CN111083865B - 一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制系统及方法。该控制系统在每个路灯中集成单收的北斗短报文接收模组，路灯指挥调度中心通过北斗卫星链路对各路灯发送控制命令实现对路灯的控制。本发明无需在路灯终端中配置北斗用户卡，通过虚拟用户方式对路灯实现组播和组播功能。北斗短报文接收模组主要包括北斗短报文S频点无源天线、S频点低噪放、下变频、基带电路和单片机等组成。通过集成北斗短报文接收模组，解决传统路灯数据通信架设成本、管理成本、资费成本高的问题，采用本发明所提供的方法，路灯建设、改造简单，数据通信基本属于免费模式，极大提升了产业效率。

Description

一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制系统及方法

技术领域

本发明涉及北斗卫星通讯终端技术领域，具体涉及一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制系统及方法。

背景技术

北斗二号卫星导航系统(BD2、Beidou-2)是中国独立开发的全球卫星导航系统。截止2012年底目前已有14颗卫星服务于亚太地区，包括5颗GEO卫星、5颗IGSO卫星和4颗MEO卫星。其中北斗二号5颗GEO卫星提供短报文通信功能，其他卫星提供导航定位功能。5颗GEO卫星，其中每颗卫星包含2个独立波束信号，即共10个独立波束信号提供短报文通信服务。

北斗三号工程于2009年正式启动建设，北斗三号卫星导航系统空间段由27颗中地球轨道卫星、5颗同步轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星组成，将向全球提供服务。截至2019年6月，目前北斗三号在轨卫星已达21颗，将于2020年底正式提供全球服务。北斗三号主要提供基本导航服务、短报文通信服务(区域、全球)、星基增强服务、国际搜救服务、精密单点定位服务等主要服务。

传统的路灯控制通信链路通过架设有线网络或移动网络进行。传统的方案存在架设有线网络施工成本高、管理复杂、维护成本高的问题，采用无线移动方案，也存在着年费咨询成本高、网络干扰等问题。如何降低路灯的通讯控制成本是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对路灯的通讯控制成本过高的问题，本发明提供一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制系统及方法，通过在路灯中内置北斗短报文接收模组，实现路灯低成本、高可靠的控制，具有极大的创新性和经济价值。

为解决上述问题，本发明一方面提供一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制系统，包括：路灯指挥控制中心、北斗短报文接收模组和路灯；

路灯指挥控制中心包括至少一个北斗短报文通信用户卡通过北斗卫星发送北斗短报文；

每个北斗短报文接收模组对应设置于一个路灯上，预置所述北斗短报文通信用户卡的用户ID作为广播用户ID，接收与广播用户ID匹配的所述北斗短报文，解析获得对应的控制指令，执行路灯的开关控制。

进一步的，北斗短报文接收模组包括S频点接收无源天线、S频点低噪放放大电路、S频点下变频电路、北斗短报文基带电路以及控制电路；

S频点接收无源天线接收北斗卫星发射的射频信号，通过S频点低噪放放大电路进行放大，经S频点下变频电路进行下变频后转换为数字中频信号，经北斗短报文基带电路进行信号捕获、跟踪、解码并解析后得到北斗短报文信息发送给所述控制电路，所述控制电路解析后获得北斗卫星发送的控制指令，根据所述控制指令执行路灯的开关控制。

进一步的，所述北斗短报文基带电路，循环解析北斗短报文的I支路电文信息时，将获取的用户ID字段信息与广播用户ID值比较，如果一致，则所述控制电路将广播用户ID对应的Q支路初相、多项式参数设置到所述北斗短报文基带电路的基带寄存器中，所述北斗短报文基带电路接收Q支路下一步输出对应的广播用户ID的电文内容。

进一步的，北斗短报文通信用户卡为多个，每个北斗短报文通信用户卡具有一个ID号，所述控制电路存储每个北斗短报文通信用户卡的用户ID作为广播用户ID，存储对应的Q支路初相及多项式参数；当获取的用户ID1字段信息与广播用户ID值比较，如果与任意一个广播用户ID值一致，则将该广播用户ID对应的Q支路初相、多项式参数设置到所述北斗短报文基带电路的基带寄存器中。

进一步的，路灯指挥控制中心对路灯进行组播控制，每组北斗短报文接收模组对应一个组地址，所述控制电路解析获得的I支路电文信息包括组地址，将获取的组地址字段信息与用户组地址进行比较，如果一致，则所述控制电路将广播用户ID对应的Q支路初相、多项式参数设置到所述北斗短报文基带电路的基带寄存器中，所述北斗短报文基带电路接收Q支路下一步输出对应的组地址的电文内容，所述控制电路基于解析后的控制指令执行路灯的开关控制。

进一步的，北斗短报文接收模组通过GPIO或串口与路灯的控制器连接，控制路灯开关。

本发明另一方面提供一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制方法，包括：

在路灯指挥控制中心设置至少一个北斗短报文通信用户卡，通过北斗卫星发送北斗短报文；

在每个路灯设置北斗短报文接收模组；

北斗短报文接收模组预置所述北斗短报文通信用户卡的用户ID作为广播用户ID；北斗短报文接收模组接收与广播用户ID匹配的所述北斗短报文，解析获得对应的控制指令，基于控制指令执行对应路灯的开关控制。

进一步的，还包括所述路灯指挥控制中心对路灯进行组播控制，每组路灯对应一个组地址，I支路电文信息包括组地址，北斗短报文接收模组将获取的组地址字段信息与用户组地址进行比较，如果一致，则所述北斗短报文接收模组将广播用户ID对应的Q支路初相、多项式参数设置到所述北斗短报文接收模组的基带寄存器中，北斗短报文接收模组接收Q支路下一步输出对应的组地址的电文内容，基于解析后的控制指令执行路灯的开关控制。

进一步的，还包括，如果所述路灯指挥控制中心增加新的北斗短报文通信用户卡，则：

将对应的Q支路初相、多项式参数设置预置在所述北斗短报文接收模组；或者所述路灯指挥控制中心对所述北斗短报文接收模组进行远程配置，将新的北斗短报文通信用户卡用户ID及其对应的Q支路初相、多项式参数配置到所述北斗短报文接收模组。

进一步的，所述路灯指挥控制中心对所述北斗短报文接收模组进行远程配置的具体方法为：通过北斗短报文将新增北斗用户ID发送至所述北斗短报文接收模组，所述北斗短报文接收模组储至flash内，作为存储的广播用户ID值之一。

本发明的北斗用户卡有效期管理方式的实现方法具有如下有益的技术效果：

(1)本发明通过在路灯中集成北斗短报文卫星接收模组，仅需在路灯指挥控制中心安装北斗卫星短报文通信卡，无需在路灯中安装北斗卫星短报文通信卡，即可实现通过北斗卫星对路灯的广播通信和组播通信，从而控制路灯的打开、关闭等操作。

(2)本发明基于北斗卫星链路，路灯端无需安装北斗短报文通信卡，无需架设有线网络或移动网络；解决了传统路灯数据通信架设成本、管理成本、资费成本高的问题，采用本发明基于北斗短报文卫星通信的路灯控制系统，路灯建设、改造简单，数据通信基本属于免费模式，极大提升了产业效率，节约了成本。

附图说明

图1为本发明基于北斗短报文卫星通信的路灯控制系统构成示意图；

图2为斗短报文模块实现框图；

图3为一个实施例中北斗短报文卫星数据接收流程示意图；

图4为一个实施例中北斗短报文结构示意图；

图5为一个实施例中北斗卫星发送数据示意图；

图6为一个实施例中北斗短报文卫星数据接收流程示意图；

图7为一个实施例中北斗短报文接收模组和原有路灯控制器通讯方式示意图；

图8为基于北斗短报文卫星通信的路灯控制流程示意图。

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明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1所示，本发明的第一方面提供一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制系统，包括北斗短报文接收模组、路灯指挥控制中心和路灯三部分。路灯指挥控制中心通过北斗卫星向路灯发送控制指令，实现对路灯的开关设置操作。

进一步的，北斗短报文接收模组由北斗S频点无源天线、S频点低噪放、S频点下变频、北斗短报文基带电路和单片机组成。S频点接收无源天线接收北斗卫星发射的射频信号，通过S频点低噪放放大电路进行放大，经S频点下变频电路进行下变频后转换为数字中频信号，经北斗短报文基带电路进行信号捕获、跟踪、解码并解析后得到北斗短报文信息发送给所述控制电路，所述控制电路解析后获得北斗卫星发送的控制指令，根据所述控制指令执行路灯的开关控制。

进一步的，路灯指挥监控中心，预先办理1张北斗短报文通信用户卡，将此北斗短报文通信用户卡的用户ID、Q支路初项参数、Q支路多项式参数读出。如图2所示，全路路灯的北斗短报文接收模组中预先内置此北斗用户ID，此北斗用户ID作为广播用户ID使用，此步骤为本发明的关键点之一，通过该设置使得本发明仅需在路灯指挥控制中心设置北斗短报文通信用户卡，无需在北斗短报文接收模组设置。后续路灯指挥监控中心都将通过此广播用户ID，对路灯参数进行远程配置，从而达到远程操作的目的，极大降低现场的维护成本，提升维护效率。

进一步的，每个路灯北斗短报文接收模组都预先设置相同、唯一的北斗用户ID号。此地址将用于实现路灯指挥控制中心对全部路灯的广播功能。

进一步的，如图3所示，北斗短报文基带电路，在循环解析I支路电文信息时，需要判断搭载的ID1字段信息，如此ID1字段值等于广播用户ID字段值，表示此波束下一帧搭载的Q支路电文信息是此广播用户ID对应的电文。此时需要通过单片机将广播用户ID对应的Q支路初相、多项式参数设置到北斗短报文基带寄存器中，以便Q支路下一步输出对应的广播用户ID的电文内容。如果ID1字段值不等于广播用户ID字段值，则不做处理。

进一步的，如图4所示，路灯指挥控制监控中心通过发送广播电文，对全部路灯进行分组配置，此配置是通过卫星链路，远程操作、方便简洁。路灯指挥控制中心，需要对某组路灯进行控制时，在电文协议中，加上组地址设置，即可实现，路灯指挥控制中心，向北斗卫星发送一条通信电文，即可实现对地面对应组内的路灯全部控制。结合图4，每个路灯北斗短报文接收模组，还包括1个北斗用户组播用户地址，此组播地址用于实现路灯指挥控制中心对某组路灯进行单独控制。每个路灯北斗短报文接收模组的组播用户地址，路灯指挥控制中心可通过广播的方式对路灯的组播地址进行设置，从而实现远程配置路灯的目的。路灯ID为4个字节，组地址为两个字节，该表格存储在单片机内，每组路灯对应同一个组地址，I支路电文信息包括组地址，将获取的组地址字段信息与用户组地址进行比较，如果一致，则所述单片机将广播用户ID对应的Q支路初相、多项式参数设置到所述北斗短报文基带电路的基带寄存器中，所述北斗短报文基带电路接收Q支路下一步输出对应的组地址的电文内容，所述单片机基于解析后的控制指令执行路灯的开关控制。

进一步的，如图5所示，北斗短报文卫星包括5颗GEO，分布在赤道上，从东到西分布，属于静止轨道卫星，每颗卫星播发2个通信波束，共10个通信波束。北斗卫星将根据用户的地理位置以及上一次的入站波束情况，决定通过哪个通信波束下发给地面终端设备。这里在设计上，考虑增强可靠性以及通信冗余性，可给路灯北斗短报文接收模组增加北斗用户ID地址，这里默认再增加9个，保证波束区域覆盖更加全面。平台系统向这10个用户地址各发1次相同的信息，相当于路灯终端收到了10条完全一样的信息，这样只要路灯收到1条信息，即可实现可靠控制，大大增加了可靠性。实际使用过程中，可结合情况进行增删。

进一步的，新增北斗用户ID配置工作，也是通过向路灯广播地址，进行远程配置实现，也可以通过北斗短报文接收模组出厂时，随广播用户地址一起配置。随广播用户地址一起配置即将如图3所示的表格存储到单片机的flash中。远程配置，通过北斗短报文，通过现有的ID发送配置信息，将新增北斗用户ID发送至单片机，单片机存储至flash内，作为存储的广播用户ID值之一，与广播用户ID进行比较，使得北斗短报文接收模组能够接收通过该新增北斗用户ID发送的北斗短报文。

这里需要路灯指挥监控中心预先办理9张北斗短报文通信用户卡，并将此9张北斗短报文通信用户卡的用户ID、Q支路初项参数、Q支路多项式参数读出，以写入到北斗短报文接收模组。

进一步的，如图6所示，北斗短报文基带电路，在循环解析I支路电文信息时，在图3上的基础上，还需判断搭载的ID1字段信息，是否是新增的北斗用户ID之一，如此ID1字段值等于预设用户ID字段值，表示此波束下一帧搭载的Q支路电文信息是此预设用户ID对应的电文。此时需要通过单片机将此用户ID对应的Q支路初相、多项式参数设置到北斗短报文基带寄存器中，以便Q支路下一步输出对应的此用户ID的电文内容。通过增加路灯北斗短报文接收模组的预设用户地址，增加了路灯接收信息的可靠性。

进一步的，如图7所示，北斗短报文接收模组和原有路灯控制器通过GPIO、串口等方式进行连接。从而实现路灯指挥监控中心对路灯的开关等控制操作。

本发明的第二方面提供了一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制方法，如图8所示，包括如下步骤：

步骤S100，在路灯指挥控制中心设置至少一个北斗短报文通信用户卡，通过北斗卫星发送北斗短报文；

步骤S200，在每个路灯设置北斗短报文接收模组；

步骤S300，北斗短报文接收模组预置所述北斗短报文通信用户卡的用户ID作为广播用户ID；北斗短报文接收模组循环解析北斗短报文的I支路电文信息时，将获取的用户ID字段信息与广播用户ID值比较，如果一致，则所述控制电路将广播用户ID对应的Q支路初相、多项式参数设置到所述北斗短报文基带电路的基带寄存器中，所述北斗短报文接收模组接收Q支路下一步输出对应的广播用户ID的电文内容。北斗短报文接收模组解析获得对应的控制指令，执行路灯的开关控制。

进一步地，步骤S300可替换为S310，北斗短报文通信用户卡为多个，每个北斗短报文通信用户卡具有一个ID号，所述北斗短报文接收模组每个北斗短报文通信用户卡的用户ID作为广播用户ID，存储对应的Q支路初相及多项式参数；当获取的用户ID1字段信息与广播用户ID值比较，如果与任意一个广播用户ID值一致，则将该广播用户ID对应的Q支路初相、多项式参数设置到所述北斗短报文接收模组的基带寄存器中。

进一步的，还包括步骤S400,所述路灯指挥控制中心对路灯进行组播控制，每组路灯对应一个组地址，I支路电文信息包括组地址，北斗短报文接收模组将获取的组地址字段信息与用户组地址进行比较，如果一致，则所述北斗短报文接收模组将广播用户ID对应的Q支路初相、多项式参数设置到所述北斗短报文接收模组的基带寄存器中，北斗短报文接收模组接收Q支路下一步输出对应的组地址的电文内容，基于解析后的控制指令执行路灯的开关控制。

进一步的，还包括步骤S500，如果所述路灯指挥控制中心增加新的北斗短报文通信用户卡，则：

将对应的Q支路初相、多项式参数设置预置在所述北斗短报文接收模组；或者所述路灯指挥控制中心对所述北斗短报文接收模组进行远程配置，将新的北斗短报文通信用户卡用户ID及其对应的Q支路初相、多项式参数配置到所述北斗短报文接收模组。

综上所述，本发明提供了一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制系统和方法，该系统通过在每个路灯中集成单收的北斗短报文接收模组，路灯指挥调度中心通过北斗卫星链路对各路灯发送控制命令实现对路灯的控制。本发明无需在路灯终端中配置北斗用户卡，通过虚拟用户方式对路灯实现组播和组播功能。北斗短报文接收模组主要包括北斗短报文S频点无源天线、S频点低噪放、下变频、基带电路和单片机等组成。通过集成北斗短报文接收模组，解决传统路灯数据通信架设成本、管理成本、资费成本高的问题，采用本发明所提供的方法，路灯建设、改造简单，数据通信基本属于免费模式，极大提升了产业效率。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制系统，其特征在于，包括：路灯指挥控制中心、北斗短报文接收模组和路灯；

路灯指挥控制中心包括至少一个北斗短报文通信用户卡，通过北斗卫星发送北斗短报文；

每个北斗短报文接收模组对应设置于一个路灯上，预置所述北斗短报文通信用户卡的用户ID作为广播用户ID，接收与广播用户ID匹配的所述北斗短报文，解析获得对应的控制指令，执行路灯的开关控制；

北斗短报文接收模组包括S频点接收无源天线、S频点低噪放放大电路、S频点下变频电路、北斗短报文基带电路以及控制电路；

S频点接收无源天线接收北斗卫星发射的射频信号，通过S频点低噪放放大电路进行放大，经S频点下变频电路进行下变频后转换为数字中频信号，经北斗短报文基带电路进行信号捕获、跟踪、解码并解析后得到北斗短报文信息发送给所述控制电路，所述控制电路解析后获得北斗卫星发送的控制指令，根据所述控制指令执行路灯的开关控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制系统，其特征在于，所述北斗短报文基带电路，循环解析北斗短报文的I支路电文信息时，将获取的用户ID1字段信息与广播用户ID值比较，如果一致，则所述控制电路将广播用户ID对应的Q支路初相、多项式参数设置到所述北斗短报文基带电路的基带寄存器中，所述北斗短报文基带电路接收Q支路下一步输出对应的广播用户ID的电文内容。

3.根据权利要求2所述的一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制系统，其特征在于，北斗短报文通信用户卡为多个，每个北斗短报文通信用户卡具有一个ID号，所述控制电路存储每个北斗短报文通信用户卡的用户ID作为广播用户ID，存储对应的Q支路初相及多项式参数；当获取的用户ID1字段信息与广播用户ID值比较，如果与任意一个广播用户ID值一致，则将该广播用户ID对应的Q支路初相、多项式参数设置到所述北斗短报文基带电路的基带寄存器中。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制系统，其特征在于，路灯指挥控制中心对路灯进行组播控制，每组北斗短报文接收模组对应一个组地址，所述控制电路解析获得的I支路电文信息包括组地址，将获取的组地址字段信息与用户组地址进行比较，如果一致，则所述控制电路将广播用户ID对应的Q支路初相、多项式参数设置到所述北斗短报文基带电路的基带寄存器中，所述北斗短报文基带电路接收Q支路下一步输出对应的组地址的电文内容，所述控制电路基于解析后的控制指令执行路灯的开关控制。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制系统，其特征在于，北斗短报文接收模组通过GPIO或串口与路灯的控制器连接，控制路灯开关。

6.一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制方法，其特征在于，包括：

在路灯指挥控制中心设置至少一个北斗短报文通信用户卡，通过北斗卫星发送北斗短报文；

在每个路灯设置北斗短报文接收模组；

北斗短报文接收模组预置所述北斗短报文通信用户卡的用户ID作为广播用户ID；北斗短报文接收模组接收与广播用户ID匹配的所述北斗短报文，解析获得对应的控制指令，基于控制指令执行对应路灯的开关控制；

北斗短报文接收模组包括S频点接收无源天线、S频点低噪放放大电路、S频点下变频电路、北斗短报文基带电路以及控制电路；

S频点接收无源天线接收北斗卫星发射的射频信号，通过S频点低噪放放大电路进行放大，经S频点下变频电路进行下变频后转换为数字中频信号，经北斗短报文基带电路进行信号捕获、跟踪、解码并解析后得到北斗短报文信息发送给所述控制电路，所述控制电路解析后获得北斗卫星发送的控制指令，根据所述控制指令执行路灯的开关控制。

7.根据权利要求6所述的一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制方法，其特征在于，还包括所述路灯指挥控制中心对路灯进行组播控制，每组路灯对应一个组地址，I支路电文信息包括组地址，北斗短报文接收模组将获取的组地址字段信息与用户组地址进行比较，如果一致，则所述北斗短报文接收模组将广播用户ID对应的Q支路初相、多项式参数设置到所述北斗短报文接收模组的基带寄存器中，北斗短报文接收模组接收Q支路下一步输出对应的组地址的电文内容，基于解析后的控制指令执行路灯的开关控制。

8.根据权利要求6所述的一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制方法，其特征在于，还包括，如果所述路灯指挥控制中心增加新的北斗短报文通信用户卡，则：

将对应的Q支路初相、多项式参数设置预置在所述北斗短报文接收模组；或者所述路灯指挥控制中心对所述北斗短报文接收模组进行远程配置，将新的北斗短报文通信用户卡用户ID及其对应的Q支路初相、多项式参数配置到所述北斗短报文接收模组。

9.根据权利要求6所述的一种基于北斗短报文卫星通信的路灯控制方法，其特征在于，所述路灯指挥控制中心对所述北斗短报文接收模组进行远程配置的具体方法为：通过北斗短报文将新增北斗用户ID发送至所述北斗短报文接收模组，所述北斗短报文接收模组储至flash内，作为存储的广播用户ID值之一。

Images