CN107861136A - 基于北斗卫星和互联网的通信系统及通信方法、便携式北斗终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗卫星和互联网的通信系统及通信方法、便携式北斗终端，系统包括：北斗卫星、互联网基站、北斗数据交互平台、互联网智能终端、便捷式北斗终端；北斗数据交互平台与北斗卫星进行通信和互联网基站进行通信；便捷式北斗终端通过用户操作接口接入互联网智能终端的APP，接收互联网智能终端的指令，完成与北斗卫星的通信。本发明基于北斗卫星和互联网的通信系统及通信方法、便携式北斗终端，打通了垂直导航定位设备与移动互联网的边界，在北斗卫星和互联网的连接点，达成互联网中的普通智能终端与北斗终端的通信，从而实现无地域限制的通信，进实现北斗终端在野外作业、户外穿越、安全监护、应急救援等方面的应用。

Description

基于北斗卫星和互联网的通信系统及通信方法、便携式北斗 终端

技术领域

本发明属于北斗导航和通信技术领域，具体涉及一种基于北斗卫星和互联网的通信系统及通信方法、便携式北斗终端。

背景技术

北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设、独立运行的卫星导航系统，是为全球用提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施，截至2017年11月6日已累计发射25颗北斗导航卫星，国家正在大力发展北斗导航产业。

目前，在互联网领域，智能终端依赖与移动网络基站，在信号覆盖区域可实现位置定位和通信，在无信号区域无法与外界进行有效通信，而单独的北斗终端可实现无地域限制的通信。但是，现有的北斗手持终端体积较大，不便于携带，通信相对封闭，不能与互联网中的智能终端进行有效连接，性能和操作体验较差，导致使用范围受限，人机交互不方便；北斗设备的应用程序在当前主流系统平台下均无法运行；现有的北斗手持终端无法实现高精度的定位。

现有技术中，北斗终端作为北斗导航卫星的接收机，多采用主机加天线的工作模式。图1所示为现有技术中北斗导航终端的工作流程示意图。如图1所示，接收机通过三频天线接收卫星信号，经过射频信号处理、基带信号处理、导航数据处理形成导航数据。上述工作流程不能传输精密星历、差分数据等信息，导致现有流程无法实现高精度定位，相应的，现有技术中的导航终端体积重量大，不易携带，系统封闭，用户体验落后，使用范围受限。

发明内容

本发明实施例针对移动互联网产业对位置服务的迫切需求，提出了一种基于北斗卫星和互联网的通信系统及通信方法、便捷式北斗终端，突破全向组合天线阵技术、RDSS/RNSS(Radio Determination Satellite Service/Radio Navigation SatelliteService)基带射频一体化及低功耗技术，融合精密星历、基线测量、实时动态(Real–timeKinematic，RTK)、卫星定位服务参考站(Continuously Operating Reference Stations,CORS)等高精度定位技术，通过建设北斗数据交互平台，实现北斗卫星系统与3G/4G/WLAN等无线数据链路的连接，打通垂直导航定位设备与移动互联网的边界，借助飞速发展的智能终端软硬件平台和日益丰富的APP应用市场，开辟北斗在iOS、Android等主流系统中的应用，解决现有北斗终端不易携带、系统封闭、用户体验落后、使用范围受限等问题，从而延伸北斗位置服务到生活的各个角落，推动我国北斗卫星导航系统从传统的行业应用向大众化应用的普及与发展。

根据本发明一个方面，提供了一种基于北斗卫星和互联网的通信系统，所述系统包括：北斗卫星、互联网基站、北斗数据交互平台、互联网智能终端、便捷式北斗终端；其中，

所述北斗数据交互平台由北斗指挥机、数据服务器及配套软件子系统组成，用于与北斗卫星进行通信、与互联网基站进行通信；

所述互联网智能终端，安装有与便携式北斗终端的用户操作接口配套的APP；

所述便捷式北斗终端，设有接入互联网智能终端APP的用户操作接口，用于接收互联网智能终端的指令并完成与北斗卫星的通信，将指令反馈结果发送给互联网智能终端。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于北斗卫星和互联网的通信方法，所述通信方法基于权利要求1所述的基于卫星和互联网的通信系统得以实现，所述方法包括以下步骤：

第一互联网智能终端位于手机信号未覆盖的区域，第二互联网智能终端处于手机信号覆盖区域，当它们需要进行通信时，第一互联网智能终端通过APP调用便捷式北斗终端上的API接口，与便捷式北斗终端进行蓝牙连接，并将通信信息内容及收信方的地址发送给便携式北斗终端；

便携式北斗终端将所述通信信息内容及收信方的地址发送给北斗卫星；

北斗卫星以短报文的方式将此信息传送至数据交互平台；

数据交互平台的通信服务器将信息通过移动网络基站发送到指定的收件人互联网智能终端；从而实现互联网智能手机在无信号区域的正常通信。

上述方案中，所述通信方法还包括，第一互联网智能终端与便捷式北斗终端进行蓝牙连接，并将通信信息内容及收信方的地址发送给便携式北斗终端时，同时通过无线数据链路从北斗地面观测站下载定位辅助信息，并传输给便携式北斗终端。

上述方案中，所述定位辅助信息包括精密星历和/或差分数据。

根据本发明的再一个方面，还提供了一种便捷式北斗终端，所述便捷式北斗终端包括：天线单元，收发射频前端和频率综合器集成组件，扩频码解扩处理单元，数据信息处理、控制及接口单元，电源；其中，

所述天线单元是分布式卫星导航接收机和卫星之间链路的无线接口，实现对卫星下行S频段信号的接收和对卫星上行L频段信号的发射；

所述收发前端和频率综合器集成组件由收发滤波器、下行单元、上行单元和频率综合器及监控电路组成；

所述扩频码解扩处理单元用于接收经过接收前端和频率综合器集成组件进行过正交分路接近于零的中频的i和q两路信号，还用于对所述i和q两路信号进行解扩、解码、译码、校验，复原卫星转发来的电文；

所述数据信息处理、控制及接口单元，采用集成电路实现，所述单元内部采用高速串行总线接口技术，用于对整机的控制任务和数据处理任务进行分工，使控制线、数据线直接与总线I/O接口相连，完成数据信息处理；

所述电源用于为内部其他元件供电。

上述方案中，所述天线单元采用组合天线复合技术，并且在信号处理单元采用干扰抑制技术，同时采用多次非相干积分技术提高北斗接收灵敏度。

上述方案中，所述收发前端和频率综合器集成组件的下行单元由低噪声放大器、下变频器、中频滤波限幅放大器、正交分路器组成；上行单元由固态高功率放大器、上变频器和调制器组成；频率综合器由数字锁相锁频综合器和高稳参考源组成。

基于北斗卫星和互联网的通信所述数据信息处理、控制及接口单元，为与北斗接收频段同处于S频段的蓝牙设备，用于数据传输，在蓝牙传输过程中强辐射信号淹没同频段北斗接收信号，信号处理板卡采用多次非相干积分技术并且在硬件平台上加装抗4G-wifi滤波器。

移动互联网离不开位置服务，本发明实施例的基于北斗卫星和互联网的通信方法及便携式北斗终端，打通了垂直导航定位设备与移动互联网的边界，在北斗卫星和互联网的连接点上做出了创新和探索，利用北斗特有的通信优势，达成互联网中的普通智能终端与北斗终端的通信，从而实现无地域限制的通信，进一步，实现北斗终端在野外作业、户外穿越、安全监护、应急救援等方面的应用，同时为拓展出更加丰富且比GPS更具独到之处的应用提供支撑，扩大了北斗在社会生活中的影响力。

具体的，本发明实施例具有如下有益效果：

1.突破了RDSS/RNSS基带射频一体化及低功耗技术，摒弃显示屏与键盘，解决现有北斗手持终端体积重量较大，不便于携带的问题。

2.通过与手机、平板电脑等智能终端的对接，借助主流操作系统先进的平台和丰富的资源开发上层软件接口，使得北斗基础功能跟上智能终端硬件性能的提升和用户体验的发展，解决了现有北斗终端相对封闭，性能和操作体验较差，导致使用范围受限的问题。

3.开发主流移动操作系统平台下北斗设备的驱动程序及应用程序框架支持包，把北斗的通信和定位功能集成到操作系统中，使系统的位置服务请求可以通过北斗获得；同时第三方应用程序可以通过调用支持包中的北斗API函数来收发北斗短报文或进行北斗定位。

4.通过智能终端3G/4G/WLAN网络输送的精密星历、差分数据等信息，辅助北斗终端进行定位，解决了现有手持北斗终端无法实现高精度定位的问题。

附图说明

图1为现有技术中北斗导航终端工作流程示意图；

图2为本发明第一实施例的基于北斗卫星和互联网的通信系统结构及交互示意图；

图3为本发明第二实施例中的便携式北斗终端和互联网智能终端的交互示意图；

图4为本发明第三实施例的便捷式北斗终端原理示意图；

图5为本发明第三实施例的便捷式北斗终端结构示意图；

图6为本发明第三实施例便捷式北斗终端的组合复合型天线结构示意图；

图7为本发明第三实施例中RNSS通道原理图；

图8为本发明第三实施例中RDSS通道原理图；

图9为本发明第三实施例的便捷式北斗终端外壳正面效果图；

图10为本发明第三实施例的便捷式北斗终端外壳侧面效果图；

图11为本发明第三实施例的便捷式北斗终端屏蔽壳效果图；

图12为本发明第三实施例的便捷式北斗终端与智能手机的APP进行交互的界面图；

图13为本发明第三实施例中跑车试验的装置示意图；

图14为本发明第三实施例中跑车试验结果的部分截图；

图15为本发明第三实施例中暗场测试装置示意图；

图16为本发明第三实施例中外场测试装置示意图；

图17为本发明应用实例1的潜标中卫星传输终端工作的基本架构图；

图18为本发明应用实例1的浮标中卫星传输终端工作的基本架构图；

图19为本发明应用实例2的“智慧林业”系统四层架构图；

图20为本发明应用实例2的感知层结构图；

图21为本发明应用实例2的网络层结构图；

图22为本发明应用实例2的网络层应用流程图；

图23为本发明应用实例2的平台层结构图；

图24为本发明应用实例2的应用层应用结构图；

图25为本发明应用实例3的北斗作战指控系统示意图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明技术问题、技术方案和优点将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

本发明针对互联网产业对位置服务的迫切需求，响应国家大力发展北斗导航产业的号召，突破全向组合天线阵技术、RDSS/RNSS基带射频一体化及低功耗技术，融合精密星历、基线测量、RTK、CORS等高精度定位技术，研制全向便携式北斗终端和与之配套的智能移动操作系统驱动软件、应用软件，建设北斗数据交互平台，依托3G/4G/WLAN等无线数据链路，打通垂直导航定位设备与移动互联网的边界，借助飞速发展的智能终端软硬件平台和日益丰富的APP应用市场，开辟北斗在iOS、Android等主流软件生态圈的一席之地，解决现有北斗手持通信终端不易携带、系统封闭、用户体验落后、使用范围受限等问题，从而延伸北斗位置服务到生活的各个角落，推动我国北斗卫星导航系统从传统的行业应用向大众化应用的普及与发展。

由于北斗终端的一次报文传输数据量小，最大传输容量为120个汉字，420个BCD码，针对传输数据高达上千字节的监测数据，需对大容量数据传输方式进行针对性的优化设计。本发明采用数据加密、压缩、分组途径，制备适应全方向、任意姿态工作的天线主机一体化北斗终端，并通过试验，确保系统的可行性和适应性；开发iOS、Android平台供其他应用程序调用的北斗定位及应用程序编程接口(Application Programming Interface,API)函数库；建设北斗报文与移动数据的交互平台，开发北斗通信控制和接口模块，进行数据压缩和数据加密、分包和打包，开展数据传输系统示范运行，将数据传送至北斗通信通用控制和接口模块，由通信模块按照北斗系统的报文数据传输规范，将数据传送至数据中心，实现普通智能终端与北斗终端的通信。在应用方面，为满足海岸不同监测平台应用，对北斗用户设备进行改造，针对浮标、潜标、Argo浮标等监测平台，对北斗用户设备的天线和结构进行重新设计，并大幅降低功耗。

下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。

第一实施例

本实施例提供了一种基于北斗卫星和互联网的通信系统，所述系统通过便携式北斗终端承载“北斗定位”、“北斗短报文收发”、“北斗授时”等基本硬件功能，在便携式北斗终端上设置相应的用户操作接口，接入配套的互联网中的移动智能设备APP，保证软件功能的开放性，可根据需要植入“位置报告”、“航迹记录”、“层级指挥”等LBS(Location BasedServices)功能；建设由北斗指挥机、数据服务器及配套软件系统组成的北斗数据交互平台，实现互联网智能终端在无信号覆盖区域的正常短信收发。同时，依靠北斗指挥机的下属北斗用户控制能力，结合电子地理信息系统，实现“位置指示”、“轨迹记录”、“指令通播”、“通信监测”、“层级指挥”等拓展功能。

图2为本实施例基于北斗卫星和互联网的通信系统结构及交互示意图。

首先需要说明的是，这里的通信，包括互联网智能终端与互联网智能终端之间的通信、互联网智能终端与便捷式北斗终端的通信、互联网智能终端与北斗卫星的通信。

如图2所示，所述通信系统包括：

北斗卫星、互联网基站、北斗数据交互平台、互联网智能终端、便捷式北斗终端。这里的互联网智能终端，通常指智能手机，互联网基站即为移动网络基站。本实施例中以智能手机为例进行说明。

所述北斗数据交互平台由北斗指挥机、数据服务器及配套软件子系统组成，用于与北斗卫星进行通信、与互联网基站进行通信；

所述智能手机，安装有与便携式北斗终端的用户操作接口配套的APP；

所述便捷式北斗终端，设有接入智能手机APP的用户操作接口，用于接收智能手机的指令并完成与北斗卫星的通信，将指令反馈结果发送给智能手机。

如图2所示，所述通信系统的交互过程为：智能手机①位于手机信号未覆盖的区域，智能手机③处于手机信号覆盖区域，当它们需要进行通信时，智能手机①通过APP调用便捷式北斗终端上的API接口，将通信信息内容及收信方的手机号码发送给便携式北斗终端，接着由北斗卫星以短报文的方式将此信息传送至数据交互平台，数据交互平台的通信服务器将信息通过移动网络基站发送到指定的收件人智能手机③。手机①和普通北斗终端②的通信也不依赖于移动数据网络，从而实现互联网智能手机在无信号区域的正常通信。

第二实施例

本实施例提供了一种基于北斗卫星和互联网的通信方法，所述通信方法基于第一实施例所述的基于北斗卫星和互联网的通信系统得以实现。在第一实施例中对所述通信方法已进行相应的说明，这里通过图3对便携式北斗终端和互联网智能终端的通信进行详细说明。

图3是本实施例中的便携式北斗终端和互联网智能终端的交互示意图。如图3所示，本实施例中的便携式北斗终端和互联网智能终端通过蓝牙进行数据通信。具体通信步骤如下：

互联网智能终端向便携式北斗终端发送定位或通信指令，同时通过无线数据链路(3G/4G/WLAN等)从北斗地面观测站下载定位辅助信息，并传输给便携式北斗终端；

便携式北斗终端向北斗卫星请求数据，并将定位数据或通信信息发送给互联网智能终端；

互联网智能终端接收定位数据或通信信息，完成定位或通信。

优选的，所述定位辅助信息包括精密星历和/或差分数据。

第三实施例

本实施例提供了一种便捷式北斗终端。

图4所示为本实施例的所述便捷式北斗终端原理示意图。如图4所示，本实施例的所述便捷式北斗终端，通过北斗一号接收天线/北斗发射+GPS一体的S/GPS+L组合天线同时工作，接收不同方向的卫星信号，实现10波束信道的监收处理，改善用户机监收北斗卫星信号；经过RNSS/RDSS射频通道进行下变频与放大，增加RNSS定位处理，实现北斗卫星定位功能；在RNSS/RDSS基带信号层面进行融合完成基带处理，实现数据的互补，最后通过中心处理单元的综合解算功能得到精度最佳的导航数据；同时具有蓝牙和串口数据通信接口；供电电源采用内电池与外电源双供电；与显控和其他分系统之间的控制指令、通信信息、定位信息、授时信息等各种信息的I/O接口进行协调和适配性设计。

图5为本实施例的便捷式北斗终端结构示意图。如图5所示，本实施例的便捷式北斗终端，包括：天线单元31、收发射频前端和频率综合器集成组件32、扩频码解扩处理单元33、数据信息处理单元34、数据信息控制单元35、数据接口36，电源管理单元37；其中，

所述天线单元31是分布式卫星导航接收机和卫星之间链路的无线接口，实现对卫星下行S频段信号的接收和对卫星上行L频段信号的发射。根据双天线北斗接收机的使用条件，将卫星天线波束在仰角方向的覆盖范围加大。图6所示为本实施例便捷式北斗终端的组合复合型天线结构示意图。如图6所示，将GPS与L通过电桥技术实现电磁场左旋圆极化和右旋圆极化，大大节省设备高度空间，实现终端小型化。

所述收发前端和频率综合器集成组件32由收发滤波器、下行单元、上行单元和频率综合器，及监控电路组成。其中，下行单元由低噪声放大器(LNA)、下变频器(D/C)、中频滤波限幅放大器、正交分路器组成；上行单元由固态高功率放大器(HPA)、上变频器(U/C)和BPSK调制器组成；频率综合器由数字锁相锁频综合器和高稳参考源组成。这里的频率综合器分为RNSS和RDSS两种频率通道。图7所示为RNSS通道原理图；图8所示为RDSS通道原理图。

如图7所示，RNSS模块选用集成芯片NEO-6M+MAX2670+SBP8513B设计，具有体积小，增益高，噪声系数低的特点。低噪放RF输入端设计4.7nH电感和100pF电容滤波，RF信号经低噪放一级放大后增益约14dB，再通过GPS频点专用声表滤波器SBP8513B滤波后输入给二级放大器，增益约17dB。RF信号经低噪放后去掉损耗，增益约29dB，符合NEO-6M的前端增益要求。低噪放MAX2670供电电压为3-5V，所需最大电流约30mA，使用NEO-6M输出的VCC_RF3.3V供电，输出电流50mA，可满足低噪放供电需求。NEO-6M供电由ARM处理器控制，UART1输出NMEA标准定位信息，连接至ARM处理器UART3，默认波特率9600bps，为防止串电，断电状态下，ARM处理器UART3应置为低电平。参数对照表见表1。

表1

参数	技术指标要求	NEO-6M参数	符合性检查
				数据格式	GPGGA，GPVTG格式	NMEA标准协议	符合
首次定位时间	≤2min	27s	符合
				定位精度	≤10m(1CEP)	2.5m	符合
数据更新率	≤1Hz	1Hz	符合
				PPS精度	≤100ns	≤60ns	符合
航向精度	0.5°	0.5°	符合

如图8所示，RDSS模块采用博纳雨田生产的TM0558RDSS模块，该模块尺寸仅有38mm×38mm×3.5mm，可完整实现RDSS收发信号调制解调全部功能。具备两路串口，UART0和UART1均支持北斗一代标准通信协议，其中UART0支持程序更新及相关参数设计，该串口连接至ARM处理器UART2接口，默认波特率115200bps，为防止串电，断电状态下，ARM处理器UART2应置为低电平。

输入电压为5V，滤波及去耦使用3个100uF+1个0.1uF电容。电源控制由ARM IO口控制，复位信号300mS亦由ARM IO口提供，ARM每次上时应均进行复位操作。IC卡供电调试阶段由3V3arm电源轨供电(便于ARM处理器SWD模式调试)，调试完成后，应将R11跳线至R12，更改为RDSS模块IC_VCC供电。参数对照表见表2。

表2

经过RNSS/RDSS射频通道进行下变频与放大，增加RNSS定位处理，实现北斗卫星的精准定位功能。

所述扩频码解扩处理单元33的信号是经过接收前端和频率综合器集成组件进行过正交分路接近于零的中频的i和q两路信号。扩频码解扩处理单元对这两路信号进行解扩、解码、译码、校验，复原卫星转发来的电文(来自地面站的出站信号)。正交分路接近于零的中频的i和q两路信号分别经A/D转换之后送给FPGA，由FPGA和DSP，通过其硬件和软件相结合,共同实现分布式卫星导航接收机总体方案中伪码的捕获和跟踪、载波频率和相位的捕获跟踪、帧标志检测，信息的解调解扩，维特比译码和CRC校验。

所述数据信息处理单元34、数据信息控制单元35及数据接口36的硬件可以应用集成电路来实现，内部采用高速串行总线接口技术，把对整机的控制任务和数据处理任务进行分工，使许多的控制线、数据线直接与总线I/O接口相连，并进行系统模块化设计，减少接口芯片和芯片间的走线，提高整机的响应速度，为整机功能和任务的扩充留有余量。本实施例中的便捷式北斗终端采用蓝牙进行数据传输，蓝牙频段与北斗接收频段同处于S频段，在蓝牙传输过程中强辐射信号会淹没同频段北斗接收信号，信号处理板卡采用多次非相干积分技术并且在硬件平台上加装抗4G-wifi滤波器，提高设备北斗接收灵敏度，从而实现终端数据与智能设备间的无线通信且不影响北斗通信性能。数据接口36可通过蓝牙(BlueTooth,BT)模块实现。BT模块采用有人科技生产的USR-WIFI￥-A2模块，其中电源控制由ARMIO口控制，复位信号300mS亦由ARM IO口提供，ARM每次上时应均进行复位操作。该模块状态信息nReady，nLink输出信号均连接至ARM处理器IO口，ARM自检程序只需判定该两个信号状态，即可判定BT模块工作状态。

优选的，所述电源管理单元37采用micousb适配器转换为直流12V供锂电池充电，内部按照GJB181-86标准，直流电源输入采用抑制尖峰、浪涌、过压和欠压保护，采用开关控制通断，设有熔断保护器；电磁兼容遵照CE102，CS101，CS106相关技术标准，采用EMI滤波处理，实现设备和电源母线的隔离。为了采取有效措施减少固态功率放大器工作时对接收机的干扰，消除收发通道通过电源进行耦合，对发射机和接收机分开进行供电。从直流电源到终端的工作直流电源，通过选用适当的DC/DC变换器模块实现。一级电源管理均采用宽压输入(7—55V)DCDC电源管理芯片TPS54260和TPS54361。输入端设计TVS管SMBJ36A，抑制瞬态尖峰脉冲，最小击穿电压约40V，并起到反向保护作用。RDSS模块供电由TPS54361输出3.5A@5V，受控于ARM处理。该电源芯片输出电压可调整，根据公式Vout＝(R2/R1+1)×0.8，选择R1为10K，则R2为53.6K，功率电感选用10uH(最大电流4A，直流阻抗20mΩ)，续流二极管选用B340LA。该芯片电源故障指示为漏极开路模式，该指示信号5V_PG经发光二极管和电阻上拉至3V3arm电压轨，若5V故障时5V_PG将置为低电平，同时该信号连接至ARM处理器IO口，作为自检程序RDSS电源工作状态判定依据。

北斗手持终端蓝牙数据传输至智能手机，打通垂直导航定位设备与移动互联网的边界，实现在有信号区域和无信号区域的互补通信。

优选的，在北斗手持终端尺寸受限时，采用组合天线复合技术并且在信号处理单元采用干扰抑制技术同时在北斗接收灵敏度多次非相干积分技术，可很好的解决尺寸问题及电磁互干扰问题，从而实现北斗手持终端小型化和低功耗的需求。

特别的，本实施例的便捷式北斗终端的主要技术指标如下：工作时间：工作时间≥4h；定位精度：定位精度≤10米；信息传输方式：无线；扩展功能：预留加密芯片位置，可方便使用加密卡。

上述便捷式北斗终端的组成部分，同一块PCB板上实现天线和信号、信息处理单元的集成。

优选的，PCB采用4层板。所述PCB板的4层板分别为顶层布线层、电源平面层、GND平面层和底层布线层。PCB材料介质层1厚度、介质层2为RF-4，介电常数为4.2；底层设计有天线功分器微带线及GPS低噪放微带线，为保证微带线不受温度变化而导致的阻抗变化，介质层3采用RO4350B板材，介电常数为3.66，具有良好的温度特性。最优的，板层堆叠及板厚如下：介质层1厚度为0.635mm，介质层2厚度为1.016mm、介质层3厚度为0.254mm，板卡总厚度为2.068mm。PCB外形尺寸为150mm×44mm。

所述PCB板卡从左到右布局方式为天线→RDSS模块+GPS模块→电源管理+ARM模块→BT模块+连接器。板卡天线功分器部分微带线按照50欧姆阻抗匹配设计，经计算得出线宽18.7mil，间距10mil，距参考面高度10mil。屏蔽墙宽度为0.5mm，上面均匀分布接地过孔。

图9所示为本实施例的便捷式北斗终端外壳正面效果图；图10所示为本实施例的便捷式北斗终端外壳侧面效果图；图11所示为本实施例的便捷式北斗终端屏蔽壳效果图。如图9至图11所示，本实施例的便捷式北斗终端，体积小巧，便于携带。

图12所示为本实施例的便捷式北斗终端与智能手机的APP进行交互的界面图。APP软件在不同手机平台采取自适应方式，可适用于iOS、Android等不同的系统平台。

对本实施例的便捷式北斗终端在第一实施例的基于北斗卫星和互联网的通信系统及第二实施例的基于北斗卫星和互联网的通信方法的大环境下，通过跑车试验、抗干扰试验进行性能测试。

性能测试1：跑车试验

跑车试验的目的是为了验证定位精度及动态情况下定位成功率。图13所示为对本实施例的便捷式北斗终端进行跑车试验的装置示意图。如图13所示，抗干扰天线，即为所述便捷式北斗终端，将便捷式北斗终端置于车顶并固定牢靠，由便携式电脑在车内控制卫星传输终端，进行无源定位及北斗短报文的自发自收，并统计测试结果。

跑车开始后，由上位机软件根据IC卡服务频度自动定时发出通信申请，通信内容为当前自身定位的位置信息，通信对象为自身设备，并实时统计通信成功率，跑车完成后再将通信发出的定位结果与标准GPS接收机的定位结果进行时标对齐，然后计算定位误差。多次跑车结果通信成功率都高达95％以上，定位水平平均误差小于20米。

图14所示为跑车试验结果的部分截图。图中实心圆点表示标准GPS接收机的定位结果，空心圆点表示被测设备无源定位的结果，绿点表示通过北斗短报文发送给自身的定位结果。

第一次跑车试验结果如下：

北斗短报文通信总次数：57次；

北斗短报文通信成功次数：55次；

北斗短报文通信成功率：96.5％。

第二次跑车试验结果如下：

北斗短报文通信总次数：63次；

北斗短报文通信成功次数：62次；

北斗短报文通信成功率：98.4％。

从以上试验结果可以看出，本实施例的便捷式北斗终端，定位精确，对位置移动敏感，在静止及移动状态下都能进行准确定位。

性能测试2：抗干扰试验

本实施例的便捷式北斗终端具有良好的S频点抗窄带干扰能力，卫星信号强度为-120dbm，可抗单个干扰，强度为干信比为60db，即干扰强度为-60dbm。对本实施例的便捷式北斗终端进行如下测试：

(1)暗室测试

图15所示为暗示测试原理示意图。如图15所示，在暗室进行了抗干扰试验，被测设备向外发射L频点有源定位申请，由转发器室内天线接收并控制信号强度，再通过转发器室外天线发射到卫星完成有源定位申请工作；转发器室外天线接收S频点卫星信号，再由转发器室内天线控制信号强度并将信号发射到暗室内，接收机天线口面接收到的S频点信号强度为-120dbm；干扰信号由矢量信号源产生，强度可控。干信比60db时进行多轮测试统计，每轮测试定位申请100次，定位成功率均可达到90％以上。

(2)外场测试

图16为暗场测试原理示意图。如图16所示，外场测试不再需要卫星信号转发器，只需要比设备正常工作时多一个干扰信号即可。图中抗干扰天线，即为本发明实施例中的便捷北斗终端。卫星信号估计值为-120dbm，干扰信号强度为-60dbm时，即干信比60db时，进行多轮测试统计，每轮测试定位申请100次，定位成功率均可达到85％以上。

从以上两个性能测试可以看出，本实施例的便捷北斗终端，突破了RDSS/RNSS基带射频一体化及低功耗技术，摒弃显示屏与键盘，解决现有北斗手持终端体积重量较大，不便于携带的问题。

将本发明的所述基于北斗卫星和互联网的通信系统及通信方法，直接应用于复杂海洋条件下的信息传输系统、森林火情监测与应急指挥系统、北斗指控系统等多种应用场合，也将推广应用到地面、舰载、机载等军事应用环境，在民用领域，遥感测量、电力监测、采矿等行业都具有很好的应用前景。下面通过三个具体的应用实例对本发明的第一实施例和第二实施例的基于北斗卫星和互联网的通信系统及通信方法、第三实施例的便捷式北斗终端，作进一步详细的说明。

应用实例1：海洋环境信息传输系统中的应用

我国周边海域海洋水下战场环境十分复杂，这些复杂的海洋水下战场环境对潜艇和反潜兵力作战效能的发挥会产生十分显著的影响。国际上权威的水下作战仿真研究表明：正确利用环境效应技术，能使潜艇理论探测概率增加30～40％，水下警戒范围扩大20～80％，保持接触的时间延长20～40％。对水下作战而言,水下温盐参数的时空信息，具有非常重要的意义和实际应用价值。

为加强我国深海大洋区域海洋环境信息长期、连续观测能力，中国船舶重工集团公司第XXX研究所研制了潜标与浮标设备用于水下剖面数据与海洋上层温盐数据的收集与传送。

潜标产品化由观测平台、海洋观测仪器及配套设备组成。其中观测平台包括主浮体、3套有缆通信浮标、2套无缆通信浮标及锚泊系留装置，而通信浮标在潜标上的应用大致经过了三个阶段的改进，主要组成部分包括浮标壳体，卫星传输终端、卫星通讯控制中心、浮标电源及其他安装支撑零件等。图17为将本发明的基于卫星和互联网的通信方法应用于潜标中卫星传输终端工作的基本架构图。

浮标主要由壳体模块、驱动系统、CTD传感器、控制单元、电池组、油气囊、卫星传输终端及天线等部分组成。图18为将本发明的基于卫星和互联网的通信方法应用于浮标中卫星传输终端工作的基本架构图。

将本发明的便捷式北斗终端在海洋环境数据实时监测方面，能够满足实时安全传输数据的特性。

应用实例2：“智慧林业”系统中的应用

图19所示为本应用的“智慧林业”系统四层架构图。如图19所示，基于北斗的“智慧林业”系统，采用标准四层架构，各层内部及层间采用标准接口协议，方便系统功能和规模的扩展。满足“智慧城市”的框架要求，未来还可与其他智慧系统(如智慧环保、智慧旅游)进行对接，实现数据互通、共享与融合处理。四层架构分别为：

层1：感知层建设

天基：遥感卫星，DCS(数据搜集系统)卫星，气象卫星

空基：有人机，无人机，飞艇，探空气球

地基：手持移动终端，车载移动终端，固定终端，RFID，视频终端

图20所示为感知层结构图。如图20所示，北斗林业综合终端可以接收北斗RNSS信号进行导航定位，通过北斗RDSS、移动通信网、超短波通信网进行通信；在林火常规监测和应急扑救中，北斗终端可通过通信链路进行信息上报和接入互联网。

配置方案：指挥中心配备指挥型终端，巡护人员及车辆分别配备手持型和车载型终端。

应用流程：指挥型终端将自身定位信息和手持终端、车载终端的位置信息在林业专用地图上显示，便于指挥调度人员实时了解巡护人员的全局和局部工作情况；指挥型终端接收车载型和手持型终端的实时态势感知信息，并发布调度命令。

层2：网络层建设

图21为网络层结构图，图22为网络层应用流程图。如图21和图22所示，网络层包括：

天基：通信卫星，导航卫星

空基：航空通信，中继通信，基于IP测控通信

地基：无线传感网络，林业专线网络，林业广域宽带网，地面微波网，短波通信网，移动通信网。

层3：平台层建设

图23为平台层结构图。如图23所示，云平台是智慧林业核心支撑层，主要通过虚拟化技术对资源进行封装，实现分布式计算与数据汇总管理，解决智慧感知的海量多源数据处理难和管理难的问题。

云平台物理资源主要提供系统建设和运营所需要的中心机房、基础网络、网络设备、服务器设备、存储设备、备份设备以及配套系统等。

层4：应用层建设

图24所示为应用层应用结构图。如图24所示，所述应用层可以在林业四大业务应用系统中进行应用。

应用实例3：作战指控系统中的应用

北斗作战指控系统中包含两类用户机，分别是“作战车”和“指挥车”，他们都由三个主要模块组成，分别是北斗RDSS、北斗和控制模块，只是两种主机的功能和权限不同。

图25所示为北斗作战指控系统示意图。如图25所示，每个“作战车”都可以和其所属的指挥车通过卫星进行联系，但是作战车之间不能互相联系，“指挥车”可以有选择的联系其下属任意“作战车”。

所述北斗作战指控系统，包含北斗RDSS模块、北斗模块。所述北斗RDSS模块即本发明中的北斗终端，此模块在整个系统中主要负责短报文通信和位置上报的功能，是北斗指控系统的核心，具有不可替代性。所述北斗模块在北斗指控系统中主要负责无源定位和系统授时，可由其他定位(如GPS等)代替。

“作战车”可接受人为的从属关系配置，一经配置，在下次配置操作之前将不会改变。“作战车”只可以向其所从属的“指挥车”上报位置信息和发送短报文。北斗-B3模块完成无源定位和系统授时，并以1Hz的频率输出定位结果、行进速度和行进方向等信息，控制模块按照北斗RDSS模块IC卡的服务频度为周期记录北斗-B3模块所输出的数据，并进行数据压缩，待北斗RDSS模块IC卡服务频度到达时，控制模块会控制北斗RDSS模块向其所属“指挥车”发送短报文，报文内容即为上述压缩数据，从而完成位置上报功能。根据IC卡的等级不同，系统的实时性和信息完整性都会不同，IC卡等级越高，系统的实时性和信息完整性都会越高。“作战车”可以主动向其所从属的“指挥车”发送短报文，短报文的发送并不影响位置信息的上报，可在一次通信中完成。

“指挥车”可以配置其下属系统，其下属只能是“作战车”。未被配属的“作战车”将不被“指挥车”应答。“指挥车”无需上报位置信息，但可以实时获取自身无源定位信息用以导航。“指挥车”可选择一个或多个其下属“作战车”作为对象，发送短报文或命令。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于北斗卫星和互联网的通信系统，其特征在于，所述系统包括：北斗卫星、互联网基站、北斗数据交互平台、互联网智能终端、便捷式北斗终端；其中，

所述北斗数据交互平台由北斗指挥机、数据服务器及配套软件子系统组成，用于与北斗卫星进行通信、与互联网基站进行通信；

所述互联网智能终端，安装有与便携式北斗终端的用户操作接口配套的APP；

所述便捷式北斗终端，设有接入互联网智能终端APP的用户操作接口，用于接收互联网智能终端的指令并完成与北斗卫星的通信，将指令反馈结果发送给互联网智能终端。

2.一种基于北斗卫星和互联网的通信方法，其特征在于，所述通信方法基于权利要求1所述的基于卫星和互联网的通信系统得以实现，所述方法包括以下步骤：

第一互联网智能终端位于手机信号未覆盖的区域，第二互联网智能终端处于手机信号覆盖区域，当它们需要进行通信时，第一互联网智能终端通过APP调用便捷式北斗终端上的API接口，与便捷式北斗终端进行蓝牙连接，并将通信信息内容及收信方的地址发送给便携式北斗终端；

便携式北斗终端将所述通信信息内容及收信方的地址发送给北斗卫星；

北斗卫星以短报文的方式将此信息传送至数据交互平台；

数据交互平台的通信服务器将信息通过移动网络基站发送到指定的收件人互联网智能终端；从而实现互联网智能手机在无信号区域的正常通信。

3.根据权利要求2所述的基于北斗卫星和互联网的通信方法，其特征在于，所述通信方法还包括，第一互联网智能终端与便捷式北斗终端进行蓝牙连接，并将通信信息内容及收信方的地址发送给便携式北斗终端时，同时通过无线数据链路从北斗地面观测站下载定位辅助信息，并传输给便携式北斗终端。

4.根据权利要求3所述的基于北斗卫星和互联网的通信方法，其特征在于，所述定位辅助信息包括精密星历和/或差分数据。

5.一种便捷式北斗终端，其特征在于，所述便捷式北斗终端包括：天线单元，收发射频前端和频率综合器集成组件，扩频码解扩处理单元，数据信息处理、控制及接口单元，电源；其中，

所述天线单元是分布式卫星导航接收机和卫星之间链路的无线接口，实现对卫星下行S频段信号的接收和对卫星上行L频段信号的发射；

所述收发前端和频率综合器集成组件由收发滤波器、下行单元、上行单元和频率综合器及监控电路组成；

所述扩频码解扩处理单元用于接收经过接收前端和频率综合器集成组件进行过正交分路接近于零的中频的i和q两路信号，还用于对所述i和q两路信号进行解扩、解码、译码、校验，复原卫星转发来的电文；

所述数据信息处理、控制及接口单元，采用集成电路实现，所述单元内部采用高速串行总线接口技术，用于对整机的控制任务和数据处理任务进行分工，使控制线、数据线直接与总线I/O接口相连，完成数据信息处理；

所述电源用于为内部其他元件供电。

6.根据权利要求5所述的便捷式北斗终端，其特征在于，所述天线单元采用组合天线复合技术，并且在信号处理单元采用干扰抑制技术，同时采用多次非相干积分技术提高北斗接收灵敏度。

7.根据权利要求5所述的便捷式北斗终端，其特征在于，所述收发前端和频率综合器集成组件的下行单元由低噪声放大器、下变频器、中频滤波限幅放大器、正交分路器组成；上行单元由固态高功率放大器、上变频器和调制器组成；频率综合器由数字锁相锁频综合器和高稳参考源组成。

8.根据权利要求5所述的便捷式北斗终端，其特征在于，所述数据信息处理、控制及接口单元，为与北斗接收频段同处于S频段的蓝牙设备，用于数据传输，在蓝牙传输过程中强辐射信号淹没同频段北斗接收信号，信号处理板卡采用多次非相干积分技术并且在硬件平台上加装抗4G-wifi滤波器。