CN115347909A - 一种海洋智能融合通讯系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种海洋智能融合通讯系统，其满足海上平台、海洋牧场、海上船对船、船对岸、港口、造船厂等工程领域的无线数据通讯和语音电台需求，该海洋智能融合通讯系统设置可使通讯系统保持平稳状态、促进天线稳定跟踪的六自由度稳定平台，该系统模块包括：微波单元、电台单元、天线对准单元、定位天线。本发明有利于克服海上船只在运动过程中俯仰角度变化及天线指向的问题以及提升指向精度，通过配置六自由度稳定平台，可确保通讯设备主体克服海面波动，处于平稳状态，有利于通讯信号稳定连接；能够获得远距离、高带宽、稳定的无线数据通讯，解决了现有卫星通讯成本高，布置空间不足的问题。

Description

一种海洋智能融合通讯系统

技术领域

本发明涉及海事无线通信领域，尤其涉及一种海洋智能融合通讯系统。

背景技术

通信系统经历了从电缆到光缆、有线到无线、从模拟到数字等发展历程，并且依然是日新月异的在向前发展变化。本发明技术方案之研发人员其开发技术的前提是基于当前海洋无线通讯领域亟需建设高效的信息化通讯系统，用以确保海上作业的协同性、安全性，以及提升管理效率。

首先，为了不同经验的技术人员能够充分了解本发明实施之各项技术手段，先从广义上进行分析，由于海洋环境复杂多变、海上施工十分困难，长期以来，海洋通信网络的发展明显滞后于陆地通信网络，显然，随着海事活动日趋频繁和海洋经济迅猛发展，研发新一代海洋通信技术与系统已经成为学术界和工业界一个备受瞩目的焦点，无论是港口、码头、岸海通信系统、岸岛通信系统、海上船组编队、无人船编队、海上平台等互联互通组网需求增多，需求的形式也足够多样化，包括远距离、高带宽、视频、语音、数据、控制、遥测等。

对于海洋通信的相关方式，目前广泛应用的海上无线通信系统主要包括海上无线通信网络、海洋卫星通信网络和岸基移动通信网络,它们共同构成一个基本实现海洋全覆盖的通信网络架构，以便能够保障近海、远海和远洋的船舶到海岸、船舶到船舶的日常通信，可在相关领域提供相对可靠、准确、及时和安全的通信基础设施。

本发明技术方案之设计人员正是针对以往海事无线通信领域所采用的通讯技术暴露出的问题进行分析之后，总结出共同存在的弊端，包括以下几个方面：

其一，现有的海上作业船舶由于船体空间小，无法安装卫星通信，且卫星通信费用较高，使得多数作业船舶都没有直接接入地面网络，仅仅是通过船用高频无线电话与附近地面平台和船队进行通讯，无法实现高效的信息共享，通讯效率较低，不利于海上作业的开展；

其二，关于天线对准精度引发的问题，其由于经常导致无法实时自动对准目标位置，难以克服海上船只在运动过程中造成的天线指向变化的问题；

其三，以往对于通信系统的全部设备若全部安装在船体空间，则会产生巨大的成本问题，不适合长期应用，适配性较低；

其四，若采用传统的技术手段，无法将全部的通讯单元有序地集中配置在一个利于天线稳定跟踪的平台，既没有合适的配置方案，也不利于实现远距离、高带宽、稳定的无线数据通讯。

综上可行性分析以及对以往技术的分析可知，现有的海洋通讯技术尚没有形成一个在制造成本、通讯的稳定性、通讯效率、通讯的灵敏度等方面皆能够实现提升的海洋智能融合通讯系统。本发明技术方案之设计人员正是在现有公知技术以及一些技术人员所实施的技术手段的基础上，经过实际应用的经验总结，以通讯系统为基础进一步设计，通过实施数字电台和微波通讯功能、内置跟踪对准单元、以及依托高精度定位传输手段，以便有利于克服海上船只在运动过程中俯仰角度变化及天线指向的问题并且提升指向精度，尤其是配置六自由度稳定平台，可确保通讯设备主体克服海面波动而处于平稳状态，利于通讯信号稳定连接。因而，所提出的技术方案能够缓解、部分解决或彻底解决现有技术存在的问题，同时本发明所提出的技术方案也是为了满足海事无线通信领域的应用需求。

发明内容

为克服上述问题或者至少部分地缓解、部分解决上述问题，本发明提供一种海洋智能融合通讯系统，其易于安装、操作简便，通过配置数字电台和微波通讯功能、内置跟踪对准单元、以及依托高精度定位传输手段，利于实现远距离、高带宽、稳定的无线数据通讯，解决了现有卫星通讯成本高、布置空间不足的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种海洋智能融合通讯系统，其用于海事无线通信，以便满足海上平台、海洋牧场、海上船对船、船对岸、港口、造船厂等工程领域的无线数据通讯和语音电台需求，该海洋智能融合通讯系统设置六自由度稳定平台，该平台上方的底座之上有序装配相应的通讯模块，这些模块包括：

微波单元，其用于系统的微波通讯，通过可靠的带宽来实现远距离无障碍通信传输；

电台单元，其用于系统的无线对讲通讯与设备定位信息的互通；

天线对准单元，其设置于微波单元或电台单元上方，并且采用两轴、三轴云台控制装配于云台上的且用于微波信号发射接收的定向天线的指向，该天线实时自动对准目标位置，从而克服海上船只运动过程造成的天线指向变化；

定位天线，其用于系统的GPS位置信息定位，为定向天线自动对准提供位置方向信息；

以上六自由度稳定平台增设惯导系统来感知通讯系统的水平方向倾斜，及时修正平台姿态，使通讯系统保持平稳状态，促进天线的稳定跟踪；

通讯系统具备主控单元，其控制电路通过GPS模块和陀螺仪采集设备天线的位置和方向数据，待双方系统的电台单元先建立通讯链接且向对方播报本系统的GPS位置信息后，通讯系统的三轴云台在控制指令下对定向天线的横轴、俯仰及方位上进行转动控制，使定向天线自动对目标方向进行快速对准，以便实现信号侦测并保持微波通讯链路连接。

为促进技术效果的显著提升，技术人员还可采用相应的技术手段对以上技术方案进一步补充，包括：

当双方系统保持微波通讯链路后，实现双方音频、视频数据的上、下行传输，通过网络接口接入船载局域网，将通讯数据传输到通讯终端进行实时查看和存储；

主控制板采用全志H3芯片的Crotex-A7四核ARM开发板，扩展了供电单元、数据采集单元、集成GPS或BD定位模组；

对于六自由度稳定平台，技术人员在具体设置时，还包括姿态传感器、伺服控制单元、伺服电动缸、数据处理单元；姿态传感器用于实时的将平台状态提供给数据处理单元，数据处理单元将数据反馈给伺服控制单元，可采用六个伺服电机带动电动缸做伸缩变化运动，每个电动缸实现空间中单独的伸缩运动；伺服控制单元通过对六个电动缸的伸缩量的控制，驱动平台完成空间中的六自由度运动，始终让平台保持水平状态。

技术人员还可采用相应的技术手段对以上技术方案进行选择实施，包括：

主控单元的主控制板可内置集成GPS或BD定位模组；

底座上方设置用于提供通信系统各部件供电的电源模块；

通讯系统可采用天线云台控制；

通讯系统各功能模块相互独立设置；

其中，六自由度稳定平台安装在底座下部，以便利于通讯系统与船体连接。

本发明提出的海洋智能融合通讯系统，其通过实施数字电台和微波通讯功能、内置两轴、三轴跟踪对准单元，以及依托高精度GPS、惯导、辅助信道等定位传输手段，有利于克服海上船只在运动过程中俯仰角度变化及天线指向的问题以及提升指向精度，尤其是通过配置六自由度稳定平台，可确保通讯设备主体克服海面波动，处于平稳状态，有利于通讯信号稳定连接；总体来看，能够获得远距离、高带宽、稳定的无线数据通讯，解决了现有卫星通讯成本高，布置空间不足的问题。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明所实施的海洋智能融合通讯系统，其系统设备主机示意图；

图2是发明所实施的海洋智能融合通讯系统，其系统组成原理示意图；

图3是发明所实施的海洋智能融合通讯系统，其系统设备装配示意图。

具体实施方式

本发明拟实施的海洋智能融合通讯系统，所实施的技术手段要达到的目的在于，解决以往在海事无线通信领域因受到海上作业船舶船体空间、通信设备难以装配、通讯效率较低、成本较高、天线对准精度较差等多种因素的限制而导致不利于海上作业的开展，且无法满足海上平台、海洋牧场、海上船对船、船对岸、港口、造船厂等工程领域的无线数据通讯和语音电台需求。

本发明所实施之技术方案，主要通过于六自由度稳定平台上方有序的构件通讯组件来形成有利于提升指向精度、保持通讯信号稳定连接以及提高通讯效率的用于海事无线通信的通讯系统，此外，还可在同一构思的基础上，根据不同应用需求额外增加相应的辅助技术手段。倘若本发明技术方案所涉及到的通讯系统的范围较广，例如对于其设计时采用的算法细节、程序代码、具体的电路连接技术手段等无需详细限制，凡是本发明技术方案可采用的现有技术手段，技术人员都可依据本发明所实施的技术方案来实施。因而，包括采用的算法细节、程序代码、具体的功能模块连接的技术手段等，本发明具体实施方式无必要将每一个细节都细化出来。显然，本发明所实施的技术方案实际上是一种能够让本领域技术人员结合常规技术手段参照及实施的海洋智能融合通讯系统，技术人员根据不同的应用条件以及使用需求，能够实际获得其带来的一系列优势，这些优势将会在以下对海洋智能融合通讯系统的解析中逐步体现出来。

如图1-3所示，本发明所实施的海洋智能融合通讯系统，该系统整机由主控单元、底座7、微波单元6、电台单元5、天线对准单元3、电源模块8、定位天线4、定向天线2和设置于底座7下方的六自由度稳定平台9组成，在实施时，可在底座7内部上方空间装配通讯系统所需相应部件，底座7外侧设置一些接口，包括供电电源接口、网络接口、天线接口，相应地，对于底座7内部上方的空间，技术人员由下至上依次装配微波单元6、电台单元5、天线对准单元3，所实施的电台单元5上方空间且与天线对准单元3相邻位置处固定装配一定位天线4，同时，天线对准单元3上方固定安装一定向天线2，对于底座7上方空间外围固定设置天线罩1并且其将所装配的通讯系统单元或组件完全罩于其内，此外，还可在底座7内部上方设置用于提供通信系统各部件供电的电源模块8，该模块包含电压转换电路。对于以上所实施的各个单元或组件的选择及其功能则如下分析：

首先，所实施的天线罩1可采用玻璃钢材质的天线罩1，可通过螺钉安装在底座7上部，从而将通讯系统部件整体包含在其内部；

对于微波单元6，其用于实现系统的微波通讯功能，具有较佳的带宽，以便实现远距离无障碍通信传输；

对于电台单元5，其用于实现设备的无线对讲通讯功能和设备定位信息的互通；

对于天线对准单元3，其采用两轴、三轴云台控制定向天线2指向，天线可实时自动对准目标位置，以便克服海上船只运动过程造成的天线指向变化；

对于定位天线4，其用于系统的GPS位置信息定位，为定向天线2自动对准提供位置方向信息；

对于定向天线2，其安装在天线对准单元3的云台上，用于微波通信信号的发射接收，以便实现自动对准。

以上所实施的六自由度稳定平台9安装在底座7下部，以便有利于通讯系统与船体连接，进一步地，此六自由度稳定平台9还可增设惯导系统来感知通讯设备的水平方向倾斜，及时修正平台姿态，使通讯设备保持平稳状态，有助实现天线的稳定跟踪。

以上本发明所实施的海洋智能融合通讯系统，可特别用于为海事无线通信领域开发的自组网无线传输，利于促进海上船舶的地面网络接入，解决现有卫星通讯成本高、布置空间不足的问题。由于技术人员能够以该通讯系统为基础进一步实施相应功能模块，使之至少具备数字电台和微波通讯功能，内置两轴、三轴跟踪对准单元，以及依托高精度GPS、惯导、辅助信道等定位传输手段及先进的跟踪算法，有利于克服海上船只在运动过程中俯仰角度变化及天线指向的问题，有利于提升指向精度，尤其是配置六自由度稳定平台9，可确保通讯设备主体克服海面波动，处于平稳状态，有利于通讯信号稳定连接。

通过以上所实施的通讯组件，技术人员还可以清楚地认识到，若基于使用高功率高灵敏度通讯模块，则具有远距离、高带宽、超稳定、易管理、易于安装，操作简便等特点，有利于满足海上平台、海洋牧场、海上船对船、船对岸、港口、造船厂等工程领域的无线数据通讯和语音电台需求。

当然，本发明所实施的海洋智能融合通讯系统，设计人员可根据自身应用设计需求进行各种配置的选择，例如，通讯技术可采用微波通讯、电台通讯，自动控制技术可采用天线云台控制，可在设计时采用各功能模块相互独立，以及适当的增加散热设计(如电源模块、通讯模块均可通过接触壳体散热)，此外，还可增加抗风设计来提升抗风能力，以及利用防水件、密封圈等常规技术手段来增加防水性能。

如图2所示，本发明所实施的海洋智能融合通讯系统，其运行时的工作原理为，当系统设备外接电源，指示灯亮指示，通讯单元通电后，控制电路通过GPS模块和陀螺仪采集设备天线的位置和方向数据，双方设备的电台单元先建立通讯链接，向对方播报本设备的GPS位置信息后，设备的三轴云台在控制指令下对天线的横轴、俯仰及方位上进行转动控制，使天线自动对目标方向进行快速对准，以便实现信号侦测并保持微波通讯链路连接。

进一步地，当双方设备保持微波通讯链路后，此时可实现双方音频、视频数据的上、下行传输，通过网络接口接入船载局域网，将通讯数据传输到通讯终端进行实时查看和存储；根据实际应用可了解到，通讯信号的传输距离根据海况可达40KM以上，5.8Ghz微波通讯的最大带宽可达350Mbps以上，通过六自由度平台有利于克服海洋水面波动干扰，有助于保持微波通讯信号链路的稳定连接。

如图1所示，对于以上本发明所实施的海洋智能融合通讯系统，为进一步供技术人员清楚本发明所实施的技术手段，重点对主控单元、六自由度稳定平台9等进一步解析：

其中，主控单元的主控制板可内置集成GPS或BD定位模组，在具体的算法这一环节，可将陆基版设备的地理坐标输入海基版设备中，海基版根据自身的坐标位置反馈给电动转台伺服控制系统，电动转台伺服电机会根据系统要求旋转一定的角度，始终将安装在电动转台的天线指向对准陆基版设备。

其中，结合现有技术手段，六自由度稳定平台9在配置时，其包括姿态传感器、伺服控制单元、伺服电动缸、数据处理单元，姿态传感器用于实时的将平台状态提供给数据处理单元，数据处理单元将数据反馈给伺服控制单元，可采用六个伺服电机带动电动缸做伸缩变化运动，每个电动缸都能够实现空间中单独的伸缩运动；伺服控制单元通过对六个电动缸的伸缩量的控制，可驱动平台完成空间中的六自由度运动，促使实现平台位姿的改变，始终让平台保持水平状态。

此外，系统所采用的电台单元5和通讯单元均采用市场上成熟的通讯板载进行二次开发；主控制板则可采用全志H3芯片的Crotex-A7四核ARM开发板，扩展了供电单元、数据采集单元、集成GPS或BD定位模组，其主要任务是控制伺服电机系统和转台电机。

在本说明书的描述中，若出现术语“实施例一”、“本实施例”、“具体实施”等描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明或发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例；而且，所描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以恰当的方式结合。

在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”、“设置”、“具有”等均做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接或在不影响部件关系与技术效果的基础上通过中间组件间接进行，也可以是一体连接或部分连接，如同此例的情形对于本领域普通技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用，熟悉本领域技术的人员显然可轻易对这些实例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本案不限于以上实施例，对于以下几种情形的修改，都应该在本案的保护范围内：①以本发明技术方案为基础并结合现有公知常识所实施的新的技术方案，该新的技术方案所产生的技术效果并没有超出本发明技术效果之外，例如，采用微波单元与电台单元结合六自由度稳定平台所形成的用于海事无线通讯领域的技术方案，并且产生的预期效果并未超出本发明之外；②采用公知技术对本发明技术方案的部分特征的等效替换，所产生的技术效果与本发明技术效果相同，例如，对不同的开发板、不同的电机等进行等效替换；③以本发明技术方案为基础进行拓展，拓展后的技术方案的实质内容没有超出本发明技术方案之外；④利用本发明文本记载内容所作的等效变换，将所得技术手段应用在其它相关技术领域的方案。

Claims (10)

1.一种海洋智能融合通讯系统，其用于海事无线通信，以便满足海上平台、海洋牧场、海上船对船、船对岸、港口、造船厂等工程领域的无线数据通讯和语音电台需求，其特征在于，所述海洋智能融合通讯系统设置六自由度稳定平台，该平台上方的底座之上有序装配相应的通讯模块，这些模块包括：

微波单元，其用于系统的微波通讯，通过可靠的带宽来实现远距离无障碍通信传输；

电台单元，其用于系统的无线对讲通讯与设备定位信息的互通；

天线对准单元，其设置于所述微波单元或电台单元上方，并且采用两轴、三轴云台控制装配于云台上的且用于微波信号发射接收的定向天线的指向，该天线实时自动对准目标位置，从而克服海上船只运动过程造成的天线指向变化；

定位天线，其用于系统的GPS位置信息定位，为所述定向天线自动对准提供位置方向信息；

以上所述六自由度稳定平台增设惯导系统来感知通讯系统的水平方向倾斜，及时修正平台姿态，使通讯系统保持平稳状态，促进天线的稳定跟踪；

所述通讯系统具备主控单元，其控制电路通过GPS模块和陀螺仪采集设备天线的位置和方向数据，待双方系统的电台单元先建立通讯链接且向对方播报本系统的GPS位置信息后，通讯系统的三轴云台在控制指令下对所述定向天线的横轴、俯仰及方位上进行转动控制，使所述定向天线自动对目标方向进行快速对准，以便实现信号侦测并保持微波通讯链路连接。

2.根据权利要求1所述的海洋智能融合通讯系统，其特征在于：当双方系统保持微波通讯链路后，实现双方音频、视频数据的上、下行传输，通过网络接口接入船载局域网，将通讯数据传输到通讯终端进行实时查看和存储。

3.根据权利要求1所述的海洋智能融合通讯系统，其特征在于：所述主控制板采用全志H3芯片的Crotex-A7四核ARM开发板，扩展了供电单元、数据采集单元、集成GPS或BD定位模组。

4.根据权利要求1-3任一项所述的海洋智能融合通讯系统，其特征在于：

所述六自由度稳定平台包括姿态传感器、伺服控制单元、伺服电动缸、数据处理单元；

其中，姿态传感器用于实时的将平台状态提供给数据处理单元，数据处理单元将数据反馈给伺服控制单元，可采用六个伺服电机带动电动缸做伸缩变化运动，每个电动缸实现空间中单独的伸缩运动。

5.根据权利要求4所述的海洋智能融合通讯系统，其特征在于：所述伺服控制单元通过对六个电动缸的伸缩量的控制，驱动平台完成空间中的六自由度运动，始终让平台保持水平状态。

6.根据权利要求1所述的海洋智能融合通讯系统，其特征在于：所述主控单元的主控制板可内置集成GPS或BD定位模组。

7.根据权利要求1所述的海洋智能融合通讯系统，其特征在于：所述底座上方设置用于提供通信系统各部件供电的电源模块。

8.根据权利要求1所述的海洋智能融合通讯系统，其特征在于：所述通讯系统采用天线云台控制。

9.根据权利要求1所述的海洋智能融合通讯系统，其特征在于：所述通讯系统各功能模块相互独立设置。

10.根据权利要求1所述的海洋智能融合通讯系统，其特征在于：所述六自由度稳定平台安装在底座下部，以便利于通讯系统与船体连接。

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