【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海洋监测，具体涉及一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统及方法。
技术介绍
1、海洋监测是全球环境监测不可或缺的一部分。通过海洋监测，科学家可以收集关于海流、温度、盐度、波浪、潮汐等关键海洋参数的数据。这些数据对于研究全球气候变化、海平面上升、海洋酸化等环境问题至关重要。此外，海洋监测还能够为海洋运输、渔业、海洋资源开发等提供重要信息，对经济发展和国家安全具有直接影响。
2、尽管海洋浮标作为一种有效的海洋数据收集手段已被广泛应用，但其监测能力存在一定的局限性。首先，海洋浮标的数据传输依赖于北斗卫星通信，由于海洋浮标和高轨卫星远距离回传导致较强的信号衰减。其次，浮标在恶劣天气条件下的稳定性和数据回传的成功率面临挑战，浮标天线体积受限于应用场景，加之海上波浪的影响，无法保持稳定的数据回传，当前基于北斗卫星回传的解决方案只能达到70％的数据回传成功率。此外，基于星历数据和电机实现的可追踪天线系统，在动态的海洋环境中，天线的指向精度仍可能受到晃动、传感器精度、信号延迟等多种因素的影响，导致无法始终精准对准卫星，尤其在高频通信(如ka波段)中，微小的指向误差也会对信号强度造成较大影响。
3、低轨卫星技术的发展为海洋监测提供了新的机遇。低轨卫星具有较高的时间分辨率和空间分辨率，传输信号衰减小，低轨卫星数量多，无需精确对准，能够实现对海洋环境的快速、连续监测。通过部署低轨卫星网络，可以大幅提高海洋监测的覆盖范围和频率，实现对海洋环境的实时监控。低轨卫星通信系统已经广泛应用于全球范围内的远程通信、数据传
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统及方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、第一方面，本专利技术提供了一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统，所述系统包括：
3、浮标终端、低轨卫星网络和地面信关站；其中，
4、所述浮标终端包括自供电系统、低轨卫星通信模块、多源传感器、数据采集和处理模块；所述浮标终端用于，利用多源传感器采集海洋数据，利用数据采集和处理模块对采集到的海洋数据进行预处理，得到预处理后的数据；利用所述低轨卫星通信模块基于电磁指纹识别对自身接收到的信号进行识别，区分出干扰信号和合法卫星信号；对所述合法卫星信号进行数据处理，得到指令信息，基于指令信息通过通信链路将所述预处理后的数据发送至所述低轨卫星网络；
5、所述低轨卫星网络用于，发送合法卫星信号至所述浮标终端；
6、所述低轨卫星网络还用于，将自身接收到的数据转发至所述地面信关站；
7、所述地面信关站用于，对自身接收到的数据进行处理，将处理后的数据传输至互联网，供互联网中的用户进行实时监测和分析。
8、在本专利技术的一个实施例中，自供电系统，包括：
9、太阳能电池板、锂电池组和超电容；其中，
10、所述太阳能电池板设置于所述浮标终端的顶部，用于将自身吸收的太阳能转换为电能；
11、所述锂电池组和超电容作为能量存储介质，均用于对电能进行存储，以及向所述浮标终端供电。
12、在本专利技术的一个实施例中，自供电系统通过所述锂电池组满足所述浮标终端在正常功率场景下的供电需求，通过所述超电容满足所述浮标终端在瞬时大功率场景下的供电需求。
13、在本专利技术的一个实施例中，多源传感器，包括：
14、感应耦合传输温盐链、声学多普勒海流剖面仪和单点海流计。
15、在本专利技术的一个实施例中，海洋数据，包括：
16、海流、温度和盐度。
17、在本专利技术的一个实施例中，利用数据采集和处理模块对采集到的海洋数据进行预处理，得到预处理后的数据，包括：
18、所述数据采集和处理模块，采用边缘计算对采集到的海洋数据通过卡尔曼滤波进行融合处理，得到融合后的数据；
19、对所述融合后的数据进行数据压缩，得到所述预处理后的数据。
20、在本专利技术的一个实施例中，低轨卫星通信模块，包括：
21、低轨卫星通信板卡和全向天线；其中，
22、所述低轨卫星通信板卡，包括：
23、电磁指纹提取与对比模块、指纹认证模块和通信数据处理模块。
24、在本专利技术的一个实施例中，利用所述低轨卫星通信模块基于电磁指纹识别对接收到的信号进行识别，区分出干扰信号和合法卫星信号，包括：
25、所述低轨卫星通信模块，利用电磁指纹提取与对比模块提取全向天线接收到的信号中的电磁指纹特征，将提取到的电磁指纹特征与预设电磁指纹库中对应的特征进行对比，得到相似度；利用指纹认证模块对所述相似度和预设阈值进行对比，若相似度大于或等于预设阈值，则判断相似度对应的信号为合法卫星信号；若相似度小于预设阈值，则判断相似度对应的信号为干扰信号，过滤所述干扰信号。
26、在本专利技术的一个实施例中，电磁指纹特征，包括：
27、频率漂移、相位噪声、时域波形和功率谱密度。
28、第二方面，本专利技术提供了一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传方法，应用于海洋浮标信息回传系统，所述海洋浮标信息回传系统包括：浮标终端、低轨卫星网络和地面信关站，所述方法包括：
29、利用低轨卫星网络发送合法卫星信号至所述浮标终端；
30、利用浮标终端中的多源传感器采集海洋数据，利用浮标终端中的数据采集和处理模块对采集到的海洋数据进行预处理，得到预处理后的数据；利用浮标终端中的低轨卫星通信模块基于电磁指纹识别对自身接收到的信号进行识别，区分出干扰信号和合法卫星信号；对所述合法卫星信号进行数据处理，通过通信链路将所述预处理后的数据发送至所述低轨卫星网络；
31、利用所述低轨卫星网络将自身接收到的数据转发至所述地面信关站；
32、利用所述地面信关站对自身接收到的数据进行处理，将处理后的数据传输至互联网，供互联网中的用户进行实时监测和分析。
33、本专利技术的有益效果：
34、本专利技术所提供的方案中，采用低轨卫星技术，在低轨卫星通信模块引入电磁指纹识别技术，有效的过滤掉了不符合电磁指纹特征的干扰信号，增加了系统在复杂电磁环境中的稳定性，将浮标回传数据的成功率从传统北斗卫星的70％提高至95％。本专利技术基于电磁指纹的唯一性，能够在多种信号混杂的环境中准确识别出合法卫星信号。
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1.一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统，其特征在于，所述自供电系统，包括：
3.根据权利要求2所述的一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统，其特征在于，所述自供电系统通过所述锂电池组满足所述浮标终端在正常功率场景下的供电需求，通过所述超电容满足所述浮标终端在瞬时大功率场景下的供电需求。
4.根据权利要求1所述的一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统，其特征在于，所述多源传感器，包括：
5.根据权利要求1所述的一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统，其特征在于，所述海洋数据，包括：
6.根据权利要求1所述的一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统，其特征在于，所述利用数据采集和处理模块对采集到的海洋数据进行预处理，得到预处理后的数据，包括：
7.根据权利要求1所述的一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统，其特征在于，所述低轨卫星通信模块，包括：
8.根据权利要求7所述的一种高到报率、抗干
9.根据权利要求8所述的一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统，其特征在于，所述电磁指纹特征，包括：
10.一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传方法，应用于海洋浮标信息回传系统，所述海洋浮标信息回传系统包括：浮标终端、低轨卫星网络和地面信关站，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统，其特征在于，所述自供电系统，包括：
3.根据权利要求2所述的一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统，其特征在于，所述自供电系统通过所述锂电池组满足所述浮标终端在正常功率场景下的供电需求，通过所述超电容满足所述浮标终端在瞬时大功率场景下的供电需求。
4.根据权利要求1所述的一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统，其特征在于，所述多源传感器，包括：
5.根据权利要求1所述的一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回传系统，其特征在于，所述海洋数据，包括：
6.根据权利要求1所述的一种高到报率、抗干扰的海洋浮标信息回...
【专利技术属性】
技术研发人员：李胜朝，江道禹，杨超，杨卫东，沈玉龙，高向上，陶媛，侯高攀，
申请(专利权)人：西安电子科技大学杭州研究院，
类型：发明
国别省市：
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