CN115603798A - 一种全网应急通信无人机卫星通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全网应急通信无人机卫星通信系统，包括：无人机平台上搭载的全网基础电信企业基站通信基站设备、机载多网融合网关设备、视距链路机载设备和卫通链路机载设备，无人机地面控制站，卫星链路地面站，地面多网融合网关设备以及应急指挥控制大厅；地面多网融合网关设备用于连接各个运营商核心网。本发明相比现有单一基础电信运营商单一基站覆盖方式，整套系统具备包括电信、移动、联通、广电在内的全网基础电信运营商通信服务保障能力；网络容量明显提升，普适性强，支持更多地面终端用户接入；结合电信、联通共建共享机制以及移动、广电共建共享机制，整套系统具备冗余度，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及全网应急通信技术领域，具体而言，涉及一种全网应急通信无人机卫星通信系统。
背景技术
长航时固定翼无人机具备搭载基础电信运营商基站能力；利用无人机机载卫星通信系统传输基础电信运营商基站业务数据，可覆盖“断电、断路、断讯”等三断区域，快速恢复公众通信网络公网，为救援指挥、民众通信提供实时通信保障。
一般单发长航时固定翼无人机通常受限于其挂载能力、供电能力、续航里程等方面的不足，只具备单一基础电信运营商单一基站搭载能力，无法同时为包括电信、移动、联通、广电在内的全网基础电信运营商用户提供通信服务保障，容易造成基础电信企业用户差异性对待；单一基础电信运营商单一基站网络容量有限，用户通话受限于网络容量而频繁出现入网、脱网现象，用户体感较差；单一基础电信运营商单一基站冗余不足，可靠性不高，极易造成通信覆盖任务的失败。
发明内容
本发明旨在提供一种全网应急通信无人机卫星通信系统，以解决单一基础电信运营商单一基站网络差异性对待、容量有限、冗余不足，可靠性不高的问题。
本发明提供的一种全网应急通信无人机卫星通信系统，包括：
无人机平台上搭载的全网基础电信企业基站通信基站设备、机载多网融合网关设备、视距链路机载设备和卫通链路机载设备，无人机地面控制站，卫星链路地面站，地面多网融合网关设备以及应急指挥控制大厅；
全网基础电信企业基站通信基站设备通过机载多网融合网关设备与卫通链路机载设备连接；视距链路机载设备与卫通链路机载设备连接；卫通链路机载设备、无人机地面控制站和卫星链路地面站均与通信卫星连接，卫通链路机载设备通过通信卫星与卫星链路地面站构成卫星通信链路；卫星链路地面站与应急指挥控制大厅和地面多网融合网关设备连接；地面多网融合网关设备用于连接各个运营商核心网。
进一步的，所述无人机平台上还搭载有与视距链路机载设备和卫通链路机载设备连接的任务载荷设备。
进一步的，所述任务载荷设备包括：光电侦查设备、航测相机和/或合成孔径雷达；
所述光电侦查设备、航测相机和/或合成孔径雷达均与视距链路机载设备和卫通链路机载设备连接。
进一步的，所述机载多网融合网关设备按照空间链路传输协议CCSDS-AOS标准进行多路虚拟信道的封装和隔离，并按照设定Qos模板进行传输优先级标识，等待动态分配卫星信道资源开启传输流程；开启传输流程后所述机载多网融合网关设备用于：
对地面多网融合网关发送的融合数据进行逆处理，将逆处理得到的全网基础电信运营商核心网数据分别送入对应的通信基站设备；
以及将无人机任务载荷控制数据、无人机平台控制数据分发至任务载荷设备和无人机平台。
进一步的，所述卫通链路机载设备参考CCSDS-AOS标准进行设计，支持多路虚拟信道动态分配卫星信道资源，并实现IP over CCSDS承载协议。
进一步的，所述地面多网融合网关按照空间链路传输协议CCSDS-AOS标准进行多路虚拟信道的封装和隔离，并按照设定Qos模板进行传输优先级标识，等待动态分配卫星信道资源开启传输流程；当开启传输流程后，所述地面多网融合网关用于：
对机载多网融合网关设备发送的融合数据进行逆处理，并将逆处理得到的全网基础电信运营商基站数据分别送入对应的运营商核心网；
以及将无人机任务载荷数据、无人机态势数据分发至应急指挥控制大厅。
进一步的，所述无人机地面控制站设有包括操作席位；所述操作席位包括飞行监控席、任务监控席和通信管理席；
所述飞行监控席用于操控和监控无人机平台；
所述任务监控席用于操控和监控无人机搭载的各种任务载荷设备以及全网基础电信企业基站通信基站设备状态；
所述通信管理席用于操控和监视视距链路机载设备，从而操控和监视无人机视距和超视距链路。
进一步的，所述全网基础电信企业基站通信基站设备包括依次连接的室内基带处理单元BBU、射频拉远单元RRU和天线设备。
进一步的，所述全网基础电信企业基站通信基站设备包括：
全网基础电信企业基站2G通信基站设备；
全网基础电信企业基站3G通信基站设备；
和/或全网基础电信企业基站4G通信基站设备。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明相比现有单一基础电信运营商单一基站覆盖方式，整套系统具备包括电信、移动、联通、广电在内的全网基础电信运营商通信服务保障能力；网络容量明显提升，普适性强，支持更多地面终端用户接入；结合电信、联通共建共享机制以及移动、广电共建共享机制，整套系统具备冗余度，可靠性高。
本发明具备全网基础电信运营商基站数据以及无人机任务载荷设备数据的接入、读取、识别、标识能力，并按照空间链路传输协议CCSDS-AOS标准进行多路虚拟信道封装和隔离，卫星链路参考CCSDS-AOS标准进行设计，支持多路虚拟信道动态分配卫星信道资源，并参照CCSDS-702.1-B-1蓝皮书及相关文本规范实现IP over CCSDS承载协议，后续具备通过天基网络与有人空间航天器进行融合通信的能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中全网应急通信无人机卫星通信系统的架构图。
图2为CCSDS-AOS标准虚拟信道封装和隔离示意图。
图3为CCSDS主网CPN(CCSDS Principle Net) 示意图。
图4为IP over CCSDS承载协议示意图。
图5为本发明实施例中全网应急通信无人机卫星通信系统的工作方式示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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。
实施例
如图1所示，本实施例提出一种全网应急通信无人机卫星通信系统，包括：
无人机平台上搭载的全网基础电信企业基站（电信、移动、联通、广电）通信基站设备（常见的所述全网基础电信企业基站通信基站设备包括全网基础电信企业基站2G通信基站设备、全网基础电信企业基站3G通信基站设备和/或全网基础电信企业基站4G通信基站设备）、机载多网融合网关设备、视距链路机载设备和卫通链路机载设备，无人机地面控制站（含视距链路地面终端），卫星链路地面站，地面多网融合网关设备以及应急指挥控制大厅；
全网基础电信企业基站通信基站设备通过机载多网融合网关设备与卫通链路机载设备连接；视距链路机载设备与卫通链路机载设备连接；卫通链路机载设备、无人机地面控制站和卫星链路地面站均与通信卫星（或中继卫星）连接，卫通链路机载设备通过通信卫星与卫星链路地面站构成卫星通信链路；卫星链路地面站与应急指挥控制大厅和地面多网融合网关设备连接；地面多网融合网关设备用于连接各个运营商核心网。
本实施例中，所述全网应急通信无人机卫星通信系统中的各组成部分具体如下：
所述无人机平台为大型高空长航时无人机平台，作为搭载全网基础电信企业基站通信基站设备、机载多网融合网关设备、视距链路机载设备、卫通链路机载设备的空中载具，提供全天候、及时、高效、稳定的应急通信保障基础平台。可选的，所述无人机平台上还搭载有与视距链路机载设备和卫通链路机载设备连接的任务载荷设备。根据需求，所述任务载荷设备包括以下设备中的一种或多种：
光电侦查设备；根据覆盖区域巡查需求可搭载光电侦查设备（集成可见光、红外）实现对覆盖区域相关目标搜索、识别和跟踪等。
航测相机；搭载航测相机实现覆盖区域地理测绘、图像获取和三维重构等。
合成孔径雷达；搭载合成孔径雷达实现覆盖区域全天候图像获取等。
所述光电侦查设备、航测相机和/或合成孔径雷达均（通过网络接口）与视距链路机载设备和卫通链路机载设备连接，实现业务数据的视距和超视距传输，回传至无人机地面控制站（视距、超视距）以及应急指挥控制大厅（超视距）。
所述全网基础电信企业基站通信基站设备包括依次连接的室内基带处理单元BBU（Building Base band Unit）、射频拉远单元RRU（Remote Radio Unit）和天线设备。其中，基带处理单元BBU提供对外接口，完成系统的资源管理、运维和环境监测功能。基带处理单元BBU包括主控单元FSMF模块、基带分机FBBA和传输分机FTIF基带数字信号处理等；射频拉远单元RRU完成基带到天线设备空口的发射信号处理、接收信号处理，由收发信机（TRX）、功放、滤波器、天线、电源、结构六大硬件子系统组成。天线设备进行基站电磁波的辐射和用户设备空口信号的接收，并根据天线方向图特性完成特定范围的信号覆盖。
所述机载多网融合网关设备用于完成无人机平台状态数据，全网基础电信运营商基站数据以及任务载荷设备数据的接入、读取、识别和标识等，按照空间链路传输协议CCSDS-AOS标准进行多路虚拟信道（Virtual Channel，VC）的封装和隔离，CCSDS-AOS标准虚拟信道封装和隔离示意如图2所示，并按照设定Qos模板进行传输优先级标识，等待动态分配卫星信道资源开启传输流程；开启传输流程后所述机载多网融合网关设备用于：
对地面多网融合网关发送的融合数据进行逆处理，将逆处理得到的全网基础电信运营商核心网数据分别送入对应的通信基站设备；
以及将无人机任务载荷控制数据、无人机平台控制数据分发至任务载荷设备和无人机平台。
所述卫通链路机载设备主要用于实现对无人机超视距范围内前向和返向数据的实时传输，其参考CCSDS-AOS标准进行设计，CCSDS主网CPN(CCSDS Principle Net) 示意如图3所示，支持多路虚拟信道动态分配卫星信道资源，并参照CCSDS-702.1-B-1蓝皮书及相关文本规范实现IP over CCSDS承载协议，IP over CCSDS承载协议示意如图4所示。
所述视距链路机载设备：主要实现对无人机视距范围内上行业务数据和下行业务数据的实时传输，与卫通链路机载设备通过网络接口连接，完成卫通链路与视距链路的互控互传功能。
所述无人机地面控制站设有包括操作席位，可选的，所述操作席位包括飞行监控席、任务监控席和通信管理席；
所述飞行监控席用于操控和监控无人机平台；
所述任务监控席用于操控和监控无人机搭载的各种任务载荷设备以及全网基础电信企业基站通信基站设备状态；
所述通信管理席用于操控和监视视距链路机载设备，从而操控和监视无人机视距和超视距链路。
所述卫星链路地面站可配置大口径天线，通过通信卫星与卫通链路机载设备构成卫星通信链路。
所述地面多网融合网关通过地面VPN专线与全网基础电信运营商核心网进行连接，完成全网基础电信运营商核心网数据的接入、读取、识别和标识。所述地面多网融合网关也按照空间链路传输协议CCSDS-AOS标准进行多路虚拟信道（Virtual Channel，VC）的封装和隔离，并按照设定Qos模板进行传输优先级标识，等待动态分配卫星信道资源开启传输流程；开启传输流程后所述机载多网融合网关设备用于：
对地面多网融合网关发送的融合数据进行逆处理，将逆处理得到的全网基础电信运营商核心网数据分别送入对应的通信基站设备；
以及将无人机任务载荷控制数据、无人机平台控制数据分发至任务载荷设备和无人机平台。
所述应急指挥控制大厅配置为集指挥控制站、载荷处理系统、数据接入/监测系统、视音显示系统、监控系统等为一体的多功能应急指挥控制中心。
所述全网应急通信无人机卫星通信系统支持的用户终端包括任何支持4G/2G、3G通信的终端设备，如4G/2G、3G手机、平板等，均属于服务对象。
如图5所示，以上实现的全网应急通信无人机卫星通信系统的工作方式如下：
全网基础电信企业基站通信基站设备通过机械接口和电气接口设计与无人机平台进行集成，无人机平台为全网基础电信企业基站通信基站设备提供安装空间和供电，同时结合天线的方向图设计天线对地覆盖算法，满足全网基础电信企业基站通信基站设备信号连续、稳定对地覆盖需求；全网基础电信企业基站通信基站设备通过网络接口与机载多网融合网关设备相连，数据融合后通过卫通链路机载设备、通信卫星以及卫星链路地面站构成的前、返向卫星通信链路承载全网基础电信企业基站通信基站设备以及核心网业务数据；通过卫星通信链路承载LTE移动通信数据，构建空天地一体传输；无人机平台搭载上述全网基础电信企业基站通信基站设备、机载多网融合网关设备、视距链路机载设备和卫通链路机载设备后飞抵目标区域进行全网公众通信网络覆盖，有效解决了“三断”条件下传统应急通信保障手段 “突不进去”，灾区灾情“传不出来”的实战难题。
根据实测，上述实施例实现的全网应急通信无人机卫星通信系统可达到的性能指标如下：
卫通前向传输速率：≮8Mbps；
卫通返向传输速率：≮8Mbps；
系统单向传输延时：≯350ms；
覆盖范围：约3平方公里~约50平方公里动态可调；
移动性支持：不低于300公里/小时；
具备基础电信运营商全网通信覆盖能力；
话音接入量：单次不低于600个用户同时通话；
支持数据类型：话音、短信、数据流量。
由此可见，本发明实现的全网应急通信无人机卫星通信系统具有如下优势：
本发明相比现有单一基础电信运营商单一基站覆盖方式，整套系统具备包括电信、移动、联通、广电在内的全网基础电信运营商通信服务保障能力；网络容量明显提升，普适性强，支持更多地面终端用户接入；结合电信、联通共建共享机制以及移动、广电共建共享机制，整套系统具备冗余度，可靠性高。
本发明具备全网基础电信运营商基站数据以及无人机任务载荷设备数据的接入、读取、识别、标识能力，并按照空间链路传输协议CCSDS-AOS标准进行多路虚拟信道封装和隔离，卫星链路参考CCSDS-AOS标准进行设计，支持多路虚拟信道动态分配卫星信道资源，并参照CCSDS-702.1-B-1蓝皮书及相关文本规范实现IP over CCSDS承载协议，后续具备通过天基网络与有人空间航天器进行融合通信的能力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种全网应急通信无人机卫星通信系统，其特征在于，包括：
无人机平台上搭载的全网基础电信企业基站通信基站设备、机载多网融合网关设备、视距链路机载设备和卫通链路机载设备，无人机地面控制站，卫星链路地面站，地面多网融合网关设备以及应急指挥控制大厅；
全网基础电信企业基站通信基站设备通过机载多网融合网关设备与卫通链路机载设备连接；视距链路机载设备与卫通链路机载设备连接；卫通链路机载设备、无人机地面控制站和卫星链路地面站均与通信卫星连接，卫通链路机载设备通过通信卫星与卫星链路地面站构成卫星通信链路；卫星链路地面站与应急指挥控制大厅和地面多网融合网关设备连接；地面多网融合网关设备用于连接各个运营商核心网。
2.根据权利要求1所述的全网应急通信无人机卫星通信系统，其特征在于，所述无人机平台上还搭载有与视距链路机载设备和卫通链路机载设备连接的任务载荷设备。
3.根据权利要求2所述的全网应急通信无人机卫星通信系统，其特征在于，所述任务载荷设备包括：光电侦查设备、航测相机和/或合成孔径雷达；
所述光电侦查设备、航测相机和/或合成孔径雷达均与视距链路机载设备和卫通链路机载设备连接。
4.根据权利要求2所述的全网应急通信无人机卫星通信系统，其特征在于，所述机载多网融合网关设备按照空间链路传输协议CCSDS-AOS标准进行多路虚拟信道的封装和隔离，并按照设定Qos模板进行传输优先级标识，等待动态分配卫星信道资源开启传输流程；开启传输流程后所述机载多网融合网关设备用于：
对地面多网融合网关发送的融合数据进行逆处理，将逆处理得到的全网基础电信运营商核心网数据分别送入对应的通信基站设备；
以及将无人机任务载荷控制数据、无人机平台控制数据分发至任务载荷设备和无人机平台。
5.根据权利要求4所述的全网应急通信无人机卫星通信系统，其特征在于，所述卫通链路机载设备参考CCSDS-AOS标准进行设计，支持多路虚拟信道动态分配卫星信道资源，并实现IP over CCSDS承载协议。
6.根据权利要求2所述的全网应急通信无人机卫星通信系统，其特征在于，所述地面多网融合网关按照空间链路传输协议CCSDS-AOS标准进行多路虚拟信道的封装和隔离，并按照设定Qos模板进行传输优先级标识，等待动态分配卫星信道资源开启传输流程；当开启传输流程后，所述地面多网融合网关用于：
对机载多网融合网关设备发送的融合数据进行逆处理，并将逆处理得到的全网基础电信运营商基站数据分别送入对应的运营商核心网；
以及将无人机任务载荷数据、无人机态势数据分发至应急指挥控制大厅。
7.根据权利要求1所述的全网应急通信无人机卫星通信系统，其特征在于，所述无人机地面控制站设有包括操作席位；所述操作席位包括飞行监控席、任务监控席和通信管理席；
所述飞行监控席用于操控和监控无人机平台；
所述任务监控席用于操控和监控无人机搭载的各种任务载荷设备以及全网基础电信企业基站通信基站设备状态；
所述通信管理席用于操控和监视视距链路机载设备，从而操控和监视无人机视距和超视距链路。
8.根据权利要求1所述的全网应急通信无人机卫星通信系统，其特征在于，所述全网基础电信企业基站通信基站设备包括依次连接的室内基带处理单元BBU、射频拉远单元RRU和天线设备。
9.根据权利要求1所述的全网应急通信无人机卫星通信系统，其特征在于，所述全网基础电信企业基站通信基站设备包括：
全网基础电信企业基站2G通信基站设备；
全网基础电信企业基站3G通信基站设备；
和/或全网基础电信企业基站4G通信基站设备。
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