CN116743227B - 基于船舶定位信息匹配卫星覆盖区域的卫星网络切换系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及船舶定位网络切换技术领域，具体地说，涉及基于船舶定位信息匹配卫星覆盖区域的卫星网络切换系统。其包括船舶航行规划单元、卫星配对单元、路径服务单元和网络切换单元。本发明中通过将与船舶航行轨迹相交的卫星轨迹找寻出来，再通过预计船舶到达某点的时间来找寻符合要求的卫星，再根据符合要求的卫星对预计到达某点的船舶之间的服务时长，来确定后续需要切换的卫星，如此便避免了在当船舶上的导航仪器在进行卫星的更换时，对卫星进行频繁的更换而造成电量的浪费，同时通过采用此种方式对卫星进行切换，避免了卫星因频繁的切换而出现的定位偏差的情况，确保船舶在夜间航线的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及船舶定位网络切换技术领域，具体地说，涉及基于船舶定位信息匹配卫星覆盖区域的卫星网络切换系统。
背景技术
船舶在航行的过程中，为了获取船舶目前的船位，会通过卫星定位的方式对船舶进行位置的定位，以及通过船舶定位的方式来使船舶上的导航仪器对船舶航行过的航线进行记录，同时也可以通过导航仪了解目前的船位，使船舶在夜间或在大范围的水源中航线时，有航线提供船舶航行的方向，而卫星在给船舶提供定位服务时，即是对船舶上使用的导航仪器进行定位网络的提供时，因为卫星是在天空中快速的飞行，故在船舶航行的过程中，导航仪器会不断的更换卫星，以做到对船舶的不断定位。
而在导航仪器对定位的卫星进行更换时，会出现多个符合要求的卫星供导航仪器选择，到一个卫星因在空中快速的移动，给导航仪器定位的时间较为短暂，如此便会使导航仪器出现频繁切换卫星的情况发生，而导航仪器频繁的更换用于定位的卫星，会消耗大量的电能，且在卫星的不断更换的情况下，会影响船舶定位的准确性，对应夜间航行的船舶来说，很容易导致船舶出现偏移的情况发生，尤其是船舶在狭窄的河道上行驶时，很容易导致船舶偏航而出现搁浅的情况发生，同时对于航行的船舶来说，如在内河进行航行的船舶，其船舶上使用的电流为从电瓶中输出的直流电，在导航仪器频繁的切换卫星时，会消耗大量的电量，如此便会使电瓶中的电量被大量的消耗掉，如此便会影响电瓶对船舶航行时开启的仪器的正常使用，故需要一种可以根据船舶定位的信息来进行有效的网络切换，来减少导航仪器频繁切换定位卫星的麻烦。
发明内容
本发明的目的在于提供基于船舶定位信息匹配卫星覆盖区域的卫星网络切换系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供基于船舶定位信息匹配卫星覆盖区域的卫星网络切换系统，包括船舶航行规划单元、卫星配对单元、路径服务单元和网络切换单元；
所述船舶航行规划单元对船舶航行的航线进行规划，并根据船舶的航行的数据预计船舶的船位；
所述卫星配对单元根据船舶航行规划单元规划出的船舶航行的航线，对可以监控到船舶航线的卫星对应的卫星轨道进行匹配，确定符合要求的卫星轨道；
所述路径服务单元根据确定的卫星轨道以及卫星监控区域捕捉到船舶的范围，来分析在确定的卫星轨道上的卫星给船舶定位的情况；
所述网络切换单元根据分析出来的卫星给船舶定位的情况来确定给船舶定位的卫星，同时根据卫星的监控范围对卫星监控的船舶进行网络切换。
作为本技术方案的进一步改进，所述船舶航行规划单元包括船舶航行轨迹定制模块和船位预计模块；
所述船舶航行轨迹定制模块根据船舶签证的初始港和目的地港对船舶航行的航线进行规划，其航线根据船舶卫星导航仪中的自己通过航道时所留下航迹线来对船舶航行的航线进行规划，获取船舶航行的总的航线信息；
所述船位预计模块根据船舶航行轨迹定制模块中规划出的航线信息以及船舶目前航行的数据，对船舶到达航线的某个点位的时间进行预计，获得船舶到达航线某个点位的大致时间。
作为本技术方案的进一步改进，所述卫星配对单元包括卫星轨道找寻模块、轨道卫星预计模块和相关卫星匹配模块；
所述卫星轨道找寻模块根据船舶航线通过的经纬度，来找寻通过船舶航线经纬度的卫星轨道信息，并选取相适配与航线的卫星轨道；
所述轨道卫星预计模块根据卫星轨道找寻模块选取的卫星轨道，预计卫星轨道上飞行的卫星通过船舶航线的时间；
所述相关卫星匹配模块通过船位预计模块对船舶到达航线上某点的预计时间点来匹配在预计时间点通过航线某点的卫星。
作为本技术方案的进一步改进，所述相关卫星匹配模块在匹配预计时间点通过某点的卫星时，其卫星通过某点为区域性通过，即卫星可监控的区域通过某点的时间，卫星通过航线上某点为一个时间段，其时间段的计算公式为：
其中，为卫星通过航线上某点的时间段，/>为卫星监控地面的范围尺寸，为卫星在天空中飞行的速度。
作为本技术方案的进一步改进，所述路径服务单元包括交叠轨道分析模块和范围交叠分析模块；
所述交叠轨道分析模块对通过船舶航线的相互交错的卫星轨道进行分析，在分析时根据船舶通过船舶航线和卫星轨道线相交点的时间来进行分析，确定该卫星轨道是否可以为船舶提供定位服务，当船舶在短时间内就通过该卫星轨道上的卫星所监视的区域时，则该卫星轨道便无法有效的为船舶进行定位服务；
所述范围交叠分析模块用于对相关卫星匹配模块匹配到的符合时间段的多个卫星的监视移动范围进行获取，并确定多个卫星监视范围的交叠区域，并分析该交叠区域对船舶的定位是否有效，且在分析是否有效的时候，找寻到可以服务船舶定位时间最长的卫星来为船舶进行定位服务，其他卫星作为定位辅助对船舶的船位进行定位。
作为本技术方案的进一步改进，所述网络切换单元包括船舶位置确定模块和卫星切换优化分析模块；
所述船舶位置确定模块用于根据范围交叠分析模块找寻到的卫星对船舶的定位信息，来确定船舶此时的船舶位置；
所述卫星切换优化分析模块接收交叠轨道分析模块和范围交叠分析模块对卫星轨迹以及卫星监视船舶的信息，并根据卫星通过航迹的时间以及船舶在某个卫星监视的范围内，卫星给船舶提供服务的时间来对定位服务进行卫星切换进行分析，以便于获取船舶切换卫星定位服务的最优数据。
作为本技术方案的进一步改进，所述船舶位置确定模块在确定船舶此时的船舶位置后，船舶位置确定模块向船位预计模块中反馈，使船位预计模块根据船舶此时的船位来对船舶在航迹上航行到某点的时间进行预计，做到数据的实时更新，提高船舶定位以及卫星给船舶进行定位的服务的准确性。
作为本技术方案的进一步改进，所述网络切换单元还包括卫星切换判断模块和卫星网络切换模块；
所述卫星切换判断模块根据卫星切换优化分析模块分析的卫星切换的信息，对船舶进行定位服务的卫星进行网络切换最后判断，确定卫星切换优化分析模块分析的卫星切换的有效性；
所述卫星网络切换模块根据卫星切换判断模块的判断对船舶进行定位服务的卫星进行切换。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该基于船舶定位信息匹配卫星覆盖区域的卫星网络切换系统中，通过将与船舶航行轨迹相交的卫星轨迹找寻出来，再通过预计船舶到达某点的时间来找寻符合要求的卫星，再根据符合要求的卫星对预计到达某点的船舶之间的服务时长，来确定后续需要切换的卫星，如此便避免了在当船舶上的导航仪器在进行卫星的更换时，对卫星进行频繁的更换而造成电量的浪费，同时通过采用此种方式对卫星进行切换，避免了卫星因频繁的切换而出现的定位偏差的情况，确保船舶在夜间航线的安全性。
附图说明
图1为本发明的整体框图；
图2为本发明的船舶航行规划单元的框图；
图3为本发明的卫星配对单元的框图；
图4为本发明的路径服务单元的框图；
图5为本发明的网络切换单元的框图；
图6为本发明整体框架示意图；
图7为本发明的卫星监视地面监控范围示意图；
图8为本发明的卫星运行时对船舶提供定位复位时监视范围交叠示意图。
图中各个标号意义为：
1、船舶航行规划单元；11、船舶航行轨迹定制模块；12、船位预计模块；
2、卫星配对单元；21、卫星轨道找寻模块；22、轨道卫星预计模块；23、相关卫星匹配模块；
3、路径服务单元；31、交叠轨道分析模块；32、范围交叠分析模块；
4、网络切换单元；41、船舶位置确定模块；42、卫星切换优化分析模块；43、卫星切换判断模块；44、卫星网络切换模块。
具体实施方式
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。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。
实施例1
在导航仪器对定位的卫星进行更换时，会出现多个符合要求的卫星供导航仪器选择，到一个卫星因在空中快速的移动，给导航仪器定位的时间较为短暂，如此便会使导航仪器出现频繁切换卫星的情况发生，而导航仪器频繁的更换用于定位的卫星，会消耗大量的电能，且在卫星的不断更换的情况下，会影响船舶定位的准确性，对应夜间航行的船舶来说，很容易导致船舶出现偏移的情况发生，尤其是船舶在狭窄的河道上行驶时，很容易导致船舶偏航而出现搁浅的情况发生，同时对于航行的船舶来说，如在内河进行航行的船舶，其船舶上使用的电流为从电瓶中输出的直流电，在导航仪器频繁的切换卫星时，会消耗大量的电量，如此便会使电瓶中的电量被大量的消耗掉，如此便会影响电瓶对船舶航行时开启的仪器的正常使用，故需要一种可以根据船舶定位的信息来进行有效的网络切换，来减少导航仪器频繁切换定位卫星的麻烦。
本发明提供基于船舶定位信息匹配卫星覆盖区域的卫星网络切换系统，请参阅图1-图8，包括船舶航行规划单元1、卫星配对单元2、路径服务单元3和网络切换单元4；
船舶航行规划单元1对船舶航行的航线进行规划，并根据船舶的航行的数据预计船舶的船位；
船舶航行规划单元1包括船舶航行轨迹定制模块11和船位预计模块12；
船舶航行轨迹定制模块11根据船舶签证的初始港和目的地港对船舶航行的航线进行规划，其航线根据船舶卫星导航仪中的自己通过航道时所留下航迹线来对船舶航行的航线进行规划，获取船舶航行的总的航线信息；
船位预计模块12根据船舶航行轨迹定制模块11中规划出的航线信息以及船舶目前航行的数据，对船舶到达航线的某个点位的时间进行预计，获得船舶到达航线某个点位的大致时间，如船舶目前的航速在7km/h，距离航线上某个点位的距离为14km,则船舶预计到达此点位的时间为2小时，但船舶在航线的时候，航速会受到航道水深、船舶转弯舵片对水流的阻力，会使船舶的航速有一定的下降，如此便会延长船舶达到该点的时间，但通过预计的方式，可以大致获取船舶到达该点的时间。
卫星配对单元2根据船舶航行规划单元1规划出的船舶航行的航线，对可以监控到船舶航线的卫星对应的卫星轨道进行匹配，确定符合要求的卫星轨道；
其中，卫星配对单元2包括卫星轨道找寻模块21、轨道卫星预计模块22和相关卫星匹配模块23；
卫星轨道找寻模块21根据船舶航线通过的经纬度，来找寻通过船舶航线经纬度的卫星轨道信息，及航线的经纬坐标和卫星轨道的经纬坐标存在交点的卫星轨道，其交点可以一个也可以为多个，并选取相适配与航线的卫星轨道，其中相适配的卫星轨道为和航线有交点的卫星轨道；
轨道卫星预计模块22根据卫星轨道找寻模块21选取的卫星轨道，预计卫星轨道上飞行的卫星通过船舶航线的时间；
相关卫星匹配模块23通过船位预计模块12对船舶到达航线上某点的预计时间点来匹配在预计时间点通过航线某点的卫星；
相关卫星匹配模块23在匹配预计时间点通过某点的卫星时，其卫星通过某点为区域性通过，即卫星可监控的区域通过某点的时间，卫星通过航线上某点为一个时间段，其时间段的计算公式为：
其中，为卫星通过航线上某点的时间段，/>为卫星监控地面的范围尺寸，为卫星在天空中飞行的速度；
在相关卫星匹配模块23在匹配预计时间点通过某点的卫星时，需要考虑相匹配的卫星通过该点的时间段，比如，当船舶通过航线上某点的时间为a小时，在相关卫星匹配模块23匹配卫星时，便需要在时间段(a-，/>+a)的时间段中去寻找相配的卫星，而为了保证找寻到的卫星对船舶定位有一定时间段的服务时间(卫星给船舶提供定位服务的时间)，故将时间段缩短为(a-/>，/>+a)，如此划分时间段，使相关卫星匹配模块23匹配到的卫星可以有足够的时间给船舶提供定位服务，避免船舶频繁更换卫星进行定位的麻烦。
路径服务单元3根据确定的卫星轨道以及卫星监控区域捕捉到船舶的范围，来分析在确定的卫星轨道上的卫星给船舶定位的情况；
路径服务单元3包括交叠轨道分析模块31和范围交叠分析模块32；
交叠轨道分析模块31对通过船舶航线的相互交错的卫星轨道进行分析，在分析时根据船舶通过船舶航线和卫星轨道线相交点的时间来进行分析，确定该卫星轨道是否可以为船舶提供定位服务，当船舶在短时间内就通过该卫星轨道上的卫星所监视的区域时，则该卫星轨道便无法有效的为船舶进行定位服务，如船舶在5秒之内通过该卫星轨道上的卫星所监视的区域，此时该区域的卫星刚和船舶上的定位系统相连接，还未进行数据的确定，船舶便驶离卫星所监视的区域，如此，该卫星便无能对船舶进行定位，同时船舶还消耗掉了和卫星连接的电量；
范围交叠分析模块32用于对相关卫星匹配模块23匹配到的符合时间段的多个卫星的监视移动范围进行获取，并确定多个卫星监视范围的交叠区域，并分析该交叠区域对船舶的定位是否有效，且在分析是否有效的时候，在分析交叠区域是否有效的方法为，在卫星的监视区交叠，相互交叠时，船舶是否可以进入到交叠区域内部，若船舶不进入到交叠区域内时，则交叠区域对船舶的位置无效，同时找寻到可以服务船舶定位时间最长的卫星来为船舶进行定位服务，其他卫星作为定位辅助对船舶的船位进行定位。
网络切换单元4根据分析出来的卫星给船舶定位的情况来确定给船舶定位的卫星，同时根据卫星的监控范围对卫星监控的船舶进行网络切换。
网络切换单元4包括船舶位置确定模块41和卫星切换优化分析模块42；
船舶位置确定模块41用于根据范围交叠分析模块32找寻到的卫星对船舶的定位信息，来确定船舶此时的船舶位置；
船舶位置确定模块41在确定船舶此时的船舶位置后，船舶位置确定模块41向船位预计模块12中反馈，使船位预计模块12根据船舶此时的船位来对船舶在航迹上航行到某点的时间进行预计，做到数据的实时更新，提高船舶定位以及卫星给船舶进行定位的服务的准确性；
卫星切换优化分析模块42接收交叠轨道分析模块31和范围交叠分析模块32对卫星轨迹以及卫星监视船舶的信息，并根据卫星通过航迹的时间以及船舶在某个卫星监视的范围内，卫星给船舶提供服务的时间来对定位服务进行卫星切换进行分析，以便于获取船舶切换卫星定位服务的最优数据。
网络切换单元4还包括卫星切换判断模块43和卫星网络切换模块44；
卫星切换判断模块43根据卫星切换优化分析模块42分析的卫星切换的信息，对船舶进行定位服务的卫星进行网络切换最后判断，确定卫星切换优化分析模块42分析的卫星切换的有效性；
卫星网络切换模块44根据卫星切换判断模块43的判断对船舶进行定位服务的卫星进行切换。
本系统使用时的流程如下：
通过船舶航行轨迹定制模块11制定船舶航行的航线，再通过船位预计模块12对船舶到达某点进行时间的预计，卫星轨道找寻模块21接收船舶航行轨迹定制模块11和船位预计模块12的信息，并根据航线的信息来找寻符合要求的卫星轨道，同时在卫星轨道找寻到后，通过轨道卫星预计模块22预计卫星轨道上飞行的卫星通过船舶航线的时间，再根据船位预计模块12预计的船舶到达航线上某点的预计时间点来匹配在预计时间点通过航线某点的卫星，使所匹配的卫星都可以为船舶进行定位服务，同时交叠轨道分析模块31接收卫星轨道找寻模块21关于卫星轨道的信息，对通过船舶航线的相互交错的卫星轨道进行分析，在分析时根据船舶通过船舶航线和卫星轨道线相交点的时间来进行分析，确定该卫星轨道是否可以为船舶提供定位服务，同时范围交叠分析模块32对相关卫星匹配模块23匹配到的符合时间段的多个卫星的监视移动范围进行获取，并确定多个卫星监视范围的交叠区域，并找寻到可以服务船舶定位时间最长的卫星来为船舶进行定位服务，其他卫星作为定位辅助对船舶的船位进行定位，以提高船舶定位的准确性；
船舶位置确定模块41对此时的船位进行确定，并将船位信息发送到船位预计模块12中，由船位预计模块12根据此时的船位进行再次的预计时间，同时卫星切换优化分析模块42接收交叠轨道分析模块31和范围交叠分析模块32对卫星轨迹以及卫星监视船舶的信息，并根据卫星通过航迹的时间以及船舶在某个卫星监视的范围内，卫星给船舶提供服务的时间来对定位服务进行卫星切换进行分析，获取船舶切换卫星定位服务的最优数据，并由卫星切换判断模块43判断确定，再由卫星网络切换模块44进行卫星网络的切换，使船舶上的导航仪器完成卫星网络的切换。
通过将与船舶航行轨迹相交的卫星轨迹找寻出来，再通过预计船舶到达某点的时间来找寻符合要求的卫星，再根据符合要求的卫星对预计到达某点的船舶之间的服务时长，来确定后续需要切换的卫星，如此便避免了在当船舶上的导航仪器在进行卫星的更换时，对卫星进行频繁的更换而造成电量的浪费，同时通过采用此种方式对卫星进行切换，避免了卫星因频繁的切换而出现的定位偏差的情况，确保船舶在夜间航线的安全性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.基于船舶定位信息匹配卫星覆盖区域的卫星网络切换系统，其特征在于：包括船舶航行规划单元（1）、卫星配对单元（2）、路径服务单元（3）和网络切换单元（4）；
所述船舶航行规划单元（1）对船舶航行的航线进行规划，并根据船舶的航行的数据预计船舶的船位；
所述卫星配对单元（2）根据船舶航行规划单元（1）规划出的船舶航行的航线，对可以监控到船舶航线的卫星对应的卫星轨道进行匹配，确定符合要求的卫星轨道；
所述路径服务单元（3）根据确定的卫星轨道以及卫星监控区域捕捉到船舶的范围，来分析在确定的卫星轨道上的卫星给船舶定位的合适程度；
所述网络切换单元（4）根据分析出来的卫星给船舶定位的合适程度来确定给船舶定位的卫星，同时根据卫星的监控范围对卫星监控的船舶进行网络切换；
所述船舶航行规划单元（1）包括船舶航行轨迹定制模块（11）和船位预计模块（12）；
所述船舶航行轨迹定制模块（11）根据船舶签证的初始港和目的地港对船舶航行的航线进行规划，获取船舶航行的总的航线信息；
所述船位预计模块（12）根据船舶航行轨迹定制模块（11）中规划出的航线信息以及船舶目前航行的数据，对船舶到达航线的某个点位的时间进行预计，获得船舶到达航线某个点位的大致时间；
所述卫星配对单元（2）包括卫星轨道找寻模块（21）、轨道卫星预计模块（22）和相关卫星匹配模块（23）；
所述卫星轨道找寻模块（21）根据船舶航线通过的经纬度，来找寻通过船舶航线经纬度的卫星轨道信息，并选取相适配与航线的卫星轨道；
所述轨道卫星预计模块（22）根据卫星轨道找寻模块（21）选取的卫星轨道，预计卫星轨道上飞行的卫星通过船舶航线的时间；
所述相关卫星匹配模块（23）通过船位预计模块（12）对船舶到达航线上某点的预计时间点来匹配在预计时间点通过航线某点的卫星；
所述路径服务单元（3）包括交叠轨道分析模块（31）和范围交叠分析模块（32）；
所述交叠轨道分析模块（31）对通过船舶航线的相互交错的卫星轨道进行分析，在分析时根据船舶通过船舶航线和卫星轨道线相交点的时间来进行分析；
所述范围交叠分析模块（32）用于对相关卫星匹配模块（23）匹配到的符合时间段的多个卫星的监视移动范围进行获取，并确定多个卫星监视范围的交叠区域，并分析该交叠区域对船舶的定位是否有效，且在分析是否有效的时候，找寻到可以服务船舶定位时间最长的卫星来为船舶进行定位服务，其他卫星作为定位辅助对船舶的船位进行定位；
所述网络切换单元（4）包括船舶位置确定模块（41）和卫星切换优化分析模块（42）；
所述船舶位置确定模块（41）用于根据范围交叠分析模块（32）找寻到的卫星对船舶的定位信息，来确定船舶此时的船舶位置；
所述卫星切换优化分析模块（42）接收交叠轨道分析模块（31）和范围交叠分析模块（32）对卫星轨迹以及卫星监视船舶的信息，并根据卫星通过航迹的时间以及船舶在某个卫星监视的范围内，卫星给船舶提供服务的时间来对定位服务进行卫星切换进行分析。
2.根据权利要求1所述的基于船舶定位信息匹配卫星覆盖区域的卫星网络切换系统，其特征在于：所述相关卫星匹配模块（23）在匹配预计时间点通过某点的卫星时，其卫星通过某点为区域性通过，即卫星可监控的区域通过某点的时间，卫星通过航线上某点为一个时间段，其时间段的计算公式为：
；
其中，为卫星通过航线上某点的时间段，/>为卫星监控地面的范围尺寸，为卫星在天空中飞行的速度。
3.根据权利要求1所述的基于船舶定位信息匹配卫星覆盖区域的卫星网络切换系统，其特征在于：所述船舶位置确定模块（41）在确定船舶此时的船舶位置后，船舶位置确定模块（41）向船位预计模块（12）中反馈，使船位预计模块（12）根据船舶此时的船位来对船舶在航迹上航行到某点的时间进行预计。
4.根据权利要求1所述的基于船舶定位信息匹配卫星覆盖区域的卫星网络切换系统，其特征在于：所述网络切换单元（4）还包括卫星切换判断模块（43）和卫星网络切换模块（44）；
所述卫星切换判断模块（43）根据卫星切换优化分析模块（42）分析的卫星切换的信息，对船舶进行定位服务的卫星进行网络切换最后判断；
所述卫星网络切换模块（44）根据卫星切换判断模块（43）的判断对船舶进行定位服务的卫星进行切换。
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