[發明專利]一種水下滑翔器海上遠程銥星雙向通信/定位系統

在審

• 申請號: 201410489413.0
• 申請日: 2014-09-23
• 公開（公告）號: CN104215986A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 李文峰;杜紅陽;左彬;王健;趙康僆;葉芝慧
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42;H04W4/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

技術領域

本發明公開了一種通信與定位方法，具體涉及一種水下滑翔器海上遠程銥星雙向通信/定位系統。?

背景技術

海事作業的特殊環境對通信的可靠、快速反應能力和保密具有較高的要求，海上通信一直是進行海洋開發的瓶頸之一。由于在海洋上建設和維護基站設施成本巨大，現有的公用移動通信網絡如GSM、GPRS、CDMA等常規通信手段難以使用；而甚高頻頻段的無線通信方式覆蓋范圍有限，無法實現超視距的無縫覆蓋網絡。目前海洋船-岸和船-船之間的通信主要依靠短波、超短波電臺，以及衛星通信設備。短波通信雖然通信距離較遠，但抗干擾能力差、誤碼率高、數據接收率低，且功耗高。?

水下滑翔器即Sea?glider，作為一種新型水下探測設備，通過內部配重的調節，可在海洋輕松上浮和下潛，并在水下不間斷工作數月之久，是目前最先進的海洋科考、勘探的考察工具之一。由于水下滑翔器任務工作周期長，且海上環境極其復雜，需要可靠的通信和精確的定位將采集到的觀測數據和相關位置信息匯聚傳輸到岸站控制中心。因此，本發明采用衛星通信進行終端與岸站之間的聯系，目前衛星通信可分為同步衛星和低軌移動衛星，前者以Inmarsat衛星通信為代表，具有可靠性高、數據接收率達95％以上，但功耗和通信費用較高的特點；后者以銥星衛星通信為代表，具有終端便攜性好、功耗低等特點。?

發明內容

發明目的：本發明提供了一種通信與定位方法和系統，具體涉及一種水下滑翔器海上遠程銥星雙向通信/定位系統，用以實現水下滑翔器浮出洋面后的實時定位以及水下滑翔器與岸站之間的通信功能。?

技術方案：為解決上述技術問題，本發明提供的一種水下滑翔器海上遠程銥星雙向通信/定位系統及方法，通信/定位系統由通信終端系統、銥星衛星鏈路通信模塊、全球定位系統(GPS)定位模塊、射頻天線、和岸站數據中心組成；通信終端系統包括移動通信回收端電路，銥星衛星鏈路是由銥星公司創建，旨在建立一條能夠進行銥星衛星通信的鏈路，所述鏈路以銥星網絡衛星為傳輸中繼媒介，通過數據接口與水下滑翔器等外部設備連接，銥星衛星鏈路采用Direct?IP傳輸方式建立，銥星衛星鏈路通過數據傳輸終端和綁定靜態IP地址的岸站數據中心之間的通信，并借助于銥星衛星鏈路通信網絡和?銥星運營商的網絡平臺，完成雙向數據通信功能：銥星數傳終端和綁定IP地址的岸站控制中心之間的相互通信；水下滑翔器的移動通信回收端亦通過Direct?IP傳輸方式和岸站數據中心進行聯系，通過銥星通信網絡實時獲知水下滑翔器的位置信息。?

移動通信回收端通信終端系統：移動回收端以岸站為中繼與水下滑翔器進行通信，移動回收端與岸站之間的通信流程與水下滑翔器與岸站之間的通信流程類似。移動回收端回收水下滑翔器的回收流程為：回收端上電，實時顯示自身位置；回收端向岸站數據中心發送想要回收的水下滑翔器的編號；岸站數據中心不斷將該水下滑翔器的位置通過銥星鏈路發送到移動回收端中；移動回收端逐步靠近要回收的水下滑翔器，并可依據回收過程中的現場情況將具體的回收控制指令借由岸站作為傳輸中繼，發送至需要回收的水下滑翔器，對其進行回收。?

岸站數據中心由GSS網關與上位機系統構成，上位機通過Direct?IP傳輸方式與GSS網關進行信息交互，實現數據的接收和存儲，以及實現對終端即水下滑翔器海上遠程控制。?

通信終端系統、銥星衛星鏈路、移動回收端和岸站數據中心組成水下滑翔器海上遠程銥星雙向通信系統，具有保密報文通信和授時等功能。?

使用高效、低功耗的GPS定位模塊獲取水下滑翔器浮出水面后的實時位置信息，通過對采集到的位置信息進行解析，并進行相關算法的優化處理，最終得到更精確的位置信息。?

采用銥星/GPS雙模天線，可同時接收銥星和GPS衛星信號；天線外層做水密處理，使用防水膠包裹并經硫化處理；通過水密射頻線纜和特別設計的水密接插件與水下滑翔器艙體連接；水密射頻線纜外層使用碳纖維管包覆，碳纖維管同時用于支撐天線。?

銥星通信模塊以銥星網絡衛星為傳輸中繼媒介，通過串口與外部設備連接，提供透明的數據接口。銥星傳輸模塊亦可以采用電子郵件方式、Direct?IP方式或端對端方式(兩個銥星數傳終端之間)實現突發短數據通信傳輸。考慮到通信成本方面的因素，本設計方案采用Direct?IP傳輸方式，銥星數傳終端和綁定靜態IP地址的岸站控制中心之間借助于銥星通信網絡和銥星運營商的網絡平臺，完成雙向數據通信功能。移動回收端亦能與岸站進行雙向數據通信，獲取水下滑翔器的位置信息等，實時監控其位置，方便出海回收。?