一种天基物联网监控系统及监控方法技术方案

本发明专利技术提供了一种天基物联网监控系统及监控方法，尤其是抗大频偏天基物联网监控系统及监控方法。所述天基物联网监控系统包括卫星LORA网关、地面LORA终端、地面数据控制中心、地面LORA网关；其中，所述地面LORA终端采集物联网数据，并将数据传输至地面LORA网关或天基卫星LORA网关；所述地面LORA网关和卫星LORA网关定时收集各地面终端的自检信息及状态信息，汇集至地面数据控制中心对天基物联网监控系统状态进行全面监控；所述地面数据控制中心收集各物联网节点设备上报的信息并进行相应的数据分析、记录、存储及显示；所述地面数据控制中心向卫星LORA网关发送校准信息、配置更新信息及软件升级脚本，完成卫星LORA网关的软件升级、配置更新及校准。

A Space-based Internet of Things Monitoring System and Monitoring Method

【技术实现步骤摘要】
一种天基物联网监控系统及监控方法
本专利技术涉及天基物联网通信领域，尤其涉及一种抗大频偏的新型低功耗天基物联网监控系统。
技术介绍
现有的天基物联网通信终端为了实现与现有卫星通信，均采用了与地面移动无线网络不兼容的卫星通信体制和协议。因此，该终端需加入额外的通信体制和协议转换模组来实现地面和卫星的联通，不仅额外增加了软硬件、功耗及成本的开销，通信服务质量也受到了一定的影响。另外，卫星与地面终端间的时钟频偏、以及低轨卫星与地面终端的相对运动引入的大尺度多普勒频移均会对天基物联网终端的通信服务质量。而现有的天基物联网终端设计均未考虑此问题。在基于LORA体制的卫星物联网系统方面，有如下与本专利技术高度相关的专利：《CN201810567676--一种基于卫星通信的物联网监控系统》。该专利对LoRa物联网协议层进行了改进，将所有与第一层交互的LoRa通信相关的机制都交给第二层的网关(传输层)来实现，目的是解决由于网络时延导致的通信效率低下的问题。与本专利技术专利相比，该专利主要对协议进行改进，且专利内容实际上与卫星不相关。《CN201620932002.9--基于北斗卫星通讯的loRa自组网通讯系统》。该专利中，地面部分使用LoRa无线技术，而天基部分使用了北斗通信模组，卫星与地面终端通信采用北斗协议，地面终端间通信采用了LoRa技术，两种协议间转换需要通过协议转换模块。与本专利技术相比，由于星地通信与地面通信间协议不同，额外增加了转换模块，导致了硬件资源、功耗和成本的额外开销；此外，由于采用了北斗通信芯片，导致星地通信成本较高；最后，未考虑有可能的低轨卫星通信中引入的大尺度多普勒频移、以及时钟频偏对信号解调带来的严重影响。《CN108134835--一种物联网数据采集传输系统》。该专利中，通过在物联网卫星上安装数据采集系统DCS载荷、船舶自动识别系统AIS载荷、海洋浮标ARGOS载荷、广播式自动相关监视ADS-B载荷等载荷，实现星地间物联网数据采集。与本专利技术专利相比，该专利技术中未采用低功耗的LoRa无线技术，且由于携带多种不同功能、具有不同协议的载荷，导致其硬件资源、功耗和成本开销均较高。最后，未考虑有可能的低轨卫星通信中引入的大尺度多普勒频移、以及时钟频偏对信号通信质量带来的严重影响。《CN109525305A--基于LoRa技术的通信方法、通信系统及通信设备》。该专利与上述第二项专利类似，有信号覆盖时采用LoRa，无信号覆盖时利用卫星通信，两种通信体制并行。如上所述，现有的天基物联网通信终端为了实现与现有卫星通信，均采用了与地面移动无线网络不兼容的卫星通信体制和协议。因此，该终端需加入额外的通信体制和协议转换模组来实现地面和卫星的联通，不仅额外增加了软硬件、功耗及成本的开销，通信服务质量也受到了一定的影响。究其原因，主要有三方面：1.天基物联网的“高门槛”特性。由于我国的商业航天发展较慢，能够拥有独立的卫星载荷资源的企业及公司较少，现有卫星资源大多服务于国家及其相关部门、产业。因此无法在设计阶段做到卫星体制与地面移动通信网直接兼容。2.LoRa无线技术提出是为了增大地面通信的覆盖区域，并非为天地通信而生。因此，现有的基于LoRa技术的卫星物联网监控系统未考虑在卫星上搭载LoRa载荷。3.随着5G移动通信的推行，以及移动通信网在全国大部分范围实现覆盖，大多物联网设备的设计基础是均基于了移动通信网络，而未考虑无移动通信网情况。而实际上，在山区、森林、湖泊、海洋、以及一些人烟稀少的地区，均无移动通信网络的覆盖。
技术实现思路
申请人独立发射了一颗低轨物联网卫星作为卫星网关，卫星网关载荷采用了LORA体制设计，可直接与地面LORA模式移动通信网络兼容。基于该卫星，申请人研制了新型的基于LORA的天基物联网终端，该终端在有LORA地面网关覆盖时可使用地面LORA网络，在无覆盖时可通过卫星LORA网关实现数据交互。本专利技术提供了一种天基物联网监控系统，所述天基物联网监控系统包括：地面LORA终端，所述地面LORA终端采集物联网数据，并将数据传输至地面LORA网关；地面LORA网关，所述地面LORA网关将接收到的来自于地面LORA终端的数据传输至卫星LORA网关；卫星LORA网关，所述卫星LORA网关将接收到的来自于地面LORA网关的数据传输至地面数据控制中心；地面数据控制中心，接收来自所述卫星LORA网关的数据。根据本专利技术的一个实施方案，天基物联网监控系统中，所述地面数据控制中心对接收到的来自卫星LORA网关的数据进行分析、记录、存储和/或显示，并向所述卫星LORA网关发送修复和/或升级数据。根据本专利技术的一个实施方案，天基物联网监控系统中，所述卫星LORA网关包括：卫星网关天线，所述卫星网关天线接收来自于地面LORA网关和/或地面数据控制中心的模拟信号；卫星网关射频模块，所述卫星网关射频模块对所述模拟信号进行预处理；卫星网关数控变频模块，所述卫星网关数控变频模块对预处理后的数据进行变频处理；卫星网关频偏估计与补偿模块，所述卫星网关频偏估计与补偿模块对变频处理后的数据进行频偏估计与补偿；卫星网关LORA模块，所述卫星网关LORA模块对上述处理后的数据进行解帧、解码和/或解调处理；卫星网关数据分发控制中心，所述卫星网关数据分发控制中心对上述处理后所获得的数据进行分类并将数据进行分发。根据本专利技术的一个实施方案，天基物联网监控系统中，所述地面LORA网关包括：地面网关天线，所述地面网关天线接收来自于地面LORA终端和/或卫星LORA网关的模拟信号；地面网关射频模块，所述地面网关射频模块对所述模拟信号进行预处理；地面网关数控变频模块，所述地面网关数控变频模块对预处理后的数据进行变频处理；地面网关频偏估计与补偿模块，所述地面网关频偏估计与补偿模块对变频处理后的数据进行频偏估计与补偿；地面网关LORA模块，所述地面网关LORA模块对上述处理后的数据进行解帧、解码和/或解调处理；地面网关数据分发控制中心，所述地面网关数据分发控制中心对上述处理后所获得的数据进行分类并将数据进行分发。根据本专利技术的一个实施方案，天基物联网监控系统中，所述地面数据控制中心包括：地面中心天线，所述地面中心天线接收来自于卫星LORA网关的模拟信号；地面中心射频模块，所述地面中心射频模块对所述模拟信号进行预处理；地面中心数控变频模块，所述地面中心数控变频模块对预处理后的数据进行变频处理；地面中心频偏估计与补偿模块，所述地面中心频偏估计与补偿模块对变频处理后的数据进行频偏估计与补偿；地面中心LORA模块，所述地面中心LORA模块对上述处理后的数据进行解帧、解码和/或解调处理；地面中心数据分发控制中心，所述地面中心数据分发控制中心对上述处理后所获得的数据进行分类并将数据进行分发；地面中心数据分析模块，所述地面中心数据分析模块对地面数据控制中心获得的数据进行分析；地面中心数据监控模块，所述地面中心数据监控模块对地面数据控制中心获得的数据依据预先设定的标准进行监控和/或提示；地面中心存储模块，所述地面中心存储模块对地面数据控制中心获得的数据和生成的数据进行存储；地面中心控制模块，所述地面中心控制模块控制地面数据控制中心各组成部分的运行。根据本专利技术的一个实施方案，天基物联网监控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天基物联网监控系统，其特征在于，所述天基物联网监控系统包括：地面LORA终端，所述地面LORA终端采集物联网数据，并将数据传输至地面LORA网关；地面LORA网关，所述地面LORA网关将接收到的来自于地面LORA终端的数据传输至卫星LORA网关；卫星LORA网关，所述卫星LORA网关将接收到的来自于地面LORA网关的数据传输至地面数据控制中心；地面数据控制中心，接收来自所述卫星LORA网关的数据。

【技术特征摘要】
2019.04.30 CN 20191035896271.一种天基物联网监控系统，其特征在于，所述天基物联网监控系统包括：地面LORA终端，所述地面LORA终端采集物联网数据，并将数据传输至地面LORA网关；地面LORA网关，所述地面LORA网关将接收到的来自于地面LORA终端的数据传输至卫星LORA网关；卫星LORA网关，所述卫星LORA网关将接收到的来自于地面LORA网关的数据传输至地面数据控制中心；地面数据控制中心，接收来自所述卫星LORA网关的数据。2.根据权利要求1所述的天基物联网监控系统，其特征在于，所述地面数据控制中心对接收到的来自卫星LORA网关的数据进行分析、记录、存储和/或显示，并向所述卫星LORA网关发送修复和/或升级数据。3.根据权利要求1或2所述的天基物联网监控系统，其特征在于，所述卫星LORA网关包括：卫星网关天线，所述卫星网关天线接收来自于地面LORA网关和/或地面数据控制中心的模拟信号；卫星网关射频模块，所述卫星网关射频模块对所述模拟信号进行预处理；卫星网关数控变频模块，所述卫星网关数控变频模块对预处理后的数据进行变频处理；卫星网关频偏估计与补偿模块，所述卫星网关频偏估计与补偿模块对变频处理后的数据进行频偏估计与补偿；卫星网关LORA模块，所述卫星网关LORA模块对上述处理后的数据进行解帧、解码和/或解调处理；卫星网关数据分发控制中心，所述卫星网关数据分发控制中心对上述处理后所获得的数据进行分类并将数据进行分发。4.根据权利要求1或2所述的天基物联网监控系统，其特征在于，所述地面LORA网关包括：地面网关天线，所述地面网关天线接收来自于地面LORA终端和/或卫星LORA网关的模拟信号；地面网关射频模块，所述地面网关射频模块对所述模拟信号进行预处理；地面网关数控变频模块，所述地面网关数控变频模块对预处理后的数据进行变频处理；地面网关频偏估计与补偿模块，所述地面网关频偏估计与补偿模块对变频处理后的数据进行频偏估计与补偿；地面网关LORA模块，所述地面网关LORA模块对上述处理后的数据进行解帧、解码和/或解调处理；地面网关数据分发控制中心，所述地面网关数据分发控制中心对上述处理后所获得的数据进行分类并将数据进行分发。5.根据权利要求1或2所述的天基物联网监控系统，其特征在于，所述地面数据控制中心包括：地面中心天线，所述地面中心天线接收来自于卫星LORA网关的模拟信号；地面中心射频模块，所述地面中心射频模块对所述模拟信号进行预处理；地面中心数控变频模块，所述地面中心数控变频模块对预处理后的数据进行变频处理；地面中心频偏估计与补偿模块，所述地面中心频偏估计与补偿模块对变频处理后的数据进行频偏估计与补偿；地面中心LORA模块，所述地面中心LORA模块对上述处理后的数据进行解帧、解码和/或解调处理；地面中心数据分发控制中心，所述地面中心数据分发控制中心对上述处理后所获得的数据进行分类并将数据进行分发；地面中心数据分析模块，所述地面中心数据分析模块对地面数据控制中心获得的数据进行分析；地面中心数据监控模块，所述地面中心数据监控模块对地面数据控制中心获得的数据依据预先设定的标准进行监控和/或提示；地面中心存储模块，所述地面中心存储模块对地面数据控制中心获得的数据和生成的数据进行存储；地面中心控制模块，所述地面中心控制模块控制地面数据控制中心各组成部分的运行。6.根据权利要求1或2所述的天基物联网监控系统，其特征在于，所述地面LORA终端包括：地面终端微带天线，所述地面终端微带天线接收来自于地面LORA网关的模拟信号；地面终端射频模块，所述地面终端射频...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜昌澔，李舰艇，束浩然，
申请(专利权)人：北京曦华科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11