CN105391492A - 一种基于卫星的信息传输系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于卫星的信息传输系统，主要组成部分包括北斗用户机、信息传输设备、多功能综合业务终端以及卫通天线，信息传输设备与卫通天线、北斗用户机通过串口进行控制信息的交互，与信息综合业务处理终端使用卫通信道和北斗信道进行数据的传输；其中信息传输设备包括主控板、转接板、电源模块、电源板、调制解调模块。本发明信息传输设备的软件体系采用总线分布式结构，设备控制模块分为三层来设计，每一层各自负责相互独立的任务，提高了各个模块的内聚度，降低了耦合度，保持了模块的独立性。信息传输设备可以支持两副卫星通信天线，当一副卫星通信天线被遮挡，只需要将卫星通信天线切换到另一副没有被遮挡的卫星通信天线上，即可以继续维持卫通链路不中断。

Description

一种基于卫星的信息传输系统
【技术领域】
本发明涉及信息通信领域，尤其涉及适用于远航船舰上，基于卫星信号与多功能综合业务终端、北斗天线和卫星天线配合使用的通信技术。
【背景技术】
信息传输设备需要具有一系列功能，如兼容卫星通信天线接口和北斗用户机接口、能够与平台互通、为业务终端设备的各类数据信息提供上行传输通道、接收与分发各种下行数据信息，因此，信息传输设备控制的数据流通和处理流程非常复杂，信息的综合控制和处理是一个难题。
受限于北斗系统的技术性能，北斗用户机一次收发的信息量小于72字节，报文收发间隔大于60秒(二类)，这无法满足在某些环境下的通信要求，严重影响到了综合业务员信息收发的完整性和可靠性。
依靠单颗卫星进行信息传输的系统，对其传输卫星的依赖性很高，当一副卫星通信天线被遮蔽的时候，会就导致卫通链路中断的情况发生。
【发明内容】
本发明针对以上情况提出了一种基于卫星的信息传输系统，该信息传输系统采用总线分布式结构，设备控制模块分为三层来设计，每一层各自负责相互独立的任务，各个独立的模块降低了耦合度；另外针对综合业务信息收发的完整性和可靠性采用了科学合理的信息调度与控制技术，对信道资源进行合理划分和资源整合利用；并建立了双卫星信号交互体系，在一个卫星被遮挡的情况下切换到另外一个卫星通信天线上，即可保持信息交互持续性和稳定性。
本发明涉及一种基于卫星的信息传输系统，主要组成部分包括北斗用户机、信息传输设备、多功能综合业务终端以及卫通天线，信息传输设备与卫通天线、北斗用户机通过串口进行控制信息的交互，与信息综合业务处理终端使用卫通信道和北斗信道进行数据的传输；
其中信息传输设备包括主控板：实现通信主控制，对天线控制、信道选择、对调制解调器的控制、链路的控制、报文通信、定位信息；
转接板：实现前面板指示灯控制、串口的转换、双天线切换开关作用；
电源模块：提供设备各部件所需电源；
电源板：是进行分散供电、交换机供电、转接管供电、调制解调器供电；
调制解调模块：实现语音通信、射频信号的调制解调，是对卫通链路发送和接收的数据进行调制与解调；
信息传输设备还包括：实现主板、调制解调器及外部信息组合并完成信息交换的以太网交换机，防止电磁干扰进入电源线，同时防止电源线上的干扰进入设备，实现低通电源滤波交流电源滤波器；存储操作系统、应用程序、相关数据的硬盘。
该信息传输设备还包括一个机箱，在机箱上设有指示灯板，该指示灯板是显示相关设备的功能状态；其中的L波段开关是对L波段进行控制的开关。
通过该卫星的信息传输系统对卫通天线的控制，其中信息传输设备对卫通天线进行控制时，信息传输设备的电源模块、电源板向卫通天线供电、主控板通过转接板与卫通天线建立通信，卫通天线根据主控板输入的参数捕获卫星，捕获到的信号由调制解调模块反馈信号，来判定是否进行重新捕获或者进入跟踪状态，从而实现对卫通天线的控制。
位置信息采集过程：信息传输设备的主控板连接北斗用户，将位置信息处理后通过网口下发到综合业务处理终端，将采集的位置信息用于海图标绘，航迹信息。
报文通信过程：综合业务处理终端根据收到的，由信息传输设备反馈的可用信道状态后将报文信息提交到信息传输设备，信息传输设备再根据系统广播的目的终端状态信息以及本端信道信息选择最快信道发送，同时完成卫通链路、北斗链路接口信息传输以及报文转发等信息传输功能。
当通过卫通链路接收报文或者语音数据时，调制解调模块将从卫通天线接收到的射频信号进行解调还原，并转发到相应接口处理；当发送报文或者语音数据时，调制解调模块将数据调制成射频信号通过卫通天线发送出去。
信息传输设备处理信息的过程主要有：提交信息过程、接收信道消息过程、北斗分包过程、信道管理合并包过程、系统定时器任务组成、捕获过程。
其中的提交信息过程：接收综合业务处理终端发送过来的消息，提交到信道管理模块处理，根据信道可用状态，优先卫星通信信道，对于大包，如果选择北斗发送，需进行拆分处理后再发送。
接收信道消息过程：接收来自北斗和卫星通信消息，消息可来源信息中心，也可以来自其它，若是转发消息则提交到信道管理模块处理，处理后下发到业务处理终端。
北斗分包过程：接收业务处理终端消息后，如果提交信息是通过北斗信道发送，消息长度小于64字节直接发送，否则建立分包处理线程，按64字节拆分发送。
信道管理合并包过程：北斗与卫星通信信道接收到消息后，提交信道管理模块处理，如果是地址表，则本地覆盖地址表信息；如果是位置信息，则下发到业务处理终端；如果是转发消息且是分包消息，则建立合并包缓存线程，待接收完整再下发到业务处理终端。
系统定时器任务是为业务终端链路检测，北斗功率检测，卫星通信链路检测，等待分包等提供超时处理任务。
捕获过程：根据本地配置捕获卫星，实现重捕获、进行跟踪以及跟踪状态切换。
本发明信息传输设备的软件体系采用总线分布式结构，设备控制模块分为三层来设计，每一层各自负责相互独立的任务。信息传输设备采用面向对象的软件设计技术，将设备接入、协议解析和总线接口作为独立的对象来分析处理。具体实现上，信息传输设备根据实现的功能划分为各个独立的软件模块。各软件模块使用两条单向链表与总线进行通信，提高了各个模块的内聚度，降低了耦合度，保持了模块的独立性。信息传输设备可以支持两副卫星通信天线，配置两副卫星通信天线时，可以有效避免当一副卫星通信天线被遮挡从而导致卫通链路中断的情况。信息传输设备只需要将卫星通信天线切换到另一副没有被遮挡的卫星通信天线上，即可以继续维持卫通链路不中断。
【附图说明】
图1是本发明基于卫星的信息传输系统的应用图；
图2是本发明基于卫星的信息传输系统的结构框图；
图3是本发明基于卫星的信息传输系统的信息传输设备的前面板；
图4是本发明基于卫星的信息传输系统的信息传输设备的后面板。
【具体实施方式】
下面将结合本发明附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细说明。
本发明所涉及的基于卫星的信息传输系统，主要是应用在航海领域，知道在海上行驶的船舰、航母、游轮位置以及信息动态系统。信息传输设备可以通过卫星链路或北斗链路与指挥中心或其他信息传输设备进行通信。信息传输设备与多功能综合业务终端通过本地网络进行连接。信息传输设备需要和北斗通信天线、卫星通信天线和多功能综合业务终端配合使用。使用前需要对北斗通信天线、卫星通信天线进行设置。信息传输设备负责数据的传输，具体的报文通信、综合态势展现、多媒体通信和文件传输需要分别配合多功能综合业务终端、电话机、视频通信设备、计算机等终端设备运行。
多功能综合业务终端与信息传输设备通过本地局域网连接，通过信息传输设备，多功能综合业务终端可以收集从信息中心广播的信息，展现综合态势，与信息中心或其他舰船进行短报文通信。信息传输设备可以挂载电话终端，通过电话终端，可以与其他舰船、主站或地面电话网络的进行语音通信。
请参考附图1，该附图示出了基于卫星的信息传输系统的应用图示，舰船位置信息采集是通过舰船导航系统或者北斗获取本舰船位置信息。信息传输功能是通过卫通、北斗短报文链路，提供话音、短报文传输功能。信道管理功能是通过对卫通信道、北斗信道状态的监测，实现信道的自动优先选择，选通次序是：卫通信道、北斗信道。卫星通信天线控制功能是能够根据输入的卫星参数，自动控制卫星通信天线工作；能够存储10颗以上的通信卫星参数；支持双卫星通信天线控制与切换。
功能的实现方法如下，信息传输设备与卫星通信天线、北斗用户机使用串口进行控制信息的交互，与信息处理中心使用卫通信道和北斗信道进行数据的传输，与多功能综合业务终端使用以太网连接进行数据的传输。通过与信息处理中心、北斗用户机之间的专有协议，信息传输设备可以对信道参数，卫星通信天线工作状态，态势信息等数据进行处理与分发。
请参考附图2：其中示出了一种基于卫星的信息传输系统框图，该新型传输系统，主要组成部分包括北斗用户机、信息传输设备、多功能综合业务终端以及卫通天线，信息传输设备与卫通天线、北斗用户机通过串口进行控制信息的交互，与信息综合业务处理终端使用卫通信道和北斗信道进行数据的传输；
其中信息传输设备包括
主控板：实现通信主控制，对天线控制、信道选择、对调制解调器的控制、链路的控制、报文通信、定位信息；
转接板：实现前面板指示灯控制、串口的转换、双天线切换开关作用；
电源模块：提供设备各部件所需电源；
电源板：是进行分散供电、交换机供电、转接管供电、调制解调器供电；
调制解调模块：实现语音通信、射频信号的调制解调，是对卫通链路发送和接收的数据进行调制与解调；
信息传输设备还包括：实现主板、调制解调器及外部信息组合并完成信息交换的以太网交换机，防止电磁干扰进入电源线，同时防止电源线上的干扰进入设备，实现低通电源滤波交流电源滤波器；存储操作系统、应用程序、相关数据的硬盘。
该信息传输设备还包括一个机箱，在机箱上设有指示灯板，该指示灯板是显示相关设备的功能状态；其中的L波段开关是对L波段进行控制的开关。
通过该卫星的信息传输系统对卫通天线的控制，其中信息传输设备对卫通天线进行控制时，信息传输设备的电源模块、电源板向卫通天线供电、主控板通过转接板与卫通天线建立通信，卫通天线根据主控板输入的参数捕获卫星，捕获到的信号由调制解调模块反馈信号，来判定是否进行重新捕获或者进入跟踪状态，从而实现对卫通天线的控制。
位置信息采集过程：信息传输设备的主控板连接北斗用户，将位置信息处理后通过网口下发到综合业务处理终端，将采集的位置信息用于海图标绘，航迹信息。
报文通信过程：综合业务处理终端根据收到的，由信息传输设备反馈的可用信道状态后将报文信息提交到信息传输设备，信息传输设备再根据系统广播的目的终端状态信息以及本端信道信息选择最快信道发送，同时完成卫通链路、北斗链路接口信息传输以及报文转发等信息传输功能。
当通过卫通链路接收报文或者语音数据时，调制解调模块将从卫通天线接收到的射频信号进行解调还原，并转发到相应接口处理；当发送报文或者语音数据时，调制解调模块将数据调制成射频信号通过卫通天线发送出去。
信息传输设备处理信息的过程主要有：提交信息过程、接收信道消息过程、北斗分包过程、信道管理合并包过程、系统定时器任务组成、捕获过程。
其中的提交信息过程：接收综合业务处理终端发送过来的消息，提交到信道管理模块处理，根据信道可用状态，优先卫星通信信道，对于大包，如果选择北斗发送，需进行拆分处理后再发送。
接收信道消息过程：接收来自北斗和卫星通信消息，消息可来源信息中心，也可以来自其它，若是转发消息则提交到信道管理模块处理，处理后下发到业务处理终端。
北斗分包过程：接收业务处理终端消息后，如果提交信息是通过北斗信道发送，消息长度小于64字节直接发送，否则建立分包处理线程，按64字节拆分发送。
信道管理合并包过程：北斗与卫星通信信道接收到消息后，提交信道管理模块处理，如果是地址表，则本地覆盖地址表信息；如果是位置信息，则下发到业务处理终端；如果是转发消息且是分包消息，则建立合并包缓存线程，待接收完整再下发到业务处理终端。
系统定时器任务是为业务终端链路检测，北斗功率检测，卫星通信链路检测，等待分包等提供超时处理任务。
捕获过程：根据本地配置捕获卫星，实现重捕获、进行跟踪以及跟踪状态切换。
如图3所示，信息传输设备前面板包含指示灯和按钮。指示灯用来指示设备特定模块的工作状态，按钮用来开关机、重启设备或插保险管。电源是指示电源是否上电；TX是发送数据时本灯亮；RX是接收数据时本灯亮；卫通是卫通链路正常；北斗是北斗用户机连接正常本灯亮；定位是已经获取到位置信息本灯亮；运行是设备正常运行；天线是卫星通信天线连接正常；终端是与多功能综合业务终端连接正常；报文是正在传输报文；话音是正在进行话音通信；数据是正在进行数据通信；开关是设备电源开关；保险是保险管；复位是重启设备。
如图4所示，信息传输设备后面板包含各个接口，用来和其他设备进行互联。RX是N型头中频950MHz～2000MHz的接收信号输入；TX是N型头中频的发射信号输出；天线是卫星通信天线控制航空插座；上变频功率放大器电源是卫星通信天线/上变频功率放大器供电航空插座；配置网口是基于IP传输协议航空插座；终端是基于IP传输协议航空插座；备用网口是基于IP传输协议；北斗是串口RS-232(双模)航空插座；USB是航空插座；备用网口1～备用网口4是RS-422航空插座；电话是语音电话接口航空插座；误码测试是误码测试航空插座；交流220V是电源航空插座；接地是接地航空插座。
信息传输设备由主控板8、以太网交换机4、卫通调制解调模块10、电源板3、转接板6、L波段开关12、指示灯板11和硬盘9等组成。主控模块是设备的控制中枢，完成卫星通信天线的控制、各种信道数据网关和协议的转换、卫星导航定位信息的采集和输出、整个设备的工作状态监控和自测等，由嵌入式主板8和硬盘9组成；卫通调制解调模块10，是设备的主要组成部分，主要完成发射信息的调制和接收数据的解调，并通过RS-232将锁星状态传出给主控模块；以太网交换机4，用于主控模块和接口及信道接口的数据交换；L波段切换开关12，用于设备双卫星通信天线TX/RX射频信号的切换；电源模块，为设备提供5V/12V供电，为卫星通信天线上变频功率放大器提供48V供电；转接板，主要作为设备通用输入与输出口的扩展以及RS-232与RS-422之间的转换；指示灯板，主要表示设备工作状态的指示灯。
开启信息传输设备电源，等待面板运行指示灯亮后，信息传输设备启动完成。当连接北斗时，需要先开启北斗用户机，待北斗用户机开启后，再开启信息传输设备。连接卫星通信天线时，直接开启信息传输设备。信息传输设备运行参数的配置和查看是通过指定Internet网络页面进行的，通过浏览器可以查看如下内容：设备运行状态、信道管理设置、转发器设置、天线控制器设置和调制解调器设置，进行相关设备管理。打开信息传输设备的配置网络指定页面，将指定IP替换为信息传输设备分配到的IP地址。配置页面首页即是设备的运行状态，当前能够显示的状态包括：当前卫星、锁星状态、卫星通信通道状态、北斗通道状态和北斗波束数量。信道管理设置通过软件界面输入相关信息，如输入北斗串口号(选择项)、卡频、功率检测时间间隔、定位申请时间间隔、业务处理终端地址、北斗指挥机地址、信息中心地址。
卫星通信天线相关参数设置通过软件界面输入相关信息，如输入调制解调器端口(选择项)、天线1端口(选择项)、天线2端口(选择项)、位置获取方式(选择GPS或北斗)、锁星方式(选择信标或载波)、信通模式(选择码分多址CDMA或单路单载波SCPC)、接收信号强度指示RSSI门限值；信息传输设备可以保存十颗转发器的相关参数。可以预先保存相关转发器的参数，切换卫星是卫星转发器相关参数设置界面。输入转发器(选择项)、卫星星位、信息频率、卫星接收极化角(选择0或90度)、卫星发身极化角(选择0或90度)、接收信号强度指示RSSI带宽(选择是或否)、当前转发器(选择项)；可以查看与设置某一个转发器的相关参数，也可以切换当前转发器。查看某个转发器的相关参数，需要点击“转发器”后的下拉菜单，相关的卫星星位、信标频率、卫星接收极化角、卫星发射极化角和接收信号强度指示RSSI带宽显示为相关转发器的参数。选中当前转发器后，可以修改设置相关参数，点击提交即可以将当前转发器的参数设置为刚刚提交的参数。切换当前转发器，只需要点击“当前转发器”，选中转发器，然后“切换”。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (14)

1.一种基于卫星的信息传输系统，主要组成部分包括北斗用户机、信息传输设备、多功能综合业务终端以及卫通天线，信息传输设备与卫通天线、北斗用户机通过串口进行控制信息的交互，与信息综合业务处理终端使用卫通信道和北斗信道进行数据的传输；
其中信息传输设备包括主控板：实现通信主控制，对天线控制、信道选择、对调制解调器的控制、链路的控制、报文通信、定位信息；
转接板：实现前面板指示灯控制、串口的转换、双天线切换开关作用；
电源模块：提供设备各部件所需电源；
电源板：是进行分散供电、交换机供电、转接管供电、调制解调器供电；调制解调模块：实现语音通信、射频信号的调制解调，是对卫通链路发送和接收的数据进行调制与解调。
2.根据权利要求1所述基于卫星的信息传输系统，其特征在于，该信息传输设备还包括：实现主板、调制解调器及外部信息组合并完成信息交换的以太网交换机，防止电磁干扰进入电源线，同时防止电源线上的干扰进入设备，实现低通电源滤波交流电源滤波器；存储操作系统、应用程序、相关数据的硬盘。
3.根据权利要求3所述基于卫星的信息传输系统，其特征在于，该信息传输设备还包括一个机箱，在机箱上设有指示灯板，该指示灯板是显示相关设备的功能状态；其中的L波段开关是对L波段进行控制的开关。
4.一种基于卫星的信息传输系统对卫通天线的控制的过程，其特征在于，其中信息传输设备对卫通天线进行控制时，信息传输设备的电源模块、电源板向卫通天线供电、主控板通过转接板与卫通天线建立通信，卫通天线根据主控板输入的参数捕获卫星，捕获到的信号由调制解调模块反馈信号，来判定是否进行重新捕获或者进入跟踪状态，从而实现对卫通天线的控制。
5.通过根据权利要求4基于卫星的信息传输系统对卫通天线的控制的过程，其特征在于，其中位置信息采集过程：信息传输设备的主控板连接北斗用户，将位置信息处理后通过网口下发到综合业务处理终端，将采集的位置信息用于海图标绘，航迹信息。
6.通过根据权利要求4基于卫星的信息传输系统对卫通天线的控制的过程，其特征在于，报文通信过程：综合业务处理终端根据收到的，由信息传输设备反馈的可用信道状态后将报文信息提交到信息传输设备，信息传输设备再根据系统广播的目的终端状态信息以及本端信道信息选择最快信道发送，同时完成卫通链路、北斗链路接口信息传输以及报文转发等信息传输功能。
7.通过根据权利要求4基于卫星的信息传输系统对卫通天线的控制的过程，其特征在于，当通过卫通链路接收报文或者语音数据时，调制解调模块将从卫通天线接收到的射频信号进行解调还原，并转发到相应接口处理；当发送报文或者语音数据时，调制解调模块将数据调制成射频信号通过卫通天线发送出去。
8.通过根据权利要求4基于卫星的信息传输系统对卫通天线的控制的过程，其特征在于，信息传输设备处理信息的过程主要有：提交信息过程、接收信道消息过程、北斗分包过程、信道管理合并包过程、系统定时器任务组成、捕获过程。
9.通过根据权利要求8基于卫星的信息传输系统对卫通天线的控制的过程，其特征在于，其中的提交信息过程：接收综合业务处理终端发送过来的消息，提交到信道管理模块处理，根据信道可用状态，优先卫星通信信道，对于大包，如果选择北斗发送，需进行拆分处理后再发送。
10.通过根据权利要求8基于卫星的信息传输系统对卫通天线的控制的过程，其特征在于，接收信道消息过程：接收来自北斗和卫星通信消息，消息可来源信息中心，也可以来自其它，若是转发消息则提交到信道管理模块处理，处理后下发到业务处理终端。
11.通过根据权利要求8基于卫星的信息传输系统对卫通天线的控制的过程，其特征在于，北斗分包过程：接收业务处理终端消息后，如果提交信息是通过北斗信道发送，消息长度小于64字节直接发送，否则建立分包处理线程，按64字节拆分发送。
12.通过根据权利要求8基于卫星的信息传输系统对卫通天线的控制的过程，其特征在于，信道管理合并包过程：北斗与卫星通信信道接收到消息后，提交信道管理模块处理，如果是地址表，则本地覆盖地址表信息；如果是位置信息，则下发到业务处理终端；如果是转发消息且是分包消息，则建立合并包缓存线程，待接收完整再下发到业务处理终端。
13.通过根据权利要求8基于卫星的信息传输系统对卫通天线的控制的过程，其特征在于，系统定时器任务是为业务终端链路检测，北斗功率检测，卫星通信链路检测，等待分包等提供超时处理任务。
14.通过根据权利要求8基于卫星的信息传输系统对卫通天线的控制的过程，其特征在于，捕获过程：根据本地配置捕获卫星，实现重捕获、进行跟踪以及跟踪状态切换。
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