專利名稱：基于衛(wèi)星的數據收集系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及基于衛(wèi)星的數據收集系統(tǒng)。
背景技術：
在對山岳或海洋等的環(huán)境觀測數據收集中，到目前為止，對于海洋的環(huán)境觀測而言，根據來自在放置于海洋的大型浮標等中設置的各種傳感器的發(fā)送信號來進行數據收集。作為實現這種數據收集的現有系統(tǒng)，具有利用了衛(wèi)星的數據收集系統(tǒng)(專利文獻I)。在該數據收集系統(tǒng)中，由衛(wèi)星中繼來自設置于浮標中的傳感器的發(fā)送信號，傳送給地面站。在地面站中，接收來自衛(wèi)星的數據并進行數據收集，對收集到的數據進行解析/分析。但是，在利用衛(wèi)星的到目前為止的數據收集系統(tǒng)中，只能檢測從衛(wèi)星天線所覆蓋的區(qū)域發(fā)送的信號，存在不能確定搭載了傳感器的浮標的位置的缺點。此外，由于衛(wèi)星的接收能力不足，在浮標側需要大的發(fā)送功率，這會成為系統(tǒng)結構上的障礙，并且由于浮標的大型化而導致成本上升?；谶@些理由，產生了應改善利用衛(wèi)星的到目前為止的數據收集系統(tǒng)的課題。專利文獻I :日本特開2004-21778

發(fā)明內容
本發(fā)明的課題是提供一種基于衛(wèi)星的數據收集系統(tǒng)，其可根據來自具有一般分布較廣的帶GPS功能的移動電話類的小型輕便的小型終端功能的傳感器的發(fā)送信號，實現迅速且可靠的數據收集。本發(fā)明的數據收集系統(tǒng)是利用了衛(wèi)星通信鏈路的傳感器信息收集系統(tǒng)，其在衛(wèi)星上搭載了接收靈敏度高的大型反射鏡天線，且能夠接收來自具有小型終端功能的傳感器的傳感器信號，該小型終端具有帶GPS移動電話(帶GPS便攜終端)類型的大小及發(fā)送能力，本發(fā)明的數據收集系統(tǒng)大幅提高了傳感器網絡構筑的實現性、便利性、低成本化，包括以下的結構、功能。a.搭載于衛(wèi)星的大型反射鏡天線能夠接收來自傳感器的傳感器信號，該傳感器具有帶GPS移動電話類別的小型終端功能(收發(fā)功能)、和觀測溫度、壓力等預先確定的種類的環(huán)境數據的功能。b.傳感器信號包括通過GPS功能獲得的傳感器的位置信息。c.傳感器信號包括通過GPS功能獲得的傳感器的GPS時刻。d.衛(wèi)星可利用逆方向通信鏈路向傳感器通知傳感器信號的受理等狀況。e.向傳感器的逆方向通信中包括指定來自傳感器的間歇性發(fā)送的發(fā)送定時信息。(發(fā)明效果)、
本發(fā)明的數據收集系統(tǒng)能夠與起到終端作用的小型輕便的傳感器之間進行通信，因此能夠大幅簡化與傳感器的制作、設置相關的負擔，并且根據來自傳感器的高精度位置信息，能夠實現快速且可靠的數據收集，其中所述傳感器具有與帶GPS移動電話類型相同程度的大小及收發(fā)功能、和觀測預先確定的種類的環(huán)境數據的功能。


圖I是用于說明本發(fā)明的實施方式的數據收集系統(tǒng)的結構的圖。圖2是示出了搭載于圖I的靜止衛(wèi)星上的、本發(fā)明的實施方式的大型反射鏡天線的一例的圖。圖3是示出了具有作為小型終端的功能的地球環(huán)境 觀測傳感器的實施方式的圖，該小型終端具有帶GPS移動電話的大小及收發(fā)能力。圖4是示出了圖3所示的地球環(huán)境觀測傳感器的示意結構的一例的圖。圖5是示出了在本發(fā)明的實施方式中在地球環(huán)境觀測傳感器與靜止衛(wèi)星之間交互的傳感器信號、傳感器信號確認送達信號的數據結構的例子的圖。圖6是用于說明對服務提供商向用戶提供由本發(fā)明的實施方式的數據收集系統(tǒng)獲得的觀測數據的服務進行展開的情況的圖。
具體實施例方式本發(fā)明所涉及的數據收集系統(tǒng)通過搭載于通信衛(wèi)星上的接收性能出色的大型反射鏡天線，接收來自在海洋、山岳等中配備的地球環(huán)境觀測傳感器(環(huán)境觀測傳感器)的傳感器信號。衛(wèi)星向地面站發(fā)送接收到的傳感器信號。在地面站中，除了基于在接收信號中包含的地球環(huán)境觀測數據之外，還基于通過GPS定位得到的地球環(huán)境觀測傳感器的位置信息、獲取觀測數據的GPS時刻等信息，收集有用性高且有效的觀測數據。即，將環(huán)境觀測數據作為與配備地球環(huán)境觀測傳感器的位置信息和數據獲取時刻信息相對應的數據來獲取。另外，作為傳感器信號，例如不一定要使用406MHz頻帶的信號，可以利用分配給衛(wèi)星移動體通信的頻帶。根據從衛(wèi)星向地球環(huán)境觀測傳感器發(fā)送的傳感器信號確認送達信號，按照對地球環(huán)境觀測傳感器進行指示的定時，可間歇地進行傳感器信號的發(fā)送，因此即使存在多個地球環(huán)境觀測傳感器，也能控制成信息不會擁擠(沖突)。這種控制是通過由衛(wèi)星中繼來自地面站的控制部的指示并作為傳感器信號確認送達信號而發(fā)送給地球環(huán)境觀測傳感器來執(zhí)行的。本發(fā)明是為了接收來自配備在海洋、山岳等中、且具有作為帶GPS的小型終端(便攜終端)的功能的地球環(huán)境觀測傳感器的傳感器信號(觀測信號)，在衛(wèi)星上搭載了大型反射鏡天線的數據收集系統(tǒng)，該帶GPS的小型終端具有帶GPS功能的移動電話(便攜終端)等級的大小、發(fā)送功率以及接收功能。用于實現本數據收集系統(tǒng)的要件如下。(I)在衛(wèi)星上配備用于提高傳感器信號的接收性能的大型反射鏡天線。大型反射鏡天線并不是具備幾m級的反射鏡，而是具備IOm以上、優(yōu)選是10 30m級的大型反射鏡。通過火箭，與衛(wèi)星一起發(fā)射這種大型反射鏡。在火箭中容納這種大型反射鏡時，以與衛(wèi)星一起收于整流裝置內的方式，被折疊容納，到達宇宙空間的規(guī)定軌道之后，在軌道上被展開成期望的形狀(拋物面)。展開之后，大型反射鏡天線指向地球環(huán)境觀測傳感器所在的地球上的期望的區(qū)域。(2)地球環(huán)境觀測傳感器配備在海洋、山岳等中。配備在海洋中的地球環(huán)境觀測傳感器不需要以此前的大型的浮標作為搭載該傳感器的浮標，只要具有帶GPS的移動電話類的小型終端程度的大小和發(fā)送功率即可，而且還具有觀測溫度、壓力等預先確定種類的環(huán)境數據的功能。(3)地球環(huán)境觀測傳感器除了具有與小型終端相同的通信功能之外，還具有GPS接收功能、定位功能、GPS增強信號接收功能。
(4)從地球環(huán)境觀測傳感器發(fā)送的傳感器信號通過衛(wèi)星上行鏈路被大型反射鏡天線接收，進而經由搭載了該大型反射鏡天線的衛(wèi)星被地面站接收/收集。另外，衛(wèi)星與地球環(huán)境觀測傳感器之間的通信包括以下功能通過相反方向的鏈路(衛(wèi)星下行鏈路)，向地球環(huán)境觀測傳感器發(fā)送包含表示已接收到傳感器信號的傳感器信號確認送達信息的信號。該傳感器信號確認送達信息除了包括通知衛(wèi)星中的傳感器信號接收結束的信息之外，還包括對地球環(huán)境觀測傳感器的發(fā)送定時的指示信息等。以下，在理論和實際方面說明本發(fā)明的實施方式。[理論方面的說明]可用下述式(I)表示由衛(wèi)星接收來自配備于海洋、山岳中的地球環(huán)境觀測傳感器的傳感器信號的信號電平S。S = P G Gs {(入/4) L}2 (I)在式(I)中，P是地球環(huán)境觀測傳感器的發(fā)送功率，G是地球環(huán)境觀測傳感器所具備的天線的增益。L是傳感器信號的傳播距離，\是傳感器信號的發(fā)送信號波長，Gs是衛(wèi)星的反射鏡天線的增益。如果為了使地球環(huán)境觀測傳感器側較輕便，而減小發(fā)送功率P和天線增益G，則想要獲得同一接收功率時需要大幅提高衛(wèi)星側的天線增益Gs。一般，衛(wèi)星的天線增益與天線開口直徑的平方成比例，想要增加天線增益，就要搭載大型天線。對于大型反射鏡天線而言，在發(fā)射衛(wèi)星時，以折疊的狀態(tài)將反射鏡容納在火箭的整流裝置中，并在衛(wèi)星軌道上展開折疊狀態(tài)的反射鏡。反射鏡使用適合展開的網狀類型。在到目前為止的數據收集系統(tǒng)中，在構筑該系統(tǒng)時并沒有確立搭載于衛(wèi)星的大型反射鏡的實現性，為了使上述式(I)的天線增益Gs較小，則不得不形成大型的地球環(huán)境觀測傳感器的發(fā)送系統(tǒng)。為了提高基于傳感器信號的信息收集的可靠性，地球環(huán)境觀測傳感器的位置確定很重要。在本實施方式的數據收集系統(tǒng)中，從地球環(huán)境觀測傳感器發(fā)送的傳感器信號包含了基于GPS的定位信息(地球環(huán)境觀測傳感器的位置信息)和時刻信息(觀測數據的獲取時刻)等。由此，地球環(huán)境觀測傳感器的位置測量精度(定位精度)約為I 5m，能夠實現地面站中的地球環(huán)境監(jiān)視信息與地理信息之間的對應。在到目前為止的數據收集方式中，不存在基于GPS的定位信息，因此所測量的位置存在大的誤差，很難進行收集到的數據的解析/分析。相對于此，已知為了基于來自作為場所已知的GPS監(jiān)視站的信息來提高定位精度，可以利用GPS增強信號。因此，本實施方式的數據收集系統(tǒng)中的地球環(huán)境觀測傳感器可利用該GPS增強信號來獲得高精度的定位信
肩、O另外，通過利用可疊加GPS增強信號的、后述的傳感器信號確認送達信號，從而向地球環(huán)境觀測傳感器側發(fā)送衛(wèi)星中的傳感器信號的受理確認，或者向地球環(huán)境觀測傳感器側指定發(fā)送傳感器信號的定時，因此能夠構筑有效的高可靠性的數據收集網。[實際方面的說明]圖I表示本發(fā)明的實施方式的數據收集系統(tǒng)的示意結構。本實施方式所涉及的數據收集系統(tǒng)由靜止衛(wèi)星12、搭載于靜止衛(wèi)星12中的大型反射鏡天線13(圖2)、地球環(huán)境觀測地面站14、和GPS管制站15構成。靜止衛(wèi)星12與地球環(huán)境觀測傳感器11之間進行無線通信。在圖I中僅示出了一個地球環(huán)境觀測傳感器11，但是在海洋或山岳等中配備I個以上的地球環(huán)境觀測傳感器。在配備于海洋的情況下，盡管地球環(huán)境觀測傳感器11被設置在浮標等上，但不需要以往那種的大型浮標。由地球環(huán)境觀測傳感器11測量并發(fā)送的、包括溫度和其他測量信息的傳感器信號、和來自其他地球環(huán)境觀測傳感器的傳感器信號依次被搭載于靜止衛(wèi)星12中的大型反射鏡天線13接收，經由靜止衛(wèi)星12集中發(fā)送給地球環(huán)境觀測地面站14。在地球環(huán)境觀測地面站14中對接收到的傳感器信號進行處理，從而生成觀測數據。該觀測數據被用于天氣預報、災害預測及其他各種服務提供中。GPS管制站15發(fā)送GPS信號。 圖3示出具有作為小型終端的功能的地球環(huán)境觀測傳感器的實施方式，該小型終端具有帶GPS的移動電話類型的大小和收發(fā)能力。本地球環(huán)境觀測傳感器20可通過與作為移動電話而提供的設備相同的設備來實現。因此，在地球環(huán)境觀測傳感器20和靜止衛(wèi)星26之間交互的傳感器信號、傳感器信號確認送達信號分別具有圖5所示的數據結構。如圖5(a)所示，傳感器信號具有由前同步信號(preamble)、用于識別地球環(huán)境觀測傳感器的終端ID (Identification Data)、基于GPS的位置信息或時刻信息、溫度、其他測量信息和后同步信號(postamble)構成的數據結構。另一方面，如圖5(b)所示，傳感器信號確認送達信號具有由前同步信號、用于指定地球環(huán)境觀測傳感器的終端ID、用于提高定位精度的GPS增強信號、加密的傳感器信號確認送達信息和后同步信號構成的數據結構。如前所述，傳感器信號確認送達信息除了包括通知衛(wèi)星中的傳感器信號接收的信息之外，還包括對地球環(huán)境觀測傳感器的發(fā)送定時的指示信息等。另外，當然，不僅可以對傳感器信號確認送達信息進行加密，也可以根據需要對圖5(a)、(b)的各個信息進行加密。圖4表示圖3所示的地球環(huán)境觀測傳感器20的示意結構的一例。地球環(huán)境觀測傳感器20除了傳感器部21、收發(fā)部22 (圖3)、天線部23、分支部24之外，還內置了電池(省略圖示)。收發(fā)部22由GPS信號接收部22-1、傳感器信號發(fā)送部22-2、確認送達信號接收部22-3構成。傳感器部21除了測量功能之外，還具有GPS信號和確認送達信號的譯解功能、變換或構成為發(fā)送測量信息時所需形式的功能、控制收發(fā)部22的功能、和電池節(jié)約功倉泛―。圖6是用于說明對服務提供商向用戶提供通過本數據收集系統(tǒng)獲得的觀測數據的服務進行展開的情況的圖?；A設施供應商31提供衛(wèi)星的訂貨、維持管理、進行運用的基礎設施，服務提供商32基于該基礎設施進行傳感器信息收集。GPS增強信號生成供應商33對服務提供商32進行GPS增強信號的生成、發(fā)送、管理。用戶34為了從服務提供商32接收地球環(huán)境觀測數據的提供服務，向服務提供商32注冊具有本功能的自己的ID，并支付服務費。服務提供商32管理這些。
通過以上的說明可以理解到，上述實施方式的數據收集系統(tǒng)能夠在與起到終端作用的小型輕便的傳感器之間進行通信，因此能夠大幅簡化關于傳感器的制作、設置的負擔，并且根據來自傳感器的高精度位置信息，能夠實現快速且可靠的數據收集，其中所述傳感器具有與帶GPS的移動電話類型相同程度的大小及收發(fā)功能、和觀測預先確定的種類的環(huán)境數據的功能。以上，參照優(yōu)選實施方式說明了本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于上述實施方式。在本發(fā)明的結構或細節(jié)中，在技術方案所記載的本發(fā)明的精神或范圍內，本領域的技術人員可進行理解得出的各種變更。權利要求
1.ー種數據收集系統(tǒng)，其包括 衛(wèi)星，其具備基于反射鏡天線的收發(fā)功能，在環(huán)境觀測傳感器與地面站之間進行通信；和 地面站，其收集經由所述衛(wèi)星發(fā)送的來自I個以上的所述環(huán)境觀測傳感器的環(huán)境數據，該數據收集系統(tǒng)的特征在干， 所述環(huán)境觀測傳感器具有與帶GPS便攜終端相同的帶GPS終端功能，并且具有觀測預先確定的種類的環(huán)境數據的功能，將包括所觀測到的環(huán)境數據在內的信號作為傳感器信號發(fā)送至所述衛(wèi)星。
2.根據權利要求I所述的數據收集系統(tǒng)，其特征在干， 所述反射鏡天線是折疊式的，其具有10 30m范圍的大小。
3.根據權利要求I所述的數據收集系統(tǒng)，其特征在干， 所述傳感器信號中載入了基于GPS接收的定位信息及GPS時刻。
4.根據權利要求I所述的數據收集系統(tǒng)，其特征在干， 從所述衛(wèi)星向所述環(huán)境觀測傳感器發(fā)送傳感器信號確認送達信號，該傳感器信號確認送達信號包括通知來自所述環(huán)境觀測傳感器的傳感器信號的接收已完成的信息。
5.根據權利要求4所述的數據收集系統(tǒng)，其特征在于， 所述傳感器信號確認送達信號還包括指示所述環(huán)境觀測傳感器中的傳感器信號的發(fā)送定時的信息。
6.根據權利要求4或5所述的數據收集系統(tǒng)，其特征在干， 所述傳感器信號確認送達信號還包括用于提高定位精度的GPS增強信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于衛(wèi)星的數據收集系統(tǒng)，該數據收集系統(tǒng)在衛(wèi)星上搭載了接收性能出色的反射鏡天線，可有效地收集來自配置于海洋、山岳等的各種環(huán)境觀測傳感器的觀測數據。環(huán)境觀測傳感器除了具備觀測預先確定的種類的環(huán)境數據的功能之外，還具備與帶GPS的便攜終端相同的大小及收發(fā)功能。根據該數據收集系統(tǒng)，能夠將環(huán)境觀測數據作為與配備環(huán)境觀測傳感器的位置信息相對應的數據來獲取。
文檔編號G08C17/00GK102737483SQ20121009305
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權日2011年4月8日
發(fā)明者塚島隆, 小石洋一, 辻畑昭夫 申請人:日本電氣東芝太空系統(tǒng)株式會社, 日本電氣株式會社, 獨立行政法人宇宙航空研究開發(fā)機構