专利名称：便携式窄带卫星通信设备及其控制方法
技术领域：
本发明涉及通信领域，具体地，涉及ー种便携式窄带卫星通信设备及其控制方法。
背景技术：
当突发公共事件发生时，突发事件的现场一般不具备通信能力，或出现公众网的通信拥堵等问题，严重影响了救援工作开展进行的速度，加大了事故的损失。为了保证各个相关职能部门能快速反应、正确决策并准确处理，有效降低事件 造成的损失及伤害，必须要全方位充分了解事件现场情况，并与现场指挥部进行实时充分沟通，以利于应急指挥中心组织调动合适的资源，采取有效的减小事故伤害等的应对措施，把损失降至最低。卫星通信系统是ー种依托卫星通信链路为基础的通信指挥调度系统。卫星通信系统由于具有三维无缝覆盖能力、独特灵活的普遍服务能力、覆盖区域的可移动性、广域复杂网络构成能力、广域Internet交互连接能力，以及特有的广域广播与多播能力，可以无地域限制的解决突发性事件现场的通信保障问题，并可建立现场作战指挥部，指挥和协调救援工作的开展及进行。卫星通信系统作为ー种方便、快捷、机动性强、覆盖地域广、通信距离远、链路稳定的通信手段，日益体现出其它通信手段在机动通信中无法比拟的巨大优势，在安全生产、环保、消防、公安、气象、人防、电カ等行业得到广泛应用。卫星通信系统的建设能够满足救援部门的相关需要，是应对及处理各种生产性突发公共事件的高技术装备。应急使用时，相关人员携帯便携式卫星通信装置赶到事件现场，天线展开对星后即可与指挥中心建立连接。便携式卫星通信装置在现场将图像、语音、数据传送到指挥中心、相关地市指挥中心的地面通信小站以及其它的便携式卫星通信装置。各便携式卫星通信装置之间可以同时传送信息，也可以与指挥中心或其它地市指挥中心进行多方视频会商。本发明的目的在于提供一种携带方便、操作简单、快速部署，能够满足应急音视频通信使用的便携式窄带卫星通信设备。
发明内容
本发明提供一种便携式窄带卫星通信设备，包括室外単元(ODU)和室内単元(IDU);其特征在于ODU包括低噪声下变频器(LNB)、上变频功率放大器(BUC)、连接线缆、收发共用天线、图像采集设备；IDU包括IDU小站、视频编码器、用户操作面板、寻星装置、语音接入网关、功分器、电源系统；用户操作面板设置于背负机箱(13)的前侧面板上，前侧面板的两端还设置有提手
(11)；用户操作面板上设置有设备开关(10)，显示屏(12)，状态指示灯(24)，充电接ロ(18)，网络接ロ(19)，视频接ロ(28)，电话接ロ(20)以及扩展接ロ(29，30)；
电源系统为内置于背负机箱(13)内的高性能可充电锂电池组，以保证便携式窄带卫星通信设备在有无市电的情况下均可正常工作，电源系统与充电接ロ相连接；IDU小站内置于背负机箱(13)内，用于实现卫星信号的调制与解调，以及与其他卫星通信设备进行组网；语音接入网关集成在背负机箱(13)中，输入端与IDU小站的网ロ输入端相连，输出端延伸至用户操作面板的电话接ロ，与IP话机相连接实现语音通信；视频编码器集成在显示屏的后端，用于将采集到的视频信息进行编码，一端通过用户操作面板上的视频接ロ(28)与图像采集设备相连接，另一端连接至IDU小站的网ロ输入端;显示屏与寻星装置相连接，用于显示俯仰角、方位角、极化角和信标强弱信息；寻星装置中包含GPS模块和信标接收机，存储装置以及处理器； GPS模块根据当地GPS信息和某地球同步轨道卫星位置信息，通过实时计算，转换成天线面对星的俯仰角和方位角显示在液晶屏上；信标接收机用于接收中国境内卫星信标；并可对信标接收机的接收频率进行更改；收发共用天线中(14)包含发射天线(I)和接收天线(2)，均采用缝隙阵列天线的形式；BUC (3)集成在收发共用天线中发射天线部分的背面，LNB (4)集成在收发共用天线中接收天线部分的背面； 收发共用天线(14)通过旋转关节(5 )与背负机箱(13 )连接；接收天线(2 )和发射天线(I)为可对折形式，在停止工作状态下可收合至背负机箱(13)的上方；旋转关节(5)固定收发共用天线后，可携帯收发共用天线一起进行旋转；俯仰调节装置(17)中包含旋转关节(5)，Z型多级格挡(7)，支撑杆(6)，细调节旋杆(8)；GPS天线设置于背负机箱(13)上表面；支撑柱(16)也设置于背负机箱(13)的上表面，当天线处于收合状态放置在背负机箱(13)上方时起支撑作用，避免压坏GPS天线、细调节旋杆(8)以及处于收合状态的俯仰调节装置(17)；状态指示灯(24)中包括工作指示灯，链路指示灯，电源报警灯以及充电指示灯等；电话接ロ(20)为一路或多路IP电话语音接ロ ；收发共用天线接收到通信卫星的下行信号后，通过LNB下变频后转换为中频信号，该中频信号经过功分器后一路被送至IDU小姑，该IDU小站将信号解调后传送给功能器件，另一路被送往信标接收机，用于检测当前接收的信号強度；上行方向数据业务经由功能器件被送往IDU小站调制后转换为中频信号，并经由BUC上变频功率放大器转换为射频信号，经由收发共用天线被送往通信卫星。优选地，当共用天线(14)使用完成后通过调节俯仰调节装置将收发共用天线
(14)收合至背负机箱(13)的上方；收合时，接收天线(2)位于发射天线(I)的上方，共用连接机构(21)将发射天线(I)与接收天线(2)相连接；俯仰调节装置(17)，支撑杆(6)平放于背负机箱(13)上方；处于收合状态的支撑杆(6)与细调节旋杆(8)通过推动连接件(23)连接。
优选地，俯仰调节装置(17)通过连接部件(22)与背负机箱(13)上表面后边缘连接；俯仰调节装置(17)能够绕连接部件(22)背负机箱(13)上表面后边缘转动；支撑杆(6)能够以推动连接件(23)为支点在背负机箱(13)上表面转动；当俯仰调节装置(17)上安装有收发共用天线时，支撑杆(6)转到合适的位置并插入到Z型多级格挡(7)的合适的档位中，起支撑作用；Z型多级格挡(7)外部轮廓呈现梯形结构，Z型多级格挡(7)的上平行边与旋转关节(5)相连接，下平行边固定在背负机箱(13)的上表面后边缘；Z型多级格挡(7)中有多条呈Z字形的格挡，供支撑杆(6)插入。优选地，共用连接机构(21)为合页或铰链。优选地,发射天线和接收天线的尺寸均为590mmX590mm,天线收发增益为38dBi。优选地，功能器件为语音接入网关或视频编码器优选地，配备平板电脑，通过网络接ロ(RJ45)与背负机箱(13)相连接，实现音视频的传输。 根据本发明的另一方面，提供一种调节所述便携式窄带卫星通信设备的方法，其特征在于在天线水平方位角调节时，通过辅助定位装置找到正南方向，选择ー块平坦的地面用于展开便携式窄带卫星通信设备使用；将便携式窄带卫星通信设备展开后，收发共用天线面朝向南方，固定于旋转关节(5);根据显示屏显示出的对象角度结合指南针对方位角进行调整，调整时提起背负机箱提手(11 )，使重心落到背负机箱(13)后侧的支撑点(25)上，通过背负机箱(13)前侧的滚轮(26)实现方位角的调节；根据显示屏上的俯仰角度，通过将支撑杆(6)插入到Z型多级格挡(7)的合适的档位中，从而将收发共用天线的俯仰角粗调节到预定位置，然后通过旋转细调节旋杆(8)，调节支撑杆(6)与背负机箱(13)的支点实现对于俯仰角的微调，最終使天线准确对星；旋转旋转关节(5)以实现对于极化角的调整。根据本发明的另一方面，提供一种便携式窄带卫星通信设备的控制方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1101:设备开机；步骤1102 :寻星装置通过比较GPS模块获取的经纬度信息与保存在存储装置中的历史经纬度信息判断是否曾在该位置执行过任务；如果是，则进行步骤1103 ;如果否，则执行步骤1104 ；步骤1103 :调取存储在存储装置中的天线数据，并显示在操作面板的显示屏上，天线数据包括收发共用天线相对于某颗通信卫星的方位角、俯仰角和极化角的数据信息；继续执行步骤1105 ；步骤1104 :根据GPS模块提取的本地信息，计算出本地位置相对于某颗通信卫星的方位角和俯仰角，并显示在操作面板的显示屏上；继续执行步骤1106 ；步骤1105 :根据显示屏上的显示的方位角、俯仰角和极化角进行粗调对星；继续执行步骤1107 ；步骤1106 :根据显示屏上的显示的方位角、俯仰角进行粗调对星；继续执行步骤1107 ；步骤1107 :信标接收机使用第一带宽判断信号強度值，并显示在显示屏上；继续执行步骤1108 ；步骤1108 :根据显示屏上显示的信号强度值，细调方位角、俯仰角和极化角，直至信号強度值达到最大，记录该信号強度最大值；继续执行步骤1109 ；步骤1109 :收发共用天线通过上行链路将射频信号发送到通信卫星，并通过下行链路接收通信卫星发出的射频信号，下行链路接收到射频信号后，经过LNB下变频变换成中频信号，经过功分器后将一路信号传送到IDU小姑，另一路信号再次进入到信标接收机；继续执行步骤1110 ;步骤1110 :信标接收机检测当前接收的信号強度，判断信号强度是否下降到信号強度最大值的第一百分比阈值之下，如果否，则执行步骤1111 ;如果是，则执行步骤1112 ；步骤1111 :判断当前任务是否结束；如果是，则执行步骤1116 ;如果否，则执行
1109；步骤1112:在显示屏上显示告警信号，提示当前信号強度弱；继续执行步骤1113 ；步骤1113 :信标接收机使用第一带宽和第二带宽分别对当前信标点进行測量，并将测量值进行加权，判断信号强度是否下降到信号強度最大值的第二百分比阈值之下；如果是，则执行步骤1114 ;如果否，则执行步骤1115 ；步骤1114 :重新选择ー颗卫星计算，计算出本地位置相对于该颗通信卫星的方位角和俯仰角，并显示在操作面板的显示屏上；继续执行1107 ；步骤1115 :信标接收机使用第一带宽和第二带宽分别对当前信标点进行測量，并将测量得到的信号強度值进行加权，将加权后的信号強度值显示在显示屏上；继续执行步骤 1108 ；步骤1116 :结束当前任务，存储装置保存执行此次任务的本地信息已经天线数据，系统关闭程序，设备停止运转后将便携式窄带卫星通信设备收合。优选地，其中的第一百分比阈值和第二百分比阈值由操作人员进行预先设定，第ニ百分比阈值低于第一百分比阈值；第一带宽和第二带宽也由操作人员进行预先选定，第二带宽大于第一带宽。优选地，选用多于两种的不同的带宽进行測量，在对测量得到的信号強度值进行加权时，根据带宽的宽度决定加权因子，带宽越宽，所对应的加权因子越大。根据本发明的便携式窄带卫星通信设备具有结构紧凑、携帯方便、操作简单、部署快捷、通信干扰小与保密性好等特点。
图I为根据本发明ー个实施例的便携式窄带卫星通信设备组成示意图。图2-A为本发明一个实施例的阵列接收天线示意图。图2-B为本发明一个实施例的阵列发射天线示意图。图3为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备示意图。图4为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备收合状态示意图。图5为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的俯仰调节装置处于收合状态时的示意图。
图6-A为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的水平旋转示意图。图6-B为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的设备底板示意图。图7-A为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的俯仰调整示意图。图7-B为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的俯仰调整细节示意图。图8为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的极化角调整示意图。图9为本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备的工作原理图。图10为本发明一个实施例的寻星装置工作原理图。
图Il-A和Il-B为本发明一个实施例中的便携式窄带卫星通信设备的控制方法的流程图。
具体实施例方式图I为根据本发明ー个实施例的便携式窄带卫星通信设备组成。如图所示，根据本发明的一个实施例的便携式窄带卫星通信设备包括室外単元(ODU)和室内単元(IDU)。ODU包括低噪声下变频器(LNB)、上变频功率放大器(BUC)、连接线缆、收发共用天线、图像采集设备等。IDU包括IDU小站、视频编码器、用户操作面板、寻星装置、语音接入网关、功分器、电源系统等。电源系统可以是内置的高性能可充电锂电池组，以保证便携式窄带卫星通信设备在有无市电的情况下均可正常工作。根据本发明一个实施例的便携式窄带卫星通信设备，在配备25Ah的锂电池的情况下，经过理论计算，锂电池组可以满足设备约3小时正常工作。同时电源系统还配有低电量警告，充电提示，输出稳压电路等措施，有利于设备更加稳定的运行。设备各主要部件功耗详见下表表I-各主要部件功耗表
权利要求
1.一种便携式窄带卫星通信设备，包括室外単元(ODU)和室内単元(IDU);其特征在于 ODU包括低噪声下变频器(LNB)、上变频功率放大器(BUC)、连接线缆、收发共用天线、图像采集设备； IDU包括IDU小站、视频编码器、用户操作面板、寻星装置、语音接入网关、功分器、电源系统； 用户操作面板设置于背负机箱(13)的前侧面板上，前侧面板的两端还设置有提手(11)； 用户操作面板上设置有设备开关(10)，显示屏(12)，状态指示灯(24)，充电接ロ(18)，网络接ロ(19)，视频接ロ(28)，电话接ロ(20)以及扩展接ロ(29，30)； 电源系统为内置于背负机箱(13)内的可充电锂电池组，以保证便携式窄带卫星通信设备在有无市电的情况下均可正常工作，电源系统与充电接ロ相连接； IDU小站内置于背负机箱(13)内，用于实现卫星信号的调制与解调，以及与其他卫星通信设备进行组网； 语音接入网关集成在背负机箱(13)中，输入端与IDU小站的网ロ输入端相连，输出端延伸至用户操作面板的电话接ロ，与IP话机相连接实现语音通信； 视频编码器集成在显示屏的后端，用于将采集到的视频信息进行编码，一端通过用户操作面板上的视频接ロ(28)与图像采集设备相连接，另一端连接至IDU小站的网ロ输入端; 显示屏与寻星装置相连接，用于显示俯仰角、方位角、极化角和信标强弱信息； 寻星装置中包含GPS模块和信标接收机，存储装置以及处理器； GPS模块根据当地GPS信息和某地球同步轨道卫星位置信息，通过实时计算，转换成天线面对星的俯仰角和方位角显示在液晶屏上； 信标接收机用于接收中国境内卫星信标；并可对信标接收机的接收频率进行更改；收发共用天线中(14)包含发射天线(I)和接收天线(2)，均采用缝隙阵列天线的形式；BUC (3)集成在收发共用天线中发射天线部分的背面，LNB (4)集成在收发共用天线中接收天线部分的背面； 收发共用天线(14 )通过旋转关节(5 )与背负机箱(13 )连接；接收天线(2 )和发射天线(O为可对折形式，在停止工作状态下可收合至背负机箱(13)的上方； 旋转关节(5)固定收发共用天线后，可携帯收发共用天线一起进行旋转； 俯仰调节装置(17)中包含旋转关节(5)，Z型多级格挡(7)，支撑杆(6)，细调节旋杆(8)； GPS天线设置于背负机箱(13)上表面；支撑柱(16)也设置于背负机箱(13)的上表面，当天线处于收合状态放置在背负机箱上方时起支撑作用，避免压坏GPS天线、细调节旋杆(8)以及处于收合状态的俯仰调节装置(17)； 状态指示灯(24)中包括工作指示灯，链路指示灯，电源报警灯以及充电指示灯；电话接ロ(20)为一路或多路IP电话语音接ロ ； 收发共用天线接收到通信卫星的下行信号后，通过LNB下变频后转换为中频信号，该中频信号经过功分器后一路被送至IDU小姑，该IDU小站将信号解调后传送给功能器件，另一路被送往信标接收机，用于检测当前接收的信号強度；上行方向数据业务经由功能器件被送往IDU小站调制后转换为中频信号，并经由BUC上变频功率放大器转换为射频信号，经由收发共用天线被送往通信卫星。
2.如权利要求I的便携式窄带卫星通信设备，其特征在于 当收发共用天线(14)使用完成后通过调 节俯仰调节装置(17)将收发共用天线(14)收合至背负机箱(13)的上方；收合时，接收天线(2)位于发射天线(I)的上方，共用连接机构(21)将发射天线(I)与接收天线(2)相连接；俯仰调节装置(17)，支撑杆(6)平放于背负机箱(13)上方；处于收合状态的支撑杆(6)与细调节旋杆(8)通过推动连接件(23)连接。
3.如权利要求2的便携式窄带卫星通信设备，其特征在于 俯仰调节装置(17)通过连接部件(22)与背负机箱(13)上表面后边缘连接；俯仰调节装置(17)能够绕连接部件(22)背负机箱(13)上表面后边缘转动；支撑杆(6)能够以推动连接件(23)为支点在背负机箱(13)上表面转动；当俯仰调节装置(17)上安装有收发共用天线时，支撑杆(6)转到合适的位置并插入到Z型多级格挡(7)的合适的档位中，起支撑作用；Z型多级格挡(7)外部轮廓呈现梯形结构，Z型多级格挡(7)的上平行边与旋转关节(5)相连接，下平行边固定在背负机箱(13)的上表面后边缘；Z型多级格挡(7)中有多条呈Z字形的格挡，供支撑杆(6)插入。
4.如权利要求1-3任一的便携式窄带卫星通信设备，其特征在于 共用连接机构(21)为合页或铰链。
5.如权利要求1-3任一的便携式窄带卫星通信设备，其特征在于 发射天线和接收天线的尺寸均为590mmX590mm,天线收发增益为38dBi。
6.如权利要求1-3任一的便携式窄带卫星通信设备，所述功能器件为语音接入网关或视频编码器； 并且进一歩地，配备平板电脑，通过网络接ロ(RJ45)与背负机箱(13)相连接，实现音视频的传输。
7.—种对如权利要求3所述的便携式窄带卫星通信设备进行调节的方法，其特征在于 在天线水平方位角调节时，通过辅助定位装置找到正南方向，选择ー块平坦的地面用于展开便携式窄带卫星通信设备使用；将便携式窄带卫星通信设备展开后，收发共用天线面朝向南方，固定于旋转关节(5);根据显示屏显示出的对象角度结合指南针对方位角进行调整，调整时提起背负机箱提手(11)，使重心落到背负机箱(13)后侧的支撑点(25)上，通过背负机箱(13)前侧的滚轮(26)实现方位角的调节； 根据显示屏上的俯仰角度，通过将支撑杆(6)插入到Z型多级格挡(7)的合适的档位中，从而将收发共用天线的俯仰角粗调节到预定位置，然后通过旋转细调节旋杆(8)，调节支撑杆(6)与背负机箱(13)的支点实现对于俯仰角的微调，最終使天线准确对星； 旋转旋转关节(5)以实现对于极化角的调整。
8.—种如权利要求I的便携式窄带卫星通信设备的控制方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1101 :设备开机； 步骤1102 :寻星装置通过比较GPS模块获取的经纬度信息与保存在存储装置中的历史经纬度信息判断是否曾在该位置执行过任务；如果是，则进行步骤1103 ;如果否，则执行步骤 1104 ； 步骤1103 :调取存储在存储装置中的天线数据，并显示在操作面板的显示屏上，天线数据包括收发共用天线相对于某颗通信卫星的方位角、俯仰角和极化角的数据信息；继续执行步骤1105 ； 步骤1104 :根据GPS模块提取的本地信息，计算出本地位置相对于某颗通信卫星的方位角和俯仰角，并显示在操作面板的显示屏上；继续执行步骤1106 ； 步骤1105 :根据显示屏上的显示的方位角、俯仰角和极化角进行粗调对星；继续执行步骤1107 ； 步骤1106:根据显示屏上的显示的方位角、俯仰角进行粗调对星；继续执行步骤·1107； 步骤1107 :信标接收机使用第一带宽判断信号强度值，并显示在显示屏上；继续执行步骤1108 ； 步骤1108 :根据显示屏上显示的信号强度值，细调方位角、俯仰角和极化角，直至信号強度值达到最大，记录·该信号強度最大值；继续执行步骤1109 ； 步骤1109 :收发共用天线通过上行链路将射频信号发送到通信卫星，并通过下行链路接收通信卫星发出的射频信号，下行链路接收到射频信号后，经过LNB下变频变换成中频信号，经过功分器后将一路信号传送到IDU小站，另一路信号再次进入到信标接收机；继续执行步骤1110 ； 步骤1110 :信标接收机检测当前接收的信号強度，判断信号强度是否下降到信号強度最大值的第一百分比阈值之下，如果否，则执行步骤1111 ;如果是，则执行步骤1112 ； 步骤1111 :判断当前任务是否结束；如果是，则执行步骤1116 ;如果否，则执行1109 ； 步骤1112 :在显示屏上显示告警信号，提示当前信号強度弱；继续执行步骤1113 ； 步骤1113 :信标接收机使用第一带宽和第二带宽分别对当前信标点进行測量，并将测量值进行加权，判断信号强度是否下降到信号強度最大值的第二百分比阈值之下；如果是，则执行步骤1114 ;如果否，则执行步骤1115 ； 步骤1114 :重新选择ー颗卫星计算，计算出本地位置相对于该颗通信卫星的方位角和俯仰角，并显示在操作面板的显示屏上；继续执行1107 ； 步骤1115 :信标接收机使用第一带宽和第二带宽分别对当前信标点进行測量，并将測量得到的信号強度值进行加权，将加权后的信号強度值显示在显示屏上；继续执行步骤1108； 步骤1116 :结束当前任务，存储装置保存执行此次任务的本地信息已经天线数据，系统关闭程序，设备停止运转后将便携式窄带卫星通信设备收合。
9.如权利要求8的便携式窄带卫星通信设备的控制方法，其特征在干， 其中的第一百分比阈值和第二百分比阈值由操作人员进行预先设定，第二百分比阈值低于第一百分比阈值； 第一带宽和第二带宽也由操作人员进行预先选定，第二带宽大于第一带宽。
10.如权利要求9的便携式窄带卫星通信设备的控制方法，其特征在干， 选用多于两种的不同的带宽进行測量，在对测量得到的信号強度值进行加权时，根据带宽的宽度决定加权因子，带宽越宽，所对应的加权因子越大。·
全文摘要
本发明涉及一种便携式窄带卫星通信设备，包括室内单元(IDU)和室外单元(ODU)，其中，所述室内单元(IDU)包括IDU小站、视频编码器、用户操作面板、寻星装置、语音接入网关、功分器和电源系统；所述室外单元(ODU)包括低噪声下变频器(LNB)、上变频功率放大器(BUC)、连接线缆、收发共用天线、图像采集设备；并且进一步地，配备平板电脑，通过网络接口(RJ45)与背负机箱相连接，实现音视频的传输。根据本发明的便携式窄带卫星通信设备具有结构紧凑、携带方便、操作简单、部署快捷、通信干扰小与保密性好等特点。
文档编号H04B7/185GK102843179SQ20121028695
公开日2012年12月26日 申请日期2012年8月13日 优先权日2012年8月13日
发明者杨旭 申请人:北京盈想东方科技发展有限公司