CN115412122B

CN115412122B - 一种海上对讲机数字模拟自主切换方法、系统及存储介质

Info

Publication number: CN115412122B
Application number: CN202211067462.6A
Authority: CN
Inventors: 伍凯; 高祥武; 朱枫
Original assignee: Aohai Technology Co ltd
Current assignee: Aohai Technology Co ltd
Priority date: 2022-09-01
Filing date: 2022-09-01
Publication date: 2023-09-01
Anticipated expiration: 2042-09-01
Also published as: CN115412122A

Abstract

本发明提供一种海上对讲机数字模拟自主切换方法、系统及存储介质。本发明方法包括：构建具有模拟和数字对讲功能的对讲机模型；基于对讲机模型，配置对讲通信参数；根据通信参数进行语音通信频谱感知，确定可用信道和被占用信道；自主选择语音对讲通信模式；自主选择语音对讲通信信道；基于语音对讲通信信道，建立语音对讲通信。本发明基于模拟和数字语音调制特征通过信号调制模式识别实现接收信号通信模式的判断，根据模式判断结果自动匹配相应通信模式，在主动发送时根据用户需求和被叫方通信状态自主选择最优通信模式，通过频谱感知和信道质量评估，自主选择可靠的语音对讲通信信道，实现多信道、多用户和信道重叠下的数字模拟高效自主切换。

Description

一种海上对讲机数字模拟自主切换方法、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及海上通信技术领域，具体而言，尤其涉及一种海上对讲机数字模拟自主切换方法、系统及存储介质。

背景技术

海上语音对讲机是船舶航行必备的通信设备，目前采用模拟调制方式在VHF频段进行语音传输，随着海事业务的逐渐复杂和海上通信可靠性要求的不断提高，现有海上模拟对讲向数字对讲发展是大势所趋。根据海上通信设备升级换代进程，在海上数字对讲机完全取代模拟对讲机前，海上语音对讲机将处于模拟和数字长期兼容共存的局面，如何实现模拟与数字对讲的切换将是本领域需要解决的问题。

海上对讲机的数字模拟切换存在如下难点：(1)根据ITU的规定，模拟对讲的信道带宽为25kHz，VHF频段可用于海上语音通信的信道多达70多个，如果采用目前常用的12.5kHz或6.25kHz数字对讲信道带宽，则语音对讲可用信道数量多达上百个，需要针对数量众多的信道进行高效地数模切换；(2)多模式多用户共存，需准确识别接收信号的通信模式及通信目标；(3)海上通信频谱紧张，通信环境复杂，需要选择可靠的信道进行语音通信；(4)模拟与数字对讲信道重叠，不能简单以信道进行区分。为了实现高效高质语音通信，需针对上述难点设计高效准确的海上对讲机数模自主切换机制。

发明专利ZL201410142219.5和ZL201711160890.2提出一种通过数字模式的帧同步判断通信模式的模数切换方法。该方法需对各个信道接收的信号进行逐个解调，在多信道和多用户信号下难以保证模数切换效率。

发明内容

根据上述提出的技术问题，提供一种海上对讲机数字模拟自主切换方法、系统及存储介质。本发明既能基于模拟和数字语音调制特征通过信号调制模式识别实现接收信号通信模式的判断，根据模式判断结果自动匹配相应通信模式，又能在主动发送时根据用户需求和被叫方通信状态自主选择最优通信模式，还能通过频谱感知和信道质量评估，自主选择可靠的语音对讲通信信道，实现多信道、多用户和信道重叠下的数字模拟高效自主切换。

本发明采用的技术手段如下：

一种海上对讲机数字模拟自主切换方法，包括：

构建具有模拟和数字对讲功能的对讲机模型；

基于构建的对讲机模型，配置对讲的通信参数；

根据配置的通信参数进行语音通信频谱感知，确定可用信道和被占用信道；

基于确定的可用信道和被占用信道，自主选择语音对讲通信模式；

基于自主选择的语音对讲通信模式，自主选择语音对讲通信信道；

基于自主选择的语音对讲通信信道，建立语音对讲通信。

进一步地，所述基于构建的对讲机模型，配置对讲的通信参数中：

对讲的通信参数包括语音对讲通信频谱感知参数、语音接收状态时语音对讲调制模式识别参数和语音发送状态时对讲机工作模式参数。

进一步地，所述语音发送状态时对讲机工作模式参数包括第一模式、第二模式、第三模式；其中：

第一模式，表示在模拟语音下进行语音发送；

第二模式，表示在数字语音下进行语音发送；

第三模式，表示自主选择可用通信模式，优先选择数字模式进行语音发送，若数字模式不可通信，则自主切换至模拟模式。

进一步地，所述基于确定的可用信道和被占用信道，自主选择语音对讲通信模式中：

自主选择的语音对讲通信模式包括对讲机应答接收信号下自主选择通信模式和对讲机主动发送状态下自主选择通信模式。

进一步地，所述对讲机应答接收信号下自主选择通信模式，具体包括：

根据模拟语音和数字语音通信的调制特征，对接收信号进行调制模式识别，确定接收信号类型；

若判断接收的信号为模拟语音信号，则选择模拟模式，自主选择语音对讲通信信道；若判断接收的信号为数字语音信号，则选择数字模式，对接收信号进行被叫识别；

若被叫地址与自身地址相同，则响应该接收信号，自主选择语音对讲通信信道；否则不予响应。

进一步地，所述对讲机主动发送状态下自主选择通信模式，具体包括：

根据配置的语音发送状态时对讲机工作模式参数进入相应工作模式，若为第一模式或第二模式，则自主选择语音对讲通信信道；若为第三模式，则优先选择数字模式，自主选择语音对讲通信信道进行数字语音呼叫，再进行被叫检测；

若检测出被叫响应，则建立语音对讲通信；若检测出被叫未响应，则选择模拟模式，并进行自主选择语音对讲通信信道。

进一步地，所述基于自主选择的语音对讲通信模式，自主选择语音对讲通信信道中：

自主选择语音对讲通信信道包括对讲机应答接收信号下自主选择语音对讲通信信道和对讲机主动发送下自主选择语音对讲通信信道，其中：

在对讲机应答接收信号下，选择接收信号所占用信道在其空闲时间向接收信号的发送方进行语音应答；

在对讲机主动发送下，首先评估可用信道的通信质量，再自主选择可靠的语音对讲通信信道。

本发明还提供了一种基于上述海上对讲机数字模拟自主切换方法的海上对讲机数字模拟自主切换系统，包括：

模型构建单元，用于构建具有模拟和数字对讲功能的对讲机模型；

参数配置单元，用于基于构建的对讲机模型，配置对讲的通信参数；

信道感知单元，用于根据配置的通信参数进行语音通信频谱感知，确定可用信道和被占用信道；

通信模式自主选择单元，用于基于确定的可用信道和被占用信道，自主选择语音对讲通信模式；

通信信道自主选择单元，用于基于自主选择的语音对讲通信模式，自主选择语音对讲通信信道；

对讲通信建立单元，用于基于自主选择的语音对讲通信信道，建立语音对讲通信。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机指令集；所述计算机指令集被处理器执行时实现如上述的海上对讲机数字模拟自主切换方法。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的海上对讲机数字模拟自主切换方法，既能基于模拟和数字语音调制特征通过信号调制模式识别实现接收信号通信模式的判断，根据模式判断结果自动匹配相应通信模式，又能在主动发送时根据用户需求和被叫方通信状态自主选择最优通信模式，还能通过频谱感知和信道质量评估，自主选择可靠的语音对讲通信信道。

2、本发明提供的海上对讲机数字模拟自主切换方法，不需对接收信号进行逐个解调，可对多信道多用户信号进行批量处理，不仅能在多信道多用户信号条件下实现高效地数模自主无缝切换，而且能在提高语音对讲通信质量的同时提高频谱资源利用率。

基于上述理由本发明可在海上通信等领域广泛推广。

附图说明

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

图1为本发明方法流程图。

图2为本发明提供的对讲机应答接收信号下自主选择通信模式流程图。

图3为本发明提供的对讲机主动发送状态下自主选择通信模式流程图。

图4为本发明系统结构框图。

图4中：1、模型构建单元；2、参数配置单元；3、信道感知单元；4、通信模式自主选择单元；5、通信信道自主选择单元；6、对讲通信建立单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种海上对讲机数字模拟自主切换方法，包括：

步骤100、构建具有模拟和数字对讲功能的对讲机模型；

步骤200、基于构建的对讲机模型，配置对讲的通信参数；

步骤300、根据配置的通信参数进行语音通信频谱感知，确定可用信道和被占用信道；频谱感知方法可采用常用的能量感知方法。

步骤400、基于确定的可用信道和被占用信道，自主选择语音对讲通信模式；

步骤500、基于自主选择的语音对讲通信模式，自主选择语音对讲通信信道；

步骤600、基于自主选择的语音对讲通信信道，建立语音对讲通信。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤200中，配置对讲的通信参数包括语音对讲通信频谱感知参数、语音接收状态时语音对讲调制模式识别参数和语音发送状态时对讲机工作模式参数。其中：

语音发送状态时对讲机工作模式参数包括第一模式、第二模式、第三模式；其中，第一模式，表示在模拟语音下进行语音发送；第二模式，表示在数字语音下进行语音发送；第三模式，表示自主选择可用通信模式，优先选择数字模式进行语音发送，若数字模式不可通信，则自主切换至模拟模式。

在本实施例中，语音对讲通信频谱感知参数的选取根据频谱感知方法确定，对于常用的能量感知方法，可设置合理的检测阈值、感知周期、采样频率参数，实现所需的频谱感知性能。语音对讲调制模式识别参数需能区分模拟模式和数字模式对应的调制方式，其选取根据对讲机所使用的调制方式确定，对于采用调频的模拟对讲和采用4FSK调制的数字对讲，调制模式识别参数可选择零中心归一化瞬时幅度之谱密度的最大值、零中心归一化非弱信号段瞬时频率绝对值的标准差和零中心归一化瞬时频率的紧致性(四阶矩)，配置合理的参数阈值，则可通过上述参数区分接收信号是模拟模式还是数字模式。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤400中，自主选择的语音对讲通信模式包括对讲机应答接收信号下自主选择通信模式和对讲机主动发送状态下自主选择通信模式。其中：

所述对讲机应答接收信号下自主选择通信模式，如图2所示，具体包括：

根据模拟语音和数字语音通信的调制特征，对接收信号进行调制模式识别，确定接收信号类型；在本实施例中，对于采用调频的模拟对讲和采用4FSK调制的数字对讲，通过接收信号的零中心归一化瞬时幅度之谱密度的最大值与设定的参数阈值比较，可区分调频信号；通过零中心归一化非弱信号段瞬时频率绝对值的标准差与设定的参数阈值比较，可区分4FSK信号；通过中心归一化瞬时频率的紧致性(四阶矩)与设定的参数阈值比较，可区分是模拟调频还是数字调频信号，从而识别接收信号是采用调频的模拟模式和采用4FSK调制的数字模式。

若判断接收的信号为模拟语音信号，则选择模拟模式，进入步骤500自主选择语音对讲通信信道；若判断接收的信号为数字语音信号，则选择数字模式，对接收信号进行被叫识别；

若被叫地址与自身地址相同，则响应该接收信号，进入步骤500自主选择语音对讲通信信道；否则不予响应。在本实施例中，对于海上VHF语音通信，可采用水上移动通信业务标识码(Maritime Mobile Service Identify，简称MMSI)唯一标识对讲机，对讲机地址可设置为其MMSI。

所述对讲机主动发送状态下自主选择通信模式，如图3所示，具体包括：

根据配置的语音发送状态时对讲机工作模式参数进入相应工作模式，若为第一模式或第二模式，则进入步骤500自主选择语音对讲通信信道；若为第三模式，则优先选择数字模式，进入步骤500自主选择语音对讲通信信道进行数字语音呼叫，再进行被叫检测；

若检测出被叫响应，则进入步骤600建立数字语音对讲通信；若检测出被叫未响应，则选择模拟模式，并进入步骤500自主选择语音对讲通信信道进行模拟语音对讲通信。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述步骤500中，自主选择语音对讲通信信道包括对讲机应答接收信号下自主选择语音对讲通信信道和对讲机主动发送下自主选择语音对讲通信信道，其中：

对应本申请中的海上对讲机数字模拟自主切换方法，本申请还提供了海上对讲机数字模拟自主切换系统，包括：模型构建单元1、参数配置单元2、信道感知单元3、通信模式自主选择单元4、通信信道自主选择单元5以及对讲通信建立单元6，其中：

模型构建单元1，用于构建具有模拟和数字对讲功能的对讲机模型；

参数配置单元2，用于基于构建的对讲机模型，配置对讲的通信参数；

信道感知单元3，用于根据配置的通信参数进行语音通信频谱感知，确定可用信道和被占用信道；

通信模式自主选择单元4，用于基于确定的可用信道和被占用信道，自主选择语音对讲通信模式；

通信信道自主选择单元5，用于基于自主选择的语音对讲通信模式，自主选择语音对讲通信信道；

对讲通信建立单元6，用于基于自主选择的语音对讲通信信道，建立语音对讲通信。

对于本发明实施例的而言，由于其与上面实施例中的相对应，所以描述的比较简单，相关相似之处请参见上面实施例中部分的说明即可，此处不再详述。

本申请实施例还公开了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机指令集，计算机指令集被处理器执行时实现如上文任一实施例所提供的海上对讲机数字模拟自主切换方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种海上对讲机数字模拟自主切换方法，其特征在于，包括：

构建具有模拟和数字对讲功能的对讲机模型；

基于构建的对讲机模型，配置对讲的通信参数；

基于确定的可用信道和被占用信道，自主选择语音对讲通信模式；自主选择的语音对讲通信模式包括对讲机应答接收信号下自主选择通信模式和对讲机主动发送状态下自主选择通信模式，对讲机主动发送状态下自主选择通信模式，具体包括：

根据配置的语音发送状态时对讲机工作模式参数进入相应工作模式，若为第一模式或第二模式，则自主选择语音对讲通信信道；若为第三模式，则优先选择数字模式，通过自主选择语音对讲通信信道进行数字语音呼叫，再进行被叫检测；

若检测出被叫响应，则建立语音对讲通信；若检测出被叫未响应，则选择模拟模式，并进行自主选择语音对讲通信信道；

基于自主选择的语音对讲通信信道，建立语音对讲通信。

2.根据权利要求1所述的海上对讲机数字模拟自主切换方法，其特征在于，所述基于构建的对讲机模型，配置对讲的通信参数中：

3.根据权利要求2所述的海上对讲机数字模拟自主切换方法，其特征在于，所述语音发送状态时对讲机工作模式参数包括第一模式、第二模式、第三模式；其中：

第一模式，表示在模拟语音下进行语音发送；

第二模式，表示在数字语音下进行语音发送；

4.根据权利要求1所述的海上对讲机数字模拟自主切换方法，其特征在于，所述对讲机应答接收信号下自主选择通信模式，具体包括：

5.根据权利要求1所述的海上对讲机数字模拟自主切换方法，其特征在于，所述基于自主选择的语音对讲通信模式，自主选择语音对讲通信信道中：

6.一种基于权利要求1-5中任意一项所述海上对讲机数字模拟自主切换方法的海上对讲机数字模拟自主切换系统，其特征在于，包括：

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机指令集；所述计算机指令集被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的海上对讲机数字模拟自主切换方法。