CN107070533B - 小型卫星地面站 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种小型卫星地面站，包括室外单元和室内单元，其中，室外单元包括：卫星天线；多个接收机，分别与卫星天线通信连接并实现不同的卫星数据通信功能；异步串行接口集线器，通过多个异步串行接口分别连接多个接收机；第一通信设备，分别与多个接收机和异步串行接口集线器建立网络连接，将来自多个接收机的卫星数据传输至室内单元；第一电源设备，向室外单元内部的上述设备供电；室内单元包括：信息处理设备，对来自多个接收机的卫星数据进行处理；第二通信设备，与第一通信设备和信息处理设备建立网络连接，接收来自第一通信设备的卫星数据并传输至信息处理设备；第二电源设备，向室内单元内部的上述设备供电。

Description

小型卫星地面站

技术领域

本申请涉及卫星通信领域，尤其涉及一种小型卫星地面站。

背景技术

传统的卫星地面站有多种类型，其中小型卫星地面站一般只承担观测和中继等功能。一种最典型的小型卫星地面站就是卫星通信关口站(Gateway Station)，其功能是将卫星通信系统的卫星信号与地面通信网络相连接，例如将卫星电话接入地面有线电话网络，或者将卫星宽带数据接入地面光纤网络，它完成卫星通信系统信令协议的解释、转换和与地面网络的信息交换。这些卫星通信关口站主要是为卫星通信服务，很少承担其他功能载荷。例如舒拉亚Thuraya计划在北京密云区建设的关口站和Inmarsat在美国夏威夷建设的关口站。

另一种典型的小型卫星地面站是用于卫星差分定位基准站(Differentialreference station)，又叫参考站。卫星差分定位基准站安装在位置已精确测定的已知点，站上配备一台卫星定位接收机和用户同时进行全球导航卫星系统(Gobal NavigationSatellite System，GNSS)观测，接收机将得到的单点定位的结果与基准站坐标比较，求解出实时差分修正值，以广播或数据链传输方式将差分修正值传送至附近的GNSS用户，以修正其GNSS定位解，提高局部范围内用户的定位精度。利用这一方法可以将用户的实时单点定位精度提高到米级。

目前小型卫星地面站功能都是独立的，作为卫星通信关口站或者作为卫星差分定位基准站。当前多种卫星系统并存的情况下，不同卫星系统用户之间共用资源的需求非常旺盛；此外，一块室外卫星设施用地和电源系统只完成单一功能也造成了用地和电源资源的浪费。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种小型卫星地面站，用以解决现有技术中小型卫星地面站功能单一的技术问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种小型卫星地面站，包括室外单元和室内单元，其中，所述室外单元包括：卫星天线；多个接收机，分别与所述卫星天线通信连接并实现不同的卫星数据通信功能；异步串行接口集线器，通过多个异步串行接口分别连接所述多个接收机；第一通信设备，分别与所述多个接收机和异步串行接口集线器建立网络连接，将来自所述多个接收机的卫星数据传输至所述室内单元；第一电源设备，向所述室外单元内部的上述设备供电；

所述室内单元包括：信息处理设备，对来自所述多个接收机的卫星数据进行处理；第二通信设备，与所述第一通信设备和信息处理设备建立网络连接，接收来自所述第一通信设备的卫星数据并传输至所述信息处理设备；第二电源设备，向所述室内单元内部的上述设备供电。

本申请实施例的有益效果包括：室外单元的多个接收机分别接收不同的卫星系统的通信数据，多个接收机分别连接至异步串行接口集线器将接收到的数据传输至室内单元的信息处理设备，从而使该小型卫星地面站可以同时具备多种不同的卫星通信功能，在实用性、使用效率等方面获得了提升，并且，综合利用多源数据进行系统可用性验证、冗余配置的方式也提高了用户使用卫星系统的可靠性和可用性，还提升了卫星设施用地和电源系统的利用率。

附图说明

通过以下参照附图对本申请实施例的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本申请实施例提供的小型卫星地面站的原理示意图；

图2是本申请实施例提供的小型卫星地面站的原理示意图；

图3是本申请实施例提供的小型卫星地面站的室外单元的示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本申请进行描述，但是本申请并不仅仅限于这些实施例。在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。为了避免混淆本申请的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本申请实施例提供的小型卫星地面站的室外单元包括多个接收机和一个异步串行接口集线器，多个接收机分别用来实现卫星通信关口站和差分定位基准站的功能，多个接收机的输出分别通过串行接口连接到异步串行接口集线器并且多个接收机和异步串行接口集线器处于同一局域网，使室内单元的信息处理设备可以同时处理多个接收机接收到的卫星通信数据，从而同时实现不同的卫星通信功能。该小型卫星地面站可以既具备卫星通信关口站功能，又具备卫星差分定位基准站功能。本申请实施例的小型卫星地面站的室外单元和室内单元还可以通过无线路由器形成一个无线分布式系统，室外单元和室内单元处于同一局域网，室内和室外单元在相距很远的建设环境下也能够实现卫星地面站功能。

图1是本发明实施例提供的一种小型卫星地面站的原理框图，该小型卫星地面站，包括室外单元1和室内单元2，室外单元1包括卫星天线10，接收机11，异步串行接口集线器12，第一通信设备13和第一电源设备14。接收机11的数量至少是两个，分别实现不同的卫星数据通信功能，使小型卫星地面站能够同时承担不同的卫星通信功能。多个接收机11分别与卫星天线10通过射频馈线连接并接收数据，再分别通过串行接口连接至异步串行接口集线器12。异步串行接口集线器12、接收机11分别与第一通信设备13建立以太网(Ethernet)连接，使异步串行接口集线器12、接收机11和第一通信设备13处于同一局域网内。第一电源设备14为室外单元1内部的上述设备供电，例如该第一电源设备14是外接220V或380V市电的不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)。

室外单元2包括信息处理设备20，第二通信设备21和第二电源设备22。第二通信设备21与信息处理设备20和室外单元1的第一通信设备13建立以太网连接，从而将多个接收机11接收到的卫星数据传输至室内单元2内部的信息处理设备20，由信息处理设备20完成多种相应的卫星通信数据的处理。例如，其中一个接收机11接收舒拉亚(Thuraya)、北斗卫星无线电测定业务(Radio Determination Satellite Service，RDSS)、轨道通信公司(ORBCOMM)等三类卫星通信系统的电文、语音及数据信息，并可以根据需要向Thuraya、北斗RDSS、ORBCOMM等卫星通信系统的接收机发送电文或建立语音连接，从而完成卫星通信关口站功能；另一个接收机11可以接收全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、北斗卫星无线电导航业务(Radio Navigation Satellite System，RNSS)、伽利略(GALILEO)卫星导航系统、格洛纳斯(GLONASS)卫星导航系统、星基增强系统(Satellite-BasedAugmentation System，SBAS)、准天顶卫星系统(Quasi-Zenith Satellite System，QZSS)等卫星导航定位系统的导航电文、测距观测值，由信息处理设备20进行定位计算，计算对应的差分修正值，或者进行网络载波相位差分技术(Real-time kinematic，RTK)计算，再广播计算出差分修正值，从而完成卫星差分定位基准站功能；同时或者单独的，根据接收到的来自上述卫星通信系统或者卫星导航定位系统的广播电文及信号质量估计值，信息处理设备20进行卫星系统可用性验证、最佳通信信道选择、通信信道质量估计等数据分析处理工作。信息处理设备20可以是室内单元2内部架设的标准服务器，例如Windows Server服务器，在该服务器上通过部署不同的WebService服务来完成不同的卫星通信功能。第二电源设备22向室内单元2内部的上述设备供电，例如外接220V或380V市电的不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)。

本实施例中，室外单元的多个接收机分别接收不同卫星系统的通信数据，多个接收机分别连接至异步串行接口集线器将接收到的通信数据传输至室内单元的信息处理设备，从而使该小型卫星地面站可以同时具备多种不同的卫星通信功能，在实用性、使用效率等方面得到了提升，并且综合利用多源数据进行系统可用性验证、冗余配置的方式也提高了用户使用卫星系统的可靠性。利用同一卫星地面站实现多种不同的卫星通信功能还有助于提升卫星设施用地和电源系统的利用率。

在一个实施例中，一个接收机11用于接收卫星通信系统的电文、语音及数据信息，而另一个接收机11用于接收卫星定位系统的导航电文、测距观测值等信息，此时该小型卫星地面站同时具备卫星通信关口站功能和卫星差分定位基准站功能。提高了卫星地面站的建设效率和卫星地面站建设资源的利用率。其中，用于卫星通信系统的接收机可以是指挥型接收机，例如北斗指挥型接收机，指挥型接收机除了具有普通型接收机的功能外，还能接收所管辖的其他接收机的定位、通信信息，并向所管辖的接收机发送组播、通播信息，从而实现对子用户的分组管理和集中调度功能。用于卫星定位系统的接收机可以是测地型GNSS接收机，测地型GNSS接收机适用于精密大地测量和精密工程测量等对定位精度要求较高的场景。

在一个实施例中，对于室外单元进一步配备防水机柜和天线固定装置。将室外单元的多个接收机，异步串行接口集线器，第一通信设备和第一电源设备集成在防水机柜内部。卫星天线被安装在天线固定装置上，天线固定装置设置在防水机柜外侧，该天线固定装置可以是不锈钢等金属材料的柱状或杆状物，固定设置在防水机柜的旁边，使卫星天线可以通过馈线将卫星信号引入防水机柜内部并与多个接收机连接。这样可以使室外单元的设备免受室外阴雨天气以及潮湿环境的影响。

为了使设置在室外的防水机柜和天线固定装置都更加稳固，在建筑物顶部室外区域部署室外单元时，例如在建筑物的屋顶或天台上，可以先铺设一个混凝土底座，将防水机柜和天线固定安装在混凝土底座上，外接的市电电源从混凝土底座引入到防水机柜内部的第一电源设备。天线固定装置还可以进一步通过紧固件与建筑物顶部室外区域的栏杆或者外墙固定连接，从而使天线固定装置变得更加稳固。

本申请实施例中，室外单元的第一通信设备和室内单元的第二通信设备之间可以采用馈线的方式建立通信连接，例如第一通信设备和第二通信设备是有线以太网路由器，通过配置该有线以太网路由器将室外单元的接收机、异步串行接口集线器和室内单元的信息处理设备接入同一局域网，这样信息处理设备就可以基于局域网连接操作所有设置在室外单元的设备。同理，第一通信设备和第二通信设备也可以是无线以太网路由器，利用无线网络建立室外单元和室内单元之间的通信。

当利用无线网络进行室外单元和室内单元的通信时，室外单元和室内单元的无线路由器可以形成无线分布式系统(Wireless Distribution System，WDS)。两个无线路由器可以通过无线桥接或者无线中继的方式组成该无线分布式系统。为了保持无线信号稳定，通常将室内单元的无线路由器作为主接入点，将室外单元的无线路由器设置为中继模式或者桥接模式，使室外单元的设备接入到室内单元的局域网内。无线路由器可以同时具有无线路由和以太网集线器的功能；也可以为了无线信号以及室外有线传输的稳定，将无线路由和以太网集线器的功能相分离。此时，室外单元的第一通信设备包括第一无线路由器和第一以太网集线器，第一无线路由器通过馈线连接第一以太网集线器的广域网(Wide AreaNetwork，WAN)口，室外单元的接收机和异步串行接口集线器的以太网口通过馈线与第一以太网集线器的局域网(Local Area Network，LAN)口连接；室内单元的第二通信设备包括第二无线路由器和第二以太网集线器，连接方式与室外单元相同，在此不再重复说明。采用这种无线分布式系统的小型卫星地面站的原理框图如图2所示，室外单元1包括卫星天线10，接收机11，异步串行接口集线器12，第一无线路由器131，第一以太网集线器132和第一电源设备14；室内单元2包括信息处理设备20，第二无线路由器211，第二以太网集线器212和第二电源设备22。第一无线路由器131和第二无线路由器211形成无线分布式系统，使接收机11，异步串行接口集线器12，第一以太网集线器132，信息处理设备20和第二以太网集线器212处于同一局域网内，信息处理设备20可以基于局域网连接操作室外单元2的接收机11，异步串行接口集线器12和第一以太网集线器132等设备。

室外单元1和室内单元2之间如果采用射频馈线的方式通信连接，可以被设置在同一建筑物内；如果采用无线方式通信连接，室外单元1和室内单元2既可以被部署在同一建筑物，还可以分别被设置在不同的建筑物内。目前，如果要在已经完成建设并已投入使用很久的建筑物上不进行基建施工而建设小型卫星地面站，难度非常大，在很多管理严格的建筑物内，施工限制非常多，不可能进行大规模的布线和混凝土改造。因此，传统的卫星地面站构建方法不适合当前条件下的很多卫星地面站的建造环境。本申请实施例中室外单元1和室内单元2之间采用无线分布式系统建立通信连接的方式可以很好的解决以上问题，不需要在已投入使用很久的建筑物内重新进行大量的布线，按照目前工业级无线以太网收发器的信号强度，可以将室外单元1和室内单元2之间的直线距离设置在500米以内，而随着相关技术的进步和发展，该直线距离能够变得更远。因此，还可以把室外单元1和室内单元2分别部署在不同的建筑物，例如彼此相邻的两个建筑物(A建筑和B建筑)。

在一个实施例中，室外单元1的接收机11，异步串行接口集线器12，第一以太网集线器132和第一电源设备14的被集成在防水机柜内部，卫星天线10安装在天线固定装置上，通过馈线将卫星信号引入所述防水机柜内部与所述多个接收机11连接。而为了保证室外单元1和室内单元2之间无线通信的稳定和可靠，将第一无线路由器131也安装在天线固定装置上，并通过馈线与防水机柜内的第一以太网集线器132连接。而室内单元2的信息处理设备20、第二以太网集线器212和第二电源设备22被集成在服务机柜内，同样为了保证室外单元1和室内单元2之间无线通信的稳定和可靠，将第二无线路由器211设置在服务机柜外部，通过馈线引入该服务机柜并与第二以太网集线器212连接。

为了使设置在室外的防水机柜和天线固定装置都更加稳固，在建筑物顶部室外区域部署室外单元时，例如在建筑物的屋顶或天台上，可以在先铺设一个混凝土底座，将防水机柜和天线固定安装在混凝土底座上，外接的市电电源从混凝土底座引入到防水机柜内部的第一电源设备。天线固定装置还可以进一步通过紧固件与建筑物顶部室外区域的栏杆或者外墙固定连接，从而使天线固定装置变得更加稳固。

采用无线分布式系统的室外单元如图3所示，在建筑物顶部室外区域铺设混凝土底座30，防水机柜31和天线立柱32固定安装在混凝土底座30上。天线立柱32通过紧固件33分别与室外顶部区域的栏杆34和外墙35固定连接，以进一步增强稳定性。在天线立柱32的顶部安装有天线平台36，天线平台36与天线立柱32通过紧固件33固定连接。卫星天线37固定安装在天线平台36上，用于收发卫星信号，通过射频馈线将卫星信号引入防水机柜31内部。在天线立柱32还设有横杆38，横杆38通常安装在天线平台36下方并通过紧固件33与天线立柱32固定连接。无线路由器39固定安装在横杆38上，用于与室内单元的无线路由器组成无线分布式系统，无线路由器39通过馈线引入防水机柜31内部与以太网集线器连接。其中，天线立柱32、天线平台36、横杆38和紧固件33可以由不锈钢等金属材料制成。

本实施例中，室外单元和室内单元通过无线路由器组成无线分布式系统，从而实现了分布式小型卫星地面站的构建方法。将部署在建筑物不同位置的设备，或者部署在不同建筑物的设备连接在同一个局域网内，所有设备以局域网方式进行连接和互操作。这种构建方法适用于在已投入使用的一组建筑物部署本申请实施例提供的多功能小型卫星地面站，可以在室内单元和室外单元相距较远的建设环境下构建小型卫星地面站，提高了小型卫星地面站的建设效率和灵活性。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域技术人员而言，本申请可以有各种改动和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种小型卫星地面站，其特征在于，包括室外单元和室内单元，其中，所述室外单元包括：

卫星天线；

多个接收机，分别与所述卫星天线通信连接并实现不同的卫星数据通信功能；

异步串行接口集线器，通过多个异步串行接口分别连接所述多个接收机；

第一通信设备，分别与所述多个接收机和异步串行接口集线器建立网络连接，将来自所述多个接收机的卫星数据传输至所述室内单元；

第一电源设备，向所述室外单元内部的卫星天线、多个接收机、异步串行接口集线器和第一通信设备供电；

所述室内单元包括：

信息处理设备，对来自所述多个接收机的卫星数据进行处理；

第二通信设备，与所述第一通信设备和信息处理设备建立网络连接，接收来自所述第一通信设备的卫星数据并传输至所述信息处理设备；

第二电源设备，向所述室内单元内部的信息处理设备和第二通信设备供电；

其中，所述多个接收机包括：用于卫星通信关口站的第一接收机和用于卫星差分定位基准站的第二接收机；

所述信息处理设备根据接收到的广播电文及信号质量估计值对卫星系统可用性验证、最佳通信信道选择、通信信道质量估计；

所述第一通信设备与第二通信设备之间采用馈线连接，或者，所述第一通信设备与第二通信设备之间采用无线通信连接；

其中，所述第一接收机是指挥型接收机，所述第二接收机是测地型GNSS接收机。

2.根据权利要求1所述的小型卫星地面站，其特征在于，所述室外单元还包括防水机柜和天线固定装置；

所述多个接收机，异步串行接口集线器，第一通信设备和第一电源设备集成在所述防水机柜内部；所述天线固定装置设置在所述防水机柜外侧；所述卫星天线安装在所述天线固定装置上，并通过馈线将卫星信号引入所述防水机柜内部与所述多个接收机连接。

3.根据权利要求1所述的小型卫星地面站，其特征在于，

当所述第一通信设备与第二通信设备采用无线通信连接时，所述第一通信设备包括第一无线路由器，第二通信设备包括第二无线路由器；所述第一无线路由器和第二无线路由器形成无线分布式系统，将所述室外单元和室内单元覆盖在同一局域网内。

4.根据权利要求3所述的小型卫星地面站，其特征在于，

所述室外单元还包括防水机柜和天线固定装置；

所述多个接收机，异步串行接口集线器和第一电源设备集成在所述防水机柜内部；所述天线固定装置设置在所述防水机柜外侧；所述卫星天线安装在所述天线固定装置上，并通过馈线将卫星信号引入所述防水机柜内部与所述多个接收机连接；所述第一无线路由器安装在所述天线固定装置上，并通过馈线引入所述防水机柜内部与所述多个接收机和异步串行接口集线器建立通信连接；

所述室内单元还包括服务机柜；

所述信息处理设备和第二电源设备被集成在所述服务机柜内部，所述第二无线路由器设置在所述服务机柜外部，通过馈线引入所述服务机柜与所述信息处理设备建立通信连接。

5.根据权利要求2或4所述的小型卫星地面站，其特征在于，所述防水机柜和天线固定装置被固定安装在建筑物顶部室外区域铺设的混凝土底座上，所述天线固定装置通过紧固件与所述建筑物顶部室外区域的栏杆和/或外墙固定连接。

6.根据权利要求3所述的小型卫星地面站，其特征在于，所述室内单元和室内单元之间的直线距离小于或等于500米。

7.根据权利要求3所述的小型卫星地面站，其特征在于，所述室外单元被部署在第一建筑物，所述室内单元被部署在第二建筑物。

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