一种基于LED光源的岸海应急通信方法及系统与流程

一种基于led光源的岸海应急通信方法及系统
技术领域
1.本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种基于led光源的岸海应急通信方法及系统。


背景技术：

2.可见光通信(visible light communications，vlc)技术是以led(发光二极管)作为光源，以大气为信道，将基带信号调制在led发出的可见光上进行通信的无线光通信技术。由于可见光通信具有可用频带宽、通信容量大、传输速率高及抗电磁干扰能力强等优点，且无需电磁频谱许可，也不会引入对其他设备的电磁干扰，为室内无线通信网络提供了一种宽带接入方式，是构建室内无线通信系统的有效补充。目前，在通信距离为厘米级的条件下，室内可见光通信速率可达50gpbs。在通信距离为米级的条件下，可见光通信速率可达500mbps以上。通过降低光通信速率扩展可见光通信距离，目前已有试验表明，可见光能够在距离为13km条件下实现1kbps的可靠通信。
3.灯塔是在沿海及岛礁部署的助航平台，目前主要承担灯光助航、船舶安全航行引导等功能。灯塔在海上昼夜发出可识别信号，供船舶测定位置和向船舶提供危险警告。灯塔附近航行的船只众多，船只遇险情况出现概率大。目前，灯塔主要起到灯光助航的作用，不具有灯光通信的作用。
4.led航标灯是近年来获得普遍推广的一种新型航标灯，正越来越受到海事部门的重视。民用船舶可利用现有led灯具或增加led灯具，与灯塔航标灯配合使用实现远距离无线光通信。led航标灯的技术特点如下：
5.1、标称射程高达15.1海里；
6.2、定光光强高达20000cd；
7.3、当闪光持续时间为0.5秒时，有效光强为14285cd，射程15.1海里(t-0.74，白光)；
8.4、光电转换效率达25cd/w。
9.另外，为了满足航标灯远射程的要求，航标灯通常在垂直方向上的光束较窄，典型的半值全宽度角度为8
°
。灯塔航标灯具有一定旋转周期，典型旋转数值是旋转一圈周期8秒，旋转8
°
仅需要0.17秒，这要求在0.17秒的通信时间内完成一次报文通信，在报文格式设计方面需要考虑该特点。
10.基于以上技术特点，对灯塔led航标灯进行适当改造，设计专用的信息交互报文格式，使其具有光通信功能，同时可与岸基应急救援服务中心通过有线网络、卫星、或微波视距通信手段进行信息交互。当海上险情事故发生时，灯塔led航标灯通过无线光向遇险船舶发送警报、气象、安全等数据信息。船舶采用手动或自动控制的方法，通过船载led灯具(如探照灯)向灯塔led航标灯发送sos求救信号和报警信息，提供了应急情况下的岸海远距离、双向实时的通信手段
11.通过对现有灯塔航标灯和船载led灯具进行适当改造，同时增加灯塔和手持控制
管理设备和微波、卫星等通信设备，使灯塔具备岸海远距离通信能力，在海上航道附近发生自然灾害、船舶事故灾难、人员紧急救援等突发事件情况下，可作为应急通信手段，实现遇险对象与应急通信服务系统之间的信息接入与应急通信保障。


技术实现要素：

12.本发明实施例提供了一种利用led航标灯和船载led灯具，以无线光作为灯塔与船舶应急通信手段，通过对现有灯塔航标灯和船载led灯具进行适当改造，增加控制管理设备和微波、卫星等通信设备，使灯塔具备岸海远距离通信能力的基于led光源的岸海应急通信方法及系统。
13.本发明实施例提供一种基于led光源的岸海应急通信方法，应用于灯塔控制管理设备，所述岸海应急通信方法包括：
14.接收由岸基应急服务中心发送的第一传送信息或海上船舶的船载led灯具发送的第二传送信息，其中，所述第一传送信息为业务信息、警报信息、安全信息或气象信息中的至少一种，所述第二传送信息至少包括遇险报警和求救信号；
15.对接收的所述第一传送信息进行提取、缓存和分类，若所述第一传送信息为待转发的业务信息，则对所述第一传送信息进行调制，编码和上变频操作，通过调节放大电路的放大倍数，使调制信号达到所需的信号幅值，并将调制信号加载到led航标灯上并发送；
16.对接收的所述第二传送信息进行解码解调制，获得相关信息，并转发至岸基应急服务中心，所述第二传送信息通过船载led灯具以预设方式发送；
17.其中，所述led航标灯发送信号的波长与船载led灯具发送信号的波长不同。
18.在本发明的一些实施例中，在所述对接收的所述第一传送信息进行提取、缓存和分类之后，所述方法还包括：
19.判断所述第一传送信息是否为对灯塔部署的通信设备状态的读取指令或参数配置指令，若是，则基于所述第一传送信息反馈设备状态或进行参数配置；
20.若否，则判断所述第一传送信息是否为待转发的业务信息，若否，则存储所述发送信息并在控制管理设备的屏幕上显示。
21.在本发明的一些实施例中，所述第二传送信息通过船载led灯具以预设方式发送，具体为：
22.基于所述led航标灯旋转一周的时间，波束角度以及第一光通信速率，确定所述led航标灯和所述船载led灯具的一次通信时间窗口和可传输数据量，发送所述第二传送信息，所述第二传送信息的第一传输数据量不大于所述可传输数据量；
23.若所述第二传送信息为船载led灯具在发送传送信息并接收到反馈信息后再次发送的信息，则，所述第二传送信息为船载led灯具基于所述反馈信息，并确定了所述反馈信息所对应的其它船舶和/或所述led航标灯所处位置后再次发送的信息，所述第二传送信息所需的传送时间不小于所述一次通信时间窗口所对应的时间。
24.在本发明的一些实施例中，所述基于led光源的岸海应急通信方法，还包括：
25.若所述第二传送信息为船载led灯具在发送传送信息并接收到反馈信息后再次发送的信息，则，所述船载led灯具在向确定了所述反馈信息所对应的其它船舶和/或所述led航标灯所处位置发送所述第二传送信息的传送时间内，发送预设次数的所述第二传送信
息。
26.本发明还提供了一种基于led光源的岸海应急通信方法，应用于船载led灯具控制管理设备，所述岸海应急通信方法包括：
27.接收手持控制管理终端发送的第三传送信息或由灯塔控制管理设备的led航标灯发送的第四传送信息，其中，所述第三传送信息为经所述手持控制终端进行报文编辑、录入或形成声码话信息，并经编码调制后形成的信息；
28.将接收的所述第三传送信息以预设方式发送，以使灯塔控制管理设备能够接收所述第三传送信息并进行解码解调制，获得相关信息，转发至岸基应急服务中心；
29.将接收的所述第四传送信息进行解码解调制，获得相关信息。
30.在本发明的一些实施例中，包括：所述将接收的所述第三传送信息以预设方式发送，具体为：
31.基于所述led航标灯旋转一周的时间，波束角度以及第一光通信速率，确定所述led航标灯和所述船载led灯具的一次通信时间窗口和可传输数据量，发送所述第三传送信息，所述第三传送信息的第一传输数据量不大于所述可传输数据量；
32.若接收到其它船舶和/或所述led航标灯的反馈信息，则基于所述反馈信息，确定所述其它船舶和/或所述led航标灯与所述船载led灯具所在船舶的第一相对位置；基于所述第一相对位置，向反馈了反馈信息的其它船舶和/或所述led航标灯发送包括有第二传输数据量的第五传送信息，其中，所述船载led灯具在所述第一相对位置发送传送信息的时间不小于所述一次通信时间窗口所对应的时间。
33.在本发明的一些实施例中，所述船载led灯具在所述第一相对位置发送传送信息的时间内发送预设次数的所述第五传送信息。
34.在本发明的一些实施例中，船载led灯具安装于伺服控制台上，以通过所述伺服控制台调整船载led灯具光轴的方位和俯仰角度，伺服控制台与手持控制管理终端相连；
35.在发送所述第三传送信息之前，所述方法还包括：
36.基于预先存储的灯塔的位置坐标以及所在船舶当前所处的位置，确定所在船舶与周边灯塔的第二相对位置；
37.在接收到所述手持控制管理终端发送的第三传送信息之后，所述伺服控制台用以基于所述第三传送信息中的位置调整信息，调整船载led灯具光轴的方位和俯仰角度，将波束对准led航标灯并锁定当前方位和俯仰角度，向灯塔持续发送至少包括遇险报警和求救的信息。
38.本发明还提供了一种基于led光源的岸海应急通信系统，包括：
39.led航标灯，其部署于灯塔端，用以发送和接收光通信信号，内部设有led驱动电路、数字-模拟转换和模拟-数字转换电路，以进行光信号-电信号转换和电信号-光信号转换，所述led航标灯进行周期性旋转。
40.灯塔控制管理设备，其部署于灯塔端，用以与岸基应急救援服务中心互联，接收和转发传送信息，上报灯塔通信设备状态，接受远程遥控指令，具体包括，用以对接收的第一传送信息进行提取、缓存和分类，若所述第一传送信息为待转发的业务信息，则对所述第一传送信息进行调制，编码和上变频操作，通过调节放大电路的放大倍数，使调制信号达到所需的信号幅值，并将调制信号加载到所述led航标灯上并发送，以及用以对接收的第二传送
信息进行解码解调制，获得相关信息，并转发至岸基应急服务中心，所述第二传送信息通过船载led灯具以预设方式发送；
41.船载led灯具，其部署于船舶端，安装于伺服控制台上，用以发送和接收光通信信号，内部设有led驱动电路、数字-模拟转换和模拟-数字转换电路，以进行光信号-电信号转换和电信号-光信号转换，所述船载led灯具具有定向光束；
42.手持控制管理终端，其部署于船舶端，用以进行声码话通信、报文编辑和录入，与所述船载led灯通信连接，在进行信号调制编码和解调解码后，将数字信号传送给所述船载led灯，以及用于接收所述船载led灯接收的应答或求救信号，并将接收的信息进行显示；手持控制管理终端还具有方位和俯仰角度解算功能，内部嵌装北斗或gps定位终端以及航姿测量装置，用以根据船舶当前所处的位置和灯塔的位置位置以及航姿测量结果计算船载led灯具的方位和俯仰角度，并向所述私服控制台发送调整信息，以使所述伺服控制台基于所述调整信息，将船载led灯具的光束瞄准灯塔端的led航标灯。
43.在本发明的一些实施例中，所述的基于led光源的岸海应急通信系统，还包括：
44.微波视距通信设备，其用以在灯塔与岸基应急救援服务中心构成视距通信条件下，为灯塔与岸基应急救援服务中心构建传输链路，为灯塔端的业务信息和管理信息传输提供通道；
45.卫星通信设备，其用以在灯塔与岸基应急救援服务中心不具备视距通信条件下，为灯塔与岸基应急救援服务中心构建超视距通信链路，为业务信息和管理信息传输提供通道；
46.瞄准镜，其安装于所述船载led灯具顶部，且所述瞄准镜的法线方向与led灯具光轴平行，以通过瞄准镜将船载led灯具对准灯塔航标灯。
47.本发明实施例提供的基于led光源的岸海应急通信方法及系统，具有以下优点：其利用led航标灯和船载led灯具，以无线光作为灯塔与船舶应急通信手段，通过对现有灯塔航标灯和船载led灯具进行适当改造，增加控制管理设备和微波、卫星等通信设备，使灯塔具备岸海远距离通信能力，在海上航道附近发生自然灾害、船舶事故灾难、人员紧急救援等突发事件情况下，可作为应急通信手段，实现遇险对象与应急通信服务系统之间的信息接入与应急通信保障。
附图说明
48.图1为本发明实施例提供的基于led光源的岸海应急通信方法中由灯塔向海上广播应急通信的流程图；
49.图2为本发明实施例提供的基于led光源的岸海应急通信方法中由遇险船舶的船载led灯具发送遇险求救信息的流程图；
50.图3为本发明实施例提供的基于led光源的岸海应急通信系统中灯塔端的通信设备组成示意图；
51.图4为本发明实施例提供的基于led光源的岸海应急通信系统中灯塔控制管理设备组成示意图；
52.图5为本发明实施例提供的基于led光源的岸海应急通信系统中灯塔进行光通信的示意图。
具体实施方式
53.为使本领域技术人员能够更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
54.在本说明书中可使用词组“在一种实施例中”、“在另一实施例中”、“在又一实施例中”、“在一实施例中”、“在一些实施例中”或“在其它实施例中”，均可指代根据本发明的相同或不同实施例中的一个或多个。
55.此后参照附图描述本发明的具体实施例；然而，应当理解，所发明的实施例仅仅是本发明的实施例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详尽描述以根据用户的历史的操作，判明真实的意图，避免不必要或多余的细节使得本发明模糊不清。因此，本发明的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样性地使用本发明。
56.本发明实施例提供了一种基于led光源的岸海应急通信方法，应用于灯塔控制管理设备，如图1，以及图3至图4所示，所述岸海应急通信方法包括：
57.接收由岸基应急服务中心发送的第一传送信息或海上船舶的船载led灯具发送的第二传送信息，其中，所述第一传送信息为业务信息、警报信息、安全信息或气象信息中的至少一种，所述第二传送信息至少包括遇险报警和求救信号；具体地，第一传送信息可以是岸基应急救援服务中心通过有线网络、微波、卫星等通信手段进行发送。
58.对接收的所述第一传送信息进行提取、缓存和分类，若所述第一传送信息为待转发的业务信息，则对所述第一传送信息进行调制，编码和上变频操作，通过调节放大电路的放大倍数，使调制信号达到所需的信号幅值，并将调制信号加载到led航标灯上并发送，在led航标灯收到调制编码处理的业务信息后，则驱动led航标灯采用某一波长的光进行调制传输，实现警报信息、安全信息、或气象信息等信息的单向广播发送；以使得船载led灯能够收到发送的信息，船载led灯收到加载在光信号上的调制编码信息后，进行解调、解码和信号提取，获取相关信息；
59.在本实施例中，灯塔控制管理设备主要由主控模块、信息发送处理模块、信息接收处理模块组成，其中，主控模块主要进行数据缓存、业务种类识别、接口适配和业务状态采集，信息发送处理模块主要将基带数字信号进行调制并加载到载波上，信息接收处理模块主要完成模拟-数字转换、数字信号下变频、数字滤波、解调、差分解码等处理，将载波调制信号还原为基带信号，灯塔控制管理设备具备多种类型的接口，能够与微波视距通信设备、卫星通信设备进行互联，采集微波、卫星通信设备状态，接受远程遥控指令，灯塔控制管理设备的信息发送处理模块的输出、信息接收处理模块的输入连接到灯塔led航标灯的驱动电路上。在led航标灯的驱动电路上增加负反馈电路抑制直流，防止前置放大器饱和；
60.在本实施例中，在所述对接收的所述第一传送信息进行提取、缓存和分类之后，实际是先判断所述第一传送信息是否为对灯塔部署的通信设备状态的读取指令或参数配置指令，若是，则基于所述第一传送信息反馈设备状态或进行参数配置；若否，则再判断所述第一传送信息是否为待转发的业务信息，若是，则实行上述的转发流程，若否，则存储所述发送信息并通过控制管理设备进行显示，如在屏幕上显示或进行投影显示。
61.对接收的所述第二传送信息进行解码解调制，获得相关信息，并转发至岸基应急服务中心，所述第二传送信息通过船载led灯具以预设方式发送；
62.其中，所述led航标灯发送信号的波长与船载led灯具发送信号的波长不同，以避免下行(灯塔到船舶)和上行(船舶到灯塔)通信信号发生干扰。
63.在本发明的一些实施例中，所述第二传送信息通过船载led灯具以预设方式发送，具体为：
64.基于所述led航标灯旋转一周的时间，所述led航标灯的波束角度以及所述led航标灯的第一光通信速率，确定所述led航标灯和所述船载led灯具的一次通信时间窗口和可传输数据量，具体地，
65.设灯塔的led航标灯旋转一圈的时间为t，航标灯波束角度为θ(单位为度)，则灯塔(led航标灯)与船舶(船载led灯具)的一次通信时间窗口m为：
[0066][0067]
设光通信速率为r，则在一次通信时间窗口中可传输的数据量为：
[0068]
n＝r
·m[0069]
则灯塔与船舶的通信报文长度应小于n。
[0070]
灯塔与船舶的专用通信报文格式如下，主要由起始标识、数据标识、数据内容、校验单元和结束标识组成，为保证报文总长度小于n，数据内容长度应少于n-10个字节。
[0071]
起始标识包序号数据内容帧校验结束标识2字节2字节＜n-10字节4字节2字节
[0072]
在本实施例中个，如图5所示，当灯塔与遇险船舶(代号为a)通信时可相互发送交互消息，例如：遇险船舶a发送遇险救援信息，灯塔在接收后发送回复确认，且灯塔会发送状态询问，遇险船舶a则回复，以及所需救援的具体内容等交互信息。但由于灯塔的led航标灯是以预设周期进行转动的，故此，在灯塔的led航标灯与遇险船舶a通信角度范围α之外，则可以发送另一种报文，例如，可以是向其它船舶播船a遇险的请求支援信息。
[0073]
在确定所述船载led灯具的一次通信时间窗口和可传输数据量之后，发送所述第二传送信息，所述第二传送信息的第一传输数据量不大于所述可传输数据量；
[0074]
若所述第二传送信息为船载led灯具在发送传送信息并接收到反馈信息后再次发送的信息，则，所述第二传送信息为船载led灯具基于反馈信息，并确定了反馈信息所对应的其它船舶和/或所述led航标灯所处位置后再次发送的信息，所述第二传送信息所需的传送时间不小于所述一次通信时间窗口所对应的时间。作为示例，如在船舶发生火灾需要救援时，其起初发送遇险报警救援信号时，是以不大于所述可传输数据量的第一传输数据量进行发送遇险报警救援信号，而在发送后，如若有其它船舶和/或灯塔对该发出的遇险报警救援信号进行反馈，也就证明外部得知当前船舶遇险，进而在该船舶再次发送遇险报警救援信号时，可依据遇险所需救援的实际情况，即，结合当前遇险的实际需求，编辑生成新的遇险报警救援信号，同时，在向外发送时，可结合已反馈信息的其它船舶和/或灯塔与发生遇险需救援的船舶的相对位置，向已反馈信息的其它船舶和/或灯塔有针对性的发送新的遇险报警救援信号，进而便于已反馈信息的其它船舶和/或灯塔在进行救援时，为需要救援的船舶提供实际所需的救援帮助。
[0075]
进一步地，在本实施例中，所述的基于led光源的岸海应急通信方法，还包括：
[0076]
若所述第二传送信息为船载led灯具在发送传送信息并接收到反馈信息后再次发
送的信息，则，所述船载led灯具在向确定了所述反馈信息所对应的其它船舶和/或led航标灯所处位置发送所述第二传送信息的传送时间内，发送预设次数的所述第二传送信息。具体地，还以上述示例为例，在其它船舶和/或灯塔对遇险需救援的船舶发出的遇险报警救援信号进行反馈后，结合已给出反馈信息的其它船舶和/或灯塔与发生遇险需救援的船舶的相对位置，再次向已反馈信息的其它船舶和/或灯塔有针对性的发送新的遇险报警救援信号时，可使船载led灯具在朝向已反馈信息的其它船舶和/或灯塔的方向上停留相对较长的时间，停留时间可以大于所述一次通信时间窗口所对应的时间，且将新的遇险报警救援信号发送预设次数，如至少发送2次、3次等，在此不做明确限制，以确保已反馈信息的其它船舶或灯塔能够准确接收救援信息。
[0077]
本发明实施例还提供了一种基于led光源的岸海应急通信方法，应用于船载led灯具控制管理设备，如图2至图4所示，所述岸海应急通信方法包括：
[0078]
接收手持控制管理终端发送的第三传送信息或由灯塔控制管理设备的led航标灯发送的第四传送信息，其中，所述第三传送信息为经所述手持控制终端进行报文编辑、录入或形成声码话信息，并经编码调制后形成的信息，具体地，可以是人员在手持控制管理终端上进行报文编辑、录入或形成声码话信息，经过编码调制后形成所述第三传送信息，该第三传送信息可以为遇险报警和求救信号；
[0079]
将接收的所述第三传送信息以预设方式发送，以使灯塔控制管理设备能够接收所述第三传送信息并进行解码解调制和信号提取，获得相关信息，发送给灯塔控制管理设备，进而通过有线网络、微波、卫星等转发至岸基应急服务中心；
[0080]
将接收的所述第四传送信息进行解码解调制，获得相关信息。
[0081]
在本实施例中，为了降低背景光干扰，在灯塔航标灯和船载灯具的led光源和菲涅尔透镜之间增加滤光片，滤光片的中心波长应以led的辐射峰值波长对应，峰值透过率和截止深度的取值应该根据通信需求设计；
[0082]
在本发明的一些实施例中，包括：所述将接收的所述第三传送信息以预设方式发送，具体为：
[0083]
基于所述led航标灯旋转一周的时间，波束角度以及第一光通信速率，确定所述led航标灯和所述船载led灯具的一次通信时间窗口和可传输数据量，具体地，
[0084]
设所述led航标灯旋转一圈的时间为t，波束角度为θ(单位为度)，则灯塔与船舶的一次通信时间窗口m为：
[0085][0086]
设光通信速率为r，则在一次通信时间窗口中可传输的数据量为：
[0087]
n＝r
·m[0088]
则灯塔与船舶的通信报文长度应小于n。
[0089]
灯塔与船舶的专用通信报文格式如下，主要由起始标识、数据标识、数据内容、校验单元和结束标识组成，为保证报文总长度小于n，数据内容长度应少于n-10个字节。
[0090]
起始标识包序号数据内容帧校验结束标识2字节2字节＜n-10字节4字节2字节
[0091]
在确定所述led航标灯和所述船载led灯具的一次通信时间窗口和可传输数据量
之后，发送所述第三传送信息，所述第三传送信息的第一传输数据量不大于所述可传输数据量；
[0092]
若接收到其它船舶和/或所述led航标灯的反馈信息，则基于所述反馈信息，确定所述其它船舶和/或所述led航标灯与所述船载led灯具所在船舶的第一相对位置；
[0093]
基于所述第一相对位置，向反馈了反馈信息的其它船舶和/或所述led航标灯发送包括有第二传输数据量的第五传送信息，其中，所述船载led灯具在所述第一相对位置发送传送信息的时间不小于所述一次通信时间窗口所对应的时间。
[0094]
作为示例，如在船舶发生火灾需要救援时，船舶起初发送遇险报警救援信号时，是以不大于所述可传输数据量的第一传输数据量进行发送遇险报警救援信号，而在发送后，如若有其它船舶和/或是有灯塔对该发出的遇险报警救援信号进行反馈，也就证明外部得知当前船舶遇险，进而在该船舶再次发送遇险报警救援信号时，可依据遇险所需救援的实际情况，即，结合当前遇险的实际需求，编辑生成新的遇险报警救援信号，同时，在向外发送时，可结合已反馈信息的其它船舶和/或灯塔与发生遇险需救援的船舶的相对位置，向已反馈信息的其它船舶和/或灯塔有针对性的发送新的遇险报警救援信号，进而便于已反馈信息的其它船舶和/或灯塔在进行救援时，为需要救援的船舶提供实际所需的救援帮助。
[0095]
在本发明的一些实施例中，所述船载led灯具在所述第一相对位置发送传送信息的时间内发送预设次数的所述第五传送信息。具体地，还以上述示例为例，在其它船舶和/或灯塔对遇险需救援的船舶发出的遇险报警救援信号进行反馈后，结合已反馈信息的其它船舶和/或灯塔与发生遇险需救援的船舶的相对位置，向已反馈信息的其它船舶和/或灯塔有针对性的发送新的遇险报警救援信号时，可使船载led灯具在朝向已反馈信息的其它船舶和/或灯塔的方向上停留相对较长的时间，停留时间可以大于所述一次通信时间窗口所对应的时间，且将新的遇险报警救援信号发送预设次数，如至少发送2次、3次等，在此不做明确限制，以确保已反馈信息的其它船舶和/或灯塔能够准确接收救援信息。
[0096]
在本发明的一些实施例中，船载led灯具安装于伺服控制台上，以通过所述伺服控制台调整船载led灯具光轴的方位和俯仰角度，伺服控制台与手持控制管理终端相连；
[0097]
在发送所述第三传送信息之前，所述方法还包括：
[0098]
基于预先存储的灯塔的位置坐标以及所在船舶当前所处的位置，确定所在船舶与周边灯塔的第二相对位置；
[0099]
在接收到所述手持控制管理终端发送的第三传送信息之后，所述伺服控制台用以基于所述第三传送信息中的位置调整信息，调整船载led灯具光轴的方位和俯仰角度，将波束对准led航标灯并锁定当前方位和俯仰角度，向灯塔持续发送至少包括遇险报警和求救的信息。当然，在已知船舶与其周围灯塔的第二相对位置的前提下，可以结合灯塔与发生遇险需救援的船舶的相对位置，向灯塔有针对性的发送包括有结合当前遇险的实际需求，编辑生成的遇险报警救援信号，且船载led灯具在朝向已知灯塔的相对位置的方向上可以停留相对较长的时间，停留时间可以大于所述一次通信时间窗口所对应的时间，进而将包括有结合当前遇险的实际需求，编辑生成的遇险报警救援信号发送预设次数，如至少发送2次、3次等，在此不做明确限制，以确保已反馈信息的其它船舶或灯塔能够准确接收救援信息。
[0100]
本发明实施例还提供了一种基于led光源的岸海应急通信系统，如图3至图4所示，
包括：
[0101]
led航标灯，其部署于灯塔端，用以发送和接收光通信信号，内部设有led驱动电路、数字-模拟转换和模拟-数字转换电路，以进行光信号-电信号转换和电信号-光信号转换,主要由dc-dc模块、驱动控制及检流电路、led灯组等组成，，所述led航标灯进行周期性旋转。直流电源经dc-dc模块变换后加在led灯组的正极，经过信号发送处理模块调制的信号通过驱动控制及检流电路后加载在led灯组的负极，通过控制led灯组负极电压的高低变化来控制流过led灯的电流变化，在实际使用中，可基于灯塔现用航标灯具进行改造；
[0102]
灯塔控制管理设备，其部署于灯塔端，实现基带信号处理功能，包括调制编码和解调解码功能，能够对信息报文进行编辑和解析，将信息显示到控制管理设备的屏幕中，灯塔控制管理设备通过岸基有线网络、微波、卫星等通信设备与岸基应急救援服务中心互联，接收和转发传送信息，上报灯塔通信设备状态，接受远程遥控指令，具体包括，用以对接收的第一传送信息进行提取、缓存和分类，若所述第一传送信息为待转发的业务信息，则对所述第一传送信息进行调制，编码和上变频操作，通过调节放大电路的放大倍数，使调制信号达到所需的信号幅值，并将调制信号加载到所述led航标灯上并发送，以及用以对接收的第二传送信息进行解码解调制，获得相关信息，并转发至岸基应急服务中心，所述第二传送信息通过船载led灯具以预设方式发送；在本实施例中，灯塔控制管理设备主要由主控模块、信息发送处理模块、信息接收处理模块组成，其中，主控模块主要进行数据缓存、业务种类识别、接口适配和业务状态采集，信息发送处理模块主要将基带数字信号进行调制并加载到载波上，信息接收处理模块主要完成模拟-数字转换、数字信号下变频、数字滤波、解调、差分解码等处理，将载波调制信号还原为基带信号，灯塔控制管理设备具备多种类型的接口，能够与微波视距通信设备、卫星通信设备进行互联，采集微波、卫星通信设备状态，接受远程遥控指令，灯塔控制管理设备的信息发送处理模块的输出、信息接收处理模块的输入连接到灯塔led航标灯的驱动电路上。在led航标灯的驱动电路上增加负反馈电路抑制直流，防止前置放大器饱和。作为示例，在发送数据时，灯塔控制管理设备将待发送的信息送入内部的发送处理模块，进行数据差分编码、成帧，数模转换后上变频至250khz，使用dds进行2dpsk调制，放大后驱动智能灯组模块高速亮灭发送数据信息。接收数据时，接收滤波后的光信号转换为光电流并进行放大，然后经由前置跨阻放大器将电流信号转换为电压信号并放大，引入反馈电路抑制直流，防止前放饱和；模数转换后送入fpga进行下变频、数字滤波、解调、差分解码后送主控模块，主控模块进行业务种类识别后，提取相关信息通过有线网络、微波、卫星等手段转发至岸基应急救援服务中心。
[0103]
船载led灯具，其部署于船舶端，安装于伺服控制台上，用以发送和接收光通信信号，内部设有led驱动电路、数字-模拟转换和模拟-数字转换电路，以进行光信号-电信号转换和电信号-光信号转换，主要由dc-dc模块、驱动控制及检流电路、led灯组等组成，所述船载led灯具具有定向光束。直流电源经dc-dc模块变换后加在led灯组的正极，经过信号发送处理模块调制的信号通过驱动控制及检流电路后加载在led灯组的负极，通过控制led灯组负极电压的高低变化来控制流过led灯的电流变化，在实际使用的过程中，船载led灯具，可基于船载现有led灯具(如探照灯)进行改造，或新增led灯具；在本实施例中，船载led灯内增加蓝牙、wifi通信模块，能够通过蓝牙、wifi与船载控制管理终端进行无线通信，便于人员在船内移动。同时，配备有线接口，可通过串口与船载与船载控制管理终端进行有线通
信。手持控制管理终端，其部署于船舶端，用以进行声码话通信，或报文编辑和录入，与所述船载led灯通信连接，并在进行信号调制编码和解调解码后，将数字信号传送给所述船载led灯，以及用于接收所述船载led灯接收的应答或求救信号，并将接收的信息进行显示，例如，可将接收的信息通过屏幕显示或进行投影显示；手持控制管理终端还具有方位和俯仰角度解算功能，内部嵌装北斗或gps定位终端以及航姿测量装置，用以根据船舶当前所处的位置和灯塔的位置位置以及航姿测量结果计算船载led灯具的方位和俯仰角度，并向所述私服控制台发送调整信息，以使所述伺服控制台基于所述调整信息，将船载led灯具的光束瞄准灯塔端的led航标灯。
[0104]
在本实施例中，手持控制管理终端具有通断指示功能，收发对准，通信链路可以建立时，点亮通断指示灯，否则该指示灯灭，支持的语音速率不小于4kbps，报文长度≥1000字节，接口通信速率≤24mbps。
[0105]
在本发明的一些实施例中，所述的基于led光源的岸海应急通信系统，还包括：
[0106]
微波视距通信设备，其用以在灯塔与岸基应急救援服务中心构成视距通信条件下，为灯塔与岸基应急救援服务中心构建传输链路，为灯塔端的业务信息和管理信息传输提供通道；在本实施例中，微波视距通信设备由室内基带处理设备、室外射频设备、天线组成。微波视距通信设备典型工作频率为7ghz～8ghz，传输速率≥64mb/s，通信距离最远不低于50km。
[0107]
卫星通信设备，其用以在灯塔与岸基应急救援服务中心不具备视距通信条件下，为灯塔与岸基应急救援服务中心构建超视距通信链路，为业务信息和管理信息传输提供通道；在本实施例中，卫星通信设备采用ku频段同步轨道卫星，传输话音、数据、图像ip数据，实现双向4mbps的信息速率回传
[0108]
在本实施例中，所述灯塔控制管理设备能够用以对微波视距通信设备、卫星通信设备进行健康管理。
[0109]
瞄准镜，其安装于所述船载led灯具顶部，且所述瞄准镜的法线方向与led灯具光轴平行，以通过瞄准镜将船载led灯具对准灯塔航标灯，实现快速对准和通信。
[0110]
为了便于对上述技术方案进行理解，下面以具体示例对其工作流程进行详细说明，具体如下：其中，灯塔led航标灯和船载led灯使用两种波长的光进行通信，以避免下行(灯塔到船舶)和上行(船舶到灯塔)通信信号发生干扰。其中，下行通信信号可采用红外光，上行通信信号可采用白光。
[0111]
岸基应急服务中心到海上船舶的信息流程是：岸基应急救援服务中心通过有线网络、微波、卫星等通信手段将业务信息、警报信息、安全信息、气象信息等发送给灯塔控制管理设备，灯塔控制管理设备对信息进行提取、缓存和分类，若是对灯塔通信设备状态的读取指令或参数配置指令，则按照反馈设备状态或进行参数配置；否则判断是否为待转发的业务信息，若是待转发的业务信息，则进行调制、编码和上变频操作，并发送给led航标灯；否则，存储该信息并在控制管理设备的屏幕上显示；led航标灯收到调制编码处理后的业务信息，则驱动led灯采用某一波长的光进行调制传输，实现警报、安全、气象等信息的单向广播发送；船载led灯收到加载在光信号上的调制编码信息后，进行解调、解码和信号提取，获取相关信息。
[0112]
海上船舶到岸基应急服务中心的信息流程是：人员在手持控制管理终端上进行报
文编辑、录入或形成声码话信息，经过编码调制发送给船载led灯具，船载led采用与灯塔航标灯不同波长的光进行调制传输，将遇险报警和求救信号发送给灯塔航标灯，由灯塔航标灯完成解码解调制和信号提取，获取相关信息，并发送给灯塔控制管理设备，由灯塔控制管理设备通过有线网络、微波、卫星等向岸基应急救援服务中心进行转发。
[0113]
为了降低背景光干扰，在灯塔航标灯和船载灯具的led光源和菲涅尔透镜之间增加滤光片，滤光片的中心波长应以led的辐射峰值波长对应，峰值透过率和截止深度的取值应该根据通信需求设计；例如，可针对红外光通信，采用中心波长750nm，半宽高40nm的滤光片进行带通滤波。
[0114]
根据灯塔旋转周期、航标灯波束角度设计相应的报文格式，确保在灯塔与船舶建立光通信的时间窗口内完成一次可靠通信。
[0115]
设灯塔旋转一圈的时间为8秒，航标灯波束宽度为8
°
，则灯塔与船舶的一次通信时间窗口m为：
[0116][0117]
设光通信速率为2.4kbps，则在一次通信时间窗口中可传输的数据量为：
[0118]
n＝0.17
·
2.4＝426bit
[0119]
则灯塔与船舶的通信报文长度应小于426bit，转化为字节并取整，应为53字节。
[0120]
灯塔与船舶的专用通信报文格式如下，主要由起始标识、数据标识、数据内容、校验单元和结束标识组成，为保证报文总长度小于53，数据内容长度应少于43个字节。
[0121][0122][0123]
所述的灯塔控制管理设备主要由主控模块、信息发送处理模块、信息接收处理模块组成。其中主控模块主要进行数据缓存、业务种类识别、接口适配和业务状态采集。信息发送处理模块主要将基带数字信号进行调制并加载到载波上，主要由dds电路、调制电路、放大电路、及控制电路等组成。信息接收处理模块主要完成模拟-数字转换、数字信号下变频、数字滤波、解调、差分解码等处理，将载波调制信号还原为基带信号，主要由接收镜头、apd、高压模块、跨阻放大器、直流抵消电路、agc电路、a/d转换器及可编程逻辑器件fpga等组成。
[0124]
灯塔控制管理设备具备多种类型的接口，能够与微波视距通信设备、卫星通信设备进行互联，采集微波、卫星通信设备状态，接受远程遥控指令。该模块主要由dds电路、调制电路、放大电路、及控制电路等组成。
[0125]
灯塔控制管理设备的信息发送处理模块的输出、信息接收处理模块的输入连接到灯塔led航标灯的驱动电路上。在led航标灯的驱动电路上增加负反馈电路抑制直流，防止前置放大器饱和。采用极低噪声跨阻放大电路以及直流及低频抵消电路减少跨阻放大电路引入的噪声。
[0126]
船载led灯内增加蓝牙、wifi通信模块，能够通过蓝牙、wifi与船载控制管理终端进行无线通信，便于人员在船内移动。配备有线接口，可通过rs485串口与船载控制管理终
端进行有线通信。
[0127]
船载控制管理终端具有通断指示功能，收发对准，通信链路可以建立时，点亮通断指示灯，否则该指示灯灭。
[0128]
通过上述技术方案可知，针对灯塔附近航行的船只众多，船只遇险情况出现概率大的情况，当附近船只遇险，船只/人员有应急救援需求时，可以通过灯光等发送求救信号。应急通信服务系统接收到救援信息后，通过灯塔上灯光向附近区域内的用户广播救援通告，将遇险船只的位置信息、船舶状态等信息在附近海域迅速共享，召集附近海域航行、作业的船只快速投入救援，保障参与搜救组织的各方应急力量协同行动，提高救援效率和能力。
[0129]
根据应用需求场景，本发明上述实施例提供的基于led光源的岸海应急通信方法及系统基于led可见光作为通信手段，采用卫星通信或微波视距通信回传链路，实现与岸基救援服务中心之间的信息接入与应急通信保障。当突发事件发生时，灯塔应急通信灯通过红外光向船舶发送警报、气象、安全等数据信息，船舶可采用手动或自动控制的方法向灯塔应急通信系统发送sos求救信号和报警信息，可满足自然灾害、事故灾难、紧急救援等突发事件下的通信需求。
[0130]
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。