CN116667914A - 基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统及方法，基于高通量卫星实现后方对前方的实时感知、信息支撑与应急指挥，包括多节点感知平台、高通量卫星、星地一体化通信网络以及应急通信指挥中心；所述多节点感知平台包括：星基节点、空基节点和地面节点。基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务方法包括两种工作模式，分别为：远程自动化实时感知模式和数据与指令双向实时回传模式，高通量通信卫星链路能够提高数据传输速率和时效性，满足无人机任务百分之百成功率。结合无人机的机动灵活与宽带通信卫星的高速、实时、广域覆盖优势，能够满足实时性要求较高的行业，特别是面向重大灾害或军事需求场景下的应急信息服务。
Description
技术领域
本发明涉及卫星应用技术领域，尤其涉及一种基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统及方法。
背景技术
大型无人机卫星通信技术日渐成熟，在各行业和军事应用中逐渐拓展延伸；然而，一般无人机采用超视距通信网络，局限于通信网络覆盖能力、数据传输能力，对于复杂环境的感知不足，对应急响应时效性较差。目前载星无人机正成为实时性感知与信息服务的有效途径，但是当前一般采用C或Ku通信卫星网络，容量小、速率低，不满足实时感知数据回传的高速率、高稳定性、大容量的需求。高通量卫星具有DTP技术和频率复用技术与载星无人机机动灵活性相结合，支撑无人机任务成功率大幅度提升。因此当前存在解决上述问题的技术需求以构成满足应急行业和军事需求的载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了如下技术方案，一种基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统及方法，由多节点平台、高通量卫星和星地一体化通信网络三部分构成，提高数据传输速率和安全性，满足无人机任务百分之百成功率，能够满足实时性要求较高的行业，特别是军事需求场景下的应急通信指挥。
本发明一方面提供了基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统，用于基于高通量卫星实现后方对前方单兵的实时感知、信息支撑与应急通信指挥，包括：多节点平台、高通量卫星、星地一体化通信网络以及应急通信指挥中心；其中所述多节点平台包括：星基节点、空基节点、地面节点。
优选的，所述星基节点包括高通量卫星、信关站；所述空基节点包括载星无人机和/或无人直升机，所述载星无人机上配置无人机机载卫星终端、视频编码器会议终端和无人机光电吊舱多种载荷，从而实现无人机实时通信和无人机遥感实时回传；所述直升机上配置机载卫星终端、交换机、无线路由器、IP电话、直升机Mesh自组网设备、超短波中继台、视频编码器、直升机光电吊舱和视频会议终端。
所述地面节点配置车载卫星终端、应急卫星通信车、便携式卫星通信站、手持环境监测仪。
优选的，所述高通量卫星为高通量宽带通信卫星，星上设计的Ka频段高通量通信载荷，提供高速宽带网络通信、数据回传和互联网接入服务。
优选的，所述应急卫星通信车包括动中通天线、视频矩阵、应急卫星通信车视频会议终端、应急卫星通信车卫星通信机、应急卫星通信车电话机、应急卫星通信车路由交换机、VOIP处理模块、车载摄像机；所述车载摄像机摄取的图像和声音输入到所述视频矩阵中进行处理后，再输入到所述应急卫星通信车视频会议终端进行数字压缩编码，编码输出的信号通过所述应急卫星通信车路由交换机一起传送到所述应急卫星通信车卫星通信机，经过功率放大器放大后，由动中通天线实时传送到地面的应急通信指挥中心；所述应急卫星通信车卫星通信机通过所述应急卫星通信车路由交换机接入车内局域网和卫星链路，与地面的应急通信指挥中心建立通信链路，使各种视音频数据在复合通信网络中双向传输。
优选的，所述星地一体化通信网络包括前方救援现场卫星通信网络、卫星主站通信网络以及地面通信网络。
优选的，所述前方救援现场卫星通信网络包括无人机空中卫星中继基站和无人机上搭载的机载卫星通信终端；所述前方救援现场通信网络的工作流程包括：以无人机空中卫星中继基站系统为核心，无人机通过所述应急卫星空中基站与地面便携卫星终端、应急通信车实时互通；无人机通过所述机载卫星通信终端与所述卫星主站通信网络实时互通。
所述卫星主站通信网络用于将所述前方感知数据经高通量卫星通信链路转发落地后，经信关站和地面专线接入卫星网络运营中心后，所述卫星网络运营中心再通过专线或者IP SecVPN接入地面运营商核心网，实现移动通信信号的转发。
优选的，所述应急通信指挥中心用于基于所述移动通信信号的获取和实时处理形成指挥指令后发出；通过卫星通信链路，部署机载卫星通信终端和光电吊舱的载星无人机、应急卫星通信车、一线单兵与应急指挥中心实时互联，前方获取的感知数据、语音、视频均通过前方救援现场通信网络和卫星主站通信网络实现实时回传，应急指挥中心的指令信息实时发布。
优选的，还包括便携式卫星通信站，所述便携式卫星通信站包括0.45米Ka频段高通量卫星便携站、上变频功率放大器、低噪声放大器、调制解调器、电脑、便携式卫星通信站路由交换机以及便携天线，所述便携天线用于接收卫星通信信号。
本发明的第二方面在于提供一种基于无人机与高通量卫星的应急信息服务方法，基于第一方面所述的系统实现，包括两种工作模式，分别为：远程自动化实时感知模式和数据与指令双向实时回传模式。
本发明的第三方面提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有多条指令，所述处理器用于读取所述指令并执行如第二方面所述的方法。
本发明的第四方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述多条指令可被处理器读取并执行如第二方面所述的方法。
本发明提供的基于无人机与高通量卫星的应急信息服务系统和方法，具有如下有益效果：
数据回传速率提高；应急指挥与调度的实时性、高效性提高；应急通信指挥系统的抗干扰性提高；应急通信指挥系统的安全性提高；使用高通量卫星可减小卫星通信终端设备体积和提高使用灵活性。
附图说明
图1为本发明基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统架构图。
图2为本发明提供的电子设备一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案做详细的说明。
本发明提供的方法可以在如下的终端环境中实施，该终端可以包括一个或多个如下部件：处理器、存储器和显示屏。其中，存储器中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行以实现下述实施例所述的方法。
处理器可以包括一个或者多个处理核心。处理器利用各种接口和线路连接整个终端内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器内的数据，执行终端的各种功能和处理数据。
存储器可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)。存储器可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令。
显示屏用于显示各个应用程序的用户界面。
除此之外，本领域技术人员可以理解，上述终端的结构并不构成对终端的限定，终端可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。比如，终端中还包括射频电路、输入单元、传感器、音频电路、电源等部件，在此不再赘述。
实施例一
如图1所示，本实施例提供了一种基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统，用于基于高通量卫星实现后方对前方单兵的实时感知、信息支撑与应急通信指挥，包括：多节点平台、高通量卫星、星地一体化通信网络以及应急通信指挥中心。
作为优选的实施方式，所述多节点平台包括：星基节点、空基节点、地面节点。
其中，所述星基节点包括高通量卫星、信关站；所述空基节点包括载星无人机和/或无人直升机，所述载星无人机（本实施例为大型无人机）上配置无人机机载卫星终端、视频编码器会议终端和无人机光电吊舱等多种载荷，从而实现无人机通信和无人机遥感；所述直升机上配置直升机机载卫星终端、交换机、无线路由器、IP电话、直升机Mesh自组网设备、超短波中继台、视频编码器、直升机光电吊舱和视频会议终端等。
所述地面节点配置车载卫星终端、应急卫星通信车、便携卫星通信终端、手持环境监测仪。
所述高通量卫星为高通量宽带通信卫星，星上设计的Ka频段高通量通信载荷，提供高速宽带网络通信、数据回传和互联网接入服务。其中，所述应急卫星通信车包括动中通天线、视频矩阵、应急卫星通信车视频会议终端、应急卫星通信车卫星通信机、应急卫星通信车电话机、应急卫星通信车路由交换机、VOIP处理模块、车载摄像机；所述车载摄像机摄取的图像和声音输入到所述视频矩阵中进行处理后，再输入到所述应急卫星通信车视频会议终端进行数字压缩编码，编码输出的信号通过所述应急卫星通信车路由交换机一起传送到所述应急卫星通信车卫星通信机，经过功率放大器放大后，由动中通天线实时传送到地面的应急通信指挥中心；所述应急卫星通信车卫星通信机通过所述应急卫星通信车路由交换机接入车内局域网和卫星链路，与地面的应急通信指挥中心建立通信链路，使各种视音频数据在复合通信网络中双向传输。
多节点平台的功能和工作原理：
（1）多节点平台具备实时视频回传功能，大型无人机部署无人机机载卫星终端和无人机光电吊舱，空中平台采集的多路救灾现场画面，通过卫星链路回传到后方，实现前方视频图像的采集、汇聚、回传和展示；单兵携带的Mesh自组网设备可与车载/机载的地面Mesh自组网设备和海上Mesh自组网设备互联互通，实现音视频画面中继回传。当然，本领域技术人员应当知晓，在应急卫星通信车上还可以设置车载卫星终端，单兵也可直接通过车载卫星终端回传音视频画面。
（2）多节点平台具备实时视频会议功能，大型无人机除了部署机载卫通终端和光电吊舱以外，同时也配备了无人机视频会议终端，机上救援人员可通过卫星链路与应急通信指挥中心的通信专网进行联通，进行视频会商，及时反馈现场救援情况，辅助应急通信指挥中心高效决策。
（3）多节点平台具备实时指挥调度功能，机载卫通终端能够打通与后方指挥中心的通信链路；部署机载Mesh自组网、超短波中继台设备，与地面单兵携带的Mesh自组网背负台/手台、地面超短波手持台或海上超短波手持台互联互通，打通后方应急通信指挥中心与前方单兵通信链路，进行指挥调度。
作为优选的实施方式，所述星地一体化通信网络包括前方救援现场卫星通信网络、卫星主站通信网络以及地面通信网络。
其中，所述前方救援现场卫星通信网络包括无人机空中中继基站、无人机上搭载的应急空中基站和无人机上搭载的机载卫星通信终端；所述前方救援现场通信网络的工作流程包括：以无人机空中卫星中继基站系统为核心，无人机通过所述应急卫星空中基站与地面便携卫星终端、应急通信车实时互通；无人机通过所述机载卫星通信终端与所述卫星主站通信网络实时互通。
所述卫星主站通信网络用于将所述前方感知数据经高通量卫星通信链路转发落地后，经信关站和地面专线接入卫星网络运营中心后，所述卫星网络运营中心再通过专线或者IP Sec VPN接入地面运营商核心网，实现移动通信信号的转发。
作为优选的实施方式，所述应急通信指挥中心用于基于所述移动通信信号的获取和实时处理形成指挥指令后发出。
通过卫星通信链路，部署机载卫星通信终端和光电吊舱的长航时无人机、应急卫星通信车、一线单兵与应急指挥中心实时互联，前方获取的感知数据、语音、视频均可通过前方救援现场通信网络和主站通信网络实现实时回传，应急指挥中心的指令信息可实时发布；尤其是在地面网络覆盖不完善的区域或者地面网络瘫痪的灾区，高通量卫星与无人机搭载的应急空中基站可支撑前后方的安全稳定通信。
作为优选的实施方式，还包括便携式卫星通信站，所述便携式卫星通信站包括0.45米Ka频段卫星便携站、上变频功率放大器、低噪声放大器、调制解调器、电脑、便携式卫星通信站路由交换机以及便携天线，所述便携天线用于接收卫星通信信号。
实施例二
本实施例提供一种基于无人机与高通量卫星的应急信息服务系统与方法，基于实施例一所述的系统实现，包括两种工作模式，分别为：
远程自动化实时感知模式，包括：利用所述大型无人机的空中优势和速度优势，通过无人机装载的卫星通信模块、多类型的感知载荷，依托指挥中心人员遥控前往应急一线执行侦察、电子干扰、通信中继等任务，以保障应急救援行动的顺利实施。
数据与指令双向实时回传模式，包括：融有多节点平台与一线应急混合编组，大型无人机机动提供卫星通信、环境态势感知与指令传输和应急救援配合，实现一线与后方应急通信指挥中心的实时联动。
再次参见图1，通信网络包括前方救援现场通信网络部分以及主站通信网络部分。
大型固定翼无人机上搭载机载卫星通信终端和应急空中基站，向无人机地面站通过C/UH发送无人机指令，高通量卫星向大型固定翼无人机发送数据后，大型固定翼无人机向高通量卫星发送对应的无人机指令。高通量卫星向信关站发送数据后，信关站向高通量卫星发送对应的无人机指令。信关站通过地面专线与数据中心、网络管理和运营支撑组成的卫星网络运营中心联通；无人机地面站和卫星网络运营中心通过地面专线联通；卫星网络运营中心通过地面专线与运营商核心网联通，运营商核心网包括小基站网关，小基站网关通过IPSec VPN与卫星网络运营中心联通，地面基站网络与运营商核心网交换数据，与地面手持终端交换数据；地面手持终端与大型固定翼无人机进行数据交换。
本发明还提供了一种存储器，存储有多条指令，指令用于实现如实施例一的方法。
如图2所示，本发明还提供了一种电子设备，包括处理器301和与处理器301连接的存储器302，存储器302存储有多条指令，指令可被处理器加载并执行，以使处理器能够执行如实施例一的方法。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统，其特征在于，用于基于高通量卫星实现后方对前方单兵的实时感知、信息支撑与应急通信指挥，包括：多节点平台、高通量卫星、星地一体化通信网络以及应急通信指挥中心；其中所述多节点平台包括：星基节点、空基节点、地面节点。
2.根据权利要求1所述的一种基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统，其特征在于，所述星基节点包括高通量卫星、信关站；所述空基节点包括载星无人机和/或无人直升机，所述载星无人机上配置无人机机载卫星终端、视频编码器会议终端和无人机光电吊舱多种载荷，从而实现无人机实时通信和无人机遥感实时回传；所述直升机上配置机载卫星终端、交换机、无线路由器、IP电话、直升机Mesh自组网设备、超短波中继台、视频编码器、直升机光电吊舱和视频会议终端；
所述地面节点配置车载卫星终端、应急卫星通信车、便携卫星通信终端、手持环境监测仪。
3.根据权利要求2所述的一种基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统，其特征在于，所述应急卫星通信车包括动中通天线、视频矩阵、应急卫星通信车视频会议终端、应急卫星通信车卫星通信机、应急卫星通信车电话机、应急卫星通信车路由交换机、VOIP处理模块、车载摄像机；所述车载摄像机摄取的图像和声音输入到所述视频矩阵中进行处理后，再输入到所述应急卫星通信车视频会议终端进行数字压缩编码，编码输出的信号通过所述应急卫星通信车路由交换机一起传送到所述应急卫星通信车卫星通信机，经过功率放大器放大后，由动中通天线实时传送到地面的应急指挥中心；所述应急卫星通信车卫星通信机通过所述应急卫星通信车路由交换机接入车内局域网和卫星链路，与地面的应急通信指挥中心建立通信链路，使各种视音频数据在复合通信网络中双向传输。
4.根据权利要求3所述的一种基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统，其特征在于，所述星地一体化通信网络包括前方救援现场卫星通信网络、卫星主站通信网络以及地面通信网络。
5.根据权利要求4所述的一种基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统，其特征在于，所述前方救援现场卫星通信网络包括无人机空中卫星中继基站和无人机上搭载的机载卫星通信终端；所述前方救援现场卫星通信网络的工作流程包括：以无人机空中卫星中继基站系统为核心，无人机通过所述应急卫星空中基站与地面便携卫星终端、应急通信车实时互通；无人机通过所述机载卫星通信终端与所述卫星主站通信网络实时互通；
所述卫星主站通信网络用于将前方感知数据经高通量卫星通信链路转发落地后，经信关站和地面专线接入卫星网络运营中心，所述卫星网络运营中心再通过专线或者IP SecVPN接入地面运营商核心网，实现移动通信信号的转发。
6.根据权利要求5所述的一种基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统，其特征在于，所述应急指挥中心用于基于所述移动通信信号的获取和实时处理形成指挥指令后发出；通过卫星通信链路，部署机载卫星通信终端和光电吊舱的载星无人机、应急卫星通信车与应急指挥中心实时互联，前方获取的感知数据、语音、视频均通过前方救援现场通信网络和卫星主站通信网络实现实时回传，应急指挥中心的指令与调度信息实时发布。
7.根据权利要求6所述的一种基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统，其特征在于，还包括便携式卫星通信站，所述便携式卫星通信站包括0.45米Ka频段高通量卫星便携站、上变频功率放大器、低噪声放大器、调制解调器、电脑、便携式卫星通信站路由交换机以及便携天线，所述便携天线用于接收卫星通信信号。
8.根据权利要求2所述的一种基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务系统，其特征在于，所述高通量卫星为高通量宽带通信卫星，星上设计的Ka频段高通量通信载荷，提供高速宽带网络通信、数据回传和互联网接入服务。
9.一种基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务方法，基于权利要求1-8任一所述的系统实现，包括两种工作模式，分别为：远程自动化实时感知模式和数据与指令双向实时回传模式。
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有多条指令，所述处理器用于读取所述指令并执行如权利要求9所述的基于载星无人机与高通量卫星的应急信息服务方法。
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