一种基于图像传输的卫星通信应急指挥系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种基于图像传输的卫星通信应急指挥系统，分为地面指挥中心站，应急卫星通信车和便携式卫星通信站。该系统综合了星状、网状通信功能，信息采集系统将采集到的信息可通过有线或单兵方式与，应急卫星通信车互联，再通过卫星与地面指挥中心站相连；卫星通信系统无法正常工作的情况下，也可通过单兵无线接入，进行实时的图像采集，地面指挥中心站对应急卫星通信车和便携式卫星通信站实现直接的指挥调度。应急卫星通信车的信息通过卫星链路落地后通过现有电子攭务网接入上级应急平台，主要在应用层采用IP协议与上级应急平台互联。
【专利说明】
一种基于图像传输的卫星通信应急指挥系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种卫星通信应急指挥系统，具有卫星通信、图像传输和防控指挥的功能，属于卫星通信技术领域。
【背景技术】
[0002]目前，政府、行业和民用应急通信的需求不断提高，基于卫星通信的应急通信技术也在不断发展，但目前现有的技术存在以下问题:图像传输质量不高，偏僻区域无法覆盖、传输数据单一、不能快速传达上级指示等。本实用新型可弥补以上技术的不足，在通过充分应用卫星通信、图像处理、传输技术以及计算机等现代高新技术的基础上，建设一个具有技术先进、性能稳定、质量可靠、灵便实用的防汛应急通信系统。
【实用新型内容】
[0003]实用新型目的:针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种可实现实时的、无损图像传输的、综合了星状、网状通信功能的卫星通信应急指挥系统。
[0004]技术方案:一种基于图像传输的卫星通信应急指挥系统，包括地面指挥中心站、应急卫星通信车和便携式卫星通信站。该系统综合了星状、网状通信功能，应急卫星通信车通过有线或单兵方式与信息采集系统互联，信息采集系统将采集到的信息传输给应急卫星通信车;信息采集系统通过卫星与地面指挥中心站相连，将采集到的信息传输给地面指挥中心站;应急卫星通信车无法正常工作的情况下，也可通过单兵无线接入，进行实时的图像采集，地面指挥中心站与应急卫星通信车和便携式卫星通信站之间通过卫星链路互联，可实现对应急卫星通信车和便携式卫星通信站的指挥调度。应急卫星通信车的信息通过卫星链路落地后通过现有电子政务网接入上级应急平台，主要在应用层采用IP协议与上级应急平台互联。
[0005]其中:应急卫星通信车包括动中通天线、视频矩阵、视频会议终端、卫星通信机、电话机、路由交换机、VOIP处理模块、JoMobile Net车载设备和JoMobile Net单兵背负式远端设备。车载摄像机摄取的图像和声音输入给视频矩阵处理(高清部分通过视频切换台切换)，再输入到视频会议终端进行数字压缩编码，编码输出的信号通过路由交换机一起传送到卫星通信机，经过功率放大器放大后，由动中通天线实时传送到地面指挥中心站。卫星通信机通过路由交换机接入车内局域网和卫星链路，与地面指挥中心站建立通信链路，使各种视音频数据在卫星通信系统中双向传输。
[0006]电话机通过VOIP处理模块(也称VOIP设备)与车内局域网连接，实现与地面指挥中心站的实时语音连接。
[0007]应急卫星通信车无法正常工作的情况下，也可通过无线单兵接入，由工作人员携带一个JoMobile Net单兵背负式远端设备完成对指定位置的随机无线图像监控，可随时完成对指定位置的随机无线图像监控，地面指挥中心站配备I套JoMobile Net中心站设备，实现对指定区域的覆盖;应急卫星通信车配备I台JoMobile Net车载设备，完成单向图像、双向语音及数据到JoMobile Net中心站的传输；工作人员配备I个JoMobile Net单兵背负式远端设备，完成现场图像、语音信号到应急卫星通信车的传输，并通过应急卫星通信车配备的JoMobile Net车载设备，将现场图像、语音信号回传至JoMobile Net中心站。
[0008]地面指挥中心站系统包含地面卫星天线、路由交换设备、VOIP处理设备、DVB-S2调制器、ODU(包括功率放大器和低噪声放大变频器)、视频会议终端、JoMobile Net中心站设备、电脑、电话机等;在地面指挥中心站中地面卫星天线通过同轴电缆与低噪声ODU(包括功率放大器和低噪声放大变频器)连接，ODU(包括功率放大器和低噪声放大变频器)通过同轴电缆与DVB-S2调制器连接，视频会议终端、JoMobile Net中心站设备、电脑、电话(经VOIP处理设备)均通过网线与交换机连接。接收视音频信号时，卫星下行信号经地面卫星天线接收后由ODU进行放大和变频，将信号变换为950 — 1450MHz。然后通过射频电缆送至DVB-S2调制器，然后经路由交换设备传输到电脑监控设备。
[0009]应急卫星通信车的图像、会议音频视频数据都需要通过卫星通信传输至地面指挥中心站转换为模拟信号，然后经过编解码器进行二次编解码后通过电子政务网络接入上级应急平台。数据:应急卫星通信车的视音频信号经卫星链路传输到地面指挥中心站后通过交换机的转换和电子政务网接入上级应急平台。话音:应急卫星通信车的电话数据通过卫星通信和地面指挥中心站的语音网关转换为El信号，然后通过公用电话网络，接入上级应
^ I 口 O
[0010]语音通信网络拓扑结构为星型，即应急卫星通信车的所有电话信息均通过地面指挥中心站网关和电话交换机转入到地面专网或公网，而应急卫星通信车和地面指挥中心站之间的通信则由地面指挥中心站的路由交换设备进行呼叫处理并经路由器进行路由选择和转发，电话交换机不介入卫星站之间的路由选择和话音信息转发。卫星网内的电话号码和IP地址之间的映射、呼叫路由选择等由地面指挥中心站的路由交换完成。
[0011]便携式卫星通信站包括1.2米Ku频段便携天线、上变频功率放大器、低噪声放大器、调制解调器、电脑、路由交换机，便携天线接收到来自应急卫星通信车的信号，经上变频功率放大器和低噪声放大器放大和变频，然后通过调制解调器进行解调，经路由减缓及传输到电脑显示。便携式卫星通信站作为地面指挥中心站的备份，在地面站天线因为雨衰不能充分满足工作要求时，便携式卫星通信站可通过增加天线口径，增加系统抗雨衰能力，并且可快速到达现场，单独完成卫星组网通信的功能。
[0012]可快速到达现场，单独完成卫星组网通信的功能。
[0013]本实用新型采用上述技术方案，具有以下有益效果:
[0014]1、解决地处偏僻监测站及公网覆盖能力不足地区信息传输，不受地理环境的限制。
[0015]2、能够实时、快速、稳定的传输信息，及时传达上级指示。
[0016]3、解决低速数据的单一通信服务的问题，能够满足综合业务需求，适应工作新的形势。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的逻辑结构图。
[0018]图2是本实用新型的具体实施系统拓扑图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0020]基于图像传输的卫星通信应急指挥系统，是一种可实现实时的、无损图像传输的、综合了星状、网状通信功能的卫星通信应急指挥系统。如图1所示，基于图像传输的卫星通信应急指挥系统包括地面指挥中心站，应急卫星通信车和便携式卫星通信站。该系统综合了星状、网状通信功能，应急卫星通信车通过有线或单兵方式与信息采集系统互联，信息采集系统将采集到的信息传输给应急卫星通信车;信息采集系统通过卫星与地面指挥中心站相连，将采集到的信息传输给地面指挥中心站;应急卫星通信车无法正常工作的情况下，也可通过单兵无线接入，进行实时的图像采集，地面指挥中心站与应急卫星通信车和便携式卫星通信站之间通过卫星链路互联，可实现对应急卫星通信车和便携式卫星通信站的指挥调度。
[0021]如图2所示，应急卫星通信车包括动中通天线、视频矩阵、视频会议终端、卫星通信机、电话机、路由交换机、VOIP处理模块、JoMobile Net车载设备和JoMobile Net单兵背负式远端设备。
[0022]I)车载摄像机摄取的图像和声音输入给视频矩阵处理(高清部分通过视频切换台切换)，再输入到视频会议终端进行数字压缩编码，编码输出的信号通过路由交换机一起传送到卫星通信机，经过功率放大器放大后，由动中通天线实时传送到地面指挥中心站。卫星通信机通过路由交换机接入车内局域网和卫星链路，与地面指挥中心站建立通信链路，使各种视音频数据在卫星通信系统中双向传输。
[0023]2)VoIP网关功能，通过电话、电脑、视频会议终端等设备的RJ45接口连接到IP网络上，利用设备内置的VOIP处理模块，实现有线如语音交换网、无线设备如卫星通信、数字集群和IP网络之间的相互呼叫通信；
[0024]3)地面指挥中心站通过JoMobile Net设备搭建的无线网络实现与远端卫星通信指挥车，单兵背负远端站的多媒体数据传输，实现系统覆盖区域内的实时监控指挥；
[0025]电话机通过VOIP处理模块(也称VOIP设备)与车内局域网连接，实现与地面指挥中心站的实时语音连接。
[0026]应急卫星通信车无法正常工作的情况下，也可通过无线单兵接入，由工作人员携带一个JoMobile Net单兵背负式远端设备，可随时完成对指定位置的随机无线图像监控，地面指挥中心站配备I套JoMobile Net中心站设备，实现对指定区域的覆盖;应急卫星通信车配备I台JoMobile Net车载设备，完成单向图像、双向语音及数据到JoMobile Net中心站的传输;工作人员配备I个JoMobile Net单兵背负式远端设备，完成现场图像、语音信号到应急卫星通信车的传输，并通过应急卫星通信车配备的JoMobile Net车载设备，将现场图像、语音信号回传至JoMobile Net中心站。
[0027]地面指挥中心站系统包含地面卫星天线、路由交换设备、VOIP处理设备、DVB-S2调制器、ODU(包括功率放大器和低噪声放大变频器)、视频会议终端、JoMobile Net中心站设备、电脑、电话机等;在地面指挥中心站中地面卫星天线通过同轴电缆与低噪声ODU(包括功率放大器和低噪声放大变频器)连接，ODU(包括功率放大器和低噪声放大变频器)通过同轴电缆与DVB-S2调制器连接，视频会议终端、JoMobile Net中心站设备、电脑、电话(经VOIP处理设备)均通过网线与交换机连接。接收视音频信号时，卫星下行信号经地面卫星天线接收后由ODU进行放大和变频，将信号变换为950 — 1450MHz。然后通过射频电缆送至DVB-S2调制器，然后经路由交换设备传输到电脑监控设备。
[0028]应急卫星通信车的图像、会议音频视频数据都需要通过卫星通信传输至地面指挥中心站转换为模拟信号，然后经过编解码器进行二次编解码后通过电子政务网络接入上级应急平台。数据:应急卫星通信车的视音频信号经卫星链路传输到地面指挥中心站后，通过交换机的转换和电子政务网接入上级应急平台。话音:应急卫星通信车的电话数据通过卫星通信和地面指挥中心站的语音网关转换为El信号，然后通过公用电话网络，接入上级应
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[0029]语音通信网络拓扑结构为星型，即应急卫星通信车的所有电话信息均通过地面指挥中心站网关和电话交换机转入到地面专网或公网，而应急卫星通信车和地面指挥中心站之间的通信则由地面指挥中心站的路由交换设备进行呼叫处理并经路由器进行路由选择和转发，电话交换机不介入卫星站之间的路由选择和话音信息转发。卫星网内的电话号码和IP地址之间的映射、呼叫路由选择等由地面指挥中心站的路由交换完成。
[0030]便携式卫星通信站包括1.2米Ku频段便携天线、上变频功率放大器、低噪声放大器、调制解调器、电脑路由交换机，可快速到达现场，单独完成卫星组网通信的功能。便携天线接收到来自应急卫星通信车的信号，经上变频功率放大器和低噪声放大器放大和变频，然后通过调制解调器进行解调，经路由减缓及传输到电脑显示。便携式卫星通信站作为地面指挥中心站的备份，在地面站天线因为雨衰不能充分满足工作要求时，便携式卫星通信站可通过增加天线口径，增加系统抗雨衰能力，并且可快速到达现场，单独完成卫星组网通信的功能。
[0031]卫星通信应急指挥系统租用亚洲5号通信卫星27MHz的KU波段和亚太6号C波段的波段转发器资源，亚洲5号卫星转发器对指定地区的下行功率EIRP为52.1，品质因数G/T为5.5，饱和通量密度SR)为-90.5。使用星状网通信，地面指挥中心站和应急卫星通信车之间系统可用度在99.5%以上(上述系统可用度含空间链路可用度和地面站设备可用度等因素)。卫星网管系统采用新建的美国iDirect DVB-S2系统，支持高阶调制，有更高的吞吐量，具备自适应编码和调制，提高了在雨天的可用度。
[0032]现场图像由型号为Magnolia 20S4C摄像机+Utron PH16x8RG的镜头采集发送到型号为MAV808视音频矩阵，该视音频矩阵具有多路计算机视频(RCA)，音频信号输入，多路计算机视频(RCA)，音频矩阵输出。选用高性能处理器，视频采用150M带宽，保证信号长距离传输不失真。图象清晰稳定，视频，音频同步切换。高清部分通过型号为选择输出的信号经型号为ViewPoint 9039会议终端进行数字压缩编码，先对信号进行MPEG4编码，输出的IP格式的数据流网络设备送入调制解调器进行调制，调制解调器使用iDirect公司的EVOLUT1NX5卫星调制解调器，调制解调方式为QPSK或BPSK(可选QPSK、8PSK)，数据速率从2.4Kbps?2.048Mbps，以Ibps步进，带宽:I.2K-20000Kbps，频率范围:950-1900MHZ。调制时，压缩编码后的数据流通过调制解调器调制到L频段(950?1950MHz)输出，经功率放大后有卫星信道传送到地面指挥中心站，车载卫星天线使用进口的TracStar頂VG450M车载动中通卫星天线，通过GPS、陀螺系统、加速计等系统建立载体动态坐标系，实时测量载体的各种变化，再根据用户输入的卫星经度(玮度恒定为0°)计算出天线的俯仰角、方位角、极化角，通过伺服电机驱动天线到达计算的角度，再通过卫星上的载波或信标精调各个角度使信号达到最大。
[0033]地面指挥中心站配备I套JoMobile Net中心站设备，实现对指定区域的覆盖;应急通信车配备I台JoMobile Net车载设备，完成单向图像、双向语音及数据到JoMobile Net中心站的传输;配备I个JoMobile Net单兵背负式远端站，完成现场图像、语音信号到应急卫星通信车的传输，并通过通信指挥车配备的JoMobile Net系统中继，将现场图像、语音信号回传至JoMobile Net中心站；
[0034]主要配置:
[0035]背负式设备发射功率I一 4W
[0036]背负接收端天线:5.5dBi鞭状全向天线或玻璃钢全向天线
[0037]背负发射端天线:5.5dBi鞭状全向天线
[0038]自带频率/功率调节旋钮，16档可调；
[0039]单兵背负式远端站可将随身DV所拍的现场图像实时传送到通信指挥车，通信指挥车即可对单兵远端站现场进行实时无线图像监控。
[0040]可实现通信指挥车与单兵之间的双向语音通话。
[0041 ] J0Mobile Net中心站主设备:发射功率2 — 4W，1dBi玻璃钢全向天线。
[0042]J0Mobile Net车载远端站:发射功率20W，5.5dBi鞭状全向天线。
[0043]在星状网地面指挥中心中接收视音频信号时，Ku频段4.5米环焦抛物面天线通过同轴电缆与型号为SSPB-2100KS30功率放大器连接，为了有足够的信噪比备余量，功率放大器采用80W功放，低噪声放大的作用是对来自卫星的微弱信号进行低噪声放大、变频，变换为950 — 1450MHz，低噪声放大变频器使用型号为1507HBF PLL LNB，选用的带锁相环的高精度LNB，本振稳定度在土 5KHz，有效的避免了频率偏移造成的寻星和通信问题。然后通过射频电缆送至卫星调制解调器，卫星调制解调器采用定制的iDirect公司的EVOLUT1N X3EDGE调制解调器，然后经网络交换机传输到监控设备。
[0044]便携式卫星通信站采用手动寻星方式，配备的是SAP120M-C 1.2米Ku波段便携天线，上变频功率放大使用SSPB-2100KS 30W功放，调制解调器使用iDirect公司的EVOLUT1NX5卫星调制解调器，路由交换使用MSR20-10W多业务路由器，采用了N-Bus多总线设计方案，语音、数据、交换、安全四大业务分别经由不同的总线，可单独完成卫星组网通信。
【主权项】
1.一种基于图像传输的卫星通信应急指挥系统，其特征在于:包括地面指挥中心站、应急卫星通信车和便携式卫星通信站;所述应急卫星通信车通过有线或单兵方式与信息采集系统互联，信息采集系统将采集到的信息传输给应急卫星通信车;信息采集系统通过卫星与地面指挥中心站相连，将采集到的信息传输给地面指挥中心站;应急卫星通信车无法正常工作的情况下，通过单兵方式采集信息，应急卫星通信车通过卫星链路与地面指挥中心站通信； 应急卫星通信车的图像、会议音视频数据通过卫星通信传输给地面指挥中心站转换为模拟信号，经过地面指挥中心站的编解码器二次编解码后通过电子政务网络接入上级应急平台； 其中:应急卫星通信车包括动中通天线、视频矩阵、视频会议终端、卫星通信机、电话机、路由交换机、VOIP处理模块、车载摄像机、JoMobile Net车载设备和JoMobiIe Net单兵背负式远端设备;车载摄像机摄取的图像和声音输入给视频矩阵处理，再输入到视频会议终端进行数字压缩编码，编码输出的信号通过路由交换机一起传送到卫星通信机，经过功率放大器放大后，由动中通天线实时传送到地面指挥中心站;卫星通信机通过路由交换机接入车内局域网和卫星链路，与地面指挥中心站建立通信链路，使各种视音频数据在卫星通信系统中双向传输； 电话机通过VOIP处理模块与车内局域网连接； 应急卫星通信车无法正常工作的情况下，通过单兵方式实现信息采集，即由工作人员携带一个JoMobile Net单兵背负式远端设备完成对指定位置的随机无线图像监控，地面指挥中心站配备I套JoMobile Net中心站设备;应急卫星通信车配备I台JoMobile Net车载设备，完成单向图像、双向语音及数据到JoMobile Net中心站的传输；工作人员配备I个JoMobile Net单兵背负式远端设备，完成现场图像、语音信号到应急卫星通信车的传输，并通过应急卫星通信车配备的JoMobi Ie Net车载设备，将现场图像、语音信号回传至JoMobile Net中心站。2.如权利要求1所述的基于图像传输的卫星通信应急指挥系统，其特征在于:地面指挥中心站包含地面卫星天线、路由交换设备、VOIP处理设备、DVB-S2调制器、ODU、视频会议终端、JoMobile Net中心站设备、电脑和电话机;在星状网地面指挥中心站中地面卫星天线通过同轴电缆与低噪声ODU连接，ODU通过同轴电缆与DVB-S2调制器连接，DVB-S2调制器、JoMobile Net中心站设备、电脑、电话均通过网线与交换机连接;接收视音频信号时，卫星下行信号经地面卫星天线接收后由ODU进行放大和变频，将信号变换为950 — 1450MHz;然后通过射频电缆送至DVB-S2调制器，然后经路由交换设备传输到电脑。3.如权利要求1所述的基于图像传输的卫星通信应急指挥系统，其特征在于:便携式卫星通信站包括1.2米Ku频段便携天线、上变频功率放大器、低噪声放大器、调制解调器、电脑、路由交换机;便携天线接收到来自应急卫星通信车的信号，经上变频功率放大器和低噪声放大器放大和变频，然后通过调制解调器进行解调，经路交换机由减缓及传输到电脑显示;便携式卫星通信站作为地面指挥中心站的备份。
【文档编号】H04B7/185GK205453694SQ201521010149
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月8日
【发明人】王鑫, 吴召洋, 徐立中, 严锡君
【申请人】河海大学