基于北斗+GPS+GSM的远程目标无线监控系统

liyf · 发表于 2014-10-1 06:13:46

第12 卷第14 期2012 年5 月
1671—1815( 2012) 14-3369-04
科学技术与工程
Science Technology and Engineering
Vol. 12 No. 14 May 2012
 2012 Sci. Tech. Engrg.
基于北斗+ GPS + GSM 的远程目标
无线监控系统
李亚军谢云开徐晓晗
( 海军军训器材研究所，北京102308)
摘要为了解决目前远程物标远程监控存在的地域覆盖不广、信号不稳定、容易被监听和干扰等问题，通过对北斗、GPS、
GSM 的定位、通信性能的分析，提出基于北斗、GPS 和GSM 联合实现移动物标监控的解决方案，并且介绍了在开发过程中的
遇到的数据通信编码和位置滤波等一些关键技术问题。该系统开发周期短，安装方便，因此具有广阔的应用前景。
关键词北斗导航定位系统GPS GSM 监控
中图法分类号TN967. 1; 文献标志码A
2012 年2 月24 日收到，3
月1 日修改
第一作者简介: 李亚军( 1972—) ，男，湖南嘉禾人。海军军训器材研
究所工程师。研究方向: 卫星通信、作战仿真等。
1 监控系统
远程目标无线监控系统已经广泛应用于城市
公用事业实时监控维护、机房监控和远程维护管
理、移动车辆监控调度、无线接入系统、移动性数据
查询、海洋渔业调查、军事训练远程监控等系统中，
极大的方便了人们的生产、生活。目前远程监控系
统大多采用以下两种模式实现:
1. 1 GPS + GSM 模式
用GPS 获取被监控目标当前位置信息，利用
GSM 网的通信链路将位置、监控参数等信息传送至
监控中心来实现各种监控功能［1—3］。
1. 2 北斗模式［4—7］
利用北斗自身的定位和短报文通信功能来实
现对被监控目标的远程监控和调度。
这两种模式各有优缺点。第一种模式受地域
的限制比较大，在GSM 网没有覆盖的地域无法使
用。而且，随着GSM 用户的逐年增加，网络阻塞的
情况日益凸现，尤其在节假日网络阻塞更加严重。
另外受GPS 的限制，在一些保密性较高的的部门不
方便使用。第二种模式受地域的限制比较小，通信
的稳定性比较高。但是，受北斗自身的服务体制限
制，通信和定位的频率比较低，不能实现语音通信，
信号容易被遮挡。
也有一些远程监控系统采用短波电台和中继
塔作为通信链路。但是，这种模式存在的缺陷比较
大，地域覆盖不广、信号不稳定、容易被监听干扰
等。因此，在应用上受到制约，已经逐步退出市场。
因此，本文在综合分析远程无线监控系统的GPS
+ GSM 模式和北斗模式优缺点的基础上，综合两种
模式的技术特点，优势互补，提出了基于北斗+ GPS
+ GSM 实现对远程目标的无线监控和调度的解决
方法。
2 北斗导航定位系统［8—11］
北斗导航定位系统利用地球同步卫星为用户
提供快速定位、简短数字报文通信和授时服务的一
种全天候、区域性的卫星定位系统。该系统由两颗
地球静止卫星( 80°E 和140°E) 、一颗在轨备份卫星
( 110. 5°E) 、中心控制系统、标校系统和各类用户机
等部分组成。“北斗一号”的覆盖范围是北纬5° ～
55°，东经70° ～ 140°。其定位精度为20 m。系统能
容量540 000 户/h。
3 GSM 移动通信技术
GSM 全球数字移动通讯系统是国家投资建设
的公众网络，是目前国内覆盖范围最广、系统可靠
性最高、话音清晰度最高的移动蜂窝通讯系统，它
具有强大的保密功能，用户身份鉴别可保护网络避
免无权用户使用。中国电信、移动、联通分别在全
国范围内建设GSM 移动通信网。GSM 系统除提供
话音业务外，还提供数据业务、短消息业务等多项
功能。
4 系统结构与原理
本系统利用北斗和GPS 作为监控目标位置获
取链路，利用北斗和GSM 作为通信链路来实现对远
程目标位置、报警、控制命令等信息的远程无线实
时传送。该系统主要由监控终端、监控中心、北斗
卫星、GPS 卫星、GSM 基站等组成，如图1 所示。
图1 远程目标无线监控系统结构图
4. 1 监控终端
针对不同的用户需求，监控终端设计不同的监
控功能，外观及硬件配备也不尽相同，但其核心构
成是相同的。通常由以下几部分组成: 北斗/GPS 双
模嵌入式模块、GSM 收发模块、PC104、液晶屏、信号
采集板等) 、遥控器、监控报警器等。如图2 所示。
北斗/GPS 双模嵌入式模块和GSM 收发模块作
为监控终端的重要组成部分，主要负责定位和通信。
PC104 中运行监控软件，是监控终端的核心部
分，主要完成北斗定位与GPS 定位模式的切换判
断、北斗通信与GSM 通信的切换判断、定位、通信、
控制信息发送以及状态显示等所有功能。
在液晶屏上显示地图、目标态势、运行状态等
信息以及监控中心公布信息。
信号采集板主要负责采集被监控目标的各种
监控信息状态信号，并将这些信号传送给监控软
图2 监控终端系统结构图
件; 针对不同的监控目标设计不同规格的采集板。
交互设备为有人值守的监控终端提供人机交
互的功能。其形式根据不同的监控需求可以为功
能按键、轨迹球、红外报警器、指示灯、扬声器等。
可以完成通信状况与工作状态的指示、电源欠压指
示、布防、解除布防、防劫、解除防劫、报警、解除报
警、远程解除、远程熄火等功能。
监控终端监控软件主要有如下功能:
( 1) 实时接收信号采集板采集的各类监控信
息，将监控信息转换为标准信息格式后存储至本地
数据库或文件存储。
( 2) 根据实际环境、运行情况、人工设置等因素
实时判断北斗和GSM 收发模块通信状况，选择稳定
可靠的通信链路，完成通信。
( 3) 利用滤波算法综合处理GPS 位置和北斗位
置，得到监控目标的最优位置信息。
( 4) 将监控目标位置信息、监控信息按系统设
定的频率自动打包、压缩后，从GSM 或北斗通信链
路发送给监控中心。
4. 2 监控中心
针对不同监控需求，监控中心提供不同的功
能，其配备也不同，但其核心构成是一至的。通常
由以下几部分组成: 北斗指挥机、DDN 专线、信息采
集服务器、专用服务器、监控屏幕等设备组成，以及
交换机、打印机等附属设备。如图3 所示。
北斗指挥机与监控终端北斗/GPS 双模嵌入式
3370 科学技术与工程 12 卷
图3 监控中心设备组成图
模块构成监控指挥网作为本系统的一条定位和通
信链路; 通过DDN 专线与监控终端GSM 收发模块
构成另一条通信链路。监控中心服务器与北斗指
挥机和DDN 专线相连，运行监控软件，实现监控中
心的所有功能。在监控屏幕上显示监控态势信息。
监控中心监控软件主要有如下功能:
( 1) 监控中心操作员可任意选择被监控的目标
发送监控指令，该目标进入监控状态，自动相应的
监控信息。
( 2) 针对特殊需求可以实时接收被监控目标的
布防、防劫、警戒、解除等信息，根据报警种类操作
员进行相应的处理。
( 3) 提供基本GIS 服务功能: 地图背景显示、鹰
眼显示、地图基本操作( 放大、缩小、漫游、量算等) 、
路径匹配、道路规划等。
( 4) 存储被监控目标的位置和监控信息档案，
可以查询、报表输出、回放反演等。
( 5) 值班员、系统管理员和车载监控终端管理
系统，不同级别操作员拥有不同权限，保证系统
安全。
5 系统关键技术实现
5. 1 7 /6 编码
GSM 数据通信中各个地方短信中心所支持的
字符集不同，为了保证数据的透明可靠传输，设计
了一套7 /6 编码算法。监控中心和监控终端在利用
GSM 发送数据之前，需先经过7 /6 编码算法运算后
才能发送出去; 接收端收到数据后要先经过7 /6 编
码算法的逆过程对数据解码。具体算法如下:
表1 计算过程
7 6 5 4 3 2 1 0
a
b
c
d
0 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0
0 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0
0 c6 c5 c4 c3 c2 c1 c0
0 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0
( a) 原始数据
7 6 5 4 3 2 1 0
A
B
C
D
E
0 0 a6 a5 a4 a3 a2 a1
0 0 a0 b6 b5 b4 b3 b2
0 0 b1 b0 c6 c5 c4 c3
0 0 c2 c1 c0 d6 d5 d4
0 0 d3 d2 d1 d0 0 0
( b) 6 位转换
LSB = b2、b1、b0
MSB = b5、
b4、b3
000 001 010 011 100 101 110 111
000 30 38 47 4F 57 65 6D 75
001 31 39 48 50 58 66 6E 76
010 32 41 49 51 59 67 6F 77
011 33 42 4A 52 5A 68 70 78
100 34 43 4B 53 61 69 71 79
101 35 44 4C 54 62 6A 72 7A
110 36 45 4D 55 63 6B 73 2C
111 37 46 4E 56 64 6C 74 2E
( c) 字符转换
首先，将待传输的数据当作7 位bit 流，然后每
6 位组成一个新的字节。假设待传输的数据共有4
个，分别为a、b、c、d，如表1( a) 所示。则经6 位转换
后，结果为A、B、C、D、E，如表1( b) 所示。然后，根
据转换后的字节，依据表1( c) 所示的字符映射表，
寻找相应的映射字符。
5. 2 北斗和GSM 协同数据通信
GSM 可以实现语音通信，北斗没有语音通信的
功能。因此，监控中心和监控终端在进行语音通信
时不存在协同的问题。当进行监控信息的数据通
信时，因为北斗通信和GSM 数传通信的通信频度、
通信长度、编码形式不同，而必须通过软件来解决
同一信息采用不同通信链路发送时的协同问题。
( 1) 北斗普通用户通信服务频度为( 20 ～ 60)
s，而GSM 通信则不存在服务频度的限制，通信软件
模块需要设计对两种通信频率的自适应功能;
( 2) 北斗与GSM 每次通信的最大字节长度不
同。因此，信息分包发送时，包的长度根据通信链
14 期李亚军，等: 基于北斗 + GPS + GSM 的远程目标无线监控系统 3371
路的不同而不同，需要能够自适应动态调整;
( 3) 北斗通信的数据流与GSM 通信数据流编
码形式不一样，GSM 通信数据需要进行7 /6 编码，
而北斗通信数据则不需要。数据分包时的编码形
式需要根据通信链路的不同而自适应调整。
5. 3 北斗/GPS 组合位置滤波［12—14］
北斗定位精度与GPS 定位精度差别很大，而且
北斗的定位稳定性不高，有位置野值的情况出现。
因此，为了能够得到高精度的组合位置，首先利用滤
波算法剔出北斗定位中的野值，然后分别对北斗位置
和GPS 位置进行卡尔曼滤波处理，将得到两组位置
再次进行卡尔曼滤波，最后得到北斗/GPS 组合位置。
经过三次滤波后，系统的定位精度将能够大大提高，
完全能够满足一般被监控目标的定位精度需求。
6 结论
本文以北斗/GPS 双模系统和GSM 系统作为定
位和通信链路，设计开发了一套远程目标无线监控系
统，并解决了在开发中遇到的编码形式、通信协同、位
置滤波等关键技术问题。该系统可在我国境内应用
于各种有监控需求的移动终端上，不受时间、地域、天
气的影响，安装携带方便，有实用推广价值。
参考文献
1 孙克立. 卫星定位移动目标监控报警系统．公安大学学报( 自然
科学版) ，2
000; 18( 2) : 14—20
2 姜木霖，董作民，陈晓青. 车辆监控导航系统中的应用技术．湖北
汽车工业学院学报，2
000; 14( 3) : 42—46
3 何秀凤，顾学康，魏纳新. 卫星导航系统的新进展及其在舰船上
的应用．舰船科学技术，2
003; 6( 5) : 72—77
4 杨军，曹冲. 我国北斗卫星导航系统应用需求及效益分析．
武汉大学学报·信息科学版， 2004; 29( 9) : 775—778
5 雷昌友，蒋英，史东华. 北斗卫星通信在水情自动测报系统中
的研究与应用．水力水电快报，2
005; 26( 21) : 26—28
6 张习国，刘健. 基于北斗导航系统的移动监控管理系统研究．
武汉理工大学学报·信息与管理工程版，2
005; 27( 5) : 63—65
7 沈朋，徐景硕，张建忠. 北斗导航系统及其在无人机上的应用．
航空电子技术， 2007; 38( 2) : 5—8
8 成方林，冯林强，张翼飞.“北斗”导航系统在海洋水文气象监测
系统中的应．海洋技术，2
004; 23( 3) : 70—73
9 胡彦华，章新川，马孝魁，等. 北斗卫星在陕南雨量监测系统中的
应用．西北水力发电，2
004; 20( 增刊1) : 66—69
10 吕伟，朱建军. 北斗卫星导航系统发展综述．地矿测绘， 2007;
23( 3) : 29—32
11 刘传润. 北斗卫星导航系统的功能原理与前景展望．中国水运，
2008; 8( 1) : 165—166
12 王光鼎，张升康，杨汝良. 一种基于卡尔曼滤波处理的北斗卫星
无源组合导航自适应野值剔除方法．电子与信息学报， 2008; 30
( 8) : 1981—1984
13 黄百生，卜淮原，张瀚，等. 一种北斗/CDMA 导航系统数据融
合的联邦卡尔曼滤波算法．后勤工程学院学报，2009; 25 ( 1 ) :
68—72
14 曾洁，尤国红，贾士杰，等. 基于卡尔曼滤波的车辆动态导航
定位滤波算法．大连交通大学学报，2
008; 29( 2) : 42—45
Remote Object Wireless Monitoring System
Based on Beidou and GPS and GSM
LI Ya-jun，XIE Yun-kai，XU Xiao-han
( Naval Institute of Armament for Military Training，Beijing 102308，P． R． China)
［Abstract］ In order to solve the present questions of long-distance object monitoring system existence region
cover not broad，the signal is unstable，to monitor easily disturbance and so on． Through to the function of the Beidou
satellite navigational system，GPS and GSM，after a thorough analysis to the correspondence performance，it is
proposed that realizing the vehicles long-distance monitoring warning solution that based on the Beidou，GPS and
GSM，and introduced some key technologies question that meeting the data communication and the position wave
filtering in the performance history and so on. This system development cycle is short，easy installation，therefore
has the broad application prospect.
［Key words］ Beidou navigation position system GPS GSM monitoring
3372 科学技术与工程 12 卷】

基于北斗 GPS GSM的远程目标无线监控系统.pdf (232.05 KB, 下载次数: 0)

		自动登录	找回密码
密码			注册

[无线] 基于北斗+GPS+GSM的远程目标无线监控系统

浏览过的版块