在博覽會期間,飛艇懸停於會場附近 1000 米的空中,為會議采集 CIF 格ge式shi清qing晰xi度du的de視shi頻pin數shu據ju,現xian需xu要yao安an裝zhuang一yi套tao無wu線xian數shu據ju傳chuan輸shu係xi統tong,係xi統tong主zhu要yao完wan成cheng對dui飛fei艇ting內nei設she備bei的de視shi頻pin監jian控kong視shi頻pin的de傳chuan輸shu和he發fa生sheng緊jin急ji情qing況kuang時shi,地di麵mian控kong製zhi中zhong心xin可ke向xiang飛fei艇ting發fa送song控kong製zhi信xin號hao,控kong製zhi飛fei艇ting在zai遠yuan離li人ren員yuan密mi集ji區qu後hou再zai降jiang落luo。
二、 係統設計以及相關考慮
為了保證係統最高的數據通信安全性和可靠性。在設備選型、設備配置、係統設計幾方麵均經過仔細分析和考慮,采取了相應的措施。 2.1 設備選型
美國GE MDS公司
美國GE MDS公司是世界公認的提供無線數據采集係統的先鋒,七十多萬台MDS數字電台在世界各地安裝使用。GE MDS數字電台的性能樹立了無線數據通信行業的標準。 MDS公司成立於1985年,位於紐約州北部羅徹斯特市,專門研製生產專業無線數據通信設備。26年來,MDS公司一直在工業專網通信領域的前沿獨領風騷,成為這一行業最大生產廠商。 MDS公司現有員工280人,占有美國70%同類 產品市場。 MDS擁有世界級的廠房和自動化生產設施。它的生產管理係統采用柔性製造生產。它有兩條表麵焊接技術生產線,所有的部件、半成品及成品的試驗和檢測都是自動控製完成的。工廠依據客戶的訂單進行生產,每天可以生產多種不同的機型,日產可達1,000台。 56,000平方英尺的廠房,ISO-9001質量認證體係, 先進的管理係統, 造就了一流的產品,一流的企業。 MDS一方麵不斷創新,加強技術儲備,另一方麵下大力量保持產品的兼容性,使已安裝的產品與新產品可以兼容並升級換代。MDS為了無線數傳電台的安裝調試和使用維護方便,開發了許多專用工具和軟件,深受用戶喜愛。MDS數傳電台已成為了行業的標準。
2007年3月 美國通用電器公司(GE)收購了MDS公司,更名為GE MDS公司。
GE MDS iNET300是一款工業以太網電台,它的傳輸距離遠,傳輸速率高。通過iNET300,用戶可以將遠端以太網或串口網絡的數據直接傳輸到基於IP的網絡中,如:油井、氣井、泵站、管道、儲液罐及儀表的各種數據。它也可以為基於車載移動的各種應用提供一個移動的無線訪問網絡。 GE MDS iNET300 工作頻點為336MHz-344MHz頻段,因其頻率較低,傳輸距離比微波設備遠很多,在視距情況下最大傳輸距離可達100公裏,電台的空中傳輸速率最高可達512Kbps。
GE MDS iNET300無線方案的優勢
傳輸距離遠:
工業級產品,同類產品傳輸距離最遠。 可靠性高: 雙機熱備主站(通過P21實現)能夠為一些關鍵的應用提供很高的係統可靠性。遠端設備也可以采用雙機熱備模式。 安全性能強: 無線鏈路提供多級保護措施,包括300MHz物理層的調頻擴頻技術及128位數據加密等,支持AES-128,支持RADIUS。 靈活性好:
iNET 300電台支持多個用戶的多個應用,通過多種不同協議在同一個電台或網絡中同時工作。 兼容性強: iNET 300采用開放的接口標準,能夠向上向下兼容。 網管功能強: 可使用NETview MS 進行遠程管理。NETview MS基於獨立的Java應用平台,它可以和其他廠商的管理軟件集成在一起。
功能特點
◆ 同一個設備或網絡支持多種協議,多種應用,多個用戶。 ◆ 電台同時支持以太網口及串口——可作為已有串口設備到以太網轉換的網關設備。 ◆ 工業級設備性能——可以在各種惡劣環境下工作。 ◆ 支持工業以太網協議。 ◆ 傳輸距離遠——最遠可達100KM。 ◆ 傳輸速率高——最高可達512Kbps ◆ 安全性能好——多級安全防護措施,確保設備不被竊聽及非法訪問。 ◆ 可靠性能高——提供雙機熱備冗餘配置,保證網絡的可靠性。 ◆ 即插即用——設備簡單配置即可使用。 ◆ MDS網管係統——先進的SNMP管理係統,易於簡化設備操作維護及提高網絡操作性能。
2.2 係統頻率的選擇 考慮到飛艇在空中的高度較高,易受氣流,風力等天氣條件的影響,我們擬定采用具有繞射能力比較強的超短波頻段,336-344MHz之間的任何頻點都符合這個要求。 2.3 係統計算分析 不(bu)管(guan)采(cai)用(yong)什(shen)麼(me)樣(yang)的(de)工(gong)程(cheng)公(gong)式(shi)計(ji)算(suan),實(shi)際(ji)數(shu)據(ju)可(ke)能(neng)不(bu)一(yi)樣(yang),但(dan)結(jie)論(lun)都(dou)將(jiang)是(shi)相(xiang)同(tong)的(de)。隻(zhi)是(shi)采(cai)用(yong)的(de)公(gong)式(shi)考(kao)慮(lv)的(de)因(yin)素(su)少(shao)的(de)時(shi)候(hou),數(shu)據(ju)會(hui)有(you)利(li)一(yi)些(xie),但(dan)和(he)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)的(de)差(cha)距(ju)也(ye)會(hui)大(da)一(yi)些(xie)。公(gong)式(shi)考(kao)慮(lv)的(de)因(yin)素(su)越(yue)全(quan)越(yue)接(jie)近(jin)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)。這(zhe)裏(li)都(dou)是(shi)視(shi)距(ju)傳(chuan)輸(shu),采(cai)用(yong)自(zi)由(you)空(kong)間(jian)傳(chuan)輸(shu)計(ji)算(suan)公(gong)式(shi)比(bi)較(jiao)接(jie)近(jin)實(shi)際(ji)值(zhi)。
2.3.1 計算分析
1、假設控製中心與飛艇距離20km計算係統衰弱儲備值 已知的基礎設施的原始數據: 飛艇高度=1000米 控製中心位置未知,假設控製中心距離飛艇20KM,假設接收天線高度為50米。 天線選用全向天線,天線增益為8dB
日本人奧村,對地麵移動通信的電波傳播問題,做了大量的統計工作,並歸納出一個大城市適用的傳播損耗 Lb 經驗公式:
Lb(dB)=75 + 26Lgf + 45LgR - GT(dB) - GR(dB)–(14+6.5LgR)×LgHT–3.2 [ Lg(12HR)]2 式中, 收、發天線高度HR , HT 單位為 m , f為340MHz, 則Lb(dB) = 75+26Lg340+45Lg20-8-8-(14+6.5Lg20)×Lg1000-3.2[Lg(12×50)]2 = 75 + 68.82 + 58.55 – 8 – 8 - 67.37 - 24.70 = 94.3dB
iNET300數字電台的發射功率為37dB,接收靈敏度為-97dBm。 衰落儲備實際值=係統增益-接頭損耗-電纜損耗-傳播損耗 其中: 係統增益=數字電台的發射功率-數字電台的接收靈敏度=37-(-97)=134dBm 接頭損耗=8×0.25=1dB(按照8個接頭,包括饋線和跳線的所有接頭) 電纜損耗,不同安裝位置的電纜長度不同,按照估計,飛艇上的電纜長度不超過10m,地麵不超過50m。 電纜長度=10米(飛艇)+50米(地麵)=60米 電纜損耗=3.83dB×60/100=2.298dB(使用普通1/2”電纜,3.83dB/100m)
則係統衰弱儲備值=係統增益-接頭損耗-電纜損耗-傳播損耗 =134-1-2.298-94.3 =36.40dB 則此時接收機的接收場強約為-60.60dB,係統留有36.40dB的餘量。
2、假設控製中心距離飛艇50KM 飛艇到地麵間的傳播損耗計算: Lb(dB)=75 + 26Lgf + 45LgR - GT(dB) - GR(dB)–(14+6.5LgR)×LgHT–3.2 [ Lg(12HR)]2 =75 + 68.82 + 76.45 – 8 – 8 – 75.12 - 24.70 =104.45 dB 則係統衰弱儲備值=係統增益-接頭損耗-電纜損耗-傳播損耗 =134-1-2.298-104.45 =26.25dB 則此時接收機的接收場強約為-70.75dB,係統留有26.25dB的餘量。
根據前麵的計算分析,采用GE MDS公司的iNET300設備,無論是設計餘量還是係統硬件冗餘、數據帶寬冗餘、通信距離都非常合理。 充分考慮到飛艇在空中時,易受風力、氣流的影響,會造成天線的擺動,致使傳輸方向上的增益和極化方向都會發生變化,最惡劣的情況是天線在傳輸方向上的增益為0,極化方向垂直(影響傳輸最大值3dB),則為係統帶來最大19dB的傳輸路徑上的插入損耗。而我們iNET300設備設計的係統衰弱儲備值遠大於最惡劣情況帶來的影響值。 所以,iNET300數字電台在此可完全滿足設計要求。
GE MDS 世界領先的工業級無線數傳電台製造商
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