CN207586435U - 天基信息应用地震观测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种天基信息应用地震观测系统，包括第一类监测站点、第二类监测站点、第三类监测站点和云端服务器；第三类监测站点布置于没有市电没有网络覆盖的监测区域，包括：第三三频天线、第三天线放大器、第三接收机、第三数据采集终端、第三供电电源和第三通信网络；第三通信网络为卫星通信网络；第三供电电源为太阳能供电电源。优点为：根据监测站点所在位置的实际情况，选择布置三类监测站点中的一种，尤其对于没有市电的偏远地区，直接采用太阳能供电；在无网络覆盖的偏远地区，采用卫星通信网络进行通信连接，保证了对没有网络的偏远地区的卫星观测数据的收集，可实现对监测区域全面的采集卫星观测数据，为地震预测提供有力保证。

Description

天基信息应用地震观测系统

技术领域

本实用新型涉及一种地震观测系统，具体涉及一种天基信息应用地震观测系统。

背景技术

已有研究表明：地震孕育过程中伴随着宽频带的电磁辐射产生，这种电磁辐射向地表传播过程中，其高频成分在通过地壳介质时被吸收，只有低频成分能够达到地表并被地面监测台站检测到。基于这种思路，经过几十年几代人的不懈努力，研发了多种地面地震电磁观测技术，建成了大规模的地震电磁监测台网，在地震电磁前兆观测等方面取得了大量的研究和应用成果。

由于破坏性地震、尤其是重特大地震事件发生的小概率特性，科学家们越来越意识到，单纯依靠地面台网，还不足以获取足够的地震观测基础数据。通过发展地震电磁探测卫星系统，获取大地震发生前相关的电磁、电离层和高能粒子等观测数据，可为地震预测提供数据基础。

基于地震电磁探测卫星系统，开发了地震观测系统，用于采集地震电磁探测卫星观测数据，然而，现有的地震观测系统，主要具有以下不足：

(1)由于监测站点都采用市电供电，因此，地震观测系统的监测站点无法设置于无电的偏远地区，从而难以全面收集地震电磁探测卫星观测数据。

(2)由于监测站点都采用地面网络与云端服务器通信连接，从而实现监测站点采集数据的上传，因此，对于无网络覆盖的偏远地区，仍然无法布置监测站点，从而难以全面收集地震电磁探测卫星观测数据。

实用新型内容

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种天基信息应用地震观测系统，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种天基信息应用地震观测系统，包括第一类监测站点、第二类监测站点、第三类监测站点和云端服务器；

所述第一类监测站点布置于有市电有网络覆盖的监测区域，包括：第一三频天线、第一天线放大器、第一接收机、第一数据采集终端、第一市电供电电源和第一通信网络；所述第一三频天线依次通过所述第一天线放大器和所述第一接收机后，连接到所述第一数据采集终端的输入端；所述第一数据采集终端的输出端通过所述第一通信网络与所述云端服务器连接；所述第一市电供电电源分别与所述第一接收机和所述第一数据采集终端电性连接；所述第一通信网络为地面网或3/4G基站；

所述第二类监测站点布置于有市电没有网络覆盖的监测区域，包括：第二三频天线、第二天线放大器、第二接收机、第二数据采集终端、第二市电供电电源和第二通信网络；所述第二三频天线依次通过所述第二天线放大器和所述第二接收机后，连接到所述第二数据采集终端的输入端；所述第二数据采集终端的输出端通过所述第二通信网络与所述云端服务器连接；所述第二市电供电电源分别与所述第二接收机和所述第二数据采集终端电性连接；所述第二通信网络为卫星通信网络；

所述第三类监测站点布置于没有市电没有网络覆盖的监测区域，包括：第三三频天线、第三天线放大器、第三接收机、第三数据采集终端、第三供电电源和第三通信网络；所述第三三频天线依次通过所述第三天线放大器和所述第三接收机后，连接到所述第三数据采集终端的输入端；所述第三数据采集终端的输出端通过所述第三通信网络与所述云端服务器连接；所述第三供电电源分别与所述第三接收机和所述第三数据采集终端电性连接；其中，所述第三通信网络为卫星通信网络；所述第三供电电源为太阳能供电电源。

优选的，所述第一三频天线、所述第二三频天线和所述第三三频天线搭载在地震电磁探测卫星上面；所述第一接收机、所述第二接收机和所述第三接收机为地面接收机。

优选的，所述第一三频天线、所述第二三频天线和所述第三三频天线的结构相同，均包括三副独立天线，各幅独立天线分别用于接收VHF频段、UHF频段和L频段；每个波段的天线长度与各个波段的频率互相对应，最长的天线为用于接收VHF频段信号的天线；最短的天线为用于接收L频段信号的天线；中间长度的天线为用于接收UHF频段信号的天线。

优选的，所述太阳能供电电源包括：太阳能电池组件、充电控制器、储能蓄电池、逆变控制器；

所述太阳能电池组件铺设于接收机的上方，所述太阳能电池组件的输出端通过所述充电控制器与所述储能蓄电池的充电接口连接；所述储能蓄电池的供电端通过所述逆变控制器与用电部件连接。

优选的，所述储能蓄电池的外部安装有加热外壳；所述太阳能电池组件的输出端通过开关器件与所述加热外壳的用电端连接；其中，在所述储能蓄电池的表面安装有温度检测传感器；所述温度检测传感器的输出端与所述加热控制器的输入端连接；所述加热控制器的控制端与所述开关器件连接。

优选的，所述加热外壳为内置电阻丝的加热外壳。

本实用新型提供的天基信息应用地震观测系统具有以下优点：

根据监测站点所在位置的实际情况，选择布置三类监测站点中的一种，尤其对于没有市电的偏远地区，直接采用太阳能供电，既节约了能耗，也保证了对没有电的偏远地区的卫星观测数据的收集；在无网络覆盖的偏远地区，采用卫星通信网络进行通信连接，保证了对没有网络的偏远地区的卫星观测数据的收集，因此，可实现对监测区域全面的采集卫星观测数据，为地震预测提供有力保证。

附图说明

图1为本实用新型提供的天基信息应用地震观测系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

地震电磁探测卫星是我国立体地震观测体系第一个天基平台，开辟了我国地震监测预测的新途径。它能发挥空间对地观测的大动态、宽视角、全天候特点，搭载感应式磁力仪、高精度磁强计、电场探测仪、GNSS掩星接收机等8种载荷，通过获取全球电磁场、电离层等离子体、高能粒子观测数据，对周边区域开展电离层动态实时监测和地震前兆跟踪，弥补地面观测的不足。

以此为基础，为实现全面可靠的收集震前电磁磁场等天基信息，通过现象的异常情况来达到地震预测的目的，本实用新型提供了天基信息应用地震观测系统，可在各种地区采集卫星观测数据，参考图1，

包括第一类监测站点、第二类监测站点、第三类监测站点和云端服务器；

第一类监测站点布置于有市电有网络覆盖的监测区域，包括：第一三频天线、第一天线放大器、第一接收机、第一数据采集终端、第一市电供电电源和第一通信网络；第一三频天线依次通过第一天线放大器和第一接收机后，连接到第一数据采集终端的输入端；第一数据采集终端的输出端通过第一通信网络与云端服务器连接；第一市电供电电源分别与第一接收机和第一数据采集终端电性连接；第一通信网络为地面网或3/4G基站；

第二类监测站点布置于有市电没有网络覆盖的监测区域，包括：第二三频天线、第二天线放大器、第二接收机、第二数据采集终端、第二市电供电电源和第二通信网络；第二三频天线依次通过第二天线放大器和第二接收机后，连接到第二数据采集终端的输入端；第二数据采集终端的输出端通过第二通信网络与云端服务器连接；第二市电供电电源分别与第二接收机和第二数据采集终端电性连接；第二通信网络为卫星通信网络；

第三类监测站点布置于没有市电没有网络覆盖的监测区域，包括：第三三频天线、第三天线放大器、第三接收机、第三数据采集终端、第三供电电源和第三通信网络；第三三频天线依次通过第三天线放大器和第三接收机后，连接到第三数据采集终端的输入端；第三数据采集终端的输出端通过第三通信网络与云端服务器连接；第三供电电源分别与第三接收机和第三数据采集终端电性连接；其中，第三通信网络为卫星通信网络；第三供电电源为太阳能供电电源。

因此，根据地震监测区域的地理环境实际情况，采用多站法进行数据采集，提高数据的精度和预测的准确性。通过分析实际建站环境，系统分为三种站型，具体条件如下：

1)有电有网覆盖：该站型采用市电供电，通过地面网或3/4G基站进行数据传输，实现数据上传云端；

2)有电但网络尚未覆盖的地区：该站型采用市电供电，由于拉设地面网费用较高，所以通过搭建卫星通信站点实现此区域的数据传输；

3)无电无网络覆盖：如一些人烟稀少的偏远地区，采用太阳能进行供电，搭建卫星通信站点实现此区域的数据传输，实现数据上传云端，无人值守。

本系统在原有基础上进行升级改造，采用三频信标(tri-band beacon，简写TBB)探测技术对电离层结构进行探测，适应各种复杂环境，提高系统可靠性。系统工作在VHF频段、UHF频段、L频段三个频段，星上发射机通过三个频段实时输出频率稳定且相位相关的3个载波信号，通过搭载在卫星上的三频天线向预定覆盖区域辐射，位于地面的三频信标接收机跟踪锁定星载三频信标信号后，进行接收处理。

三频天线由三副独立天线组成，可接收VHF频段、UHF频段、L频段三个信号频段，采用正交馈电的正交偶极子天线，圆极化工作方式。三个波段的天线长度与各个波段的频率互相对应，天线最长的接收VHF波段信号，次之接收UHF波段信号，天线最短的接收L波段信号

具体的，本实用新型中，第一三频天线、第二三频天线和第三三频天线搭载在地震电磁探测卫星上面；第一接收机、第二接收机和第三接收机为地面接收机。第一三频天线、第二三频天线和第三三频天线的结构相同，均包括三副独立天线，各幅独立天线分别用于接收VHF频段、UHF频段和L频段；每个波段的天线长度与各个波段的频率互相对应，最长的天线为用于接收VHF频段信号的天线；最短的天线为用于接收L频段信号的天线；中间长度的天线为用于接收UHF频段信号的天线。

天线性能指标如下：

●接收频段：VHF(150MHz)、UHF(400MHz)、L(1067MHz)；

●天线增益：≥3dBi；

●波瓣宽度：≥120°；

●极化形式：圆极化；

●天线放大器：噪声系数：≤1.5dB；功率增益：≥30dB。

接收机：接收机首先通过UHF波段信号来接收锁定卫星。锁定卫星必须要求信号功率大于-130dBm。锁定后接收信号通过30dB的前置放大器到接收主机，将接收到的信号资料转化为二进制表示，分别记录该正交信号的实部和虚部。通过实部和虚部两路正交信号的强弱变化可知信号发射与接收的强弱变化情况，从而推断在信号传播路径上的变化情况，进而推断电离层对信号传播的影响。

接收机性能指标如下所示：

●接收频段：VHF(150.012MHz)、UHF(400.032MHz)、L(1067.752MHz)；

●灵敏度：≤-130dBm(含天线低噪放)；

●相位测量精度：≤6°(RMS，150MHz)；

●数据采样率：50Hz；

●外部接口：RS232；

●工作电压：220V，50Hz(市电)；

●环境温度：-20～50℃(工作)，-40～60℃(存储)；

●总重量：≤30KG(单台接收机，不含天线)。

太阳能供电电源：

太阳能供电电源包括：太阳能电池组件、充电控制器、储能蓄电池、逆变控制器；太阳能电池组件铺设于接收机的上方，太阳能电池组件的输出端通过充电控制器与储能蓄电池的充电接口连接；储能蓄电池的供电端通过逆变控制器与用电部件连接。

将太阳能电池组件铺设于接收机的上方，还可以同时对接收机起到防雨隔阳作用，延长接收机的使用时间。

另外，由于在某些寒冷的偏远地区，由于温度过低，会影响储能蓄电池的正常工作，因此，本实用新型还进行以下设计：

储能蓄电池的外部安装有加热外壳；太阳能电池组件的输出端通过开关器件与加热外壳的用电端连接；其中，在储能蓄电池的表面安装有温度检测传感器；温度检测传感器的输出端与加热控制器的输入端连接；加热控制器的控制端与开关器件连接。加热外壳为内置电阻丝的加热外壳。

其工作原理为：通过温度检测传感器实时检测储能蓄电池的表面温度，当温度过低时，加热控制器导通开关器件，使太阳能电池组件向电阻丝供电，从而提高储能蓄电池的表面温度，保证储能蓄电池的可靠工作。

本实用新型提供的天基信息应用地震观测系统具有以下优点：

根据监测站点所在位置的实际情况，选择布置三类监测站点中的一种，尤其对于没有市电的偏远地区，直接采用太阳能供电，既节约了能耗，也保证了对没有电的偏远地区的卫星观测数据的收集；在无网络覆盖的偏远地区，采用卫星通信网络进行通信连接，保证了对没有网络的偏远地区的卫星观测数据的收集，因此，可实现对监测区域全面的采集卫星观测数据，为地震预测提供有力保证。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种天基信息应用地震观测系统，其特征在于，包括第一类监测站点、第二类监测站点、第三类监测站点和云端服务器；

所述第一类监测站点布置于有市电有网络覆盖的监测区域，包括：第一三频天线、第一天线放大器、第一接收机、第一数据采集终端、第一市电供电电源和第一通信网络；所述第一三频天线依次通过所述第一天线放大器和所述第一接收机后，连接到所述第一数据采集终端的输入端；所述第一数据采集终端的输出端通过所述第一通信网络与所述云端服务器连接；所述第一市电供电电源分别与所述第一接收机和所述第一数据采集终端电性连接；所述第一通信网络为地面网或3/4G基站；

所述第二类监测站点布置于有市电没有网络覆盖的监测区域，包括：第二三频天线、第二天线放大器、第二接收机、第二数据采集终端、第二市电供电电源和第二通信网络；所述第二三频天线依次通过所述第二天线放大器和所述第二接收机后，连接到所述第二数据采集终端的输入端；所述第二数据采集终端的输出端通过所述第二通信网络与所述云端服务器连接；所述第二市电供电电源分别与所述第二接收机和所述第二数据采集终端电性连接；所述第二通信网络为卫星通信网络；

所述第三类监测站点布置于没有市电没有网络覆盖的监测区域，包括：第三三频天线、第三天线放大器、第三接收机、第三数据采集终端、第三供电电源和第三通信网络；所述第三三频天线依次通过所述第三天线放大器和所述第三接收机后，连接到所述第三数据采集终端的输入端；所述第三数据采集终端的输出端通过所述第三通信网络与所述云端服务器连接；所述第三供电电源分别与所述第三接收机和所述第三数据采集终端电性连接；其中，所述第三通信网络为卫星通信网络；所述第三供电电源为太阳能供电电源。

2.根据权利要求1所述的天基信息应用地震观测系统，其特征在于，所述第一三频天线、所述第二三频天线和所述第三三频天线搭载在地震电磁探测卫星上面；所述第一接收机、所述第二接收机和所述第三接收机为地面接收机。

3.根据权利要求1所述的天基信息应用地震观测系统，其特征在于，所述第一三频天线、所述第二三频天线和所述第三三频天线的结构相同，均包括三副独立天线，各幅独立天线分别用于接收VHF频段、UHF频段和L频段；每个波段的天线长度与各个波段的频率互相对应，最长的天线为用于接收VHF频段信号的天线；最短的天线为用于接收L频段信号的天线；中间长度的天线为用于接收UHF频段信号的天线。

4.根据权利要求1所述的天基信息应用地震观测系统，其特征在于，所述太阳能供电电源包括：太阳能电池组件、充电控制器、储能蓄电池、逆变控制器；

所述太阳能电池组件铺设于接收机的上方，所述太阳能电池组件的输出端通过所述充电控制器与所述储能蓄电池的充电接口连接；所述储能蓄电池的供电端通过所述逆变控制器与用电部件连接。

5.根据权利要求4所述的天基信息应用地震观测系统，其特征在于，所述储能蓄电池的外部安装有加热外壳；所述太阳能电池组件的输出端通过开关器件与所述加热外壳的用电端连接；其中，在所述储能蓄电池的表面安装有温度检测传感器；所述温度检测传感器的输出端与加热控制器的输入端连接；所述加热控制器的控制端与所述开关器件连接。

6.根据权利要求5所述的天基信息应用地震观测系统，其特征在于，所述加热外壳为内置电阻丝的加热外壳。