专利名称：通过北斗卫星通信系统实现河道轮船的安全性实时监测的制作方法
技术领域：
本发明属于河道轮船安全性监测技术领域，尤其涉及一种通过北斗卫星通信系统实现河道轮船的安全性实时监测系统。
背景技术：
我国对轮船的安全只考虑以下方面轮船事故逃逸救生；乘客安全检查；轮船的起航和靠岸、轮船的排水系统、轮船的机轮和发动机叶片等零部件检查。轮船在风浪中航行时，往往无法准确预估自身抗风浪能力及安全度。若能通过某种装置或系统平台实时检测轮船的船体和船侧安全性及在风、浪、流的联合作用下所具有的动稳性，并通过系统实时显示轮船状态及危险区域，提醒操作者采取调整配载等措施，以避免轮船船体或者船侧发生断裂事故发生将是很有价值的。
发明内容本实用新型的发明目的在于针对上述存在的问题，提供一种通过北斗卫星通信系统实现河道轮船的安全性实时监测系统，其特征在于该北斗卫星通信系统由控制中心地面站、北斗卫星和1到k个远端轮船监测点三部分组成，采用星形网络结构；所述控制中心地面站采用直径为2. 4米的抛物面天线，由天线本身、馈源、高频头组成；所述远端轮船监测点包括北斗信号接收机发射装置；该北斗卫星通过该北斗信号接收机发射装置与地面控制中心相联接；同时该地面控制中心与太阳能供电设备相连接。本实用新型专利采用以下技术该系统由地面控制中心、位移传感子系统、太阳能供电系统、北斗卫星定位和授时系统及北斗卫星通信子系统组成。位移传感系统实现对船体和船侧的水平、垂直三维立体空间的监测。北斗卫星高精度定位技术确保了轮船的位置。北斗卫星授时系统是保证了接受方和发射方具有同频同相的同步时钟信号。太阳能供电系统具有极高的自动化水平，可实施无人值守，能满足设备日常供电问题，有效解决了消耗轮船自身电源的问题。北斗卫星通信子系统是利用卫星链路将远端轮船监测点结果传送到控制中心，同时将控制中心的指令传送给远端轮船监测点。系统整体框图如图1所示。综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是本实用新型河道轮船安全性实时监测系统能够对行驶中的轮船的船体和船侧进行实时监测，及时发现船体的裂纹或者断裂痕迹做到及时处理。

图1河道轮船安全性实时监测系统原理框图。图2监测设备原理图。图3北斗卫星定位原理图。图4北斗卫星通信子系统原理框图。
具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型作详细的说明。为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。远端轮船监测点的太阳能供电装置启动，为设备持续提供电源，控制中心地面站利用北斗卫星定位和授时系统将各个远端轮船监测点的收发子系统都全部精确定位并接到北斗卫星时钟源上，利用北斗卫星链路发出信号通知整个系统开始工作。当整个系统开始工作时，每个监测点的位移传感器对船体和船侧进行水平和垂直三维空间的监测。当有裂纹或者断裂发生时，监测点的传感器会产生位移，同时报警，并通过安装在远端轮船监测点的卫星传输系统将信息传回控制中心。本发明专利中主要子系统设计如下1、监测子系统监测子系统中监测设备采用位移传感器，轮船每个监测点采用三个传感器，安装在船体和船侧的水平方向和垂直方向，水平方向分为X轴和Y轴两个方向，垂直方向为Z 轴，分别获得水平断裂和垂直断裂的信号。其原理图如图2所示。2、北斗卫星定位和授时系统北斗卫星系统致力于向全球用户提供高质量的定位、导航和授时服务，包括开放服务和授权服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10 米，测速精度0. 2米/秒，授时精度10纳秒。授权服务是为有高精度、高可靠卫星导航需求的用户，提供定位、测速、授时和通信服务以及系统完好性信息。北斗卫星定位原理北斗系统是主动式双向测距二维导航，地面控制中心系统解算，供飞机监测点三维定位数据。首先由地面控制中心系统向卫星1和卫星2同时发送询问信号，经卫星转发器向各个飞机监测点广播。飞机监测点响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，经北斗卫星转发后回控制中心系统。控制中心系统接收并解调飞机监测点发来的信号，然后根据飞机监测点的申请服务内容进行相应的数据处理。对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟即从中心控制系统发出询问信号，经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟；和从中心控制发出询问信号，经上述同一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。由于控制中心系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外控制中心系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上，从而控制中心系统可最终计算出飞机所在点的三维坐标， 定位原理图如图3所示。为了使卫星和地面控制中心、监测点的飞机能够具有同频同相的同步时钟信号， 本发明中采用北斗卫星授时系统，本发明装置所采用的授时系统频率可以为20MHz、40MHz、
460MHz、80MHz，所使用的频率越高，则精度越高。3、北斗卫星通信子系统北斗卫星通信子系统由控制中心地面站、北斗卫星和1到η个远端轮船监测点三部分组成，采用星形网络结构，北斗卫星通信子系统原理框图如图3所示。3. 1控制中心地面站控制中心地面站为工作人员提供一个集中监测、告警和控制平台，将各分散监测点的数据和各类警告信息集中到操作台，还可以有存储和打印监测数据的外围设备，并为操作人员提供启闭设备、切换传输路径等操作功能。控制中心地面站组成有天线、高功率放大器(HPA)、低噪声放大器(LNA)、上/下变频器、调制解调器、用户接口及其他网络控制软件。天线面向北斗卫星，把来自空中的卫星信号能量反射聚成一点它，把电磁场能变为高频电能或高频电能转变为点磁场的装置，采用直径为2. 4米的抛物面天线，由天线本身、馈源、高频头等组成。高功率放大器(HPA)作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。低噪声放大器用作接收机的高频或中频前置放大器。上变频器是将中频信号变换为射频信号。下变频器将射频信号转换为中频信号。用户接口为地面和其他通信网络提供数据交换接口。为了对全网进行监测、管理、控制和维护，在控制中心地面站设有一个网络控制软件，对全网运行状况进行监控和管理，如实时监测、诊断远端轮船监测点及控制中心地面站本身的工作状况，测试信道质量，负责信道分配，统计等。操作员可在控制台使用键盘进行操作，通过屏幕显示并打印输出结果。远端轮船监测点由于是监测航行中轮船的船体和船侧，因此远端轮船监测点选用船载型用户终端，其由船载天线、控制模块、电源模块、定位授时模块、连接线等组成。北斗信号接收机发射装置用于接收控制中心地面站经北斗卫星发来的信号以及将监测点的信号通过卫星发回到地面控制中心；控制模块用来控制监测设备执行命令和监测点其他设备的运行情况； 电源模块用于为监测点的设备提供电源，由太阳能供电。定位和授时模块用于对监测的进行定位和授时。4、太阳能供电设备太阳能供电设备由太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池、逆变器、DC负载等组成。 太阳能电池板所转换出来的电能由直流防雷汇流箱后输入到太阳能控制器，由太阳能控制器来控制负载用电和为蓄电池组充电。所产生的电流由逆变器进行转换为DC负载用电，为监测点的其他设备供电，太阳能制器和系统配有通讯软件和监控装置，实时监测系统的运行状态和数据记录。太阳能电池薄膜板产生负载所需要的电压和电流。太阳能控制器(包含自动切换装置及系统监控、警报装置)主要功能是对蓄电池进行充电控制和过放电保护，同时对系统输入输出功率起着调节与分配作用，以及系统赋予的其它监控功能。蓄电池解决了电能贮存问题蓄电池将日照充足时系统发出的多余电能，保留在夜间或无风的阴雨天使用，解决了发电与用电时间不一致的问题。[0034] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1. 一种通过北斗卫星通信系统实现河道轮船的安全性实时监测系统，其特征在于该北斗卫星通信系统由控制中心地面站、北斗卫星和1到k个远端轮船监测点三部分组成，采用星形网络结构；所述控制中心地面站采用直径为2. 4米的抛物面天线，由天线本身、馈源、 高频头组成；所述远端轮船监测点包括北斗信号接收机发射装置；该北斗卫星通过该北斗信号接收机发射装置与地面控制中心相联接；同时该地面控制中心与太阳能供电设备相连接。
专利摘要本实用新型提供一种通过北斗卫星通信系统实现河道轮船的安全性实时监测系统，其特征在于该北斗卫星通信系统由控制中心地面站、北斗卫星和1到k个远端轮船监测点三部分组成，采用星形网络结构；该北斗卫星通过该北斗信号接收机发射装置与地面控制中心相联接；同时该地面控制中心与太阳能供电设备相连接。有益效果是本实用新型河道轮船安全性实时监测系统能够对行驶中的轮船的船体和船侧进行实时监测，及时发现船体的裂纹或者断裂痕迹做到及时处理。
文档编号G01S19/42GK202229751SQ20112025261
公开日2012年5月23日 申请日期2011年7月18日 优先权日2011年7月18日
发明者何戎辽, 吴伟林, 王小玲, 王维军 申请人:成都林海电子有限责任公司