通讯系统，通过Internet网络接收数据采集终端发送的数据并进行存储和处理。软件采用模块化设计，在微软架构下前台采用功能强大的Visual C++语言，充分利用其面向对象编程的特点，开发出友好的人机界面。使用基于客户端/服务器模式的多线程Socket（套接字）网络编程技术，按照协商的通信协议，使岸站系统能同时与浮标主机、声阵列模块和声指纹模块的采集终端分别进行通信，不仅实现了数据采集和处理的实时性，而且极大的提高了系统的整体性能。配合简单灵活的ADO数据库访问技术，使用完善、成熟的SQL Server2005数据库长期可靠的存储数据。为保证软件的可靠性和稳定性，需要对软件进行测试。浮标每半小时会将采集到的数据发送给岸站，由于现有的TCPUDP测试工具没有自动发送功能，为了能模拟浮标连续发送的功能，本文根据现有的TCPUDP网络测试工具，通过控制外部软件中的控件的方法，编写了适合本系统的能够控制TCPUDP测试工具的小软件，最终使TCPUDP测试工具能模拟浮标的整个发送过程，实现了对软件的测试。目前该软件已经编写和测试完毕。实验室实验及实际联合调试证明本岸站接收系统能够接收处理显示数据，储存接收全部的数据，并建立相应的数据库长期存储数据。而且实现了岸站接收系统对浮标系统的远程控制，即数据能够双向通讯，可随时根据需要调整浮标系统的设置（包括采样周期、参数设置等）。本系统最终可以实现浮标主机数据的显示、存储、查看等多项功能，可以接收声阵列、声指纹数据，达到项目要求的监测目的。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P715.2;TP274
【图文】：

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图 1-1 浮标系统整体框图表层大型浮标包含有组合电源供给系统、数据集成处理系统、浮标安全监控系统（包括：GPS 定位、舱温、舱进水、舱门开、锚灯、雷达反射器）、水文气象（包含风速、风向、气温、气压、波高、波向、波周期、表层水温等参数）观测系统、全天候海面图像采集系统及卫星数据通讯系统等 5 个子系统，同时在浮标底部安装有通讯电缆，可与水下声阵列浮标进行数据传输并通过该电缆为水下浮标提供电源。水下声阵列浮标包含有声阵列目标探测识别系统、电源系统、与水面浮标进行数据通讯接口等 3 个部分组成。双层锚系包含有水面大型浮标与水下声阵列浮标之间的连接、水下声阵列浮标单点系留锚系。其中表层大型浮标和水下声阵列浮标及锚系的系统结构如图 1-2 所示：

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图 1-2 海上浮标系统框图采集系统根据相关规范完成数据采集、处的声识别和声指纹数据，然后通过高速卫站接收并处理后，以报文的形式通过因特心将各浮标信号的报文数据整理后形成相站接收系统软件的编写。部分即浮标信息采集系统，在浮标体结构内，采集器连接起来。浮标系统主机具有最高器的参数数据，各前端采集器也可以主动统主机在收集到相关数据后，根据相关规还可以接收岸站的远程控制指令，对浮标和控制。组合电源供给系统、数据集成处理系统、

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图 1-3 基于 CAN 总线的浮标信息采集系统结构框图浮标体结构采用我国成熟的 10m 海洋资料浮标壳体技术求，对浮标体进行相应的改造设计。经过改造后的大浮型高 2.2m。上体为圆柱体，下体为截圆锥体，底板直径统数据集成传输技术采用基于嵌入式技术、CAN 总线技耗单片机；具有开放式系统平台、可智能扩展、可维护性特点。该系统已成功应用于我国的大型资料浮标上。针对统的体系结构仍采用上述基于 CAN 总线的分布式数据采加一种支持以太网络的前置采集器，用于处理图像、水声信息。件系统基于 ARM-Cotex3 开发，软件基于嵌入式操作系以太网络的前置采集器基于 FPGA 实现，实现高可靠性，理板。信方面浮标信息采集系统主机采用双以太网结构，一个卫星通信，另一个以太网络接口负责采集图像和水声数据

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