一种散射通信停车指导系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种散射通信停车指导系统，涉及北斗测向和定位技术、云台控制技术、GIS平台和散射链路计算技术，解决现有散射通信停车指导系统需临时定位计算通信方向、手动定向和多次调整停车方位的问题。本系统包括北斗一代和二代双模终端、数据处理单元和天线控制单元，通过北斗二代测向天线获得散射通信车的经纬度和车体方向，北斗一代收天线获得对端站的经纬度信息，然后计算得到通信方向和停车方向，并通过天线控制单元调整天线角度。在开通散射通信时，数据处理单元可以辅助分析散射通信链路质量。本发明可以主动指导散射通信车的停车方位并根据车体方位调整天线指向，使天线方向符合通信要求，实现一次停车即符合通信方位要求的目的。
【专利说明】一种散射通信停车指导系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及北斗测向和定位技术、云台控制技术、GIS平台和散射链路计算【技术领域】，尤其涉及一种散射通信停车指导系统，对机动性很强的车载散射通信系统具备很高的实用价值。
【背景技术】
[0002]目前车载散射通信系统主要使用C频段并采用两面2.4米抛物面栅格天线作为两副散射通信天线进行空间分集。虽然提高了天线增益，但是散射通信波束角被限定在极窄(小于2度)范围；同时散射通信车顶同时部署两副散射通信天线，由于安装和体积因素，在天线方位角和俯仰角调整时受到极大限制。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种实现简单、操作快速的散射通信停车指导系统，从而解决散射通信开通困难、操作复杂、耗时长的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是:一种散射通信停车指导系统，包括第一散射天线I和第二散射天线2，其特征在于:还包括第一北斗二代测向天线3、第二北斗二代测向天线4、北斗一代收天线5、北斗一代发天线6、天线控制单元7、北斗一代和二代双模终端8和数据处理单元9 ；
[0005]北斗一代和二代双模终端8的输入端口 I接收第一北斗二代测向天线3的输出端口 I输出的本地站车头方位信息，北斗一代和二代双模终端8的输入端口 2接收第二北斗二代测向天线4的输出端口 I输出的本地站车尾方位信息，北斗一代和二代双模终端8的输入端口 3接收北斗一代收天线5的输出端口 I输出的对端站经纬度信息；北斗一代和二代双模终端8将接收的本地站车头方位信息和本地站车尾方位信息进行差分处理后由输出输入端口 5输出本地站经纬度信息和车体方位信息至数据处理单元9的输入输出端口 I ;北斗一代和二代双模终端8将接收的对端站经纬度信息由输出输入端口 6输出对端站经纬度信息至数据处理单元9的输入输出端口 2 ;数据处理单元9利用接收的本地站经纬度信息、对端站的经纬度信息和本地站车体方位信息计算出本地站和对端站的通信方位角、天线俯仰角、天线水平角、转动速度、通信距离、第一遮挡点距离本站距离、第一遮挡点海拔高度、散射角、散射通信链路年平均传播可靠度和理想车体方位角，并以图形与文字的方式动态显示在计算机屏幕上；数据处理单元9的输出输入端口 2输出本地站经纬度信息至北斗一代和二代双模终端8的输入输出端口 6 ;数据处理单元9根据用户需求将格式控制信息通过输出输入端口 I发送至北斗一代和二代双模终端8的输入输出端口 5，北斗一代和二代双模终端8的输出端口 4输出本地站经纬度信息至北斗一代发天线6的输入端口 I ;数据处理单元9由输入输出端口 3将计算好的天线水平角、天线俯仰角和转动速度以协议帧格式输出至天线控制单元7的输入输出端口 I ;天线控制单元7解析出协议帧内包含的角度和转动速度数据后按照协议帧内规定的转动速度对第一散射天线I和第二散射天线2的天线水平角度和天线俯仰进行调整，从而实现对散射天线的自动调整；
[0006]天线控制单元7的输入输出端口 2和输入输出端口 3分别一一对应接收第一散射天线I的输出输入端口I和第二散射天线2的输出输入端口I输出的多个传感器数据信息，汇总分析后形成新的协议帧，随后天线控制单元7把新的协议帧由输入输出端口 I输出至数据处理单元9输入输出端口 3，从而实现对天线状态的动态监视。
[0007]其中，所述的第一北斗二代测向天线3和第二北斗二代测向天线4的连线平行于车体轴线方向，同时第一北斗二代测向天线3和第二北斗二代测向天线4的直线距离大于
1.5 米。
[0008]其中，所述的天线控制单元7包含第一散射天线控制器10、第二散射天线控制器
I1、控制指令处理单元12和控制数据接口单元13;第一散射天线控制器10的数据输入输出端口 2接收第一散射通信天线I的多个传感器状态信息，经过数据合法性判断和数据解析处理后由第一散射天线控制器10的输出输入端口 I将数据信息输出至控制指令处理单元12的输入输出端口 I ;第二散射天线控制器11的输入输出端口 2接收第二散射通信天线2的多个传感器状态信息，经过数据合法性判断和数据解析处理后由第二散射天线控制器11的输出输入端口 I将数据信息输出至控制指令处理单元12的输入输出端口 2 ;控制指令处理单元12将接收的两路数据信息完成解析和综合后由输出输入端口 3输出至控制数据接口单元13的输入输出端口 I，控制数据接口单元13将接收的状态信息完成帧合成、帧校验和透明处理后由输出输入端口 2将新的协议帧输出至数据处理单元9的输入输出端口 3 ;控制数据接口单元13输出输入端口 2接收来自数据处理单元9输入输出端口 3的协议帧，完成协议帧的校验和透明处理后由输入输出端口 I输出至控制指令处理单元12的输出输入端口 3，完成数据解析后，根据控制信息内包含的地址将控制信息由输入输出端口 I输出至第一散射天线控制器10的输出输入端口 I或由输入输出端口 2输出至第二散射天线控制器11的输出输入端口 I ;第一散射天线控制器10将接收的控制信息由输入输出端口 2输出至第一散射通信天线I的输入端口 I ;第二散射天线控制器11将接收的控制信息由输入输出端口 2输出至第二散射通信天线2的输入端口 I。
[0009]其中，所述的第一散射天线控制器10和第二散射天线控制器11的结构完全相同。
[0010]其中，所述的数据处理单元9包含通信设备监控模块14、通信方位角计算模块15、散射链路分析模块16和多串行通信接口卡17 ;其中，通信设备监控模块14通过多串行通信接口卡17进行接口转换完成对天线控制单元7的状态查询和设置，并完成与北斗一代和二代双模终端8的数据交互；通信设备监控模块14与通信方位角计算模块15进行本地站和对端站的经纬度信息的数据交互；通信设备监控模块14与散射链路分析模块16进行包括收发频率、功率等级、传输速率以及本地站和对端站的经纬度信息的数据交互；通信方位角计算模块15获取本地通信站和对端通信站的经纬度信息并自动计算本地通信站和对端通信站的通信方位角；散射链路分析模块16结合地理信息系统和散射链路通信质量模型完成通信链路的分析和计算。
[0011]其中，所述的通信设备监控模块14对天线控制单元7的设置包括:散射通信设备的收发频率、功率等级、工作模式、传输速率、射频资环、中频资环、系带资环、数据接口、天线水平角度、俯仰角度和转动速率。
[0012]其中，所述的多串行通信接口卡17集成在加固型车载计算机机箱内，可以扩展出多个串口，支持 RS-232，RS-485, RS-422 方式。
[0013]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
[0014]I)本发明所采用的北斗一代和二代双模终端配置有四个天线，分别为北斗一代收天线、北斗一代发天线和两个北斗二代测向天线，北斗二代测向天线安装于车体方舱两端，间隔距离大于1.5米；通过北斗一代和二代双模终端配合散射通信链路分析以及通信方位角计算单元，为散射通信开通前提供了充分的理论依据，帮助操作员进行必要的调整。
[0015]2)本发明所采用的数据处理单元提供的散射通信链路分析借鉴China-Zhang方法进行计算，该算法成熟可靠，散射通信质量估计值较准确；
[0016]3)本发明结构简单，采用的设备体积小，功耗低，部署方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明的电原理方框图；
[0018]图2是本发明天线控制单元的电原理方框图；
[0019]图3是本发明数据处理单元组成原理方框图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0021]如图1所示，本发明的一种散射通信停车指导系统，包括第一散射通信天线1、第二散射通信天线2、第一北斗二代测向天线3、第二北斗二代测向天线4、北斗一代收天线5、北斗一代发天线6、天线控制单元7、北斗一代和二代双模终端8和数据处理单元9。第一散射天线I和第二散射天线2提供空间分集功能，分布于散射通信车方舱顶部，通过线缆与天线控制单元7相连进行姿态控制。第一北斗二代测向天线3和第二北斗二代测向天线4体积较小，安装于散射通信车方舱上部，其中第一北斗二代测向天线3安装于近车头端，第二北斗二代测向天线4安装于车位端；为了保证测向精确性，第一北斗二代测向天线3与第二北斗二代测向天线4的连线要平行于车体轴线方向，同时第一北斗二代测向天线3与第二北斗二代测向天线4的直线距离要大于1.5米。北斗一代收天线5和北斗一代发天线6体积极小，安装于散射通信车方舱上部一角，尽量避免遮挡。天线3至天线6通过线缆与北斗一代和二代双模终端8相连。天线控制单元7接收来自天线云台的多个传感器数据并进行控制，同时把天线多个角度数据通过RS-422接口发送至数据处理单元9。北斗一代与二代双模终端8为本系统提供车体方位信息、车体位置信息和文本短信数据通道，并通过两个RS-232接口与数据处理单元9相连。数据处理单元9集成了多串行通信接口卡，负责与天线控制单元7和北斗一代和二代双模终端8进行通信；数据处理单元9的硬件包括车载加固型计算机，该计算机内安装了通信设备监控软件、通信方位角计算软件和散射链路分析软件。
[0022]如图2所示，本发明的天线控制单元7包括第一散射天线控制器10、第二散射天线控制器11、控制指令处理单元12和控制数据接口单元13。其中第一散射天线控制器10和第二散射天线控制器11接收散射天线的多个传感器状态信息，通过特定协议控制散射天线云台的水平转动和俯仰调整，精度在0.1度，同时可以控制云台转动速度，分为高、中、低三档。控制指令处理单元12将散射天线控制器传送过来的数据进行汇总和分析，形成新的协议数据包发送给控制数据接口单元13，同时接收并解析来自控制数据接口单元13的控制指令，下发给第一散射天线控制器10或第二散射天线控制器11。控制数据接口单元13为天线控制单元7提供了 RS-422数据接口与数据处理单元9相连，同时完成数据的校验、接收和发送。
[0023]如图3所示，本发明的数据处理单元9包括通信设备监控模块14、通信方位角计算模块15、散射链路分析模块16和多串行通信接口卡17。通信设备监控模块14运行于车载加固型计算机上对车内通信设备进行监控；通信方位角计算模块15运行于车载加固型计算机上接收来自北斗一代和二代双模终端8的车体方位信息和位置信息，同时接收对端站发送的短信文本信息(该短信文本信息为对端站的位置信息)，完成通信方位角计算和散射天线角度计算，最后通过天线控制单元调整天线角度。散射链路分析模块16运行于车载加固型计算机上，结合GIS (地理信息系统)，在数字地图上读取高程信息并结合China-Zhang方法计算散射通信链路的年平均传播可靠度。车载加固计算机包括计算机主机、显示器和键盘，多串行通信接口卡17集成与车载加固计算机内，提供多个串行接口，包括RS-232、RS-485和RS-232，可根据实际需求自由设置。
[0024]本发明简要工作原理如下:
[0025]本发明利用北斗一代和二代双模终端获取对端经纬度信息和车体方位信息，并将经纬度信息和车体方位信息上报给数据处理单元进行分析处理；当数据处理单元接收到对端经纬度信息后会结合本地经纬度信息与车体方位信息计算出通信方位角和天线角度，并将分析后的数据以图文方式在计算机屏幕上进行展示，随后通过天线控制单元对天线进行调整。同时散射链路分析模块结合地理信息系统(GIS)可以对拟开通的散射通信链路进行分析并给出天线俯仰角、第一遮挡点距离、第一遮挡点高度、通信距离、散射角和通信质量预估值。通信操作员可以根据这些数据判断是否需要调整散射通信站位置、天线角度和天线俯仰。
【权利要求】
1.一种散射通信停车指导系统，包括第一散射天线(1)和第二散射天线(2),其特征在于:还包括第一北斗二代测向天线(3)、第二北斗二代测向天线(幻、北斗一代收天线巧)、北斗一代发天线￠)、天线控制单元(7)、北斗一代和二代双模终端(8)和数据处理单元(9)； 北斗一代和二代双模终端(8)的输入端口 1接收第一北斗二代测向天线(3)的输出端口 1输出的本地站车头方位信息，北斗一代和二代双模终端(8)的输入端口 2接收第二北斗二代测向天线(4)的输出端口 1输出的本地站车尾方位信息，北斗一代和二代双模终端(8)的输入端口 3接收北斗一代收天线(5)的输出端口 1输出的对端站经纬度信息；北斗一代和二代双模终端(8)将接收的本地站车头方位信息和本地站车尾方位信息进行差分处理后由输出输入端口 5输出本地站经纬度信息和车体方位信息至数据处理单元(9)的输入输出端口 1 ；北斗一代和二代双模终端(8)将接收的对端站经纬度信息由输出输入端口 6输出对端站经纬度信息至数据处理单元(9)的输入输出端口 2 ；数据处理单元(9)利用接收的本地站经纬度信息、对端站的经纬度信息和本地站车体方位信息计算出本地站和对端站的通信方位角、天线俯仰角、天线水平角、转动速度、通信距离、第一遮挡点距离本站距离、第一遮挡点海拔高度、散射角、散射通信链路年平均传播可靠度和理想车体方位角，并以图形与文字的方式动态显示在计算机屏幕上；数据处理单元(9)的输出输入端口 2输出本地站经纬度信息至北斗一代和二代双模终端(8)的输入输出端口 6 ；数据处理单元(9)根据用户需求将格式控制信息通过输出输入端口 1发送至北斗一代和二代双模终端(8)的输入输出端口 5，北斗一代和二代双模终端(8)的输出端口 4输出本地站经纬度信息至北斗一代发天线￠)的输入端口 1 ；数据处理单元(9)由输入输出端口 3将计算好的天线水平角、天线俯仰角和转动速度以协议帧格式输出至天线控制单元(7)的输入输出端口 1 ；天线控制单元(7)解析出协议帧内包含的角度和转动速度数据后按照协议帧内规定的转动速度对第一散射天线(1)和第二散射天线(2)的天线水平角度和天线俯仰进行调整，从而实现对散射天线的自动调整； 天线控制单元(7)的输入输出端口 2和输入输出端口 3分别一一对应接收第一散射天线(1)的输出输入端口 1和第二散射天线(2)的输出输入端口 1输出的多个传感器数据信息，汇总分析后形成新的协议帧，随后天线控制单元(7)把新的协议帧由输入输出端口 1输出至数据处理单元(9)输入输出端口 3，从而实现天线状态的动态监视。
2.根据权利要求1所述的一种散射通信停车指导系统，其特征在于:所述的第一北斗二代测向天线(3)和第二北斗二代测向天线(4)的连线平行于车体轴线方向，同时第一北斗二代测向天线(3)和第二北斗二代测向天线(4)的直线距离大于1.5米。
3.根据权利要求1所述的一种散射通信停车指导系统，其特征在于:所述的天线控制单元(7)包含第一散射天线控制器(10)、第二散射天线控制器(111控制指令处理单元(12)和控制数据接口单元(13)；第一散射天线控制器(10)的数据输入输出端口 2接收第一散射通信天线(1)的多个传感器状态信息，经过数据合法性判断和数据解析处理后由第一散射天线控制器(10)的输出输入端口 1将数据信息输出至控制指令处理单元(12)的输入输出端口 1 ；第二散射天线控制器(11)的输入输出端口 2接收第二散射通信天线(2)的多个传感器状态信息，经过数据合法性判断和数据解析处理后由第二散射天线控制器(11)的输出输入端口 1将数据信息输出至控制指令处理单元(12)的输入输出端口 2 ；控制指令处理单元(12)将接收的两路数据信息完成解析和综合后由输出输入端口 3输出至控制数据接口单元(13)的输入输出端口 1，控制数据接口单元(13)将接收的状态信息完成帧合成、帧校验和透明处理后由输出输入端口 2将新的协议帧输出至数据处理单元(9)的输入输出端口 3 ;控制数据接口单元(13)输出输入端口 2接收来自数据处理单元(9)输入输出端口 3的协议巾贞,完成协议巾贞的校验和透明处理后由输入输出端口 I输出至控制指令处理单元(12)的输出输入端口 3，完成数据解析后，根据控制信息内包含的地址将控制信息由输入输出端口 I输出至第一散射天线控制器(10)的输出输入端口 I或由输入输出端口 2输出至第二散射天线控制器(11)的输出输入端口 I ;第一散射天线控制器(10)将接收的控制信息由输入输出端口 2输出至第一散射通信天线(I)的输入端口 I ;第二散射天线控制器(11)将接收的控制信息由输入输出端口 2输出至第二散射通信天线(2)的输入端口1
4.根据权利要求3所述的一种散射通信停车指导系统，其特征在于:所述的第一散射天线控制器(10)和第二散射天线控制器(11)的结构完全相同。
5.根据权利要求1所述的一种散射通信停车指导系统，其特征在于:所述的数据处理单元(9)包含通信设备监控模块(14)、通信方位角计算模块(15)、散射链路分析模块(16)和多串行通信接口卡(17);其中，通信设备监控模块(14)通过多串行通信接口卡(17)进行接口转换完成对天线控制单元(7)的状态查询和设置，完成与北斗一代和二代双模终端(8)的数据交互；通信设备监控模块(14)与通信方位角计算模块(15)进行本地站和对端站的经纬度信息的数据交互；通信设备监控模块(14)与散射链路分析模块(16)进行包括收发频率、功率等级、传输速率以及本地站和对端站的经纬度信息的数据交互；通信方位角计算模块(15)获取本地通信站和对端通信站的经纬度信息并自动计算本地通信站和对端通信站的通信方位角；散射链路分析模块(16)结合地理信息系统和散射链路通信质量模型完成通信链路的分析和计算。
6.根据权利要求5所述的一种散射通信停车指导系统，其特征在于:所述的通信设备监控模块(14)对天线控制单元(7)的设置包括:散射通信设备的收发频率、功率等级、工作模式、传输速率、射频资环、中频资环、系带资环、数据接口、天线水平角度、俯仰角度和转动速率。
7.根据权利要求5所述的一种散射通信停车指导系统，其特征在于:所述的多串行通信接口卡(17)集成在加固型车载计算机机箱内，可以扩展出多个串口，支持RS-232，RS-485, RS-422 方式。
【文档编号】G08G1/16GK104393913SQ201410723563
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】郭兆华, 孟松, 李亚星, 张媛媛, 郭惠坤 申请人:中国电子科技集团公司第五十四研究所