文章摘要：本文在分析GPRS技术与应用的基础上，设计实现了一种基于移动通信网的新型雷达数据传输系统，详细阐述了系统的体系结构和关键技术，该系统具有覆盖范围广、实时性强、可靠性高的特点，对于提高现有雷达数据传输效率和使用灵活性具有重要的意义。
关键词：移动通信；传输；雷达数据
雷达广泛应用于航空管制、气象预报、资源探测和环境监测等社会经济活动的各个方面，在科学研究领域也发挥着越来越重要的作用。目前雷达数据传输方式有电缆、光纤、短波、卫星、微波等，但都无法实现雷达移动中的即时数据传输，这些相对固定的通信方式制约了雷达效能的发挥，降低了雷达数据的使用效率。因此探索机动灵活、实时可靠的雷达数据传输方式具有重大的现实意义。
一、系统总体方案
我们从手机短信通信中受到启发，采用与手机短信类似的数据传送方式，实现从雷达到数据中心的快速数据传送。如果直接采用现行的手机短信发送方式，虽然不需要架设专用天线就可做到即时开通，但它的数据发送量有限。对于高数据量的数据传递,我们可以采用另一种方式—GPRS数据传输方式。
GPRS（general packet radio service）是通用分组无线业务的简称，是一种基于分组交换的数据传输方式。作为一种高速、高效、经济的无线系统，具有网络覆盖范围广、数据带宽、适应性强、实时在线的优点，特别适用于间断的、突发性的或频繁少量的数据传输。对于雷达数据点多分散、间断突发、中小流量的特点和实时可靠的数据传输要求，利用GPRS进行数据传输有其他传输方式不可比拟的优势。
“基于移动通信网的雷达数据传输与处理系统”由数据发送终端、GSM/GPRS无线网络、数据接收中心服务器三部分组成。数据发送终端负责把雷达录取设备输出的数据发送到GPRS网络；GSM/GPRS网络负责信息的远距离传输；接收中心服务器实现雷达数据的接收和处理。数据中心服务器接入GPRS网络的方式通常有公网接入和专网接入两种，公网接入由ADSL或专线直接连接Internet，专网接入申请APN专线接入移动公司GPRS网络。
二、系统的设计与实现
1. 终端系统结构
雷达传输终端硬件设计如图所示。终端选用LPC2103为主控MCU，负责雷达数据的接收处理，并通过UART0以RS232电平与GPRS模块MC39i连接，用AT命令控制其登网传输数据；LPC2103通过UART1与雷达自动录取设备或PC机进行数据交换。
2．GPRS模块选择
监测终端与网络的通讯及数据传输等均是通过GPRS通讯模块来实现的，目前市场上可选用的通讯模块种类繁多，其中用于工业领域的主要有SIEMENS的TC系列、MC系列，SIMCOM公司的SIM系列，以及WAVECOM公司的Q系列等。这些GPRS模块又分为两大类：一类是模块本身已经嵌入了实现GPRS网络传输所需的协议，外部只要通过AT指令即可控制模块工作；一类是模块本身不带协议的，需要开发者在处理机中自行实现协议栈功能，其中包括链路层协议(PPP协议)，网络层协议(IP协议等)，传输层协议(UDP/TCP协议)。
考虑到自带协议栈的模块虽然开放周期很短，但由于整个模块对于开发者来说是一个黑盒系统，可操控性不强，由于开发者不了解模块内部实现协议的具体过程，对系统网络传输性能进行改善的可能性几乎没有。同时，万一系统运行中出现问题，开发者在维护方面能进行的工作也不多。
因此，在要求较高的雷达系统中，一般使用本身不带协议的模块，协议由开放者自行实现，这样有利于系统的稳定性。本系统设计中所采用的通讯模块是SIEMENS公司生产的MC39i。
3．系统软件设计
按照完成的主要功能，软件分为初始化模块、雷达数据采集及处理、命令执行模块以及通讯模块。根据各功能模块写相应的应用程序。
数据处理中心软件采用Bland C开发，实现雷达数据的接收与处理。GPRS模块上电后，就拥有一个IP地址，它主动向服务器发出连接请求，服务器使用Winsock从Internet上接收TCP/IP包。Socket接口是TCP/IP网络的API，方便开发TCP/IP网络上的应用程序，利用VC中MFC提供的CAsyncSocket套接字类来实现Socket编程。
在系统设计中，用于区分本地参数包、远程参数包、数据包和链路包的数据格式是自行定义的。所有数据包采取帧格式，如表所示。
（1）心跳：推荐10s发送一次，数据包包括4bytes。 前2字节用户中心的ID，后两字节也是用户中心的ID。格式如下：
（2）数据：包括包头和用户数据，包头分四个字节。
4. 协议栈的实现
要在设计的系统中完成GPRS方式下数据的正确传输，很重要的一点就是如何实现协议栈。一些厂商生产的GPRS模块中内嵌有协议栈，开发者只需通过AT指令简单控制模块即可。但本文设计的系统中选用的是不带协议的GPRS模块，协议栈的内容必须自行在处理机中实现。
MCU与Internet所交互的数据，先通过GPRS模块与当地的GSM基站中的GPRS业务节点进行无线通信，并进入GPRS网络，然后通过GPRS网关与Internet进行数据传输。
在本设计中MC39i本身不带有TCP/IP协议栈，系统网络传输相关的设计需要像传统网络通信那样进行分层考虑，进入GPRS模块的数据必须包含各层网络协议，系统对数据的加工、协议的加载都应由MCU完成。
考虑到所设计的系统中雷达数据的实时性要求很高，希望移植的协议栈越小越好。最后决定在传输层使用更为简单的UDP协议。可靠性问题交给应用软件解决。
由于整个协议的实现完全自行开发工作量巨大，开发周期会很长，且可靠性得不到保证，所以在本系统中，采用了移植已有开源协议的方法，即对已有的开源协议根据本系统硬件特点进行修改，移植到本系统上运行。经过分析，移植开源协议lwIP。
三、系统特点
1．实时性强
从设备上电到数据传输的时间小于2s，真正做到即开即通。GPRS实时在线和高速数据传输率，保证了数据传输的及时性，并支持多点同时传输。
2．可靠性高
GPRS采用面向连接的TCP协议通信，避免了数据包丢失的现象，保证数据可靠传输。GPRS网络本身具备完善的频分复用机制，并具备极强的抗干扰性能，中心与多个信息源同时进行数据传输互不干扰，完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。
3．系统的传输容量大，扩容性能好
目前GPRS实际数据传输速率在30Kbps左右，信道完全支持20部雷达同时传输数据。由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构，具备良好的扩展性能，一个数据处理中心可支持上百个远程信息点的通信接入。
4．覆盖范围广，系统建设成本低
GPRS网络已经实现全国范围内覆盖，并且扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于采用GPRS公网平台，无需建设网络，只需安装设备就即可，建设成本低，也免去了网络维护费用。
5．功耗小，适合野外供电环境
虽然与远在千里的数据中心进行双向通信，GPRS数传设备在工作时却只需与附近的移动基站通信即可，其整体功耗与一台普通GSM手机相当，平均功耗仅为200毫瓦左右，比传统数传电台小得多。因此GPRS传输方式非常适合在野外使用太阳能供电或蓄电池供电的场合下使用。
责编/刘 路
参考文献：
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