CN110429968B - 实时北斗卫星信号采集分析系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了北斗卫星信号采集分析系统，开发基于北斗模块的卫星信号自动检测仪，实现科学号大洋作业海域卫星信号覆盖范围、卫星信号强度和设备功耗等信息的自动获取和检测；建立北斗数传系统，实现科学号涉密信息和数据的安全传输；构建陆基数据接收管理软件系统，实现科学号作业区域卫星信号质量、强度等信息的自动存储入库，结合GIS地理信息系统实现相关数据的可视化展示。

Description

实时北斗卫星信号采集分析系统
技术领域
本发明属于卫星通信技术领域，涉及实时北斗卫星信号采集分析系统。
背景技术
由于卫星通信系统采用的是国外铱星系统，潜标观测数据需要经由国外铱星服务器后再转发至国内服务器，这一过程有两个方面的潜在风险：(1)我国深海潜标实时数据首先传输至国外铱星服务器，这一过程增加了数据被对方截获的风险；(2)由国外服务器转发至国内服务器增加了数据丢失的风险。为了检验实时通信潜标的技术指标、总体性能和系统可靠性，目前暂时使用国外的铱星系统进行数据传输，因试验海域位于国际海域，且现阶段深海实时数据仅服务于科学研究和气候预报，因此尚不涉及国家安全。然而，实时化西太潜标观测网将着眼于国家安全保障的应用需求，在此情况下深海数据的实时传输不能再依靠国外卫星通信系统，否则国外敌对势力可以随时窃取或篡改数据，遇紧急情况还可能中断卫星传输，严重损害我国的国家安全，因此必须保证深海实时数据的传输安全、自主和可控。综合这些考虑，随后的工作重点就落在数据安全可靠传输上，最直观的解决办法就是借助国内卫星通信系统直接把潜标观测网数据传输至国内服务器进行存储。
发明内容
本发明的目的在于提供北斗卫星信号采集分析系统，本发明的有益效果是本方案可实现船载设备的24小时无人值守运行，北斗的波束信号监控频率为每分钟一次，在国产卫星可通信信号强度内，把数据实时回传至数据中心；信号不佳的条件下，自动保存各经纬度的波束信号强度，最大可保存时间为1年，卫星信号满足要求时可实现存储数据的补偿传输。
本发明所采用的技术方案是：
(1)开发基于北斗模块的卫星信号自动检测仪，实现科学号大洋作业海域卫星信号覆盖范围、卫星信号强度和设备功耗等信息的自动获取和检测；
(2)建立北斗数传系统，实现科学号涉密信息和数据的安全传输；
(3)构建陆基数据接收管理软件系统，实现科学号作业区域卫星信号质量、强度等信息的自动存储入库，结合GIS地理信息系统实现相关数据的可视化展示。
进一步，步骤(2)包括：
·船舶行驶参数回传：包括实时经纬度、航速信息；
·船载科研仪器数据回传：通过终端设备预留的RS232、485通讯接口，对接船载科研仪器的对外通讯接口，从而实现科研仪器的数据实时回传，原陆基实验室的数据分析系统可对数据进行同步分析，从而达到现场取样、现场检测、陆基实验室研究人员同步决策的联动效果；
·科研人员PC笔记本电脑数据回传：除通过特定的程序文件发送功能外，兼容常规的邮件发送接收功能；
·科研人员手机APP数据加密回传:通过手机定制APP，连接特定陆基服务器，实现手机内视频、图片、文字等的加密回传功能。
·原始数据采取先压缩再加密的处理机制，针对数据文件采取无损压缩的方式，图像视频等采取有损压缩的方案，最大限度压缩传输数据，加密算法采用3DES TripleDES，在保证卫星网络传输效率的同时，增加数据的安全性。
进一步，步骤(3)包括：
·服务器动态数据接收模块：实现数据加密解密及传输控制的交互功能；
由于目前国产卫星处于发展阶段，初期的信号不能实现科学号作业区域的全部无缝覆盖，并且由于卫星通讯带宽的限制，必须制定可靠的通讯机制，以保证数据的完整性，分为以下几点：
A根据不同区域的信号强弱，动态控制数据传输数据包大小和速度；
B服务接收端增加断点续传机制，配合船载终端设备的数据缓存功能，实现数据包的灵活接收和反馈功能；
C动态密钥分配机制：根据需要定期发送并同步更改船载设备的加密密钥，以保证数据的安全性；
·服务器数据库动态存储模块：可保存10年各类回传数据；
通过回传的各类原始数据，服务器平台数据库全部备份存储，并根据实际数据实际使用者，灵活分配查询权限；
·现场管理模块：通过国产卫星传输通道，实现科考船方位、速度等实时监控，北斗卫星各波束信号实时覆盖情况；
·历史数据查询统计模块：实现考察船的历史轨迹回放，各时段、位置的国产卫星信号覆盖情况查询统计，为后续的国产卫星通道的潜标实时化布放，提供数据支撑；本系统的查询功能，可根据时间、经纬度、数据传输成功率等组合查询条件，灵活查询某时段各坐标点的国产卫星信号覆盖情况；
·数据共享模块：为其他科研机构海洋检测设备的卫星通道国产化，提供不同海域的国产卫星覆盖情况分析，为实现整个行业的卫星通道国产化提供有效的分析手段。
附图说明
图1是基于北斗卫星通信系统的船载卫星信号检测数传系统；
图2是数据流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明系统如图1所示，包括以下方案：
(1)开发基于北斗模块的卫星信号自动检测仪，实现科学号大洋作业海域卫星信号覆盖范围、卫星信号强度和设备功耗等信息的自动获取和检测；
(2)建立北斗数传系统，实现科学号涉密信息和数据的安全传输；
将船载双模卫星信号检测仪接入船载wifi网络，以信号检测仪为通信模组将涉密数据借助国产卫星通信系统回传至陆基数据中心。本方案的双模数传系统可完全依靠国产卫星实现以下数据的回传功能：
·船舶行驶参数回传：包括实时经纬度、航速等信息；
·船载科研仪器数据回传：通过终端设备预留的RS232、485通讯接口，对接船载科研仪器的对外通讯接口，从而实现科研仪器的数据实时回传，原陆基实验室的数据分析系统可对数据进行同步分析，从而达到现场取样、现场检测、陆基实验室研究人员同步决策的联动效果；
·科研人员PC笔记本电脑数据回传：除通过特定的程序文件发送功能外，兼容常规的邮件发送接收功能；
·科研人员手机APP数据加密回传:通过手机定制APP，连接特定陆基服务器，实现手机内视频、图片、文字等的加密回传功能。
·基于目前国产卫星的带宽和通讯费用的限制，原始数据采取先压缩再加密的处理机制，针对数据文件采取无损压缩的方式，图像视频等采取有损压缩的方案，最大限度压缩传输数据，充分利用卫星网络带宽资源。加密算法采用3DES(Triple DES)，这种基于DES的对称算法，对一块数据用三个不同的密钥进行三次加密，强度更高，在保证卫星网络传输效率的同时，增加数据的安全性。
(3)构建陆基数据接收管理软件系统，实现科学号作业区域卫星信号质量、强度等信息的自动存储入库，结合GIS地理信息系统实现相关数据的可视化展示；
·服务器动态数据接收模块：实现数据加密解密及传输控制的交互功能
由于目前国产卫星处于发展阶段，初期的信号不能实现科学号作业区域的全部无缝覆盖，并且由于卫星通讯带宽的限制，必须制定可靠的通讯机制，以保证数据的完整性。分为以下几点：
A根据不同区域的信号强弱，动态控制数据传输数据包大小和速度；
B服务接收端增加断点续传机制，配合船载终端设备的数据缓存功能，实现数据包的灵活接收和反馈功能；
C动态密钥分配机制：可根据需要定期发送并同步更改船载设备的加密密钥，以保证数据的安全性。
·服务器数据库动态存储模块：可保存10年各类回传数据；
通过本方案回传的各类原始数据，服务器平台数据库全部备份存储，并根据实际数据实际使用者，灵活分配查询权限。如图2所示为数据流程。
·现场管理模块：通过国产卫星传输通道，实现科考船方位、速度等实时监控，北斗卫星各波束信号实时覆盖情况；
·历史数据查询统计模块：实现考察船的历史轨迹回放，各时段、位置的国产卫星信号覆盖情况查询统计，为后续的国产卫星通道的潜标实时化布放，提供数据支撑；本系统的查询功能，可根据时间、经纬度、数据传输成功率等组合查询条件，灵活查询某时段各坐标点的国产卫星信号覆盖情况。
·数据共享模块：为其他科研机构海洋检测设备的卫星通道国产化，提供不同海域的国产卫星覆盖情况分析，为实现整个行业的卫星通道国产化提供有效的分析手段。
本方案的数据共享功能，除了可提供本方案提到的船载信号检测数据，也可以通过预留接口，接入其他科研机构的国产卫星信号检测数据，从而达到不同海域的国产卫星波束覆盖情况图表，为后续的国产卫星通道海洋设备布放提供可靠的科学依据。
船载终端技术参数：
北斗工作频段：
上行(TX)：1615.68±5MHz
下行(RX)：2491.75±5MHz
最大发射功率：10W
工作电压：8-36V，典型工作电压12V
待机功耗：100mw@12v
传输功耗：30w@12V
北斗卫星数据业务支持：目前支持三类民卡，后续可升级
工作温度：-40℃ to+55℃
存储温度：-40℃ to+85℃
高温高相对湿度环境：(95±3)％(≥40℃)
低温高相对湿度环境：(95±3)％(≤40℃)
结构尺寸长*宽*高：320*200*50mm
数据存储：SD卡
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.北斗卫星信号采集分析系统，其特征在于：
（1）开发基于北斗模块的卫星信号自动检测仪，实现科学号大洋作业海域卫星信号覆盖范围、卫星信号强度和设备功耗信息的自动获取和检测；
（2）建立北斗数传系统，实现科学号涉密信息和数据的安全传输；
（3）构建陆基数据接收管理软件系统，实现科学号作业区域卫星信号质量、强度信息的自动存储入库，结合GIS地理信息系统实现相关数据的可视化展示；
其中包括：
船舶行驶参数回传：包括实时经纬度、航速信息；
船载科研仪器数据回传：通过终端设备预留的RS232、485通讯接口，对接船载科研仪器的对外通讯接口，从而实现科研仪器的数据实时回传，原陆基实验室的数据分析系统对数据进行同步分析，从而达到现场取样、现场检测、陆基实验室研究人员同步决策的联动效果；
科研人员PC 笔记本电脑数据回传：除通过特定的程序文件发送功能外，兼容常规的邮件发送接收功能；
科研人员手机APP数据加密回传:通过手机定制APP，连接特定陆基服务器，实现手机内视频、图片、文字的加密回传功能；
原始数据采取先压缩再加密的处理机制，针对数据文件采取无损压缩的方式，图像视频采取有损压缩的方案，最大限度压缩传输数据，在保证卫星网络传输效率的同时，增加数据的安全性；
服务器动态数据接收模块：实现数据加密解密及传输控制的交互功能；
分为以下几点：
A 根据不同区域的信号强弱，动态控制数据传输数据包大小和速度；
B 服务接收端增加断点续传机制，配合船载终端设备的数据缓存功能，实现数据包的灵活接收和反馈功能；
C 动态密钥分配机制：根据需要定期发送并同步更改船载设备的加密密钥，以保证数据的安全性；
服务器数据库动态存储模块：保存10年各类回传数据；
通过回传的各类原始数据，服务器平台数据库全部备份存储，并根据实际数据实际使用者，灵活分配查询权限；
现场管理模块：通过国产卫星传输通道，实现科考船方位、速度实时监控，北斗卫星各波束信号实时覆盖情况；
历史数据查询统计模块：实现考察船的历史轨迹回放，各时段、位置的国产卫星信号覆盖情况查询统计，为后续的国产卫星通道的潜标实时化布放，提供数据支撑；本系统的查询功能，根据时间、经纬度、数据传输成功率组合查询条件，灵活查询某时段各坐标点的国产卫星信号覆盖情况；
数据共享模块：为其他科研机构海洋检测设备的卫星通道国产化，提供不同海域的国产卫星覆盖情况分析，为实现整个行业的卫星通道国产化提供分析手段；
所述北斗卫星信号采集分析系统实现船载设备的24小时无人值守运行，北斗的波束信号监控频率为每分钟一次，在国产卫星可通信信号强度内，把数据实时回传至数据中心；信号不佳的条件下，自动保存各经纬度的波束信号强度，最大保存时间为1年，卫星信号满足要求时实现存储数据的补偿传输。
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