CN111194024B - 一种海上应急通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种海上应急通信系统，用于实现海上紧急状态的通信，满足紧急状态下高对抗环境下应急通信需求。海上应急通信系统包括主干通信系统和移动接入通信系统，主干通信系统由至少两个浮标组成，搭载宽带可重构射频组件、通信网关、光信号处理机、工业WIFI子系统、短波通信子系统、北斗导航子系统和混合能源子系统，与过顶飞机和舰船平台进行无线通信；移动接入通信系统由多个水面机器人组成，搭载多制式全双工水声通信机、水下光通信机、宽带软件可重构射频模块、短波通信子系统、北斗导航子系统、水声通信子系统和水下光通信子系统，与水下作战平台通过水声通信机和水下光通信机通信；与过顶飞机和舰船平台采用无线通信方式通信。

Description

一种海上应急通信系统

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种海上应急通信系统。

背景技术

应急通信，一般指在出现自然的或人为的突发性紧急情况时，同时包括重要节假日、重要会议等通信需求骤增时，综合利用各种通信资源，保障救援、紧急救助和必要通信所需的通信手段和方法，是一种具有暂时性的、为应对自然或人为紧急情况而提供的特殊通信机制。例如，日常生活中常见的突发事件就包括高速公路事故，社会救助，反恐处突，医疗救援，危险品泄露，环境公害，自然灾害如台风、洪水、地震等。现有应急通信系统会使用现有的固定有线网、蜂窝移动网、互联网等公众通信网络，也会用到集群、卫星、短波等专用通信网络以及传感网等。

上述均是针对民用场景下仅涉及陆地网络的应急通信，在一些特殊场景下，例如，针对海上的应急通信网络，目前未能形成完整的海上应急通信体系，现有的救援反恐等岸上应急通信系统的功能对海上紧急状态的通信是不完善的，无法满足紧急状态高对抗环境下应急通信的特殊需求。

发明内容

本发明实施例提供一种海上应急通信系统，用于实现海上紧急状态的通信，满足紧急状态高对抗环境下应急通信的特殊需求。

本发明实施例提供一种海上应急通信系统，包括主干通信系统和移动接入通信系统，其中：

所述主干通信系统由布设于水面的至少两个浮标组成，所述浮标至少搭载宽带可重构射频组件、通信网关、光信号处理机、工业无线保真WIFI子系统、短波通信子系统、北斗导航子系统和混合能源子系统，其中，两两浮标之间通过通信光缆连接，采用光纤方式通信或者采用无线通信方式通信；所述浮标与在其信号覆盖范围内的过顶飞机和舰船平台进行无线通信；

所述移动接入通信系统由布设于所述浮标周围的多个水面机器人组成，所述水面机器人至少搭载多制式全双工水声通信机、水下光通信机、宽带软件可重构射频模块、短波通信子系统、北斗导航子系统、水声通信子系统和水下光通信子系统；所述水面机器人与水下平台通过水声通信机和水下光通信机采用水下通信方式通信；以及与过顶飞机和舰船平台采用无线通信方式通信。

在一种实施方式中，如果两个浮标之间的距离大于预设距离阈值，则所述两个浮标之间采用通信光缆连接，通过光纤方式通信，如果两个浮标之间的距离不大于预设距离阈值，则所述两个浮标通过所述浮标搭载的无线通信系统采用无线通信方式通信。

在一种实施方式中，所述无线通信通信方式包括近距离通信方式。

在一种实施方式中，所述浮标与所述水面机器人通过预设算法构建点对点Ad hoc无线通信网络。

在一种实施方式中，所述主干通信系统，还用于通过所述北斗导航子系统与过顶飞机和舰船平台进行卫星通信。

在一种实施方式中，所述移动接入通信系统，还用于通过所述北斗导航子系统与过顶飞机和舰船平台进行卫星通信。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明实施例提供的海上应急通信系统中，通过系统的浮标、光缆、水面机器人及水声换能器设备，打破水中通信与空中通信的壁垒，实现水下网络与空中无线网络的连接，在特定区域原通信网络被压制或者是摧毁的情况下，能够快速搭建一套临时性自组织的通信网络，具备紧急状态全域应急通信功能，具备空海跨域联合组网通信功能，满足了海上紧急状态高对抗环境下应急通信的特殊需求。

附图说明

图1为根据本发明实施例的海上应急通信系统结构示意图；

图2为根据本发明实施例的主干通信系统的部署示意图；

图3为根据本发明实施例的移动接入通信系统的部署示意图；

图4为根据本发明实施例的海上应急通信网络结构示意图；

图5为根据本发明实施例的海上应急通信系统的应用场景示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

需要说明的是，本发明实施例中的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。

在本文中提及的“多个或者若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明实施例提供一种海上紧急状态应急通信系统，基于紧急状态海上无有效通信链路，或常规通信链路遭受干扰破坏，各通信节点间无法正常通信情况下，快速构建对抗海区应急通信网络，形成重点区域应急通信网络系统，打通紧急状态下各通信节点间应急通信链路，恢复作通信节点间数据通信，满足紧急状态应急现场数据传输和应急指挥调度等业务需要。

如图1所示，本发明实施例提供的海上应急通信系统包括主干通信系统和移动接入通信系统。其中，主干通信系统包括工业WIFI(无线保真)子系统、短波通信子系统、北斗导航子系统、核心浮标子系统、光纤通信子系统和混合能源子系统等。移动接入通信系统包括短波通信子系统、北斗导航子系统、机器人子系统、水声通信子系统和水下光通信子系统等。

具体地，主干通信系统可以由布设于水面的至少两个浮标组成，所述浮标至少搭载宽带可重构射频组件、通信网关、光信号处理机、工业无线保真WIFI子系统、短波通信子系统、北斗导航子系统和混合能源子系统等，具备可持续自主供电能力，具有短波通信、工业WIFI、北斗通信等功能，其中，两两浮标之间通过通信光缆连接，采用光纤方式通信或者采用无线通信方式通信；浮标与在其信号覆盖范围内的过顶飞机和舰船平台进行无线通信。

具体实施时，如果两个浮标之间的距离大于预设距离阈值，则所述两个浮标之间采用通信光缆连接，通过光纤方式通信，如果两个浮标之间的距离不大于预设距离阈值，则所述两个浮标通过所述浮标搭载的无线通信系统采用无线通信方式通信，如图2所示，其为主干通信系统的部署示意图。

具体实施时，主干通信系统，还可以通过所述北斗导航子系统与过顶飞机和舰船平台进行卫星通信。

移动接入通信系统由布设于所述浮标周围的多个水面机器人组成，所述水面机器人至少搭载多制式全双工水声通信机、水下光通信机、宽带软件可重构射频模块、短波通信子系统、北斗导航子系统、水声通信子系统和水下光通信子系统，移动接入通信系统具备水声协作通信能力、全双工水声通信能力、水下光通信能力、水面无线通信能力，多个水面机器人通过快速组网构建小区域水下应急通信网络。水面机器人与水下平台通过水声通信机和水下光通信机采用水下通信方式通信，与过顶飞机和舰船平台采用无线通信方式通信。如图3所示，其为移动接入通信系统的部署示意图。

其中，本发明实施例中涉及的无线通信方式包括近距离无线通信方式，例如，短波通信、工业WIFI等。

具体实施时，移动接入通信系统，还可以用于通过所述北斗导航子系统与过顶飞机和舰船平台进行卫星通信。

如图4所示，其为本发明实施例提供的海上应急通信系统网络结构示意图。图4中，标号①表示无线射频链路，标号②表示无线水声链路，标号③表示水下光链路，标号④表示光纤网络连接，标号⑤表示串口电连接。

具体实施时，水面机器人与附近的浮标通过预设算法构建点对点Ad hoc无线通信网络。通过水面浮标主干通信系统实现该区域的水下应急通信网络与远端部署的小区域水下应急通信网络互联互通，从而实现水下网络与空中无线网络的远距离覆盖。

本发明实施例提供的海上应急通信系统中，基于浮标的水下光通信技术，实现对抗环境下浮标节点之间远距离水下宽带有线通信功能，宽带软件可重构技术、小区域Adhoc(点对点)智能无线通信网络快速组网技术实现对抗环境下近距离无线通信，同时，利用水面机器人组网技术、水声通信技术与水下蓝绿光通信技术搭建水下通信网络，并基于跨域通信技术实现目前水上与水下应急通信网络的跨域互通。

本发明实施例提供的海上应急通信系统，实质是由分布式自动传感器组成的广域网络，主要由不放在海面、海水中的固定传感器节点、移动节点组成。飞机或舰艇通过机载无线收发机与核心浮标节点进行近距离无线通信，进一步通过水下高强度光缆与远距离飞机或舰艇通信；潜艇、无人潜航器等水下平台可通水声通信、水下光通信与移动接入系统进行信息交互；移动接入系统可通过水面无线通信链路与核心节点进行近距离通信，实现核心节点附近区域的信息共享，进一步通过水下光缆与远距离飞机或舰艇通信。

为了更好的理解本发明，以下结合具体的实施例对本发明的实施过程进行说明。假定现有的基础通信网络异常无法进行通信，卫星网络瘫痪，相隔较远的通信群组间通信链路无法接通，则使用高速船只或无人艇进行应急通信设施布放，具体实施时，可以按照以下步骤实施：

步骤1、水面无线信号受到压制后，使用频谱分析设备分析出干扰信号的频谱，并以此为根据设置我方设备短波、WIFI等应急通信方式的频率；

步骤2、派出主应急系统布设船只(舰艇或民船)，在一号通信群组海域部署核心浮标节点与水面机器人群，水面机器人群与附近的核心浮标结点快速构建应急小区域Ad hoc智能无线通信网络；

步骤3、连接核心浮标与光缆首端后布设船只快速驶往另一通信群组方向，行驶途中同时释放光缆，并连续测试光缆通断；

步骤4、到达目标位置后，部署二号浮标节点，连接核心浮标与光缆末端后测试两浮标节点间的光纤信号通信情况。部署水面机器人群后快速构建应急小区域Ad hoc智能无线通信网络；

步骤5、两个通信群组水面机器人群通过搭载的水声换能器与水下光通信机构建水声通信与水下蓝绿光通信网络链路；

步骤6、水面网络与水下通信搭建完成后，飞机或水面舰艇通过与附近的网络节点近距离通信，进而运用水下光缆获得远方通信群组的信息；

步骤7、水下无人潜航器和潜艇可通过水声通信与蓝绿光通信与附近网络节点连接，从而做到与水上及远方通信群组的互联互通；

步骤8、系统通过多个浮标和光缆接力的方式，形成规模更大的有线链路，跨越高对抗海区，经多次中继后在无信号压制区域，可通过卫星、短波、蜂窝网络等通信方式与常规通信网络及指挥所通信。

如图5所示，其为本发明实施例提供的海上应急通信系统的应用场景示意图。

该系统可快速搭建宽带、稳定的通信传输网络，可使用跨域通信联络水上水下，完善通信管理体系，实现空、陆、海多地域的信息互联互通。

本发明实施例提供的海上应急通信系统，在特定区域原本网络被压制或是摧毁的情况下，该系统能够快速搭建一套临时性自组织的通信网络，具备网络规划、部署和配置过程简单和快捷等特点。系统能够及时、可靠、准确地传输信息；借助系统的浮标、光缆、水面机器人及水声换能器设备，可打破水中通信与空中通信的壁垒，实现水下网络与空中无线网络的连接，具备紧急状态全域应急通信功能，具备空海跨域联合组网通信功能；该系统的网络设备为分布式部署方式，通过自主、协同、组网等技术达到应急通信的能力，其具有容错性高、灵活性强、对抗性强等优势。分散部署的形式、增加了对方的应对难度，紧急状态下生存性高；系统可靠性高并具备可扩展性，具有鲁棒性，可以为多种紧急情况下提供技术支撑。可在原有基础上增加节点，满足通信范围临时性扩充的需求。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (6)

1.一种海上应急通信系统，其特征在于，所述海上应急通信系统用于在基础通信网络异常后组建临时通信网络，包括主干通信系统和移动接入通信系统，其中：

所述主干通信系统由布设于水面的至少两个浮标组成，所述浮标至少搭载宽带可重构射频组件、通信网关、光信号处理机、工业无线保真WIFI子系统、短波通信子系统、北斗导航子系统和混合能源子系统，其中，两两浮标之间通过通信光缆连接，采用光纤方式通信或者采用无线通信方式通信；所述浮标与在其信号覆盖范围内的过顶飞机和舰船平台进行无线通信；

所述移动接入通信系统由布设于所述浮标周围的多个水面机器人组成，所述水面机器人至少搭载多制式全双工水声通信机、水下光通信机、宽带软件可重构射频模块、短波通信子系统、北斗导航子系统、水声通信子系统和水下光通信子系统；所述水面机器人与水下平台通过水声通信机和水下光通信机采用水下通信方式通信；以及与过顶飞机和舰船平台采用无线通信方式通信；

所述海上应急通信系统的工作流程包括：

水面无线信号受到压制后，使用频谱分析设备分析出干扰信号的频谱，并基于干扰信号的频谱设置设备的应急通信方式的频率；

派出主应急系统布设船只，在一号通信群组海域部署核心浮标节点与水面机器人群，水面机器人群与附近的核心浮标结点构建应急小区域Ad hoc无线通信网络；

连接核心浮标与光缆首端后，布设船只驶往另一通信群组方向，行驶途中同时释放光缆，并连续测试光缆通断；

到达目标位置后，部署二号浮标节点，连接核心浮标与光缆末端后测试两浮标节点间的光纤信号通信情况，并在部署水面机器人群后构建应急小区域Ad hoc无线通信网络；

两个通信群组水面机器人群通过搭载的水声换能器与水下光通信机构建水声通信与水下蓝绿光通信网络链路；

水面网络与水下通信搭建完成后，飞机或水面舰艇通过与附近的网络节点近距离通信，进而运用水下光缆获得远方通信群组的信息；

水下无人潜航器和潜艇可通过水声通信与蓝绿光通信与附近网络节点连接，从而做到与水上及远方通信群组的互联互通；

系统通过多个浮标和光缆接力的方式，形成规模更大的有线链路，跨越高对抗海区，经多次中继后在无信号压制区域，通过卫星、短波或蜂窝网络通信方式与常规通信网络及指挥所通信。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，如果两个浮标之间的距离大于预设距离阈值，则所述两个浮标之间采用通信光缆连接，通过光纤方式通信，如果两个浮标之间的距离不大于预设距离阈值，则所述两个浮标通过所述浮标搭载的无线通信系统采用无线通信方式通信。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述无线通信通信方式包括近距离通信方式。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述浮标与所述水面机器人通过预设算法构建点对点Ad hoc无线通信网络。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述主干通信系统，还用于通过所述北斗导航子系统与过顶飞机和舰船平台进行卫星通信。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述移动接入通信系统，还用于通过所述北斗导航子系统与过顶飞机和舰船平台进行卫星通信。

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