湯亞魯

(青島市公安消防支隊(duì)，山東 青島 266071)

0 引言

當(dāng)前應(yīng)用較廣泛的定位系統(tǒng)主要有美國GPS定位系統(tǒng)、俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)、歐盟GALILEO系統(tǒng)、中國北斗定位系統(tǒng)、三大運(yùn)營商的手機(jī)定位等。這些定位信息的傳輸均依賴于通信運(yùn)營商的公網(wǎng)系統(tǒng)，在消防部隊(duì)?wèi)?yīng)用中主要存在傳輸安全問題和內(nèi)網(wǎng)接入受限等問題。在消防專網(wǎng)數(shù)字通信系統(tǒng)還沒有大規(guī)模投入使用之前，消防部隊(duì)還在大量使用模擬常規(guī)無線通信系統(tǒng)作為主要專網(wǎng)通信手段。為充分挖掘現(xiàn)有通信資源的潛力，在常規(guī)模擬通信系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)定位功能，筆者對模擬電臺的定位進(jìn)行了詳細(xì)研究和廣泛應(yīng)用。

1 定位控制中心建設(shè)

定位控制系統(tǒng)以電子地圖和空間信息系統(tǒng)為支撐平臺,實(shí)現(xiàn)定位跟蹤[1]。定位控制中心接收對講系統(tǒng)傳來的GPS定位信息，并以標(biāo)準(zhǔn)GPS信號格式，輸入計(jì)算機(jī)GIS系統(tǒng)。主要由由數(shù)據(jù)接收服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、GIS服務(wù)器、數(shù)據(jù)通訊服務(wù)軟件，中心服務(wù)端軟件、監(jiān)控中心軟件和電子地圖等組成。終端電臺定時(shí)采集來自衛(wèi)星定位系統(tǒng)的GPS數(shù)據(jù)，通過模擬常規(guī)無線通信通道上傳至控制中心接收臺，中心接收臺接收并輸出標(biāo)準(zhǔn)GPS定位信息，通過串口方式傳送到 GIS系統(tǒng)。GIS系統(tǒng)在顯示實(shí)時(shí)定位信息及其當(dāng)前狀態(tài)情況的同時(shí)，借助消防指揮調(diào)度網(wǎng)，把采集到的信息保存到數(shù)據(jù)庫。通過調(diào)度指揮網(wǎng)，授權(quán)人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控到消防隊(duì)員的位置和車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。

定位控制中心通過串口的參數(shù)（串口號、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗(yàn)位）的設(shè)置控制和保存GPS數(shù)據(jù)。通過發(fā)送串口BIIS命令是否收到中心臺響應(yīng)，測試中心臺的串口連接是否正常。處理后的GPS數(shù)據(jù)包括識別號、本地日期和時(shí)間、數(shù)據(jù)有效性、經(jīng)緯度坐標(biāo)、速度、方向等寫入數(shù)據(jù)庫。GIS上用不同的圖標(biāo)表示不同類別的信號源，如人、車等，用不同的圖標(biāo)表示信號源不同的狀態(tài)。實(shí)時(shí)監(jiān)控定位時(shí)，信號源圖標(biāo)顯示當(dāng)前電臺使用者的相關(guān)信息；歷史軌跡回放時(shí)，根據(jù)記錄的信號源、電臺使用者和時(shí)間的對應(yīng)關(guān)系，顯示當(dāng)時(shí)電臺使用者的相關(guān)信息。

2 定位電臺改裝

2.1 電臺硬件改裝

車載臺帶有GPS接口，訂制與車載臺GPS接口相匹配的 GPS信息采集芯片板卡，GPS采集板卡輸出端插接車載電臺GPS接口，輸入端通過串口線接GPS天線。手持對講機(jī)需要加配肩咪，通過放置肩咪內(nèi)的GPS信號接收處理器，實(shí)現(xiàn)手持對講機(jī)的GPS信號接收。改裝后的車載臺和手持對講機(jī)通過無線發(fā)射和中轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)發(fā)GPS信息，由中心控制臺接收并輸入控制管理系統(tǒng)。

2.2 電臺內(nèi)置軟件處理

電臺要正確傳輸GPS信息，必須刷機(jī)重新寫入包含處理GPS信息所必要的固化軟件。最主要的是要合理設(shè)置每條 GPS定位信息的自動發(fā)送時(shí)間間隔。終端電臺GPS定位信息的自動發(fā)送時(shí)間的最小間隔直接決定了單位時(shí)間內(nèi)定位電臺終端的容量。經(jīng)試驗(yàn)多種算法壓縮GPS定位信息數(shù)據(jù)表明，每個模擬車載臺GPS定位信息的自動發(fā)送時(shí)間的最小間隔可以最少達(dá)到 0.5 s，但模擬傳輸受限，最小間隔設(shè)定0.5 s發(fā)送GPS數(shù)據(jù)時(shí)并不能保證每條數(shù)據(jù)都能正確接收。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，在現(xiàn)有模擬通信條件下，車載臺GPS定位信息的自動發(fā)送最小時(shí)間間隔設(shè)定為1 s時(shí)，可以穩(wěn)定地發(fā)送和接收每條數(shù)據(jù)。這樣如系統(tǒng)設(shè)定1分鐘更新1次定位信息的話，每個模擬通信頻道就可以容納60輛車進(jìn)行定位。

2.3 頻率資源分配

終端電臺傳輸GPS定位信息數(shù)據(jù)必須占用1個通信頻道，如何避免GPS定位信息數(shù)據(jù)傳輸占用語音通話頻道，是電臺定位應(yīng)用首先要解決的問題，否則影響語音通話這個主要功能就失去了使用電臺的意義。解決這個問題可使用跳頻頻通信技術(shù)，自適應(yīng)跳頻技術(shù)是進(jìn)一步提高抗阻塞干擾能力的重要途徑[2]。將GPS數(shù)據(jù)和語音分開兩個信道進(jìn)行傳輸。GPS數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，迅速切換到另一個信道，傳輸完畢，自動切換到語音信道。由于跳頻傳輸?shù)臅r(shí)間非?？欤居绊懖坏秸Ｍㄔ?。這樣可以徹底避免GPS數(shù)據(jù)傳輸和語音傳輸?shù)臎_突，能夠在現(xiàn)有模擬常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)上真正實(shí)現(xiàn)GPS定位。實(shí)現(xiàn)跳頻必須在固化軟件里寫入相關(guān)程序并在電臺頻率表中指定要跳到的頻率數(shù)值。

3 傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)

在模擬常規(guī)系統(tǒng)中傳輸GPS數(shù)據(jù)暨可以使用單頻點(diǎn)，也可以使用雙頻點(diǎn)。雙頻點(diǎn)通過同頻同播技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全市大區(qū)無線覆蓋。單頻點(diǎn)覆蓋范圍有限，需設(shè)置多處接收點(diǎn)再通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)匯總接收才能實(shí)現(xiàn)全市覆蓋。

3.1 大區(qū)同頻同播網(wǎng)覆蓋

為確保GPS數(shù)據(jù)傳輸?shù)母采w范圍，實(shí)驗(yàn)建設(shè)了消防350兆模擬常規(guī)同頻同播傳輸系統(tǒng)。包括1個控制中心，10個同播基站，無線鏈路，全雙工。使用數(shù)字信號處理技術(shù)（DSP），信號的處理準(zhǔn)確迅速；各同播基站使用GPS衛(wèi)星時(shí)鐘信號進(jìn)行鎖頻, 基站的發(fā)射載波頻差小于 10 Hz，經(jīng)過調(diào)試各發(fā)射機(jī)調(diào)制端的音頻信號幅度特性差在1 dB以內(nèi)。保證每一次發(fā)送信號控制系統(tǒng)都有足夠的時(shí)間進(jìn)行判選，信令控制系統(tǒng)可對多個同播基站進(jìn)行判選、控制、管理。實(shí)驗(yàn)表明在常規(guī)模擬同頻同播網(wǎng)中傳輸GPS數(shù)據(jù)，與在單個中繼臺傳輸并不相同，終端電臺同樣的設(shè)置，在單個中繼臺中能正常傳送，在同播系統(tǒng)中就不能很好的傳送。經(jīng)不斷實(shí)驗(yàn)和分析判斷，發(fā)現(xiàn)是由于終端電臺發(fā)送的GPS數(shù)據(jù)量很小、速度太快，信號小到不能激活同播系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)播。由于電磁環(huán)境的復(fù)雜性,在無線信道上存在各種噪聲與干擾信號[3]，同播系統(tǒng)為了確保話音質(zhì)量采取了一定程度的降噪措施，過短的信號會被作為噪聲處理掉。經(jīng)分析研究可采取在終端電臺發(fā)射GPS數(shù)據(jù)信號之前0.5 s預(yù)先發(fā)送一個空信號來激活同播基站的辦法解決。經(jīng)在終端電臺固化軟件里增加預(yù)發(fā)空信號的命令，最終順利解決了該問題。實(shí)現(xiàn)了GPS數(shù)據(jù)傳輸同頻同播網(wǎng)全市大區(qū)覆蓋。

3.2 分散接收與專網(wǎng)匯總

采用單頻點(diǎn)傳輸不存在激活基站的問題，但需設(shè)置多處接收站點(diǎn)。可以在各消防大隊(duì)或中隊(duì)設(shè)置接收臺，接收臺通過串口單向與計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)安裝接收控制軟件將接收的GPS數(shù)據(jù)通過指揮調(diào)度專網(wǎng)傳送到支隊(duì)GPS控制中心服務(wù)器。該方式實(shí)現(xiàn)了無線通信與有線專網(wǎng)通信的結(jié)合，節(jié)省了建設(shè)同頻同播基站的投資，但增加了接收節(jié)點(diǎn)和接收臺的數(shù)量，后期維護(hù)任務(wù)較重。

4 結(jié)語

文中通過建設(shè)GPS控制中心和對現(xiàn)有消防模擬常規(guī)電臺終端的改造，實(shí)現(xiàn)了無線對講、GPS數(shù)據(jù)采集與傳輸、GIS定位圖示的有機(jī)結(jié)合，最大程度的發(fā)揮了當(dāng)前模擬無線通信系統(tǒng)的效能[4]。免除了租用公網(wǎng)運(yùn)營商無線鏈路傳輸GPS數(shù)據(jù)的費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)網(wǎng)接入，消除了安全隱患。不足之處是電臺傳輸GPS數(shù)據(jù)占用頻率資源，模擬系統(tǒng)占用資源多容量較小，覆蓋范圍有限。目前中國正在積極展開自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)字對講機(jī)的研發(fā)工作,以及數(shù)字對講機(jī)協(xié)議的制定[5]。未來還應(yīng)全面向數(shù)字通信系統(tǒng)發(fā)展。

[1] 陸文昌,畢世高. 車輛監(jiān)控系統(tǒng)中車載 GPS定位終端的設(shè)計(jì)[J]. 通信技術(shù),2010,42(07):201-203.

[2] 殷文龍,陳浩楠,沈良,等. 基于概率映射的短波自適應(yīng)跳頻方法[J]. 通信技術(shù)，2012,44(03):1-3.

[3] 胡薇，李大雙. 無線高速鏈路快速可靠傳輸方法[J].信息安全與通信保密，2011(06):.

[4] 李盈,朱光喜.無線通信系統(tǒng)認(rèn)證方案與實(shí)現(xiàn)[J]. 信息安全與通信保密，2006(02):53-55,58.

[5] 彭天偉，凌朝東，楊驍. 數(shù)字對講機(jī)中語音信號處理的研究[J].通信技術(shù)，2011,43(10):58-60.