一种专业训练通信保障系统及方法

摘要

本发明公开了一种专业训练通信保障系统和方法。该系统包括定向无线光接入站和定向无线光终端站，二者之间通过定向无线光信号进行空间定向信息传输，定向无线光终端站包括信息采集模块、信息调制模块和无线光发送模块，信息采集模块采集得到训练数据，然后通过信息调制模块调制成无线光调制信号，再通过无线光发送模块进行无线光功率放大并定向发送给临近的定向无线光接入站，定向无线光接入站接收来自定向无线光终端站的无线光调制信号后，进行信息解调恢复出训练数据。本发明能够实现专业训练中对训练数据进行安全可靠的传输，避免了信息传输过程中可能出现外泄而导致的失泄密问题，同时还能够很好的兼顾训练平台的正常运行使用和电磁兼容问题。

说明书

技术领域

本发明涉及专业训练保障领域，尤其涉及一种用于专业训练通信保障系统及方法。

背景技术

在日常的专业训练中，包括军事训练、反恐训练、民兵训练、消防训练、应急救援训练等，参训人员通常是以操作平台为载体，包括武器平台，如装甲车辆、飞行器、舰船、潜水器等，以及特种车辆、特种载体、特种设备、模拟设备等平台，在这些操作平台上进行专业训练，包括训练操作、实战操作和应用操作的实景，通常难以实时采集并传输到监控导调中心，主要是受限于通信方式的制约，如果是采用无线电通信的方式进行传输，则会可能因为无线电波的辐射扩散带来失泄密的隐患，另外也存在电磁干扰、电磁兼容的问题，适用范围有限；如果是采用有线通信的方式进行传输，则会对操作平台的机动运行形成障碍。

因此需要专用的通信系统来解决专业训练中通信传输的安全保密、便利性、电磁兼容的问题，以及不影响操作平台的机动运行的问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种用于专业训练的通信保障系统及方法，解决专业训练中现有通信保障手段对操作平台的数据传输难以做到安全可靠以及影响操作平台机动运行的问题，同时也能够解决室内环境下通信便利和信息传输问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种专业训练通信保障系统，包括定向无线光接入站和定向无线光终端站，所述定向无线光接入站和定向无线光终端站之间通过定向无线光信号进行空间定向信息传输，所述定向无线光终端站包括信息采集模块、信息调制模块和无线光发送模块，所述信息采集模块采集得到训练数据，然后将所述训练数据通过信息调制模块调制成无线光调制信号，再通过无线光发送模块进行无线光功率放大并定向发送给临近的所述定向无线光接入站，所述定向无线光接入站接收来自定向无线光终端站的无线光调制信号后，进行信息解调恢复出所述训练数据。

优选的，所述定向无线光终端站设置在操作平台，并对所述操作平台的训练操作进行数据采集，所述定向无线光接入站高架设置，所述定向无线光接入站与定向无线光终端站之间形成无遮挡的视距无线光传输。

优选的，定向无线光接入站设置在铁塔上部，还包括设置有多个不同朝向的无线光感应接收面，所述无线光感应接收面在周向分别覆盖不同的角度范围。

优选的，在铁塔上部还可以设置有目标探测雷达，通过目标探测雷达实现对定向无线光终端站进行方位和位置探测，进而引导无线光感应接收面更加精准的朝向定向无线光终端站所在位置。

优选的，所述定向无线光接入站设置在室内，接收来自室内环境下定向无线光终端站采集的训练数据。

优选的，定向无线光接入站为地面定向无线光接入站，通过地面定向无线光接入站使得操作平台上的所述定向无线光终端站在靠近地面定向无线光接入站时，就近接入该地面定向无线光接入站。

优选的，所述定向无线光终端站也接收来自定向无线光接入站的指令，根据指令选择不同的训练数据进行传输。

本发明还提供一种专业训练通信保障方法，包括步骤：信息采集，在操作平台上设置有定向无线光终端站，所述定向无线光终端站对所述操作平台的训练操作进行采集，得到训练数据；通信接入，所述训练数据被调制成无线光调制信号，再进行无线光功率放大并定向发送给临近的定向无线光接入站，所述定向无线光接入站接收来自定向无线光终端站的无线光调制信号后，进行信息解调恢复出所述训练数据。

优选的，在所述信息采集步骤中，还进一步包括采集操作平台外部和/或内部的环境数据，采集操作平台内部多种装备的操控数据，采集操作平台内部的监控数据，和/或采集操作平台外部的威胁数据。

优选的，在所述通信接入步骤中，还进一步包括定向无线光接入站设置在铁塔上部，还包括设置有多个不同朝向的无线光感应接收面，所述无线光感应接收面在周向分别覆盖不同的角度范围。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种专业训练通信保障系统和方法。该系统包括定向无线光接入站和定向无线光终端站，二者之间通过定向无线光信号进行空间定向信息传输，定向无线光终端站包括信息采集模块、信息调制模块和无线光发送模块，信息采集模块采集得到训练数据，然后通过信息调制模块调制成无线光调制信号，再通过无线光发送模块进行无线光功率放大并定向发送给临近的定向无线光接入站，定向无线光接入站接收来自定向无线光终端站的无线光调制信号后，进行信息解调恢复出训练数据。本发明能够实现专业训练中对训练数据进行安全可靠的传输，避免了信息传输过程中可能出现外泄而导致的失泄密问题，同时还能够很好的兼顾操作平台的正常运行使用和电磁兼容问题。

附图说明

图1是根据本发明专业训练通信保障系统一实施例的组成示意图；

图2是根据本发明专业训练通信保障系统一实施例的无线光接入站接入光纤网络示意图；

图3是根据本发明专业训练通信保障系统一实施例的室内应用示意图；

图4是根据本发明专业训练通信保障系统一实施例中的定向无线光终端站的内部组成框图；

图5是根据本发明专业训练通信保障系统一实施例中的定向无线光终端站和定向无线光接入站双向通信的组成原理图；

图6是根据本发明专业训练通信保障方法一实施例的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

还需要进一步明确的是，在本发明中的操作平台包括武器平台，如装甲车辆、运输车辆、飞行器、舰船、潜水器等，也包括应用于多种工业、农业、特定行业、应急救援领域中的特种车辆、特种载体、特种设备、模拟设备等平台。在本发明中的专业训练，包括训练、演练、实战、检验、试验、试用和应用中的人员操作、人机结合操作等。

图1显示了本发明专业训练通信保障系统组成示意图。在图1中，该专业训练通信保障系统包括定向无线光接入站1和定向无线光终端站2，定向无线光接入站1和定向无线光终端站2之间通过定向无线光信号进行空间定向信息传输，定向无线光终端站2包括信息采集模块、信息调制模块和无线光发送模块，信息采集模块采集得到训练数据，然后将训练数据通过信息调制模块调制成无线光调制信号，再通过无线光发送模块进行无线光功率放大并定向发送给临近的定向无线光接入站1，定向无线光接入站接收来自定向无线光终端站2的无线光调制信号后，进行信息解调恢复出训练数据。

优选的，定向无线光终端站2设置在操作平台3，对操作平台的训练操作进行采集得到训练数据。

可以看出，通过定向无线光终端站2可以对操作平台3的训练操作进行数据采集和传输，并且是通过方向性极强的定向无线光光束进行通信传输，具有传输信息带宽宽的优势，并且定向无线光光束不会向外扩散，不必担心被第三方接收的问题，因此保密性强。优选的，该定向无线光包括定向激光光束、定向可见光(包括白色光、单色光)光束、定向紫外光光束、定向红外光光束等。

进一步的，定向无线光接入站1的设置方式如图1所示，可以高架设置，例如设置在高架的铁塔4的上部、建筑物的顶部，由此定向无线光接入站1可以俯瞰定向无线光终端站2，二者之间可以避开地物阻挡形成无遮挡的视距无线光传输。

优选的，定向无线光接入站1在铁塔上部可以设置多个不同朝向的无线光感应接收面5，这些无线光感应接收面在周向分别覆盖不同的角度范围，共同组合在一起可以形成360度的无死角覆盖。例如，设置3个无线光感应接收面，每一个的覆盖角度范围是120度。并且，这些无线光感应接收面还把感应接收的定向无线光信号汇接到同一个定向无线光接入站1进行接收解调。

优选的，无线光感应接收面的朝向还可以根据需要进行调控，为此定向无线光接入站1在铁塔上部还可以设置有目标探测雷达，通过目标探测雷达可以实现对定向无线光终端站2进行方位和位置探测，进而引导无线光感应接收面更加精准的朝向定向无线光终端站2所在位置。对无线光感应接收面的调控包括对其周向方位角的调控和对其俯仰角的调控。

优选的，定向无线光接入站1在铁塔上部还可以设置有摄像头，通过摄像头可以实现对定向无线光终端站2进行视觉观察，进而引导无线光感应接收面更加精准的朝向定向无线光终端站2所在位置。

优选的，定向无线光接入站1在铁塔上部还可以设置有热成像仪，通过热成像仪可以实现对定向无线光终端站2进行热成像探测，由此可以解决晚上、能见度不好的气象条件下对定向无线光终端站2的探测，进而引导无线光感应接收面更加精准的朝向定向无线光终端站2所在位置。

优选的，在图1中，高架的铁塔可以设置有多个，每一个铁塔上均设置有定向无线光接入站1，这些铁塔分别布设在训练场地的多个位置，由此实现对整体训练场地的全覆盖，定向无线光终端站2采用邻近原则接入到与其最接近的定向无线光接入站1。由此可以降低定向无线光接入站1和定向无线光终端站2之间发射定向无线光的功率，有利于提高定向无线光信号传输的可靠性。

优选的，在图1中，多个铁塔相互之间还架设有轨道线缆，例如在对角设置的铁塔之间架设有轨道线缆41，可以将定向无线光接入站1沿轨道线缆可滑动的方式进行设置，根据定向无线光终端站2所在位置，控制定向无线光接入站1沿轨道线缆滑动到临近定向无线光终端站2的上方，由此可以进一步增强定向无线光接入站1的接入定向无线光信号的机动能力和覆盖范围，有利于在减少定向无线光接入站1数量的前提下满足定向无线光信号接入的需求。

优选的，在图1中，定向无线光接入站1还可以是临近地面设置，图1中示意显示有地面定向无线光接入站11，通过地面定向无线光接入站11使得操作平台3上的定向无线光终端站2在靠近地面定向无线光接入站11，可以就近接入该地面定向无线光接入站11，这种情况下可以在训练场地面多处设置地面定向无线光接入站11，来满足操作平台3在机动运行的情况下能够临近接入。

由此可以看出，图1这里是示例表明定向无线光接入站1是设置在地面或地基的地面定向无线光接入站11。而在实际的应用中，还可以是水基、空基或天基，也就是说可以将定向无线光接入站设置在水中、空中以及外层空间中，从而为邻近定向无线光接入站的操作平台提供定向无线光接入通信。

优选的，在图2中，无论是架设在铁塔上部的定向无线光接入站1，还是地面定向无线光接入站11，都是作为定向无线光终端站2发射定向无线光信号的接入站，这些定向无线光接入站还通过有线网络或光纤网络6进一步汇接到导调中心7，每一个无线光接入站通过汇接点61接入有线网络或光纤网络6，在导调中心7进一步对训练数据进行存储、显示、分析等处理。

优选的，为了进一步增强对操作平台跟踪的灵活性，在图1中，还设置有无人升空定向无线光接入站12，通过无人升空定向无线光接入站12可以动态抵近跟踪操作平台3上的定向无线光终端站2。这种情况下无人升空定向无线光接入站12主要是接收和存储来自无线光终端站2的训练数据，然后无人升空定向无线光接入站12飞回导调中心或临近的地面定向无线光接入站11进行数据通信传输，由此保证数据的可靠性。

由此可以看出，本发明主要是解决专业训练中如何使得操作平台实时训练过程中的数据采集和通信传输问题，而通信传输主要在于定向无线光接入站与定向无线光终端站之间的接入通信，该接入通信要能够保证对操作平台在不同位置和运行状态下均有较好的接入能力，并且还不会对操作平台本身的通信方式和用频方式造成干扰。

优选的，定向无线光接入站1和定向无线光终端站2也可以设置在室内使用，例如在教室、指挥中心、指挥帐篷等室内环境中。由此解决现有技术中使用无线WiFi带来的信息泄露隐患，同时也有利于解决有线网络连接设备带来的不便利性。如图3所示，定向无线光接入站1设置在室内，例如室内顶部或四角，定向无线光终端站2则可以移动设置在所需要的部位并且可以采集数据传输给定向无线光接入站1，确保在室内环境下信息传输额便利性和安全性。

进一步的，如图4所示，显示了定向无线光终端站的内部组成模块，其中包括信息采集模块21、信息调制模块22和无线光发送模块23。对于定向无线光终端站而言，其主要是用于对操作平台的外部和内部的环境参数进行采集，包括温度、湿度、气压等参数，以及对操作平台内部的空气含氧量、烟雾等进行采集，由此作为评估训练数据中人机结合效能的环境条件，这是科学评估训练效能的基础数据。因此，信息采集模块接收来自多种环境传感器211采集的环境数据。

进一步的，信息采集模块还接收来自操作平台的操控数据，包括运行速度、位置、内部装备的开机运行参数，以及对训练人员的操控过程中的各项指令、设置参数等进行采集，这是科学评估训练人员在各种条件下的战术技术执行操作的基础数据。因此，信息采集模块接收来自操作平台内部采集多种装备212的操控数据。

进一步的，信息采集模块还接收来自操作平台内部的监控数据，包括操作平台内部的视频和音频监控数据，以及还包括对训练人员的生理数据采集，例如心率、体温、血压等生理参数，这是科学评估训练人员在各种训练条件的人体反应基础数据。因此，信息采集模块接收来自操作平台内部训练人员的动作数据和生理数据，主要是基于音视频设备213和生理传感器214进行采集。

进一步的，信息采集模块还接收来自操作平台外部的威胁数据，通过在操作平台外部加装电磁频谱感知传感器、制导雷达锁定模拟传感器、敌我识别模拟传感器等具有对抗训练的传感器，这是科学评估该操作平台在面临外部威胁后的对抗数据。因此，信息采集模块接收来自操作平台外部加装的外部威胁探知传感器215采集的威胁数据。

图4中的信息采集模块还包括对其他数据的采集，例如操作平台运行的安全数据，用于保障操作平台的运行安全；相邻操作平台的地理位置关系数据，用于战术编组和配置；不同操作平台之间的训练协同数据，如地空操作平台协同、兵种操作平台协同等，用于战术配合与协同。因此，信息采集模块采集的训练数据包括了操作平台训练中的多种数据，依此来满足对操作平台训练的全面监控和评估。

进一步的，定向无线光终端站还包括信息存储模块，由信息采集模块采集的数据并不是需要全部都要传输出去，而是根据需要进行传输，但是采集的数据都需要存储，由此可以存储到该信息存储模块。然后，根据导调控制需要，来选择相应的训练数据进行传输。并且，由于并不能满足定向无线光接入站1和定向无线光终端站2之间实时不间断的通信，只有在定向无线光接入站1和定向无线光终端站2之间的无线光通信建立稳定后，充分利用无线光通信的宽带宽特性，在短的时间内把当前存储的训练数据传输给定向无线光接入站1。优选的，定向无线光终端站2也接收来自定向无线光接入站1的指令，根据指令有针对性的选择不同的训练数据进行传输。但是，定向无线光终端站2主要任务还是将采集的训练数据发送给定向无线光接入站1。因此，对于定向无线光接入站1和定向无线光终端站2二者之间的通信带宽和通信容量分配并不是对称平均分配的，而是把更多的通信带宽和通信容量分配给定向无线光终端站2向定向无线光接入站1传输训练数据，因此对该方向的通信传输的时效性、保密性也有更高的要求。

优选的，定向无线光接入站1向定向无线光终端站2的单向对下通信可以采用经过加密的无线电通信方式，主要是由定向无线光接入站1向定向无线光终端站2下达信息采集指令，包括采集的信息类型、采集的信息时长、信息的数据量等内容。而对于定向无线光终端站2向定向无线光接入站1的单向对上通信依然采用前述的无线光通信方式。通过这种方式既可以保证训练数据的安全可靠、不外泄，又可以有效解决双向通信的信道占用冲突问题，并且下达指令和回传训练数据也无需同步实时进行，这样就可以使得双向通信的实现过程在信道选择方式上可以不同，在时间上也可以分开，实现了通信信道资源的最佳利用和有效分配。

进一步的，通过对上述多种训练数据的采集还可以对操作平台对抗训练进行导通评估。

优选的，通过采集操作平台外部的威胁数据和操作平台的操控数据，可以分析判断该操作平台面临外部具体打击威胁，例如被导弹制导雷达锁定、被红外瞄准仪瞄准锁定、被电磁压制和干扰等，然后基于这些威胁条件分析操作平台的操控数据，例如是否警觉发现被锁定、是否释放假目标来避开锁定、是否采取抗干扰措施手段。由此，可以进一步对该操作平台的作战效能进行评估，例如通过采集和分析操控数据，发现该操作平台没有做出相应的操控，则可以判定该操作平台已被摧毁，由此导调中心可以通过定向无线光接入站向定向无线光终端站下达该操作平台退出训练演习的导调指令。

优选的，通过采集操作平台的外部和内部的环境参数和操作平台内部的监控数据，由此可以评估在多种环境条件下，人员的生理状态，有利于做到最佳的人机结合，以及改进操作平台的环境系统。

图4中的定向无线光终端站2是单向向定向无线光接入站1传输信息数据，实际应用中二者还可以是双向对等的收发通信的模式，如图5所示，包括定向无线光接入站1和定向无线光终端站2，可以实现对等的双向通信，二者具有相同的内部组成，即均包括光源，如LED或LD光源，用于发出定向无线光信号；高灵敏探测器，用于接收来自对方的定向无线光信号；光电信号处理模块，则实现收发光信号与电信号之间的相互转换；数字基带模块，用于基带信号的调制解调处理，以及数字信号的封装处理，以满足不同的通信协议需求；数据通信模块，例如包括USB通信、以太网通信，通过对应的专用芯片模块实现数据通信及数据存储。

基于同一构思，本发明还提供了一种专业训练通信保障方法，如图6所示，该方法包括步骤有：

信息采集，在操作平台上设置有定向无线光终端站，定向无线光终端站对操作平台的训练操作进行采集，得到训练数据；

通信接入S2，训练数据被调制成无线光调制信号，再进行无线光功率放大并定向发送给临近的定向无线光接入站，定向无线光接入站接收来自定向无线光终端站的无线光调制信号后，进行信息解调恢复出训练数据。

优选的，在信息采集S1步骤中，还进一步包括采集操作平台外部和/或内部的环境数据，具体说明参见对图4说明，这里不再赘述。

优选的，在信息采集S1步骤中，还进一步包括采集操作平台内部多种装备的操控数据，具体说明参见对图4说明，这里不再赘述。

优选的，在信息采集S1步骤中，还进一步包括采集操作平台内部的监控数据，包括操作平台内部的视频和音频监控数据，以及还包括对训练人员的生理监控数据，具体说明参见对图4说明，这里不再赘述。

优选的，在信息采集S1步骤中，还进一步包括采集操作平台外部的威胁数据，具体说明参见对图4说明，这里不再赘述。

优选的，在信息采集S1步骤中，还包括对采集数据的存储，以及对存储数据进行筛选、组合后，根据导调控制需要，来选择相应的训练数据进行传输。

优选的，在通信接入S2步骤中，还包括架高设置定向无线光接入站，实现定向无线光接入站与定向无线光终端站之间无遮挡的视距无线光传输。

优选的，在通信接入S2步骤中，定向无线光接入站设置在铁塔上部，包括设置多个不同朝向的无线光感应接收面，在周向分别覆盖不同的角度范围。

优选的，在通信接入S2步骤中，无线光感应接收面的朝向还可以根据需要进行调控，在铁塔上部还可以设置有目标探测雷达，通过目标探测雷达可以实现对定向无线光终端站进行方位和位置探测，进而引导无线光感应接收面更加精准的朝向定向无线光终端站所在位置。

优选的，在通信接入S2步骤中，在铁塔上部还可以设置有摄像头，通过摄像头可以实现对定向无线光终端站进行视觉观察，进而引导无线光感应接收面更加精准的朝向定向无线光终端站所在位置。

优选的，在通信接入S2步骤中，在铁塔上部还可以设置有热成像仪，通过热成像仪可以实现对定向无线光终端站进行热成像探测，进而引导无线光感应接收面更加精准的朝向定向无线光终端站所在位置。

优选的，在通信接入S2步骤中，高架的铁塔可以设置有多个，在多个铁塔相互之间还架设有轨道线缆，定向无线光接入站沿轨道线缆可滑动的方式进行设置。

优选的，在通信接入S2步骤中，还设置有地面定向无线光接入站，通过地面定向无线光接入站使得操作平台上的定向无线光终端站在靠近地面定向无线光接入站时，就近接入该地面定向无线光接入站。同样，地面定向无线光接入站可以设置有可调控无线光感应接收面、摄像头、目标探测雷达、热成像仪等设备，用于准确探测定向无线光终端站和准确接收定向无线光信号。

进一步优选的，定向无线光终端站也接收来自定向无线光接入站的指令，根据指令有针对性的选择不同的训练数据进行传输。优选的，定向无线光接入站和定向无线光终端站之间的双向通信采用非对称方式设置。

由于该专业训练通信保障方法与前述的专业训练通信保障系统属于同一发明构思，相关内容还可以进一步参考前述内容，这里不再赘述。

由此可见，本发明公开了一种专业训练通信保障系统和方法。该系统包括定向无线光接入站和定向无线光终端站，二者之间通过定向无线光信号进行空间定向信息传输，定向无线光终端站设置在操作平台，包括信息采集模块、信息调制模块和无线光发送模块，信息采集模块对操作平台的训练操作进行采集得到训练数据，然后通过信息调制模块调制成无线光调制信号，再通过无线光发送模块进行无线光功率放大并定向发送给临近的定向无线光接入站，定向无线光接入站接收来自定向无线光终端站的无线光调制信号后，进行信息解调恢复出训练数据。本发明能够实现专业训练中对操作平台的训练数据进行安全可靠的传输，避免了信息传输过程中可能出现外泄而导致的失泄密问题，同时还能够很好的兼顾操作平台的正常运行使用和电磁兼容问题。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。