长河二号系统岸台集中监控系统的实现.pdf

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1、。卜 t?、1 9 8 6年 6月第 2期 导航Na v i g a t i o n No 2 I S u mme r，l 9 9 6 长河二号系统岸台集中监控系统的实现 罗斌凤 刘海幕-、毕玉林(海军电 子工程学 院，南京江浦，2 1 1 8 0 0)摘 要长河二号系统岸台集中监控对保证系统可靠高效运行意义重大。通过对系绕组杏 数据传 输 设备构成及功 能等分析 设计了基于二级组态方式的集中监控系统，并介绍了其实际应用 荚 二 1 引言 通 溶 网 真 中 监 控 棠 兢 蕾 辱 4 7 5、长河二号系统是我国通过 引进美国关键技术和核心设备而建成的远程无线电导航系 统 目前该系统正为军民用

2、设备提供可靠的导航保证。该系统岸台由六个发射台和三个监测 站构成，其所在位置遍布我国沿海地区 该系统叉分为兰个台链。每个台链由三个发射台和 个监测站组成。受我国特殊的地理环境限制，各 台链均采用长基线且其中的发射台多半双、一?工工作，系统的可靠运行要求各台问保持严格的同步关系，这就使得台站问的协调工作显得 十分重要，因此，对长河二号系统各台站实施统一集中的、高度 自动化的实时遥视、遥控，并 对设备运行状况及时进行统计分析，将较好地解决由于协调不便，保障不力等不利因素对系 统有效运行的影响，进而提高系统正常工作 的效率和质量 。2 集 中监控 系统设计方案 2 1 集中监控网的组成形态 一个完整

3、的监控系统按站型有主站和被控站两种，按设备分有后台机、前端机、远端机 三种。基于保密性及远作用距离的特点，系统的通信路由是利用单边带短波电台的信道构 成。集中监控系统由这些设备及通信路由组成。集中监控系统采用分级控制方式，从总的控制与管理的作用和任务分，监控网逻辑形态 有如下一些组态。2 1 1 级 监控网组态 由一个主站(亦可有若干个后备主站，它们可分布于网内不同的地面台站)通过分布于 各台站的远端机直接监控管建!各台站设备运行状态，这种网的逻辑组态称之为一级监控网 组态，如图 1 所示。2 1 2 二级 盥控网组态 系统有若干个相互独立的级监控网，由一更高层的主机进行管理时，就形成了=级监

4、 收稿日期：l 9 9 6 0 卜 l 2 刘海泉 讲师毕玉林 激 授 维普资讯 http:/ 4 8 寻税 1 9 9 6 芷 1 匦 匦 图 1 一 级监 控 阿组 态形式 控网 二级监控网的高层主机所在的二级主站不直接管理各导航台站，它只与一级监控网的 主站通信，并对之监控管理 监控网的组态，通常是根据网络的规模和对网络的监控要求设定。由于系统各台站分布 于全国措海诸地区，范围广且系统又是 由三个台链构成，本方案设计采用二级监控网组态，二级主站设于天津。下属三个级主站，分别设于各台链的主台，各级主站分剐控制其所 在台链的三个导航台及其监测站。2 2 集中监控系统内的数据传输 集 中监控系

5、统网内的信息通信，实际上是一种主从结构的多机数据通信。为了实现这种 通信，必须制定出种系统内共同遵守的通信协议，这样才能做到各台站各 监控设备之间的 数据信息交流。目前国际上还 亨 制定出具有统性的通信协议，为此本文选用在国内已有 广泛应用基础的 N E C-5 0 0监瞄躲通信协议作为本系统通信协议的编程基础并加以扩 充，以使系统适合本设计要求。从主机发往被控站的数据称之为下行数据，其帧结构称为下行帧结构，见图 2(a)所示。从被控站发往主站的数据称之为上行数据，其数据编程如图 2(b)ff p 的帧结构。同步字 l 地址字 I 指令字 f 控髑享 I C R C I 结柬字 图 2 C a

6、)下行帧结构图 同步字 I 地址字 i 数据1 f 数据2 l I 数据n l C R C l 结柬字 图 Z C b)上行 帧结构 图 本协议规定的系统工作方式为主动查询工作方式。为了提高系统运行可靠性，本方式又 分为两种子方式，一种为轮询方式如图 3(a)所示；第二种工作方式为选择轮询方式，其时序 如图 3(b)所示。该方式允许指定选询某一台(站)，当这个台(站)被指定后，系统的查询时序 变为每当顺序查询一个台站后，都要在再查询下一个台站前，返去查询一次被选定的台站。2 3 系统接口 依据要求所取台站的信息及信息输出的便利性，采用光电耦合器隔离采集设备中串行 口数据及台站设备提供的并行 口

7、数据。这些信 g _ km 8 0 3 1 单片机构成的数据采集缓存器 中岳，再通过单片机构成的串行 口送入数据终端舌进 单边带电台提供的信遭中去。2 4 系统功能 根据系统的要求，在功能设计上需达到如下 目标：维普资讯 http:/ 第 2 期 长河=号系统岸台集中监控系统的实现 4 9 监视台站数：六个导航台，三个 l监测站，监视项效：2 4 项 台，l 3 项 站 控制项数；3 项 台，2 项 站 人机界面：中文菜单、彩色图形、鼠标或 单键操作输 数据处理：年、月、日报表统计生成，激光打印输出 语音合成方式：普通话 用户建库功能：可生 成动态的用户设备及设备运行状态矢量数据库。I旬阐 下

8、 行 帧 应答 上行 帧 询问 下行帧 应答 上 行帧 同r i 同 圉 3(a)轮询方式时序圉 1 I l 3I J 2I l 3I I 4 l I 3 4 3 系统硬件、软 件设计 图 3(b)选询方式时序圉 3 1 一级主站主机设备系统 一级主站主机设备系统设置在各台链的主台上，完成其台链内各导航台的数据通信，同 时接收执行二级主站发来的指令。其组成框图如图 4 所示。维普资讯 http:/ 5 0 导航 1 9 9 6妊 主 V L区 卜 舭 去 台链 内各 岸 台 及 监测 站 站 图 一 级 主站 主机 设 备系 统框 图 数据采集缓存发送器 以I N T E L S 0 5 1

9、单 片机为核心构成，完成接收二级主站的指令信 息，并按照指令信息内容执行，如采集台链内各岸台设备运行状态信息或传递岸 台所需调整 的参数，并按要求把缓存的数据发给二级主站主机。考虑到导航岸台复杂的电磁环境，采用 了抗干扰数传终端，为降低设备成奉，数传设备均采用半双工方式工作。数据采集缓存器与数传终端的传输 采用有线方式，考虑 到传输线上有 罗兰 C共式干 扰，幅度达 3 O 伏以上，采用平衡长线驱动器则可以同时解决数字信号的远距离传送和抗共 式干扰问题踟。长线平衡驱动的基本逻辑图如图 5 所示。二 翌 卜 、一 T T L 卜、_ 一号、一 一 电平转换 差 动输 出 _ !s 差 动输人 电

10、平转换 图 5 长 线平 衡驱 动逻 辑 图 为提高无线信道的传输质量与可靠性采取了如下的措旆：选用 T F MB型抗干扰数传终端机，提高系统对无线信遵 中干扰的抵抗能力。该终端 机采用了时频相调制解调技术，差错控制技术及多 勒频移校正和较先进的同步技术等，硬 件上采用了高速信号处理器 T MS 2 0 1 0 芯片并配有一个 Z-8 0 C P U 能够有效解决短波信 道存在的多径校验、信号衰落、邻台干扰的问题 _。选用 I C OM公 司产生的 7 0 0 T y电台，满足设备在导航台连续可靠工作的要求。且该 电 台配有自动天线调谐器，在很宽的频率范围内其辐射电阻稳定，因而简化了天线的结构

11、。校验和的方法实现无线信道中数据块传输正确性的自动检测。在数据传送过程中，发送 方对数据块算术求和，产生一单字节校验字符(校验和)附加到数据块结尾。接收端对接收到 的数据块算术求和后，所得的结构与接收到的校验和字符 比较，若两者不同，即表示接收有 错。3 2 二级主站主机设备系统 其构成框图如图 6所示，主要由后台机和前端机两个主设备圾激光打印机、激光扫描仪 和 UP S辅助设备构成。前端机和级主站主机设备系统完全相同，包括内部软件(除识别号外)均和一级主站 主机设备一致，从而保证了整个系统的兼容致性。维普资讯 http:/ 第 2期 长河二号系统岸台集 中监控系统的实现 5 l 图 5 主机

12、设备系统框 图 后 台机采用 4 8 6 微机作硬件平 台，以 MS-DO S 6 3 作软件平台，以 UC DO S汉字操作 系统提供汉化界面。在此基础上开发了整套完善的应用软件。该应用软件以 B O R L A ND-C语言和 F O X B A S E数据库语言两种为主编制而成。其基本软件框图如图 7 所示 图 7 后 台 机软 件模 块框 图 后台机的软件还包含与前端的通信模块，本系统利用计算机本身的通信 口及编制专用 通信软件，以满足与前端杌通信中的专用协议的特殊要求。后台机是集中监控系统中最具特色的核心设备。本方案从性价 比高的角度考虑，选用 C P U为 8 0 4 8 6的微机

13、，它提供了全部的主站人机操作界面，并且集中、实时地处理全系统内 各台站的所有状态信息 根据预定的工作方式将信息分别以图形、颜色、文字、表格、声音等，能存贮大量的信息和用户资料，可按管理者的要求快速、完整地 对 当前的或过去足够长的一段时间(数时、数 日、效月)以来 的运行数据作 出规范、清晰的统 计报表，并可打印出来 本系统还安装了语音合成系统，能实时地用语音将随机出现的相应 数据讲出，使得人机界面更为友善 所有的操作指令均可 由后台机发出，通过前端机传给各 台鲑的主台系统设备，再由主台设备传递给各岸台、站，从而实施对系统的遥控操作 后台机 还具备完善的提示、帮助信息。本系统设计采用了当前流行

14、的下拉式菜 单界面。维普资讯 http:/ 5 2 导航 3 3 远端机 系统中远端机设在系统中的各岸台、站上，主要搜集本台、站相关设备进出的显示率台 设备运行状态的特征信息、数据；同时搜集台、站上级主站的报文等，并能执行上级主站发来 的控制信息，如各种参数的调整等。其构成框图如图8 所示，其中多路数据采集缓存发送器 也以8 0 5 1 单片机为核心。和前面涉及的数据采集缓存发送器相比，增加了串行通信E l 的路 数并设有两个并行数据采集接E l。4 结束语 图 8 远端讥设备构成图 本文讨论了长河二号远程无线电导航系统集中监控系统的设计方法和原理，系统的组 成及对相应设备的基本要求和实现方法

15、。该集中监控系统的样机已经完成并进行了远距离 试验。取得了良好试验结果。正准备投 天津与北海台链三台一站的运行。它将为我国长河 二号导航系统内各台、站间的协调管理提供极大的方便。随着通信技术的进一步成熟。特别 是 通信设备成本的进步降低，该系 统中的设计方法也可用于邮电、电力、能源、交通等公用 和专业网络中。值得指出的是，在实际设计调试中发现，当利用T F MB型干扰终端机构成的无线传 输信道中完成数据块传输正确性自动检测时，发给T F MB型的数据必须一次填满 1 2 8 字 节，即前 1 2 7 字节为数据块，后一字节为校验和，若不能填满 1 2 8 字节，将不能采用校验和的 方法。这是

16、T F MB型抗干扰终端机设计自 身的不妥。致谢：本项目研制得到了海司航海保证部长河二号系统办公室厦北海台链荣城导航台 同志们的大力支持，在此表示衷心感谢。参考文献 1 长河二号系统集中监控系统研翩报告 海军电子工程学院 1 9 9 3 2 NEC CROP I NSTRUCTI ON FOR NAR 5 0 B S ERI ES SUPERVI SOR AND CONTROLE QUI PMENTJ APAN1 9 8 8 3 长河二号工程东北海台组通讯系统技术说明书 西安导航技术研究所 1 9 9 4 T F MB型抗干扰数据终端机技术说明书 中国人民解放军通信工程学院 1 9 9 5，3 5 李华 Mc s 一5】系列单片机接口技术 北京航空航天大学出版社 1 9 9 3 6 刘元干 微处理器与微计鼻机在通讯控制中的应用 三 七 京：国防工业出版社】9 8 9 (下转第 4 3 页)维普资讯 http:/