卫星射频设备远程控制监测系统的设计与实现

摘要：卫星通信需要工作在微波频段且必须要配备将微波信号进行放大的高功率放大器，而这些射频设备容易造成对人体的微波辐射，设计和实现一种基于工业控制的单片机用来和卫星射频单元设备的连接，通过计算机网线和基于Delphi软件对卫星射频单元的远程控制和监测的功能，将传统的人工作业方式提升为计算机远程自动控制。
关键词：卫星通信；射频设备；远程控制监测；自动控制

O 引言
    卫星通信具有远距离、大容量、多业务等诸多优点，现在越来越受到人们的关注和青睐，在抗震救灾、应急维稳中发挥了很大作用，但是由于卫星通信要求地球站发射频率能穿透大气层到达通信卫星上这个特殊要求，因此固定站设备射频单元均工作在微波频段，且配备有将微波信号进行放大的高功率放大器，因此整个射频单元具有很强的辐射性，为此固定站射频单元的设备一般都放在距离主机房比较远的单独机房或天线附近。目前对于射频单元的测试与管理，只能靠人工进行巡视和管理，这种值勤方式就造成了射频单元管理的时效性不好，容易出现巡视不及时造成设备的损坏，特别是恶劣天气状况下时，当射频单元参数需要调整和维护管理时，人员操作就比较困难，容易造成整个系统的通信中断，因此将系统卫星通信系统的射频单元进行远程集中管理和控制就具有很强的现实意义。

1 系统的原理及整体连接图
    该系统设计采用软硬件两部分相结合的方式，硬件设备采用处理速度和配置较高的工业控制计算机处理芯片，用来实现和各射频单元设备的连接，该板卡采用的CP 为IXP-422 266 MHz；DRAM为板载128 MB；FLASH为板载32 MB；该板卡拥有8个串口，2个USB接口，2个LAN网口，具有PCIBUS地址总线连接RS485通信端口，这些硬件可以方便地实现对卫星射频单元的控制和连接。硬件内建嵌入式Linux操作系统，通过Moxa Linux API Library开发环境来开发接口单元与综合服务器连接的底层代码，从而实现对所有卫星射频单元设备的数据采集、读取及分析，通过RS 485，RS 232串口来控制所有射频单元数据。
    远程监控软件部分采用Delphi 7.O多线程程序设计，主要完成TCP／IP协议到串口协议之间的有效转换、设备数据的显示、修改、监控、远程控制射频单元设备的切换等诸多功能；通过软件就将射频单元的有效数据通过计算机网口传输到远程控制的计算机上来，设备就可以通过网线和远程计算机相连，从而完成整个系统的远程监测和管理功能。该系统配有可靠的硬件和稳定的软件相互配合使用，真正实现卫星射频单元的远程控制和管理。
    卫星射频设备远程控制监测系统整体设计框图如图1所示。



2 远程控制监测系统的具体实现
    该系统作为连接UHF设备、KU设备、C波段等不同频段射频单元的转接和远端控制和监测设备，在近端要求设计一个能综合处理射频数据的一个服务器，在远端要通过计算机设计一个美观、可靠稳定的远端监控系统软件，对于整个系统的要求就是接口标准、转接可靠、运行稳定，因此整个系统的设计和实现它分为综合管理服务器设计硬件和Delphi软件开发监控两大部分。
2．1 远程控制监测系统的硬件组成
    作为连接卫星射频单元的硬件，设计了综合管理服务器，要求接口标准、转接可靠性能高等要求，也是整个系统设备的核心。它分为硬件和软件两大部分，硬件要运算速度高、能全天候进行工作，不但要有较多的串口连接，还要有RS 485有连接，同时对温度、环境的要求要高，因此在硬件上采用了工业级别的计算设备进行计算和处理，利用板卡的串口、网口进行设计，通过该硬件实现与卫星射频单元的有效连接。
    远程控制监测系统的硬件结构图如图2所示。


    整个装置以工控机为主处理平台，该平台的CPU为IXP-422 266 MHz，8个独立的串口端口，同时可以提供2个网口端口，USB端口，提供标准的RJ45端口来连接用户，标准的接口和各卫星射频单元通信系统提供的标准串口相连接；电源功耗只有12 W，具有防雷电击、适应环境在工业级别，硬件系统工作稳定可靠；为了能对8个串口进行不断的数据扫描的读取，该装置工作时，首先检测处理芯片组每100 ms检测所有串口接口的状态，将所需功率、增益、温度等主要参数进行读取，其次当需要其他参数设置时采取中断的方式进行。目前该装置可以提供8路标准的RS 232串口，可以方便地实现对卫星射频设备的连接，同时该系统提供了较大的容量升级空间，根据卫星站业务量大小进行必要的升级和扩容。
2．2 远程控制监测系统的软件设计
    硬件是连接卫星射频单元设备和远程计算机终端的有效方式，是整个系统的骨架，软件又是整个系统的核心和灵魂，根据整个系统的设计要求，卫星射频远程控制与管理系统软件分为两大部分：
    (1)通过综合管理服务器所提供的内建嵌入式Linux系统来编程实现硬件综合服务器与卫星区域站设备之间的连接。该软件通过分析和解读实现对不同射频设备的数据读取、发送等任务，对温度、增益、频率、功率等常用的参数进行100 ms轮询，对其他要设置的参数进行中断方式查询和发送，最后通过写入FLASH程序实现硬件设备和卫星射频单元的有效连接和稳定运行。
    (2)以Delphi 7.O为开发平台，通过多线程的方式实现网络TCP／IP协议到RS232标准串口之间的可靠转换和有效通信。通过该软件编程从而在用户端和远端提供良好的监测和控制界面，方便用户在远端实现对卫星设备的遥测和管理；同时为了能有效且美观地显示设备的增益、温度、功率等指标，还利用Delphi 7．0软件的类功能，包含了LED显示类，从而使得远端操作界面更加美观和直观。主程序通过简化编程，调用各模块和驱动函数，结构简单，可靠性高。其次改变软件内容，可以方便地增加该装置的其他功能，可扩充性强。
    卫星射频设备远程控制与监测控制界面如图3所示。



3 结语
    给出了一种远程控制和监测卫星射频单元的整个设计和实现过程。通过设计综合服务器完成卫星各种远程控制端口到TCP／IP的有效转接，通过Delphi软件实现了远程控制和监测射频参数的控制平台，该系统将目前人工巡视射频单元的传统模式转换为计算机自动和远程控制，同时提供了必要的告警信息方便用户使用，减少了设备对人体的微波辐射，大大提高了卫星区域站对射频单元设备的控制和管理效率，成功地解决了只能靠人工方式进行设备巡视的这个突出弊端，同时也为卫星通信地球站提供了一个有效的值勤监控终端，充分发挥了卫星通信的优势和作用，使用前景广阔。