基于宽带卫星的天空地海一体化通信系统及实现方法与流程

1.本发明涉及互联网技术领域，尤其涉及一种基于宽带卫星的天空地海一体化通信系统及实现方法。


背景技术：

2.常规的海洋通信网络主要包括海上无线通信系统、海洋卫星通信系统和基于陆地蜂窝网络的岸基移动通信系统。由于这些通信系统的通信方式互不兼容、通信带宽高低不一、覆盖范围存在盲区、缺乏高效统一的管理机制，常规海洋通信网络越来越难满足日益增长的海洋数据传输和海上通信要求。目前，一些国家提出了集成海洋通信网络的概念，通过近岸的船舶/浮标与地面专用基站或蜂窝基站通过海上无线链路相连，远海的船舶/浮标通过卫星链路与海洋通信卫星相连，最后通过卫星和地面基站形成一个有效的海洋通信网络，以确保海上稳定、高效的通信服务。我国陆地公共移动通信系统发展极为迅猛，在近岸区域，岸基4g移动通信系统可作为海上无线通信和卫星通信的补充。同时，我国利用北斗卫星导航系统和海洋卫星通信系统作为远海通信的手段，但是没有一种很好的融合卫星、无人机、岸基、船舶之间的通信手段。
3.现有的海洋通信系统之间相互孤立，缺乏统一的协调管理机制，不能保障海上通信全覆盖、低成本、高速率传输。岸基无线通信系统存在覆盖范围有限，不能覆盖远海通信，通信距离受限等缺点；卫星通信系统可实现全天候全天时稳定的覆盖远海的通信服务，但缺点是成本高，同时还存在信息安全等问题；海上无线通信系统，如中频、高频、甚高频系统和船舶自动识别系统ais等，该通信方式存在的缺点是数据传输速率较低，同时随着通信距离的增加，数据传输速率越来越低，通信距离受限，无法进行远距离、全覆盖的海洋通信服务。


技术实现要素：

4.本发明针对上述问题，提出了一种基于宽带卫星的天空地海一体化通信系统及实现方法，基于宽带卫星通信传输网络、空陆海信息传输网络的发展现状和趋势，提出组合卫星数据传输网络、空中信息网络、海面信息网络、海岸信息网络等多维异构数据传输网络的海陆空天一体化自组织通信系统，保障海上视频、图片等数据有效回传，为海上应急监测、应急事故救援等通信传输提供有效手段。
5.本发明一方面提供了一种基于宽带卫星的天空地海一体化通信系统，包括一个自组网主节点、与自组网主节点连接的多个自组网分节点、与多个自组网分节点对应连接的多个海上智能采集设备、与多个自组网分节点对应连接的多个空中智能采集设备、与自组网主节点连接的宽带卫星设备、以及与宽带卫星设备连接的网络运行中心；
6.其中，多个海上智能采集设备和多个空中智能采集设备采集的数据通过各自组网分节点汇聚于自组网主节点，自组网主节点传输至宽带卫星设备，通过宽带卫星设备实时传至网络运行中心，网络运行中心将采集的数据上传至公共网络。
7.在一些实施例中，海上智能采集设备包括无人机拍摄设备、部署在船只的智能拍摄设备。
8.在一些实施例中，智能拍摄设备通过poe交换机与自组网分节点连接。
9.在一些实施例中，空中智能采集设备包括搭载双光视频吊舱或高光谱吊舱的无人机。
10.在一些实施例中，宽带卫星设备包括卫星、与卫星联通的地面卫星便携站和地面信关站，地面卫星便携站接收自组网主节点传输的采集数据并传输至卫星，地面信关站接收卫星传输的采集数据并传至网络运行中心。
11.在一些实施例中，系统还包括pc终端，与网络运行中心连接用于系统通信诊断与观测。
12.本发明另一方面提供了一种实现基于宽带卫星的天空地海一体化通信系统的方法，包括搭建基于宽带卫星的天空地海一体化通信系统，包括：
13.搭建包括多个海上智能采集设备、与多个海上智能采集设备对应连接的多个自组网分节点、与多个自组网分节点连接的自组网主节点的海上自组网信息传输网；
14.搭建包括多个空中智能采集设备、与多个空中智能采集设备对应连接的多个自组网分节点、与多个自组网分节点连接的自组网主节点的空基信息传输网；
15.搭建包括宽带卫星设备与网络运行中心的天基数据传输网；
16.融合海上自组网信息传输网、空基信息传输网、以及天基数据传输网，将多个海上智能采集设备和多个空中智能采集设备采集的数据通过各自组网分节点汇聚于自组网主节点，自组网主节点传输至宽带卫星设备，通过宽带卫星设备实时传至网络运行中心，网络运行中心将采集的数据上传至公共网络。
17.在一些实施例中，方法还包括搭建pc终端与网络运行中心、自组网主节点、海上智能采集设备、空中智能采集设备中的一个或多个的通信连接。
18.本发明旨在融合天基、空基、海上、海岸的一体化自组网通信系统，基于宽带卫星和自组网通信技术，搭建融合通信网络系统，弥补目前深远海通信存在的低覆盖、通信手段缺乏、数据传输困难等问题，为海洋远距离、高速率、低成本、广覆盖的通信传输提供新方法。本发明融合了宽带卫星通信、自组网通信技术，搭建天空地海一体化的海洋自组网通信网络，实现海上、海岸、空中、天基全方位立体化通信，基于高通量卫星的高速率、广覆盖传输优势和自组网通信的灵活部署优势，为海洋通信提供了新技术和新手段，可实现海洋远距离、广覆盖、高速率的视频、图像等数据传输。
附图说明
19.图1是本发明实施例的基于宽带卫星的天空地海一体化通信系统结构图；
20.图2是本发明实施例的宽带卫星设备结构示意图。
具体实施方式
21.为进一步对本发明的技术方案作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的步骤。
22.本发明的基于宽带卫星的天空地海一体化通信系统结构图如图1所示，包括一个
自组网主节点104、与自组网主节点104连接的多个自组网分节点103、与多个自组网分节点103对应连接的多个海上智能采集设备101、与多个自组网分节点103对应连接的多个空中智能采集设备102、与自组网主节点104连接的宽带卫星设备105、以及网络运行中心106；其中多个海上智能采集设备101和多个空中智能采集设备102采集的数据通过各自组网分节点103汇聚于自组网主节点104，自组网主节点104传输至宽带卫星设备105，通过宽带卫星设备105实时传至网络运行中心106，网络运行中心106将采集的数据上传至公共网络。
23.在一些实施例中，海上智能采集设备101包括但不限于无人机拍摄设备、部署在船只的智能拍摄设备。
24.在一些实施例中，智能拍摄设备通过poe交换机与自组网分节点连接。
25.在一些实施例中，空中智能采集设备102包括但不限于搭载双光视频吊舱或高光谱吊舱的无人机。
26.在一些实施例中，如图2所示，宽带卫星设备105包括卫星1051、与卫星1051联通的地面卫星便携站1052和地面信关站1053，地面卫星便携站1052接收自组网主节点104传输的采集数据并传输至卫星1051，地面信关站1053接收卫星1051传输的采集数据并传至网络运行中心106，优选的，卫星为ka频段宽带卫星中星16号。
27.在一些实施例中，系统还包括pc终端107，用于系统通信诊断与观测，包括但不限于主节点处连接配置pc终端107以观察主分节点单元的“link”灯的颜色变化、通过pc终端107ping网络运行中心核心交换机网关、通过pc终端107进行账号登陆，测试卫星小站上行/下行速率等。
28.本发明另一方面实现了基于宽带卫星的天空地海一体化通信系统的方法，包括搭建基于宽带卫星的天空地海一体化通信系统，包括：
29.搭建包括多个海上智能采集设备101、与多个海上智能采集设备101对应连接的多个自组网分节点103、与多个自组网分节点103连接的自组网主节点104的海上自组网信息传输网；
30.搭建包括多个空中智能采集设备102、与多个空中智能采集设备102对应连接的多个自组网分节点103、与多个自组网分节点103连接的自组网主节点104的空基信息传输网；
31.搭建包括宽带卫星设备105与网络运行中心106的天基数据传输网；
32.融合海上自组网信息传输网、空基信息传输网、以及天基数据传输网，将多个海上智能采集设备101和多个空中智能采集设备采集102的数据通过各自组网分节点103汇聚于自组网主节点104，自组网主节点104传输至宽带卫星设备105，通过宽带卫星设备105实时传至网络运行中心106，网络运行中心106将采集的数据上传至公共网络。
33.在一些实施例中，方法还包括搭建pc终端与网络运行中心106、自组网主节点104、海上智能采集设备101，空中智能采集设备102中的一个或多个的通信连接。
34.在一个具体实施例中，为实现海上远距离、高速率、广覆盖的通信传输，基于宽带卫星的自组织传输网络通讯系统的实现，主要步骤包括4个部分。
35.步骤一、搭建海上自组网信息传输网，利用部署的海上自组网信息传输网传输岸基(海岛)、船、无人机等采集数据，并汇聚于自组网主节点104，可通过pc终端进行观测。具体搭建过程包括：
36.步骤1、确认测试设备如电源、专用检测设备齐全，相关测试电缆连接正确；
37.步骤2、配置自组网设备主分节点：位于岸基(海岛)自组网设备为自组网主节点，位于船上、无人机等处的三个自组网设备为自组网分节点；
38.步骤3、自组网分节点和主节点单元分别加电，在主节点处连接配置pc终端，观察主分节点单元的“link”灯的颜色变化；
39.步骤4、配置海上智能采集设备，包括但不限于高清摄像机和智能双光视频吊舱，设置ip地址、分辨率、速率等；
40.步骤5、观察主分节点单元的“link”灯是否变成蓝色，判断主分节点链接建立是否成功；
41.步骤6、在岸基(海岛)主节点端使用已配置的pc终端分别实时查看位于船上的高清摄像机、无人机上智能双光视频吊舱的视频，观察各路视频是否能够通过主节点实时查看，同时观察视频传输是否流畅；
42.步骤7、高清摄像机直对秒表，地面显示屏通过无线链路能实时显示秒表画面，拍照捕捉秒表与显示屏画面。
43.步骤二、搭建空基信息传输网，其中空中智能采集设备能够自主完成航线飞行，能够同时搭载智能双光视频吊舱或高光谱吊舱，能够通过自组网络，将采集的智能双光视频吊舱数据传送回地面接收系统，并通过自组网网络传输至远程pc终端进行视频的显示。优选的空中智能采集设备为搭载双光视频吊舱或高光谱吊舱的无人机。具体搭建过程包括：
44.步骤1、将无人机搭载智能双光视频吊舱；
45.步骤2、对所有在网设备及无人机系统进行设备加电，配置自组网信息传输网络，通过私网访问智能双光视频吊舱，确认连通后将无人机放置于起飞点；
46.步骤3、通过无人机地面站对飞行航线进行规划，并上传至无人机；
47.步骤4、按规划航线执行无人机飞行任务；
48.步骤5、打开地面pc终端在私网环境下观测双光数据采集效果；
49.步骤6、飞机降落后，更换无人机载荷为高光谱载荷，并对无人机系统进行设备加电，并检查高光谱载荷是否正常保存数据；
50.步骤7、上传已规划的航线，并启动无人机飞行；
51.步骤8、航线任务结束，降落无人机。
52.步骤三、搭建基于高通量卫星的天基数据传输网，使天基数据传输网通过中星16号卫星ka宽带卫星，实现对其所在场景的互联网连通作用，将对各个场景下采集设备所采集的数据传输至公网。具体搭建过程包括：
53.步骤1、将包括卫星、与卫星联通的地面卫星便携站和地面信关站的宽带卫星设备与网络运行中心进行设备与仪器连接；
54.步骤2、使用totalnms网管配置完成地面卫星便携站建立；
55.步骤3、登陆pc终端web配置界面，配置完成终端参数的配置，包括网络状态经纬度，接收频率，接收符号率，波束id，sfs id，buc,登陆模式，10mhz参考，链路时延以及lnb供电开关等，检查配置完成后显示的参数与配置的参数是否一致，并执行上线操作；
56.步骤4、上线成功后，通过pc终端ping网络运行中心核心交换机网关；
57.步骤5、卫星链路连通性验证通过后，通过pc终端进行账号登陆，测试卫星小站上行/下行速率。
58.步骤四、融合海上自组网、空基、天基的融合通信系统搭建，将无人机、摄像机等在、船、岸基(海岛)等多种场景采集设备采集的数据通过自组网信息传输网络进行传输至宽带卫星设备，通过宽带卫星设备实时传至网络运行中心，网络运行中心将采集的数据上传至公共网络，并可实时回传至海洋管理中心。具体搭建过程包括：
59.步骤1、将自组网设备上电，pc终端通过管理ip分别登录自组网设备，配置主节点、分节点、传输带宽、发射功率等参数，配置完成后通过观察各发射节点列表中的信号强度验证自组网设备间的连通性；
60.步骤2、将自组网设备与ka宽带卫星调制解调器通过网线进行物理连接，设置相关参数，利用网络运行中心后端的pc终端ping自组网主节点后端设备；
61.步骤3、配置各海上智能采集设备、空中智能采集设备的高清摄像机ip地址及码流等参数后，通过网线与自组网分节点进行连接；利用网络运行中心后端的pc终端ping高清摄像机；
62.步骤4、任意设备通过互联网访问高清摄像机所映射的公网地址，实现公网访问高清摄像机回传图像。
63.通过以上步骤，完成整个天空地海一体化的海洋自组网融合通信系统搭建，实现海上远距离、高速率、广覆盖的海洋观测数据传输、获取和采集。
64.本发明提出的一种基于宽带卫星的天空地海一体化海洋自组网通信系统，针对海洋通信难、数据传输难等问题，基于宽带卫星通信传输网络、空陆海信息传输网络的发展现状和趋势，提出组合卫星数据传输网络、空中信息网络、海面信息网络、海岸信息网络等多维异构数据传输网络的海陆空天一体化海洋自组织通信系统，保障海上视频、图片等数据有效回传，为海上应急监测、应急事故救援等通信传输提供有效手段；通过天基、空基、岸基和海上自组织通信传输网络的结合，满足大部分海上移动载体的不同通信要求，且表现出技术成熟度高、资源安全可控，可行性良好的技术体系；本发明基于宽带卫星和自组网通信技术，搭建融合通信网络系统，弥补目前深远海通信存在的低覆盖、通信手段缺乏、数据传输困难等问题；搭建天空地海一体化的海洋自组网通信网络，实现海上、海岸、空中、天基全方位立体化通信，基于高通量卫星的高速率、广覆盖传输优势和自组网通信的灵活部署优势，为海洋通信提供了新技术和新手段，可实现海洋远距离、广覆盖、高速率的视频、图像等数据传输。
65.在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的步骤、方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种步骤、方法所固有的要素。
66.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。