基 站与自身的直线距离d和距离能量换算公式，算出所服务船舶天线最小额定发射功率Pmin， 以特定周期T2调整自身天线的发射功率Ps，令其趋近于最小额定发射功率Pmin，以节约船舶 有限的能量^t-T2为t-Tjt刻岸基基站相对于所服务船舶的极坐标中的方向角度；0 2为七 时刻船舶方向天线的实际方向角；0^<2为t_T2时刻船舶方向天线的实际方向角。
[0025] 本发明具有如下优点：
[0026] (1)岸基基站与船舶都使用了定向天线进行通信，这有效地延长了它们之间的通 信距离，提高了通信的空间利用率，解决了增益的匹配问题，同时减小了其它信号对通信的 干扰，提高了通信质量，增大了通信速率，并且降低了被其它非法节点发现和监听的概率， 增加了通信的安全性；
[0027](2)岸基基站和船舶都具有北斗终端和AIS终端，因此岸基基站和船舶获取彼此 的相关信息非常容易，岸基基站只需要连入AIS系统就可以得到船舶的AIS信息，船舶只需 要连入卫星系统，就可以得到岸基基站的位置信息；
[0028] (3)船舶可以通过岸基基站的位置坐标得到岸基基站与自身的距离，通过岸基基 站与自身距离调整自身发射天线的功率已达到节约自身有限能量的目的。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明中岸基基站分别使用定向天线与全向天线在使用相同功率前提下， 传输范围的对比图；
[0030] 图2为本发明的整体结构示意图；
[0031 ] 图3为本发明的方法流程图；
[0032] 图4为步骤302中0 ^勺计算示意图；
[0033] 图5为实施例的信令流程图。
【具体实施方式】
[0034] 为使本发明的目的和技术方案更加清晰，以下参照附图并举实施例，对发明做进 一步的详细说明。
[0035] 在参考图2、图3、图4和图5更详细地说明根据本发明原理的可能操作之前，首先 参见图1。图1是岸基基站分别使用定向天线与全向天线在使用相同功率前提下，信号传输 范围的对比图，从图1中可以很清晰地看出，岸基基站若使用全向天线进行通信，信号覆盖 的范围近似于一个半径为r公里的圆，5公里<r< 10公里，岸基基站若使用定向天线进行 通信，信号覆盖的范围近似天线一侧一个扇形区域，且最远可以覆盖到离岸基基站m公里 的位置，m多30公里，一般近岸航道离海岸线在5公里至30公里的位置，若岸基基站使用 定向天线与船舶进行通信，只要适当调整天线的参数，信号完全可以覆盖到近岸航道上的 大部分船舶，但如果使用全向天线与船舶通信，那么信号就不一定可以覆盖到近岸航道上 的船舶了。通过图1可以知道通过给岸基基站配备定向天线并且根据船舶位置适当调整天 线方向角，岸基基站就可以与近岸航道上的船舶通信。
[0036] 图2是本发明的整体示意图，从示意图中我们可以看到本发明主要涉及四个设 备，卫星系统、AIS岸台、岸基基站和所服务船舶。卫星系统为所服务船舶提供岸基基站的 位置信息，AIS岸台为岸基基站提供所服务船舶的AIS信息，岸基基站和所服务船舶分别根 据已经获得的彼此的位置信息利用船舶岸基网络双定向天线调整算法调整自身天线的方 向角，使彼此建立连接；连接建立以后，岸基基站利用从AIS岸台，实时获得的所服务船舶 的AIS信息，校准自身方向天线的方向角；与此同时，所服务船舶利用从自身AIS船载设备， 实时获得的自身AIS信息，校准自身方向天线的方向角，调整自身天线的发射功率，以达到 保证传输质量，节约自身能量的目的。
[0037] 图3显示了本实施例所述的利用岸基基站和船舶位置信息的动态天线调整和通 信的方法的流程图。如图3所示，上述实施例所述的利用岸基基站和船舶位置信息的动态 天线调整和通信的方法应当包括以下过程：
[0038] ( -）岸基基站和所服务船舶根据从AIS系统和卫星系统获取的彼此位置信息，利 用船舶岸基网络双定向天线调整算法调整彼此天线方向角以建立连接，其具体实现包括以 下步骤：
[0039]步骤201.岸基基站从AIS岸台以特定周期T1获取所服务船舶的AIS信息，同 时所服务船舶从卫星系统获取岸基基站的位置坐标BS(bsx，bsy);接着岸基基站利用获 取的所服务船舶AIS信息中包含的所服务船舶的位置坐标Ship(shipx，Shipy)，以及从自 身北斗终端提取的自身位置坐标BS(bsx，bsy)，根据笛卡尔坐标转极坐标公式算出所服
【主权项】
1. 一种利用岸基基站和船舶位置信息的动态天线调整和通信的方法，其特征在于包括 以下步骤： 步骤101.当岸基基站通过从船舶自动识别系统获取所服务船舶的AIS信息，所服务 船舶从卫星系统获取岸基基站的位置坐标之后，岸基基站与所服务船舶根据彼此的位置坐 标，利用船舶岸基网络双定向天线调整算法调整各自天线方向角以建立通信； 步骤102.岸基基站利用岸基基站定向天线动态校准算法，以特定周期T1校准自身定 向天线方向角Q1，以此保证通信质量； 步骤103.所服务船舶根据自身航行轨迹，动态校准自身定向天线方向角θ2，并根据岸 基基站与自身的直线距离d以特定周期T2调整自身方向天线的发射功率P s，以此保证通信 质量，节约自身能量。
2. 根据权利要求1所述的利用岸基基站和船舶位置信息的动态天线调整和通信的方 法，其特征在于步骤101由以下四个步骤实现： 步骤201岸基基站利用获取的所服务船舶AIS信息中包含的所服务船舶的位置坐标 Ship (shipx，shipy)，以及从自身北斗终端提取的自身位置坐标BS (bsx，bsy)，根据笛卡尔 坐标转极坐标公式算出所服务船舶相对于自身的极坐标Ship^Pp Ci1);岸基基站控制自 身发送天线方向角在[Q1-Y，α1+γ]范围内，以特定周期T sl，匀速来回震荡旋转，每经过 Tsl/8时间向所服务船舶发送一次通信请求报文DRREQ(shipx，shipy，bs x，bsy，γ) ;γ为天 线方向角扫描幅度； 步骤202所服务船舶利用获取的岸基基站的坐标BS (bsx，bsy)和从自身AIS船载终端 中提取的自身坐标Ship (shipx，shipy)，根据笛卡尔坐标转极坐标公式算出岸基基站相对 于自身的极坐标BS P(P，α );所服务船舶控制自身接收天线方向角在[α-γ，α+γ]范围 内，以特定周期Ts2，匀速来回震荡旋转，并始终处于信号接收模式；T s2辛T sl; 步骤203当所服务船舶接收到岸基基站发送的DRREQ之后，立刻向岸基基站发送 DRREP (bsx，bsy，shipx，shipy)，并停止自身天线的转动； 步骤204当岸基基站接收到DRREP (bsx，bsy，shipx，shipy)之后，立刻向所服务船舶发 送ACK确认信息，并停止自身天线的转动；当岸基基站在发出DRREQ之后的Td时间内，仍未 收到所服务船舶发送给自身的DRREP，则调整参数γ为原来的两倍，并返回步骤201 ;TdS DRREQ默认重发时间。
3. 根据权利要求1所述的利用岸基基站和船舶位置信息的动态天线调整和通信的方 法，其特征在于步骤102由以下三个步骤实现： 步骤301岸基基站以特定周期1\从AIS岸台获取所服务船舶的AIS信息，并根据t时 刻获取的AIS信息中所包含的船舶航速\以及航向％不断估算t至七+1\时刻船舶的实时 步骤302当岸基基站检测到自身与所服务船舶的通信质量在t至t+I\之间的某一 12 时刻明显下降的时候，岸基基站使用t时刻船舶的坐标，岸基基站坐标，12时刻船舶的坐标 和三角形余弦公式计算出方向天线的临时偏向角9 t，并将自身天线原本的方向角G1调整 至θ 1+ Θ t; Θ 1为t时刻岸基基站方向天线的实际方向角； 步骤303当岸基基站检测到自身与所服务船舶的通信质量在经过步骤301和步骤302 调整过后有所提高，则返回步骤301，否则岸基基站处于等待模式，直到t+I\时刻，岸基基站 获得最新的所服务船舶的AIS信息之后，返回步骤301。
4.根据权利要求1所述的利用岸基基站和船舶位置信息的动态天线调整和通信的方 法，其特征在于步骤103如下实现： 所服务船舶以特定周期T2实时从自身AIS终端提取自身位置坐标，并根据岸基基 站坐标和自身位置坐标，实时计算岸基基站相对于自身的极坐标BSpt ( P t，a t)，并根据 以特定周期T2实时调整自身定向天线方向角Θ 2，同时根据岸基基 站与自身的直线距离d和距离能量换算公式，算出所服务船舶天线最小额定发射功率Pmin， 以特定周期T 2调整自身天线的发射功率P s，令其趋近于最小额定发射功率Pmin，以节约船舶 有限的能量；4-?为卜1~ 2时刻岸基基站相对于所服务船舶的极坐标中的方向角度；Θ 2为 t时刻船舶方向天线的实际方向角；为t-T2时刻船舶方向天线的实际方向角。
【专利摘要】本发明公开了一种利用岸基基站和船舶位置信息的动态天线调整和通信的方法，主要解决船舶岸基无线网络中，因为岸基基站和所服务船舶均使用定向天线，所以无法在邻居发现阶段发现彼此，进而无法进行通信的问题。其实现包括连接建立、岸基基站校准、服务船舶校准三个步骤。本发明适用于岸基基站和船舶都配备定向天线的专用船舶岸基无线网络，天线调节方法简单，能够实现岸基基站与近岸航道上船舶的通信。
【IPC分类】G05D3-12
【公开号】CN104679032
【申请号】CN201510090049
【发明人】范超, 姜胜明, 张朋, 甘小龙, 王希阳
【申请人】上海海事大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月27日