CN105828027A - 一种基于sigso卫星的海上岛屿监控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法及系统，其中，所述方法包括：获取监控图像；配置天线方位、俯仰、极化可周期性；对通信信号进行扩频；与指挥中心进行双向通信，以接收指挥中心的监控指令，并向指挥中心发送监控图像。本发明实施例提供的基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法及系统，通过通信信号进行扩频，提高了卫星链路余量，实现了将数据量较大的监控数据通过SIGSO卫星发送至指挥中心，实现了对海上岛屿的监控。

Description

一种基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法及系统

技术领域

本发明属于海上岛屿监控技术领域，尤其是涉及一种基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法及系统。

背景技术

我国具有绵延1.8万公里的海岸线，相关的海上事务，海岛监测以及沿海岸环境状况监测是近些年发展的趋势，所以如何获取这方面的相关数据显得至关重要。随着全球经济、技术的不断发展，资源的利用显得越发不足，监控技术对于资源的保护和利用起到重要的作用。一些海岛由于距离大陆较远，不适于人工值守。需要采用无人监控的方法。

现有的无人监控方法都是采用视频监控和网络技术，通过互联网将监控信息发送至控制中心进行监控，但无人岛由于距离大陆较远，不能采用传统的无线通信方式，只能采用卫星通信。但是，卫星资源同样非常宝贵，卫星通信价格也比较昂贵。随着GEO卫星的使用时间的推移，卫星操作者会在GEO卫星使用一定长的时间后，对在轨GEO卫星实施倾轨操作，保持卫星的东西方向轨道控制，南北方向任其漂移，在日月引力的摄动作用下，GEO卫星漂移成为小倾角倾斜地球同步轨道卫星(SlightlyInclinedGeo-SynchronousOrbit,SIGSO)卫星，SIGSO轨道倾角会逐年增大，当漂移角度达到15度以后，SIGSO在轨卫星将推入其他轨位，释放目前的轨位。GEO卫星成为SIGSO卫星后，星载燃料的消耗会得到有效的减少，使用成本会极大的降低。如何利用SIGSO卫星实现对海上岛屿的监控成为当前研究的重点。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法及系统，以实现基于SIGSO卫星监控海上岛屿的问题。

第一方面，本发明实施例提供了基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法，，所述方法包括：

获取监控图像；

配置天线方位、俯仰、极化可周期性；

对通信信号进行扩频；获得较高的扩频增益，用频带资源弥补功率资源的不足，提高卫星链路余量；

与指挥中心进行双向通信，以接收指挥中心的监控指令，并向指挥中心发送监控图像。

进一步的，在计算海上岛屿上通信天线粗略指向之前，还包括：

利用天线位置的经度和纬度，以及卫星的经度，计算天线的方位角和俯仰角。

进一步的，所述对通信信号进行扩频，包括：

使用TCP/IP网口协议完成接口对连，利用扩频技术改善卫星链路性能。

进一步的，所述获取监控图像包括：

利用摄像数据采集监控分系统获取监控图像。

进一步的，所述利用摄像数据采集监控分系统获取监控图像，包括：

根据摄像机位于无人岛距离海平面高度及监控图像像素点的大小根据设定摄像机的监控范围确定摄像机监控图像像素点的大小。

进一步的，所述用摄像数据采集监控分系统获取监控图像，包括：

根据摄像机位于无人岛距离海平面高度及监控图像像素点的大小根据设定摄像机的旋转周期。

进一步的，在获取监控图像之后，还包括：

根据所述监控图像判断是否有非法入侵；

在判断非法入侵时，向指挥中心发出非法入侵警报。

进一步的，在向指挥中心发出非法入侵警报后，还包括：

在接收到指挥中心警告指令或者在在向指挥中心发出非法入侵警报预定时长后，开启告警系统。

更进一步的，所述开启告警系统，包括：

开启激光照射器，并使得所述激光照射器与所述摄像机同步。

第二方面，本发明实施例提供了一种基于SIGSO卫星的海上岛屿监控系统，所述系统包括：

获取模块，用于获取监控图像；

天线配置模块，用于配置天线方位、俯仰、极化可周期性；

扩频模块，用于对通信信号进行扩频；获得较高的扩频增益，用频带资源弥补功率资源的不足，提高卫星链路余量；

通信模块，用于与指挥中心进行双向通信，以接收指挥中心的监控指令，并向指挥中心发送监控图像。

进一步的，所述系统还包括：

角度计算模块，用于利用天线位置的经度和纬度，以及卫星的经度，计算天线的方位角和俯仰角。

进一步的，所述扩频模块，用于：

使用TCP/IP网口协议完成接口对连，利用扩频技术改善卫星链路性能。

进一步的，所述获取模块，用于：

利用摄像数据采集监控分系统获取监控图像。

进一步的，所述获取模块用于：

根据摄像机位于无人岛距离海平面高度及监控图像像素点的大小根据设定摄像机的监控范围确定摄像机监控图像像素点的大小。

进一步的，所述获取模块用于：

根据摄像机位于无人岛距离海平面高度及监控图像像素点的大小根据设定摄像机的旋转周期。

进一步的，所述系统还包括：

判断模块，用于根据所述监控图像判断是否有非法入侵；

发送警报模块，用于在判断非法入侵时，向指挥中心发出非法入侵警报。

进一步的，所述系统还包括：

告警系统开启模块，用于在接收到指挥中心警告指令或者在在向指挥中心发出非法入侵警报预定时长后，开启告警系统。

更进一步的，所述告警系统开启模块，用于：

开启激光照射器，并使得所述激光照射器与所述摄像机同步。

本发明实施例提供的基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法及系统，通过通信信号进行扩频，提高了卫星链路余量，实现了将数据量较大的监控数据通过SIGSO卫星发送至指挥中心，实现了对海上岛屿的监控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的SIGSO卫星的海上岛屿监控方法的流程示意图；

图2是本发明第一实施例提供的基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法中信号调制流程示意图；

图3是本发明第二实施例提供的SIGSO卫星的海上岛屿监控方法的流程示意图；

图4是本发明第二实施例提供的基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法中计算最远平面距离的示意图；

图5是本发明第二实施例提供的基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法中海上无人岛屿摄像机安全区域监测范围示意图；

图6是本发明第三实施例提供的SIGSO卫星的海上岛屿监控方法的流程示意图；

图7是本发明第四实施例提供的SIGSO卫星的海上岛屿监控系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1是本发明第一实施例提供的基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法的流程示意图，所述方法依靠相应的装置来实现。所述装置可由软件/硬件实现，并一般可集成于基于SIGSO卫星的海上岛屿监控系统中。

参见图1，所述基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法，包括：

步骤101，获取监控图像。

基于监控系统获取海上岛屿的监控图像，示例性的，通过监控系统的摄像装置获取监控图像。

步骤102，配置天线方位、俯仰、极化可周期性。

由于SIGSO卫星轨道的特殊性，具有一定的特殊要求。为适应SIGSO卫星的周期性漂移，需要配置天线方位、俯仰、极化可周期性。示例性的，设置天线座架为电控方位-俯仰型，极化面可电动旋转，三轴电动机均采用步进式电机。用GPS(GlobalPositionSystem)将天线本地的位置经纬度输出根据天文时钟的时间和星历确定卫星的经度并利用天线位置的经度和纬度φ_e，以及卫星的经度计算天线的方位角φ_a和俯仰角φ_e。可通过如下公式计算：

${\mathrm{\φ}}_e=\arctan \[\frac{{\mathrm{cos\θ}}_{1}cos\mathrm{\φ}-0.151}{\sqrt{1-{\left({\mathrm{cos\θ}}_{1}cos\mathrm{\φ}\right)}^2}}\];$

内天线指向SIGSO卫星的方位角、俯仰角、极化角的变化信息(采样周期10分钟)以协调世界时(UniversalTimeCoordinated，UTC)时间为基准，做成一个表存储在单片机内存；以GPS输出的UTC时间为基准，查表并驱动天线的方位电机、俯仰电机和极化电机旋转至表中的指定角度，使天线的指向和极化达到应用要求。

步骤103，对通信信号进行扩频；获得较高的扩频增益，用频带资源弥补功率资源的不足，提高卫星链路余量。

SIGSO卫星由于其特殊的轨道效应，由于该种类型的卫星的有效全向辐射功率(EffectiveIsotropicRadiatedPower，EIRP)值不高，要获得较好的链路余量，需要对通信信号进行扩频。图2是本发明第一实施例提供的基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法中信号调制流程示意图，参考图2，首先按照传输控制协议/因特网互联协议(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol,TCP/IP)，网口接收需要调制的数据，使其成为IP(InternetProtocol)数据流；将IP数据流按照一定的格式给每帧加上帧头和标志位；采用移位寄存器、异或门、计数器和触发器等对待调制的数据进行卷积、交织、差分编码进行信道编码；时钟参考信号用于对参考时钟进行分频，用以控制信息速率的设置和扩频码周期的设置，PN码(Pseudo-NoiseCode)发生器通过反馈移位寄存器差生扩频码；将基带数据进行扩频处理，获得扩频增益；将数字信号调制到载波上，实现DA(DigitaltoAnalog)转换；在成型滤波处理中，首先输出一定长度的有符号型二进制数据，然后将滤波器的输出转化为无符号型二进制数据后写入直接数字式频率综合器(DirectDigitalSynthesizer,DDS)的可编程成型键控控制寄存器中，DDS将数字成型滤波转化为模拟成型滤波信号输出，获得具有中频频率的载波信号。实心对通信信号的扩频。

步骤104，与指挥中心进行双向通信，以接收指挥中心的监控指令，并向指挥中心发送监控图像。

通过SIGSO卫星实现与指挥中心的双向通信，接收指挥中心的监控指令，并向指挥中心发送监控图像。实现指挥中心对海上岛屿的监控。

本实施例提供的于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法及系统，通过利用SIGSO卫星实现监控图像和指令信息的双向传输，以低成本的实现利用SIGSO卫星实现海上无人岛监控。

实施例二

图3是本发明第二实施例提供的基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法的流程示意图，本实施例所提供的方法以上述实施例为基础，进一步的，将所述获取监控图像包括：利用摄像数据采集监控分系统获取监控图像。

参见图3，所述基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法，包括：

步骤201，利用摄像数据采集监控分系统获取监控图像。

所述摄像数据采集监控分系统包括:智能热成像摄像机，具体的，包括：可见光摄像机、热成像摄像机、全方位高速一体化云台护罩等设备。

在实施例中，智能热成像摄像机摄像机的视场为9.5°*7.2°-1.9°*1.4°，摄像的图片分辨率为640*480，预设的安全半径为3km，因此摄像机处于在最大视场时，在预设安全半径3km，一个像素点对应的高度为：

$k=\frac{\frac{2\mathrm{\π}}{360}*9.5}{640}*3000=0.81m/Pix;$

即在3km处监测的图片，一个像素点对应的高度约为1m。

图4是本发明第二实施例提供的基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法中计算最远平面距离的示意图，由图4可知，假设摄像机位于无人岛距离海平面高度为h＝160m，根据三角形相似定理，则 $L=\sqrt{h\·(h+2R)}=\sqrt{160\·(160+12800000)}=45km.$

所以，当摄像机高度为160m时，所能看到的最远的还平面距离约为45km。无人岛监测以的半径范围作为安全的监测区域，那么无人岛非法进入无人岛监测环行区域为10km，图5是本发明第二实施例提供的基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法中海上无人岛屿摄像机安全区域监测范围示意图，如图5所示。理论上入侵船只在42km的海域范围内时，进入摄像机监控范围以内。根据海上行驶工具的常规速度，由于目标物体的高度限制，可以把安全监测范围限制在10km范围。在10km的安全监测区域范围内，最快的冲锋舟使用的时间不到4分钟，因此摄像机步进转速速率可以设定为2分钟/圈。

步骤202，配置天线方位、俯仰、极化可周期性。

步骤203，对通信信号进行扩频。

步骤204，与指挥中心进行双向通信，以接收指挥中心的监控指令，并向指挥中心发送监控图像。

本实施例通过将所述获取监控图像包括：利用摄像数据采集监控分系统获取监控图像。能够根据摄像数据采集监控分系统中摄像机安装的位置和高度，确定摄像机步进转速速率，可以实现快速对海岛入侵情况进行监控，能够在第一时间内发现入侵者。

实施例三

图6是本发明第三实施例提供的基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法的流程示意图，本实施例所提供的方法以上述实施例为基础，进一步的，在获取监控图像之后，还包括：根据所述监控图像判断是否有非法入侵；在判断非法入侵时，向指挥中心发出非法入侵警报。

参见图6，所述基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法，包括：

步骤301，获取监控图像。

步骤302，根据所述监控图像判断是否有非法入侵。

通过摄像机监控软件判断前端采集图像是否有非法入侵行为，实例性的，通过对前端图像的识别，判断后续图像与前景图像有无差别，在差别大于预设的范围时，判断有非法入侵，为了提高判断的准确性，可以设定相应的识别次数，在本实施例中，如果连续三次判断均有非法入侵，则确定有非法入侵。

步骤303，在判断非法入侵时，向指挥中心发出非法入侵警报。

确认有入侵行为，开始启动上报机制，通过SIGSO卫星通信信号将入侵情况和图像上报至指挥中心。

步骤304，配置天线方位、俯仰、极化可周期性。

步骤305，对通信信号进行扩频。

步骤306，与指挥中心进行双向通信，以接收指挥中心的监控指令，并向指挥中心发送监控图像。

本实施例通过在获取监控图像之后，还包括：根据所述监控图像判断是否有非法入侵；在判断非法入侵时，向指挥中心发出非法入侵警报。可以对图像进行识别，确定是否存在入侵，并在入侵时及时向指挥中心上报。

在本实施例的一个优选实施方式中，在向指挥中心发出非法入侵警报后，还包括：在接收到指挥中心警告指令或者在向指挥中心发出非法入侵警报预定时长后，开启告警系统。可以在接收到指挥中心警告指令时，通过警示系统对入侵行为进行警告，警示系统包括：激光照射器、声音驱逐器、灯照，通过启动激光照射、声音驱逐、灯照系统实施对入侵行为的警告。此外，如果或者在向指挥中心发出非法入侵警报预定时长后，没有收到接收到指挥中心警告指令，也同样开启警示系统对入侵行为进行警告。此外，在开启激光照射器，通过指令传输的方式使得所述激光照射器与所述摄像机方位上的同步。以获取更好的拍摄效果。

在本实施例的另一优选实施方式中，在在判断非法入侵时，摄像头指向定格到以入侵者为中心焦距的位置，对入侵者进行放大最大倍数的拍摄，并且将图片存储到本地的存储器中；以使得指挥中心可以随时查看入侵者的相应图像。

实施例四

图7是本发明第四实施例提供的基于SIGSO卫星的海上岛屿监控系统的结构示意图，参见图5，所述基于SIGSO卫星的海上岛屿监控系统，包括：

获取模块，用于获取监控图像；

天线配置模块，用于配置天线方位、俯仰、极化可周期性；

扩频模块，用于对通信信号进行扩频；获得较高的扩频增益，用频带资源弥补功率资源的不足，提高卫星链路余量；

通信模块，用于与指挥中心进行双向通信，以接收指挥中心的监控指令，并向指挥中心发送监控图像。

进一步的，所述系统还包括：

角度计算模块，用于利用天线位置的经度和纬度，以及卫星的经度，计算天线的方位角和俯仰角。

进一步的，所述扩频模块，用于：

使用TCP/IP网口协议完成接口对连，利用扩频技术改善卫星链路性能。

进一步的，所述获取模块，用于：

利用摄像数据采集监控分系统获取监控图像。

进一步的，所述获取模块用于：

根据摄像机位于无人岛距离海平面高度及监控图像像素点的大小根据设定摄像机的监控范围确定摄像机监控图像像素点的大小。

进一步的，所述获取模块用于：

根据摄像机位于无人岛距离海平面高度及监控图像像素点的大小根据设定摄像机的旋转周期。

进一步的，所述系统还包括：

判断模块，用于根据所述监控图像判断是否有非法入侵；

发送警报模块，用于在判断非法入侵时，向指挥中心发出非法入侵警报。

进一步的，所述系统还包括：

告警系统开启模块，用于在接收到指挥中心警告指令或者在在向指挥中心发出非法入侵警报预定时长后，开启告警系统。

更进一步的，所述告警系统开启模块，用于：

开启激光照射器，并使得所述激光照射器与所述摄像机同步。

本发明实施例所提供的基于SIGSO卫星的海上岛屿监控及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种基于SIGSO卫星的海上岛屿监控方法，其特征在于，包括：

获取监控图像；

配置天线方位、俯仰、极化可周期性；

对通信信号进行扩频；

与指挥中心进行双向通信，以接收指挥中心的监控指令，并向指挥中心发送监控图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在计算海上岛屿上通信天线粗略指向之前，还包括：

利用天线位置的经度和纬度，以及卫星的经度，计算天线的方位角和俯仰角。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对通信信号进行扩频，包括：

使用TCP/IP网口协议完成接口对连，利用扩频技术改善卫星链路性能。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取监控图像包括：

利用摄像数据采集监控分系统获取监控图像。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用摄像数据采集监控分系统获取监控图像，包括：

根据摄像机位于无人岛距离海平面高度及监控图像像素点的大小根据设定摄像机的监控范围确定摄像机监控图像像素点的大小。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述用摄像数据采集监控分系统获取监控图像，包括：

根据摄像机位于无人岛距离海平面高度及监控图像像素点的大小根据设定摄像机的旋转周期。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取监控图像之后，还包括：

根据所述监控图像判断是否有非法入侵；

在判断非法入侵时，向指挥中心发出非法入侵警报。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在向指挥中心发出非法入侵警报后，还包括：

在接收到指挥中心警告指令或者在在向指挥中心发出非法入侵警报预定时长后，开启告警系统。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述开启告警系统，包括：

开启激光照射器，并使得所述激光照射器与所述摄像机同步。

10.一种基于SIGSO卫星的海上岛屿监控系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取监控图像；

天线配置模块，用于配置天线方位、俯仰、极化可周期性；

扩频模块，用于对通信信号进行扩频；获得较高的扩频增益，用频带资源弥补功率资源的不足，提高卫星链路余量；

通信模块，用于与指挥中心进行双向通信，以接收指挥中心的监控指令，并向指挥中心发送监控图像。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

角度计算模块，用于利用天线位置的经度和纬度，以及卫星的经度，计算天线的方位角和俯仰角。

12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述扩频模块，用于：

使用TCP/IP网口协议完成接口对连，利用扩频技术改善卫星链路性能。

13.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述获取模块，用于：

利用摄像数据采集监控分系统获取监控图像。

14.根据权利要求12所述的系统法，其特征在于，所述获取模块用于：

根据摄像机位于无人岛距离海平面高度及监控图像像素点的大小根据设定摄像机的监控范围确定摄像机监控图像像素点的大小。

15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述获取模块用于：

根据摄像机位于无人岛距离海平面高度及监控图像像素点的大小根据设定摄像机的旋转周期。

16.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

判断模块，用于根据所述监控图像判断是否有非法入侵；

发送警报模块，用于在判断非法入侵时，向指挥中心发出非法入侵警报。

17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

告警系统开启模块，用于在接收到指挥中心警告指令或者在在向指挥中心发出非法入侵警报预定时长后，开启告警系统。

18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，所述告警系统开启模块，用于：

开启激光照射器，并使得所述激光照射器与所述摄像机同步。