CN110224736A - 一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置 - Google Patents

一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置，该终端装置包括依次连接的供电模块、业务处理模块和天线模块，数据核心处理模块用于依据北斗短报文协议将语音压缩码流和/或北斗短报文消息封装编码为对应的组包编码信号发送给天线模块；MELP声码器模块用于通过话筒接收外界的模拟语音信号，将模拟语音信号进行经A/D采样、MELP声码器语音压缩编码后生成语音压缩码流发送给数据核心处理模块；接口模块用于接收来自外部电脑舰船控制台的北斗短报文消息并发送给数据核心处理模块，通过北斗短报文协议和北斗天线实现语音和短报文通信，从而适用于舰船远距离的应急通信。

Description

一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置
技术领域
本发明属于通信终端领域，具体涉及一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置。
背景技术
舰船通信一般是指舰船与外部，如与各级指挥所及协同行动的其他舰艇、岸上机动部队、空基与天基平台之间，以及舰船内部所进行的通信联络和信息交换，具体来说，根据作战指挥，航行，勤务及内部联络的需要，舰船与外部及舰船内部所进行的通信联络和信息交换。舰船通信是军事通信的一种，它与其他军事通信有共同之处，但也有许多独特的需求和特点。
目前，舰载通信设备主要采用短波、超短波电台通信，通常情况可以发送语音，当遇险报警时可以发送求救莫尔斯报，然而，短波和超短波可通信距离一般比较短，其无法满足远距离通信需求。部分舰船装备了卫星通信终端，然而，其仅仅用于发送位置点等预先设定报文，并没有实现其他业务的通信，一般来说，舰船通信产品大多基于GPS定位，或者基于北斗应用设备仅集中于舰载的定位与短报文通信，如落水后的紧急情况下，缺乏舰船供电，船载通信设备无法完成文字信息输入，需通过语音对用户所处环境感知从而确认人员身份。舰载通信设备中一般采用船电和自带电池，当通信设备在脱离船体后，自带电池的供电时间不超过24小时，时间较短。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置，其通过设置核心处理模块、MELP声码器模块和接口模块之间的连接关系及相应的功能设定，通过北斗短报文协议和北斗天线实现语音和短报文通信，从而适用于舰船远距离的应急通信。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置，该终端装置包括依次连接的供电模块、业务处理模块和天线模块，其中，业务处理模块包括数据核心处理模块、MELP声码器模块和接口模块，数据核心处理模块分别连接天线模块、MELP声码器模块和接口模块，MELP声码器模块和接口模块分别连接供电模块，
数据核心处理模块用于依据北斗短报文协议将语音压缩码流和/或北斗短报文消息封装编码为对应的组包编码信号发送给天线模块；
MELP声码器模块用于通过话筒接收外界的模拟语音信号，将模拟语音信号进行经A/D采样、MELP声码器语音压缩编码后生成语音压缩码流发送给数据核心处理模块；
接口模块用于接收来自外部电脑舰船控制台的北斗短报文消息并发送给数据核心处理模块。
作为本发明的进一步改进，数据核心处理模块还用于依据北斗短报文协议将接收来自天线模块的组包译码信号拆包为对应的语音压缩码流和/或北斗短报文消息，将对应的语音特征信号发送给MELP声码器模块，将对应的北斗短报文消息发送给接口模块；
MELP声码器模块还用于将接收来自数据核心处理模块的语音压缩码流进行译码生成语音特征信号，经D/A转换后得到模拟语音信号通过听筒输出；
接口模块还用于将数据核心处理模块解析的北斗短报文消息发送给外部电脑舰船控制台。
作为本发明的进一步改进，天线模块包括北斗天线和北斗收发控制器，北斗天线用于北斗船载通信，北斗收发控制器用于实现北斗通信的授权控制与信号收发转换控制。
作为本发明的进一步改进，终端装置还具有北斗定位申请收发功能，外部的电脑舰船控制台通过接口模块将定位需求发送给数据核心处理模块，数据核心处理模块将接收的定位需求依据北斗短报文协议格式进行封装编码为组包编码信号发送给北斗收发控制器，北斗收发控制器查询对端机号后通过北斗天线发射北斗定位申请信号。
作为本发明的进一步改进，北斗天线接收北斗定位信号发送给北斗收发控制器，北斗收发控制器将北斗定位信号转换为组包译码信号转发送给数据核心处理模块，数据核心处理模块将组包译码信号拆包为对应的北斗短报文消息发送给接口模块，接口模块将对应的北斗短报文消息发送给外部的电脑舰船控制台。
作为本发明的进一步改进，终端装置的北斗短报文消息的处理流程为：将北斗短报文消息的类型划分为数据包、查询包和响应包，通过读取响应包的数据判断是否需要补发相应的数据包。
作为本发明的进一步改进，终端装置还包括过触发呼救专用按键，通过触发呼救专用按键依据“SOS+自身平台号+经度值+纬度值”的格式发送“SOS”求救信号实现SOS一键呼救。
作为本发明的进一步改进，供电模块包括电模块包括电源控制模块、锂电池和太阳能电池组，电源控制模块分别连接锂电池和太阳能电池组。
作为本发明的进一步改进，终端装置采用铷磁铁作为底座，利用铷磁铁的强磁性固定所述终端装置。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置，其通过设置核心处理模块、MELP声码器模块和接口模块之间的连接关系及相应的功能设定，通过北斗短报文协议和北斗天线实现语音和短报文通信，采用的MELP声码器对语音数据进行压缩处理，从而提高了北斗卫星信道利用率，从而适用于舰船远距离的应急通信。
本发明的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置，该终端装置还具有北斗定位申请收发功能、SOS一键呼救功能和姿态稳定功能，在实现基于北斗卫星远程语音通话功能、北斗短消息收发功能的功能、北斗定位功能、太阳能供电功能、SOS一键呼救功能和姿态稳定功能一体化，可广泛应用于舰船海上应急通信、舰船航行保障、海上应急救援预警等领域，该终端装置已经完成陆地-海洋上超过2500KM的北斗语音对讲试验，语音清晰可懂，效果良好；短报文误码率：不大于10-5；定位精度：小于10米；导航准确率：大于90％。
本发明的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置，其采用太阳能板供电并采用铷磁铁作为底座，同时采用北斗短报文消息的可靠传输设计以减少误码率，因此，在无船电供应时依然能够连续长时间工作，能极大满足没有移动通信信号覆盖远海区域的应急救生应用需求。
附图说明
图1为本发明实施例的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置的数据处理示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
图1为本发明实施例的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置的结构示意图。如图1所示，该装置包括依次连接的供电模块、业务处理模块和天线模块，其中，业务处理模块包括数据核心处理模块、MELP声码器模块和接口模块，数据核心处理模块分别连接天线模块、MELP声码器模块和接口模块，MELP声码器模块和接口模块分别连接供电模块，
数据核心处理模块用于依据北斗短报文协议将语音压缩码流和/或北斗短报文消息封装编码为对应的组包编码信号发送给天线模块；还用于依据北斗短报文协议将接收来自天线模块的组包译码信号拆包为对应的语音压缩码流和/或北斗短报文消息，将对应的语音特征信号发送给MELP声码器模块，将对应的北斗短报文消息发送给接口模块；数据核心处理模块具有数据包分组编码功能、北斗短报文协议编码功能、北斗短报文协议译码功能和数据包解码与打包处理功能。作为一个示例，数据核心处理模块以STM32F103为核心处理器，外围集成了MELP语音模块和串口电平转换模块，并实现了北斗语音数据处理、短报文处理及外部按键控制等功能，各个模块在功能上彼此独立，互不干扰，受ARM处理器统一控制
MELP声码器模块用于利用话筒接收外界的模拟语音信号，将模拟语音信号进行经A/D采样、MELP声码器语音压缩编码后生成语音压缩码流发送给数据核心处理模块；还用于将接收来自数据核心处理模块的语音压缩码流进行译码生成语音特征信号，经D/A转换后得到模拟语音信号通过听筒输出。MELP声码器模块具有语音数字化功能、声音特征参数提取功能、声音特征参数还原功能、声码库检索功能和语音模拟化功能五个主要功能，MELP声码器可以解决北斗语音通信系统中信源端语音采样与压缩问题，减少传输过程中的数据量，采用MELP声码器的语音通信系统保证了语音压缩率和合成语音质量。
接口模块用于接收来自外部电脑舰船控制台的北斗短报文消息并发送给数据核心处理模块，还用于将数据核心处理模块解析的北斗短报文消息发送给外部电脑舰船控制台。
天线模块包括北斗天线和北斗收发控制器，北斗天线用于北斗船载通信，北斗收发控制器用于实现北斗通信的授权控制与信号收发转换控制，具体地，北斗收发控制器用于接收来自数据核心处理模块的组包编码信号转换为北斗信号发送给北斗天线，还用于接收来自北斗天线的北斗信号转换为组包译码信号发送给数据核心处理模块。天线模块具有射频发射功能和射频接收功能。作为一个示例，北斗天线可选用型号TX-S50X13.5的天线，直径50MM，高度13.5MM，性能稳定可靠，适合北斗船载通信，带有北斗一代短报文功能天线，实现北斗卫星信号收发一体；北斗收发控制器可采用STM32F103RET6作为控制器，尺寸86.3MM*49.2MM，板厚1.6MM，实现北斗通信卡的授权控制与信号收发转换控制功能，频度60s，每次发送78字节，接口类型为RS232；该天线模块还包括天线罩，其位于终端体的顶端，呈半球形设计，内腔尺寸Ф300*240mm；玻璃钢壳体壁厚为4mm,底部翻边加强，其可以保护天线系统免受外部环境影响，同时电气性能上具有良好电磁波穿透性。
图2为本发明实施例的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置的数据处理示意图。如图2所示，对于北斗远程语音通话功能来说，MELP声码器模块利用话筒接收外界的模拟语音信号，模拟语音信号在MELP声码器模块中经A/D采样、MELP声码器语音压缩编码后生成语音压缩码流，数据核心处理模块根据北斗短报文协议将语音压缩码流转换为组包编码信号，通过北斗收发控制器封包成北斗语音信号，由北斗天线发送给北斗卫星；从北斗天线上接收到北斗语音信号，通过北斗收发控制器处理成组包译码信号发送给数据核心处理模块，数据核心处理模块拆包后得到语音压缩码流发送给MELP声码器模块，MELP声码器模块对语音压缩码流进行译码生成语音特征信号，经D/A转换后得到模拟语音信号再由听筒输出语音。
对于北斗短报文收发功能来说，外部的电脑舰船控制台通过接口模块将文字信息发送给数据核心处理模块，数据核心处理模块将接收的文字信息依据北斗短报文协议封装编码为组包编码信号发送给北斗收发控制器，北斗收发控制器查询对端机号后通过北斗天线发射北斗短报文信号；北斗天线接收北斗短报文协议发送给北斗收发控制器，北斗收发控制器将北斗短报文信号转换为组包译码信号转发送给数据核心处理模块，数据核心处理模块将组包译码信号拆包为对应的北斗短报文消息(文字信息)发送给接口模块，接口模块将对应的北斗短报文消息发送给外部的电脑舰船控制台；
对于北斗定位申请收发功能来说，外部的电脑舰船控制台通过接口模块将定位需求发送给数据核心处理模块，数据核心处理模块将接收的定位需求依据北斗短报文协议格式进行封装编码为组包编码信号发送给北斗收发控制器，北斗收发控制器查询对端机号后通过北斗天线发射北斗定位申请信号；北斗天线接收北斗定位信号发送给北斗收发控制器，北斗收发控制器将北斗定位信号转换为组包译码信号转发送给数据核心处理模块，数据核心处理模块将组包译码信号拆包为对应的北斗短报文消息(经纬度、UTC时间等信息)发送给接口模块，接口模块将对应的北斗短报文消息发送给外部的电脑舰船控制台。
作为优选的一个实施例，北斗短报文消息的处理采用北斗一号卫星的短报文通信技术为基础，同时为提高报文传输可靠性采用报文分包传输与控制技术，将报文类型划分为数据包、查询包、响应包，发送端首先将数据分包并填写相应的包头信息形成发送队列，调用北斗通信模块按序列发送，延时60s再发送查询包，当收到接收端反馈发送为未完成接收响应包时，发送端补发相应序列的小数据包。具体地，通过业务处理模块分析数据包和查询包，比对已发序列，当响应包为完全接收响应包时，重组构建原始信号；当响应包为未完全接收响应包，重新调用天线模块和业务处理模块接收数据包，判断数据包的序列编码是否为0，当为0时，清空缓存器数据并将接收到数据插入到已接收队列中，最后重组构建原始数据，因此实现了短消息双向可靠信息互通。
作为优选的一个实施例，本发明的终端装置还可以提供SOS一键呼救功能，通过呼救专用按键进行呼救，该功能处于待机状态，当遇到险情时，操作人员可通过连续按3次触发信号自动呼救功能，设备将依据“SOS+自身平台号+经度值+纬度值”的格式自动向其他用户发送“SOS”求救信号,以60秒为周期持续发送。
作为优选的一个实施例，供电模块包括电源控制模块、锂电池和太阳能电池组，其中，电源控制模块分别连接锂电池和太阳能电池组，电源控制模块用于将12V电源转换为3.3V和5V，提供电源给数据核心处理模块和北斗收发控制器等，锂电池的输出为12V，太阳能电池组的输出为直流18V。作为一个示例，终端装置采用的太阳能电池板可以通过电源控制模块给锂电池充电，该太阳能电池板每个面阵32片单晶构成，最大输出功率150W，短路电流：1.5A，工作电压:18V。外部采用3.2mm超白布纹钢化玻璃，铝合金边框，抗机械冲击力强。底部有装填袋，可以装泡沫等填充物，其具有水密与折叠伸展功能，当终端装置固定在舰船上时，太阳能电池板面对着太阳提高供电效率；当舰船遇险，可以释放终端，终端装置在海面上漂浮时太阳能电池板可以展开，同时在太阳能电池板下设计了可以填充浮力的口袋，当终端在水面漂浮时可以保障天线顶部向上，同时太阳能电池板还可以在漂浮过程中充电，从而延长终端装置的工作时间。
作为优选的一个实施例，本发明实施例的终端装置采用铷磁铁作为底座，利用铷磁铁的强磁性将终端装置固定安装在铁性材料的船头，同时考虑方便卸载；采用铷磁铁设计优点在于释放在海上时可以用外部铁块配重固定，从而稳定终端姿态。
本发明实施例的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置已经完成陆地-海洋上超过2500KM的北斗语音对讲试验，语音清晰可懂，效果良好；短报文误码率：不大于10-5；定位精度：小于10米；导航准确率：大于90％。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过电路设定来指令相关的硬件来完成的，该电路设定可以通过单片机或其他类似功能的集成芯片完成。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置，该终端装置包括依次连接的供电模块、业务处理模块和天线模块，其中，所述业务处理模块包括数据核心处理模块、MELP声码器模块和接口模块，所述数据核心处理模块分别连接天线模块、MELP声码器模块和接口模块，所述MELP声码器模块和接口模块分别连接供电模块，其特征在于，
所述数据核心处理模块用于依据北斗短报文协议将语音压缩码流和/或北斗短报文消息封装编码为对应的组包编码信号发送给天线模块；
所述MELP声码器模块用于通过话筒接收外界的模拟语音信号，将模拟语音信号进行经A/D采样、MELP声码器语音压缩编码后生成语音压缩码流发送给数据核心处理模块；
所述接口模块用于接收来自外部电脑舰船控制台的北斗短报文消息并发送给数据核心处理模块。
2.根据权利要求1所述的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置，其特征在于，所述数据核心处理模块还用于依据北斗短报文协议将接收来自天线模块的组包译码信号拆包为对应的语音压缩码流和/或北斗短报文消息，将对应的语音特征信号发送给MELP声码器模块，将对应的北斗短报文消息发送给接口模块；
所述MELP声码器模块还用于将接收来自数据核心处理模块的语音压缩码流进行译码生成语音特征信号，经D/A转换后得到模拟语音信号通过听筒输出；
所述接口模块还用于将数据核心处理模块解析的北斗短报文消息发送给外部电脑舰船控制台。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置，其特征在于，所述天线模块包括北斗天线和北斗收发控制器，所述北斗天线用于北斗船载通信，所述北斗收发控制器用于实现北斗通信的授权控制与信号收发转换控制。
4.根据权利要求3所述的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置，其特征在于，所述终端装置还具有北斗定位申请收发功能，外部的电脑舰船控制台通过接口模块将定位需求发送给数据核心处理模块，数据核心处理模块将接收的定位需求依据北斗短报文协议格式进行封装编码为组包编码信号发送给北斗收发控制器，北斗收发控制器查询对端机号后通过北斗天线发射北斗定位申请信号。
5.根据权利要求4所述的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置，其特征在于，所述北斗天线接收北斗定位信号发送给北斗收发控制器，北斗收发控制器将北斗定位信号转换为组包译码信号转发送给数据核心处理模块，数据核心处理模块将组包译码信号拆包为对应的北斗短报文消息发送给接口模块，接口模块将对应的北斗短报文消息发送给外部的电脑舰船控制台。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置，其特征在于，所述终端装置的北斗短报文消息的处理流程为：将北斗短报文消息的类型划分为数据包、查询包和响应包，通过读取响应包的数据判断是否需要补发相应的数据包。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置，其特征在于，所述终端装置还包括过触发呼救专用按键，通过触发呼救专用按键依据“SOS+自身平台号+经度值+纬度值”的格式发送“SOS”求救信号实现SOS一键呼救。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置，其特征在于，所述供电模块包括电模块包括电源控制模块、锂电池和太阳能电池组，电源控制模块分别连接锂电池和太阳能电池组。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种基于太阳能供电的北斗通信船载终端装置，其特征在于，所述终端装置采用铷磁铁作为底座，利用铷磁铁的强磁性固定所述终端装置。
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