发明内容
本发明的一个目的在于,为了在一定程度上克服现有的AIS搜救示位标设备所存在的技术问题,而提供一种新型结构的基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备,所要解决的技术问题包括:在较大程度上提高AIS信号被有效接收的可能性,以提高救援效率以及救援成功率,从而完善现有的AIS搜救示位标设备。
本发明的目的及解决其技术问题可采用以下的技术方案来实现。
依据本发明提出的一种基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备,该设备主要包括:基于卫星定位***的定位模块,用于将卫星传输来的定位信息进行信号转换处理,并将处理后的信号提供给微处理器;微处理器,用于根据接收到的定位信息生成求救报文,并将求救报文传输给船舶自动识别***AIS信号生成单元,并根据预定发射策略向可调功率发射单元传输增强功率发射命令;AIS模块,包括:AIS信号生成单元、可调功率发射单元以及AIS天线,所述AIS信号生成单元用于根据微处理器传输来的求救报文产生相应的AIS信号,所述可调功率发射单元用于在接收到微处理器传输来的增强功率发射命令时,采用增强发射功率将所述AIS信号通过AIS天线向低轨道海事卫星发射,否则,采用预定发射功率将所述AIS信号通过AIS天线发射出去,所述增强发射功率高于预定发射功率;电源模块,为所述AIS搜救示位标设备中的各用电元件提供电能资源。
本发明的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
优选的,前述的基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备,其中,所述AIS搜救示位标设备还包括:水声换能模块,用于在微处理器的控制下产生声波信号并向外发送;压力传感器,用于采集压力信号,并将采集到的压力信号提供给微处理器;所述微处理器还用于在根据压力传感器传输来的采集信号判断出所述搜救示位标设备的当前水深达到预定水深的情况下,控制定位模块以及AIS模块处于非工作状态,并控制水声换能模块产生声波信号,否则,控制水声换能模块处于非工作状态,并根据预定时间间隔控制定位模块和AIS模块交替的处于工作状态。
优选的,前述的基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备,其中,所述基于卫星定位***的定位模块包括:卫星定位天线;GPS模块,用于通过陶瓷天线接收卫星传输来的定位信息,并将接收的定位信息进行信号转换处理,将处理后的信号提供给微处理器。
优选的,前述的基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备,其中,所述基于卫星定位***的定位模块为基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块时,所述GPS模块包括:低噪声放大器,用于对北斗卫星通过卫星定位天线传输来的射频信号进行放大处理,并传输给射频单元;射频单元,用于对低噪声放大器传输来的射频信号进行变频处理,并将变频处理后的模拟信号传输给模数转换器,对模数转换器传输来的模拟信号调制为射频信号,并将调制后的射频信号传输给前置放大器;模数转换器,用于将射频单元传输来的模拟信号转换为数字信号,并将数字信号传输给基带信号处理单元,将基带信号处理单元传输来的数字信号转换为模拟信号,并将转换后的模拟信号传输给射频单元;基带信号处理单元,用于对模数转换器传输来的数字信号进行基带信号处理并传输给微处理器,将微处理器传输来的信号进行基带信号处理并传输给模数转换器;前置放大器,用于将射频单元传输来的射频信号通过卫星定位天线向北斗卫星发射。
优选的,前述的基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备,其中,所述基于卫星定位***的定位模块为单模芯片或者多模芯片。
优选的,前述的基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备,其中,所述多模芯片包括:基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块、基于美国全球定位***的定位模块、基于俄罗斯格洛纳斯卫星定位***的定位模块以及基于欧盟伽利略卫星定位***的定位模块中的至少一个。
优选的,前述的基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备,其中,所述微处理器还用于根据基于美国全球定位***的定位模块、基于俄罗斯格洛纳斯卫星定位***的定位模块或者基于欧盟伽利略卫星定位***的定位模块传输来的信号生成求救报文,并将求救报文传输给基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块。
优选的,前述的基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备,其中,所述微处理器中的预定发射策略包括:每间隔预定时长向可调功率发射单元传输一次增强功率发射命令。
优选的,前述的基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备,其中,所述AIS天线为甚高频天线。
借由上述技术方案,本发明的基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备至少具有下列优点以及有益效果:本发明通过在AIS模块中设置可调功率发射单元,并通过微处理器控制可调功率发射单元采用增强功率发射可被低轨道海事卫星接收的AIS信号,使AIS搜救示位标设备的编号以及位置等信息可以通过AIS模块传输给低轨道海事卫星,继而可以由低轨道海事卫星传输至后端数据平台,较大程度的提高了AIS信号被成功接收的机率;由此可知,本发明提供的技术方案在较大程度上提高了AIS信号被有效接收的可能性,从而提高了救援效率及救援成功率,完善了现有的AIS搜救示位标设备。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚的了解本发明的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本发明的上述和其他目的、特征以及优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明提出的基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备的具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如后。
本实施例的基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备的主要结构如图1所示。
图1中,本实施例的基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备包括:基于卫星定位***的定位模块100(下述简称定位模块100)、微处理器110、AIS模块120以及电源模块130。优选的,该AIS搜救示位标设备还可以包括:水声换能模块140以及压力传感器150。
下面对基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备的各个部分分别进行详细说明。
定位模块100与微处理器110信号连接。定位模块100主要用于获得其所在的AIS搜救示位标设备的位置信息,以实现有源定位,在定位模块100具有信号发送功能时,定位模块100还可以用于在微处理器110的控制下向后端平台(如指挥中心或者控制中心等)发送预定格式的报文(如AIS消息以及北斗短报文等)。
具体的,在定位模块100为基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块的情况下,定位模块100所执行的操作的一个具体例子为:基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块在微处理器110控制下,接收北斗卫星定位***(也可以称为北斗卫星)传输来的射频信号,并对接收到的射频信号进行一系列的处理(如变频处理以及基带信号处理等),然后,将处理后的信号传输给微处理器110;基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块在微处理器110控制下,向北斗卫星定位***发送具有预定格式的报文,该报文通过射频信号的形式发送给北斗卫星定位***,该报文(如北斗短报文)中通常包含有目的地址信息、AIS搜救示位标设备的编号、AIS搜救示位标设备的位置信息以及时间信息等。这里的时间信息可以是与位置信息相对应的时间信息,即时间信息表征在AIS搜救示位标设备处于上述位置信息时的时间。
本发明的定位模块主要包括:卫星定位天线以及GPS模块,且在定位模块为基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块时,基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块的结构的一个具体例子为,该基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块包括:低噪声放大器、模数转换器、基带信号处理单元、射频单元、前置放大器以及卫星定位天线,其中,低噪声放大器的输入端与卫星定位天线连接,低噪声放大器的输出端与射频单元的接收通道输入端连接,射频单元的接收通道输出端以及射频单元的发射通道的输入端分别与模数转换器连接,模数转换器与基带信号处理单元连接,基带信号处理单元与微处理器连接,射频单元的发射通道的输出端与前置放大器的输入端连接,前置放大器的输出端与卫星定位天线连接,且该卫星定位天线可以为陶瓷天线。
本实施例的基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块在微处理器110的控制下,通过卫星定位天线接收北斗卫星定位***发送来的射频信号,射频信号在首先经过低噪声放大器对其进行放大处理后被传输给射频单元的接收通道,由射频单元的接收通道对放大处理后的射频信号进行变频处理,变频处理后的信号从射频单元的接收通道传输至模数转换器,模数转换器将该变频处理后的信号转换为数字信号后传输给基带信号处理单元,基带信号处理单元对接收到的数字信号进行相应的基带信号处理,并将基带信号处理后的信号传输给微处理器110。
微处理器110可以根据接收到的对基带信号处理后的信号获得AIS搜救示位标设备的当前位置信息,而且,微处理器110可以根据具体的需求产生包含有目的地址信息、AIS搜救示位标设备的的编号、AIS搜救示位标设备的位置信息以及当前时间信息等内容的报文,微处理器110将该报文传输给基带信号处理单元,并由基带信号处理单元进行相应的基带信号处理后传输给模数转换器,由模数转换器将接收到的信号转换为模拟信号后传输给射频单元的发射通道,之后,由射频单元的发射通道对接收到的模拟信号进行变频处理后传输给前置放大器,前置放大器对接收到的变频处理后射频信号进行放大处理,且放大处理后的射频信号通过卫星定位天线发射出去。北斗卫星定位***在接收到来自AIS搜救示位标设备的基于射频信号的报文后,会根据该报文中携带的目的地址信息将该报文发送给相应的后端平台,如将该报文发送给指挥中心或者救援中心等。
本实施例中的定位模块100可以表现为单模芯片的形式(如该芯片仅具有北斗卫星定位功能),也可以表现为多模芯片的形式(如该芯片不仅具有北斗卫星定位功能,还具有其他类型的卫星定位功能),如该多模芯片除了包含有基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块之外,还包含有:基于美国全球定位***的定位模块、基于俄罗斯格洛纳斯卫星定位***的定位模块以及基于欧盟伽利略卫星定位***的定位模块中的至少一个;例如在实际应用中,该多模芯片可以同时包括:基于北斗卫星定位***的定位模块100、基于美国全球定位***的定位模块、基于俄罗斯格洛纳斯卫星定位***的定位模块以及基于欧盟伽利略卫星定位***的定位模块。
需要特别说明的是,定位模块100表现为多模芯片形式的情况下,微处理器110控制基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块向北斗卫星定位***所发送具有预定格式的报文(如北斗短报文)中的AIS搜救示位标设备的位置信息和时间信息可以是基于北斗卫星定位***的定位通讯模块、基于美国全球定位***的定位模块、基于俄罗斯格洛纳斯卫星定位***的定位模块以及基于欧盟伽利略卫星定位***的定位模块中的任意一个定位模块所获得的位置信息和时间信息。
AIS模块120与微处理器110连接。AIS模块120主要用于在微处理器110的控制下以正常发射功率发射AIS信号或者以增强发射功率发射AIS信号,AIS模块120还可以用于在微处理器110的控制下接收其他设备发射来的AIS信号。上述预定发射功率可以具体为AIS模块120中缺省设置的预定发射功率,也可以为微处理器110对AIS模块120进行配置的预定发射功率等,且增强发射功率大于预定发射功率,如预定发射功率为2W,而增强发射功率为4.5-5.5W(增强发射功率的具体取值通常是以实现低轨道海事卫星能接收到AIS消息为准)。
具体的,AIS模块120所执行的操作的一个具体例子为:AIS模块120在微处理器110控制下,可以启动AIS信号监听操作,在AIS模块120在预定时间范围内没有监听到其他任何设备发射的AIS信号的情况下,微处理器110控制AIS模块120处于停止工作状态(即非工作状态);而在AIS模块120在预定时间范围内监听到其他设备发射的AIS信号的情况下,AIS模块120通知微处理器110其接收到AIS信号(如将接收到的AIS信号传输给微处理器110等),微处理器110控制AIS模块120以正常发射功率发射AIS信号(即请求救援的AIS信号,以使其他设备接收到AIS信号后实施相应的救援措施。AIS模块120发射的AIS信号可以包含有AIS搜救示位标设备的当前位置信息,而该当前位置信息可以是微处理器110通过基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块而获得的。
另外,AIS模块120发射的AIS信号可以具体为MMSI(MaritimeMobileServiceIdentify,水上移动通信业务标识码)的前五位为97298(如97298XXXX)的AIS消息1以及AIS消息14。
本实施例中的AIS模块120主要包括:AIS信号生成单元121、可调功率发射单元122、AIS天线123以及AIS信号接收单元124;其中的可调功率发射单元122以及AIS信号接收单元124与AIS天线123分别连接,且AIS信号生成单元121、可调功率发射单元122以及AIS信号接收单元124与微处理器110分别连接。
AIS信号生成单元121主要用于根据微处理器110传输来的求救报文生成AIS信号,如在微处理器110确定出AIS信号接收单元124接收到其他设备发射来的AIS信号的情况下,微处理器110生成求救报文,并将求救报文传输给AIS信号生成单元121,从而使AIS信号生成单元121根据微处理器110当前传输来的求救报文生成AIS信号。
可调功率发射单元122主要用于通过AIS天线123将AIS信号生成单元121生成的AIS信号发射出去。可调功率发射单元122发射AIS信号所采用的发射功率是由微处理器110控制的;具体的,可调功率发射单元122在接收到微处理器110传输来的增强功率发射命令时,应采用增强发射功率将AIS信号生成单元121当前生成的AIS信号通过AIS天线123发射出去,且采用增强发射功率发射的AIS信号通常可以被低轨道海事卫星成功接收,当然,也可以被AIS信号覆盖范围内的船舶或者飞机或者基站等AIS信号接收设备所接收;可调功率发射单元122在没有接收到微处理器110传输来的增强功率发射命令的情况下,通常可以采用预定发射功率将AIS信号生成单元121当前生成的AIS信号通过AIS天线123发射出去,采用预定发射功率发射的AIS信号可以被AIS信号覆盖范围内的船舶或者飞机或者基站等AIS信号接收设备所接收。微处理器110可以根据其本地存储的预定发射策略来向可调功率发射单元122发送增强功率发射命令,如预定发射策略可以为每间隔预定时长向可调功率发射单元122传输一次增强功率发射命令,从而微处理器110可以每间隔预定时长(如10分钟)且在控制AIS模块120处于工作状态的情况下,向可调功率发射单元122发送一个增强功率发射命令。该增强功率发射命令可以仅为一个指示符,也可以包含有增强发射功率的具体取值。
AIS天线123可以具体选用VHF(VeryHighFrequency,甚高频)天线,且可调功率发射单元122和AIS信号接收单元124通常可以共用同一个AIS天线123。
AIS信号接收单元124主要用于在微处理器110的控制下处于工作状态,以接收其他设备发射的AIS信号,如微处理器110根据预定时间间隔触发AIS信号接收单元124周期性的处于工作状态。
本发明的AIS模块120可以具体选用SiliconlabsEZRadio系列的芯片,如可以选用型号为Si4463的芯片。由于该芯片具有使用通用的ISM频段、高集成、低功耗、低数据率以及高性价比等特点,因此,该芯片的选用对于本实施例的AIS搜救示位标设备的工作可靠性能以及制作成本等方面是非常有利的。
水声换能模块140与微处理器110连接。水声换能模块140主要用于在微处理器110的控制下,发出声波信号(如超声波)。本发明中的水声换能模块140可以利用晶体压电效应或者陶瓷压电效应或铁镍合金的磁致伸缩效应来产生声波信号并发送。声波信号可以较好的在水中进行远距离的传播,救援设备通过接收到的声波信号通常可以对水面下60米且半径为1000米范围内的AIS搜救示位标设备进行准确定位。
压力传感器150与微处理器110连接。压力传感器150主要用于采集压力信息,并将采集到的压力信息提供给微处理器110。压力传感器150可以在微处理器110的控制下处于信号采集状态或者非工作状态。微处理器110在根据压力传感器150传输来的压力信息确定出AIS搜救示位标设备当前处于水下预定深度时,不会再控制AIS模块120处于工作状态,而是控制水声换能模块140发出声波信号。
微处理器110与定位模块100、AIS模块120、水声换能模块140以及压力传感器150分别连接。微处理器110是AIS搜救示位标设备中的核心元件,微处理器110主要用于协调定位模块100、AIS模块120、水声换能模块140及压力传感器150的工作,从而在尽可能的节约AIS搜救示位标设备的电能资源的情况下,以多种方式向外部发送求救信号。另外,微处理器110还主要用于控制AIS模块120是否采用增强发射功率向低轨道海事卫星发送AIS信号。
在实际应用中,微处理器110协调定位模块100、AIS模块120、水声换能模块140及压力传感器150的工作的一个具体的例子为:在配置有本发明的AIS搜救示位标设备的船只受损时,该AIS搜救示位标设备因遇水而处于开启状态,微处理器110处于工作状态,微处理器110控制包含定位模块100的单模芯片或者多模芯片执行有源定位操作,微处理器110接收单模芯片或者多模芯片传输来的来自卫星定位***的定位信号,微处理器110根据其当前接收到的定位信号确定AIS搜救示位标设备的当前位置信息;微处理器110利用预先设定的目的地址信息、AIS搜救示位标设备的编号以及最新确定出的当前位置信息生成北斗短报文,该北斗短报文中还可以包含当前时间信息,微处理器110控制单模芯片或者多模芯片中的基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块发送该北斗短报文。微处理器110可以在控制基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块连续发送多个北斗短报文之后,控制单模芯片或者多模芯片处于非工作状态,并控制AIS模块120处于监听状态(即AIS信号监听状态),使AIS模块120能够接收外部设备发射的AIS信号,微处理器110可以根据AIS模块120是否接收到AIS信号来控制AIS模块120是否处于发射状态;如微处理器110在接收到AIS模块120传输来的AIS信号时,控制AIS模块120处于发射状态(即AIS信号发射状态),使AIS模块120能够向外发射AIS信号,以使外部设备对其进行救援;再如微处理器110在一定时间范围内没有接收到AIS模块120传输来的AIS信号,则微处理器110控制AIS模块120处于非工作状态,以节约AIS搜救示位标设备的电能资源;微处理器110可以间歇性的获取压力传感器150的采集信号(如间歇性的启动压力传感器150处于信号采集状态),并根据压力传感器150当前传输来的采集信号判断AIS搜救示位标设备当前所处的水深,在判断出当前水深达到预定水深时,微处理器110控制水声换能模块140处于工作状态,从而使水声换能模块140产生声波信号;在判断出当前水深没有达到预定水深时,微处理器110可以在控制水声换能模块140处于非工作状态的同时,根据预定时间间隔控制定位通讯模块和AIS模块120交替的处于工作状态,即微处理器110在控制定位模块100处于工作状态的同时,控制AIS模块120处于非工作状态,而在控制定位模块100处于非工作状态的同时,控制AIS模块120处于工作状态。另外,在微处理器110在一定时间范围内没有接收到AIS模块120传输来的AIS信号,且微处理器110在根据预定时间间隔第N次控制AIS模块120处于工作状态时,微处理器110可以向可调功率发射单元122传输增强功率发射命令,使可调功率发射单元122采用增强发射功率向低轨道海事卫星发射AIS信号。
电源模块130与AIS搜救示位标设备中的各用电元件均连接,以便于为AIS搜救示位标设备中的各用电元件提供电能资源。这里的连接可以为直接连接,也可以为间接连接,该间接连接的一个例子为:电源模块130与微处理器110所在的芯片直接连接,其他用电元件通过与微处理器110所在芯片连接而从微处理器110所在的芯片处获得电能资源,即其他用电元件通过微处理器110所在的芯片而与电源模块130连接。
电源模块130通常包括:至少一个电池;电源模块130还可以可选的包括至少一个稳压芯片,其中的电池可以为锂锰电池,且一个稳压芯片可以提供一种规格的电能资源。一个具体的例子,电源模块130包括一块锂锰电池,其中,锂锰电池提供6V的电源电压。
本发明通过在基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备中设置基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块、AIS模块120、水声换能模块140以及压力传感器150,使基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备不仅可以在微处理器110的控制下通过基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块将AIS搜救示位标设备的位置等信息传输给后端平台(如指挥中心或者控制中心等),还可以通过低轨道海事卫星将AIS搜救示位标设备的位置等信息传输给后端平台;本发明可以在微处理器110的控制下实现在AIS搜救示位标设备附近存在船舶等救援设备的情况下,使AIS模块120发送AIS信号,以有针对性的请求救援;另外,微处理器110还可以基于压力传感器150输出的压力采集信号在判断出AIS搜救示位标设备处于水下一定深度的情况下,通过控制水声换能模块140发送用于求救的声波信号;本发明中的微处理器110通过对定位模块100(如基于北斗卫星定位***的卫星定位通讯模块)、AIS模块120、水声换能模块140以及压力传感器150的合理控制,可以使AIS搜救示位标设备在具有较佳续航性能的情况下提高有效求救的几率;由此可知,本发明的基于低轨道海事卫星通讯的AIS搜救示位标设备能够通过多种渠道使救援人员及早地获知AIS搜救示位标设备所在的具***置,而且,在较大程度上提高了AIS信号被有效接收的可能性,从而提高了救援效率及救援成功率,完善了现有的AIS搜救示位标设备。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而,上述描述并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明的技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但是凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。