一、 基本概況
系統(tǒng)示意圖如下：
二、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及相關(guān)考慮
為了保證系統(tǒng)最高的數(shù)據(jù)通信安全性和可靠性。在設(shè)備選型、設(shè)備配置、系統(tǒng)設(shè)計(jì)幾方面均經(jīng)過仔細(xì)分析和考慮，采取了相應(yīng)的措施。
2.1 設(shè)備選型
美國GE MDS公司
美國GE MDS公司是世界公認(rèn)的提供無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的先鋒，七十多萬臺(tái)GE MDS電臺(tái)在世界各地安裝使用。GE MDS電臺(tái)的性能樹立了無線數(shù)據(jù)通信行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。
MDS公司成立于1985年，位于紐約州北部羅徹斯特市，專門研制生產(chǎn)專業(yè)無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備。26年來，MDS公司一直在工業(yè)專網(wǎng)通信領(lǐng)域的前沿獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，成為這一行業(yè)最大生產(chǎn)廠商。 MDS公司現(xiàn)有員工280人，占有美國70%同類 產(chǎn)品市場。
MDS擁有世界級(jí)的廠房和自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)施。它的生產(chǎn)管理系統(tǒng)采用柔性制造生產(chǎn)。它有兩條表面焊接技術(shù)生產(chǎn)線，所有的部件、半成品及成品的試驗(yàn)和檢測都是自動(dòng)控制完成的。工廠依據(jù)客戶的訂單進(jìn)行生產(chǎn)，每天可以生產(chǎn)多種不同的機(jī)型，日產(chǎn)可達(dá)1,000臺(tái)。 56,000平方英尺的廠房，ISO-9001質(zhì)量認(rèn)證體系， 先進(jìn)的管理系統(tǒng)， 造就了一流的產(chǎn)品，一流的企業(yè)。
MDS一方面不斷創(chuàng)新，加強(qiáng)技術(shù)儲(chǔ)備，另一方面下大力量保持產(chǎn)品的兼容性，使已安裝的產(chǎn)品與新產(chǎn)品可以兼容并升級(jí)換代。MDS為了電臺(tái)的安裝調(diào)試和使用維護(hù)方便，開發(fā)了許多專用工具和軟件，深受用戶喜愛。MDS電臺(tái)已成為了行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。
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(yè)級(jí)的無線以太網(wǎng)設(shè)備，它的傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸速率高。通過iNET300，用戶可以將遠(yuǎn)端以太網(wǎng)或串口網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)交贗P的網(wǎng)絡(luò)中，如：油井、氣井、泵站、管道、儲(chǔ)液罐及儀表的各種數(shù)據(jù)。它也可以為基于車載移動(dòng)的各種應(yīng)用提供一個(gè)移動(dòng)的無線訪問網(wǎng)絡(luò)。
GE MDS iNET300 工作頻點(diǎn)為336MHz－344MHz頻段，因其頻率較低，傳輸距離比微波設(shè)備遠(yuǎn)很多，在視距情況下最大傳輸距離可達(dá)100公里，電臺(tái)的空中傳輸速率最高可達(dá)512Kbps。
GE MDS iNET300無線方案的優(yōu)勢
傳輸距離遠(yuǎn)：
工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，同類產(chǎn)品傳輸距離最遠(yuǎn)。
可靠性高：
雙機(jī)熱備主站（通過P21實(shí)現(xiàn)）能夠?yàn)橐恍╆P(guān)鍵的應(yīng)用提供很高的系統(tǒng)可靠性。遠(yuǎn)端設(shè)備也可以采用雙機(jī)熱備模式。
安全性能強(qiáng)：
無線鏈路提供多級(jí)保護(hù)措施，包括300MHz物理層的調(diào)頻擴(kuò)頻技術(shù)及128位數(shù)據(jù)加密等，支持AES-128，支持RADIUS。
靈活性好：
iNET 300電臺(tái)支持多個(gè)用戶的多個(gè)應(yīng)用，通過多種不同協(xié)議在同一個(gè)電臺(tái)或網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)工作。
兼容性強(qiáng)：
iNET 300采用開放的接口標(biāo)準(zhǔn)，能夠向上向下兼容。
網(wǎng)管功能強(qiáng)：
可使用NETview MS 進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。NETview MS基于獨(dú)立的Java應(yīng)用平臺(tái)，它可以和其他廠商的管理軟件集成在一起。
功能特點(diǎn)
◆ 同一個(gè)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)支持多種協(xié)議，多種應(yīng)用，多個(gè)用戶。
◆ 電臺(tái)同時(shí)支持以太網(wǎng)口及串口——可作為已有串口設(shè)備到以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。
◆ 工業(yè)級(jí)設(shè)備性能——可以在各種惡劣環(huán)境下工作。
◆ 支持工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。
◆ 傳輸距離遠(yuǎn)——最遠(yuǎn)可達(dá)100KM。
◆ 傳輸速率高——最高可達(dá)512Kbps
◆ 安全性能好——多級(jí)安全防護(hù)措施，確保設(shè)備不被竊聽及非法訪問。
◆ 可靠性能高——提供雙機(jī)熱備冗余配置，保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
◆ 即插即用——設(shè)備簡單配置即可使用。
◆ MDS網(wǎng)管系統(tǒng)——先進(jìn)的SNMP管理系統(tǒng)，易于簡化設(shè)備操作維護(hù)及提高網(wǎng)絡(luò)操作性能。
2.2 系統(tǒng)頻率的選擇
考慮到飛艇在空中的高度較高，易受氣流，風(fēng)力等天氣條件的影響，我們擬定采用具有繞射能力比較強(qiáng)的超短波頻段，336-344MHz之間的任何頻點(diǎn)都符合這個(gè)要求。
2.3 系統(tǒng)計(jì)算分析
不管采用什么樣的工程公式計(jì)算，實(shí)際數(shù)據(jù)可能不一樣，但結(jié)論都將是相同的。只是采用的公式考慮的因素少的時(shí)候，數(shù)據(jù)會(huì)有利一些，但和實(shí)際情況的差距也會(huì)大一些。公式考慮的因素越全越接近實(shí)際情況。這里都是視距傳輸，采用自由空間傳輸計(jì)算公式比較接近實(shí)際值。
2.3.1 計(jì)算分析
1、假設(shè)控制中心與飛艇距離20km計(jì)算系統(tǒng)衰弱儲(chǔ)備值
已知的基礎(chǔ)設(shè)施的原始數(shù)據(jù)：
飛艇高度＝1000米
控制中心位置未知，假設(shè)控制中心距離飛艇20KM，假設(shè)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(duì)地面移動(dòng)通信的電波傳播問題，做了大量的統(tǒng)計(jì)工作，并歸納出一個(gè)大城市適用的傳播損耗 Lb 經(jīng)驗(yàn)公式：
Lb(dB)=75 + 26Lgf + 45LgR - GT(dB) - GR(dB)–(14+6.5LgR）×LgHT–3.2 [ Lg（12HR）]2
式中， 收、發(fā)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電臺(tái)的發(fā)射功率為37dB，接收靈敏度為－97dBm。
衰落儲(chǔ)備實(shí)際值=系統(tǒng)增益-接頭損耗-電纜損耗-傳播損耗
其中：
系統(tǒng)增益=數(shù)字電臺(tái)的發(fā)射功率-數(shù)字電臺(tái)的接收靈敏度=37-（-97）=134dBm
接頭損耗=8×0.25=1dB(按照8個(gè)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(jì)，飛艇上的電纜長度不超過10m，地面不超過50m。
電纜長度=10米（飛艇）+50米（地面）=60米
電纜損耗=3.83dB×60/100=2.298dB（使用普通1/2”電纜，3.83dB/100m）
則系統(tǒng)衰弱儲(chǔ)備值＝系統(tǒng)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(shí)接收機(jī)的接收?qǐng)鰪?qiáng)約為－60.60dB，系統(tǒng)留有36.40dB的余量。
2、假設(shè)控制中心距離飛艇50KM
飛艇到地面間的傳播損耗計(jì)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
則系統(tǒng)衰弱儲(chǔ)備值＝系統(tǒng)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(shí)接收機(jī)的接收?qǐng)鰪?qiáng)約為－70.75dB，系統(tǒng)留有26.25dB的余量。
三、結(jié)論
根據(jù)前面的計(jì)算分析，采用GE MDS公司的iNET300設(shè)備，無論是設(shè)計(jì)余量還是系統(tǒng)硬件冗余、數(shù)據(jù)帶寬冗余、通信距離都非常合理。
充分考慮到飛艇在空中時(shí)，易受風(fēng)力、氣流的影響，會(huì)造成天線的擺動(dòng)，致使傳輸方向上的增益和極化方向都會(huì)發(fā)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）,則為系統(tǒng)帶來最大19dB的傳輸路徑上的插入損耗。而我們iNET300設(shè)備設(shè)計(jì)的系統(tǒng)衰弱儲(chǔ)備值遠(yuǎn)大于最惡劣情況帶來的影響值。
所以，iNET300電臺(tái)在此可完全滿足設(shè)計(jì)要求。
