CN113050196A - 一种利用ais信号进行大气波导探测、预报和通信的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用AI S信号进行大气波导探测、预报和通信的方法。该方法是通过在海上航行船只安装的船载AI S设备发射AI S信号，在AI S信号无线视距通信的最大边界之外设置AI S信号接收机，当AI S信号接收机扫描接收到该AI S信号时，表明该AI S信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AI S设备的所在位置与AI S信号接收机的接收位置之间存在大气波导。可以进一步在岸基、近海和远海岛屿以多种方式布设所述AI S信号接收机，从而可以对AI S信号进行超视距接收，探测大气波导并在海图上进行标注和预报，以及利用大气波导进行通信。该方法对大气波导的探测实用性强、成本低、应用价值大。

Description

一种利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信的方法。

背景技术

通常大气波导的水平尺度为数公里至数百公里，垂直尺度为数米至数百米。由于海洋大气环境的水平均匀性较好，容易形成产生大气波导的天气条件，因此大气波导经常出现在海洋大气环境中。

但是，大气波导存在动态变化的特性，这种动态变化表现为出现位置和距离的动态变化，也表现为大气波导用于传输无线电信号的强弱动态变化，因此要利用大气波导进行无线电通信必须要对大气波导进行探测和预报，才能有效利用大气波导进行无线电通信。

现有技术中，对大气波导的探测方法通常借助探控火箭或者气球等探空设备获得温度、湿度和方向等大气参数，计算获得不同高度大气的折射率，获得折射率的垂直剖面，进而判断大气波导的存在情况，为超视距传输提供数据支撑。这些方法主要用于对大气波导的科学研究，获得的大气波导数据主要用于大气波导观测和预报，不能形成大气波导探测和大气波导应用的直接关联，主要还是大气波导的理论研究而不是应用研究，难以将大气波导的实时探测结果直接应用到大气波导通信应用中，这也是受到探测设备、探测空间和条件、人力物力成本等多方面制约，只能进行有限范围和有限条件的科学研究，实际产业应用价值不高。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信的方法，解决卫星通信现有技术中的普勒频移补偿工作体制复杂、补偿精度低、实时性不强等问题。

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利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信的方法，通过海上航行船只安装的船载AIS设备发射AIS信号，在所述船只的AIS信号无线视距通信的最大边界之外设置AIS信号接收机，当所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号时，表明所述AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

优选的，所述AIS信号接收机对分布在不同位置且均位于无线视距通信的最大边界之外的多个船载AIS设备发射的AIS信号同步进行探测扫描，当接收到其中的至少一个船载AIS设备发射的AIS信号后，表明对应的船载AIS设备发射的AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

优选的，所述AIS信号接收机有多个，沿海岸线间隔进行岸基布设，并且每一个所述AIS信号接收机在一个扇形区域探测范围内，对该范围内位于无线视距通信的最大边界之外的船载AIS设备发射的AIS信号进行探测扫描，当所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号时，表明所述AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

优选的，所述AIS信号接收机进一步在近海环形布设，并且每一个所述AIS信号接收机在一个扇形区域探测范围内，对该范围内位于无线视距通信的最大边界之外的船载AIS设备发射的AIS信号进行探测扫描，当所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号时，表明所述AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

优选的，所述AIS信号接收机进一步在远海点状布设，并且每一个所述AIS信号接收机在一个圆形区域探测范围内，对该范围内位于无线视距通信的最大边界之外的船载AIS设备发射的AIS信号进行探测扫描，当所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号时，表明所述AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

优选的，被所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号的所述船载AIS设备的所在船只，通过海图查询定位得到对应所在位置，由此对探测到的大气波导覆盖区域在地图上进行标注；对岸基布设的每一个所述AIS信号接收机接收到的所述AIS信号的强度进行实时测量，由此对探测到的对应的大气波导变化情况进行记录，形成岸基大气波导动态记录数据库，并用于对沿海地区的大气波导分布和强度预报。

优选的，被所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号的所述船载AIS设备的所在船只，通过海图查询定位得到对应所在位置，由此对探测到的大气波导覆盖区域在地图上进行标注；对近海环形布设的每一个所述AIS信号接收机接收到的所述AIS信号的强度进行实时测量，由此对探测到的对应的大气波导变化情况进行记录，形成近海大气波导动态记录数据库，并用于对近海地区的大气波导分布和强度预报。

优选的，被所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号的所述船载AIS设备的所在船只，通过海图查询定位得到对应所在位置，由此对探测到的大气波导覆盖区域在地图上进行标注；对远海点状布设的每一个所述AIS信号接收机接收到的所述AIS信号的强度进行实时测量，由此对探测到的对应的大气波导变化情况进行记录，形成远海大气波导动态记录数据库，并用于对远海地区的大气波导分布和强度预报。

优选的，在探测到大气波导后，利用所述大气波导在对应的海岸之间和/或岛屿之间建立通信链路。

优选的，在探测到大气波导后，利用所述大气波导在对应的海岸之间和/或岛屿之间建立监测链路。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信的方法。该方法是通过在海上航行船只安装的船载AIS设备发射AIS信号，在AIS信号无线视距通信的最大边界之外设置AIS信号接收机，当AIS信号接收机扫描接收到该AIS信号时，表明该AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。可以进一步在岸基、近海和远海岛屿以多种方式布设所述AIS信号接收机，从而可以对AIS信号进行超视距接收，从而探测大气波导并在海图上进行标注和预报，以及利用大气波导进行通信。该方法对大气波导的探测实用性强、成本低、应用价值大。

附图说明

图1是全球的AIS船舶数据分布示意图；

图2是根据利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信的方法一实施例中的点对点大气波导探测扩展原理示意图；

图3是根据利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信的方法一实施例中的大气波导探测原理示意图；

图4是根据利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信的方法另一实施例中的岸基大气波导探测原理示意图；

图5是根据利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信的方法另一实施例中的近海和远海大气波导探测原理示意图；

图6是根据基于AIS信号的大气波导探测系统一实施例的组成框图；

图7是根据基于AIS信号的大气波导探测系统另一实施例的组成框图；

图8是根据基于AIS信号的大气波导探测系统另一实施例的组成框图；

图9是根据基于AIS信号的大气波导探测系统另一实施例的组成框图；

图10是根据基于AIS信号的大气波导探测系统另一实施例的组成框图。

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。

AIS系统(Automatic Identification System)是船舶自动识别系统的简称，是一种应用于船和岸之间、船与船之间的海事安全与通信的助航系统。船载AIS设备由VHF通信机、GPS定位仪和船载显示器相连接的通信控制器组成。这里的VHF是Very High Frequency的缩写,即甚高频,是指频带由30MHz到300MHz。船载AIS设备配合GPS将船位、船速、改变航向率及航向等船舶动态信息，结合船名、呼号、吃水及危险货物等船舶静态资料由甚高频VHF向附近水域船舶及岸台广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶只的航行咨询，采取必要避让行动，有效保障船舶航行安全。

优选的，为了实现对海洋航行船舶的安全监控,还基于卫星通信设备来传输AIS数据，由此可以构建全球AIS船舶数据，实时标注和显示海洋上船只的航行位置，即构建电子海图。这样不仅用于相邻船只之间的防碰撞安装防护，还可以用于海洋航行船只的监控管理。

如图1所示，显示了分布在全球的AIS船舶数据分布示意图，图中显示了分布在世界海洋各地的船只A1的航行分布情况，可以看出这些船只的航行分布密度非常大，特别是在既定航线上存在高密度分布的航行船只。通过AIS船舶数据可以获知船舶的类型、船舶名称、船舶编号、船舶预计到达时间，船舶启航时间、船舶停靠港信息、船舶位置(经纬度)、船舶最大吃水量、船舶航行速度、过境区等信息，这些数据的综合功能就是为了识别、跟踪船舶，尽量避免船舶碰撞，加强海事管理等。

进一步的，正常情况下，航行船只在视距距离范围内，通过相互之间发射和接收甚高频VHF信号进行信息交互。但在实际应用，由于海洋上空存在大气波导的原因，由船载AIS设备的VHF通信机发出的VHF信号能够通过大气波导进行超视距传输，这样就可以在超视距的距离范围内通过接收机扫描接收这些VHF信号，并由此可以实现对大气波导的探测。

优选的，如图3所示，海上航行船只C1安装的船载AIS设备发射AIS信号，AIS信号可以包括多种不同频段的无线电信号，例如前述的VHF频段的无线电信号，在所述AIS信号视距无线通信的最大边界之外设置AIS信号接收机J1，当所述AIS信号接收机J1扫描接收到所述AIS信号时，从该信号中可以获得发送该信号的船只的位置信息，表明所述AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置(也即是该船只C1所在位置)与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

进一步的，这里的视距无线通信的最大边界是指：

其中，这里的H₁和H₂分别是指收发两端的天线高度，例如两端的天线高度都是10米，若工作在VHF频段，则可以计算得到R_max≈95km。因此认为AIS信号接收机J1收到95km之外船只发出的AIS信号即视为通过大气波导进行了超视距传输。

由此可见，当通过这种方法由一个船只接收到另一个船只的AIS信号以后，就可以根据这两个船只所在的位置距离来判断该AIS信号的传播距离，如果该距离大于视距无线通信的最大边界，则表明该AIS信号是通过大气波导进行了超视距传输，也表明在这两个船只所在的位置之间存在大气波导。

优选的，我们可以利用这种方法，通过带有船载AIS设备的两只船进行大气波导探测，例如在一天的24小时内，每隔一定的时间间隔进行一次探测，例如每5分钟探测一次，或者每小时探测一次，甚至每5秒钟探测一次，这样就可以用于研究大气波导的实时变化情况和间隔变化情况，以及研究利用大气波导进行超视距通信的情况。进一步的，还包括利用该方法在选定的海域、选定的位置、选定的航线、选定的气象条件、选定的季节时间进行长期的大气波导探测，并且把探测的结果进行记录，建立对大气波导的预报。

优选的，还可以增加利用大气波导进行通信的应用探测，这种应用就包括对通信带宽、速率、误码率、信号衰落、调制方式等通信基础条件的探测。优选的，尽管船载AIS设备是工作在VHF频段，利用船载AIS设备实现对该频段信号利用大气波导实现超视距无线通信的基础上，还可以对临近VHF频段的其他频段进行大气波导通信探测，例如特高频UltraHigh Frequency(UHF)是指频率为300～3000MHz进行大气波导通信探测。因此，可以研制相应的宽频段大气波导通信探测设备，不仅在VHF频段内选择工作频率进行探测，还可以扩展频段进行探测，而探测的方法也是基于由VHF频段的船载AIS设备探测到可以进行大气波导超视距通信后，再对其他频段进行大气波导超视距通信探测。

进一步的，当探测到点对点之间存成大气波导时，还可以选取就近区域进行有点到面的探测。如图2所示，当通过本方法探测到第一近端位置A1和第一远端位置B1之间存在大气波导后，可以沿着横向继续扩展距离，对第三近端位置A3与第三远端位置B3之间进行大气波导探测，扩展的距离可以采用由小渐大的方式逐步进行拓展，当然也可以对第三近端位置A3和第一远端位置B1之间进行大气波导探测，对第一近端位置A1和第三远端位置B3之间进行大气波导探测；进一步，还可以沿着纵向扩展距离，比如对第二近端位置A2与第一远端位置B2之间进行大气波导探测，对第二近端位置A2与第四远端位置B4之间进行大气波导探测，以及第四近端位置A4分别与第一远端位置B1、第二远端位置B2、第四远端位置B4之间进行大气波导探测，扩展的距离可以采用由小渐大的方式逐步进行拓展。通过这种扩展距离，可以进一步形成由第一近端位置A1至第四近端位置A4合围区域，与由第一远端位置B1至第四远端位置B4合围区域之间的大气波导探测，扩展了大气波导的探测范围，并且通过这种扩展的距离可由小渐大的方式逐步进行拓展，有利于精准的找到大气波导存在的区域范围，实现精准区域探测，把由点到点探测的偶然性转化为面探测的这样一个确定的区域范围。

以上是一种点对点的大气波导探测方法，基于图3，还可以进行一点对多点的大气波导探测，其中，所述AIS信号接收机J1对分布在不同位置且均位于视距无线通信的最大边界之外的多个船载AIS设备(如图1中的C1、C2、C3)发射的AIS信号同步进行探测扫描，当接收到其中的至少一个船载AIS设备发射的AIS信号后，表明对应的船载AIS设备发射的AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机J1的接收位置之间存在大气波导。

由于本方法可以利用船只的AIS信号就可以进行大气波导的探测，不需要额外通过各种专用的探测设备进行探测，大大节省了探测成本。进一步，由于本方法能够探测到大气波导的存在，这就为进一步研究大气波导的特性奠定了基础，因此通过本方法探测到大气波导后，可以进一步对大气波导的生成规律和组成特性进行研究探测。优选的，可以在存在大气波导的地域上空对大气构成进行探测，包括使用无人机探测大气底层的湿度、水蒸气分布、云层分布等特性，也包括通过气象卫星对大气波导地域上空的云层高度、密度、厚度等气象条件进行探测。这样，使得对大气波导的研究更具有明确的指向性，因为通过本方法非常高效且低成本的获得大气波导的存在情况，在此基础上对存在的大气波导特性进行探测分析，现在目标对象明确，研究的效率也将会大大提高。

优选的，基于图3，通过在沿海岸基布设AIS信号接收机对多个船只发出的AIS信号进行扫描接收，当接收到这些AIS信号，进一步通过图1所示的AIS船舶数据可以明确判断出该船只的位置，这样可以更加精准的确定船只与岸基AIS信号接收机之间的位置关系及距离，当该距离明显超出AIS信号视距传输的范围时，则表明该AIS信号通过大气波导进行了通信传输。

当然，也可以将这种岸基探测的布设方式转移到岛屿上，在岛屿上布设AIS信号接收机，这样可以在一个圆周的范围内对多个船只发出的AIS信号进行扫描接收。而这个圆周半径的选择就是大于视距无线通信的最大边界。因此，优选的，可以以同心圆的方式，以岛屿上布设AIS信号接收机为圆形，设定不同的半径的同心圆，然后对这些不同半径同心圆上的船只进行AIS信号进行扫描接收，由此可以实现大气波导的探测研究。进一步的，可以选定多个岛屿或者通过驻停的船只作为上述圆周探测的圆心，而这些圆心之间的间距等于或大于视距无线通信的最大边界。由此可以形成类似蜂窝结构的探测区域划分，每一个圆周区域对应是一个蜂窝探测区域，实现对选定海域的无缝覆盖，并且还可以对各个将各个圆周区域的探测网络互联，例如通过卫星通信将这些岛屿上布设AIS信号接收机进行网络互联，实现探测结果的汇总和共享，有利于在更大的范围内实现对大气波导的有效探测覆盖。

通过以上这些方式，无需专用的大气波导探测设备就可以实现对大气波导的测量，极大的降低了大气波导测量的成本，并且这种测量的实时性、动态性、跟踪性和验证性非常高，可以直接利用测量到的大气波导进行通信，在地域范围上也更加广阔。

进一步的，由于海上航向的船只的航线相对固定、装载AIS设备的船只又数量众多，虽然船只是动态的，但是对于某一海域位置到岸基之间的大气波导的测量，可以通过航行至此的不同船只进行测量，也就是说对同一航线的不同船只进行测量，包括对经过同一位置的不同船只进行测量，也包括对经过不同位置的同一船只或多个船只进行测量，通过测量有利于对选定的航线进行大气波导预测，直接为航线上的航行船只提供服务。这样就可以实现对航线上某一位置的长期大气波导监测，并且结合气象、水文等变化情况可以对大气波导进行预报，提前预测未来的大气波导情况。

优选的，被所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号的所述船载AIS设备的所在船只，通过AIS船舶数据或海图查询定位得到对应所在位置，由此对探测到的大气波导覆盖区域在地图上进行标注；对岸基布设的每一个所述AIS信号接收机接收到的所述AIS信号的强度进行实时测量，由此对探测到的对应的波导变化情况进行记录，形成岸基波导动态记录数据库，并用于对沿海地区的波导分布和强度预报。

进一步优选的，如图4所示，所述AIS信号接收机有多个(如J1、J2、J3)，沿海岸线间隔进行岸基布设，并且每一个所述AIS信号接收机在一个扇形区域探测范围内，对该范围内位于无线视距通信的最大边界之外的船载AIS设备发射的AIS信号进行探测扫描，当所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号时，表明所述AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

优选的，图4中相邻的两个的AIS信号接收机之间的位置设定是根据扇形夹角的大小来确定的，该扇形夹角(如α1、α2、α3)的大小要满足相邻两个扇形边界的交汇点到AIS信号接收机之间的距离(如图中的Q1)正好是AIS信号无线视距通信的最大边界，这样可以保证覆盖范围的连续性。当相邻的两个的AIS信号接收机之间的距离增大时，扇形夹角也要增大，这样就会使得单个AIS信号接收机扫描接收的区域范围增大，在实际的应用中单个AIS信号接收机是难以接收处理过多的不同船只发出的AIS信号，因此通过合理设置扇形夹角和相邻AIS信号接收机之间的距离，即通过合理布设岸基AIS信号接收机的位置和数量，有利于实现监测接收AIS信号的处理能力与监测范围相适配。

进一步的，图5中还显示将所述AIS信号接收机(如D1、D2、D3)进一步在近海岛屿或者通过专用的测量船进行近海环形布设，并且每一个所述AIS信号接收机在一个扇形区域探测范围内，对该范围内位于无线视距通信的最大边界之外的船载AIS设备发射的AIS信号进行探测扫描，当所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号时，表明所述AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

通过在近海设置所述AIS信号接收机D1、D2、D3，有利于扩展前述岸基AIS信号接收机J1、J2、J3的探测范围在纵深方向有限的问题，进一步增强对远海大气波导的探测能力，是大气波导探测由沿岸向近海和远海的扩展。

优选的，被近海布设的所述AIS信号接收机D1、D2、D3扫描接收到所述AIS信号的所述船载AIS设备的所在船只，通过AIS船舶数据或海图查询定位得到对应所在位置，由此对探测到的大气波导覆盖区域在地图上进行标注；对近海布设的每一个所述AIS信号接收机接收到的所述AIS信号的强度进行实时测量，由此对探测到的对应的波导变化情况进行记录，形成近海波导动态记录数据库，并用于对近海地区的波导分布和强度预报。

优选的，这里AIS信号接收机D1、D2、D3在近海的布设位置的选取，可以通过图5中的岸基AIS信号接收机探测的大气波导为依据进行布设，就是将岸基AIS信号接收机探测到的具有大气波导稳定存在的近海位置布设上述AIS信号接收机D1、D2、D3，由此可以实现在近海AIS信号接收机D1、D2、D3与岸基AIS信号接收机J1、J2、J3之间通过大气波导进行超视距通信，这样既可以实现对大气波导的探测，又可以利用探测的大气波导进行通信，使得在近海布设AIS信号接收机的位置上可以进行中继通信，实现了大气波导监测的多地联网，同时也大大降低了组网探测和组网通信的成本。

优选的，AIS信号接收机D1、D2、D3在近海布设可以形成多个环形的多层递进布设(如环形布设L1、L2、L3)，由此可以在相邻层之间形成探测范围的互补，并且也可以进一步增强对远海的探测范围。

进一步的，如图5所示，所述AIS信号接收机进一步在远海岛屿进行点状布设(如M1、M2、M3)，并且每一个所述AIS信号接收机在一个圆形区域探测范围内，对该范围内位于无线视距通信的最大边界之外的船载AIS设备发射的AIS信号进行探测扫描，当所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号时，表明所述AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

优选的，在远海岛屿选择的探测位置上布设所述AIS信号接收机(如M1、M2、M3)，也要依据岸基AIS信号接收机或/和近海AIS信号接收机探测到的具有大气波导稳定存在的远海位置布设上述AIS信号接收机M1、M2、M3，由此可以实现在远海AIS信号接收机M1、M2、M3与近海AIS信号接收机D1、D2、D3或/和岸基AIS信号接收机J1、J2、J3之间通过大气波导进行超视距通信，这样既可以实现对大气波导的探测，又可以利用探测的大气波导进行通信，使得在远海布设AIS信号接收机的位置上可以进行中继通信，实现了大气波导监测的多地联网，同时也大大降低了组网探测和组网通信的成本。

优选的，在远海布设的所述AIS信号接收机M1、M2、M3，扫描接收到所述AIS信号的所述船载AIS设备的所在船只，通过AIS船舶数据或海图查询定位得到对应所在位置，由此对探测到的大气波导覆盖区域在地图上进行标注；对在远海点状布设的每一个所述AIS信号接收机接收到的所述AIS信号的强度进行实时测量，由此对探测到的对应的波导变化情况进行记录，形成远海波导动态记录数据库，并用于对远海地区的波导分布和强度预报。

优选的，基于图3至图5所示的岸基、近海和远海布设的AIS信号接收机，在探测到大气波导后，利用所述大气波导在对应的海岸之间和/或岛屿之间建立通信链路，从而可以实现近海和远海的超视距通信。

优选的，基于图3至图5所示的岸基、近海和远海布设的AIS信号接收机，在探测到大气波导后，利用所述大气波导在对应的海岸之间和/或岛屿之间建立监测链路，从而可以对特定地域的水文、气象等自然条件进行监测，并通过大气波导构建的通信链路将这些监测信息进行实时传输，形成一个监测链路。

基于同一构思，本发明还提供了一种基于AIS信号的大气波导探测系统。优选的，如图6所示，所述探测系统包括船载AIS设备和AIS信号接收机，所述船载AIS设备与AIS信号接收机之间的距离大于船载AIS设备发射的AIS信号的无线视距距离，当AIS信号接收机扫描接收到所述船载AIS设备发射的AIS信号时，则探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

优选的，如图7所示，所述AIS信号接收机可以同时对多个船载AIS设备发射的AIS信号同步进行探测扫描，多个船载AIS设备分布在不同位置且均位于无线视距通信的最大边界之外，当AIS信号接收机接收到其中至少一个船载AIS设备发射的AIS信号后，表明对应的船载AIS设备发射的AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

进一步优选的，如图8所示，所述探测系统还包括与所述船载AIS设备一体设置的无线通信收发设备，以及与所述AIS信号接收机一体设置的无线通信收发设备，当探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导时，通过所述无线通信收发设备建立无线通信，所述无线通信的信号频率与船载AIS设备发射的AIS信号频率相同或相近。

优选的，在图8所示实施例基础上，如图9所示，所述探测系统还包括与所述船载AIS设备一体设置的定位模块，所述定位模块用于对所述船载AIS设备所在位置进行定位，当通过所述无线通信收发设备在所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机之间建立无线通信后，将所述定位模块输出的定位信息发送给AIS信号接收机，由此所述AIS信号接收机可以获得所述船载AIS设备所在位置。优选的，该定位模块是船载AIS设备自身所带的定位模块。该定位模块可以包括卫星定位、惯导定位等多种定位方式。

优选的，所述探测系统还包括与所述船载AIS设备一体设置的监测模块，所述监测模块用于对所述船载AIS设备所在地域进行监测，这里的监测主要是指视频、音频、红外、电磁等多种监测技术手段。当通过所述无线通信收发设备在所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机之间建立无线通信后，将所述监测模块输出的监测信息发送给AIS信号接收机，由此所述AIS信号接收机可以获得所述船载AIS设备所在地域的监测信息。

进一步的，AIS信号接收机也具有定位模块，由此可以对所述AIS信号接收机所在的位置进行定位，AIS信号接收机将自身的位置信息，以及接收到的所述船载AIS设备的位置信息，均发送给本地显示控制系统，由此可以进行地理信息标注和显示，在地图或海图上显示在所述AIS信号接收机和所述船载AIS设备之间存在大气波导。优选的，所述定位模块还获取时间信息，由此还可以在本地显示控制系统上对大气波导随时间的动态变化进行探测和显示。

优选的，在图9实施例的基础上，如图10所示，AIS信号接收机还具有第二通信模块，该第二通信模块可以是多种类型的通信模块，例如可以是卫星通信模块、光纤通信模块、计算机网络通信模块等，通过所述第二通信模块可以进一步实现更远距离和/或更多信息量的传输，将这些信息传输给远程显示控制系统，由此可以实现对部署在不同位置的多个AIS信号接收机发出信息进行接收和显示，形成更加全面的大气波导实时动态显示信息，这样有利于所述AIS信号接收机能够在海岸、近海或远海进行布设，不仅能够实现对大气波导的探测，以及基于探测的大气波导进行通信，还可以通过第二通信模块将获得的探测信息进行远距离、大容量的数据传输。

优选的，通过所述第二通信模块与其他所述AIS信号接收机通信互联，由此实现多个船载AIS设备之间的通信互联。

优选的，AIS信号接收机还包括任务规划模块，所述任务规划模块可以根据已经探测到大气波导存在情况，生成探测任务，该探测任务包括选取探测位置、构建探测布设方式等，由此引导AIS信号接收机完成多种形式的探测任务。可以参考前述对图2至图5的说明。

优选的，AIS信号接收机还进一步包括与无人机、遥感卫星、气象卫星的信息互联模块，由此实现对已经探测到的大气波导引导这些探测系统对所在地域的大气波导进行物理特性分析。

由此可见，本发明公开了一种基于AIS信号的大气波导探测系统。所述探测系统包括船载AIS设备和AIS信号接收机，所述船载AIS设备与AIS信号接收机之间的距离大于船载AIS设备发射的AIS信号的无线视距距离，当AIS信号接收机扫描接收到所述船载AIS设备发射的AIS信号时，则探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。该系统还进一步包括一体设置的无线通信收发设备，基于探测的大气波导进行即时通信，以及通过显示系统对探测的大气波导进行标注和预报。该探测系统对大气波导的探测实用性强、成本低、应用价值大。

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。

Claims (10)

1.一种利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信的方法，其特征在于，海上航行船只安装的船载AIS设备发射AIS信号，在所述船只的AIS信号无线视距通信的最大边界之外设置AIS信号接收机，当所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号时，表明所述AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

2.根据权利要求1所述的利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信方法，其特征在于，所述AIS信号接收机对分布在不同位置,并且均位于无线视距通信的最大边界之外的多个船载AIS设备发射的AIS信号，同步进行探测扫描，当接收到其中的至少一个船载AIS设备发射的AIS信号后，表明对应的船载AIS设备发射的AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

3.根据权利要求1所述的利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信方法，其特征在于，所述AIS信号接收机有多个，沿海岸线间隔进行岸基布设，并且每一个所述AIS信号接收机在一个扇形区域探测范围内，对该范围内位于无线视距通信的最大边界之外的船载AIS设备发射的AIS信号进行探测扫描，当所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号时，表明所述AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

4.根据权利要求3所述的利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信方法，其特征在于，所述AIS信号接收机进一步在近海环形布设，并且每一个所述AIS信号接收机在一个扇形区域探测范围内，对该范围内位于无线视距通信的最大边界之外的船载AIS设备发射的AIS信号进行探测扫描，当所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号时，表明所述AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

5.根据权利要求4所述的利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信方法，其特征在于，所述AIS信号接收机进一步在远海点状布设，并且每一个所述AIS信号接收机在一个圆形区域探测范围内，对该范围内位于无线视距通信的最大边界之外的船载AIS设备发射的AIS信号进行探测扫描，当所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号时，表明所述AIS信号通过大气波导进行了超视距传输，同时探测到所述船载AIS设备的所在位置与AIS信号接收机的接收位置之间存在大气波导。

6.根据权利要求3所述的利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信方法，其特征在于，被所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号的所述船载AIS设备的所在船只，通过海图查询定位得到对应所在位置，由此对探测到的大气波导覆盖区域在地图上进行标注；对岸基布设的每一个所述AIS信号接收机接收到的所述AIS信号的强度进行实时测量，由此对探测到的对应的大气波导变化情况进行记录，形成岸基大气波导动态记录数据库，并用于对沿海地区的大气波导分布和强度预报。

7.根据权利要求4所述的利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信方法，其特征在于，被所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号的所述船载AIS设备的所在船只，通过海图查询定位得到对应所在位置，由此对探测到的大气波导覆盖区域在地图上进行标注；对近海环形布设的每一个所述AIS信号接收机接收到的所述AIS信号的强度进行实时测量，由此对探测到的对应的大气波导变化情况进行记录，形成近海大气波导动态记录数据库，并用于对近海地区的大气波导分布和强度预报。

8.根据权利要求5所述的利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信方法，其特征在于，被所述AIS信号接收机扫描接收到所述AIS信号的所述船载AIS设备的所在船只，通过海图查询定位得到对应所在位置，由此对探测到的大气波导覆盖区域在地图上进行标注；对远海点状布设的每一个所述AIS信号接收机接收到的所述AIS信号的强度进行实时测量，由此对探测到的对应的大气波导变化情况进行记录，形成远海大气波导动态记录数据库，并用于对远海地区的大气波导分布和强度预报。

9.根据权利要求1至8任一项所述的利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信方法，其特征在于，在探测到大气波导后，利用所述大气波导在对应的海岸之间和/或岛屿之间建立通信链路。

10.根据权利要求1至8任一项所述的利用AIS信号进行大气波导探测、预报和通信方法，其特征在于，在探测到大气波导后，利用所述大气波导在对应的海岸之间和/或岛屿之间建立监测链路。

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