本實(shí)用新型涉及衛(wèi)星技術(shù)，特別是一種基于高分衛(wèi)星接收技術(shù)的北斗3G/4G視頻防雷終端。

背景技術(shù)：

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、識別技術(shù)、微電子技術(shù)、編解碼技術(shù)等技術(shù)成熟的發(fā)展，以及我國第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，社會各行業(yè)對北斗視頻采集終端的需求日益增加，目前在全國各地已成功應(yīng)用于智慧交通、兩客一危及重型貨車、智慧航運(yùn)、智慧城市、數(shù)字森林防火、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

目前我國普遍應(yīng)用的北斗視頻車載終端基本上都是采用三大運(yùn)營商的3G或4G網(wǎng)絡(luò)傳輸定位數(shù)據(jù)與視頻圖像，實(shí)現(xiàn)了對客車、校車、公交車、出租車等交通工具的實(shí)時視頻監(jiān)控，從一定程度上規(guī)范了司機(jī)的行為，并保障了司機(jī)的行車安全及乘客的財(cái)產(chǎn)安全，隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的進(jìn)一步發(fā)展，以及人們對公共安全日益增加的需求，此類終端的應(yīng)用將會越來越廣泛，前景良好。

但是，現(xiàn)有的北斗視頻終端的功能單一，已無法滿足人們對于北斗視頻終端使用要求的日益增加，不利于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于高分衛(wèi)星接收技術(shù)的北斗3G/4G視頻防雷終端。

本實(shí)用新型的目的是通過如下途徑實(shí)現(xiàn)的：一種基于高分衛(wèi)星接收技術(shù)的北斗3G/4G視頻防雷終端，它是由ARM處理器分別連接電源管理模塊、速度傳感器模塊、高分衛(wèi)星接收模塊、電話模塊、擴(kuò)展模塊、防雷模塊、3G/4G通訊模塊、地磁場/北斗定位模塊及圖像處理模塊構(gòu)成；

所述的高分衛(wèi)星接收模塊是射頻芯片分別連接指令接收單元、圖像輸出單元、信號接收單元、圖像處理單元及信號轉(zhuǎn)換單元，其中的信號接收單元無線連接有源天線，圖像輸出單元與ARM處理器中的顯控單元連接。

作為本方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述的ARM處理器采用STM32F103VCT6芯片。

本實(shí)用新型基于高分衛(wèi)星接收技術(shù)的北斗3G/4G視頻防雷終端，采用地磁場定位技術(shù)與北斗定位技術(shù)融合開發(fā)的地磁場/北斗定位模塊，在北斗定位信號較差的情況下（如：山區(qū)、隧道、室內(nèi)、車庫、地下停車場等），自動選擇定位模塊中地磁場傳感器單元，大幅度提高定位精度；內(nèi)置高分衛(wèi)星接收模塊，可接收附近1公里內(nèi)的視頻圖像以及大氣環(huán)境指數(shù)、災(zāi)害發(fā)生指數(shù)，大幅度地提高了執(zhí)法車輛的效率，更大程度上保證了社會的穩(wěn)定，為智慧城市的建設(shè)提供了技術(shù)支撐；在防雷方面，主要采用氧化鋅電阻片、ESD保護(hù)二極管等材料開發(fā)的新型防雷模塊，從更大程度上保護(hù)視頻終端，可適用于智慧森林防火等對防雷要求較高的相關(guān)領(lǐng)域；在地磁導(dǎo)航技術(shù)基礎(chǔ)上，采用虛擬重力場測高技術(shù)，解決室內(nèi)定位樓層的精準(zhǔn)估計(jì)問題，為室內(nèi)定位提供了重要的技術(shù)支撐。

與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、目前我國現(xiàn)有技術(shù)的北斗3G/4G視頻終端，一般采用的北斗衛(wèi)星定位模塊，在終端處于山區(qū)、隧道、室內(nèi)、車庫、地下停車場等很難實(shí)現(xiàn)定位，而本實(shí)用新型的基于高分衛(wèi)星接收技術(shù)的北斗3G/4G視頻防雷終端主要優(yōu)點(diǎn)是采用地磁場定位技術(shù)與北斗定位技術(shù)融合開發(fā)的新型定位模塊，在北斗定位信號較差的情況下（如：山區(qū)、隧道、室內(nèi)、車庫、地下停車場等），自動選擇定位模塊中地磁場傳感器單元，大幅度提高定位精度與定位范圍，實(shí)現(xiàn)定位無盲區(qū)的目標(biāo)。

2、現(xiàn)有的北斗3G/4G視頻終端，目前只能通過連接于終端的攝像機(jī)，進(jìn)行實(shí)時視頻監(jiān)控，而本實(shí)用新型的視頻終端在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，增加了內(nèi)置的高分衛(wèi)星接收模塊，可由信號接收單元外接的GFNS有源天線接收高分5號衛(wèi)星發(fā)射的工作頻點(diǎn)MHZ，帶寬MHZ的G5數(shù)字信號，經(jīng)模塊內(nèi)部各單元及處理器的轉(zhuǎn)換并處理，可在終端顯示屏上觀看附近1公里內(nèi)的視頻圖像，大幅度地增加了視頻監(jiān)控的范圍，并提高了執(zhí)法車輛的效率，更大程度上保證了社會的穩(wěn)定，為智慧城市的建設(shè)提供了重要的技術(shù)支撐。

3、本實(shí)用新型的視頻終端在防雷方面，主要采用氧化鋅電阻片、ESD保護(hù)二極管等材料開發(fā)的新型防雷模塊，適用于控制信號、數(shù)據(jù)通訊、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等為一體的過電壓精確防護(hù)，同時帶有不同電壓等級的信號電源防雷保護(hù)作用，具備通流容量大、傳輸速率高、無漏流、反應(yīng)迅速、工作可靠等特點(diǎn)。從更大程度上保護(hù)視頻終端電路，可適用于智慧森林防火等對防雷要求較高的相關(guān)領(lǐng)域。

4、現(xiàn)有的北斗3G/4G視頻終端，在室內(nèi)的北斗衛(wèi)星定位信號較差，而本實(shí)用新型的視頻終端，在地磁導(dǎo)航技術(shù)基礎(chǔ)上，采用虛擬重力場測高技術(shù)，解決室內(nèi)定位樓層的精準(zhǔn)估計(jì)問題，為室內(nèi)定位提供了重要的技術(shù)支撐。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明：

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型中高分衛(wèi)星接收模塊結(jié)構(gòu)方框圖；

圖3為本實(shí)用新型中高分衛(wèi)星接收模塊電路圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型一種基于高分衛(wèi)星接收技術(shù)的北斗3G/4G視頻防雷終端，其特征在于：它是由ARM處理器1分別連接電源管理模塊2、速度傳感器模塊3、高分衛(wèi)星接收模塊4、電話模塊5、擴(kuò)展模塊6、防雷模塊7、3G/4G通訊模塊8、地磁場/北斗定位模塊9及圖像處理模塊10構(gòu)成；

所述的高分衛(wèi)星接收模塊4是射頻芯片18分別連接指令接收單元11、圖像輸出單元13、信號接收單元14、圖像處理單元16及信號轉(zhuǎn)換單元17，其中的信號接收單元14無線連接有源天線12，圖像輸出單元13與ARM處理器1中的顯控單元15連接。

本方案中的ARM處理器STM32F103VCT6芯片作為核心信號處理器，由制造商STMicroelectronics生產(chǎn)，該芯片大容量片內(nèi)存儲器，它采用3.3V電壓供電，功耗低，寬電壓范圍。CPU與地磁場/北斗定位模塊、高分衛(wèi)星接收模塊、3G/4G通訊模塊之間采用串行通信?；贑ortex-M3內(nèi)核的STM32F103系列芯片是新型的32位嵌入式微處理器，它是不需操作系統(tǒng)的ARM，其性能遠(yuǎn)高于51系列單片機(jī)；提供很高的代碼效率，該系列微處理器工作頻率為72MHz，內(nèi)置高達(dá)128K字節(jié)的Flash存儲器和20K字節(jié)的SRAM，具有豐富的通用I/O端口。

STM32F103系列微處理器主要資源和特點(diǎn)如下：

（1）多達(dá)51個快速I/O端口，所有I/O口均可以映像到16個外部中斷，幾乎所有端口都允許5V信號輸入。每個端口都可以由軟件配置成輸出（推挽或開漏）、輸入（帶或不帶上拉或下拉）或其它的外設(shè)功能口。

（2）2個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，多達(dá)16個外部輸入通道，轉(zhuǎn)換速率可達(dá)1MHz，轉(zhuǎn)換范圍為0~36V；具有雙采樣和保持功能；內(nèi)部嵌入有溫度傳感器，可方便的測量處理器溫度值。

（3）靈活的7路通用DMA可以管理存儲器到存儲器、設(shè)備到存儲器和存儲器到設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，無須CPU任何干預(yù)。通過DMA可以使數(shù)據(jù)快速地移動，DMA控制器支持環(huán)形緩沖區(qū)的管理，避免了控制器傳輸?shù)竭_(dá)緩沖區(qū)結(jié)尾時所產(chǎn)生的中斷。它支持的外設(shè)包括：定時器、USART、SPI、ADC和I2C等。

（4）調(diào)試模式：支持標(biāo)準(zhǔn)的20腳JTAG仿真調(diào)試以及針對Cortex-M3內(nèi)核的串行單線調(diào)試（SWD）功能。通常默認(rèn)的調(diào)試接口是JTAG接口。

（5）含有豐富的通信接口：三個USART異步串行通信接口、兩個12C接口、兩個SPI接口、一個CAN接口和一個USB接口。

方案中的3G/4G通訊模塊，采用華為技術(shù)有限公司生產(chǎn)的EM310無線通訊模塊，負(fù)責(zé)終端和監(jiān)控中心的雙向通信，終端的狀態(tài)信息即通過無線通訊模塊發(fā)送到監(jiān)控中心，因此，信息傳輸是否及時、可靠是北斗衛(wèi)星視頻終端監(jiān)控系統(tǒng)性能的一個重要環(huán)節(jié)。3G/4G的移動通信網(wǎng)絡(luò)，具有系統(tǒng)容量大、頻譜利用率高、頻率規(guī)劃簡單、不易掉線、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。終端攝像機(jī)采集到的視頻圖像，通過圖像處理模塊進(jìn)行H.265編碼等技術(shù)處理后，經(jīng)當(dāng)?shù)?G/4G網(wǎng)絡(luò)傳輸，上傳至監(jiān)控中心。同時，本系統(tǒng)采用GPRS短信息通訊方式，終端定位數(shù)據(jù)經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換利用GPRS通信模塊的短信息信道傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心亦通過GPRS短信息信道向終端發(fā)送指揮調(diào)度信令。GPRS短信息通訊方式，具備GPRS語音調(diào)制方式，覆蓋范圍廣、容量大的優(yōu)點(diǎn)，同時短信息業(yè)務(wù)具備傳輸速度快、不影響語音通話、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因此本系統(tǒng)即應(yīng)用其SMS（短消息服務(wù)）作為通訊系統(tǒng)的首選方式。EM310無線通訊模塊，它具有標(biāo)準(zhǔn)RS232串行接口，支持語音、數(shù)據(jù)以及短消息（SMS），并能適應(yīng)較寬的電壓范圍，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中主要使用其短消息發(fā)送接收功能。軟件控制方面，使用AT指令對EM310模塊進(jìn)行控制。

方案中的地磁場/北斗定位模塊，該模塊是由杭州中科微電子有限公司生產(chǎn)的型號為ATGM330B的雙模接收機(jī)模塊與地磁場導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合研制，支持GPS和BD2的單系統(tǒng)定位和雙系統(tǒng)聯(lián)合定位，在北斗及GPS無信號情況下，模塊中基于地磁場傳感器的定位單元工作，采用地磁匹配算法，計(jì)算出當(dāng)?shù)氐牡卮艔?qiáng)度值，以獲取當(dāng)前位置信息。

方案中的圖像處理模塊，該模塊采用的是上海富瀚(FULLHAN)公司生產(chǎn)的型號為FH8510 ISP處理芯片，把H.265編解碼單元置入，具有強(qiáng)大的圖像處理引擎，CMOS圖像傳感器接口，D/A轉(zhuǎn)換器，8路攝像機(jī)串口，具有功耗低、分辨率高、配置靈活、定制化程度高等特點(diǎn)。

方案中的擴(kuò)展模塊，該模塊采用的是德國西門子股份公司生產(chǎn)的型號為S7-EM239擴(kuò)展模塊，可采集電壓、電流、毫伏、各種類型熱電阻溫度、各種類型熱電偶溫度，通道類型隨意組合，使終端可接入各類傳感器，適用于各行業(yè)車輛的不同需求。

方案中的電話模塊，該模塊采用的是廣州唯創(chuàng)科技有限公司生產(chǎn)的型號為WT588D疊式封裝語音芯片，內(nèi)置13Bit/DA轉(zhuǎn)換器，以及12Bit/PWM音頻處理，確保高品質(zhì)語音輸出，PWM輸出可直接推動0.5W/8Ω揚(yáng)聲器，推挽電流充沛，抗干擾性強(qiáng)。終端通話功能與語音播放皆由此模塊實(shí)現(xiàn)。

方案中的速度傳感器模塊，該模塊采用的是Bosch生產(chǎn)的型號為BMX055速度傳感器，內(nèi)置IMU-慣性測量單元，為終端提供非常精準(zhǔn)的行駛速度。

方案中的電源管理模塊，該模塊采用的是Ricoh生產(chǎn)的型號為RN5T618電源管理芯片，該款芯片采用CMOS制造工藝，內(nèi)部集成多達(dá)3路高效率降壓型DC-DC和多達(dá)7路LDO電源，單路DC-DC輸出電流最高可達(dá)3A。該模塊集成電源控制邏輯電路、鋰電池充電模塊、電壓檢測模塊、過溫保護(hù)模塊，同時可以為CPU的復(fù)位提供輸入，其內(nèi)部自帶的看門狗定時器，極大的提高了電源系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性和穩(wěn)定性。

方案中的防雷模塊，該模塊采用的是深圳市杰賽電子有限公司生產(chǎn)的JSX-POE型防雷模塊，適用于控制信號、數(shù)據(jù)通訊、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等為一體的過電壓精確防護(hù)，同時帶有不同電壓等級的信號電源防雷保護(hù)作用，具備通流容量大、傳輸速率高、無漏流、反應(yīng)迅速、工作可靠等特點(diǎn)。以下為模塊電路圖。

方案中的高分衛(wèi)星接收模塊，如圖2、圖3所示，此模塊為自行研制的GF-05-1G06X射頻芯片，通過信號接收單元外接的GFNS有源天線接收高分5號衛(wèi)星發(fā)射的工作頻點(diǎn) MHZ，帶寬 MHZ的G5數(shù)字信號，經(jīng)模塊中信號轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為圖像信息，再通過圖像處理單元采用亮色分離、梳狀濾波法、圖像清晰度增強(qiáng)等技術(shù)處理后，由圖像輸出單元將圖像發(fā)送到ARM處理器顯控單元，在顯示屏上可觀看到高清圖像畫面，其中的指令接收單元主要用于接收監(jiān)控中心下發(fā)的各在指令，再由GF-05-1G06X處理器進(jìn)行相關(guān)的反應(yīng)。

同時，監(jiān)控中心對終端下發(fā)視頻查看指令，模塊TXA串口輸出的視頻數(shù)據(jù)由圖像處理模塊H.265編碼技術(shù)處理后，發(fā)送至監(jiān)控中心。H.265是ITU-T VCEG 繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。H.265標(biāo)準(zhǔn)圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264，保留原來的某些技術(shù)，同時對一些相關(guān)的技術(shù)加以改進(jìn)。新技術(shù)使用先進(jìn)的技術(shù)用以改善碼流、編碼質(zhì)量、延時和算法復(fù)雜度之間的關(guān)系，達(dá)到最優(yōu)化設(shè)置。具體的研究內(nèi)容包括：提高壓縮效率、提高魯棒性和錯誤恢復(fù)能力、減少實(shí)時的時延、減少信道獲取時間和隨機(jī)接入時延、降低復(fù)雜度等。H264由于算法優(yōu)化，可以低于1Mbps的速度實(shí)現(xiàn)標(biāo)清數(shù)字圖像傳送；H265則可以實(shí)現(xiàn)利用1~2Mbps的傳輸速度傳送720P（分辨率1280*720）普通高清音視頻傳送。H.265的關(guān)鍵技術(shù)主要有四叉樹編碼結(jié)構(gòu)、環(huán)路濾波、熵編碼、細(xì)粒度slice分塊邊界，四叉樹編碼結(jié)構(gòu)中HEVC的變換結(jié)構(gòu)突破了原有的變換尺寸限制，提高了大尺寸編碼單元的編碼效率；環(huán)路濾波在H.264的去塊濾波技術(shù)基礎(chǔ)上，HM模型取消了對4*4塊的去塊濾波，降低了復(fù)雜度，SAO在編解碼環(huán)路內(nèi)，位于Deblock之后，通過對重建圖像的分類，對每一類圖像像素值加減一個偏移，達(dá)到減少失真的目的，從而提高壓縮率，減少碼流；H.265采用了兩種并行熵編碼方案，提高并行處理能力，降低對解碼端芯片的頻率要求；H.265的熵編碼slice邊界劃分不以LCU為單位，而是以更小的CU為單位，每個slice的大小都可以精確控制，同時解決了碼率控制和負(fù)載均衡的問題。

目前，高分衛(wèi)星接收模塊只能接收終端附近大約1公里范圍內(nèi)的圖像，其中，高分5號衛(wèi)星采用了高空間分辨率、多光譜與寬覆蓋相結(jié)合的光學(xué)遙感等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高分辨率對地觀測、氣象、森林防火等重要功能。以下為模塊電路圖。

以下為GF-05-1G06X射頻芯片引腳定義：

GFNS有源天線由11號腳接入芯片，用于接收高分衛(wèi)星采集到的圖像數(shù)字信號，通過芯片轉(zhuǎn)換為圖像信息并處理后，由20號腳TXA串口輸出，此串口連接ARM處理器顯控單元；RXA串口主要用于接收監(jiān)控中心下發(fā)到終端ARM處理器的指令（芯片圖像參數(shù)設(shè)置等）、防雷模塊電壓異常時ARM處理器發(fā)送的斷電指令，保護(hù)芯片免于損壞；電路圖中VANT，用于根據(jù)有源天線供電需求提供不同的電壓。

本實(shí)用新型的工作原理如下：在車輛行駛過程中，基于高分衛(wèi)星接收技術(shù)的北斗3G/4G視頻防雷終端可以通過地磁場/北斗定位模塊，接收北斗衛(wèi)星信號運(yùn)算獲取經(jīng)度、緯度、海拔高度、時間、速度、方向、衛(wèi)星使用情況等信息，在北斗衛(wèi)星無信號情況下，由地磁場單元采集定位信息，做到全方位精確定位，其中車輛的行駛速度除了由定位模塊計(jì)算得出的速度之外，還由終端中速度傳感器模塊計(jì)算的記錄儀速度；通過終端內(nèi)的3G/4G通訊模塊，利用三大運(yùn)營商3G/4G網(wǎng)絡(luò)將位置信息、以及圖像處理模塊、高分衛(wèi)星接收模塊采集到的高清視頻圖像傳輸至監(jiān)控中心，方便調(diào)度；監(jiān)控中心可通過電話模塊，實(shí)現(xiàn)對車輛的語音調(diào)度功能；內(nèi)置高分衛(wèi)星接收模塊，可接收附近1公里內(nèi)的視頻圖像以及大氣環(huán)境指數(shù)、災(zāi)害發(fā)生指數(shù)，大幅度地提高了執(zhí)法車輛的效率，更大程度上保證了社會的穩(wěn)定，為智慧城市的建設(shè)提供了技術(shù)支撐；在雷電天氣情況下，該視頻終端通過電源管理模塊、及高性能的防雷模塊，全方位保護(hù)產(chǎn)品，免于受到損壞；在地磁導(dǎo)航技術(shù)基礎(chǔ)上，虛擬重力場測高技術(shù)，采用ARM處理器內(nèi)置的重力場測算模塊來計(jì)算，首先測算出此模塊所在位置的重力，由已設(shè)定的程序計(jì)算出所處位置與地心的的距離（，其中G為引力常量，M為地球質(zhì)量，m為重力場測算模塊質(zhì)量，為重力場測算模塊所在位置的重力），由此計(jì)算方法測出樓層第一層地面多處位置的R，建立虛擬重力場高度大型數(shù)據(jù)庫，從數(shù)據(jù)庫中匹配，取接近的5個位置R值，計(jì)算終端所處樓層位置與樓層地面之間的R差值（至少計(jì)算出5個數(shù)值，取平均值），反映到三維地圖上，解決室內(nèi)定位樓層的精準(zhǔn)估計(jì)問題，其精度優(yōu)于10cm，為室內(nèi)定位提供了重要的技術(shù)支撐；此外，根據(jù)行業(yè)車輛的不同需求，可在終端擴(kuò)展模塊處，接入各類傳感器，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，比如：攪拌車的正反轉(zhuǎn)監(jiān)測、油量監(jiān)測等。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。