一种海洋气象信息短波传输方法及应用

作者：郭永刚

来源：《中国新通信》 2018年第20期

郭永刚 陕西烽火通信集团有限公司

【摘要】 本文描述了利用短波传输通道进行海洋气象信息发布的一种实现方法和应用方式，为海洋气象信息的发布提供了新的方法。

【关键词】 海洋气象信息 短波数字传输系统

一、海洋气象信息的重要性

中国是世界上海洋灾害损失最严重的国家之一，历来浙江、福建、广东、海南等我国东南沿海，都因台风灾害造成巨大的人员丧亡和财产损失，2011 年 -2014 年，累计登陆我国的台风达28个， 造成的直接经济损失超过3163.5亿元。大风、海雾等灾害天气是造成海难事故的主要原因，对海上作业人员造成巨头威胁。

随着我国提出海洋强国和海上丝绸之路的发展战略，涉海活动以及海上作业将更加频繁，因此，采取有效的海洋气象信息预报预警措施，提升海洋气象服务能力，对防御气象灾害、预防或减轻气象灾害损失、保障人民生命安全具有十分重要的意义。

二、短波传输的优势

由于海上作业人员原理陆地，公共移动通信网络无法覆盖，通过合适的通信方式让海上作业人员及时获得海洋气象信息，则显得至关重要。卫星通信是首先考虑的方式，但实际应用时，建设或租借卫星资源的费效比太高，而短波通信具有低成本、易于建设和维护、海上传输相对稳定可靠等优点和特点，所以建设部门往往首先考虑采用短波传输方式。

三、传输方案

本方案采用短波通信，系统由岸站控制终端、岸站发射系统和短波数字终端组成。系统通过有效的信息编码、短波信道控制、专用同步波形，实现海洋气象信息在短波信道上的可靠传输。

3.1 系统架构及组成

岸站控制系统由计算机和控制终端软件组成，主要完成对岸站发射系统的控制，包括频率控制、参数配置、状态监控等。短波岸站发射系统由短波数字 1kw 发射机、短波 IP无线网关、UPS 供电系统、短波天馈系统组成。发射机主要完成信息的信道调制和发射，短波 IP 无线网关，主要实现IP 协议数据到短波信道协议数据的转换功能，UPS 供电系统在交流供电断电时提供发射机应急保障电源，短波天馈系统保证电磁波向海面进行有效地辐射。短波数字终端由短波数字接收机和气象终端软件组成，主要完成短波信道建链、信道解调、气象信息综合处理等功能。本短波数字接收机采用软件无线电（SDR）技术、数字信号处理技术以及安卓技术，实现了一体化设计，使短波接收信道芯片化，同时内置了短波 MODEM、安卓终端以及北斗定位等。

3.2 系统功能及原理

1、气象信息的广域覆盖。短波通信主要有地波和天波两种电磁波传播方式。由于本系统只有信息下行单向传输，且由于海面电导率因素特别适合电磁波地波传输，故系统设计时充分考虑了地波传输；同时，在进行上千公里以上的远距离通信时，岸站控制终端利用电离层统计数据，生成特定的工作频率，使气象信息能够可靠传输到船载短波数字终端上。本系统发射功率采用 1kw，同时天馈系统架设在导电率较高地质区域，并尽量靠近海边，根据国际无线电咨询委员会（CCIR）推荐布雷默 Bremmer 曲线可推算，在短波低端频率段，利用海面地波可以传播到 1000km 以上；1000km 以上可以采用天波传播，实现气象信息的广域覆盖。

2、短波气象信道的集中管理 。系统架设有多个岸台，岸台通过短波 IP 无线网关接入到气象 VPN 专网，并最终链接到中心岸台控制终端上。中心岸台控制终端对多个岸台实行集中统一管理，可以实行空间和频率的分集发射，有利于船载接收机信息的有效接收。

3、短波信道的扫描自动同步。由于船载接收机处于快速信道扫描状态，要使接收机在岸站发射频率上可靠接收气象信息，就需要实现信道的扫描自动同步，且要在不同信号等级下达到可靠。针对本系统传输特点，研制了特定扫描自动同步波形。进过各种短波信道模拟及实际应用，达到了接收机自动同步，实现了信息数据的自动接收。

4、信息语音播报。船载短波终端设计了信息语言播报功能，就是在成功接收气象信息或其他应急信息后，除了在海图中标识气象信息外，还将信息内容语音播报出来，对船上作业人员进行语音警示。

3.3 气象信息发布原理及流程

船载接收机平时处于一组信道扫描状态，扫描信道频率由系统配置。岸站终端获得及时的气象信息后，首先控制岸站发射机到指定的频率上，然后将编码并封装成 IP 包的数据送给岸站短波 IP 无线网关，短波 IP 无线网关解析 IP 包后，将协议数据送给发射机，发射机首先发射扫描同步信息，保证接收机在此频率上接收到扫描同步信息，接收机将停留在此信道频率上。随后发射机以特定波形速率发送气象信息，短波接收机成功接收并解码后，在终端上显示气象信息，同时海图上标识，且进行语音播报。

四、应用

该系统已在山东气象应用，系统建设成本低，周期短，使用效果良好。随着微电子技术、

数字处理以及短波调制解调等技术的发展，相信短波通信这一古老通信技术将得到进一步发展， 同时它也将在国民经济中发挥越来越重要的角色。