CN103501195B - 一种利用北斗卫星远程接续传输潮位信号的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用北斗卫星远程接续传输潮位信号的系统，包括位于陆地基站的自动报潮站和位于海上船舶接收端的潮位接收机，还包括位于陆地基站的卫星通信发射机，以及均位于海上船舶接收端的卫星通信接收机和数传电台，卫星通信发射机和卫星通信接收机均内置CPU和存储器，卫星通信发射机接收来自自动报潮站的信号，处理后将载有潮位信息的信号发送至北斗卫星系统；卫星通信接收机接收来自北斗卫星系统的载有潮位信息的信号，处理后通过数传电台将潮位信号传送至潮位接收机。本发明还公开一种利用北斗卫星远程接续传输潮位信号的方法，本发明能够在现有的船舶自动报潮系统基础上增设新的传输系统，利用北斗卫星准确可靠地接续传输潮位信号。

Description

一种利用北斗卫星远程接续传输潮位信号的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种潮位信号传输系统及方法，特别涉及一种利用北斗卫星远程接续传输潮位信号的系统及方法。

背景技术

目前挖泥船作业所依赖的潮位信息均来自于无线基站信号，即潮位遥报站通过无线电波将潮位信息传输给船舶接收端的潮位接收机，这种基于“无线数传板”的模式业已应用多年，理论合理，设备可靠，但随着行业发展，更远距离的航道拓展、挖泥、清淤，逐步渗入各种挖泥船舶的实践活动中，船舶作业类型、活动范围日渐扩大，对于信号信息量及其精度、连续性、稳定性等方面的要求也日渐增强，因此，通过增加天线架设高度，拓宽服务面积（大约在十几公里）已无法实现，加之工作频段电磁波干扰等因素，对某些具备自航能力的作业船舶来说，通常受到常规数传版电波传输距离的限制，因信号传输及接收受限，使得船舶接收端的潮位接收机接收信息不准确，接收信号稳定性和可靠性差，从而无法扩大作业区。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种准确高效可靠的利用北斗卫星远程接续传输潮位信号的系统。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种利用北斗卫星远程接续传输潮位信号的系统，包括位于陆地基站的自动报潮站和位于海上船舶接收端的潮位接收机，还包括位于陆地基站的卫星通信发射机，以及均位于海上船舶接收端的卫星通信接收机和数传电台，所述卫星通信发射机和所述卫星通信接收机均内置CPU和存储器，所述卫星通信发射机接收来自所述自动报潮站的潮位信号，处理信号后将载有潮位信息的信号发送至北斗卫星系统；所述卫星通信接收机接收来自北斗卫星系统的载有潮位信息的信号，处理信号后通过所述数传电台将潮位信号传送至所述潮位接收机。

进一步地，所述卫星通信发射机包括信号采集单元、发射信号处理单元和卫星信号发射单元；所述卫星通信接收机包括卫星信号接收单元和接收信号处理单元；所述信号采集单元采集来自所述自动报潮站的潮位信号；所述发射信号处理单元接收来自所述信号采集单元的信号，处理后发送信号至所述卫星信号发射单元；所述卫星信号发射单元 包括发射天线，所述卫星信号发射单元通过所述发射天线发射信号至北斗卫星系统；所述卫星信号接收单元包括接收天线，所述卫星信号接收单元通过所述接收天线接收来自北斗卫星系统的信号；所述接收信号处理单元接收来自所述卫星信号接收单元的信号，处理后发送信号至所述数传电台。

进一步地，所述卫星信号发射单元包括依次连接的调制器、发射放大器和发射滤波器，所述调制器与所述发射信号处理单元相连，所述发射滤波器与所述发射天线相连。

进一步地，所述卫星信号接收单元包括依次连接的接收放大器、接收滤波器和解调器，所述接收放大器与所述接收天线相连，所述解调器与所述接收信号处理单元相连。

进一步地，所述发射信号处理单元包括第一CPU、第一输入存储器、第一输出存储器和卫星终端ID存储器，所述第一输入存储器输入来自所述信号采集单元的信号；所述第一CPU接收来自所述第一输入存储器和所述卫星终端ID存储器的信号，处理后输出信号至所述第一输出存储器；所述第一输出存储器输出信号至所述卫星信号发射单元。

进一步地，所述接收信号处理单元包括第二CPU、第二输入存储器和第二输出存储器，所述第二输入存储器输入来自所述卫星信号接收单元的信号；所述第二CPU接收来自所述第二输入存储器的信号，处理后输出信号至所述第二输出存储器；所述第二输出存储器输出信号至所述数传电台。

进一步地，所述卫星通信接收机为多个。

进一步地，所述数传电台发射功率的覆盖范围限于本船舶终端。

本发明还提供了一种利用北斗卫星远程接续传输潮位信号的方法，该方法为：在现有的船舶自动报潮系统基础上，增设数传电台、内置CPU和存储器的卫星通信发射机以及内置CPU和存储器的卫星通信接收机，利用北斗卫星系统，使得潮位信号从自动报潮站、卫星通信发射机、卫星通信接收机、数传电台至潮位接收机依次传输，在现有的自动报潮站至潮位接收机的无线信号传输链路基础上，以叠入方式增设新的信号传输链路，并融于原信路体系，且物理链路中彼此独立；所述卫星通信发射机通过内设软件模块自动控制潮位信号的传输，包括控制潮位信号的接收、筛选、读取、打包、排序、等待和发送；所述卫星通信接收机通过内设软件模块自动控制潮位信号的传输，包括控制潮位信号的去权重、解调、筛选、加密和加载。

进一步地，所述卫星通信发射机通过内设软件模块自动控制潮位信号的传输方法包括如下步骤：

1-1）初始化卫星通信发射机，设置时间参数；

1-2）进行计时；

1-3）判断是否到设定时间，如果设定时间未到，则转入步骤1-11）；如果设定时间到，则转到步骤1-21）；

1-11）接收来自所述自动报潮站的信号；

1-12）将接收的信号与参考信号进行比较判断；如果信号符合要求，则判断为合法潮位信号，转入步骤1-111）；如果信号不符合要求，则判断为非法潮位信号，则返回步骤1-3）；

1-111）将合法潮位信号保存到存储器；

1-112）返回步骤1-3）；

1-21）读取预先保存在存储器中的船舶接收端的卫星终端ID；

1-22）读取存储器保存的合法潮位信号；

1-23）将卫星终端ID和合法潮位信号两者打包；

1-24）将打包信号存入数据缓存存储器；

1-25）将数据缓存存储器信号发送到北斗卫星系统，返回至步骤1-2）；

所述卫星通信接收机通过内设软件模块自动控制潮位信号的传输方法包括如下步骤：

2-1）初始化卫星通信接收机；

2-2）接收来自北斗卫星系统的载有潮位信息的信号；

2-2）分析接收的信号；

2-3）将分析后的信号与参考信号进行比较判断；如果信号不符合要求，则判断为非法信号，转入步骤2-11）；如果信号符合要求，则判断为合法信号，则转入步骤2-21）；

2-11）清空接收数据缓存区的非法信号；

2-12）返回至步骤2-2）；

2-21）将合法信号保存到备用内存区，同时写入数据缓存区；

2-22）从备用内存区读取潮位信号；

2-23）将读取的潮位信号与参考信号进行比较判断；如果信号不符合要求，则判断为无效潮位信号，转入步骤2-111）；如果信号符合要求，则判断为正确潮位信号，转入步骤2-211）；

2-111）清空数据缓存区的无效潮位信号；

2-211）发送潮位信号至数传电台；

2-212）发送完毕，清空备用内存区，船舶上的潮位仪显示潮位信息，返回至步骤2-2）。

本发明具有的优点和积极效果是：在现有的船舶自动报潮系统基础上增设新的远程潮位信号传输系统，利用北斗卫星系统，准确可靠地接续传输潮位信号，利用北斗卫星系统不受地域限制的特点和短电文通信功能来实现远距离潮位数据的接续传输；本发明也能根据情况移除。本发明利用北斗卫星系统传输潮位信号，可以不依赖相对不太可靠的地面通信网或无线信号通信网，通信可靠性得到了保证；传输距离明显提高，打破了地域限制；可实现潮位信号的定向、定位发送，进一步提高潮位信号的精度；实现远距离海洋潮位监测，不受天气环境影响，可以实现远程测量信号的传输，测量信号准确，精度高，安装方便。不改变船舶原有设备布局，保障船舶连续施工；根据船舶施工地点不同，方便植入及移除；不受地域限制。使得船舶获取潮位数据的途径增多，可根据实际信号质量和需要选择；覆盖范围互融，相互不干扰。可为施工船舶提供高精度的潮位数据，提高作业效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的潮位信号传输链路示意图；

图3是本发明的潮位信号传输网络拓扑结构示意图；

图4是本发明的卫星通信发射机的工作流程图；

图5是本发明的卫星通信接收机的工作流程图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1～图5，一种利用北斗卫星远程接续传输潮位信号的系统，包括位于陆地基站的自动报潮站和位于海上船舶接收端的潮位接收机，还包括位于陆地基站的卫星通信发射机，以及均位于海上船舶接收端的卫星通信接收机和数传电台，所述卫星通信发射机和所述卫星通信接收机均内置CPU和存储器，所述卫星通信发射机接收来自所述自动报潮站的潮位信号，处理信号后将载有潮位信息的信号发送至北斗卫星系统；所述卫星通信接收机接收来自北斗卫星系统的载有潮位信息的信号，处理信号后通过所述数传 电台将潮位信号传送至所述潮位接收机。所述卫星通信发射机进行潮位数据的解密、甄别筛选、加载、排序、等待、送出等一系列处理后，以短电文形式发送信号至北斗卫星系统；再通过北斗卫星系统将潮位数据进行中继转发。

进一步地，所述卫星通信发射机可包括信号采集单元、发射信号处理单元和卫星信号发射单元；所述卫星通信接收机包括卫星信号接收单元和接收信号处理单元；所述信号采集单元采集来自所述自动报潮站的潮位信号；所述发射信号处理单元接收来自所述信号采集单元的信号，处理后发送信号至所述卫星信号发射单元；所述卫星信号发射单元包括发射天线，所述卫星信号发射单元通过所述发射天线发射信号至北斗卫星系统；所述卫星信号接收单元包括接收天线，所述卫星信号接收单元通过所述接收天线接收来自北斗卫星系统的信号；所述接收信号处理单元接收来自所述卫星信号接收单元的信号，处理后发送信号至所述数传电台。实现潮位数据远程叠入和接续功能。

进一步地，所述卫星信号发射单元可包括依次连接的调制器、发射放大器和发射滤波器，所述调制器与所述发射信号处理单元相连，所述发射滤波器与所述发射天线相连。

进一步地，所述卫星信号接收单元可包括依次连接的接收放大器、接收滤波器和解调器，所述接收放大器与所述接收天线相连，所述解调器与所述接收信号处理单元相连。

进一步地，所述发射信号处理单元包括第一CPU、第一输入存储器、第一输出存储器和卫星终端ID存储器，所述第一输入存储器输入来自所述信号采集单元的信号；所述第一CPU接收来自所述第一输入存储器和所述卫星终端ID存储器的信号，处理后输出信号至所述第一输出存储器；所述第一输出存储器输出信号至所述卫星信号发射单元。

进一步地，所述接收信号处理单元可包括第二CPU、第二输入存储器和第二输出存储器，所述第二输入存储器输入来自所述卫星信号接收单元的信号；所述第二CPU接收来自所述第二输入存储器的信号，处理后输出信号至所述第二输出存储器；所述第二输出存储器输出信号至所述数传电台。

进一步地，所述信号采集单元的电气结构可与所述潮位接收机的电气结构相同。

在上述基础上，所述卫星通信接收机可为多个，优选10个。所述数传电台发射功率的覆盖范围可仅限于本船舶终端。

本发明还提供了一种利用北斗卫星远程接续传输潮位信号的方法的实施例如下：

在现有的船舶自动报潮系统基础上，增设数传电台、内置CPU和存储器的卫星通信发射机以及内置CPU和存储器的卫星通信接收机，利用北斗卫星系统，使得潮位信号从 自动报潮站、卫星通信发射机、卫星通信接收机、数传电台至潮位接收机依次传输，在现有的自动报潮站至潮位接收机的无线信号传输链路基础上，以叠入方式增设新的信号传输链路，并融于原信路体系，且物理链路中彼此独立；所述卫星通信发射机通过内设软件模块自动控制潮位信号的传输，包括控制潮位信号的接收、筛选、读取、打包、排序、等待和发送；所述卫星通信接收机通过内设软件模块自动控制潮位信号的传输，包括控制潮位信号的去权重、解调、筛选、加密和加载。

进一步地，请参见图4，所述卫星通信发射机通过内设软件模块自动控制潮位信号的传输方法包括如下步骤：

1-1）初始化卫星通信发射机，设置时间参数；

1-2）进行计时；

1-3）判断是否到设定时间，如果设定时间未到，则转入步骤1-11）；如果设定时间到，则转到步骤1-21）；

1-11）接收来自所述自动报潮站的信号；

1-12）将接收的信号与参考信号进行比较判断；如果信号符合要求，则判断为合法潮位信号，转入步骤1-111）；如果信号不符合要求，则判断为非法潮位信号，则返回步骤1-3）；

1-111）将合法潮位信号保存到存储器；

1-112）返回步骤1-3）；

1-21）读取预先保存在存储器中的船舶接收端的卫星终端ID；

1-22）读取存储器保存的合法潮位信号；

1-23）将卫星终端ID和合法潮位信号两者打包；

1-24）将打包信号存入数据缓存存储器；

1-25）将数据缓存存储器信号发送到北斗卫星系统，返回至步骤1-2）；

请参见图5，所述卫星通信接收机通过内设软件模块自动控制潮位信号的传输方法包括如下步骤：

2-1）初始化卫星通信接收机；

2-2）接收来自北斗卫星系统的载有潮位信息的信号；

2-2）分析接收的信号；

2-3）将分析后的信号与参考信号进行比较判断；如果信号不符合要求，则判断为非 法信号，转入步骤2-11）；如果信号符合要求，则判断为合法信号，则转入步骤2-21）；

2-11）清空接收数据缓存区的非法信号；

2-12）返回至步骤2-2）；

2-21）将合法信号保存到备用内存区，同时写入数据缓存区；

2-22）从备用内存区读取潮位信号；

2-23）将读取的潮位信号与参考信号进行比较判断；如果信号不符合要求，则判断为无效潮位信号，转入步骤2-111）；如果信号符合要求，则判断为正确潮位信号，转入步骤2-211）；

2-111）清空数据缓存区的无效潮位信号；

2-211）发送潮位信号至数传电台；

2-212）发送完毕，清空备用内存区，船舶上的潮位仪显示潮位信息，返回至步骤2-2）。

本发明的工作原理：

请参见图1，本发明由一个潮位信号采集发送装置（卫星通信发射机）和N个潮位信号接收装置（卫星通信接收机）组成，采集发送设备是将潮位站广播的潮位信号进行接收、打包处理，然后经过卫星通信发射机将潮位信号送到北斗通信卫星，北斗通信卫星将潮位信号进行中继转发给指定的用户。卫星通信接收机接收北斗卫星转发的潮位信号，对接收的信号进行解调、解码、处理，然后通过小功率数传电台发送给本船的潮位接收机（潮位仪），实现潮位信号的超距离接续。本发明将常规陆地报潮站作为实时潮位数据源，通过信号采集单元实时接收自动报潮站的潮位数据，并将解调后的潮位数据发送给发射信号处理单元进行数据转换，使其适应北斗卫星导航系统的短电文格式，以串口形式发送给卫星信号发射单元，卫星信号发射单元以短电文格式发送至北斗卫星系统，实现潮位数据的上传过程。北斗卫星系统以预先设计好的时序分别传给指定的卫星通信接收机，卫星通信接收机是个解调过程，接收北斗卫星导航系统的卫星信号接收单元收到潮位数据后，采用串口形式传给接收信号处理单元，经过接收信号处理单元处理后使其适应船上已有的潮位接收机（又称潮位仪）能接收的数据格式，最终将北斗卫星导航系统接收到的潮位数据在本船上的潮位接收机上显示出来，实现潮位数据的下载过程。

请参见图2，自动报潮站又称潮位遥报站，本发明的卫星通信发射机又称北斗上星嵌入式计算机系统，简称上星机组件，首先由卫星通信发射机，通过天线接收，放大分离等数据处理，将来自陆地基站潮位遥报站广播的实时潮位数据，保持数据格式不变，经 过租用的北斗卫星系统的短电文通信频道，完成“数据上星”工作；该数据在卫星端被打成下载包，在卫星统一规定的时间周期内（若干分钟）将下载包数据点对点发送给接收端即卫星覆盖区域内船舶终端搭装的卫星通信接收机，本发明的卫星通信接收机又称卫星数据接收组件（简称“下载机组件”）。如此经过“卫星链路”的潮位数据便被稳定接收。卫星通信发射机和卫星通信接收机同为独立嵌入式系统，其信号传输介入船舶潮位数据传输队列，在无线链路中以叠入方式并融于原信路体系，但物理链路中彼此独立，这是该系统的独特之处。所谓“叠入”，可理解成平行原信号传输途径；所谓“接续”可理解为原覆盖区域的扩展。

请参见图3，卫星通信发射机Y设在自动报潮站X（潮位遥报站）的覆盖区内，将接收到的潮位数据进行处理，通过北斗卫星将自动报潮站X的潮位数据传给指定用户（即装有卫星通信接收机的船舶）；该卫星通信接收机将接收到的潮位数据模仿潮位遥报站数据格式和发射频率，再近距离转发。这样在自动报潮站X覆盖范围内原传输路径上的船舶A、B、C上的潮位接收机，也有可能收到由装有卫星通信接收机的船舶所转发的自动报潮站X的潮位数据。自动报潮站X每隔一段时间广播一组潮位数据，潮位仪对接收同样数据只做重复显示，不会影响其数据准确性等。但对于无法收到自动报潮站X的离岸船舶D、E、F来说却是意义非凡。为了减少这种不必要的骚扰，在技术上控制星通信接收机及数传电台的信号功率，使数传电台发射信号的覆盖范围只满足该船舶的潮位接收机接收。通过增益控制电路放大增益和发射功率，控制信息计算校正值，并控制发射功率放大器的增益。发射加权计算电路根据接收加权和校正值计算发射加权。这能够控制发射功率从而使每个通信对应方的接收功率变为恒定。

多路信号到达船舶时，要点是分时准确、伪码鉴识准确、丢码率低，需要进行数据分拣，以及需要控制数传电台的发射功率，通过第二CPU时钟电路获得准确分时。通过

本发明系统在信号传输中，信号的主要差错源来自信道的噪声。设发射源的符号为d/n/,经过发送端调制,信道传输,接收端解调后得到接收符号为d/n/。对d/n/和d/n/进行比较,当两者不相等时,说明通信系统出现了错误。对传输符号总数和差错次数进行统计,可以得到误码率BER值为:Pe=Ne/N式中N是总的发送符号数,Ne是差错发生的次数。通过对调制器、发射放大器、发射滤波器、接收放大器、接收滤波器和解调器的电路元件进行参数选择和参数设置，使伪码鉴识准确、丢码率低。

Claims (2)

1.一种利用北斗卫星远程接续传输潮位信号的方法，其特征在于，在现有的船舶自动报潮系统基础上，增设数传电台、内置CPU和存储器的卫星通信发射机以及内置CPU和存储器的卫星通信接收机，利用北斗卫星系统，使得潮位信号从自动报潮站、卫星通信发射机、卫星通信接收机、数传电台至潮位接收机依次传输，在现有的自动报潮站至潮位接收机的无线信号传输链路基础上，以叠入方式增设新的信号传输链路，并融于原信路体系，且物理链路中彼此独立；所述卫星通信发射机通过内设软件模块自动控制潮位信号的传输，包括控制潮位信号的接收、筛选、读取、打包、排序、等待和发送；所述卫星通信接收机通过内设软件模块自动控制潮位信号的传输，包括控制潮位信号的去权重、解调、筛选、加密和加载；所述卫星通信发射机通过内设软件模块自动控制潮位信号的传输方法包括如下步骤：

1-1)初始化卫星通信发射机，设置时间参数；

1-2)进行计时；

1-3)判断是否到设定时间，如果设定时间未到，则转入步骤1-11)；如果设定时间到，则转到步骤1-21)；

1-11)接收来自所述自动报潮站的信号；

1-12)将接收的信号与参考信号进行比较判断；如果信号符合要求，则判断为合法潮位信号，转入步骤1-111)；如果信号不符合要求，则判断为非法潮位信号，则返回步骤1-3)；

1-111)将合法潮位信号保存到存储器；

1-112)返回步骤1-3)；

1-21)读取预先保存在存储器中的船舶接收端的卫星终端ID；

1-22)读取存储器保存的合法潮位信号；

1-23)将卫星终端ID和合法潮位信号两者打包；

1-24)将打包信号存入数据缓存存储器；

1-25)将数据缓存存储器信号发送到北斗卫星系统，返回至步骤1-2)。

2.根据权利要求1所述的利用北斗卫星远程接续传输潮位信号的方法，其特征在于，所述卫星通信接收机通过内设软件模块自动控制潮位信号的传输方法包括如下步骤：

2-1)初始化卫星通信接收机；

2-2)接收来自北斗卫星系统的载有潮位信息的信号；

2-2)分析接收的信号；

2-3)将分析后的信号与参考信号进行比较判断；如果信号不符合要求，则判断为非法信号，转入步骤2-11)；如果信号符合要求，则判断为合法信号，则转入步骤2-21)；

2-11)清空接收数据缓存区的非法信号；

2-12)返回至步骤2-2)；

2-21)将合法信号保存到备用内存区，同时写入数据缓存区；

2-22)从备用内存区读取潮位信号；

2-23)将读取的潮位信号与参考信号进行比较判断；如果信号不符合要求，则判断为无效潮位信号，转入步骤2-111)；如果信号符合要求，则判断为正确潮位信号，转入步骤2-211)；

2-111)清空数据缓存区的无效潮位信号；

2-211)发送潮位信号至数传电台；

2-212)发送完毕，清空备用内存区，船舶上的潮位仪显示潮位信息，返回至步骤2-2)。