CN215010310U - 一种南极科考站的语音融合通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种南极科考站的语音融合通信系统，包括综合通信融合指挥调度台和多媒体调度终端，其中综合通信融合指挥调度台包括语音处理与控制模块、智能语音控制模块和网络交换机，具有串口、U口和网口，其中语音处理与控制模块和智能语音控制模块分别通过电台与外部通信网连接通信，并且语音处理与控制模块和智能语音控制模块还与网络交换机连接通信，多媒体调度终端包括计算机服务终端和与该计算机服务终端连接通信的PTT控制终端及文件管理服务器。本实用新型所公开的系统，具有优秀的接口接入功能，既可以建设永久的通信指挥系统，同时具备接入快捷、方便，卸载简单等特点，也非常适合应用于临时指挥部的快速部署。

Description

一种南极科考站的语音融合通信系统

技术领域

本实用新型涉及通信领域，具体的说涉及该领域内的一种南极科考站的语音融合通信系统。

背景技术

目前我国在南极地区建设有四个科考站，分别为中山站、长城站、昆仑站、泰山站。每个考察站都拥有各自的通信系统，中山站具有短波通信、超短波通信系统和航空通信系统等，长城站主要以超短波通信为主，昆仑站和泰山站以超短波通信和卫星通信为主，目前正在建设短波通信系统。

一直以来，考察站内部及考察站之间语音通信系统相互独立，存在较严重的信息孤岛现象，各种通信设备由于购买时间不同、产品设计能力要求以及适用环境等原因导致其在对信令的支持能力和通信能力上存在很大的差异性，使得各种通信手段之间的互联互通存在极大困难，对高强度南极科考作业的通信保障产生了极大的影响。南极科考站通信链路有冰山，石山等不同类型障碍物遮挡，南极的通信环境以及电离层变化与国内也存在较大区别。

南极地区没有3G、4G等手机信号覆盖，人员外出从事科考任务时往往是凭借手持GPS实现线路定位，通过甚高频手台或者甚高频背负电台来实现通信保障，这样科考站人员无法获取外出科考人员实时的位置，如遇危险不能及时发现，而且无法根据人员位置确定救援方案，从而无法有效保障科考人员的人身安全。

目前已知的语音融合通信系统大多以融合国内甚高频电台、模拟电话等常用终端为主，其应用背景大多为国内应急管理系统，存在因系统内部分设备故障导致整个通信系统瘫痪的风险。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种南极科考站的语音融合通信系统，以便解决目前南极科考站通信系统具有的信息孤岛现象及无法获得科考人员定位信息等问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种南极科考站的语音融合通信系统，其改进之处在于：包括综合通信融合指挥调度台和多媒体调度终端，其中综合通信融合指挥调度台包括语音处理与控制模块、智能语音控制模块和网络交换机，具有串口、U口和网口，其中语音处理与控制模块和智能语音控制模块分别通过电台与外部通信网连接通信，并且语音处理与控制模块和智能语音控制模块还与网络交换机连接通信，多媒体调度终端包括计算机服务终端和与该计算机服务终端连接通信的PTT控制终端及文件管理服务器，此外计算机服务终端还通过网络光纤与上述综合通信融合指挥调度台的网络交换机连接通信。

进一步的，语音处理与控制模块的数量为4个，均具有ARM处理器、音频DSP处理器、以太网控制器、功放、音频输入输出端口、网口和串口。

进一步的，智能语音控制模块的数量为2个，均具有x64架构微型单板机、U口、网口、HDMI接口和音频输入输出端口。

进一步的，外部通信网包括短波通信网、超短波通信网和航空通信网。

进一步的，电台通过超短波通信网接收超短波手台定时发送的位置信息后，传输给多媒体调度终端的计算机服务终端实时显示。

进一步的，计算机服务终端采用具有触摸屏以及多路音响实时输入输出端口的x64架构计算机。

进一步的，PTT控制终端具有3个手咪插孔、3路控制信令线路输入输出接口和3路信令控制线，其中3个手咪插孔和3路控制信令线路输入输出接口分别连接3台手咪，3路信令控制线则接入计算机服务终端。

进一步的，文件管理服务器采用SQLite文件数据库。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型所公开的系统，可以将融合后的通信指挥调度网的语音进行预处理后传输，可以将不同通信电台的通信协议与通信接口转化为统一控制方式参与到系统通信中。PTT控制以软件和硬件两种控制方式分别对电台进行控制，控制方式并行，控制状态共享，两种控制方式互为备份，其中一种控制方式故障不影响系统正常使用。可以进行语音和日志管理，对各通信网的运行信息及语音信息进行有效的保存，有助于日后对科考任务保障情况进行梳理总结。

本实用新型所公开的系统，具有多种外设接口和灵活的电台接入方式，可以接入多种型号电台，可以实现南极科考站的短波、超短波和航空等多种通信网的有效融合和互联互通、统一调度，彻底解决南极科考作业时因不同通信网相互独立等原因而造成的通信障碍和信息孤岛，提升了南极科考作业的通信效率。各通信网既相互融合又相对独立，保证部分通信网故障不影响整体通信指挥调度系统正常使用。

本实用新型所公开的系统，具有优秀的接口接入功能，既可以建设永久的通信指挥系统，同时具备接入快捷、方便，卸载简单等特点，也非常适合应用于临时指挥部的快速部署。

本实用新型所公开的系统，多媒体调度终端与综合通信融合指挥调度台使用网络光纤传输，故此两台设备可以进行远距离部署，无需安装在同一位置，提高了系统部署的灵活性和可移植性。

本实用新型所公开的系统，使用具备GPS全球定位的超短波手台，可以利用超短波手台定时发送位置信息，通过科考站的超短波电台接收位置信息，实时显示在多媒体调度终端上，定时自动发送语音确认信息，在收到科考人员语音回复状态后记录，使考察队可以实时掌握科考人员的位置信息及状态，以便在发生危险时能以最快的速度组织救援。

本实用新型所公开的系统，具有通信网优先级设置，优先级高的通信网具有优先通话权利，可设置优先级高的通信网强插入正在通信的优先级低的通信网进行通信，以便保障特种通信网的优先通话功能。

附图说明

图1是本实用新型所公开系统的原理框图；

图2是本实用新型所公开系统中综合通信融合指挥调度台的原理框图；

图3是本实用新型实施例1所公开中山站语音融合通信系统的原理框图。

具体实施方式

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。

本实用新型公开了一种南极科考站的语音融合通信系统，目的是为了解决不同通信网之间的互联互通、统一调度问题，以便获取科考人员的位置信息和人员状态信息，若遇危险可通过系统及时上报并根据人员位置有针对性的制定救援计划，从而为外出从事科考任务的人员提供有效的安全保障。如图1所示，系统具体包括综合通信融合指挥调度台1和多媒体调度终端2，其中综合通信融合指挥调度台包括语音处理与控制模块11、智能语音控制模块12和网络交换机13，具有串口、U口和网口，其中语音处理与控制模块和智能语音控制模块分别通过电台与外部通信网（短波通信网、超短波通信网和航空通信网）连接通信，并且语音处理与控制模块和智能语音控制模块还与网络交换机连接通信，多媒体调度终端包括计算机服务终端21和与该计算机服务终端连接通信的PTT控制终端22及文件管理服务器23，此外计算机服务终端还通过网络光纤与上述综合通信融合指挥调度台的网络交换机连接通信。实现以综合通信融合指挥调度台为主，多媒体调度终端为辅，将多种外部通信网（短波通信网、超短波通信网、航空通信网等）融合成为一个成熟的通信指挥网，实现各通信网络之间的互联互通，统一调度。

综合通信融合指挥调度台具有语音信号和控制信令的处理、发送、接收功能，如图2所示，该设备由4个语音处理与控制模块、2个智能语音控制模块和1台网络交换机构成，其具备串口、U口、网口等常用端口，最多可同时容纳6台不同型号电台接入系统。

语音处理与控制模块具有ARM处理器、音频DSP处理器、以太网控制器以及功放，具有音频输入输出、网口、串口等外部端口，DSP使用自主研发的音频处理算法，降低噪声，提高音频信号的声音质量。本模块可以接收来自本地电台的语音信号与电台的控制信令，音频信号通过DSP处理后将音频流送给网络交换机然后通过光纤传输给多媒体调度终端；同理多媒体调度终端的音频流和网络控制信令通过网络传输给语音处理与控制模块，然后将DSP处理后的音频数据转化为模拟音频信号发送给电台，同时将网络控制字转码为与电台匹配的控制信令发送给电台用来控制电台响应。

智能语音控制模块具有x64架构微型单板机、U口、网口、HDMI、音频输入输出等计算机常用外部接口，并完成信号屏蔽处理。工作原理同语音处理与控制模块相似，可以将电台等输入输出的音频模拟信号与控制信令转化为音频数据流及与电台匹配的控制信令，通过网络交换机与多媒体调度终端交互，音频信号通过软件算法进行优化。

设计两种控制模块的目的在于适配多种不同控制方式的电台，语音处理与控制模块适用于电台厂商可以提供具体电台控制协议或电台控制需要依赖ARM架构的情况，智能语音控制模块适用于电台厂商不能提供具体电台控制协议，只能提供动态库等需依赖x86或x64架构的情形。其中选择具有ARM架构和DSP的语音处理与控制模块可以使系统接入更简单、快捷、高效，为优选方案。

多媒体调度终端是本系统与用户交互的终端设备，核心为其运行的语音融合通信指挥调度软件，该软件主要具有通信网调度管理、PTT管理、日志管理、语音管理等功能。其中通信网调度管理具有南极各科考站的地理信息位置显示、通信网可用状态显示、通信网链接状态显示等通信调度信息管理功能；本软件可以接收甚高频手台定时上报的定位信息，并实时显示携带手台的科考人员实时位置信息在软件主界面上，并且定时（30min）发送语音以期科考人员回应，来确定科考人员的状态，并记录人员状态信息；PTT管理包含PTT软件控制以及PTT软、硬件控制的状态显示及互斥算法等功能；日志管理包含系统运行过程中正常、警告、错误信息等日志的记录、显示、存储功能；语音管理包含各通信网通话录音与否的选择，录音文件的显示、存储、选择、播放、回放等功能，本系统具有通信网优先级设置，优先级高的通信网具有优先通话权利，可设置优先级高的通信网强插入正在通信的优先级低的通信网进行通信，保障优先特种通信网的通话功能。如果不设置优先级则所有通信网均可收听，但只有当前通话的通信网可发送。若设置优先级，则优先级高的通信网有语音自动切换至优先级高的通信网进行语音收发通信。

计算机服务终端采用x64架构计算机，由于南极通信调度场合特殊，需要快速完成调度任务，尤其需要在保证语音融合的同时又尽量减少干扰，并且需要一路超短波电台通信网处于相对独立的状态，故计算机服务终端采用触摸屏以及多路音响实时输入输出，既可保证用户操作的便利性、实时性、友好性，又可保证部分通信网的相对独立性。

PTT控制终端采用小型化PTT控制终端，具有3个手咪插孔，3路控制信令线路输入输出接口连接3台手咪、3路信令控制线最终接入多媒体调度终端，3个线路可根据需要进行通信网复用或通信网独享。此终端可自动监测PTT状态并上报，主要实现音频语音输入输出、PTT硬件控制等功能，默认情况下PTT控制终端音频语音输出为关闭状态，由计算机多个外置音响输出。

文件管理服务器具有日志文件和录音文件的存储功能，采用SQLite文件数据库管理录音文件，与多媒体调度终端相连，具有占用资源少、性能优良、管理成本低等优点。

外部通信网可由多种通信网构成，目前南极科考站具有3种通信网：短波通信网、超短波通信网、航空通信网。

短波通信网由中山站、泰山站、昆仑站等短波通信电台系统构成，包括但不限于固定短波电台、车载终端等设备，从中山站固定短波电台接入系统。

超短波通信网由中山站、出发基地、飞机营地、雪龙船等超短波电台系统构成，包括但不限于车载终端、船载终端、手持终端等设备，从中山站固定超短波电台接入系统。

航空通信网由中山站、直升机等航空电台系统构成，包括但不限于机载终端、手持终端等设备，从中山站固定航空电台接入系统。

实施例1，如图3所示，本实施例公开了一种应用于中山站的语音融合通信系统，由一台多媒体调度终端、一台综合通信融合指挥调度台、一台1000W短波电台、一台航空电台、两台超短波电台构成，实现目前四种通信网的融合调度。

四种通信网包含短波通信网、航空通信网、站际超短波通信网和站内超短波通信网，由于站内超短波通信频率固定后一般不做更改，故将站内超短波通信网从整体超短波通信网独立出来，满足既保证信息融合又要相对独立不受其他通信网干扰的特殊性需求。

短波通信网由本地短波通信链路和外部短波通信网构成。其中本地短波通信链路由1台1000W短波发射机、1台1000W短波接收机、1台短波通信控制器、1台短波电台天线调谐器、1套水平偶极子三线天线及馈线等附件构成。与之通信的外部短波通信网包含飞机营地短波通信链路、泰山站短波通信链路、昆仑站短波通信链路，其中飞机营地短波通信链路由1台125W短波电台、1台短波电台天线调谐器，1套水平极化短波环天线及馈线等附件构成，泰山站短波通信链路由1台125W短波电台、1台短波电台天线调谐器、1套水平偶极子三线天线及馈线等附件构成，昆仑站短波通信链路的构成与泰山站相同。

航空通信网由本地航空通信链路和外部航空通信网构成。其中本地航空通信链路由1台航空电台、1根2米鞭天线及馈线等附件构成。与之通信的外部航空通信网包含直升机机载航空电台以及航空手台等。

站内通信超短波通信网由本地站内超短波通信链路和科考站内部超短波通信网构成。其中本地站内超短波通信链路由1台固定在指挥控制机房的固定式超短波电台、1根2米鞭天线及馈线等附件构成，本地站内固定式超短波电台由于科考站特殊性质，设置在一固定频率后一般不作更改。与之通信的为科考站内部的超短波通信网，包含科考站内部各设施的超短波电台以及人员使用的便携式VHF手台等。

站际通信超短波通信网由本地站际超短波通信链路和外部超短波通信网构成。其中本地站际超短波通信链路由1台固定式超短波电台、1根2米鞭天线及馈线等附件构成，站际超短波通信电台频率会根据不同需求更改（区别于站内超短波通信网）。外部超短波通信网包含飞机营地超短波通信链路、出发基地超短波通信链路、便携式VHF手台以及外国考察站超短波通信链路，其中飞机营地超短波通信链路由1台固定式超短波电台、1根2米鞭天线及馈线等附件构成，出发基地超短波通信链路构成与飞机营地一致，外国考察站超短波链路由外国设计建造，原理大同小异。

本实施例中本地四种通信网所涉及的通信电台有3种，其功能不同，控制方式也不同，所以接入综合通信融合指挥调度台的方法也不相同。

本实施例中短波电台具有音频模拟信号的输入输出端口，控制协议采用串口控制，不需要动态库等第三方介入，所以可以直接采用优选方案即采用语音处理与控制模块接入。将短波电台的音频输入输出接口与语音处理与控制模块的线路输入输出接口连接，将短波电台的控制接口与语音处理与控制模块的串口连接，即完成短波通信网的接入工作。

本实施例中航空电台同样具有音频模拟信号的输入输出接口，控制协议同样采用串口控制，故航空通信网的接入方式与短波通信网相同。

本实施例中超短波电台具有音频模拟信号的输入输出接口，但控制信号需要采用USB虚拟网络的方式传输，并且控制信令的收发需要借助第三方动态库实现，但音频信号和控制信号无耦合。由于语音处理与控制模块为最优方案，并且音频信号和控制信号无耦合，故采用电台的音频模拟信号输入输出接入语音处理与控制模块，控制接口接入智能语音控制模块的USB口，将第三方库导入智能语音控制模块进行控制信令的传输。至此完成超短波通信网的接入工作，本实施例中两种超短波通信网采用相同接入方式。

由于本实施例中站内超短波通信网需要相对独立，因此在PTT控制终端单独享有一路手咪控制与传输线路，其他三路通信网融合后使用一路手咪控制与传输线路，在多媒体调度终端的指挥调度软件中修改配置文件，将站内超短波通信网配置为PTT1，使用PTT控制终端1号线路，其他通信网配置为PTT2，使用PTT控制终端2号线路。

具体的通信方式如下：

发送：用户通过多媒体调度终端的指挥调度软件选择所需通信的通信网，以站内超短波通信网为例，按下PTT控制终端1号线路的手咪或指挥调度软件线路1的PTT控制按钮，用户开始通过1号线路手咪进行语音输入，同时多媒体调度终端通过语音采集、处理，通过网络将音频流和PTT控制指令发送至综合通信融合指挥调度台，综合通信融合指挥调度台将音频流进行处理，PTT控制指令进行编码转化，将语音信号和编码后的控制信号发送给电台，站内超短波电台开始向通信网发送语音信号，直至用户松开PTT控制终端1号线路手咪或控制弹起指挥调度软件线路1的PTT控制按钮，语音信号停止传输，控制信号控制电台停止发送，完成站内超短波通信语音发送。

接收：某一通信网有语音发送时，由此通信网电台自动接收，以站际超短波电台为例，站际超短波电台接收到的语音模拟信号送给综合通信融合指挥调度台，调度台将语音信号采集、处理形成音频流，实时送给多媒体调度终端，多媒体调度终端显示站际超短波电台通信状态闪烁，说明有语音信号输入，同时负责站际超短波电台的音响播放接收到的音频信号，完成站际超短波通信语音接收。四种通信网接收音频信号可以同时输出至多媒体调度终端的相应音响中播放。

航空通信网的通信方式与上述方式相同。短波通信网需完成建链，建链成功后的通信方式仍与上述方式相同。

特别的，在站内超短波通信的同时，用户可以通过多媒体调度终端选择其他通信网进行通信，以航空通信网为例，用户在进行站内超短波通信的同时，通过多媒体调度终端的指挥调度软件选择所需通信的通信网为航空通信网，按下PTT控制终端2号线路手咪或指挥调度软件线路2的PTT控制按钮，用户开始通过2号线路手咪进行语音输入，同时多媒体调度终端通过语音采集、处理，通过网络将音频流和PTT控制指令发送至综合通信融合指挥调度台，综合通信融合指挥调度台将音频流进行处理，PTT控制指令进行编码转化，将语音信号和编码后的控制信号发送给航空电台，航空电台开始向航空通信网发送语音信号，直至用户松开PTT控制终端2号线路手咪或控制弹起指挥调度软件线路2的PTT控制按钮，语音信号停止传输，控制信号控制电台停止发送，完成航空通信网语音发送。通信网的接收方式与超短波通信网接收方式相同。

在多媒体调度终端可以选择优先级设置，由于短波通信需要满足的条件比较苛刻，故本实施例设置短波通信优先级最高。在站际超短波通信网正在进行通信过程中有短波通信网信号输入时，则系统自动切换至短波通信网通信，此时再按下PTT控制终端2号线路手咪或按下指挥调度软件线路2的PTT控制按钮时则自动选择与短波通信网通话，而不是选择使用站际超短波通信网通话，直至手动切换其他通信网通信。

超短波手台开机即可自动搜星，锁定状态后即可定时（可设置，本实施例为1min）上传位置信息，在多媒体调度终端的指挥调度软件中具有地图显示功能，人员位置即可出现在地图中，每30分钟语音请求回复人员状态信息，收到回复状态信息后自动分析语音得到人员报告的状态，用位置信息颜色显示人员状态情况，绿色为人员状态正常，红色为人员危险，黄色为人员没有在规定时间内回复，位置信息为红色和黄色时多媒体调度终端会自动发出警报声，以警示值班人员确认科考人员状态，如发生危险或情况不明可及时通知考察队马上根据人员位置制定救援方案。

在通信过程中多媒体调度终端会显示科考站之间的通信状态、设备状态、链路状态，以确保值班人员清楚了解应该以哪种方式进行通信。

在通信过程中以及通信空闲时，用户均可选择是否对通信语音进行录音，如果选择对语音录音，则会在通信时自动进行语音录音并存储在文件管理服务器上，并根据用户需要进行录音的回放。在整个系统运行中，系统运行信息、设备信息、操作信息等都会作为日志进行显示、保存。

本实用新型所公开的系统，不仅可以应用于南极中山站、长城站、泰山站、昆仑站等考察站，也可以应用于国内外各种复杂恶劣环境中，尤其适用于没有手机信号的地方，比如东北原始森林的防火指挥部、地震抢险指挥部等。

Claims (8)

1.一种南极科考站的语音融合通信系统，其特征在于：包括综合通信融合指挥调度台和多媒体调度终端，其中综合通信融合指挥调度台包括语音处理与控制模块、智能语音控制模块和网络交换机，具有串口、U口和网口，其中语音处理与控制模块和智能语音控制模块分别通过电台与外部通信网连接通信，并且语音处理与控制模块和智能语音控制模块还与网络交换机连接通信，多媒体调度终端包括计算机服务终端和与该计算机服务终端连接通信的PTT控制终端及文件管理服务器，此外计算机服务终端还通过网络光纤与上述综合通信融合指挥调度台的网络交换机连接通信。

2.根据权利要求1所述南极科考站的语音融合通信系统，其特征在于：语音处理与控制模块的数量为4个，均具有ARM处理器、音频DSP处理器、以太网控制器、功放、音频输入输出端口、网口和串口。

3.根据权利要求1所述南极科考站的语音融合通信系统，其特征在于：智能语音控制模块的数量为2个，均具有x64架构微型单板机、U口、网口、HDMI接口和音频输入输出端口。

4.根据权利要求1所述南极科考站的语音融合通信系统，其特征在于：外部通信网包括短波通信网、超短波通信网和航空通信网。

5.根据权利要求4所述南极科考站的语音融合通信系统，其特征在于：电台通过超短波通信网接收超短波手台定时发送的位置信息后，传输给多媒体调度终端的计算机服务终端实时显示。

6.根据权利要求1所述南极科考站的语音融合通信系统，其特征在于：计算机服务终端采用具有触摸屏以及多路音响实时输入输出端口的x64架构计算机。

7.根据权利要求1所述南极科考站的语音融合通信系统，其特征在于：PTT控制终端具有3个手咪插孔、3路控制信令线路输入输出接口和3路信令控制线，其中3个手咪插孔和3路控制信令线路输入输出接口分别连接3台手咪，3路信令控制线则接入计算机服务终端。

8.根据权利要求1所述南极科考站的语音融合通信系统，其特征在于：文件管理服务器采用SQLite文件数据库。

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