船用通信天线及4G与卫星网络相互切换的装置的制作方法

本公开涉及一种船用通信天线及4g与卫星网络相互切换的装置。

背景技术：

为了船舶的出行安全，按相关规定，出海船舶需要配备多种无线电通信设备。其中，有用于驾驶室与甲板之间通信联络的海事对讲机，有用于救生的双向无线电话，用于港内及船舶之间联系用的高频(veryhighfrequency，vhf)台式对讲机，用于与岸台之间联系的单边带电台，用于与岸之间联系的中高频电台，用于与陆地联系的海事卫星电话，用于与国际救援组织及岸站联系的国际卫星通信系统，用于卫星定位的gps终端机，用于船舶遇险救援的卫星应急示位标机，用于船舶遇险用的雷达应答器等。

其中，天线是这些现代通信设备的“大门”，无线电信号的出入及一切涉外活动都是经过这个门来掌控。这个“门”决定着通信的质量。一个高效的天线需要能够快速锁定卫星，适配多种控制协议以匹配全球范围的卫星网络。

技术实现要素：

为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供了一种船用通信天线及其控制器。

根据本公开的第一方面，一种船用通信天线包括卫星天线，用于发射或接收卫星信号；gps模块，用于获取地理位置信息；倾角仪，用于测量卫星天线的方位角、俯仰角；以及微控制单元，用于通过地理位置信息计算接收卫星信号所需的方位角、俯仰角和极化角。

根据本公开的至少一个实施方式，船用通信天线还包括微机电系统，其包括角速度计和加速度计。

根据本公开的至少一个实施方式，微控制单元根据角速度计和加速度计的信号、地理位置信息实时计算接收卫星信号所需的方位角、俯仰角和极化角。

根据本公开的至少一个实施方式，船用通信天线还包括天线座架，用于支撑卫星天线，并使卫星天线在规定空域内运动。

根据本公开的至少一个实施方式，船用通信天线还包括pid稳定模块，其根据微控制单元计算的方位角、俯仰角和极化角控制天线座架使得卫星天线转到合适的角度以接收卫星信号。

根据本公开的至少一个实施方式，pid稳定模块的控制频率大于200hz。

根据本公开的至少一个实施方式，船用通信天线还包括坐标变换模块，用于将位置信息和运动信息在不同坐标系中进行变换。

根据本公开的至少一个实施方式，船用通信天线还包括自适应卡尔曼滤波器，用于处理角速度计、加速度计和倾角仪的数据。

根据本公开的第二方面，一种4g与卫星网络相互切换的装置，包括：上述船用通信天线；4g天线；以及控制器，其采用防掉线机制，设置为在有4g信号时优先使用4g网络，无4g信号时自动切换为卫星网络；其中，4g天线与控制器连接，船用通信天线与控制器连接。

根据本公开的至少一个实施方式，4g与卫星网络相互切换的装置还包括调制解调器和交换机；其中，船用通信天线与调制解调器通过两根同轴线缆连接，调制解调器与交换机连接，交换机与控制器连接。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是根据本公开至少一个实施方式的4g与卫星网络相互切换的装置的结构示意图。

图2是根据本公开至少一个实施方式的控制器逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

在本公开的至少一个实施方式中，本公开提供了一种船用通信天线及4g与卫星网络相互切换的装置。

根据本公开的第一方面，一种船用通信天线包括卫星天线，用于发射或接收卫星信号；gps模块，用于获取地理位置信息；倾角仪，用于测量卫星天线的方位角、俯仰角；以及微控制单元，用于通过地理位置信息计算接收卫星信号所需的方位角、俯仰角和极化角。

船用通信天线还包括微机电系统，其包括角速度计和加速度计。

微控制器或微控制单元能够根据角速度计和加速度计的信号计算得到船舶的姿态，再结合gps获取的地理位置信息，能够实时计算/预测接收卫星信号所需的方位角、俯仰角和极化角，完成对天线方位角、俯仰角和极化角度的最优控制，使得天线能够快速对准并跟踪卫星。

船用通信天线还包括天线座架，用于支撑卫星天线，并使卫星天线在规定空域内运动。该天线座架采用高谐振频率的座架形式，保证了控制频率。该天线座架机械稳定性好，最大转动角速度可达每秒60°，控制精度达到±0.2°，俯仰范围为0～85°，极化范围为±90°。

船用通信天线还包括pid稳定模块，其根据微控制单元计算的方位角、俯仰角和极化角控制天线座架转动卫星天线，使得卫星天线转到合适的角度以接收卫星信号。pid稳定模块的控制频率大于200hz。

船用通信天线还包括坐标变换模块，用于将船舶的位置信息和运动信息、卫星的位置信息在不同坐标系中进行变换。

船用通信天线控制器内置了自适应卡尔曼滤波器，用于处理角速度计、加速度计和倾角仪等传感器的数据，该方法通过卫星信号强度变化估算出传感器数据的误差，从而提高设备的可靠性和稳定性。

本公开提供的船载卫星通信天线能够存储多个卫星信息，换星简单，内置倾角仪，能够快速锁定卫星，配备高效率天线馈源，能够独立工作，无需罗经信号，内置gps模块，内置modbus控制协议，兼容openamip控制协议，具有高可靠性高、性能优越的特点，能够广泛使用于公务船、工程船、商船、游艇、石油平台、渔业船舶等。

根据本公开的第二方面，一种4g与卫星网络相互切换的装置，如图1所示，包括：上述船用通信天线、4g天线以及控制器。其中，4g天线、船用通信天线分别与控制器连接。

4g与卫星网络相互切换的装置还包括调制解调器和交换机；交换机的功能主要是进行vlan划分，实现网络隔离，提高网络安全性。其中，船用通信天线与调制解调器通过两根同轴线缆连接，调制解调器与交换机连接，交换机与控制器连接。

可见，船用通信天线配备有三个接口，2根同轴线缆接入调制解调器，1根6芯线缆接入室内控制器(idu)。

如图2所示，控制器同时与4g天线和卫星天线连接，即能够连接到4g公网和卫星网络。为了适应不同的卫星通信系统，控制器适配多种控制协议，从而可适应全球范围的卫星网络应用。室外4g天线在船上是必要的补充，在有4g信号时，可切换为4g网络，节约通信费用。控制器采用防掉线机制，根据路由及状态做出判断，在有4g信号时优先使用4g网络，无4g信号时自动切换为卫星网络，保证数据终端永远在线。

该控制器采用工业级arm处理器和无线模块，提供4个lan接口，1个wan接口，1个wifi接口，可同时连接以太网设备和wifi设备，实现透明传输和路由功能。如图1所示，船舶上的通信设备(即用户设备)可以通过lan口或wifi与控制器连接，其中，用户设备可以是支持以太网或wifi的任何设备。

该装置提供的网络支持多种wan连接方式，包括静态ip、dhcp、pppoe、3g/umts/4g/lte、dhcp-4g；支持远程管理，syslog、snmp、telnet、sshd，https等功能；支持本地和远程在线升级，导入导出配置文件；支持ntp，内置rtc；支持国内外多种ddns；支持vlan、mac地址克隆，pppoe服务器；wifi支持802.11b/g/n；支持tcp/ip、udp、ftp(可选)、http等多种网络协议；支持spi防火墙、vpn穿越和访问控制、url过滤等功能。

本公开提供的4g与卫星网络相互切换的装置集成了天线控制和4g、wifi模块，同时解决网络路由自动切换问题，在有公网lte/wcdma/evdo时，自动切换卫星信号为公网信号，以此节省用户的上网成本。卫星为备份网络，无4g信号时自动切换为卫星网络。控制器采取完备的防掉线机制，确保无线通信的可靠进行。装置通过web界面进行参数配置，方便系统配置。该产品适用于工程船、公务船等各种船只。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。