CN111490838A - 基于船舶的卫星通信质量检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于船舶的卫星通信质量检测系统及方法，涉及船舶的技术领域，包括：第一计算机设备，用于按照预设运动状态生成运动控制指令；控制器，用于按照所述运动控制指令控制船舶模拟装置进行运动；所述船舶模拟装置上设置有卫通信道设备，所述卫通信道设备用于通过卫星通信信号进行卫星通讯；第二计算机设备，用于基于所述卫星通信信号，测试所述船舶模拟装置在预设运动状态下的卫星通信质量；缓解了目前船舶的卫星通信质量检测方式得到的检测结果的数据准确性较低的技术问题。

Description

基于船舶的卫星通信质量检测系统及方法

技术领域

本发明涉及船舶技术领域，尤其是涉及一种基于船舶的卫星通信质量检测系统及方法。

背景技术

卫星通信是远洋船舶与岸基之间重要且必要的通信方式，随着船岸一体通信系统的推广和智能船舶的发展，船岸卫星通信的需求正逐步增长，其通信质量也得到越来越多的关注。因此，船舶运动状态对卫星通信质量的影响是船岸一体通信系统在实船应用中面临的重要问题之一。

目前，对于卫星通信质量影响因素的研究多针对于陆上卫星通信系统，研究的方向主要集中在降雨等恶劣天气导致的雨衰损耗，即当前卫星通信质量的影响因素研究和分析主要基于雨雪等天气因素方面。

但是，仅基于天气因素对卫星通信质量进行检测的检测结果与真实海上船舶的卫星通信质量相差较大，导致这种检测方式得到的卫星通信质量检测结果的数据准确性较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于船舶的卫星通信质量检测系统及方法，以缓解目前船舶的卫星通信质量检测方式得到的检测结果的数据准确性较低的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于船舶的卫星通信质量检测系统，包括：

第一计算机设备，用于按照预设运动状态生成运动控制指令；

控制器，用于按照所述运动控制指令控制船舶模拟装置进行运动；所述船舶模拟装置上设置有卫通信道设备，所述卫通信道设备用于通过卫星通信信号进行卫星通讯；

第二计算机设备，用于基于所述卫星通信信号，测试所述船舶模拟装置在预设运动状态下的卫星通信质量。

在一个可能的实现中，所述预设运动状态用于表示船舶在海上的运动模拟状态。

在一个可能的实现中，所述船舶模拟装置包括：

上平板、底平板、十字连接器以及多个长度伸缩轴；

每个所述长度伸缩轴的一端通过十字连接器与所述底平板连接，所述底平板与地面固定连接，每个所述长度伸缩轴的另一端通过十字连接器与所述上平板固定连接，所述上平板根据多个所述长度伸缩轴的伸缩量而运动；

所述卫通信道设备设置于所述上平板上。

在一个可能的实现中，所述船舶模拟装置还包括：

方位转动轴；所述方位转动轴与所述上平板连接，所述上平板根据所述方位转动轴的转动进行运动；

所述卫通信道设备根据所述上平板的摆动以及转动进行运动。

在一个可能的实现中，所述运动控制指令包括：多个所述长度伸缩轴的伸缩量以及所述方位转动轴的转动角速度。

在一个可能的实现中，所述第一计算机设备还用于将所述预设运动状态中的横摇数据、纵摇数据以及转动数据转换为正弦运动数据。

在一个可能的实现中，所述正弦运动数据包括：摆动周期、摆动幅度以及转动角速度；

所述控制器还用于根据所述摆动周期、所述摆动幅度以及所述转动角速度改变所述船舶模拟装置的摆动周期、摆动幅度以及转动角速度。

在一个可能的实现中，所述第一计算机设备与所述控制器之间通过以太网线连接，所述第一计算机设备通过所述以太网线将所述运动控制指令传输至所述控制器。

在一个可能的实现中，所述控制器与所述船舶模拟装置的轴电控模块之间通过串口线连接；所述控制器通过所述串口线控制所述船舶模拟装置的运动。

第二方面，本发明实施例还提供一种基于船舶的卫星通信质量检测方法，包括：

第一计算机设备按照预设运动状态生成运动控制指令；

控制器按照所述运动控制指令控制船舶模拟装置进行运动；所述船舶模拟装置上设置有卫通信道设备，所述卫通信道设备用于通过卫星通信信号进行卫星通讯；

第二计算机设备基于所述卫星通信信号，测试所述船舶模拟装置在预设运动状态下的卫星通信质量。

本发明实施例提供的技术方案带来了以下有益效果：本发明实施例提供的基于船舶的基于船舶的卫星通信质量检测系统及方法，包括：第一计算机设备、控制器以及第二计算机设备，其中，第一计算机设备用于按照预设运动状态生成运动控制指令，再者，控制器用于按照运动控制指令控制船舶模拟装置进行运动，并且，船舶模拟装置上设置有卫通信道设备，卫通信道设备用于通过卫星通信信号进行卫星通讯，第二计算机设备用于基于卫星通信信号，测试船舶模拟装置在预设运动状态下的卫星通信质量，通过船舶模拟装置基于预设运动状态进行运动，能够更加真实的模拟出船舶的运动状态，以使第二计算机设备测试出的卫星通信质量能够受到更加真实的船舶运动的影响，使测试出的卫星通信质量更加接近真实情况，以提高卫星通信质量检测结果的数据准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例一所提供的基于船舶的卫星通信质量检测系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例一所提供的基于船舶的卫星通信质量检测系统的另一结构示意图；

图3示出了本发明实施例一所提供的船舶运动模拟装置的结构示意图；

图4示出了本发明实施例一所提供的船舶运动状态分析的示意图；

图5示出了本发明实施例二所提供的基于船舶的卫星通信质量检测方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

目前，受海洋环境等因素的影响，除雨雪等恶劣天气的影响外，船载卫星通信信道设备本身还会随船舶姿态摇摆或转动，而尚无在陆上研究针对船舶运动状态对于船载卫星通信系统通信质量影响的研究。因此，目前尚无针对船舶摇摆、转动等船舶运动对卫星通信信道设备通信质量的影响研究，而真实海洋环境复杂多变，很难在实际航行状态中的船舶上采用控制变量的方法独立分析各种运动对船岸卫星通信质量的真实影响。因此，现有的卫星通信质量检测结果的数据准确性较低。

基于此，本申请实施例提供了一种基于船舶的卫星通信质量检测系统及方法，通过该方法可以缓解目前船舶的卫星通信质量检测方式得到的检测结果的数据准确性较低的技术问题。

下面结合附图对本发明实施例进行进一步地介绍。

实施例一：

图1为本申请实施例提供的一种基于船舶的卫星通信质量检测系统的结构示意图。如图1所示，基于船舶的卫星通信质量检测系统100包括：

第一计算机设备101，用于按照预设运动状态生成运动控制指令；

控制器102，用于按照运动控制指令控制船舶模拟装置103进行运动；船舶模拟装置上设置有卫通信道设备104，卫通信道设备104用于通过卫星通信信号进行卫星通讯；

第二计算机设备105，用于基于卫星通信信号，测试船舶模拟装置在预设运动状态下的卫星通信质量。

本申请实施例提供的一种基于船舶的卫星通信质量检测系统可以作为一种船舶运动状态对船岸卫星通信质量影响的陆上模拟系统，能够用于船舶运动状态对船岸卫星通信质量影响的陆上模拟研究方法。其中，预设运动状态用于表示船舶在海上的运动模拟状态。

在一些实施例中，第一计算机设备与控制器之间通过以太网线连接，第一计算机设备通过以太网线将运动控制指令传输至控制器。

基于此，控制器与船舶模拟装置的轴电控模块之间通过串口线连接；控制器通过串口线控制船舶模拟装置的运动。

例如，如图2所示，使用两台计算机，一台作为测试计算机(即第二计算机设备105)，用于测试卫通信道设备的通信质量；另一台作为海况模拟装置的控制设备(即控制器102)，通过安装相应的控制软件，实现对船舶运动模拟装置(即船舶模拟装置103)运动状态的控制。卫通信道设备104安装于船舶运动模拟装置上，随装置运动而运动，卫通信道设备104通过卫星通信信号与公网通信，其与公网间完成上传和下载，而第二计算机设备105则根据该卫星通信信号来测试卫通信道设备的网络上传与下载情况。

其中，对于控制部分，海况模拟装置的控制部分包括控制计算机、模拟装置控制器、方位转动轴及可伸缩轴电控模块组成。控制计算机与模拟装置控制器之间通过以太网线连接，模拟装置控制器与海况模拟装置方位转动轴及可伸缩轴电控模块之间通过串口线连接。

在一些实施例中，船舶模拟装置包括：上平板、底平板、十字连接器以及多个长度伸缩轴；每个长度伸缩轴的一端通过十字连接器与底平板连接，底平板与地面固定连接，每个长度伸缩轴的另一端通过十字连接器与上平板固定连接，上平板根据多个长度伸缩轴的伸缩量而运动；卫通信道设备设置于上平板上。

例如，空间中六自由度运动可以采用六轴模拟装置进行模拟，六轴模拟装置可以模拟船体的摇晃状态。被测对象的空间位置是由与其连接的六根轴的长度决定的。当六根轴的长度完全一样时，上平板与底平板处于平行状态；当六根轴的长度不同时，六根轴的空间角度位置也出现变化，六根轴角度变化就带来了上平板的角度变化，使上平板与底平板出现倾斜角度，以此模拟空间中六自由度的运动。

基于此，可以在普通六轴模拟装置的基础上增加专门的方位转动模拟轴，即可以采用七轴组成的实现方式，能够在模拟船体的摇晃状态的同时还模拟船体的转向运动，以完整的模拟船体运动。作为一种示例，船舶模拟装置还包括：方位转动轴；方位转动轴与上平板连接，上平板根据方位转动轴的转动进行运动；卫通信道设备根据上平板的摆动以及转动进行运动。

例如，如图3所示，海况模拟装置机械部分由常规六轴装置和一个方位轴装置组成。六轴装置有六根可电控伸缩长短的轴，通过十字连接器与底平板连接，底平板与地面固定，六根轴的另一端通过十字连接器与上平板固定，上平板作为模拟装置的安装平面，在其上固定被测对象，如将卫通信道设备安装在船舶运动模拟装置上。

由此可见，船体的横摇及纵摇由六轴装置进行模拟，而船体的转动则由装置顶部的方位轴装置进行模拟。六根轴的伸缩量及方位轴的转动速度由专门的控制程序来控制。

通过在陆上采用七轴船舶运动模拟装置能够更加全面、真实的模拟出海洋中船舶的运动状态。相比于常规的六自由度运动，能够更加符合海洋中的船舶运动状态的特殊性。当然，也可以采用其他形式的船舶运动模拟装置模拟船舶在海洋中的运动状态，以使模拟出海洋中船舶的运动状态更加真实。

在一些实施例中，运动控制指令包括：多个长度伸缩轴的伸缩量以及方位转动轴的转动角速度。

基于此，第一计算机设备还用于将预设运动状态中的横摇数据、纵摇数据以及转动数据转换为正弦运动数据。

船舶在真实海洋环境下航行时，受风、浪、流、涌等海洋环境因素及船舶自身行驶状态的影响，船体会出现在空间不同方向上沉浮、摆动及横移，表现为船体在物理空间中六个自由度的运动，如图4所示，其运动方式可以分解为横摇、纵摇及转动。

基于此，正弦运动数据包括：摆动周期、摆动幅度以及转动角速度；控制器还用于根据摆动周期、摆动幅度以及转动角速度改变船舶模拟装置的摆动周期、摆动幅度以及转动角速度。

对于船舶运动模拟装置的控制，考虑到船舶在海洋中实际的运动情况，为建立船舶运动的数学模型以编制程序实现对海况模拟装置的控制，将横摇、纵摇都简化为正弦运动，控制程序允许对海况模拟装置的摆动周期、摆动幅度以及转动的角速度进行设置，实现预期的运动状态模拟。

例如，可以在控制计算机的控制软件中对海况模拟装置的运动状态进行设定，控制计算机通过以太网线将控制指令下发至模拟装置控制器，并最终通过串口控制线实现对船舶运动模拟装置运动状态的控制。

对于卫通信道设备通信质量的测试，采用控制变量的方法，通过控制计算机，分别改变船舶运动模拟装置的摆动周期、摆动幅度、转动角速度三个运动参数，使用测试计算机测试卫通信道设备在不同运动状态下的通信质量。

本申请实施例中，提供了一种船舶运动状态对船岸卫星通信质量影响的陆上模拟系统，用于研究船舶运动，如摇摆幅度、摇摆周期及转动速度，对船岸卫星通信质量的影响。通过控制计算机分别控制船舶运动模拟装置摆动周期、摆动幅度以及转动角速度，以使测试计算机测试连接卫通信道设备能够测试出更加准确、真实的网络质量。

实施例二：

本发明实施例还提供一种基于船舶的卫星通信质量检测方法，如图5所示，该方法包括：

步骤S510，第一计算机设备按照预设运动状态生成运动控制指令。

步骤S520，控制器按照运动控制指令控制船舶模拟装置进行运动。

其中，船舶模拟装置上设置有卫通信道设备，该卫通信道设备用于通过卫星通信信号进行卫星通讯。

步骤S530，第二计算机设备基于卫星通信信号，测试船舶模拟装置在预设运动状态下的卫星通信质量。

在实际应用中，控制器、计算机设备等可以是处理器的形式，处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本发明实施例提供的基于船舶的卫星通信质量检测方法，与上述实施例提供的基于船舶的卫星通信质量检测系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

本申请实施例所提供的基于船舶的卫星通信质量检测系统可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本申请实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

再例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述基于船舶的卫星通信质量检测方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于船舶的卫星通信质量检测系统，其特征在于，包括：

第一计算机设备，用于按照预设运动状态生成运动控制指令；

控制器，用于按照所述运动控制指令控制船舶模拟装置进行运动；所述船舶模拟装置上设置有卫通信道设备，所述卫通信道设备用于通过卫星通信信号进行卫星通讯；

第二计算机设备，用于基于所述卫星通信信号，测试所述船舶模拟装置在预设运动状态下的卫星通信质量。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预设运动状态用于表示船舶在海上的运动模拟状态。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述船舶模拟装置包括：

上平板、底平板、十字连接器以及多个长度伸缩轴；

每个所述长度伸缩轴的一端通过十字连接器与所述底平板连接，所述底平板与地面固定连接，每个所述长度伸缩轴的另一端通过十字连接器与所述上平板固定连接，所述上平板根据多个所述长度伸缩轴的伸缩量而运动；

所述卫通信道设备设置于所述上平板上。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述船舶模拟装置还包括：

方位转动轴；所述方位转动轴与所述上平板连接，所述上平板根据所述方位转动轴的转动进行运动；

所述卫通信道设备根据所述上平板的摆动以及转动进行运动。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述运动控制指令包括：多个所述长度伸缩轴的伸缩量以及所述方位转动轴的转动角速度。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一计算机设备还用于将所述预设运动状态中的横摇数据、纵摇数据以及转动数据转换为正弦运动数据。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述正弦运动数据包括：摆动周期、摆动幅度以及转动角速度；

所述控制器还用于根据所述摆动周期、所述摆动幅度以及所述转动角速度改变所述船舶模拟装置的摆动周期、摆动幅度以及转动角速度。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一计算机设备与所述控制器之间通过以太网线连接，所述第一计算机设备通过所述以太网线将所述运动控制指令传输至所述控制器。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述控制器与所述船舶模拟装置的轴电控模块之间通过串口线连接；所述控制器通过所述串口线控制所述船舶模拟装置的运动。

10.一种基于船舶的卫星通信质量检测方法，其特征在于，包括：

第一计算机设备按照预设运动状态生成运动控制指令；

控制器按照所述运动控制指令控制船舶模拟装置进行运动；所述船舶模拟装置上设置有卫通信道设备，所述卫通信道设备用于通过卫星通信信号进行卫星通讯；

第二计算机设备基于所述卫星通信信号，测试所述船舶模拟装置在预设运动状态下的卫星通信质量。

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