CN110386235B - 一种星载微波光学复合船舶救援装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载微波光学复合船舶救援装置及方法，包括综合控制单元、遇险信号接收单元、光学传感器单元、姿控单元和数传单元；综合控制单元用于微波光学协同救援过程的控制，遇险信号接收单元用于接收船载示位标发出的微波信号，光学传感器单元用于对遇险船舶区域成像，数传单元用于将船舶救援信息和成像结果发送给地面搜救中心站，姿控单元用于控制卫星姿态以确保光学传感器对准遇险船舶区域。本发明的救援装置和方法不仅能够提供遇险船舶的位置信息，还能提供光学图像信息，有助于遇险船舶情况的综合研判，从而提高救援的针对性和成功率。

Description

一种星载微波光学复合船舶救援装置及方法

技术领域

本发明涉及航天通信、遥感技术领域，尤其涉及一种星载微波光学复合船舶救援装置及方法。

背景技术

随着世界航运事业的快速发展，人们在海上的活动越来越广泛。但海洋范围辽阔，一旦船舶遇险，救援难度较大，对生命财产带来的损失是灾难性的。海上安全是人类面临的共同问题，海上搜救作为确保海上安全的关键组成部分，正越来越被人们所关注，国际上和多数国家均建有海上搜救体系和搜救力量。

卫星系统能够实现全球海域的无缝覆盖，可以全天候全天时工作，是海上搜救最为有效的手段之一，在遇险船舶救援中发挥了重要的作用。1982年开始建立的全球卫星搜救系统COSPAS/SARSAT是目前最为成熟的卫星搜救系统，据统计，仅仅在2010年，基于该系统的救援人数就达到2338人。此外，国际海事卫星、我国的北斗导航卫星系统也兼具搜救功能。

卫星救援系统是一种微波搜救系统，其工作原理是通过星载装置接收来自遇险船只示位标发出的无线电救援信号，然后将该信号转发给地面救援接收站，接收站解调出遇险船舶信息后通知救援指挥中心组织营救。无线电信号中通常包含有关遇险船舶的类别、登记号、国籍、坐标、失事性质和时间等编码信息。

随着光学传感技术与电子技术、计算机技术、无线电通信技术、航空航天技术的发展和融合，星载光学传感器在质量和数量上都有了很大提升，在诸多领域取得了广泛的应用。目前，较为成熟的光学遥感卫星包括美国Quickbird、Geoeve和WorldView系列卫星、韩国的KOMPSAT星座、法国的Spot系列卫星、日本的ALOS星座。当前星载光学传感器的分辨率最高已经达到亚米级，如若将此类传感器对遇险船舶进行成像，可以清晰地呈现船舶的形状、结构、受损情况及周围环境的清晰影像，从而为遇险船舶综合情况评估、搜救方案设计提供更为丰富的信息支撑，从而提高船舶救援的针对性和成功率。

综上，现有卫星救援系统的星载装置主要通过对无线电信号的转发，提供遇险船舶的类别、国籍、坐标等有限信息，无法提供遇险船舶的形状、结构、受损情况及周围环境情况，不利于针对性的开展救援工作。

发明内容

本发明技术解决方案：克服现有技术的不足，提供一种星载微波光学复合船舶救援装置及方法，不仅能够提供遇险船舶的类别、国籍、坐标等信息，还能提供光学图像信息，利于遇险船舶情况的综合研判，为遇险船舶情况的综合研判提供支撑，提高救援的针对性和成功率。

本发明一种星载微波光学复合船舶救援装置，包括：综合控制单元、遇险信号接收单元、光学传感器单元、姿控单元、数传单元；

所述综合控制单元分别连接所述遇险信号接收单元、所述光学传感器单元、所述姿控单元和所述数传单元；

所述综合控制单元用于微波光学复合救援过程的控制；

所述遇险信号接收单元用于接收船载示位标发出的微波信号，并将所述船载示位标发出的微波信号的解析结果发送给所述综合处理单元；

所述光学传感器单元用于对遇险船舶区域成像；

所述姿控单元用于卫星姿态控制；

所述数传单元用于将船舶救援信息和成像结果发送给地面搜救中心站。

进一步地，在所述星载微波光学复合船舶救援装置中，所述综合控制单元通过SPI接口连接所述遇险信号接收单元，所述综合控制单元通过LVDS接口分别连接所述光学传感器单元、所述姿控单元、和所述数传单元。

进一步地，在所述星载微波光学复合船舶救援装置中，所述遇险信号接收单元具有广域接收能力，可以实现对地球区域的广域覆盖，大范围的接收遇险船舶示位标发出的信号。

进一步地，在所述星载微波光学复合船舶救援装置中，所述遇险信号接收单元用于接收示位标的微波信号、解析出遇险船舶信息，所述示位标的微波信号与现有搜救卫星信号体制相同。

进一步地，在所述星载微波光学复合船舶救援装置中，所述遇险信号接收单元接收示位标的微波信号并解析出遇险船舶坐标，所述综合处理单元根据遇险船舶坐标实时解算卫星与船舶之间的指向。

进一步地，在所述的星载微波光学复合船舶救援装置中，所述姿态控制单元根据卫星与船舶之间的指向来调整卫星姿态，使光学传感器对准遇险船舶。

进一步地，在所述的星载微波光学复合船舶救援装置中，所述光学传感器对遇险船舶区域进行成像，获取遇险船舶及其所在区域的图像信息。

进一步地，在所述的星载微波光学复合船舶救援装置中，所述数传单元将微波信号解析的搜救信息和光学传感器获得的图像信息下传给地面搜救中心。

此外，本发明还公开了一种利用上述星载微波光学复合船舶救援装置实施的星载微波光学复合船舶救援方法，所述方法包括：

所述遇险信号接收单元接收船载示位标发出的微波信号并解析救援信息；

所述综合控制单元根据救援信息中的船舶坐标计算卫星与船舶之间的指向角度；

所述姿控单元根据卫星与船舶之间的指向角度调整卫星姿态，使光学传感器对准遇险船舶所在区域；

所述光学传感器对遇险船舶及所在区域成像；

所述数传单元将船舶救援信息和成像结果发送给地面搜救中心站。

本发明与现有技术相比的优点如下：

本发明的星载微波光学复合船舶救援方法通过利用遇险信号接收单元和光学传感器分别接收微波信号和光学成像，不仅能够提供遇险船舶的类别、国籍、坐标等信息，还能提供遇险船舶及其周围区域的光学图像信息，利于遇险船舶情况的综合研判，提高救援的针对性和成功率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例的星载微波光学复合船舶救援装置的结构示意图。

图2为本发明一个实施例的星载微波光学复合船舶救援方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

如图1所示，本发明实施例提供了一种星载微波光学复合船舶救援装置，包括：综合控制单元、遇险信号接收单元、光学传感器单元、姿控单元、数传单元；综合控制单元分别连接遇险信号接收单元、光学传感器单元、姿控单元和数传单元；综合控制单元用于微波光学复合救援过程的控制；遇险信号接收单元用于接收船载示位标发出的微波信号，并将船载示位标发出的微波信号的解析结果发送给综合处理单元；光学传感器单元用于对遇险船舶区域成像；姿控单元用于卫星姿态控制；数传单元用于将船舶救援信息和成像结果发送给地面搜救中心站。

以下对本发明实施例提供的星载微波光学复合船舶救援装置的工作原理进行具体说明：

本发明实施例提供的星载微波光学复合船舶救援装置在应用时，遇险信号接收单元接收船载示位标发出的微波信号，并将船载示位标发出的微波信号的解析结果发送给综合处理单元；综合处理单元解析结果中的船舶坐标实时计算卫星到船舶的指向，并将该指向发送给姿控单元；姿控单元根据指向数据调整卫星姿态，确保光学传感器指向遇险船舶；卫星姿态调整完毕后，综合处理单元控制光学传感器对遇险船只及其周边区域成像，成像结果经综合处理单元后，与微波信号的结果一并发送给数传单元，由数传单元发送给地面搜救中心站。

其中，本发明实施例中，综合处理单元可以采用ACTEL的第四代65nm工艺基于flash架构的SmartFusion2系列片上系统产品作为核心处理器，同时外扩RAM、Flash等存储器。综合处理单元通过SPI接口连接遇险信号接收单元，通过LVDS接口连接光学传感器单元、姿控单元、数传单元。

进一步地，本发明实施例中，遇险信号接收单元可以设置工作频段为406MHz的微波信号接收器，其接收天线可以采用宽波束锥螺天线，广域接收来自海上船载示位标发出的遇险信号，并对接收到的信号进行变频解析，而后将解析后的结果通过SPI接口发送给综合处理单元。

本发明实施例中，姿态控制单元可以采用1N的推进组件，储箱容量可以选择5L。

本发明实施例中，光学传感器可以采用彩色传感器镜头，可获取标准4K高清以上的彩色图像，在500公里轨道高度对地像元分辨率由于1米，主要技术指标如表1所示。

表1为光学传感器主要参数

本发明实施例中，数传单元可以选用“Zynq-7000 SOC”处理器作为核心处理器。对地发送天线可以选择Ka相控阵天线，来实现对地的定向高速数传，将船舶救援信息和成像结果发送给地面搜救中心站。

第二方面，本发明实施例还公开了一种利用上述星载微波光学复合船舶救援装置实施的星载微波光学复合船舶救援方法，如图2所示，该救援方法包括如下步骤：

遇险信号接收单元接收船载示位标发出的微波信号并解析救援信息；

综合控制单元根据救援信息中的船舶坐标计算卫星与船舶之间的指向角度；

姿控单元根据卫星与船舶之间的指向角度调整卫星姿态，使光学传感器单元对准遇险船舶所在区域；

光学传感器单元对遇险船舶及所在区域成像；

数传单元将船舶救援信息和成像结果发送给地面搜救中心站。

进一步地，在所述天基信息分发系统中，所述天基发射模块的天线的方位指向包括：在所述分发时刻时，所述天基平台与所述用户的相对方位角和相对俯仰角。

进一步地，在星载微波光学复合船舶救援方法中，设定所述卫星平台的坐标为(Xs，Ys，Zs)，救援信息中的船舶坐标为(Xa，Ya，Za)，则卫星与遇险船舶的相对方位角α和相对俯仰角β通过下述公式1计算获取；

可见，本发明的星载微波光学复合船舶救援方法通过利用遇险信号接收单元和光学传感器分别接收微波信号和光学成像，不仅能够提供遇险船舶的类别、国籍、坐标等信息，还能提供遇险船舶及其周围区域的光学图像信息，利于遇险船舶情况的综合研判，提高救援的针对性和成功率。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种星载微波光学复合船舶救援装置，其特征在于，包括：综合控制单元、遇险信号接收单元、光学传感器单元、姿控单元和数传单元；

所述综合控制单元与所述遇险信号接收单元连接，接收所述遇险信号接收单元解析出来的遇险船舶信息，并根据遇险船舶信息中的位置信息计算卫星与遇险船舶之间的指向角度；所述综合控制单元与所述光学传感器单元连接，向所述光学传感器单元发送成像指令，接收来自所述光学传感器单元的光学图像；所述综合控制单元与所述姿控单元连接，所述综合控制单元将指向角度信息发送给所述姿控单元，接收来自所述姿控单元调整状态的反馈信号；所述综合控制单元与所述数传单元连接，所述综合控制单元将所述遇险信号接收单元解析出来的遇险船舶位置信息和所述光学传感器单元的光学图像存储到所述数传单元；

所述遇险信号接收单元，接收船载示位标发出的微波信号并解析出遇险船舶位置信息，并发送给所述综合控制单元；所述遇险信号接收单元具有广域接收能力，实现对地球区域的广域覆盖，大范围的接收遇险船舶示位标发出的信号；所述示位标的微波信号与现有搜救卫星信号体制相同；

所述光学传感器单元，接收来自所述综合控制单元的成像指令，根据该成像指令对遇险船舶及其所在区域进行光学成像，得到遇险船舶及其所在区域的光学图像，并将所述光学图像发送给所述综合控制单元；

所述姿控单元，用于卫星姿态控制，接收来自综合控制单元的指向角度，根据指向角度对卫星进行姿态控制，并将卫星姿态控制状态实时反馈给所述综合控制单元；

所述数传单元，用于将船舶救援信息和成像结果发送给地面搜救中心站。

2.根据权利要求1所述的星载微波光学复合船舶救援装置，其特征在于：所述综合控制单元通过SPI接口连接所述遇险信号接收单元，所述综合控制单元通过LVDS接口分别连接所述光学传感器单元、所述姿控单元和所述数传单元。

3.一种利用如权利要求1或2所述的星载微波光学复合船舶救援装置实现的救援方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)遇险信号接收单元接收船载示位标发出的微波信号并解析遇险船舶信息；所述遇险信号接收单元具有广域接收能力，实现对地球区域的广域覆盖，大范围的接收遇险船舶示位标发出的信号；所述示位标的微波信号与现有搜救卫星信号体制相同；

(2)综合控制单元根据步骤(1)中的遇险船舶信息中的船舶坐标计算卫星与船舶之间的指向角度；

(3)姿控单元根据卫星与船舶之间的指向角度调整卫星姿态，使光学传感器单元对准遇险船舶所在区域；

(4)光学传感器单元对遇险船舶所在区域进行成像，得到成像结果；

(5)数传单元将船舶救援信息和光学传感器单元的成像结果发送给地面搜救中心站。

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