CN209072492U - 一种通用航空低轨卫星通信终端 - Google Patents

Abstract

一种通用航空低轨卫星通信终端涉及卫星通信技术领域，面向通用航空器监视控制和安全飞行难题，提供一种体积小、重量轻、抗干扰、便于安装的低轨卫星通信设备，设备集成了主控制模块、卫星接收机模组、复合天线、语音处理模块、LED显示屏、Flash存储器等。主控制器采用开放式架构，集成蓝牙、MEMS惯性传感器等，复合天线采用北斗双模天线，叠层架构，功耗低，体积小。OLED显示屏采用2.5寸高清液晶屏，实现设备主要参数、工作状态、故障情况等综合信息显示，内置3200mAh低温型电池，具有充电保护功能，续航能力强。主机壳体采用封闭式加强型轻便铝材结构，造型新颖小巧，防护等级IP67以上，实现航空器通信导航高可用集成解决了通信的连续性、及时性和易用性。

Description

一种通用航空低轨卫星通信终端

1、技术领域

本实用新型涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种通用航空领域的低轨卫星通信终端。

2、背景技术

2.1背景技术

随着我国通用航空业的迅速发展，用于低空空域监视的技术不断革新。美国新一代铱星标配ADS-B接收机，构建全球范围的空中交通监测***。而我国北斗卫星导航***作为我国战略基础资源，能够为飞行安全提供连续不间断的定位、导航、授时等功能，但其短报文通信功能受限于轨道高度、信号体制和带宽约束，其发射频度、报文容量、通信延时的固有缺陷，大大影响了通信的连续性、及时性和易用性。

目前通用航空器卫星监视终端，一般采用“卫星定位+移动通信网络”或“卫星定位+北斗报文通信”的架构，依赖于地面移动通信基础设施，很难保障通信的连续性、可用性。而少量北斗双模终端产品，发射频度约1分钟，报文容量只有几十个字节，通信延时1秒左右，而且体积较大，功耗高，成本高，对在通用航空器上的推广使用带来了很大挑战。以自主可控、小型化、一体设计、多源融合架构、低功耗等设计理念实现航空器通信导航模块高可用集成，成为解决用户所需设备完好性、鲁棒性、可用性、连续性等性能要求的根本途径。

2.2现有技术的缺点

现有通用航空器卫星监视终端，一般仅采用“卫星定位+移动通信网络”或“卫星定位+北斗报文通信”的架构，对于面向通用航空器这一特定平台的推广应用，存在以下缺点：

a)移动通信网络依赖于地面基础设施，盲区较多，仍无法解决“找不到、联不上”的问题；

b)通常采用的北斗双模模块，只能使用北斗民用sim卡，服务频度通常为60s，无法满足航空器连续监视的需求；

c)通常采用的北斗双模模块，因其发射功率高，一般采用有源天线和分体式设计，导致设备体积很大，不便于安装使用；

d)通常航空器属于高动态平台，对通信时延要求较高，北斗短报文通信由于GEO卫星轨道高度较高，其通信时延约为1s，无法满足航空器实时监视的需求。

3、实用新型内容

本实用新型主要面向通用航空器监视控制和安全飞行难题，提供一种体积小、重量轻、抗干扰、便于安装的低轨卫星通信设备，设备集成了主控制模块、北斗定位模块、接收机模组、复合天线、语音处理模块、LED显示屏、Flash存储器等。主控制器采用开放式架构，可根据用户需求集成蓝牙、MEMS惯性传感器等，北斗定位模块支持BDS、GPS、GLONASS、Galileo全星座接收能力，复合天线采用北斗/双模天线，叠层架构，接收机模组为物联网卫星接收机，功耗低，体积小。整机性能优越，可用性、可靠性、鲁棒性更佳。OLED显示屏采用2.5寸高清液晶屏，实现设备主要参数、工作状态、故障情况等综合信息显示，内置3200mAh低温型电池，具有充电保护功能，续航能力强。主机壳体采用封闭式加强型轻便铝材结构，造型新颖小巧，防护等级IP67以上，利于通用航空器平台配装使用。设计中主要做出了如下改进设计：

a)设备采用开放式架构和模块化设计，在保持小型化和低功耗的要求下，完成了多功能一体化集成，减轻了重量；

b)设备集成了2.5英寸OLED高清液晶屏，实时显示卫星状态、设备工作状态、故障指示等参数；

c)设备选用物联网卫星接收机和STM32F103RCT6型主控制器模块，提供北斗B1频点定位支持能力、窄带卫星通信能力，以及功能接口扩展能力；

d)基于两层微带天线嵌套和收发高隔离技术，北斗B1频点和卫星接收频点共用天线，体积更小、适应性更强；

e)设备基于北斗同步授时和观测数据联合滤波、数据融合技术，实现与MEMS惯性传感器的无缝集成能力。

4、附图说明

为了更清楚地说明现有技术和本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本申请实施例的附图描述的仅仅是本申请中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本申请的保护范围。

图1通用航空低轨卫星通信终端工作原理图

图2通用航空低轨卫星通信终端多源融合架构组成图

图3复合天线单元图

图4整机外形结构设计图

5、具体实施方式

通用航空低轨卫星通信终端工作原理图如图1所示。

a)主机

通用航空低轨卫星通信终端主机主要由低轨卫星接收机、OLED显示屏、语音模块、电池及电源管理模块和接口单元等五部分组成，如图2所示。各部分功能描述为：

1)低轨卫星接收机

接收机基带处理模块采用北斗B1嵌入式处理模块，完成收发信号的调理、模数转换、北斗B1卫星导航信号的基带处理、卫星窄带通信信号的基带处理等功能。

2)OLED显示屏

采用2.5寸高清OLED显示屏，显示设备工作状态和数据信息等。

3)语音模块

对关键信息和状态异常情况提供智能语音播报功能。

4)电源管理模块

电源管理模块主要完成输入直流电源的EMI滤波以及过流、过压、欠压和充电保护功能，同时为主机各单元提供所需稳压电源转换。主要包含三个方面：为主控制模块3.3V、1.8V和1.25V电源；为语音模块和OLED显示单元提供2.8V和3.3V电源；为卫星模块及其***电路提供5V、3.3V电源。

5)主控制模块

完成输入输出数据解析、协议转换、自适应控制等，对各单元工作状态进行监控管理。

6)接口单元

接口单元主要音频接口、RS232串口、存储卡接口、天线接口、外部电源数据接口等组成，外部接口为4芯Mini航空插头，包括串口Rxd、Txd、GND和+12V输入。

b)复合天线

复合天线单元由双频点卫星(接收)天线阵子、卫星(发射)阵子组成，基于不同介电常数的介质基板的多层微带天线嵌套，如图3所示。其中，采用3dB定向耦合器作为馈电网络耦合馈电，外加LC梯形网络低通滤波器实现收发高隔离。

c)结构安装

通用航空低轨卫星通信终端为共形平板结构，外形尺寸为155mm×48mm×18.5mm(不包括接插件)，采用螺钉固定，与飞机上表面共形安装。如图4所示。

6、本实用新型技术方案带来的有益效果

本产品基于商业窄带卫星通信***，解决了现有通航机载监控设备依赖公网基础设施的缺点，或者北斗短报文通信体制带宽小、频度间隔大、延时长、功耗大等缺陷，实现了全球持续覆盖的卫星连接服务，可用性大大增强；采用模块化设计，在重量、体积、功耗、适应性等方面有较多改善；采用多源融合架构，可扩展集成低成本MEMS和高度计等传感器，性能更加稳定、可靠；特有的LED显示，可提供实时态势数据展示。

本实用新型以小型化、一体设计、多源融合架构等设计理念实现航空器通信导航模块高可用集成，解决了航空用户所需设备完好性、鲁棒性、可用性、连续性等性能要求，同时保证了一定的成本优势。

Claims (6)

1.一种通用航空低轨卫星通信终端，其特征在于，包括：设备集成了主控制模块、北斗定位模块、接收机模组、复合天线、语音处理模块、LED显示屏、Flash存储器等；主控制器采用开放式架构，可根据用户需求集成蓝牙、MEMS惯性传感器等，北斗定位模块支持BDS、GPS、GLONASS、Galileo全星座接收能力，复合天线采用北斗/双模天线，叠层架构，接收机模组为物联网卫星接收机，功耗低，体积小；OLED显示屏采用2.5寸高清液晶屏，实现设备主要参数、工作状态、故障情况等综合信息显示，内置3200mAh低温型电池，具有充电保护功能，续航能力强；主机壳体采用封闭式加强型轻便铝材结构。

2.根据权利要求1所述的通用航空低轨卫星通信终端，其特征是主机采用多导航源融合架构。

3.根据权利要求1所述的通用航空低轨卫星通信终端，其特征是主机主控单元采用STM32F103RCT6模块，通过开放式设计接入MEMS、高度计、温度计等传感器，便于裁剪和扩展。

4.根据权利要求1所述的通用航空低轨卫星通信终端，其特征是复合天线采用基于不同介电常数的介质基板的多层微带天线嵌套实现低轨卫星收发阵元和北斗B1天线阵元复合设计，通过外加LC梯形网络低通滤波器实现收发高隔离。

5.根据权利要求1所述的通用航空低轨卫星通信终端，其特征是设备选用物联网卫星接收机和STM32F103RCT6型主控制器模块，实现北斗B1频点定位支持、窄带卫星通信，以及功能接口扩展。

6.根据权利要求1所述的通用航空低轨卫星通信终端，其特征是采用两层微带天线嵌套和收发高隔离技术，北斗B1频点和卫星接收频点共用天线。