CN102843179B - 便携式窄带卫星通信设备及其控制方法 - Google Patents

便携式窄带卫星通信设备及其控制方法 Download PDF

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CN102843179B CN 201210286953 CN201210286953A CN102843179B CN 102843179 B CN102843179 B CN 102843179B CN 201210286953 CN201210286953 CN 201210286953 CN 201210286953 A CN201210286953 A CN 201210286953A CN 102843179 B CN102843179 B CN 102843179B
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杨旭
刘瑶
王强
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北京盈想东方科技发展有限公司
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Abstract

本发明涉及一种便携式窄带卫星通信设备,包括室内单元(IDU)和室外单元(ODU),其中,所述室内单元(IDU)包括IDU小站、视频编码器、用户操作面板、寻星装置、语音接入网关、功分器和电源系统;所述室外单元(ODU)包括低噪声下变频器(LNB)、上变频功率放大器(BUC)、连接线缆、收发共用天线、图像采集设备;并且进一步地,配备平板电脑,通过网络接口(RJ45)与背负机箱相连接,实现音视频的传输。根据本发明的便携式窄带卫星通信设备具有结构紧凑、携带方便、操作简单、部署快捷、通信干扰小与保密性好等特点。

Description

便携式窄带卫星通信设备及其控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及通信领域,具体地,涉及一种便携式窄带卫星通信设备及其控制方法。背景技术
[0002] 当突发公共事件发生时,突发事件的现场一般不具备通信能力,或出现公众网的通信拥堵等问题,严重影响了救援工作开展进行的速度,加大了事故的损失。为了保证各个相关职能部门能快速反应、正确决策并准确处理,有效降低事件造成的损失及伤害,必须要全方位充分了解事件现场情况,并与现场指挥部进行实时充分沟通,以利于应急指挥中心组织调动合适的资源,采取有效的减小事故伤害等的应对措施,把损失降至最低。
[0003] 卫星通信系统是一种依托卫星通信链路为基础的通信指挥调度系统。卫星通信系统由于具有三维无缝覆盖能力、独特灵活的普遍服务能力、覆盖区域的可移动性、广域复杂网络构成能力、广域Internet交互连接能力,以及特有的广域广播与多播能力,可以无地域限制的解决突发性事件现场的通信保障问题,并可建立现场作战指挥部,指挥和协调救援工作的开展及进行。卫星通信系统作为一种方便、快捷、机动性强、覆盖地域广、通信距离远、链路稳定的通信手段,日益体现出其它通信手段在机动通信中无法比拟的巨大优势,在安全生产、环保、消防、公安、气象、人防、电力等行业得到广泛应用。卫星通信系统的建设能够满足救援部门的相关需要,是应对及处理各种生产性突发公共事件的高技术装备。
[0004] 应急使用时,相关人员携带便携式卫星通信装置赶到事件现场,天线展开对星后即可与指挥中心建立连接。便携式卫星通信装置在现场将图像、语音、数据传送到指挥中心、相关地市指挥中心的地面通信小站以及其它的便携式卫星通信装置。各便携式卫星通信装置之间可以同时传送信息,也可以与指挥中心或其它地市指挥中心进行多方视频会商。
[0005] 本发明的目的在于提供一种携带方便、操作简单、快速部署,能够满足应急音视频通信使用的便携式窄带卫星通信设备。
发明内容
[0006] 本发明提供一种便携式窄带卫星通信设备,包括室外单元(ODU)和室内单元(IDU);其特征在于:
[0007] ODU包括:低噪声下变频器(LNB)、上变频功率放大器(BUC)、连接线缆、收发共用天线、图像采集设备;
[0008] IDU包括:IDU小站、视频编码器、用户操作面板、寻星装置、语音接入网关、功分器、电源系统;[0009] 用户操作面板设置于背负机箱(13)的前侧面板上,前侧面板的两端还设置有提手
(11);
[0010] 用户操作面板上设置有设备开关(10),显示屏(12),状态指示灯(24),充电接口
(18),网络接口(19),视频接口(28),电话接口(20)以及扩展接口(29,30);[0011] 电源系统为内置于背负机箱(13)内的高性能可充电锂电池组,以保证便携式窄带卫星通信设备在有无市电的情况下均可正常工作,电源系统与充电接口相连接;
[0012] IDU小站内置于背负机箱(13)内,用于实现卫星信号的调制与解调,以及与其他卫星通信设备进行组网;
[0013] 语音接入网关集成在背负机箱(13)中,输入端与IDU小站的网口输入端相连,输出端延伸至用户操作面板的电话接口,与IP话机相连接实现语音通信;
[0014] 视频编码器集成在显示屏的后端,用于将采集到的视频信息进行编码,一端通过用户操作面板上的视频接口(28)与图像采集设备相连接,另一端连接至IDU小站的网口输入端;
[0015] 显示屏与寻星装置相连接,用于显示俯仰角、方位角、极化角和信标强弱信息;
[0016] 寻星装置中包含GPS模块和信标接收机,存储装置以及处理器;
[0017] GPS模块根据当地GPS信息和某地球同步轨道卫星位置信息,通过实时计算,转换成天线面对星的俯仰角和方位角显示在液晶屏上;
[0018]信标接收机用于接收中国境内卫星信标;并可对信标接收机的接收频率进行更改;
[0019] 收发共用天线中(14)包含发射天线(I)和接收天线(2),均采用缝隙阵列天线的形式;
[0020] BUC (3)集成在 收发共用天线中发射天线部分的背面,LNB (4)集成在收发共用天线中接收天线部分的背面;
[0021 ] 收发共用天线(14)通过旋转关节(5 )与背负机箱(13 )连接;接收天线(2 )和发射天线(I)为可对折形式,在停止工作状态下可收合至背负机箱(13)的上方;
[0022] 旋转关节(5)固定收发共用天线后,可携带收发共用天线一起进行旋转;
[0023] 俯仰调节装置(17)中包含旋转关节(5),Z型多级格挡(7),支撑杆(6),细调节旋杆(8);
[0024] GPS天线设置于背负机箱(13)上表面;支撑柱(16)也设置于背负机箱(13)的上表面,当天线处于收合状态放置在背负机箱(13)上方时起支撑作用,避免压坏GPS天线、细调节旋杆(8)以及处于收合状态的俯仰调节装置(17);
[0025] 状态指示灯(24)中包括工作指示灯,链路指示灯,电源报警灯以及充电指示灯等;电话接口(20)为一路或多路IP电话语音接口 ;
[0026] 收发共用天线接收到通信卫星的下行信号后,通过LNB下变频后转换为中频信号,该中频信号经过功分器后一路被送至IDU小站,该IDU小站将信号解调后传送给功能器件,另一路被送往信标接收机,用于检测当前接收的信号强度;上行方向数据业务经由功能器件被送往IDU小站调制后转换为中频信号,并经由BUC上变频功率放大器转换为射频信号,经由收发共用天线被送往通信卫星。
[0027] 优选地,当共用天线(14)使用完成后通过调节俯仰调节装置将收发共用天线
(14)收合至背负机箱(13)的上方;收合时,接收天线(2)位于发射天线(I)的上方,共用连接机构(21)将发射天线(I)与接收天线(2)相连接;俯仰调节装置(17),支撑杆(6)平放于背负机箱(13)上方;处于收合状态的支撑杆(6)与细调节旋杆(8)通过推动连接件(23)连接。[0028] 优选地,俯仰调节装置(17)通过连接部件(22)与背负机箱(13)上表面后边缘连接;俯仰调节装置(17)能够绕连接部件(22)背负机箱(13)上表面后边缘转动;支撑杆(6)能够以推动连接件(23)为支点在背负机箱(13)上表面转动;当俯仰调节装置(17)上安装有收发共用天线时,支撑杆(6)转到合适的位置并插入到Z型多级格挡(7)的合适的档位中,起支撑作用;Z型多级格挡(7)外部轮廓呈现梯形结构,Z型多级格挡(7)的上平行边与旋转关节(5)相连接,下平行边固定在背负机箱(13)的上表面后边缘;Z型多级格挡(7)中有多条呈Z字形的格挡,供支撑杆(6)插入。
[0029] 优选地,共用连接机构(21)为合页或铰链。
[0030] 优选地,发射天线和接收天线的尺寸均为590mmX590mm,天线收发增益为38dBi。
[0031] 优选地,功能器件为语音接入网关或视频编码器
[0032] 优选地,配备平板电脑,通过网络接口(RJ45)与背负机箱(13)相连接,实现音视频的传输。
[0033] 根据本发明的另一方面,提供一种调节所述便携式窄带卫星通信设备的方法,其特征在于:
[0034] 在天线水平方位角调节时,通过辅助定位装置找到正南方向,选择一块平坦的地面用于展开便携式窄带卫星通信设备使用;将便携式窄带卫星通信设备展开后,收发共用天线面朝向南方,固定于旋转关节(5);根据显示屏显示出的对象角度结合指南针对方位角进行调整,调整时提起背负机箱提手(11 ),使重心落到背负机箱(13)后侧的支撑点(25)上,通过背负机箱(13)前侧的滚轮(26)实现方位角的调节;
[0035] 根据显示屏上的俯仰角度,通过将支撑杆(6)插入到Z型多级格挡(7)的合适的档位中,从而将收发共用天线的 俯仰角粗调节到预定位置,然后通过旋转细调节旋杆(8),调节支撑杆(6)与背负机箱(13)的支点实现对于俯仰角的微调,最终使天线准确对星;
[0036] 旋转旋转关节(5)以实现对于极化角的调整。
[0037] 根据本发明的另一方面,提供一种便携式窄带卫星通信设备的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
[0038] 步骤1101:设备开机;
[0039] 步骤1102:寻星装置通过比较GPS模块获取的经纬度信息与保存在存储装置中的历史经纬度信息判断是否曾在该位置执行过任务;如果是,则进行步骤1103 ;如果否,则执行步骤1104 ;
[0040] 步骤1103:调取存储在存储装置中的天线数据,并显示在操作面板的显示屏上,天线数据包括收发共用天线相对于某颗通信卫星的方位角、俯仰角和极化角的数据信息;继续执行步骤1105 ;
[0041] 步骤1104:根据GPS模块提取的本地信息,计算出本地位置相对于某颗通信卫星的方位角和俯仰角,并显示在操作面板的显示屏上;继续执行步骤1106 ;
[0042] 步骤1105:根据显示屏上的显示的方位角、俯仰角和极化角进行粗调对星;继续执行步骤1107 ;
[0043] 步骤1106:根据显示屏上的显示的方位角、俯仰角进行粗调对星;继续执行步骤1107 ;
[0044] 步骤1107:信标接收机使用第一带宽判断信号强度值,并显示在显示屏上;继续执行步骤1108 ;
[0045] 步骤1108:根据显示屏上显示的信号强度值,细调方位角、俯仰角和极化角,直至信号强度值达到最大,记录该信号强度最大值;继续执行步骤1109 ;
[0046] 步骤1109:收发共用天线通过上行链路将射频信号发送到通信卫星,并通过下行链路接收通信卫星发出的射频信号,下行链路接收到射频信号后,经过LNB下变频变换成中频信号,经过功分器后将一路信号传送到IDU小站,另一路信号再次进入到信标接收机;继续执行步骤1110 ;
[0047] 步骤1110:信标接收机检测当前接收的信号强度,判断信号强度是否下降到信号强度最大值的第一百分比阈值之下,如果否,则执行步骤1111 ;如果是,则执行步骤1112 ;
[0048] 步骤1111:判断当前任务是否结束;如果是,则执行步骤1116 ;如果否,则执行
1109 ;
[0049] 步骤1112:在显示屏上显示告警信号,提示当前信号强度弱;继续执行步骤1113 ;
[0050] 步骤1113:信标接收机使用第一带宽和第二带宽分别对当前信标点进行测量,并将测量值进行加权,判断信号强度是否下降到信号强度最大值的第二百分比阈值之下;如果是,则执行步骤1114 ;如果否,则执行步骤1115 ;
[0051] 步骤1114:重新选择一颗卫星计算,计算出本地位置相对于该颗通信卫星的方位角和俯仰角,并显示在操作面板的显示屏上;继续执行1107 ;
[0052] 步骤1115:信标接收机使用第一带宽和第二带宽分别对当前信标点进行测量,并将测量得到的信号强度值进行加权,将加权`后的信号强度值显示在显示屏上;继续执行步骤 1108 ;
[0053] 步骤1116:结束当前任务,存储装置保存执行此次任务的本地信息已经天线数据,系统关闭程序,设备停止运转后将便携式窄带卫星通信设备收合。
[0054] 优选地,其中的第一百分比阈值和第二百分比阈值由操作人员进行预先设定,第二百分比阈值低于第一百分比阈值;
[0055] 第一带宽和第二带宽也由操作人员进行预先选定,第二带宽大于第一带宽。
[0056] 优选地,选用多于两种的不同的带宽进行测量,在对测量得到的信号强度值进行加权时,根据带宽的宽度决定加权因子,带宽越宽,所对应的加权因子越大。
[0057] 根据本发明的便携式窄带卫星通信设备具有结构紧凑、携带方便、操作简单、部署快捷、通信干扰小与保密性好等特点。
附图说明
[0058] 图1为根据本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备组成示意图。
[0059] 图2-A为本发明一个实施例的阵列接收天线示意图。
[0060] 图2-B为本发明一个实施例的阵列发射天线示意图。
[0061] 图3为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备示意图。
[0062] 图4为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备收合状态示意图。
[0063] 图5为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的俯仰调节装置处于收合状态时的示意图。[0064] 图6-A为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的水平旋转示意图。
[0065] 图6-B为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的设备底板示意图。
[0066] 图7-A为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的俯仰调整示意图。
[0067] 图7-B为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的俯仰调整细节示意图。
[0068] 图8为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的极化角调整示意图。
[0069] 图9为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的工作原理图。
[0070] 图10为本发明一个实施例的寻星装置工作原理图。
[0071] 图1l-A和Il-B为本发明一个实施例中的便携式窄带卫星通信设备的控制方法的流程图。 具体实施方式
[0072] 图1为根据本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备组成。如图所示,根据本发明的一个实施例的便携式窄带卫星通信设备包括室外单元(ODU)和室内单元(IDU)。ODU包括:低噪声下变频器(LNB)、上变频功率放大器(BUC)、连接线缆、收发共用天线、图像采集设备等。IDU包括:IDU小站、视频编码器、用户操作面板、寻星装置、语音接入网关、功分器、电源系统等。
[0073] 电源系统可以是内置的高性能可充电锂电池组,以保证便携式窄带卫星通信设备在有无市电的情况下均可正常工作。根据本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备,在配备25Ah的锂电池的情况下,经过理论计算,锂电池组可以满足设备约3小时正常工作。同时电源系统还配有低电量警告,充电提示,输出稳压电路等措施,有利于设备更加稳定的运行。设备各主要部件功耗详见下表:
[0074] 表1-各主要部件功耗表
[0075]
Figure CN102843179BD00101
[0076] IDU小站能够支持全网状网,Turbo-Φ编码,IP路由及全套IP功能特性,能提供10/100/1000Mbps用户端口速率,并支持QPSK和8PSK调制,支持交/直流等多种供电方式,支持多级别ODU功放单元,支持链路加密。
[0077] 语音接入网关集成在背负机箱中,输入端与IDU小站的网口输入端相连,输出端延伸至用户操作面板的电话接口,与IP话机相连接实现语音通信。[0078] 视频编码器的功能是将采集到的视频信息进行编码,然后通过便携式窄带卫星通信设备将这些视频信息传至主站。视频编码器也集成在背负机箱中,它一端通过背负机箱面板上的接口与图像采集设备(如摄像机等)相连接,另一端连接至IDU小站的网口输入端。视频编码器采用的压缩标准为a 264。视频编码器集成在显示屏的后端,采集的视频信号通过视频输入端进入视频编码器,通过编码器编码后回传至IDU小站的网口输入端。视频编码模器各指标如下表所示:
[0079] 表2-视频编码模块的具体参数
[0080]
Figure CN102843179BD00111
[0081] 显示屏采用3.5英寸的液晶屏,该屏幕可在-30°C〜60°C的温度范围内正常使用。显示屏主要与寻星装置相连接,显示俯仰角、方位角、信标强弱等辅助信息。协助操作人员完成精确对星。显示屏集成在背负机箱的前面板上,根据人体工程学原理,液晶屏幕在安装时与地面成45°夹角,使得操作人员在室外使用时能够清晰观察到屏幕上所显示的信息。为了实现双向音视频传输,优选地可进一步配备平板电脑,通过网络接口(RJ45)与背负机箱相连接,实现音视频的传输。
[0082] 在应急通信中,便携式窄带卫星通信设备采用手动对星调节方式。寻星装置中包含GPS模块和信标接收机,存储装置以及处理器。GPS模块根据当地GPS信息和某地球同步轨道卫星位置信息,通过实时计算,转换成天线面对星的俯仰角和方位角显示在液晶屏上。具体显示信息可以为“方位角=XXX ;俯仰角:XXX”。经纬度信息与水平、俯仰角信息每隔3s进行自动切换,每次驻留时间5s ;显示内容和形式及间隔时间可根据具体需要进行调整。若无法接收到GPS信息或GPS信息还未在液晶屏上显示出来时,可在显示屏上显示“GPS信息获取中.的字样。信标接收机可以接收中国境内常用的卫星信标;并可对信标接收机的接收频率进行更改。使用过程中,信标接收机可将接收到的信号的调度实时显示在显示屏上。为了避免误判,信标接收机可以采用不同带宽对同一信标点进行多次判断等。在未调整方位角和俯仰角之前信号强度显示为零,通过调整方位和俯仰角以及观察信号强度显示的变化,直至达到准确对星,此时信号强度显示应为最大。在整个对星过程中,信号强度的变化应当尽量平缓以便对操作人员起到指导作用。存储装置中保存有历次执行任务地点的经纬度信息以及相应的方位、俯仰角以及极化角信息,便于下次使用。处理器用于在对应的调节过程中处理相关信息。
[0083] 根据本发明的一个实施例,便携式窄带卫星通信设备租用亚洲4号卫星Ku频段转发器。
[0084] 表3-亚洲4号卫星的具体参数
[0085]
Figure CN102843179BD00121
[0086] 下表中示出了用于链路计算的亚洲4号卫星位于某些站点的具体参数:
[0087] 表4-亚洲4号卫星主要站点的具体参数
[0088]
Figure CN102843179BD00131
Figure CN102843179BD00141
[0090] 由此计算出空间资源占用情况如下:
[0091] 表5-空间资源占用情况
[0092]
Figure CN102843179BD00142
[0093] 以及地面站射频配置情况如下:
[0094] 表6-地面站射频配置
[0095]
Figure CN102843179BD00151
[0096] 由此可见,在全国范围内卫星覆盖较差的地区,便携式窄带卫星通信设备需要配备口径为lm,BUC为4W的收发天线。而在全国约60%的范围,卫星的EIRP值和G/T值覆盖较好的区域,天线口径可以适当缩小为0.6m, BUC为4W。0.6m 口径天线在效率为55%时的增益分别为:34.96dBi (@12GHz)和 36.3dBi (@14GHz)。
[0097] 收发天线可以为抛物面天线、微带阵列天线、缝隙阵列天线等多种形式。但从便携、机动、应急的角度考虑,必须选择一种口径效率高、重量轻、结构稳定、架设撤收方便、抗风能力强的天线形式。由于缝隙阵列天线的口径效率约为75%,高于一般的抛物面天线的口径效率(约为55%-70%,其中偏馈天线为65%,前馈天线为55%),因而可以利用相对较小的口径获得较大的增益;再加之缝隙天线具有结构紧凑、安装方便、抗风能力强、功率容量大等特点,因此在本发明的一个实施例中优选地采用缝隙阵列天线的形式。
[0098] 在边远山区等卫星信号覆盖不理想的少数地区,为了能够保证应急通信的可靠性,可以优选地采用直径为Im可拼装的反射面天线,材料优选地采用玻璃钢碳素,既减轻了设备本身的重量,还增强了天线本身的环境适应性。
[0099] 图2-A为本发明一个实施例的阵列接收天线示意图,以水平接收为例,天线为32X32阵列接收天线。图2-B为本发明一个实施例的阵列发射天线示意图,以垂直接收为例,天线为32X32阵列接收天线。发射天线和接收天线的尺寸均为590mmX590mm,天线收发增益为38dBi。
[0100] 图3为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备示意图。如图中所示,发射天线(I)与接收天线(2)使用收发共用天线(14)的形式,并且均采用缝隙阵列天线的形式。BUC (3)集成在收发共用天线中发射天线部分的背面,LNB (4)集成在收发共用天线中接收天线部分的背面,而收发共用天线(14)通过旋转关节(5)与背负机箱(13)连接。同时为了减小天线收合时的尺寸,接收天线(2)和发射天线(I)为可对折形式,在停止工作状态下可收合至背负机箱(13)的上方。俯仰调节装置(17)中包含旋转关节(5),Z型多级格挡(7),支撑杆(6),细调节旋杆(8)。GPS天线设置于背负机箱(13)上表面。支撑柱(16)也设置于背负机箱(13)的上表面,当天线处于收合状态放置在背负机箱(13)上方时起支撑作用,避免压坏GPS天线、细调节旋杆(8)以及处于收合状态的俯仰调节装置(17)。背负机箱(13)的前侧面板上设置有提手(11),设备开关(10),各功能接口(15),以及显示屏(12)。
[0101] 图4为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备收合状态示意图。如图中所示,当共用天线(14)使用完成后再通过调节俯仰调节装置将收发共用天线(14)收合至背负机箱(13)的上方。收合时,接收天线(2)位于发射天线(I)的上方,共用连接机构(21)将发射天线(I)与接收天线(2)相连接。共用连接机构(21)可以根据需要选用合页,铰链等机械装置。
[0102] 图5为本发 明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的俯仰调节装置处于收合状态时的示意图。图5中示出了处于收合状态的俯仰调节装置(17),支撑杆(6)平放于背负机箱(13)上方;支撑杆(6)与细调节旋杆(8)通过推动连接件(23)连接。俯仰调节装置(17)通过连接部件(22)与背负机箱(13)上表面后边缘连接,俯仰调节装置(17)可以绕连接部件(22)背负机箱(13)上表面后边缘转动,支撑杆(6)可以以推动连接件(23)为支点在背负机箱(13)上表面转动,当俯仰调节装置(17)上安装有收发共用天线时,支撑杆(6)转到合适的位置并插入到Z型多级格挡(7)的合适的档位中,起支撑作用。Z型多级格挡(7)整体呈现梯形结构,Z型多级格挡(7)的上平行边与旋转关节(5)相连接,下平行边固定在背负机箱(13)的上表面后边缘;Z型多级格挡(7)中有多条呈Z字形的格挡,供支撑杆(6)插入。背负机箱(13)的前端面板上集成有设备开关(10),状态指示灯(24),充电接口(18),网络接口(19),以及电话接口(20)。状态指示灯(24)中可以包括工作指示灯,链路指示灯,电源报警灯以及充电指示灯等。电话接口(20)可以为一路或多路IP电话语音接口,其余接口为功能扩展接口。
[0103] 图6-A为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的水平旋转示意图。图
6-B为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的设备底板示意图。在天线水平方位角调节时,通过辅助定位装置(如指南针)找到正南方向,选择一块相对较为平坦的地面用于展开便携式窄带卫星通信设备使用。将便携式窄带卫星通信设备展开后,收发共用天线面朝向南方,固定于旋转关节(5),可以通过螺丝、卡扣等各种方式实现固定。根据显示屏显示出的对象角度结合指南针对方位角进行调整,调整时操作人员双手轻提机箱提手(11),使重心落到机箱后侧的支撑点(25)上,通过机箱前侧的滚轮(26)实现方位角的调节。
[0104] 图7-A为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的俯仰调整示意图。图
7-B为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的俯仰调整细节示意图。如7-A所示,操作人员首先根据显示屏上的俯仰角度,通过将支撑杆(6)插入到Z型多级格挡(7)的合适的档位中,从而将收发共用天线的俯仰角大致调整到预定位置,然后通过旋转细调节旋杆(8),调节支撑杆(6)与背负机箱(13)的支点实现对于俯仰角的微调,最终使天线准确对星。
[0105] 图8为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的极化角调整示意图。由于便携式窄带卫星通信设备与卫星发射的波束中心的纬度不同,与波束中心和星下点的经度也不同,加上地球曲率的影响,因此接收天线的极化方向必须相对地面有一个修正角度,修正的幅度一般来说都比较小。在调整完方位角和俯仰角后,可对极化角进行轻微调整,看接收到的信号值是否产生变化。旋转关节(5)固定收发共用天线后,可携带收发共用天线一起进行旋转,通过将旋转关节(5)旋转一定角度来实现对于极化角的调整。借助水平仪(27)可以保证在野外环境工作时,便携式窄带卫星通信设备保持水平状态。
[0106] 图9为根据本发明实施例的便携式窄带卫星通信设备的工作原理图。收发共用天线能够稳定接收通信卫星的下行信号后,通过LNB下变频后转换为中频信号,该中频信号经过功分器后被送至IDU小站,该IDU小站随后将IP数据传送给例如语音接入网关和视频编码器等功能器件,从而实现数据业务。电话视频等上行方向数据业务经由功能器件被送往IDU小站转换为中频信号,并经由BUC上变频功率放大器转换为射频信号,经由收发共用天线被送往通信卫星。
[0107] 图10为寻星装置工作原理图。寻星装置工作原理如下:GPS模块提取本地信息,根据该本地信息通过其内置程序计算出本地位置相对于某颗通信卫星的方位角和俯仰角,并显示在操作面板的显示屏上,此时,操作人员按照显示值调整收发共用天线的方位角和俯仰角进行粗调对星,并实时关注显示屏上信标接收机的反馈信号,然后根据反馈信号的强度进行精确对星,直至反馈值达到最大。
[0108] 图1l-A和Il-B示出了本发明实施例中的便携式窄带卫星通信设备的一种控制方法,由于纸面篇幅所限,流程图分为图1l-A和Il-B绘制,其中的带圆圈的甲、乙、丙、丁、分别表示图1l-A和Il-B之间的连接点。具体`步骤如下:
[0109] 步骤1101:设备开机;
[0110] 步骤1102:寻星装置通过比较GPS获取的经纬度信息与保存在存储装置中的经纬度信息判断是否曾在该位置执行过任务;如果是,则进行步骤1103 ;如果否,则执行步骤1104 ;
[0111] 步骤1103:调取存储在存储装置中的天线数据,并显示在操作面板的显示屏上,天线数据包括对于收发共用天线相对于某颗通信卫星的方位角、俯仰角和极化角的数据信息;继续执行1105 ;
[0112] 步骤1104:根据GPS模块提取的本地信息,计算出本地位置相对于某颗通信卫星的方位角和俯仰角,并显示在操作面板的显示屏上;继续执行1106 ;
[0113] 步骤1105:根据显示屏上的显示的方位角、俯仰角和极化角进行粗调对星;继续执行步骤1107 ;
[0114] 步骤1106:根据显示屏上的显示的方位角、俯仰角进行粗调对星;继续执行步骤1107 ;
[0115] 步骤1107:信标接收机使用第一带宽判断信号强度值,并显示在显示屏上;继续执行步骤1108 ;
[0116] 步骤1108:根据显示屏上显示的信号强度值,细调方位角、俯仰角和极化角,直至信号强度值达到最大,记录该信号强度最大值;继续执行步骤1109 ;
[0117] 步骤1109:收发共用天线通过上行链路将射频信号发送到通信卫星,并通过下行链路接收通信卫星发出的射频信号,下行链路接收到射频信号后,经过LNB下变频变换成中频信号,经过功分器后将一路信号传送到IDU小站,另一路信号再次进入到信标接收机;经由连接点甲,继续执行图1l-B中示出的步骤1110 ;
[0118] 步骤1110:信标接收机检测当前接收的信号强度,判断信号强度是否下降到信号强度最大值的第一百分比阈值之下,如果否,则执行步骤1111 ;如果是,则执行步骤1112 ;
[0119] 步骤1111:判断当前任务是否结束;如果是,则执行步骤1116 ;如果否,则经由连接点丁,继续执行图1l-A中的步骤1109 ;
[0120] 步骤111·2:在显示屏上显示告警信号,提示当前信号强度弱;继续执行步骤1113 ;
[0121] 步骤1113:信标接收机使用第一带宽和第二带宽分别对当前信标点进行测量,并将测量值进行加权,判断信号强度是否下降到信号强度最大值的第二百分比阈值之下;如果是,则执行步骤1114 ;如果否,则执行步骤1115 ;
[0122] 步骤1114:重新选择一颗卫星计算,计算出本地位置相对于该颗通信卫星的方位角和俯仰角,并显示在操作面板的显示屏上;经由连接点乙,继续执行图1l-A中的步骤1107 ;
[0123] 步骤1115:信标接收机使用第一带宽和第二带宽分别对当前信标点进行测量,并将测量得到的信号强度值进行加权,将加权后的信号强度值显示在显示屏上;经由连接点丙,继续执行图1l-A中的步骤1108 ;
[0124] 步骤1116:结束当前任务,存储装置保存执行此次任务的本地信息以及天线数据,系统关闭程序,设备停止运转后将便携式窄带卫星通信设备收合。
[0125] 其中的第一百分比阈值和第二百分比阈值由操作人员进行预先设定,第二百分比阈值低于第一百分比阈值。第一带宽和第二带宽也由操作人员进行预先选定,第二带宽大于第一带宽,如果测量的误差较大,在步骤1113和步骤1115中并不限于仅使用两种带宽进行测量,可以选用多种不同的带宽进行测量。在对测量得到的信号强度值进行加权时,可以根据带宽的宽度决定加权因子,带宽越宽,所对应的加权因子越大,本领域技术人员也可以采用各种技术手段设定加权因子。
[0126] 本领域的技术人员应当理解,前面所描述的本发明的具体实施例仅是示例,并不旨在限制本发明的保护范围,本发明的保护范围由权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种便携式窄带卫星通信设备,包括室外单元(ODU)和室内单元(IDU);其特征在于: ODU包括:低噪声下变频器(LNB)、上变频功率放大器(BUC)、连接线缆、收发共用天线、图像采集设备; IDU包括:IDU小站、视频编码器、用户操作面板、寻星装置、语音接入网关、功分器、电源系统; 用户操作面板设置于背负机箱(13)的前侧面板上,前侧面板的两端还设置有提手(11); 用户操作面板上设置有设备开关(10),显示屏(12),状态指示灯(24),充电接口(18),网络接口(19),视频接口(28),电话接口(20)以及扩展接口(29,30); 电源系统为内置于背负机箱(13)内的可充电锂电池组,以保证便携式窄带卫星通信设备在有无市电的情况下均可正常工作,电源系统与充电接口相连接; IDU小站内置于背负机箱(13)内,用于实现卫星信号的调制与解调,以及与其他卫星通信设备进行组网; 语音接入网关集成在背负机箱(13)中,输入端与IDU小站的网口输出端相连,输出端延伸至用户操作面板的电话接口,与IP话机相连接实现语音通信; 视频编码器集成在显示屏的后端,用于将采集到的视频信息进行编码,一端通过用户操作面板上的视频接口(28)与图像采集设备相连接,另一端连接至IDU小站的网口输入端; 显示屏与寻星装置相连接,用于显示俯仰角、方位角、极化角和信标强弱信息; 寻星装置中包含GPS模块和信标接收机,存储装置以及处理器; GPS模块根据当地GPS信息和某地球同步轨道卫星位置信息,通过实时计算,转换成天线面对星的俯仰角和方位角显示在液晶屏上; 信标接收机用于接收中国境内卫星信标;并可对信标接收机的接收频率进行更改; 收发共用天线中(14)包含发射天线(I)和接收天线(2),均采用缝隙阵列天线的形式;BUC (3)集成在收发共用天线中发射天线部分的背面,LNB (4)集成在收发共用天线中接收天线部分的背面; 收发共用天线(14 )通过旋转关节(5 )与背负机箱(13 )连接;接收天线(2 )和发射天线(I)为可对折形式,在停止工作状态下可收合至背负机箱(13)的上方; 旋转关节(5)固定收发共用天线后,可携带收发共用天线一起进行旋转; 俯仰调节装置(17)中包含旋转关节(5),Z型多级格挡(7),支撑杆(6),细调节旋杆(8); GPS天线设置于背负机箱(13)上表面;支撑柱(16)也设置于背负机箱(13)的上表面,共用连接机构(21)将发射天线(I)与接收天线(2)相连接,当天线处于收合状态放置在背负机箱上方时起支撑作用,避免压坏GPS天线、细调节旋杆(8)以及处于收合状态的俯仰调节装置(17); 状态指示灯(24)中包括工作指示灯,链路指示灯,电源报警灯以及充电指示灯;电话接口(20)为一路或多路IP电话语音接口 ; 收发共用天线接收到通信卫星的下行信号后,通过LNB下变频后转换为中频信号,该中频信号经过功分器后一路被送至IDU小站,该IDU小站将信号解调后传送给功能器件,另一路被送往信标接收机,用于检测当前接收的信号强度;上行方向数据业务经由功能器件被送往IDU小站调制后转换为中频信号,并经由BUC上变频功率放大器转换为射频信号,经由收发共用天线被送往通信卫星。
2.如权利要求1的便携式窄带卫星通信设备,其特征在于: 当收发共用天线(14)使用完成后通过调节俯仰调节装置(17)将收发共用天线(14)收合至背负机箱(13)的上方;收合时,接收天线(2)位于发射天线(I)的上方,共用连接机构(21)将发射天线(I)与接收天线(2)相连接;俯仰调节装置(17),支撑杆(6)平放于背负机箱(13)上方;处于收合状态的支撑杆(6)与细调节旋杆(8)通过推动连接件(23)连接。
3.如权利要求2的便携式窄带卫星通信设备,其特征在于: 俯仰调节装置(17)通过连接部件(22)与背负机箱(13)上表面后边缘连接;俯仰调节装置(17)能够绕连接部件(22)背负机箱(13)上表面后边缘转动;支撑杆(6)能够以推动连接件(23)为支点在背负机箱(13)上表面转动;当俯仰调节装置(17)上安装有收发共用天线时,支撑杆(6)转到合适的位置并插入到Z型多级格挡(7)的合适的档位中,起支撑作用;Z型多级格挡(7)外部轮廓呈现梯形结构,Z型多级格挡(7)的上平行边与旋转关节(5)相连接,下平行边固定在背负机箱(13)的上表面后边缘;Z型多级格挡(7)中有多条呈Z字形的格挡,供支撑杆(6)插入。
4.如权利要求1-3任一的便携式窄带卫星通信设备,其特征在于: 共用连接机构(21)为合页或铰链。
5.如权利要求1-3任一 的便携式窄带卫星通信设备,其特征在于: 发射天线和接收天线的尺寸均为590mmX590mm,天线收发增益为38dBi。
6.如权利要求1-3任一的便携式窄带卫星通信设备,所述功能器件为语音接入网关或视频编码器; 并且进一步地,配备平板电脑,通过网络接口(RJ45)与背负机箱(13)相连接,实现音视频的传输。
7.—种对如权利要求3所述的便携式窄带卫星通信设备进行调节的方法,其特征在于: 在天线水平方位角调节时,通过辅助定位装置找到正南方向,选择一块平坦的地面用于展开便携式窄带卫星通信设备使用;将便携式窄带卫星通信设备展开后,收发共用天线面朝向南方,固定于旋转关节(5);根据显示屏显示出的对象角度结合指南针对方位角进行调整,调整时提起背负机箱提手(11),使重心落到背负机箱(13)后侧的支撑点(25)上,通过背负机箱(13)前侧的滚轮(26)实现方位角的调节; 根据显示屏上的俯仰角度,通过将支撑杆(6)插入到Z型多级格挡(7)的合适的档位中,从而将收发共用天线的俯仰角粗调节到预定位置,然后通过旋转细调节旋杆(8),调节支撑杆(6)与背负机箱(13)的支点实现对于俯仰角的微调,最终使天线准确对星; 旋转旋转关节(5)以实现对于极化角的调整。
8.—种如权利要求1的便携式窄带卫星通信设备的控制方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1101:设备开机;步骤1102:寻星装置通过比较GPS模块获取的经纬度信息与保存在存储装置中的历史经纬度信息判断是否曾在该位置执行过任务;如果是,则进行步骤1103 ;如果否,则执行步骤 1104 ; 步骤1103:调取存储在存储装置中的天线数据,并显示在操作面板的显示屏上,天线数据包括收发共用天线相对于某颗通信卫星的方位角、俯仰角和极化角的数据信息;继续执行步骤1105 ; 步骤1104:根据GPS模块提取的本地信息,计算出本地位置相对于某颗通信卫星的方位角和俯仰角,并显示在操作面板的显示屏上;继续执行步骤1106 ; 步骤1105:根据显示屏上的显示的方位角、俯仰角和极化角进行粗调对星;继续执行步骤1107 ; 步骤1106:根据显示屏上的显示的方位角、俯仰角进行粗调对星;继续执行步骤1107 ; 步骤1107:信标接收机使用第一带宽判断信号强度值,并显示在显示屏上;继续执行步骤1108 ; 步骤1108:根据显示屏上显示的信号强度值,细调方位角、俯仰角和极化角,直至信号强度值达到最大,记录该信号强度最大值;继续执行步骤1109 ; 步骤1109:收发共用天线通过上行链路将射频信号发送到通信卫星,并通过下行链路接收通信卫星发出的射频信号,下行链路接收到射频信号后,经过LNB下变频变换成中频信号,经过功分器后将一路信号传送到IDU小站,另一路信号再次进入到信标接收机;继续执行步骤1110 ; 步骤1110:信标接收机检测当前接收的信号强度,判断信号强度是否下降到信号强度最大值的第一百分比阈值之下,如果否,则执行步骤1111 ;如果是,则执行步骤1112 ; 步骤1111:判断当前任务是否结束;如果是,则执行步骤1116 ;如果否,则执行1109 ; 步骤1112:在显示屏上显示告警信号,提示当前信号强度弱;继续执行步骤1113 ; 步骤1113:信标接收机使用第一带宽和第二带宽分别对当前信标点进行测量,并将测量值进行加权,判断信号强度是否下降到信号强度最大值的第二百分比阈值之下;如果是,则执行步骤1114 ;如果否,则执行步骤1115 ; 步骤1114:重新选择一颗卫星计算,计算出本地位置相对于该颗通信卫星的方位角和俯仰角,并显示在操作面板的显示屏上;继续执行1107 ; 步骤1115:信标接收机使用第一带宽和第二带宽分别对当前信标点进行测量,并将测量得到的信号强度值进行加权,将加权后的信号强度值显示在显示屏上;继续执行步骤1108 ; 步骤1116:结束当前任务,存储装置保存执行此次任务的本地信息已经天线数据,系统关闭程序,设备停止运转后将便携式窄带卫星通信设备收合。
9.如权利要求8的便携式窄带卫星通信设备的控制方法,其特征在于, 其中的第一百分比阈值和第二百分比阈值由操作人员进行预先设定,第二百分比阈值低于第一百分比阈值; 第一带宽和第二带宽也由操作人员进行预先选定,第二带宽大于第一带宽。
10.如权利要求9的便携式窄带卫星通信设备的控制方法,其特征在于,选用多于两种的不同的带宽进行测量,在对测量得到的信号强度值进行加权时,根据带宽的宽度决 定加权因子,带宽越宽,所对应的加权因子越大。
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