CN112865854A - 一种基于多波束通信卫星的应急救生通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多波束通信卫星的应急救生通信方法，其具体步骤包括：遇险人员通过其携带的卫星手持终端获取自身定位信息；遇险人员携带的卫星手持终端形成遇险报警信息，发送遇险求生信号；救援站卫星通信设备自动将该信号转发给救援部门的远程终端；救援部门形成报警确认信息，由其远程终端发给救援站卫星通信设备；救援站卫星通信设备收到报警确认信息后，自动转发给遇险人员的卫星手持终端，双方转入救援通信。本发明为应急通信预留专用信道资源，能够有效保证遇险求生消息的迅速传输，通过采用自动值守形式处理报警信号，保证处理转发速度，确保远距离报警、定位、通信能够快速开展。

Description

一种基于多波束通信卫星的应急救生通信方法

技术领域

本发明属于卫星移动通信领域，尤其涉及卫星移动通信领域中的应急救生通信技术领域。

背景技术

卫星通信系统具有覆盖范围大、受地形限制小、对地面固定设施依赖程度低等特点，能够在深林、远洋、荒漠、高山、无人区等传统移动通信网络无法覆盖的地域，以及发生地震、洪水、泥石流等自然灾害的条件下，与地面卫星手持终端等移动卫星通信设备建立连接，为应急救生提供重要的通信保障。当灾害险情发生时，如何迅速、有效的实现卫星手持移动通信终端与救援部门之间的信息传递，为救援部门及时提供必要的救援信息，是卫星应急救生通信中亟待解决的关键问题之一。

中国专利CN109495159中提出了一种基于卫星通信的应急通信系统及方法，该方法要求应急通信系统包括用户端、接收端、地面中继站以及通信卫星，且用户端至少与两个地面中继站的发送站相连，通过反馈信号选择其中一条链路进行通信，保证了通信的正常进行与通信质量；中国专利CN110300384中提出了一种基于北斗卫星通信的应急通信方法及系统，该方法以北斗报文作为信息载体，对用户消息的缓存、转发、处理流程进行了定义，实现了应急通信调度信令、救援消息和报警信息的发送。

如果采用与正常卫星移动通信相同的接入模式进行应急救生通信，将出现接入流程复杂耗时、手持终端性能要求高、信道资源不足等问题，影响建立连接的速度，甚至导致不能按时完成应急求生信号的发送，因此，必须针对应急救生通信对时效性、有效性、求生信息的需求，在充分考虑卫星通信系统自身信道特点的条件下，开展应急救生通信方法的研究，为遇险人员的求生救援提供重要支撑和保障。

发明内容

本发明针对卫星手持终端用户在遭遇险情条件下的应急救生通信中存在的接入流程复杂耗时、手持终端性能要求高、信道资源不足等问题，提出一种基于多波束通信卫星的应急救生通信方法，具有能够迅速完成远距离报警、定位、通信，且流程简单、可靠的特点。

本发明公开了一种基于多波束通信卫星的应急救生通信方法，其具体步骤如下：

S1，遇险人员通过其携带的卫星手持终端获取自身定位信息；

S2，遇险人员携带的卫星手持终端形成包含有遇险人员定位信息和遇险终端信息的遇险报警信息，在应急通信信道上向救援站发送包含遇险报警信息的遇险求生信号；

遇险求生信号表示为{Pos,Dev,Tms,Chk}，其中Pos为遇险人员定位信息，包含遇险人员的经纬度坐标，Dev为遇险终端信息，具体为终端序列号，Tms为时间戳，Chk为根据前3项信息内容生成的校验码，其具体可采用循环冗余校验码；

多波束卫星通信系统在其波束资源中为应急通信预留相应的信道资源，并由信关站对预留信道资源进行再分配；用于应急通信的卫星信道资源分为控制信道和通信信道，其中控制信道包括广播信道和申请信道：

广播信道为由多波束卫星指向卫星手持终端的外向通信信道，用于向卫星手持终端广播包括报警确认信号、报警重传信号的控制数据信息，采用单载波TDM传输方式，其所用的转发器工作在饱和点附近，其信道编码采用增益高、约束长度较长的编码。

申请信道为由卫星手持终端指向多波束卫星的内向通信信道，用于卫星手持通信终端发送接入申请，采用时隙ALOHA协议；卫星手持终端上行链路选择低速率FDMA传输体制；

S3，救援站卫星通信设备在收到遇险求生信号后，自动将该信号通过地面通信网络转发给救援部门的远程终端；

当救援站卫星通信设备收到遇险求生信号时，立即发出报警铃声提示，并解析出遇险求生信号中所包含的遇险人员定位信息Pos和遇险终端信息Dev，在其数字地图上自动标定遇险人员定位信息和显示遇险终端信息，同时自动将该信息通过地面通信网络转发给相应的救援部门的远程终端。

S4，救援部门的远程终端在接收到遇险求生信号后，救援部门立即做出决策指令，形成报警确认信息，由其远程终端发给救援站卫星通信设备；

救援部门的远程终端在收到遇险求生信号后，利用循环冗余校验码Chk对遇险求生信号中的信息进行校验，确认遇险求生信号要素完备性和准确性，并通过在终端信息数据库中检索遇险终端信息，与遇险求生信号中的遇险终端信息Dev对比确认后，提取该信号中的遇险人员定位信息Pos，并以遇险求生信号中所包含的信息为依据，制定救援方案，形成并发出警报确认信息。

S5，救援站卫星通信设备收到报警确认信息后，自动将报警确认信息转发给遇险人员的卫星手持终端，双方转入救援通信；

救援通信过程中，遇险人员的卫星手持终端和救援站卫星通信设备之间利用通信信道相互传输信息，当该通信信道中同时传输其他应用业务数据，存在信道时隙资源不能满足新转入救援通信需求的情况时，此时将对多波束卫星通信系统的通信信道资源进行动态调整，并使其转入救援通信，其具体过程为：

S51，救援站卫星通信设备向多波束通信卫星发送接入请求；

S52，多波束通信卫星接收到该接入请求后，判断现有空闲时隙资源是否满足救援通信需求，如果满足转至步骤S56，否则执行步骤S53，进行资源调整；

S53，计算救援通信所需时隙资源T_r与现有空闲时隙资源T_f的差值，得到需调整出的时隙资源数量T_d＝T_r-T_f；

S54，遍历当前多波束通信卫星信道上所有正在传输的业务，获取业务优先级最低的业务列表，并将业务列表中的业务按照当前QoS值由高到低的顺序排序；

S55，获取业务列表中排序最靠前的业务，计算当前该业务以最低QoS需求进行传输时所能空余出的时隙数T_adj，判断空余出的时隙数是否大于或等于T_d，若是，则从该业务中调整出T_d个时隙，提高该业务的优先级并将该业务从业务列表中移除，随后转至步骤S56，否则，从该业务中调整出T_adj个时隙，提高该业务的优先级并将该业务从业务列表中移除，更新T_d＝T_d-T_adj，随后重复步骤S55，直至业务列表为空，随后转至步骤S54；

S56，向救援站卫星通信设备分配T_r的时隙资源；

S57，救援站卫星通信设备与遇险人员的卫星手持终端之间完成救援通信链路的建立，开始救援通信；

S6，遇险人员卫星手持终端定期获取其定位信息，并通过应急通信信道向救援站卫星通信设备持续发送更新的定位信息；

S7，救援站卫星通信设备自动向救援部门的远程终端转发其收到的定位更新信息，并向遇险人员转发救援部门的更新确认信息；救援部门接收到定位更新信息后，向救援站卫星通信设备发送更新确认信息，并向通过卫星通信信道向救援人员配备的卫星手持终端发送遇险人员的位置坐标，指示遇险人员的最新位置。

本发明具有如下优点：

1、本发明在卫星多波束信道中为应急通信预留专用信道资源，能够有效保证遇险求生消息的迅速传输；

2、本发明的救援站通信设备采用自动值守形式处理报警信号，保证处理转发速度，确保远距离报警、定位、通信能够快速开展；

3、本发明中的卫星手持通信终端采用FDMA作为上行信道传输体制，对终端EIRP需求较小、无需严格的功率控制、占用带宽较窄、可通过改变调制符号速率来改变通信速率，能够满足卫星手持终端在发送能力、功率控制和可变速率等方面的需求。

附图说明

图1为本发明中的应急救生通信方法实现流程图。

图2为遇险求生信号结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明实施例公开了一种基于多波束通信卫星的应急救生通信方法，包括以下步骤：

S1，遇险人员通过其携带的卫星手持终端获取自身定位信息；

遇险人员的位置信息是应急救生中必须知道的重要信息，应急通信模式下卫星手持终端首先需要确定自身所在的地理位置，并向救援部门进行汇报，以便援救工作的施展。

S2，遇险人员携带的卫星手持终端形成包含有遇险人员定位信息和遇险终端信息的遇险报警信息，在应急通信信道上向救援站发送包含遇险报警信息的遇险求生信号；

遇险求生信号表示为{Pos,Dev,Tms,Chk}，其中Pos为遇险人员定位信息，包含遇险人员的经纬度坐标，Dev为遇险终端信息，具体为终端序列号，Tms为时间戳，Chk为根据前3项信息内容生成的校验码，其具体可采用循环冗余校验码；图2为遇险求生信号结构示意图，图2中，101表示Pos信息，102表示Dev信息，103表示Tms信息，104表示Chk信息。

多波束卫星通信系统在其波束资源中为应急通信预留相应的信道资源，并由信关站对预留信道资源进行再分配；用于应急通信的卫星信道资源分为控制信道和通信信道，其中控制信道包括广播信道和申请信道：

广播信道为由多波束卫星指向卫星手持终端的外向通信信道，用于向卫星手持终端广播包括报警确认信号、报警重传信号的控制数据信息，采用单载波TDM传输方式，其所用的转发器工作在饱和点附近，功率利用率高，其信道编码采用增益高、约束长度较长的编码，降低延迟，提高系统传输效率。

申请信道为由卫星手持终端指向多波束卫星的内向通信信道，用于卫星手持通信终端发送接入申请，采用时隙ALOHA协议；卫星手持终端发射功率很低，而且信号受地面干扰大，卫星手持终端上行链路选择低速率FDMA传输体制，以提供较大的传输余量抵抗地面和大气干扰能力。

S3，救援站卫星通信设备在收到遇险求生信号后，自动将该信号通过地面通信网络转发给救援部门的远程终端；

当救援站卫星通信设备收到遇险求生信号时，立即发出报警铃声提示，并解析出遇险求生信号中所包含的遇险人员定位信息Pos和遇险终端信息Dev，在其数字地图上自动标定遇险人员定位信息和显示遇险终端信息，同时自动将该信息通过地面通信网络转发给相应的救援部门的远程终端。

S4，救援部门的远程终端在接收到遇险求生信号后，救援部门立即做出决策指令，形成报警确认信息，由其远程终端发给救援站卫星通信设备；

救援部门的远程终端在收到遇险求生信号后，利用循环冗余校验码Chk对遇险求生信号中的信息进行校验，确认遇险求生信号要素完备性和准确性，并通过在终端信息数据库中检索遇险终端信息，与遇险求生信号中的遇险终端信息Dev对比确认后，提取该信号中的遇险人员定位信息Pos，并以遇险求生信号中所包含的信息为依据，制定救援方案，形成并发出警报确认信息。

S5，救援站卫星通信设备收到报警确认信息后，自动将报警确认信息转发给遇险人员的卫星手持终端，双方转入救援通信；

救援通信过程中，遇险人员的卫星手持终端和救援站卫星通信设备之间利用通信信道相互传输信息，当该通信信道中同时传输其他应用业务数据，存在信道时隙资源不能满足新转入救援通信需求的情况时，此时将对多波束卫星通信系统的通信信道资源进行动态调整，并使其转入救援通信，其具体过程为：

S51，救援站卫星通信设备向多波束通信卫星发送接入请求；

S52，多波束通信卫星接收到该接入请求后，判断现有空闲时隙资源是否满足救援通信需求，如果满足转至步骤S56，否则执行步骤S53，进行资源调整；

S53，计算救援通信所需时隙资源T_r与现有空闲时隙资源T_f的差值，得到需调整出的时隙资源数量T_d＝T_r-T_f；

S54，遍历当前多波束通信卫星信道上所有正在传输的业务，获取业务优先级最低的业务列表，并将业务列表中的业务按照当前QoS值由高到低的顺序排序；

S55，获取业务列表中排序最靠前的业务，计算当前该业务以最低QoS需求进行传输时所能空余出的时隙数T_adj，判断空余出的时隙数是否大于或等于T_d，若是，则从该业务中调整出T_d个时隙，提高该业务的优先级并将该业务从业务列表中移除，随后转至步骤S56，否则，从该业务中调整出T_adj个时隙，提高该业务的优先级并将该业务从业务列表中移除，更新T_d＝T_d-T_adj，随后重复步骤S55，直至业务列表为空，随后转至步骤S54；

S56，向救援站卫星通信设备分配T_r的时隙资源；

S57，救援站卫星通信设备与遇险人员的卫星手持终端之间完成救援通信链路的建立，开始救援通信；

S6，遇险人员卫星手持终端定期获取其定位信息，并通过应急通信信道向救援站卫星通信设备持续发送更新的定位信息；

由于遇险人员的位置会发生变化，因此，卫星手持通信终端将定期通过通信信道发送位置更新信息，格式与遇险求生信号相同，即{Pos,Dev,Tms,Chk}，以此指示遇险人员的最新位置。

S7，救援站卫星通信设备自动向救援部门的远程终端转发其收到的定位更新信息，并向遇险人员转发救援部门的更新确认信息；救援部门接收到定位更新信息后，向救援站卫星通信设备发送更新确认信息，并向通过卫星通信信道向救援人员配备的卫星手持终端发送遇险人员的位置坐标，指示遇险人员的最新位置。

以上结合附图详细说明了本发明，但是本领域的普通技术人员应当明白，说明书是用于解释权利要求的，本发明的保护范围以权利要求为准，在本发明的基础上，任何所做的修改、等同替换和改进等都应当在所要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于多波束通信卫星的应急救生通信方法，其特征在于，其具体步骤包括：

S1，遇险人员通过其携带的卫星手持终端获取自身定位信息；

S2，遇险人员携带的卫星手持终端形成包含有遇险人员定位信息和遇险终端信息的遇险报警信息，在应急通信信道上向救援站发送包含遇险报警信息的遇险求生信号；

S3，救援站卫星通信设备在收到遇险求生信号后，自动将该信号通过地面通信网络转发给救援部门的远程终端；

S4，救援部门的远程终端在接收到遇险求生信号后，救援部门立即做出决策指令，形成报警确认信息，由其远程终端发给救援站卫星通信设备；

S5，救援站卫星通信设备收到报警确认信息后，自动将报警确认信息转发给遇险人员的卫星手持终端，双方转入救援通信；

S6，遇险人员卫星手持终端定期获取其定位信息，并通过应急通信信道向救援站卫星通信设备持续发送更新的定位信息；

S7，救援站卫星通信设备自动向救援部门的远程终端转发其收到的定位更新信息，并向遇险人员转发救援部门的更新确认信息；救援部门接收到定位更新信息后，向救援站卫星通信设备发送更新确认信息，并向通过卫星通信信道向救援人员配备的卫星手持终端发送遇险人员的位置坐标，指示遇险人员的最新位置。

2.一种如权利要求1所述的基于多波束通信卫星的应急救生通信方法，其特征在于，所述的步骤S2，其具体包括：

遇险求生信号表示为{Pos,Dev,Tms,Chk}，其中Pos为遇险人员定位信息，包含遇险人员的经纬度坐标，Dev为遇险终端信息，具体为终端序列号，Tms为时间戳，Chk为根据前3项信息内容生成的校验码，其具体可采用循环冗余校验码；

多波束卫星通信系统在其波束资源中为应急通信预留相应的信道资源，并由信关站对预留信道资源进行再分配；用于应急通信的卫星信道资源分为控制信道和通信信道，其中控制信道包括广播信道和申请信道：

广播信道为由多波束卫星指向卫星手持终端的外向通信信道，用于向卫星手持终端广播包括报警确认信号、报警重传信号的控制数据信息，采用单载波TDM传输方式，其所用的转发器工作在饱和点附近，其信道编码采用增益高、约束长度较长的编码；

申请信道为由卫星手持终端指向多波束卫星的内向通信信道，用于卫星手持通信终端发送接入申请，采用时隙ALOHA协议；卫星手持终端上行链路选择低速率FDMA传输体制。

3.一种如权利要求1所述的基于多波束通信卫星的应急救生通信方法，其特征在于，所述的步骤S3，其具体包括：

当救援站卫星通信设备收到遇险求生信号时，立即发出报警铃声提示，并解析出遇险求生信号中所包含的遇险人员定位信息Pos和遇险终端信息Dev，在其数字地图上自动标定遇险人员定位信息和显示遇险终端信息，同时自动将该信息通过地面通信网络转发给相应的救援部门的远程终端。

4.一种如权利要求1所述的基于多波束通信卫星的应急救生通信方法，其特征在于，所述的步骤S4，其具体包括：

救援部门的远程终端在收到遇险求生信号后，利用循环冗余校验码Chk对遇险求生信号中的信息进行校验，确认遇险求生信号要素完备性和准确性，并通过在终端信息数据库中检索遇险终端信息，与遇险求生信号中的遇险终端信息Dev对比确认后，提取该信号中的遇险人员定位信息Pos，并以遇险求生信号中所包含的信息为依据，制定救援方案，形成并发出警报确认信息。

5.一种如权利要求1所述的基于多波束通信卫星的应急救生通信方法，其特征在于，所述的步骤S5，救援通信过程中，遇险人员的卫星手持终端和救援站卫星通信设备之间利用通信信道相互传输信息，当该通信信道中同时传输其他应用业务数据，存在信道时隙资源不能满足新转入救援通信需求的情况时，此时将对多波束卫星通信系统的通信信道资源进行动态调整，并使其转入救援通信，其具体过程为：

S51，救援站卫星通信设备向多波束通信卫星发送接入请求；

S52，多波束通信卫星接收到该接入请求后，判断现有空闲时隙资源是否满足救援通信需求，如果满足转至步骤S56，否则执行步骤S53，进行资源调整；

S53，计算救援通信所需时隙资源T_r与现有空闲时隙资源T_f的差值，得到需调整出的时隙资源数量T_d＝T_r-T_f；

S54，遍历当前多波束通信卫星信道上所有正在传输的业务，获取业务优先级最低的业务列表，并将业务列表中的业务按照当前QoS值由高到低的顺序排序；

S55，获取业务列表中排序最靠前的业务，计算当前该业务以最低QoS需求进行传输时所能空余出的时隙数T_adj，判断空余出的时隙数是否大于或等于T_d，若是，则从该业务中调整出T_d个时隙，提高该业务的优先级并将该业务从业务列表中移除，随后转至步骤S56，否则，从该业务中调整出T_adj个时隙，提高该业务的优先级并将该业务从业务列表中移除，更新T_d＝T_d-T_adj，随后重复步骤S55，直至业务列表为空，随后转至步骤S54；

S56，向救援站卫星通信设备分配T_r的时隙资源；

S57，救援站卫星通信设备与遇险人员的卫星手持终端之间完成救援通信链路的建立，开始救援通信。

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