CN113471701B - 一种船用卫星天线通信网络*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种船用卫星天线通信网络***，以解决相关技术中船只在海上航行时，受海浪影响船只的摆动和卫星本身的对地夹角的叠加，船只通信性能不良的问题，包括：天线基座，转设于天线基座的天线本体，与天线基座通信连接的控制器，与控制器通信连接的惯导装置，与控制器通信连接的海浪高度标杆；海浪高度标杆用于获取海浪高度；控制器用于根据海浪高度的变化值与预设海浪阈值之间的关系，确定天线旋转周期时长；惯导装置，用于确定船只在每一天线旋转周期的航行方向；控制器还用于根据第一旋转角度以及第二旋转角度计算第三旋转角度，以第三旋转角为目标旋转角、当前天线旋转周期的航行方向为目标旋转方向控制天线本体在天线基座上旋转。
Description
技术领域
本发明涉及船只通信技术领域，特别涉及为一种船用卫星天线通信网络***。
背景技术
船用卫星天线是指设置在船上的卫星天线，船只在航行过程中，船用卫星天线相对通信卫星的位置在不断发生变化，相对位置发生变化，通信卫星与船只的通信信号可能出现延迟，严重时通信信号可能出现短暂终端，因而，导致船只与通信卫星之间的信息传递不及时。
相关场景中，船用卫星的通信天线通过旋转，因而及时调整天线与卫星的相对方向，以保持良好的通信效果。例如，螺旋天线的天线波束角为70度，也就是说在垂直方向±35度范围内可以旋转，进而在垂直方向±35度范围内调整与通信卫星的相对角度。然而船只在海上航行时，若海浪较大，由于船只的摆动和卫星本身的对地夹角的叠加，仍然可能出现无法接收到信号或者接收信号强度不够，难以保证正常通话。
发明内容
本发明旨在解决船只在海上航行时，若海浪较大，由于船只的摆动和卫星本身的对地夹角的叠加，可能出现船只无法接收到信号或者接收信号强度不够的技术问题，提供一种船用卫星天线通信网络***。
本发明为解决技术问题采用如下技术手段：
本发明提供一种船用卫星天线通信网络***，应用于船只，所述***包括：天线基座，转设于所述天线基座的天线本体，与所述天线基座通信连接的控制器，与所述控制器通信连接的惯导装置，与所述控制器通信连接的海浪高度标杆；
所述海浪高度标杆包括水位传感器，用于获取海浪高度；
所述控制器，用于根据所述海浪高度的变化值与预设海浪阈值之间的关系，确定天线旋转周期时长；
所述惯导装置，用于确定所述船只在每一天线旋转周期的航行方向；
所述控制器还用于：
根据所述天线旋转周期时长，在以当前天线旋转周期所述天线基座的空间坐标为中心建立的坐标系中，以上一天线旋转周期内的航行方向为所述坐标系横坐标的负向，将所述上一天线旋转周期所述天线基座的空间坐标与当前天线旋转周期所述天线基座的空间坐标之间的连线作为第一目标线；
根据所述当前天线旋转周期的航行方向与所述第一目标线之间的夹角构建第一夹角，并根据所述第一目标线与所述横坐标的负向之间的夹角构建第二夹角，计算所述第一夹角与所述第二夹角之间的差值，并将所述差值作为所述天线本体旋转的第一旋转角度；
以平行海平面过所述上一天线旋转周期的所述天线基座的空间坐标构建基准平面，并以所述第一目标线与所述基准平面之间的夹角作为所述天线本体旋转的第二旋转角度；
根据所述第一旋转角度以及所述第二旋转角度计算第三旋转角度，并以所述第三旋转角为目标旋转角、所述当前天线旋转周期的航行方向为目标旋转方向控制所述天线本体在所述天线基座上旋转。
优选地，所述根据所述第一旋转角度以及所述第二旋转角度计算第三旋转角度，包括：
接收当前与所述船只通信连接的第一卫星以及所述船只的航向方向上最近距离的第二卫星的运行状态数据，所述运行状态数据包括所述卫星的经纬度、运行方向以及运行速度；
根据所述船只的航行速度、所述第一卫星的运行状态数据以及所述第二卫星的运行状态数据，确定用于将通信连接的卫星由所述卫星切换至所述航向方向上最近距离的卫星的卫星切换点；
根据所述卫星切换点、所述卫星切换点对应的第一卫星的经纬度以及所述卫星切换点对应的第二卫星的经纬度，确定第四旋转角度，并根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述第四旋转角度计算第三旋转角度。
优选地，所述***包括与所述天线本体连接的步进电机，所述步进电机的控制器与所述控制器通信连接；
所述控制器具体用于以所述第三旋转角为目标旋转角、所述当前天线旋转周期的航行方向为目标旋转方向，计算所述步进电机的步进角度，并将所述步进角度以及所述目标旋转方向发送到所述步进电机的控制器；
所述步进电机的控制器，用于接收所述步进角度以及所述目标旋转方向，并以所述步进角度以及所述目标旋转方向控制所述天线本体在所述天线基座上旋转。
优选地，所述步进电机的控制器，还用于在每一次旋转所述天线本体后，将所述天线本体旋转前的第一信号强度与所述天线本体旋转后的第二信号强度进行强度比较；
若所述第一信号强度弱于所述第二信号强度，则继续以所述步进角度以及所述目标旋转方向控制所述天线本体在所述天线基座上旋转。
优选地，所述步进电机的控制器，还用于若所述第一信号强度强于所述第二信号强度，则控制所述步进电机驱动所述天线本体向所述目标旋转方向的反向进行多次旋转，且每一次旋转的角度为上一次旋转的所述步进角度的一半，直至比较得出任一次所述信号强度与所述第一信号强度之间的差值符合第一强度转换条件，则将所述任一次所述信号强度作为后一次旋转所述天线本体后，信号强度比较的第一信号强度；
其中，所述第一强度转换条件为该信号强度与所述第一信号强度至该信号强度旋转前的信号强度之间的差值呈逐个减弱的趋势。
优选地，所述预设海浪阈值与海域存在一一对应关系，所述根据所述海浪高度的变化值与预设海浪阈值之间的关系，确定天线旋转周期时长，包括：
确定所述船只当前航行的海域，并根据所述海域确定所述预设海浪阈值的数值；
根据所述海浪高度的变化值与所述预设海浪阈值的数值之间的关系，确定天线旋转周期时长。
优选地，所述预设海浪阈值包括不同档次的预设海浪阈值，所述海浪高度的变化值处于不同档次的预设海浪阈值范围，所述天线旋转周期时长不同，其中，所述天线旋转周期时长与所述海浪高度的变化值正相关。
有益效果
基于天线旋转周期时长，在以当前天线旋转周期天线基座的空间坐标为中心建立的坐标系中，以上一天线旋转周期内的航行方向为坐标系横坐标的负向，将上一天线旋转周期天线基座的空间坐标与当前天线旋转周期天线基座的空间坐标之间的连线作为第一目标线；根据当前天线旋转周期的航行方向与第一目标线之间的夹角构建第一夹角，并根据第一目标线与横坐标的负向之间的夹角构建第二夹角，计算第一夹角与第二夹角之间的差值，并将差值作为天线本体旋转的第一旋转角度；以平行海平面过上一天线旋转周期的天线基座的空间坐标构建基准平面，并以第一目标线与基准平面之间的夹角作为天线本体旋转的第二旋转角度；根据第一旋转角度以及第二旋转角度计算第三旋转角度，并以第三旋转角为目标旋转角、当前天线旋转周期的航行方向为目标旋转方向控制天线本体在天线基座上旋转。基于该***船只在海上航行时，可以降低由于海浪影响船只的摆动和卫星本身的对地夹角的叠加，对船只通信性能影响，提高船只通信稳定性，进而提升航行的安全性以及信息互通的及时性。
附图说明
图1为本发明船用卫星天线通信网络***的结构示意图。
本发明为目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的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的一部分实施例，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作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。
本发明实施例中的船用卫星天线通信网络***可以应用于船只，船只在海上航行时，可以降低由于海浪影响船只的摆动和卫星本身的对地夹角的叠加，对船只通信性能影响，提高船只通信稳定性，进而提升航行的安全性以及信息互通的及时性。
参考附图1，为本发明一实施例中的船用卫星天线通信网络***的结构示意图，所述***100包括：天线基座110，转设于所述天线基座110的天线本体120，与所述天线基座120通信连接的控制器130，与所述控制器130通信连接的惯导装置140，与所述控制器130通信连接的海浪高度标杆150；
所述海浪高度标杆150包括水位传感器，用于获取海浪高度；
所述控制器130，用于根据所述海浪高度的变化值与预设海浪阈值之间的关系，确定天线旋转周期时长；
所述惯导装置140，用于确定所述船只在每一天线旋转周期的航行方向；
所述控制器130还用于：
根据所述天线旋转周期时长，在以当前天线旋转周期所述天线基座110的空间坐标为中心建立的坐标系中，以上一天线旋转周期内的航行方向为所述坐标系横坐标的负向，将所述上一天线旋转周期所述天线基座110的空间坐标与当前天线旋转周期所述天线基座110的空间坐标之间的连线作为第一目标线；
根据所述当前天线旋转周期的航行方向与所述第一目标线之间的夹角构建第一夹角，并根据所述第一目标线与所述横坐标的负向之间的夹角构建第二夹角，计算所述第一夹角与所述第二夹角之间的差值，并将所述差值作为所述天线本体120旋转的第一旋转角度；
以平行海平面过所述上一天线旋转周期的所述天线基座110的空间坐标构建基准平面，并以所述第一目标线与所述基准平面之间的夹角作为所述天线本体120旋转的第二旋转角度；
根据所述第一旋转角度以及所述第二旋转角度计算第三旋转角度，并以所述第三旋转角为目标旋转角、所述当前天线旋转周期的航行方向为目标旋转方向控制所述天线本体120在所述天线基座110上旋转。
优选地，所述根据所述第一旋转角度以及所述第二旋转角度计算第三旋转角度，包括：
接收当前与所述船只通信连接的第一卫星以及所述船只的航向方向上最近距离的第二卫星的运行状态数据，所述运行状态数据包括所述卫星的经纬度、运行方向以及运行速度；
根据所述船只的航行速度、所述第一卫星的运行状态数据以及所述第二卫星的运行状态数据，确定用于将通信连接的卫星由所述卫星切换至所述航向方向上最近距离的卫星的卫星切换点；
根据所述卫星切换点、所述卫星切换点对应的第一卫星的经纬度以及所述卫星切换点对应的第二卫星的经纬度，确定第四旋转角度，并根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述第四旋转角度计算第三旋转角度。
优选地，所述***包括与所述天线本体120机械连接的步进电机，所述步进电机的控制器130与所述控制器130通信连接；
所述控制器130具体用于以所述第三旋转角为目标旋转角、所述当前天线旋转周期的航行方向为目标旋转方向，计算所述步进电机的步进角度，并将所述步进角度以及所述目标旋转方向发送到所述步进电机的控制器130；
所述步进电机的控制器130，用于接收所述步进角度以及所述目标旋转方向，并以所述步进角度以及所述目标旋转方向控制所述天线本体120在所述天线基座110上旋转。
优选地，所述步进电机的控制器130，还用于在每一次旋转所述天线本体120后，将所述天线本体120旋转前的第一信号强度与所述天线本体120旋转后的第二信号强度进行强度比较；
若所述第一信号强度弱于所述第二信号强度，则继续以所述步进角度以及所述目标旋转方向控制所述天线本体120在所述天线基座110上旋转。
优选地，所述步进电机的控制器130，还用于若所述第一信号强度强于所述第二信号强度，则控制所述步进电机驱动所述天线本体120向所述目标旋转方向的反向进行多次旋转，且每一次旋转的角度为上一次旋转的所述步进角度的一半，直至比较得出任一次所述信号强度与所述第一信号强度之间的差值符合第一强度转换条件，则将所述任一次所述信号强度作为后一次旋转所述天线本体120后，信号强度比较的第一信号强度；
其中，所述第一强度转换条件为该信号强度与所述第一信号强度至该信号强度旋转前的信号强度之间的差值呈逐个减弱的趋势。
优选地，所述预设海浪阈值与海域存在一一对应关系，所述根据所述海浪高度的变化值与预设海浪阈值之间的关系，确定天线旋转周期时长，包括：
确定所述船只当前航行的海域，并根据所述海域确定所述预设海浪阈值的数值；
根据所述海浪高度的变化值与所述预设海浪阈值的数值之间的关系，确定天线旋转周期时长。
其中，每一海域的预设海浪阈值根据该海域不同季节的历史海浪高度确定的。例如，在冬季该海域的历史平均海浪为0.3米，可以确定该海域的预设海浪阈值为0.2；在夏季该海域的历史平均海浪为0.5米，可以确定该海域的预设海浪阈值为0.35。
优选地，所述预设海浪阈值包括不同档次的预设海浪阈值，所述海浪高度的变化值处于不同档次的预设海浪阈值范围，所述天线旋转周期时长不同，其中，所述天线旋转周期时长与所述海浪高度的变化值正相关。
例如，海浪高度的变化值处于第一档次的预设海浪阈值范围，示例地，海浪高度的变化值大于0.05米、小于0.15米，天线旋转周期时长为5分钟；海浪高度的变化值处于第二档次的预设海浪阈值范围，示例地，海浪高度的变化值大于0.15米、小于0.23米，天线旋转周期时长为4分钟；海浪高度的变化值处于第三档次的预设海浪阈值范围，示例地，海浪高度的变化值大于0.23米、小于0.3米，天线旋转周期时长为2分钟；海浪高度的变化值处于第四档次的预设海浪阈值范围，示例地，海浪高度的变化值大于0.3米、小于0.35米，天线旋转周期时长为1分钟；海浪高度的变化值处于第五档次的预设海浪阈值范围，示例地，海浪高度的变化值大于0.35米，天线旋转周期时长为0.5分钟。
有益效果
基于天线旋转周期时长，在以当前天线旋转周期天线基座的空间坐标为中心建立的坐标系中，以上一天线旋转周期内的航行方向为坐标系横坐标的负向，将上一天线旋转周期天线基座的空间坐标与当前天线旋转周期天线基座的空间坐标之间的连线作为第一目标线；根据当前天线旋转周期的航行方向与第一目标线之间的夹角构建第一夹角，并根据第一目标线与横坐标的负向之间的夹角构建第二夹角，计算第一夹角与第二夹角之间的差值，并将差值作为天线本体旋转的第一旋转角度；以平行海平面过上一天线旋转周期的天线基座的空间坐标构建基准平面，并以第一目标线与基准平面之间的夹角作为天线本体旋转的第二旋转角度；根据第一旋转角度以及第二旋转角度计算第三旋转角度，并以第三旋转角为目标旋转角、当前天线旋转周期的航行方向为目标旋转方向控制天线本体在天线基座上旋转。可以船只在海上航行时，降低由于海浪影响船只的摆动和卫星本身的对地夹角的叠加，对船只通信性能影响，提高船只通信稳定性，进而提升航行的安全性以及信息互通的及时性。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种船用卫星天线通信网络***，其特征在于，应用于船只，所述***包括：天线基座，转设于所述天线基座的天线本体，与所述天线基座通信连接的控制器，与所述控制器通信连接的惯导装置，与所述控制器通信连接的海浪高度标杆；
所述海浪高度标杆包括水位传感器，用于获取海浪高度；
所述控制器，用于根据所述海浪高度的变化值与预设海浪阈值之间的关系，确定天线旋转周期时长；
所述惯导装置，用于确定所述船只在每一天线旋转周期的航行方向；
所述控制器还用于：
根据所述天线旋转周期时长，在以当前天线旋转周期所述天线基座的空间坐标为中心建立的坐标系中，以上一天线旋转周期内的航行方向为所述坐标系横坐标的负向，将所述上一天线旋转周期所述天线基座的空间坐标与当前天线旋转周期所述天线基座的空间坐标之间的连线作为第一目标线；
根据所述当前天线旋转周期的航行方向与所述第一目标线之间的夹角构建第一夹角，并根据所述第一目标线与所述横坐标的负向之间的夹角构建第二夹角，计算所述第一夹角与所述第二夹角之间的差值，并将所述差值作为所述天线本体旋转的第一旋转角度；
以平行海平面过所述上一天线旋转周期的所述天线基座的空间坐标构建基准平面，并以所述第一目标线与所述基准平面之间的夹角作为所述天线本体旋转的第二旋转角度；
根据所述第一旋转角度以及所述第二旋转角度计算第三旋转角度，并以所述第三旋转角为目标旋转角、所述当前天线旋转周期的航行方向为目标旋转方向控制所述天线本体在所述天线基座上旋转。
2.根据权利要求1所述的天线通信网络***，其特征在于，所述根据所述第一旋转角度以及所述第二旋转角度计算第三旋转角度，包括：
接收当前与所述船只通信连接的第一卫星以及所述船只的航向方向上最近距离的第二卫星的运行状态数据，所述运行状态数据包括所述卫星的经纬度、运行方向以及运行速度；
根据所述船只的航行速度、所述第一卫星的运行状态数据以及所述第二卫星的运行状态数据，确定用于将通信连接的卫星由所述卫星切换至所述航向方向上最近距离的卫星的卫星切换点；
根据所述卫星切换点、所述卫星切换点对应的第一卫星的经纬度以及所述卫星切换点对应的第二卫星的经纬度，确定第四旋转角度，并根据所述第一旋转角度、所述第二旋转角度以及所述第四旋转角度计算第三旋转角度。
3.根据权利要求1所述的天线通信网络***，其特征在于，所述***包括与所述天线本体连接的步进电机，所述步进电机的控制器与所述控制器通信连接；
所述控制器具体用于以所述第三旋转角为目标旋转角、所述当前天线旋转周期的航行方向为目标旋转方向，计算所述步进电机的步进角度，并将所述步进角度以及所述目标旋转方向发送到所述步进电机的控制器；
所述步进电机的控制器，用于接收所述步进角度以及所述目标旋转方向，并以所述步进角度以及所述目标旋转方向控制所述天线本体在所述天线基座上旋转。
4.根据权利要求3所述的天线通信网络***，其特征在于，所述步进电机的控制器，还用于在每一次旋转所述天线本体后，将所述天线本体旋转前的第一信号强度与所述天线本体旋转后的第二信号强度进行强度比较；
若所述第一信号强度弱于所述第二信号强度，则继续以所述步进角度以及所述目标旋转方向控制所述天线本体在所述天线基座上旋转。
5.根据权利要求4所述的天线通信网络***，其特征在于，所述步进电机的控制器，还用于若所述第一信号强度强于所述第二信号强度，则控制所述步进电机驱动所述天线本体向所述目标旋转方向的反向进行多次旋转，且每一次旋转的角度为上一次旋转的所述步进角度的一半，直至比较得出任一次所述信号强度与所述第一信号强度之间的差值符合第一强度转换条件，则将所述任一次所述信号强度作为后一次旋转所述天线本体后，信号强度比较的第一信号强度；
其中，所述第一强度转换条件为该信号强度与所述第一信号强度至该信号强度旋转前的信号强度之间的差值呈逐个减弱的趋势。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的天线通信网络***，其特征在于，所述预设海浪阈值与海域存在一一对应关系，所述根据所述海浪高度的变化值与预设海浪阈值之间的关系，确定天线旋转周期时长，包括：
确定所述船只当前航行的海域，并根据所述海域确定所述预设海浪阈值的数值；
根据所述海浪高度的变化值与所述预设海浪阈值的数值之间的关系，确定天线旋转周期时长。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的天线通信网络***，其特征在于，所述预设海浪阈值包括不同档次的预设海浪阈值，所述海浪高度的变化值处于不同档次的预设海浪阈值范围，所述天线旋转周期时长不同，其中，所述天线旋转周期时长与所述海浪高度的变化值正相关。
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