CN102737483B - 基于卫星的数据收集系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于卫星的数据收集系统，该数据收集系统在卫星上搭载了接收性能出色的反射镜天线，可有效地收集来自配置于海洋、山岳等的各种环境观测传感器的观测数据。环境观测传感器除了具备观测预先确定的种类的环境数据的功能之外，还具备与带GPS的便携终端相同的大小及收发功能。根据该数据收集系统，能够将环境观测数据作为与配备环境观测传感器的位置信息相对应的数据来获取。

Description

基于卫星的数据收集系统

技术领域

本发明涉及基于卫星的数据收集系统。

背景技术

在对山岳或海洋等的环境观测数据收集中，到目前为止，对于海洋的环境观测而言，根据来自在放置于海洋的大型浮标等中设置的各种传感器的发送信号来进行数据收集。作为实现这种数据收集的现有系统，具有利用了卫星的数据收集系统(专利文献1)。在该数据收集系统中，由卫星中继来自设置于浮标中的传感器的发送信号，传送给地面站。在地面站中，接收来自卫星的数据并进行数据收集，对收集到的数据进行解析/分析。

但是，在利用卫星的到目前为止的数据收集系统中，只能检测从卫星天线所覆盖的区域发送的信号，存在不能确定搭载了传感器的浮标的位置的缺点。此外，由于卫星的接收能力不足，在浮标侧需要大的发送功率，这会成为系统结构上的障碍，并且由于浮标的大型化而导致成本上升。

基于这些理由，产生了应改善利用卫星的到目前为止的数据收集系统的课题。

专利文献1：日本特开2004-21778

发明内容

本发明的课题是提供一种基于卫星的数据收集系统，其可根据来自具有一般分布较广的带GPS功能的移动电话类的小型轻便的小型终端功能的传感器的发送信号，实现迅速且可靠的数据收集。

本发明的数据收集系统是利用了卫星通信链路的传感器信息收集系统，其在卫星上搭载了接收灵敏度高的大型反射镜天线，且能够接收来自具有小型终端功能的传感器的传感器信号，该小型终端具有带GPS移动电话(带GPS便携终端)类型的大小及发送能力，本发明的数据收集系统大幅提高了传感器网络构筑的实现性、便利性、低成本化，包括以下的结构、功能。

a.搭载于卫星的大型反射镜天线能够接收来自传感器的传感器信号，该传感器具有带GPS移动电话类别的小型终端功能(收发功能)、和观测温度、压力等预先确定的种类的环境数据的功能。

b.传感器信号包括通过GPS功能获得的传感器的位置信息。

c.传感器信号包括通过GPS功能获得的传感器的GPS时刻。

d.卫星可利用逆方向通信链路向传感器通知传感器信号的受理等状况。

e.向传感器的逆方向通信中包括指定来自传感器的间歇性发送的发送定时信息。

(发明效果)

本发明的数据收集系统能够与起到终端作用的小型轻便的传感器之间进行通信，因此能够大幅简化与传感器的制作、设置相关的负担，并且根据来自传感器的高精度位置信息，能够实现快速且可靠的数据收集，其中所述传感器具有：与带GPS移动电话类型相同程度的大小及收发功能、和观测预先确定的种类的环境数据的功能。

附图说明

图1是用于说明本发明的实施方式的数据收集系统的结构的图。

图2是示出了搭载于图1的静止卫星上的、本发明的实施方式的大型反射镜天线的一例的图。

图3是示出了具有作为小型终端的功能的地球环境观测传感器的实施方式的图，该小型终端具有带GPS移动电话的大小及收发能力。

图4是示出了图3所示的地球环境观测传感器的示意结构的一例的图。

图5是示出了在本发明的实施方式中在地球环境观测传感器与静止卫星之间交互的传感器信号、传感器信号确认送达信号的数据结构的例子的图。

图6是用于说明对服务提供商向用户提供由本发明的实施方式的数据收集系统获得的观测数据的服务进行展开的情况的图。

具体实施方式

本发明所涉及的数据收集系统通过搭载于通信卫星上的接收性能出色的大型反射镜天线，接收来自在海洋、山岳等中配备的地球环境观测传感器(环境观测传感器)的传感器信号。卫星向地面站发送接收到的传感器信号。在地面站中，除了基于在接收信号中包含的地球环境观测数据之外，还基于通过GPS定位得到的地球环境观测传感器的位置信息、获取观测数据的GPS时刻等信息，收集有用性高且有效的观测数据。即，将环境观测数据作为与配备地球环境观测传感器的位置信息和数据获取时刻信息相对应的数据来获取。

另外，作为传感器信号，例如不一定要使用406MHz频带的信号，可以利用分配给卫星移动体通信的频带。根据从卫星向地球环境观测传感器发送的传感器信号确认送达信号，按照对地球环境观测传感器进行指示的定时，可间歇地进行传感器信号的发送，因此即使存在多个地球环境观测传感器，也能控制成信息不会拥挤(冲突)。这种控制是通过由卫星中继来自地面站的控制部的指示并作为传感器信号确认送达信号而发送给地球环境观测传感器来执行的。

本发明是为了接收来自配备在海洋、山岳等中、且具有作为带GPS的小型终端(便携终端)的功能的地球环境观测传感器的传感器信号(观测信号)，在卫星上搭载了大型反射镜天线的数据收集系统，该带GPS的小型终端具有带GPS功能的移动电话(便携终端)等级的大小、发送功率以及接收功能。

用于实现本数据收集系统的要件如下。

(1)在卫星上配备用于提高传感器信号的接收性能的大型反射镜天线。大型反射镜天线并不是具备几m级的反射镜，而是具备10m以上、优选是10～30m级的大型反射镜。通过火箭，与卫星一起发射这种大型反射镜。在火箭中容纳这种大型反射镜时，以与卫星一起收于整流装置内的方式，被折叠容纳，到达宇宙空间的规定轨道之后，在轨道上被展开成期望的形状(抛物面)。展开之后，大型反射镜天线指向地球环境观测传感器所在的地球上的期望的区域。

(2)地球环境观测传感器配备在海洋、山岳等中。配备在海洋中的地球环境观测传感器不需要以此前的大型的浮标作为搭载该传感器的浮标，只要具有带GPS的移动电话类的小型终端程度的大小和发送功率即可，而且还具有观测温度、压力等预先确定种类的环境数据的功能。

(3)地球环境观测传感器除了具有与小型终端相同的通信功能之外，还具有GPS接收功能、定位功能、GPS增强信号接收功能。

(4)从地球环境观测传感器发送的传感器信号通过卫星上行链路被大型反射镜天线接收，进而经由搭载了该大型反射镜天线的卫星被地面站接收/收集。另外，卫星与地球环境观测传感器之间的通信包括以下功能：通过相反方向的链路(卫星下行链路)，向地球环境观测传感器发送包含表示已接收到传感器信号的传感器信号确认送达信息的信号。该传感器信号确认送达信息除了包括通知卫星中的传感器信号接收结束的信息之外，还包括对地球环境观测传感器的发送定时的指示信息等。

以下，在理论和实际方面说明本发明的实施方式。

[理论方面的说明]

可用下述式(1)表示由卫星接收来自配备于海洋、山岳中的地球环境观测传感器的传感器信号的信号电平S。

S＝P·G·Gs·{(λ/4)·π·L}²(1)

在式(1)中，P是地球环境观测传感器的发送功率，G是地球环境观测传感器所具备的天线的增益。L是传感器信号的传播距离，λ是传感器信号的发送信号波长，Gs是卫星的反射镜天线的增益。

如果为了使地球环境观测传感器侧较轻便，而减小发送功率P和天线增益G，则想要获得同一接收功率时需要大幅提高卫星侧的天线增益Gs。一般，卫星的天线增益与天线开口直径的平方成比例，想要增加天线增益，就要搭载大型天线。

对于大型反射镜天线而言，在发射卫星时，以折叠的状态将反射镜容纳在火箭的整流装置中，并在卫星轨道上展开折叠状態的反射镜。反射镜使用适合展开的网状类型。在到目前为止的数据收集系统中，在构筑该系统时并没有确立搭载于卫星的大型反射镜的实现性，为了使上述式(1)的天线增益Gs较小，则不得不形成大型的地球环境观测传感器的发送系统。

为了提高基于传感器信号的信息收集的可靠性，地球环境观测传感器的位置确定很重要。在本实施方式的数据收集系统中，从地球环境观测传感器发送的传感器信号包含了基于GPS的定位信息(地球环境观测传感器的位置信息)和时刻信息(观测数据的获取时刻)等。由此，地球环境观测传感器的位置测量精度(定位精度)约为1～5m，能够实现地面站中的地球环境监视信息与地理信息之间的对应。

在到目前为止的数据收集方式中，不存在基于GPS的定位信息，因此所测量的位置存在大的误差，很难进行收集到的数据的解析/分析。相对于此，已知为了基于来自作为场所已知的GPS监视站的信息来提高定位精度，可以利用GPS增强信号。因此，本实施方式的数据收集系统中的地球环境观测传感器可利用该GPS增强信号来获得高精度的定位信息。

另外，通过利用可叠加GPS增强信号的、后述的传感器信号确认送达信号，从而向地球环境观测传感器侧发送卫星中的传感器信号的受理确认，或者向地球环境观测传感器侧指定发送传感器信号的定时，因此能够构筑有效的高可靠性的数据收集网。

[实际方面的说明]

图1表示本发明的实施方式的数据收集系统的示意结构。本实施方式所涉及的数据收集系统由静止卫星12、搭载于静止卫星12中的大型反射镜天线13(图2)、地球环境观测地面站14、和GPS管制站15构成。静止卫星12与地球环境观测传感器11之间进行无线通信。在图1中仅示出了一个地球环境观测传感器11，但是在海洋或山岳等中配备1个以上的地球环境观测传感器。在配备于海洋的情况下，尽管地球环境观测传感器11被设置在浮标等上，但不需要以往那种的大型浮标。

由地球环境观测传感器11测量并发送的、包括温度和其他测量信息的传感器信号、和来自其他地球环境观测传感器的传感器信号依次被搭载于静止卫星12中的大型反射镜天线13接收，经由静止卫星12集中发送给地球环境观测地面站14。在地球环境观测地面站14中对接收到的传感器信号进行处理，从而生成观测数据。该观测数据被用于天气预报、灾害预测及其他各种服务提供中。GPS管制站15发送GPS信号。

图3示出具有作为小型终端的功能的地球环境观测传感器的实施方式，该小型终端具有带GPS的移动电话类型的大小和收发能力。本地球环境观测传感器20可通过与作为移动电话而提供的设备相同的设备来实现。因此，在地球环境观测传感器20和静止卫星26之间交互的传感器信号、传感器信号确认送达信号分别具有图5所示的数据结构。

如图5(a)所示，传感器信号具有由前同步信号(preamble)、用于识别地球环境观测传感器的终端ID(IdentificationData)、基于GPS的位置信息或时刻信息、温度、其他测量信息和后同步信号(postamble)构成的数据结构。

另一方面，如图5(b)所示，传感器信号确认送达信号具有由前同步信号、用于指定地球环境观测传感器的终端ID、用于提高定位精度的GPS增强信号、加密的传感器信号确认送达信息和后同步信号构成的数据结构。如前所述，传感器信号确认送达信息除了包括通知卫星中的传感器信号接收的信息之外，还包括对地球环境观测传感器的发送定时的指示信息等。另外，当然，不仅可以对传感器信号确认送达信息进行加密，也可以根据需要对图5(a)、(b)的各个信息进行加密。

图4表示图3所示的地球环境观测传感器20的示意结构的一例。地球环境观测传感器20除了传感器部21、收发部22(图3)、天线部23、分支部24之外，还内置了电池(省略图示)。收发部22由GPS信号接收部22-1、传感器信号发送部22-2、确认送达信号接收部22-3构成。传感器部21除了测量功能之外，还具有GPS信号和确认送达信号的译解功能、变换或构成为发送测量信息时所需形式的功能、控制收发部22的功能、和电池节约功能等。

图6是用于说明对服务提供商向用户提供通过本数据收集系统获得的观测数据的服务进行展开的情况的图。

基础设施供应商31提供卫星的订货、维持管理、进行运用的基础设施，服务提供商32基于该基础设施进行传感器信息收集。GPS增强信号生成供应商33对服务提供商32进行GPS增强信号的生成、发送、管理。用户34为了从服务提供商32接收地球环境观测数据的提供服务，向服务提供商32注册具有本功能的自己的ID，并支付服务费。服务提供商32管理这些。

通过以上的说明可以理解到，上述实施方式的数据收集系统能够在与起到终端作用的小型轻便的传感器之间进行通信，因此能够大幅简化关于传感器的制作、设置的负担，并且根据来自传感器的高精度位置信息，能够实现快速且可靠的数据收集，其中所述传感器具有：与带GPS的移动电话类型相同程度的大小及收发功能、和观测预先确定的种类的环境数据的功能。

以上，参照优选实施方式说明了本发明，但是本发明并不限于上述实施方式。在本发明的结构或细节中，在技术方案所记载的本发明的精神或范围内，本领域的技术人员可进行理解得出的各种变更。

Claims (3)

1.一种基于静止卫星的数据收集系统，其包括：

环境观测传感器，其具备GPS信号的接收部和传感器信号确认送达信号的接收部，具有与带GPS的便携电话终端同样的大小以及发送能力，具有GPS功能并且具有规定的环境数据观测功能，并具有将包括所观测到的环境数据在内的信号作为传感器信号进行发送的传感器信号发送部；

静止卫星，其具备基于超过10m的反射镜天线的收发功能，在所述环境观测传感器与地面站之间进行通信；和

地面站，其收集经由所述静止卫星发送的来自1个以上的所述环境观测传感器的环境数据，

由所述传感器信号确认送达信号的接收部接收从所述静止卫星向所述环境观测传感器发送的所述传感器信号确认送达信号，该传感器信号确认送达信号包括通知来自所述环境观测传感器的传感器信号的接收已完成的信息和用于提高定位精度的GPS增强信号。

2.根据权利要求1所述的基于静止卫星的数据收集系统，其特征在于，

所述传感器信号中载入了基于GPS接收的定位信息及GPS时刻。

3.根据权利要求1所述的基于静止卫星的数据收集系统，其特征在于，

所述传感器信号确认送达信号还包括指示所述环境观测传感器中的传感器信号的发送定时的信息。