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专利号: 2023104024377
申请人: 四川轻化工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于卫星网络的地面中继站,其特征在于,包括智能供电模块、安全监控模块、天线收发模块以及信号与数据处理模块;

所述智能供电模块,用于根据主供电电量监测数据实现地面中继站能量自给,以及获取局部三维地图模型;

所述安全监控模块,用于为地面中继站提供保护腔壳,并基于智能监控方法进行液体喷射和广播警告,以及得到中继站状态信息、监控图像、人像识别结果、求救信息、悬赏信息和入侵人员照片;

所述天线收发模块,用于分别根据用户终端的原始通信数据,得到中继链路通信数据,并根据第二通信数据得到星地链路数据,以及根据第二卫星数据得到卫星通信数据,并将卫星通信数据发送至用户终端;

所述信号与数据处理模块,用于利用中继站部署方法得到部署方案,并根据智能休眠方法和中继站状态信息发出警报,以及根据中继链路通信数据、星地链路数据、部署方案、局部三维地图模型、中继站状态信息、监控图像、人像识别结果、求救信息、悬赏信息和入侵人员照片得到第二卫星数据和第二通信数据。

2.根据权利要求1所述基于卫星网络的地面中继站,其特征在于,所述智能供电模块包括地面中继站电源子模块、电源智能检测控制子模块、磁吸式无人机、风力发电机组子模块、AC/DC整流器子模块、太阳能电池板子模块、DC/DC变换器子模块、卫星太阳能板子模块、振荡电路子模块、功率放大电路子模块、发射天线子模块、接收天线子模块、整流滤波电路子模块、升压与稳压电路子模块、DC/DC升压降变换器子模块、后备储能电池组子模块和DC/DC稳压变换器子模块;

所述地面中继站电源子模块,用于获取主供电电量监测数据以及储存风力直流电源、太阳能直流电源和卫星直流电源,并输出DC电源;

所述电源智能检测控制子模块,用于根据主供电电量监测数据产生切换供电信号、无线充电请求和换电信号;

所述磁吸式无人机,用于根据换电信号更换地面中继站电源子模块的电池,并获取局部三维地图模型;

所述风力发电机组子模块,用于根据切换供电信号进行供电,得到风力交流电源;

所述AC/DC整流器子模块,用于将风力交流电源转换为初始风力直流电源;

所述太阳能电池板子模块,用于根据切换供电信号进行供电,得到初始太阳能直流电源;

所述DC/DC变换器子模块,用于对初始风力直流电源和初始太阳能直流电源进行电压值转换,得到风力直流电源和太阳能直流电源;

所述卫星太阳能板子模块,用于根据无线充电请求提供卫星DC电源;

所述振荡电路子模块,用于根据卫星DC电源,得到高频交变电流;

所述功率放大电路子模块,用于提高高频交变电流的发射功率,得到发射电流;

所述发射天线子模块,用于将发射电流转换为电磁波进行传输;

所述接收天线子模块,用于接收电磁波,并将电磁波转换为高频交流;

所述整流滤波电路子模块,用于将高频交流转换为初始卫星直流电源;

所述升压与稳压电路子模块,用于对初始卫星直流电源进行升压并稳压,得到卫星直流电源;

所述DC/DC升压降变换器子模块,用于对DC电源进行电压值转换,得到第一电源;

所述后备储能电池组子模块,用于利用第一电源进行充电,并根据换电信号输出第二电源;

所述DC/DC稳压变换器子模块,用于根据第一电源、第二电源、风力直流电源和太阳能直流电源得到输出电源,进行供电。

3.根据权利要求1所述基于卫星网络的地面中继站,其特征在于,所述安全监控模块包括安全外壳、智能监控子模块、警告子模块和液体喷射子模块;

所述安全外壳,用于为地面中继站提供保护腔壳;

所述智能监控子模块,用于根据智能监控方法得到中继站状态信息、监控图像、人像识别结果、警告装置激活信息、刺激性液体激活信息、油性染料激活信息、求救信息、悬赏信息和入侵人员照片,并将中继站状态信息、监控图像、人像识别结果、求救信息、悬赏信息和入侵人员照片回传至信号与数据处理模块;

所述警告子模块,用于根据警告装置激活信息进行广播警告;

所述液体喷射子模块,用于根据刺激性液体激活信息和油性染料激活信息进行液体喷射。

4.根据权利要求3所述基于卫星网络的地面中继站,其特征在于,所述智能监控方法,包括以下步骤:A1、初始化智能监控子模块,并进行初始检查,得到中继站状态信息;

A2、判断中继站状态信息是否为异常,若是,则将中继站状态信息回传至信号与数据处理模块进行警报,并返回步骤A1,否则,将中继站状态信息回传至信号与数据处理模块,进入步骤A3;

A3、根据摄像头获取监控图像,并将监控图像周期性回传至信号与数据处理模块;

A4、根据红外传感器,得到传感器信息;

A5、根据传感器信息判断是否有生物特征,若是,则进入步骤A6,否则,返回步骤A3;

A6、对监控图像进行人物识别,并判断是否识别到人体特征,若是,则得到人像识别结果,并将人像识别结果传输至信号与数据处理模块,进入步骤A7,否则,返回步骤A3;

A7、判断入侵人员是否进入一级区域,若是,则进入步骤A8,否则,得到警告装置激活信息,并将警告装置激活信息传输至警告子模块,并返回步骤A4;

A8、得到刺激性液体激活信息,并将刺激性液体激活信息传输至液体喷射装置;

A9、判断中继站是否遭受破坏,若是,得到油性染料激活信息、求救信息、悬赏信息和入侵人员照片,并进入步骤A10,否则,得到警告装置激活信息,并将警告装置激活信息传输至警告子模块,并返回步骤A4;

A10、将油性染料激活信息传输至液体喷射装置,以及将求救信息、悬赏信息和入侵人员照片发送至信号与数据处理模块。

5.根据权利要求1所述基于卫星网络的地面中继站,其特征在于,所述天线收发模块包括星地链路收发子模块、中继链路收发子模块、上变频子模块和下变频子模块;

所述中继链路收发子模块,用于根据大功率射频天线收发设备,采用地面移动通信网络的通信协议接收用户终端的原始通信数据,以及将卫星通信数据发送至用户终端;

所述下变频子模块,用于对原始通信数据进行变频,得到中继链路通信数据,以及对原始卫星数据进行变频,得到星地链路数据,并将中继链路通信数据和星地链路数据发送至信号与数据处理模块;

所述上变频子模块,用于对第二通信数据进行变频,得到用户通信数据,以及对第二卫星数据进行变频,得到卫星通信数据;

所述星地链路收发子模块,用于根据自动定向天线阵列,采用卫星网络通信协议接收用户通信数据,得到原始卫星数据。

6.根据权利要求1所述基于卫星网络的地面中继站,其特征在于,所述信号与数据处理模块包括控制中心子模块、信号处理子模块、数据存储子模块和协议转化与数据转发子模块;

所述控制中心子模块,用于根据休眠时段信息获取控制信息,以及根据中继站状态信息向维修人员发出警报;

所述信号处理子模块,用于根据智能休眠方法获取休眠时段信息,并根据中继站部署方法获取部署方案,以及利用第一调制解调器子模块对中继链路通信数据进行调制解调,得到第一通信数据,以及利用第二调制解调器子模块对星地链路通信数据进行调制解调,得到第一卫星数据,以及分别对第一卫星数据和第一通信数据进行通信处理,得到卫星译码数据和用户译码数据;

所述协议转化与数据转发子模块,用于根据控制信息和协议数据库对卫星译码数据和用户译码数据分别进行协议转化,得到卫星协议数据和用户协议数据,并将卫星译码数据和用户译码数据传输至数据存储子模块,以及根据控制信息通过协议数据库对待发射数据进行协议选择和协议转化,得到第二卫星数据和第二通信数据;

所述数据存储子模块,用于存储并根据部署方案、局部三维地图模型、卫星译码数据、用户译码数据、卫星协议数据、用户协议数据、控制信息、中继站状态信息、监控图像、人像识别结果、警告装置激活信息、求救信息、悬赏信息和入侵人员照片获取待发射数据。

7.根据权利要求6所述基于卫星网络的地面中继站,其特征在于,所述协议转化包括以下步骤:B1、根据协议数据库,得到分层映射关系表;

B2、根据控制信息、卫星译码数据、用户译码数据和待发射数据,得到待转化数据;

B3、根据分层映射关系表,对待转化数据进行协议转化,得到初始转化数据;

B4、采用待转化数据的协议分层读取待转化数据的协议包头,得到第一数据;

B5、采用初始转化数据的协议分层读取初始转化数据的协议包头,得到第二数据;

B6、根据第一数据和第二数据,采用遍历检验法进行检验,得到检验结果;

B7、根据检验结果判断转化是否有误,若是,则返回步骤B1,否则,得到卫星协议数据、用户协议数据、第二卫星数据和第二通信数据。

8.根据权利要求7所述基于卫星网络的地面中继站,其特征在于,所述中继站智能休眠方法包括以下步骤:C1、根据中继站状态信息,得到最大能耗限制:

Emax=A*(a*Pi+b*Er‑T*Po)

其中,Emax为最大能耗限制;A为最大可用能源比例系数;Pi为中继站充电功率;Po为中继站当前用电功率;Er为中继站电池剩余能源;T为最大工作周期;a为Pi的权重系数;b为Er的权重系数;

C2、根据最大能耗限制,得到最大训练步数:

其中,Smax为最大训练步数;St为原最大训练步数;

C3、根据最大训练步数,采用深度Q网络模型得到用户接入预测信息和流量预测信息;

C4、根据用户接入预测信息和流量预测信息,判断是否满足休眠条件,若是,得到休眠时段信息,进入休眠状态,否则,返回步骤C1。

9.根据权利要求6所述基于卫星网络的地面中继站,其特征在于,所述中继站部署方法包括以下步骤:D1、根据局部三维地图模型,在二维上采用均匀抽样法,得到离散化目标区域、拟部署中继站数目、拟部署中继站位置、中继站位置移动步长;

D2、判断中继链路是否为全向天线覆盖,若是,则计算全向功率损耗,否则,计算定向功率损耗:其中,GT,R为全向功率损耗;Clight为光速;d为全向覆盖的传播距离;fc为全向覆盖的载波频率; 为全向覆盖下信道阴影衰落与多径效应的叠加;GT为中继站天线增益;GR为用户终端天线增益;hT为中继站的海拔高度;hR为全向覆盖下用户终端的海拔高度;xT为中继站的横坐标取值;xR为全向覆盖下用户终端的横坐标取值;yT为中继站的纵坐标取值;yR为全向覆盖下用户终端的纵坐标取值;GT,R'为定向功率损耗;d'为定向覆盖的传播距离;fc'为定向覆盖的载波频率; 为定向覆盖下信道阴影衰落与多径效应的叠加;AT,R(ψ)为方向性衰减;hR'为定向覆盖下用户终端的海拔高度;xR'为定向覆盖下用户终端的横坐标取值;yR'为定向覆盖下用户终端的纵坐标取值;AT为定向天线的孔径效率;η为天线系数,决定定向天线的覆盖角度范围;ψ为定向天线指向与传播路径的夹角;

D3、根据离散化目标区域,判断是否所有用户终端均至少有一个中继站的功率损耗大于阈值,若是,得到部署方案,否则,按照中继站位置移动步长移动中继站的拟部署位置,进入步骤D4;

D4、判断是否所有拟部署的中继站的拟部署位置均已用完,若是,则拟部署中继站数目递增,初始化拟部署中继站位置,并返回步骤D2,否则,返回步骤D2。