用于海事高速寬帶通信聯(lián)網(wǎng)的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】用于在海事同時(shí)操作（SIMPOS）中涉及的若干實(shí)體之間提供集成的長程、高容量通信系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)利用通過軟件控制在方位角和仰角兩者上可控制的窄波瓣相位可引導(dǎo)天線。
【專利說明】用于海事高速寬帶通信聯(lián)網(wǎng)的方法和系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序的用于在若干實(shí)體之間設(shè)置海事高速寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的方法。
[0002]本發(fā)明還涉及根據(jù)權(quán)利要求36的前序的用于在若干實(shí)體之間使用的集成高速寬帶通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]在海事同時(shí)操作(SIMOPS)中，所涉及的各方之間的有效和安全通信是至關(guān)重要的。當(dāng)前使用的通信系統(tǒng)主要是需要在操作之前在各方之間協(xié)調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)VHF和衛(wèi)星通信。VHF通信是經(jīng)過驗(yàn)證的語音通信方法，但不支持包含DP系統(tǒng)、電子圖表系統(tǒng)(ECS、E⑶IS)和計(jì)算機(jī)控制決定支持系統(tǒng)的復(fù)雜操作中所需要的高數(shù)據(jù)率。衛(wèi)星通信可支持高數(shù)據(jù)率，但其常常在通信鏈中引入不希望的延遲。因此，當(dāng)今的復(fù)雜SIMOPS需要被定制為從涉及的實(shí)體集成大量的數(shù)據(jù)通信源和支持實(shí)況視頻的長程、高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
[0004]由于短的距離和低的抗干擾性，因此，現(xiàn)貨供應(yīng)寬帶網(wǎng)絡(luò)不太適于SIMOPS環(huán)境。對(duì)于支持在SIMOPS中發(fā)現(xiàn)的要求高的應(yīng)用，這種網(wǎng)絡(luò)的能力也太低。并且，這種單元對(duì)于海上傳送沒有被優(yōu)化，這會(huì)使它們的性能大大劣化。
[0005]GB2448510A公開了包含第一天線的射頻通信方法、裝置或系統(tǒng)，該第一天線向第二天線傳送關(guān)于其位置的信息，該第二天線接收所述信息并使用它以將來自第二天線方向的輻射射束對(duì)準(zhǔn)到第一天線的位置。該公開描述了基于傳送位置信息的全向天線與出于通信目的使用的高度方向性天線之間的切換天線的波瓣對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。即使實(shí)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)，雙重天線方法也是復(fù)雜和昂貴的。使用全向天線還將限制系統(tǒng)距離，原因是它們具有零天線增益。即使傳送速度降低以克服該問題，該系統(tǒng)的性能也沒有對(duì)于位置和數(shù)據(jù)傳送兩者都具有高的天線增益的系統(tǒng)好。
[0006]US2005176372A公開了用于海事應(yīng)用的高度集成的可靠的架構(gòu)無線電系統(tǒng)。特別地，US2005176372A涉及用于海事應(yīng)用中的無線未許可帶無線電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含提供最小120度覆蓋(3dB點(diǎn))的三個(gè)扇區(qū)天線，這些扇區(qū)天線組合以實(shí)現(xiàn)360度的連續(xù)覆蓋。該公開描述了在對(duì)于覆蓋單獨(dú)的扇區(qū)使用單獨(dú)的單元的配置中使用標(biāo)準(zhǔn)WLAN設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)WLAN設(shè)備不太適用于海上開放路徑，在這里，海洋反射將導(dǎo)致深零、低的信號(hào)噪聲比和系統(tǒng)間干擾問題。并且，當(dāng)若干用戶登錄到網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)WLAN設(shè)備具有降低的能力。當(dāng)在海事環(huán)境中預(yù)期有反射和干擾信號(hào)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)WLAN方法一般不滿足SIMOPS中的要求高的需求。
[0007]US2002169527公開了用于海洋船舶跟蹤系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)。特別地，US2002169527涉及自動(dòng)海洋船只跟蹤系統(tǒng)和方法。具體而言，該公開涉及用于通過利用來自海洋船只的有限次數(shù)的傳送來精確監(jiān)視海洋船只的移動(dòng)的船只跟蹤系統(tǒng)和方法。該公開描述了基于GPS和向中心控制單元無線傳送位置數(shù)據(jù)的簡單跟蹤系統(tǒng)。船舶只報(bào)告什么時(shí)候觀察到從最后報(bào)告的位置的主要偏移?？刂茊卧馔莆恢脭?shù)據(jù)，并且可通過一定的精度查明船舶的位置。描述的系統(tǒng)不足以滿足在SIMOPS中需要的位置數(shù)據(jù)率。由于SIMOPS由相互接近的船舶和結(jié)構(gòu)表征，因此位置更新必須接近實(shí)時(shí)。因此，數(shù)據(jù)能力和速度十分重要。如在本申請(qǐng)中描述的那樣，SMOPS通信必須另外是虛擬的。
[0008]US2006276992描述了用于近海無線電網(wǎng)絡(luò)的分段式天線系統(tǒng)及其使用方法。特別地，US2006276992涉及無線電網(wǎng)絡(luò)，具體而言，涉及用于在海洋地震勘測中使用的近海無線電網(wǎng)絡(luò)的分段式天線系統(tǒng)。該公開描述了天線波瓣通過切換在圓中布置以便獲得全方位角覆蓋的物理天線引導(dǎo)。利用大量的具有固定天線波瓣的物理天線單元給出靜態(tài)方案。如果天線元件通過繼電器被選擇，那么在切換布置中將損失一些電力。使用繼電器意味著更多的服務(wù)和較高的停供時(shí)間。并且，這種天線布置將不允許天線波瓣的仰角引導(dǎo)。由于如果在傳送路徑中存在障礙則仰角可能是十分重要的，因此，與覆蓋方位角和仰角兩者的動(dòng)態(tài)引導(dǎo)系統(tǒng)相比，該方案很顯然是較差的方案。
[0009]US2004229652公開了在無線通信系統(tǒng)中射束形成的協(xié)調(diào)。US2004229652特別涉及用于協(xié)調(diào)在無線通信系統(tǒng)中的兩個(gè)通信實(shí)體之間使用的射束形成的方法和系統(tǒng)。該公開基于測量波瓣指向誤差并在步驟中減少它直到指向誤差被最小化。但是，它沒有公開如何初始地測量誤差?；旧希摴_是用于減少已知的指向誤差的簡易方法。該系統(tǒng)利用全方向和定向天線兩者，并因此是復(fù)雜的方案。
[0010]US2011032149公開了用于無線寬帶通信的天線優(yōu)化的系統(tǒng)和方法。增強(qiáng)的天線陣列包含較高增益天線和較低增益天線。射束形成天線(較高增益和較低增益兩者)被設(shè)計(jì)為能夠針對(duì)另一收發(fā)器傳送和接收。較高增益天線被設(shè)計(jì)為形成明顯更接近機(jī)載平臺(tái)的視平線的更具方向性的射束；而較低增益天線被設(shè)計(jì)為形成在更遠(yuǎn)離機(jī)載平臺(tái)的視平線的距離處的不太具方向性的射束。較高增益和較低增益天線兩者均在水平上圍繞天線陣列在360度上形成它們各自的射束。較高增益天線被設(shè)計(jì)為用于從機(jī)載平臺(tái)的視平線到沿垂直方向到機(jī)載平臺(tái)的視平線的大致銳角的覆蓋區(qū)域，并且，較低增益天線被設(shè)計(jì)為用于從到機(jī)載平臺(tái)的視平線的大致銳角到基本上垂直的覆蓋區(qū)域。該公開的申請(qǐng)?zhí)貏e涉及在機(jī)載平臺(tái)與表面基站之間在未許可射頻譜上傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容。因此，該系統(tǒng)假定機(jī)載平臺(tái)與基站通信，并且不被布置為直接相互通信，而這在SMPOS操作中是絕對(duì)需要的。該系統(tǒng)均不被布置為考慮通信單元將在操作中移動(dòng)，原因是該系統(tǒng)基于與通常具有固定位置的表面基站通信。US2011032149的系統(tǒng)使用用于搜索基站的低增益天線和用于與基站通信的高增益天線。如上所述，US2011032149的系統(tǒng)不被布置為允許用戶即機(jī)載平臺(tái)直接相互通信，但用戶在它們的側(cè)邊與在網(wǎng)絡(luò)中被連接的基站通信，以形成使得單元之間的基站網(wǎng)絡(luò)通信變得可能的網(wǎng)絡(luò)。通過具有較高增益天線和較低增益天線，導(dǎo)致它需要兩個(gè)機(jī)械單元和用于分離信號(hào)的裝置。并且，如上所述，US2011032149的系統(tǒng)不被布置為考慮其它單元的移動(dòng)，即，這將導(dǎo)致，如果機(jī)載平臺(tái)要與之通信的單元不處于較低增益天線的覆蓋區(qū)域內(nèi)，那么通信將不可能。如果機(jī)載平臺(tái)要與之通信的單元移動(dòng)到較低增益天線的覆蓋區(qū)域外面，這也同樣出現(xiàn)，從而導(dǎo)致通信失敗。該系統(tǒng)均不被布置為處理反射，這些反射對(duì)于將在以下討論的海事SIMPOS操作存在。
[0011]當(dāng)建立海事移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)會(huì)出現(xiàn)的另一問題是關(guān)于允許使用的頻率和功率水平的本地政府。在海事SMPOS中，操作的現(xiàn)場可總體改變，因此，必須使頻率和功率水平的使用適于在各地理區(qū)域中允許的水平。關(guān)于功率水平和頻譜使用的國家規(guī)章會(huì)在不同的地理位置之間明顯改變，并且可在區(qū)域和國家之間具有明顯的不同。并且，在國際水域中，規(guī)章將與國家規(guī)章不同?；诖?，如果操作的區(qū)域包含多于一個(gè)的國家或者部分地處于國際水域中，那么功率水平和頻率可能必須從一個(gè)區(qū)域到另一區(qū)域并且甚至在海事SMPOS操作過程中改變。
[0012]當(dāng)前的系統(tǒng)當(dāng)在具有不同的司法體系的區(qū)域之間移動(dòng)時(shí)依賴于手動(dòng)過程以改變頻率和功率水平。這是耗時(shí)和麻煩的過程，當(dāng)改變需要的參數(shù)時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致人為的錯(cuò)誤。
[0013]在存在多個(gè)無線電發(fā)射器和雷達(dá)系統(tǒng)的區(qū)域中出現(xiàn)的另一問題是干擾通信鏈接。在海事SIMPOS操作中，一般存在大量的在不同頻率下操作的無線電發(fā)射器。由于大多數(shù)的無線電發(fā)射器將具有一些諧波和假的輻射，因此，干擾通信系統(tǒng)的可能性相當(dāng)高。
[0014]對(duì)于通信鏈接的干擾可能是非常有害的，并且甚至?xí)耆P(guān)閉通信鏈接。另一嚴(yán)重的情況是當(dāng)干擾修改數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)內(nèi)容時(shí)，此時(shí)由此得到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，這些錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)在某些情況下會(huì)導(dǎo)致操作的失敗。當(dāng)前用于避免干擾的過程常常是手動(dòng)改變頻率或功率水平，并由此重新建立有用的信號(hào)噪聲比。根據(jù)干擾源和到該源的距離，參數(shù)的手動(dòng)改變可能是成功的或者可能是不成功的。
[0015]關(guān)于海上無線電傳送的主要問題是來自海面的反射和高濕度區(qū)域中的信號(hào)的衰減和折射。接收信號(hào)將是直接信號(hào)和來自海面以及還可能包含諸如船舶側(cè)的其它的反射表面的反射的總和。在不利的條件下，這些反射可能具有與主信號(hào)相同的振幅，并因此嚴(yán)重干擾主信號(hào)。由于反射信號(hào)的相位依賴于行進(jìn)的附加的路徑長度和反射表面的反射性能，因此反射信號(hào)可具有與直接信號(hào)相反的相位，并由此抵消它。
[0016]在有風(fēng)的條件下，表面波將改變反射表面的位置。這將在接收信號(hào)中引入附加的噪聲并更多地降低信道質(zhì)量。
[0017]當(dāng)前減少來自海面的反射的方式是使用具有窄波瓣的天線，該天線盡可能多地抑制不希望的信號(hào)。
[0018]因此，不存在滿足對(duì)于海事SIMPOS操作設(shè)定的特殊和要求高的需要的系統(tǒng)或方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明的主要目的是，提供解決與海事SMPOS操作有關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)的方法和系統(tǒng)。
[0020]本發(fā)明的另一目的是，提供用于提供用于SMPOS操作的海事高速寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的方法和系統(tǒng)。
[0021]本發(fā)明的目的是，提供用于海事SMPOS操作中的可靠、無線長程、高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。
[0022]另一目的是，提供通過從所有可用的傳感器引入高速數(shù)據(jù)傳送提供操作的更高的安全性和可靠性的方法和系統(tǒng)。
[0023]另一目的是，提供通過使用可通過軟件控制在方位角和仰角兩者都可控的窄相位可引導(dǎo)天線來使得復(fù)雜性比現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)低的方法和系統(tǒng)。
[0024]本發(fā)明的另一目的是，提供主動(dòng)提供監(jiān)視使用中的通信信道并且被布置為僅使用自由信道以避免干擾其它系統(tǒng)的方法和系統(tǒng)。
[0025]本發(fā)明的另一目的是，提供被布置為在接收側(cè)、在傳送側(cè)或者在兩側(cè)通過窄相位可引導(dǎo)天線的軟件控制來處理來自反射信號(hào)的干擾的方法和系統(tǒng)。
[0026]本發(fā)明的另一目的是，提供用于提供各單元之間的測距的方法和系統(tǒng)。
[0027]本發(fā)明的另一目的是，提供用于關(guān)于承載相位可引導(dǎo)天線的單元的移動(dòng)主動(dòng)補(bǔ)償射束引導(dǎo)算法的方法和系統(tǒng)。
[0028]本發(fā)明的另一目的是，提供被布置為使用比如GPS數(shù)據(jù)的位置數(shù)據(jù)以控制系統(tǒng)的操作參數(shù)的方法和系統(tǒng)，該操作參數(shù)包含承載相位可引導(dǎo)天線的單元的位置、朝向和速度。
[0029]本發(fā)明的另一目的是，提供被布置為用通過測量兩個(gè)單元之間的消息的飛行時(shí)間和射束角度獲得的位置來檢查位置數(shù)據(jù)的方法和系統(tǒng)。
[0030]最后，本發(fā)明的目的是，提供用于在本地產(chǎn)生可被網(wǎng)絡(luò)中的任意單元使用的用于GPS的差動(dòng)校正信號(hào)的方法和系統(tǒng)。
[0031]本發(fā)明
[0032]在權(quán)利要求1中描述根據(jù)本發(fā)明的用于設(shè)置海事高速寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的方法。在權(quán)利要求2?35中描述了該方法的優(yōu)選的特征。
[0033]在權(quán)利要求36中描述根據(jù)本發(fā)明的集成海事高速寬帶通信網(wǎng)絡(luò)。在權(quán)利要求37?48中描述該系統(tǒng)的優(yōu)選的特征。
[0034]對(duì)于寬帶高容量數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的需求基于這樣一種事實(shí)，即，海事SMPOS操作要求大量的數(shù)據(jù)傳送，這些數(shù)據(jù)傳送例如用于更新操作數(shù)據(jù)庫、電子地圖(E⑶IS、ECS)、系統(tǒng)軟件、雷達(dá)顯示的傳送、表示冰條件的衛(wèi)星圖片的傳送、實(shí)況視頻、海底圖和類似的信息。
[0035]本發(fā)明是用于在海事同時(shí)操作(SIMPOS)中涉及的諸如船舶和單元的若干實(shí)體或用戶之間直接通信的集成長程、高容量通信系統(tǒng)的新方法。
[0036]SMPOS被描述為具有相互危險(xiǎn)地干擾的可能性的同時(shí)海事活動(dòng)。當(dāng)兩個(gè)或更多個(gè)船舶或單元一起工作時(shí)，總是存在不希望的事件或一組情況的可能性，從而降低安全性、損害環(huán)境或者財(cái)產(chǎn)。SIMPOS操作一般包含但不限于:
[0037]一在安裝安全區(qū)域內(nèi)承擔(dān)非例行操作的船舶；
[0038]一在海底臍帶、階崖和流線上工作；
[0039]一通過若干船舶和承包商的現(xiàn)場開發(fā)工作。
[0040]船舶包含例如潛水支持船舶、起重船舶、供給船、駁船、輸油管線和電纜管線、住處、地震和監(jiān)測船舶、ROV船舶和在動(dòng)態(tài)定位模式中操作的船舶。安裝包含例如固定和浮動(dòng)制造平臺(tái)、鉆井索具、DP制造單元、FPSO和FPU。
[0041]SIMPOS操作常常涉及多個(gè)公司(所有人、合同商、轉(zhuǎn)包合同商、賣方)、大量的受過訓(xùn)練的勞動(dòng)力和各種各樣的日常、24小時(shí)、例行和非例行構(gòu)建和委任活動(dòng)。
[0042]因此，SIMPOS操作涉及協(xié)作的幾種類型的船舶、單元和固定安裝以通過執(zhí)行一個(gè)或更多個(gè)操作/任務(wù)實(shí)現(xiàn)共同的目的。為了以高的安全性和效率實(shí)施操作/任務(wù)，需要具有高的容量的共用通信網(wǎng)絡(luò)。已存在幾種通信方法，但是，對(duì)于海事SMPOS操作的要求高的需求，它們均不具有足夠的容量、距離和安全性。
[0043]現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)和方法不具有用于傳送在海事環(huán)境中涉及若干船舶、機(jī)載單元和固定安裝的先進(jìn)SMPOS所需要的數(shù)據(jù)體積的足夠的速度或距離。現(xiàn)有技術(shù)，比如WLAN設(shè)備，具有短的距離，沒有對(duì)于海上的傳送被優(yōu)化，并且當(dāng)多于一個(gè)單元使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)，具有降低的容量。[0044]本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的主要改進(jìn)在于波瓣引導(dǎo)。盡管整相陣列天線在文獻(xiàn)中是已知的，但本發(fā)明使得能夠提供打開角度比現(xiàn)有技術(shù)小得多的天線波瓣。已實(shí)現(xiàn)利用新穎技術(shù)和先進(jìn)信號(hào)處理的+/-4度打開角度。
[0045]并且，方位角和仰角兩者的指向角度可僅通過軟件控制被查明到若干度的精度。在方位角和仰角兩者方面控制射束是獲得可能的最佳性能的先決條件，這是到目前為止沒有在現(xiàn)有技術(shù)的公開中描述的事實(shí)。[0046]本發(fā)明的高速和長程特性使得能夠在海事SIMPOS操作中傳送大容量的數(shù)據(jù)。在海事SIMPOS環(huán)境中嵌入本發(fā)明將增加數(shù)據(jù)可用性和常用地圖、視頻傳送、數(shù)據(jù)庫和先進(jìn)決定支持系統(tǒng)的用途。并且，本發(fā)明將有助于增大來自海事SMPOS操作中涉及的所有單元的傳感器數(shù)據(jù)的流動(dòng)和共享。在海事SIMPOS操作中使用本發(fā)明將大大有助于增大涉及的所有單元的安全性和可靠性。
[0047]現(xiàn)有技術(shù)還無法提供具有高集成度和共用用戶界面的通信系統(tǒng)。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將包括包含以下特征中的一個(gè)或更多個(gè)的通信系統(tǒng):
[0049].語音通信
[0050].數(shù)據(jù)通信
[0051].實(shí)時(shí)視頻流動(dòng)
[0052]?數(shù)據(jù)/信息的存儲(chǔ)
[0053].用戶界面
[0054].用戶控制單元
[0055]?數(shù)據(jù)/信息接口單元
[0056].集成消息系統(tǒng)
[0057].用于增大對(duì)干擾和阻塞的抵抗力的裝置
[0058]?用于簡單安裝和操作的裝置
[0059].記錄設(shè)施一關(guān)鍵事件的回放
[0060].用于產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)以用于模擬和訓(xùn)練目的的裝置
[0061].對(duì)接其它的通信系統(tǒng)以向操作室和總部傳送極重要的數(shù)據(jù)；
[0062].其它
[0063]所有單元必須能夠通過普通的電話系統(tǒng)或者通過揚(yáng)聲器相互對(duì)話。會(huì)議設(shè)施對(duì)于SIMPOS操作是必不可少的。
[0064]對(duì)于數(shù)據(jù)通信，為了在單元之間傳送諸如DP信息、測量數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的位置數(shù)據(jù)，高速和高容量數(shù)據(jù)信道是必不可少的。數(shù)據(jù)必須在顯示狀態(tài)信息、計(jì)劃數(shù)據(jù)、調(diào)度、繪圖、操作支持?jǐn)?shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫搜索等的集成用戶界面中，對(duì)于用戶是可用的。
[0065]對(duì)于操作中涉及的所有單元，不同單元上機(jī)載的視頻照相機(jī)的數(shù)據(jù)應(yīng)是可用的。
[0066]為了在完成操作之后評(píng)價(jià)工作處理和事件，必須提供數(shù)據(jù)/信息的存儲(chǔ)。應(yīng)存儲(chǔ)包含聲音、數(shù)據(jù)、視頻、操作數(shù)據(jù)等的所有通信數(shù)據(jù)，以供以后的回顧和評(píng)價(jià)。
[0067]必須可從用戶界面配置通信系統(tǒng)。為了反映當(dāng)前的操作需求，配置必須很容易改變。還必須可很容易地在系統(tǒng)的配置中限定存儲(chǔ)功能。
[0068]位置數(shù)據(jù)(朝向、速度、位置等)、距離、容量和傳送速度是通信系統(tǒng)的最重要的參數(shù)。由于反射、大氣波導(dǎo)現(xiàn)象和其它傳送現(xiàn)象，海上傳送決不變得沒有意義，因此，通信系統(tǒng)必須關(guān)于這些效果被優(yōu)化。在UHF/SHF下操作的普通寬帶調(diào)制解調(diào)器不具有足夠的容量或距離以滿足一般為在5km距離上10Mbit/sec的海事SMPOS要求。
[0069]海上無線電傳送將提供來自海面的反射和高濕度區(qū)域中的信號(hào)的衰減和折射。接收信號(hào)將是直接信號(hào)與來自海面的反射的總和，該反射在不利的條件下會(huì)具有與主信號(hào)相同的振幅，并因此嚴(yán)重干擾主信號(hào)。由于反射信號(hào)的相位依賴于行進(jìn)的附加路徑長度和反射表面的反射性能，因此反射信號(hào)可具有直接信號(hào)的相反相位，并由此消除它或者至少弱化該信號(hào)，使得導(dǎo)致較差的傳送質(zhì)量。有風(fēng)條件導(dǎo)致表面波改變反射表面的位置，這種改變將在接收信號(hào)中引入附加的噪聲，并進(jìn)一步降低信道質(zhì)量。當(dāng)前減少來自海面的反射的方式是使用具有窄波瓣的天線，該天線盡可能多地抑制不希望的信號(hào)。因此，現(xiàn)有技術(shù)有助于減少干擾問題，但僅在一定程度上。
[0070]根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)通過利用給出非常窄和可引導(dǎo)天線波瓣的窄波瓣相位可弓I導(dǎo)天線連同特有的調(diào)制和數(shù)據(jù)傳送控制方法以優(yōu)化傳送速度和距離，從而克服普通寬帶(WLAN)設(shè)備的限制。
[0071]通過本發(fā)明利用具有非常窄的射束寬度的可引導(dǎo)波瓣，提供更有效的減少上述的由于反射導(dǎo)致的干擾的方式。通過將一個(gè)天線波瓣指向傳送天線并且一個(gè)波瓣指向反射點(diǎn)，能夠在反射信號(hào)上引入附加的相位偏移，使得它將總是將反射信號(hào)添加到直接信號(hào)。反射信號(hào)可由此變?yōu)榻ㄔO(shè)性的信號(hào)，該建設(shè)性的信號(hào)將總是改善通信信道。
[0072]另一可用于此的方法是，在傳送天線和/或接收天線中，沿反射點(diǎn)的方向在天線圖中產(chǎn)生一個(gè)或更多個(gè)零。由于反射點(diǎn)依賴于傳送單元與接收單元之間的距離和兩側(cè)處的天線高度，因此，當(dāng)傳送單元和接收單元的位置已知時(shí)，可以高精度地計(jì)算反射點(diǎn)的方向和位置。反射點(diǎn)的位置然后在用于形成沿反射點(diǎn)的方向具有一個(gè)或更多個(gè)零的天線波瓣的軟件中被用作輸入?yún)?shù)?？稍谕ㄐ怕窂降母鱾?cè)完成這一點(diǎn)，由此在很大程度上減少反射路徑中的傳送功率和接收功率。在現(xiàn)有技術(shù)中，自適應(yīng)地形成傳送天線射束以避免朝向反射點(diǎn)的傳送不是已知的。該方法被稱為自適應(yīng)反射消除(ARC)，并且在后面被進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0073]另一減少海面反射的效果的方法是，通過用反射路徑建立專用的監(jiān)視信道，來監(jiān)視反射點(diǎn)的特性?？赏ㄟ^僅監(jiān)視接收信號(hào)或者通過使用具有從傳送單元傳送的已知的參數(shù)和調(diào)制的專用導(dǎo)頻信號(hào)，來實(shí)現(xiàn)該方法。
[0074]在第一實(shí)現(xiàn)中，接收單元將窄波瓣直接指向反射點(diǎn)。接收信號(hào)然后被分析，并且，反射點(diǎn)的特性參數(shù)，比如振幅和相位延遲，被測量并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中。這些參數(shù)將根據(jù)由于風(fēng)、波浪和其它的海狀態(tài)參數(shù)導(dǎo)致的海面的移動(dòng)而隨時(shí)間改變。隨時(shí)間測量振幅和相位變化使得能夠產(chǎn)生反射表面和反射信號(hào)的行為的模型，并且該模型可被用于估計(jì)可用于校正主信號(hào)的校正信號(hào)。由于主要關(guān)心反射參數(shù)的短期變化并且海狀態(tài)的變化與調(diào)制信號(hào)的周期相比將具有相對(duì)較長的周期，因此能夠通過使用該方法實(shí)現(xiàn)良好的校正信號(hào)估計(jì)。
[0075]在該原理的第二實(shí)現(xiàn)中，通過已知的碼字序列調(diào)制的專用載波直接指向反射點(diǎn)。在接收端，信號(hào)將受到海反射影響并且碼字將錯(cuò)亂。由于碼字序列是已知的，因此能夠通過使用使接收信號(hào)和已知信號(hào)相關(guān)的相關(guān)器產(chǎn)生校正信號(hào)。估計(jì)的校正信號(hào)然后也被應(yīng)用于主信號(hào)，由此校正主信號(hào)。
[0076]使用軟件控制的相位可引導(dǎo)天線波瓣的又一實(shí)現(xiàn)是將波瓣仰角調(diào)整到用于接收的最佳無干擾角度。
[0077]具有波瓣的軟件控制還允許將波瓣分成兩個(gè)主部分，一個(gè)波瓣與直接自由空間路徑對(duì)準(zhǔn)，并且一個(gè)直接指向反射點(diǎn)。通過使用先進(jìn)的信號(hào)處理，直接信號(hào)可然后被延遲，因此，它與反射信號(hào)同相位，由此，在直接信號(hào)與反射信號(hào)之間產(chǎn)生建設(shè)性的干擾，以便消除反射信號(hào)的負(fù)面影響。
[0078]應(yīng)當(dāng)指出，反射不僅僅由于海表面反射，而且還來自其它的表面，比如船舶表面或產(chǎn)生反射信號(hào)的其它的源。
[0079]提出的本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于，天線系統(tǒng)被固定并且不包含移動(dòng)部分。這使得天線安裝極其容易并且將天線維護(hù)減少到最少。
[0080]根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)被布置用于以下的基本操作中的一個(gè)或更多個(gè):
[0081].單元上的所有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)源通過接口單元與通信系統(tǒng)對(duì)接，這里，接口標(biāo)準(zhǔn)一般是比如RS232、RS422、USB等的數(shù)據(jù)接口 ；
[0082]?接口單元與被布置為負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信道切換、多路復(fù)用、用戶界面和無線電系統(tǒng)的對(duì)接的用戶控制單元連接；
[0083].用戶控制單元控制向無線電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送，并且供給用于操作無線電的輸入數(shù)據(jù)，即，功率水平，天線波瓣引導(dǎo)控制、尋址或用戶等。
[0084]為了成為通信網(wǎng)絡(luò)的一部分,海事SMPOS操作中涉及的所有用戶均優(yōu)選具有相同類型的設(shè)備，以下，被描述為用戶單元。一個(gè)用戶單元可被定義為主機(jī)用戶單元。主機(jī)用戶單元被布置為根據(jù)選擇的配置來配置在網(wǎng)絡(luò)中操作的其它的用戶單元。因此，主機(jī)單元將不用作用戶單元必須通過其傳送的基站，而用作設(shè)定網(wǎng)絡(luò)的通信性能的主機(jī)。并且，如果條件有利的話，主機(jī)的角色可被重新分配給另一單元。
[0085]通信網(wǎng)絡(luò)將用作設(shè)置所選擇的通信路徑并且將來自相關(guān)來源的數(shù)據(jù)供給到所選擇的用戶并用于直接在相應(yīng)的用戶之間通信的集成和智能網(wǎng)絡(luò)。
[0086]用戶控制單元被布置為在優(yōu)選對(duì)于所有用戶相同的集成用戶界面上呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。
[0087]用戶控制單元進(jìn)一步被布置為分配狀態(tài)數(shù)據(jù)、來自操作的圖片或視頻流動(dòng)，并且在同一用戶界面中呈現(xiàn)信息。典型的視頻呈現(xiàn)將是來自傳感器的數(shù)據(jù)、DP數(shù)據(jù)、視頻流和操作中涉及的所有單元的位置數(shù)據(jù)。
[0088]用戶控制單元還可被布置為接收其它相關(guān)的數(shù)據(jù)輸入，諸如海狀態(tài)數(shù)據(jù)，比如浪高和漂移參數(shù)，或者更新的氣象數(shù)據(jù)和氣象預(yù)報(bào)。還可包含諸如位置、朝向、速度等的DGPS(差動(dòng)全球定位系統(tǒng))數(shù)據(jù)或用于更高的定位精度的本地校正數(shù)據(jù)。
[0089]用戶控制單元進(jìn)一步優(yōu)選具有用于存儲(chǔ)在SIMPOS操作中使用的所有相關(guān)信息的例如數(shù)據(jù)庫形式的存儲(chǔ)裝置。典型的信息將是工作計(jì)劃、更新調(diào)度、氣象信息、工作訂單、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、電子地圖、雷達(dá)信息、海底基礎(chǔ)構(gòu)架、報(bào)警等。所有與特定SIMPOS操作相關(guān)的信息應(yīng)在數(shù)據(jù)庫中是可用的，并由此向所有水平的人員提供有效和強(qiáng)大的工具，從而通過可能的最安全和最有效的方式運(yùn)行操作。
[0090]為了改善用于在有問題的情況下進(jìn)行決定的時(shí)間，還可在用戶控制單元中加入提供方案建議的智能決定支持系統(tǒng)。
[0091 ] 將通過高達(dá)相距超過5km的數(shù)個(gè)用戶執(zhí)行SMPOS操作。為了在海上實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)容量，必須使用非常窄的天線波瓣以具有最大天線增益，即方位角和仰角兩者上的高增益。通信系統(tǒng)因此具有窄波瓣相位可引導(dǎo)天線，并且將在初始的設(shè)置中對(duì)于所有其它的用戶掃描視平線。用戶標(biāo)識(shí)和諸如位置、朝向、速度等的位置數(shù)據(jù)將被存儲(chǔ)以供將來的使用，使得各用戶上的天線波瓣可迅速地被引導(dǎo)到正確的位置。
[0092]當(dāng)用戶移動(dòng)時(shí)，將執(zhí)行對(duì)于新位置數(shù)據(jù)的更新掃描。用戶單元將為此包含用于存儲(chǔ)關(guān)于所有其它單元的信息和它們的位置數(shù)據(jù)即位置、朝向、速度等的數(shù)據(jù)庫。通過已知當(dāng)前的位置、朝向和速度，能夠預(yù)測在某個(gè)時(shí)間周期之后用戶處于哪個(gè)位置，并因此將天線波瓣指向預(yù)測的方向。
[0093]如果傳送條件由于長程、反射問題或傳送路徑中的高水分含量而劣化，那么通信系統(tǒng)將自動(dòng)檢測劣化并通過增大傳送功率或降低傳送速度進(jìn)行補(bǔ)償。
[0094]通信系統(tǒng)被布置為適于不同的傳送條件并且在任何時(shí)間對(duì)于速度和距離進(jìn)行優(yōu)化。如上所述，通信系統(tǒng)還被布置為處理由于海面或?qū)⑻峁┓瓷湫盘?hào)的其它表面導(dǎo)致的反射。
[0095]通信系統(tǒng)還包含被布置為在涉及的所有用戶之間傳送寫入消息或郵件的集成消息收發(fā)系統(tǒng)。
[0096]通信系統(tǒng)的另一實(shí)現(xiàn)是通過使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)是高度自治的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可基于指示網(wǎng)絡(luò)在不同的環(huán)境中如何表現(xiàn)的一組參數(shù)使自身適于不同的操作條件。網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)(用戶)具有唯一的身份和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。數(shù)據(jù)的傳送基于在可到達(dá)彼此的節(jié)點(diǎn)(用戶)之間中繼數(shù)據(jù)。一般由于長距離或較差的傳送質(zhì)量而不能直接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的節(jié)點(diǎn)(用戶)現(xiàn)在可通過從一個(gè)節(jié)點(diǎn)(用戶)向另一節(jié)點(diǎn)(用戶)傳送數(shù)據(jù)而進(jìn)行通信，由此形成可計(jì)數(shù)若干節(jié)點(diǎn)(用戶)的傳送路徑。由此可很容易克服由于長傳送路徑導(dǎo)致的限制。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)可被設(shè)計(jì)為具有負(fù)責(zé)系統(tǒng)中的所有參數(shù)編程的主機(jī)用戶，或者網(wǎng)絡(luò)可被設(shè)計(jì)為全部自治。
[0097]根據(jù)本發(fā)明的用于設(shè)置海事高速寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的方法可在以下的步驟中概括:
[0098]a)各用戶通過產(chǎn)生一個(gè)窄波瓣的相位可引導(dǎo)天線執(zhí)行其它用戶的視平線的掃描或者發(fā)出詢問消息并且詢問其它用戶是否在操作中以及它們的位置、朝向和速度以及用戶標(biāo)識(shí)是什么；
[0099]b)形成網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)，用戶可直接相互通信，這樣，各用戶設(shè)置包含操作用戶和它們的位置、朝向和速度的數(shù)據(jù)庫；
[0100]c)從一個(gè)用戶直接到另一用戶，測量信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)噪聲比、數(shù)據(jù)吞吐量和諸如位誤差率和再傳送率的其它傳送參數(shù)，并且計(jì)算優(yōu)化的傳送參數(shù)；
[0101]d)為了對(duì)于各用戶直接到相應(yīng)的其它用戶得到最佳的可能的數(shù)據(jù)吞吐量，在方位角和仰角兩者上優(yōu)化相位可引導(dǎo)天線的窄波瓣的方向；
[0102]e)基于來自步驟c)的優(yōu)化的傳送參數(shù)和來自步驟d)的天線波瓣方向，對(duì)于直接相互通信的用戶控制/引導(dǎo)相位可引導(dǎo)天線，以對(duì)于產(chǎn)生的窄波瓣在方位角和仰角兩者上實(shí)現(xiàn)高的增益；
[0103]f)以預(yù)定的周期，重復(fù)步驟a)?e)。
[0104]步驟a)包含用戶單元通過一個(gè)窄波瓣在方位角和仰角兩者上執(zhí)行搜索，以覆蓋所有可能的傳送路徑，例如，在方位角上搜索360度并且在仰角上搜索90度。
[0105]步驟e)包含增大傳送功率或降低傳送速度，以對(duì)于相應(yīng)的用戶(11)之間的直接通信實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的傳送參數(shù)。
[0106]步驟e)包含將相位可引導(dǎo)天線的窄波瓣引導(dǎo)到在相應(yīng)的用戶(11)之間具有最高的能量含量的方向。
[0107]步驟e)包含通過單獨(dú)地控制窄波瓣相位可引導(dǎo)天線中的各單個(gè)天線元件的相位，形成窄波瓣。由于可在軟件中控制元件整相，因此存在形成一個(gè)或更多個(gè)深零以及窄波瓣的選項(xiàng)。深零可被用于沿希望的方向抑制干擾，由此大大抑制干擾源并使信號(hào)噪聲比最大化。由于軟件控制使得能夠具有各單個(gè)形狀的射束形成，因此該方法使得能夠?qū)⑻炀€方向圖定制為最適于實(shí)際應(yīng)用的形式。作為例子，為了同時(shí)直接與兩個(gè)不同的用戶通信，天線系統(tǒng)可產(chǎn)生不同方向上的兩個(gè)主波瓣。
[0108]因此，通過優(yōu)化傳送參數(shù)，意味著用于實(shí)現(xiàn)盡可能高的數(shù)據(jù)吞吐量的優(yōu)化速度、距離、方向、最高能量含量、傳送功率和射束形成。如上所述，軟件控制對(duì)于處理由于由于海面或其它的表面導(dǎo)致的信號(hào)衰減和折射、反射、以及由于天氣條件導(dǎo)致的干擾是開放的。
[0109]該方法還包括通過以下的軟件控制架構(gòu)直接在相應(yīng)的用戶之間交換數(shù)據(jù)和信息:點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。該方法還可包括組合不同的架構(gòu)，使得，如果點(diǎn)對(duì)點(diǎn)不可能，可配置網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)以到達(dá)直接通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)不可用的用戶。
[0110]該方法優(yōu)選還包括身份檢查或信號(hào)的編碼/解碼。例如，在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，需要識(shí)別單元并將關(guān)于單元中的每一個(gè)的狀態(tài)反饋到前面的單元。
[0111]該方法優(yōu)選還包括用于限制信息/數(shù)據(jù)流動(dòng)的步驟。消息可被優(yōu)先化，使得可用例如高優(yōu)先級(jí)、中優(yōu)先級(jí)或低優(yōu)先級(jí)的優(yōu)先級(jí)標(biāo)志來標(biāo)記單獨(dú)的消息，并由此可在其它的消息之前處理它們。系統(tǒng)對(duì)此開放，因?yàn)橄⒖稍谒鼈冊(cè)诰W(wǎng)絡(luò)中被轉(zhuǎn)發(fā)之前被被存儲(chǔ)并優(yōu)先化。典型的情況是，關(guān)于危險(xiǎn)、人員的傷害和設(shè)備等的損害的消息被優(yōu)先化在其它的消息前面。
[0112]該方法還包括:如果數(shù)據(jù)的吞吐量低，那么根據(jù)上述優(yōu)先級(jí)標(biāo)志優(yōu)先化消息，以確保重要的消息被優(yōu)先化。當(dāng)若干用戶之間的距離較小時(shí)，位置數(shù)據(jù)是特別重要的，因此，此時(shí)，涉及例如來自GPS、雷達(dá)或其它系統(tǒng)的消息被優(yōu)先化是十分重要。
[0113]在一些情況下，優(yōu)先化的消息即使雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)較重或者單元中的一些由于干擾、反射、距離限制或技術(shù)故障而停機(jī)也到達(dá)它們的目的地是至關(guān)重要的。為了實(shí)現(xiàn)較高的安全通信概率，能夠使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)并且同時(shí)通過若干路由即以冗余的方式傳送消息。必須以高的接收概率傳送的消息然后同時(shí)被傳送到若干其它的單元。各接收單元然后負(fù)責(zé)沿不同的路由將消息轉(zhuǎn)發(fā)到最終目的地。在接收時(shí)，向發(fā)起單元發(fā)送確認(rèn)消息。為了避免來自來自不同路由的消息的消息沖突，必須施加各單元中的受控延遲，因此，接收單元以受控方式從不同的路由接收所有的消息。
[0114]該方法優(yōu)選還包含主動(dòng)監(jiān)視使用中的通信信道并且僅使用自由信道以避免干擾其它的系統(tǒng)。該方法被稱為認(rèn)知通信，并且，通過在根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中引入復(fù)雜的監(jiān)視和決定算法變?yōu)榭赡?。系統(tǒng)由此連續(xù)地監(jiān)視可用的自由信道并且在任何給定的時(shí)間僅使用自
由信道。
[0115]該方法優(yōu)選還包含關(guān)于單元的移動(dòng)主動(dòng)補(bǔ)償射束引導(dǎo)算法。由于天線系統(tǒng)通常被固定于單元結(jié)構(gòu)上，因此，天線射束將受到至少三個(gè)軸即滾動(dòng)、高度和起伏的單元的移動(dòng)影響。通過使用移動(dòng)傳感器，比如 申請(qǐng)人:MRU-移動(dòng)基準(zhǔn)單元，能夠直接通過使用系統(tǒng)軟件補(bǔ)償射束的該移動(dòng)。為了在方位角和仰角兩者上維持正確的天線波瓣位置，關(guān)于滾動(dòng)、高度和起伏移動(dòng)的數(shù)據(jù)將從移動(dòng)傳感器被傳送到天線射束控制軟件。
[0116]該方法優(yōu)選還包括使用比如GPS數(shù)據(jù)的位置數(shù)據(jù)以控制系統(tǒng)的操作參數(shù)。在SIMPOS操作中，必須在任何時(shí)間知道其它單元的位置。單元可在操作的一個(gè)階段上與一個(gè)單元通信，以在下一時(shí)刻與另一通信單元，然后重新返回到與第一單元通信。因此，重要的是，知道單元的位置、朝向和速度，以使得單元能夠沿與其通信的單元的正確的方向指引窄波瓣。當(dāng)知道一個(gè)點(diǎn)上的位置、朝向和速度時(shí)，可以預(yù)測用戶在下一時(shí)刻被定位于哪里。如果不考慮單元移動(dòng)，將丟失通信鏈接，這在SIMPOS操作中是不可接受的。
[0117]頻率和功率水平可依賴于地理位置(不同的司法權(quán))。用于改變頻率和功率水平的手動(dòng)過程是耗時(shí)和麻煩的，并且在改變需要的參數(shù)時(shí)會(huì)導(dǎo)致人為錯(cuò)誤。為了解決該問題，關(guān)于地理區(qū)域的信息和關(guān)于頻譜和功率水平的限制可存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中，該數(shù)據(jù)庫可被用于通過使用位置數(shù)據(jù)選擇實(shí)際地理區(qū)域的適當(dāng)?shù)膮?shù)。以這種方式，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)被布置為使用位置數(shù)據(jù)作為輸入以根據(jù)當(dāng)前的地理位置設(shè)定獨(dú)立的參數(shù)。因此，單元可在不同的地理位置之間移動(dòng)，并且自動(dòng)地切換到允許的頻率和功率水平和對(duì)于實(shí)際的地理區(qū)域允許的其它地理參數(shù)。
[0118]該方法優(yōu)選還包括測量直接在兩個(gè)用戶之間的消息的飛行時(shí)間和射束角度或者測量路徑延遲并且計(jì)算相應(yīng)的用戶之間的直接距離。第一用戶發(fā)出特殊的位置請(qǐng)求并且詢問第二用戶的位置。回答以第二用戶中的受控延遲被傳送到第一用戶。當(dāng)在第一用戶處接收消息時(shí)，第二用戶的距離和方位被自動(dòng)計(jì)算并與從GPS/GNSS獲得的位置數(shù)據(jù)相比較。第一用戶現(xiàn)在對(duì)于第二用戶的位置具有兩個(gè)不同的估計(jì)，并且，與僅具有一個(gè)位置報(bào)告相比，可通過更高的完整性決定正確的位置。
[0119]該方法優(yōu)選還包括在本地產(chǎn)生可被網(wǎng)絡(luò)中的任何用戶使用的用于諸如GPS的位置裝置的差動(dòng)校正信號(hào)。與僅僅通過例如GPS或者通過區(qū)域中的任何可用的差動(dòng)服務(wù)獲得的精度相比，這將對(duì)于位置報(bào)告提供更高的精度。它可被用作差動(dòng)校正的第二來源。如果GPS差動(dòng)校正信號(hào)出錯(cuò)(fall out)，那么可檢查用于GPS的最后的差動(dòng)校正是否正確。
[0120]SMPOS操作中的基本要求是距離測量的精度。SMPOS操作可涉及以相互接近進(jìn)行操作的若干單元和固定結(jié)構(gòu)。為了避免沖突，必須實(shí)時(shí)以極高的精度獲知物體之間的距離。這種距離信息被用作對(duì)于導(dǎo)航系統(tǒng)的輸入，并且，將基于這種信息進(jìn)行導(dǎo)航?jīng)Q定。SMPOS中的通常的要求是，必須實(shí)時(shí)地以好于I米的精度獲知距離鋼到鋼(steel-to-steel)。
[0121]只能通過高精度GPS和DGPS方法滿足I米精度的要求。為了計(jì)算單元和其它物體之間的最接近的距離，該精度還要求單元和物體的物理布局的3D數(shù)據(jù)庫。3D模型涉及必須定期更新的大型數(shù)據(jù)庫。因此，具有可用于在操作中涉及的所有單元上更新數(shù)據(jù)庫的有效寬帶數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是十分重要的。
[0122]由于GPS和DGPS系統(tǒng)可能由于陰影效果在諸如船舶和結(jié)構(gòu)的單元相互接近時(shí)失效，因此，需要可高精度地計(jì)算單元/物體之間的距離的附加的測距系統(tǒng)。由于本發(fā)明包含利用窄波瓣和可控制波瓣的系統(tǒng)，因此，可通過使用通信系統(tǒng)作為測距裝置實(shí)現(xiàn)這種測距。在本應(yīng)用中，從一個(gè)單元向指定的另一單元發(fā)出具有高的優(yōu)先級(jí)的尋址消息。當(dāng)消息被接收并被解碼為測距消息時(shí)，指定的接收單元立即用確認(rèn)消息向發(fā)起單元響應(yīng)?；趶膫魉偷浇邮盏臅r(shí)間延遲，可高精度地計(jì)算單元之間的距離。這給出物體/單元之間的距離的附加的測量，并可被用于測量的GPS/DGPS距離的備份或質(zhì)量檢查。如果還存在雷達(dá)系統(tǒng)，那么這給出可同時(shí)使用的用于測距的三種不同的獨(dú)立的方法。對(duì)于需要特別安全測量的復(fù)雜操作，可能需要三個(gè)獨(dú)立的測距系統(tǒng)。
[0123]在上述的應(yīng)用中使用尋址的測量的原因在于，若干單元可同時(shí)接收測距消息。為了避免若干相應(yīng)的單元之間的時(shí)隙沖突以及矛盾，僅允許尋址的單元回答。
[0124]對(duì)于距離測量對(duì)于操作至關(guān)重要的關(guān)鍵的情況，測距消息的流可被傳送并由此提供距離數(shù)據(jù)的連續(xù)更新。
[0125]在相同測距原理的另一實(shí)施例中，測距消息將不使用對(duì)于特定單元的尋址。而是允許來自若干單元的響應(yīng)。為了避免時(shí)隙沖突，各響應(yīng)單元在回答之前引入受控的時(shí)間延遲。時(shí)間延遲以特有的方式與回答單元的身份相關(guān)，并且，被從接收單元的測距測量減去，以便計(jì)算正確的時(shí)間延遲并由此計(jì)算到每個(gè)響應(yīng)單元的距離。
[0126]要得到更大的精度，可以使用接收信號(hào)的相位測量以增大精度。
[0127]該測距向系統(tǒng)提供用于距離測量的冗余。
[0128]如上所述，干擾可在這樣的系統(tǒng)中導(dǎo)致大量的問題。但是，干擾常限于數(shù)個(gè)頻率和數(shù)個(gè)地理方向或位置。為了克服這種干擾問題，系統(tǒng)和方法包含建立在數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)關(guān)于噪聲頻率和到干擾源的方向的信息并且使用自適應(yīng)優(yōu)化算法以避免來自這種來源的干擾的自適應(yīng)通信系統(tǒng)。并且，當(dāng)關(guān)于干擾的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中時(shí)，比如頻率、振幅、定時(shí)、持續(xù)期和歷史的干擾特性可被用于分析干擾源，由此提供可用于干擾檢測、定位和去除的有價(jià)值的工具。它也可用于控制相位可引導(dǎo)天線以沿干擾源的方向形成一個(gè)或更多個(gè)零或者通過適于抵消干擾信號(hào)的信號(hào)，并由此阻擋來自干擾源的信號(hào)。
[0129]來自其它單元機(jī)載的電子設(shè)`備或有故障的發(fā)射器的干擾可有損于無線電系統(tǒng)的可用性和容量。當(dāng)各單元配有可引導(dǎo)波瓣時(shí)，能夠搜索來自各單元的干擾源的方向。使兩個(gè)或更多單元瞄準(zhǔn)同一干擾目標(biāo)使得能夠計(jì)算位置和到目標(biāo)的距離。由于單元可在一定程度上相互分開，因此它們有效地構(gòu)成長基線無線電方向發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)，由此使得能夠高精度地識(shí)別干擾源的位置。這可被用于干擾源的檢測，從而發(fā)現(xiàn)干擾源的位置并且任意地去除干擾源或者修復(fù)干擾源。這還可被用于控制相位可引導(dǎo)天線以沿干擾源的方向形成一個(gè)或更多個(gè)零并由此阻擋來自干擾源的信號(hào)。
[0130]該方法還包括用以預(yù)定的周期接收數(shù)據(jù)更新用戶界面。
[0131]系統(tǒng)和方法由此提供針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以下創(chuàng)新:
[0132]?海上長路徑高速高容量數(shù)據(jù)傳送；
[0133].軟件控制波瓣形成；
[0134].軟件控制自適應(yīng)波瓣引導(dǎo)；
[0135]?高水平傳感器集成；
[0136].軟件控制架構(gòu):點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)
[0137]?位置依賴參數(shù)
[0138].固定天線一沒有可移動(dòng)部分
[0139].認(rèn)知信道選擇和管理
[0140].通過比較GPS位置與射束方向和飛行測量時(shí)間或測量的路徑延遲進(jìn)行位置控制；和
[0141].自動(dòng)優(yōu)先級(jí)處理。
[0142]從以下的示例性描述，本發(fā)明的其它優(yōu)選的特征和有利的細(xì)節(jié)將十分明顯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0143]以下，參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，這里，
[0144]圖1表示本發(fā)明的用途的示例性的示圖，
[0145]圖2表示根據(jù)本發(fā)明的用戶單元的細(xì)節(jié)，
[0146]圖3a?3b表示本發(fā)明中的反射消除的示圖，
[0147]圖4a?4b表示根據(jù)本發(fā)明的通過使用通信系統(tǒng)的測距的流程圖，
[0148]圖5表示根據(jù)本發(fā)明的智能消息系統(tǒng)。
[0149]具體實(shí)施例方式
[0150]現(xiàn)在參照作為本發(fā)明的用途的示例性的示圖的圖1。該圖示出海事SMPOS操作的典型的情況，這里，船舶、飛機(jī)、直升機(jī)或平臺(tái)等的形式的若干用戶11在操作中協(xié)作。在該例子中，示出四個(gè)船舶與平臺(tái)和直升機(jī)協(xié)作。
[0151]本發(fā)明特別涉及在用戶之間提供海事高速寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)還提供用于海事SMPOS操作中的可靠、無線長程、高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。通信系統(tǒng)還通過從所有可用的傳感器引入高速數(shù)據(jù)傳送提供海事SIMPOS操作的安全性和可靠性。
[0152]為此，通信系統(tǒng)包含被不布置給各用戶11的用戶單元100。用戶單元100優(yōu)選對(duì)于所有的用戶11相同，這些用戶單元100被布置為形成網(wǎng)絡(luò)110，通過該網(wǎng)絡(luò)110，它們可直接相互通信。
[0153]現(xiàn)在參照表示根據(jù)本發(fā)明的用戶單元100的細(xì)節(jié)的圖2。用戶單元100包含具有用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)/信息的外部和/或內(nèi)部存儲(chǔ)器(諸如數(shù)據(jù)庫)的用戶控制單元101、通信裝置102、接口單元103和用戶界面104。接口單元103、通信裝置102和用戶界面104與用戶控制單元101連接。
[0154]通信裝置102優(yōu)選包含無線電系統(tǒng)105和窄波瓣相位可引導(dǎo)天線106。窄波瓣相位可引導(dǎo)天線106的使用提供窄的并且可引導(dǎo)的天線波瓣，這些天線波瓣與唯一調(diào)制和數(shù)據(jù)傳送控制方法一起可被用于優(yōu)化傳送速度和距離。
[0155]現(xiàn)在描述用于優(yōu)化窄波瓣相位可引導(dǎo)天線106的射束方向的方法。用戶單元100進(jìn)入搜索模式，其中，用戶單元100傳送具有位置參數(shù)(位置、朝向、速度等)的預(yù)定的低速身份信號(hào)，并且要求來自其它用戶單元100的響應(yīng)。當(dāng)另一用戶單元100檢測到身份信號(hào)時(shí)，它們通過傳送它們自身的身份和位置數(shù)據(jù)即位置、朝向、速度等響應(yīng)。各用戶單元100然后構(gòu)建活動(dòng)用戶單元100以及它們的位置、朝向、速度等的數(shù)據(jù)庫以供將來的使用。搜索的用戶單元100將優(yōu)選搜索方位角的360度和仰角的90度，由此覆蓋可用的所有可能的傳送路徑。在具有關(guān)于活動(dòng)用戶單元100和它們的位置、朝向、速度等的信息之后，用戶單元100現(xiàn)在可選擇最佳射束指向角度并開始傳送高速數(shù)據(jù)。為了具有更新的用戶單元100和位置數(shù)據(jù)即位置、朝向、速度等，搜索模式優(yōu)選定期、比如說每一分鐘被激活。通過存儲(chǔ)的位置、朝向和速度，用戶能夠預(yù)測另一用戶在將來所處的位置并在用戶要與相應(yīng)的用戶通信時(shí)將天線波瓣引向該方向。[0156]由于主要傳送能量包含于視線周圍的若干菲涅耳區(qū)域內(nèi)，因此，為了獲得高的信號(hào)噪聲比，菲涅耳區(qū)域的大多數(shù)十分清楚是十分重要的。如果菲涅耳區(qū)域的一些部分由于諸如船舶或建筑物的物體或傳送路徑中的風(fēng)景被阻擋，那么沿具有最高能量含量的方向引導(dǎo)射束變得十分重要。它可能處于向著發(fā)射器并且處于一定的仰角的方向。因此，將射束引導(dǎo)到最佳的仰角變得十分重要。用戶控制單元101具有用于執(zhí)行這一點(diǎn)的裝置和/或軟件。
[0157]在這樣的應(yīng)用中，S卩，在海事環(huán)境中，還必須考慮射束形成。射束形成的技術(shù)基于單獨(dú)地控制窄波瓣相位可引導(dǎo)天線106中的各單個(gè)天線元件的相位。由于可在布置于用戶控制單元101中的軟件中控制元件整相，因此，存在形成一個(gè)或更多個(gè)深零以及窄射束的選項(xiàng)。深零可用于希望方向的干擾抑制，由此明顯抑制干擾源。由于軟件控制實(shí)現(xiàn)各單個(gè)形狀的射束形成，因此該方法使得能夠?qū)⑻炀€方向圖定制到最適于實(shí)際應(yīng)用的形式。
[0158]此外，軟件控制使得能夠控制天線以處理來自海面的反射和高濕度區(qū)域中的信號(hào)的衰減和折射，以及來自其它表面的反射。
[0159]接口單元103進(jìn)一步被布置為獲取來自相關(guān)的來源107的信息，諸如來自傳感器、GPS、DP、MRU、雷達(dá)、語音、視頻或自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)的信息或數(shù)據(jù)。接口單元103還可接收其它的相關(guān)的數(shù)據(jù)輸入，諸如海狀態(tài)數(shù)據(jù)，比如浪高和漂移參數(shù)或更新的氣象數(shù)據(jù)和氣象預(yù)報(bào)。也可包括用于更高的定位精度的DGPS數(shù)據(jù)或本地校正數(shù)據(jù)。
[0160]由于窄波瓣相位可引導(dǎo)天線106將被安裝于用戶結(jié)構(gòu)上，因此，波瓣方向強(qiáng)烈依賴于用戶的移動(dòng)，比如滾動(dòng)、高度和起伏。為了補(bǔ)償該移動(dòng)，可以使用一般為 申請(qǐng)人:的產(chǎn)品MUR (移動(dòng)基準(zhǔn)單元)的移動(dòng)傳感器，以動(dòng)態(tài)補(bǔ)償由用戶的移動(dòng)引起的指向誤差。通過移動(dòng)傳感器(MRU)與用戶單元100交互作用，用戶控制單元101能夠通過向波瓣引導(dǎo)軟件發(fā)送校正消息而沿方位角和仰角兩者校正指示方向，從而使任何指向誤差最小化。
[0161]由于來自移動(dòng)船舶的反射或諸如濕度的改變參數(shù)、來自海洋的反射、大氣波導(dǎo)現(xiàn)象等，數(shù)據(jù)傳送質(zhì)量可隨時(shí)間改變。因此，窄波瓣相位可引導(dǎo)天線106的最佳指示方向可在這種條件下改變。因此，控制指示方向的參數(shù)應(yīng)被連續(xù)更新以在任何時(shí)間確保最佳的數(shù)據(jù)吞吐量。
[0162]可通過比如信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)噪聲比、數(shù)據(jù)吞吐量和用于服務(wù)質(zhì)量(QOS)的參數(shù)的若干參數(shù)定義數(shù)據(jù)傳送的質(zhì)量。要在所有的條件下確保最佳的數(shù)據(jù)吞吐量，這些參數(shù)在用戶控制單元101中的軟件中被監(jiān)視，以優(yōu)化吞吐量。
[0163]用戶單元100中的一個(gè)可被定義為主機(jī)用戶單元。主機(jī)用戶單元被布置為指示其它的用戶單元100根據(jù)選擇的配置在網(wǎng)絡(luò)110中操作。因此，用戶將不通過主機(jī)用戶通信，而主機(jī)用戶將設(shè)定用于通信網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。
[0164]主機(jī)用戶單元100或其它用戶單元100的用戶控制單元101被布置為如上面描述的那樣監(jiān)視傳送條件，并且，如果傳送條件由于長程、反射問題或傳送路徑中的高水分含量而劣化，那么用戶控制單元101被布置為自動(dòng)檢測劣化并且通過增大傳送功率、增大再傳送或者降低傳送速度進(jìn)行補(bǔ)償。
[0165]現(xiàn)在參照表示根據(jù)本發(fā)明的通過雙重軟件控制天線波瓣的反射消除的示圖的圖3a?3b。在圖3a中，示出傳送用戶11'和接收用戶11''?？梢钥闯觯嬖谥苯有盘?hào)301和反射信號(hào)302。接收信號(hào)將是直接信號(hào)301和來自海面的反射信號(hào)302的和，在不利的條件下，該反射信號(hào)302可具有與直接信號(hào)301相同的大小，并因此嚴(yán)重干擾直接信號(hào)301。由于反射信號(hào)302的相位依賴于行進(jìn)的附加的路徑長度和反射表面的反射性能，因此，反射信號(hào)302可具有與直接信號(hào)301相反的相位，并由此抵消或者至少弱化直接信號(hào)301，使得導(dǎo)致較差的傳送質(zhì)量。另外，表面波將由于風(fēng)和水流改變反射表面的位置，這將在接收信號(hào)中引入附加的噪聲并進(jìn)一步降低信道質(zhì)量。
[0166]根據(jù)本發(fā)明，可通過接收用戶11'將一個(gè)天線波瓣303指向傳送用戶11'并將一個(gè)天線波瓣304指向反射點(diǎn)305減少這種效果。以這種方式，能夠在反射信號(hào)上引入附加的相位偏移，使得它將總是向?qū)⒎瓷湫盘?hào)302添加到直接信號(hào)301。反射信號(hào)302現(xiàn)在變?yōu)榻ㄔO(shè)性的信號(hào)，這將總是改善通信信道。
[0167]根據(jù)本發(fā)明，其替代方案是沿反射點(diǎn)305的方向在天線圖中產(chǎn)生零。由于反射點(diǎn)305將依賴于傳送用戶11'與接收用戶11之間的距離和兩側(cè)處的天線高度，如圖3b所示，在這里，信號(hào)強(qiáng)度被示為接收用戶IP處的高度的函數(shù)，因此，可高精度地計(jì)算反射點(diǎn)305的方向和位置。反射點(diǎn)305的位置然后被用作用于形成天線波瓣的輸入?yún)?shù)以在反射點(diǎn)305的方向上具有一個(gè)或更多個(gè)零?？稍谕ㄐ怕窂降母鱾?cè)完成這一點(diǎn)，由此，減少反射路徑中的傳送和接收功率。通過控制傳送用戶11'的天線以沿反射點(diǎn)305的方向形成一個(gè)或更多個(gè)零，通過關(guān)于接收用戶11,將天線波瓣分成兩個(gè)波瓣，即，一個(gè)波瓣306直接針對(duì)接收用戶IP并且一個(gè)波瓣307沿反射點(diǎn)305的方向，將已處于減少向反射點(diǎn)305的效果的開始點(diǎn)，使得明顯減少反射信號(hào)。
[0168]根據(jù)本發(fā)明，減少海洋反射的效果的替代性的方式是通過用反射點(diǎn)305建立專用監(jiān)視信道來監(jiān)視反射點(diǎn)305的特性。可通過僅監(jiān)視接收信號(hào)或者通過使用從傳送用戶11'傳送的具有已知參數(shù)的專用信號(hào)，完成這一點(diǎn)。
[0169]在第一實(shí)現(xiàn)中，接收用戶11 ,將窄波瓣304直接指向反射點(diǎn)305。接收信號(hào)然后被分析，并且，反射點(diǎn)305的諸如振幅和相位延遲的特性參數(shù)被測量并被存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫中。由于這些參數(shù)將由于風(fēng)、波浪或其 它海狀態(tài)參數(shù)根據(jù)海洋表面的移動(dòng)隨時(shí)間改變，因此，隨時(shí)間的振幅和相位變化的測量使得 能夠產(chǎn)生反射表面的行為和反射信號(hào)的模型，該模型可用于估計(jì)校正信號(hào)。這些校正信號(hào) 可然后被用于校正直接信號(hào)301。
[0170]在本原理的第二實(shí)現(xiàn)中，通過已知的碼字序列調(diào)制的專用載波直接指向反射點(diǎn)305。在接收用戶11''處，信號(hào)將受海反射影響，并且，碼字將錯(cuò)亂。由于碼字序列是已知的，因此能夠通過使用使接收信號(hào)與已知信號(hào)相關(guān)的相關(guān)器產(chǎn)生校正信號(hào)。估計(jì)的校正信號(hào)然后被施加到直接信號(hào)301，由此校正主信號(hào)。
[0171]使用軟件控制可引導(dǎo)天線波瓣的又一實(shí)現(xiàn)是，在接收用戶11'，和/或傳送用戶Ili處，將波瓣仰角調(diào)整到用于接收的最佳無干擾角度。
[0172]進(jìn)行波瓣的軟件控制也允許將波瓣分成兩個(gè)主部分，與直接自由空間路徑對(duì)準(zhǔn)的一個(gè)波瓣303、306下好像傳送用戶11'，并且，一個(gè)直接指向反射點(diǎn)305、307。通過使用先進(jìn)的信號(hào)處理，直接信號(hào)301可然后被延遲，因此，它與反射信號(hào)同相位，由此，在直接信號(hào)301和反射信號(hào)302之間產(chǎn)生建設(shè)性的干擾，從而消除反射信號(hào)302的負(fù)面影響。
[0173]用戶控制單元101進(jìn)一步被布置為控制窄波瓣相位可引導(dǎo)天線106，并且將如上面描述那樣對(duì)于所有用戶單元100執(zhí)行視平線的初始掃描。當(dāng)一個(gè)或更多個(gè)用戶單元100被檢測時(shí)，用戶標(biāo)識(shí)和位置、朝向、速度等將被存儲(chǔ)以供將來的使用，使得各用戶11上的天線波瓣可被迅速引導(dǎo)到正確的位置。用戶控制單元101進(jìn)一步優(yōu)選被布置為在預(yù)定的間隔上或者對(duì)于新的位置數(shù)據(jù)即用戶11的位置、朝向、速度等執(zhí)行更新掃描。存儲(chǔ)的位置、朝向、速度也可被用于預(yù)測朝向另一用戶的方向，使得不需要頻繁地執(zhí)行掃描。以這種方式，用戶控制單元101將適于不同的傳送條件并且在任何時(shí)間對(duì)于速度和距離進(jìn)行優(yōu)化。
[0174]用戶控制單元101另外被布置為控制向無線電系統(tǒng)105的數(shù)據(jù)傳送，并被布置為供給用于操作窄波瓣相位可引導(dǎo)天線106的輸入數(shù)據(jù)，即，功率水平、天線波瓣引導(dǎo)控制、尋址、用戶等。
[0175]用戶控制單元101進(jìn)一步被布置為在集成的用戶界面104上呈現(xiàn)數(shù)據(jù)/信息，使得所有的用戶單元100優(yōu)選呈現(xiàn)相同的數(shù)據(jù)/信息。呈現(xiàn)的信息可以是數(shù)據(jù)、來自操作的圖片或視頻流動(dòng)。典型的視頻呈現(xiàn)將是來自傳感器的數(shù)據(jù)、DP數(shù)據(jù)、MUR、雷達(dá)、視頻流和用于操作中涉及的所有單元的位置數(shù)據(jù)。應(yīng)對(duì)于用戶可用的在用戶界面104上的其它的信息/數(shù)據(jù)是狀態(tài)信息、工作計(jì)劃、更新調(diào)度、氣象信息、工作訂單、導(dǎo)航數(shù)據(jù)、電子地圖、雷達(dá)信息、海底基礎(chǔ)構(gòu)架、報(bào)警等。與特定的SIMPOS操作相關(guān)的所有信息應(yīng)在數(shù)據(jù)庫中是可用的，并且在用戶界面104上被顯示。以這種方式，所有水平的人員將具有有效和強(qiáng)大的工具以在可能的最安全和最有效的方式中運(yùn)行操作。
[0176]用戶控制單元101進(jìn)一步被布置為負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信道切換、多路復(fù)用、控制用戶界面104和向通信裝置102提供接口。
[0177]用戶控制單元101進(jìn)一步被布置為通過使用軟件控制架構(gòu)在相應(yīng)的用戶11之間交換數(shù)據(jù)和信息:點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。用戶控制單元101還可被布置為組合不同的架構(gòu)，使得，如果點(diǎn)對(duì)點(diǎn)不可能，那么可配置網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)用于到達(dá)直接通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)不可用的單元11。
[0178]用戶控制單元101進(jìn)一步具有用于執(zhí)行身份檢查或信號(hào)的編碼/解碼的裝置和/或軟件。例如，在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，需要單元11的標(biāo)識(shí)和單元11中的每一個(gè)的狀態(tài)向先前的單元的反饋。
[0179]用戶控制單元101進(jìn)一步被布置為通過能夠通過用例如高優(yōu)先級(jí)、中優(yōu)先級(jí)或低優(yōu)先級(jí)的優(yōu)先級(jí)標(biāo)志來標(biāo)記單獨(dú)的消息優(yōu)先化它們來限制信息/數(shù)據(jù)流動(dòng)。這是可能的，原因是消息可在網(wǎng)絡(luò)中被轉(zhuǎn)發(fā)之前被存儲(chǔ)并被優(yōu)先化。以這種方式，可在其它的不重要的消息之前處理重要的消息。
[0180]用戶控制單元101進(jìn)一步被布置為在數(shù)據(jù)的吞吐量低時(shí)將消息優(yōu)先化。優(yōu)先化的消息，諸如包含測量的距離的位置數(shù)據(jù)，可然后被優(yōu)先化以維持安全性。
[0181]用戶控制單元101進(jìn)一步被布置為主動(dòng)監(jiān)視使用中的通信信道并且僅使用自由信道以避免干擾其它的系統(tǒng)。通過用戶控制單元101具有復(fù)雜的監(jiān)視和決定算法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。用戶控制單元101將由此連續(xù)地監(jiān)視可用的自由信道并且在任意給定的時(shí)間僅使用自由信道。
[0182]用戶控制單元101進(jìn)一步被布置為關(guān)于用戶的移動(dòng)主動(dòng)補(bǔ)償射束引導(dǎo)算法。由于窄波瓣可引導(dǎo)天線106 —般被固定于船舶結(jié)構(gòu)上，因此，天線射束將在至少三個(gè)軸即滾動(dòng)、高度和起伏上受單元的移動(dòng)影響。通過使用來自諸如 申請(qǐng)人:的MRU —移動(dòng)基準(zhǔn)單元的移動(dòng)傳感器的信息，能夠通過用戶控制單元101中的軟件直接補(bǔ)償射束的該移動(dòng)。例如，來自移動(dòng)傳感器的關(guān)于滾動(dòng)、高度和起伏移動(dòng)的數(shù)據(jù)可被用于沿方位角和仰角兩者維持正確的天線波瓣位置。
[0183]用戶控制單元101進(jìn)一步具有用于使用諸如GPS數(shù)據(jù)的位置數(shù)據(jù)以控制系統(tǒng)的操作參數(shù)的裝置和/或軟件。在不同的地理區(qū)域中，存在可被使用以例如不干擾被陸上雷達(dá)系統(tǒng)使用的頻率和功率水平的關(guān)于頻率、頻譜和功率水平的限制/要求。根據(jù)本發(fā)明，系統(tǒng)將總是了解在實(shí)際地理區(qū)域中允許的哪些頻率和功率水平，通過使用位置數(shù)據(jù)通過檢查數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)檢查允許哪些限制/要求。關(guān)于這一點(diǎn)的信息可從數(shù)據(jù)庫被下載或者被預(yù)先布置于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。以這種方式，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)將在進(jìn)入新區(qū)域時(shí)自動(dòng)適于實(shí)際的限制/要求，通過由系統(tǒng)即相位可引導(dǎo)天線的自動(dòng)控制來自動(dòng)改變系統(tǒng)的諸如頻率和功率水平的參數(shù)。
[0184]SMPOS操作中的基本要求是距離測量的精度。對(duì)于這一點(diǎn)，用戶控制單元101進(jìn)一步優(yōu)選具有單元和物體的物理布局的3D數(shù)據(jù)庫，從而計(jì)算單元與其它物體之間的最近距離。
[0185]當(dāng)諸如船舶和結(jié)構(gòu)的單元相互接近時(shí)，由于陰影效果，GPS和DGPS系統(tǒng)可能失效，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)具有用于高精度地計(jì)算單元/物體之間的距離的附加的測距系統(tǒng)。
[0186]現(xiàn)在參照表示根據(jù)本發(fā)明的用于測距系統(tǒng)的兩個(gè)替代性方案的圖4a?4b。在圖4a中，表示將來自GPS/DGPS的位置數(shù)據(jù)與通過測量兩個(gè)用戶11之間的消息的飛行時(shí)間和射束角度獲得的位置比較的替代方案。第一用戶從一個(gè)用戶向目標(biāo)用戶發(fā)出具有高優(yōu)先級(jí)的身份的尋址消息。當(dāng)消息被接收并被解碼為測距消息時(shí)，目標(biāo)用戶立即用確認(rèn)消息向發(fā)起單元響應(yīng)?；趶膫魉偷浇邮盏臅r(shí)間延遲，可高精度地計(jì)算天線之間的距離和方位。這給出物體/單元之間的距離的附加的測量，并可被用于測量的GPS/DGPS距離的備份或質(zhì)量檢查。如果距離處于預(yù)定的限制內(nèi)，那么在數(shù)據(jù)庫中保存并且任選地在界面上呈現(xiàn)結(jié)果。如果距離不處于預(yù)定的限制內(nèi)，那么存在立即設(shè)定的報(bào)警，并且，所有相關(guān)的用戶被通知。因此，用戶現(xiàn)在對(duì)于目標(biāo)的位置將具有兩個(gè)不同的估計(jì)，并且，與僅使用一個(gè)定位系統(tǒng)相比，可以更高的完整性決定正確的位置。
[0187]可以傳送尋址測距消息流以用于從若干用戶獲取信息。
[0188]在圖4b中，表示相同的測距原理的替代方案，這里，測距消息不使用向特定的單元的尋址。在傳送測距消息之后，允許來自若干單元的響應(yīng)。各響應(yīng)單元在回答之前引入受控的時(shí)間延遲，以避免時(shí)隙沖突。時(shí)間延遲以特有的方式與回答單元的身份相關(guān)，并且，其被從接收單元的測距測量減去，以便計(jì)算正確的時(shí)間延遲并由此計(jì)算到每一個(gè)響應(yīng)的單元的距離。關(guān)于第一替代方案，測距測量與用于備份或質(zhì)量檢查的GPS/DGPS測量相比較，并且，如果測量處于預(yù)定的限制內(nèi)，則設(shè)定報(bào)警。
[0189]為了進(jìn)一步增大精度，也可對(duì)于兩個(gè)替代方案使用接收信號(hào)的相位測量。
[0190]用戶控制單元101進(jìn)一步優(yōu)選具有用于在本地產(chǎn)生用于諸如GPS的位置裝置的差動(dòng)校正信號(hào)的裝置和/或軟件，該差動(dòng)校正信號(hào)可被網(wǎng)絡(luò)中的任意用戶11使用。這樣，與單獨(dú)地通過例如GPS或通過區(qū)域中的任何可用的差動(dòng)服務(wù)獲得的精度相比，提供更高的位置報(bào)告精度。這可被用作差動(dòng)校正的第二來源。如果GPS差動(dòng)校正信號(hào)出錯(cuò)，那么可檢查用于GPS的最后的差校正是否正確。用戶控制單元101進(jìn)一步優(yōu)選具有提供關(guān)于方案的建議的智能決定支持系統(tǒng)，以便減少用于在有問題的情況下進(jìn)行決定所花費(fèi)的時(shí)間。典型的操作支持系統(tǒng)可以是來自網(wǎng)絡(luò)的其它各方的氣象預(yù)報(bào)、風(fēng)和波浪數(shù)據(jù)、位置分析和預(yù)報(bào)系統(tǒng)、操作指南、工作指令、問題解決指南、緊急計(jì)劃、人員數(shù)據(jù)庫、用于人員和其它數(shù)據(jù)庫的位置系統(tǒng)和在不同的情況下進(jìn)行有效的操作所需要的系統(tǒng)。
[0191]通信系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)選包含集成消息收發(fā)系統(tǒng)，其被布置為在涉及的所有用戶11之間傳送寫入消息或郵件。
[0192]通信系統(tǒng)還包含用于使所有用戶11能夠通過普通的電話系統(tǒng)或通過揚(yáng)聲器系統(tǒng)相互說話的通信裝置。
[0193]該系統(tǒng)還優(yōu)選具有在用戶界面103中可用的文檔操作功能。該功能操作文檔的處理、共享、報(bào)告、批準(zhǔn)、手冊(cè)等。
[0194]上述的人員跟蹤可基于RFID和分布的監(jiān)視點(diǎn)。
[0195]可向系統(tǒng)提供輸入的可能的數(shù)據(jù)源是以 申請(qǐng)人:的名義在EP1735638中描述的用于確定海事船舶和類似的物體的位置的方法和系統(tǒng)。它是用于確定包含水路的海事環(huán)境中的兩個(gè)或更多個(gè)物體之間的相對(duì)位置的方法，其中，至少一個(gè)物體可相對(duì)于一個(gè)或更多個(gè)其它的物體被調(diào)動(dòng)。至少一個(gè)詢問器被布置于物體中的一個(gè)或更多個(gè)上，并且向布置于其它的物體中的一個(gè)或更多個(gè)上的至少一個(gè)應(yīng)答器發(fā)送無線電波信號(hào)。該方法利用詢問器中的FMCW雷達(dá)，利用應(yīng)答器將將身份標(biāo)簽包括到要被反射到詢問器的信號(hào)中和姿態(tài)確定。還描述了用于該確定的系統(tǒng)。通過使用該系統(tǒng)作為對(duì)于本發(fā)明的輸入，將得到高精度的用戶單元的相對(duì)位置。
[0196]現(xiàn)在參照?qǐng)D6，該圖示出通過根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的消息的消息收發(fā)、監(jiān)視和驗(yàn)證。
[0197]SMPOS操作通常包含大量的船舶、駁船、固定結(jié)構(gòu)和其它的實(shí)體，并且，要成功地操作，必需具有高數(shù)據(jù)體積的快速和有效的通信。通常，事先很好地計(jì)劃在操作中實(shí)施的所有任務(wù)，并且，為了檢查進(jìn)展是否根據(jù)計(jì)劃，必須仔細(xì)監(jiān)視所有的任務(wù)。由于大量的單元在解決復(fù)雜任務(wù)時(shí)協(xié)作，因此，最重要的是所有單元到跟上在操作的執(zhí)行中必須加入的操作信息和可能的偏離。通過其高數(shù)據(jù)吞吐量，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可被用于所有單元之間的高速數(shù)據(jù)通信，由此給出在手邊監(jiān)視和驗(yàn)證操作的新的并且創(chuàng)新的可能。以下，參照?qǐng)D6，描述根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可如何被用于改善SIMPOS操作中的監(jiān)視和控制。
[0198]首先，詳細(xì)計(jì)劃并在任務(wù)描述中描述操作中的所有任務(wù)。所有任務(wù)描述在計(jì)劃數(shù)據(jù)庫中被組裝。各任務(wù)通過身份號(hào)被識(shí)別，并與用于監(jiān)視任務(wù)的執(zhí)行的一組消息相關(guān)。這些消息通常是用于發(fā)起任務(wù)的一條消息、用于完成任務(wù)的一條消息、用于指示任務(wù)的延遲的一條消息和用于在任務(wù)沒有根據(jù)計(jì)劃進(jìn)展時(shí)指示報(bào)警的一條消息?？稍趯?shí)際的操作中根據(jù)特定的需要開發(fā)更多的消息。
[0199]對(duì)于開始、執(zhí)行和停止，通過時(shí)間調(diào)度計(jì)劃所有的任務(wù)。負(fù)責(zé)實(shí)施任務(wù)的人或?qū)嶓w通過發(fā)出給出任務(wù)的進(jìn)展的消息確認(rèn)任務(wù)執(zhí)行中的各里程碑。例如，如果通過在0900開始并在0922停止的從船舶到平臺(tái)的提升操作限定任務(wù)ID099，那么該信息將在計(jì)劃數(shù)據(jù)庫中是可用的。然后通過操作員的用戶界面向操作員呈現(xiàn)該任務(wù)，以告訴他在0900開始操作。操作員通過向任務(wù)監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)送確認(rèn)消息確認(rèn)在0900上開始操作。當(dāng)在0920完成時(shí)，他將發(fā)送指示成功終止任務(wù)的確認(rèn)消息。監(jiān)視系統(tǒng)然后檢查是否根據(jù)計(jì)劃實(shí)施任務(wù)并且在這種情況下報(bào)告任務(wù)ID099的成功操作。該信息然后保存于操作數(shù)據(jù)庫中，該操作數(shù)據(jù)庫保持關(guān)于如何實(shí)際實(shí)施任務(wù)的所有信息。
[0200]如果任務(wù)延遲，那么操作員報(bào)告延遲和用于結(jié)束任務(wù)的新計(jì)劃時(shí)間。任務(wù)監(jiān)視系統(tǒng)檢測計(jì)劃數(shù)據(jù)庫與操作數(shù)據(jù)庫之間的變化并因此更新剩余的任務(wù)。并且，由于在計(jì)劃的操作與實(shí)際發(fā)生的操作之間存在偏差，因此，向操作管理員或監(jiān)督員發(fā)送警告消息。監(jiān)督員然后可立即評(píng)價(jià)情況并決定需要的計(jì)劃變化。
[0201]在任務(wù)非常錯(cuò)誤的更嚴(yán)重的情況下，操作員可發(fā)出報(bào)警消息。報(bào)警消息然后立即向操作管理和監(jiān)督員警告實(shí)際的情況，并且可立即采取適當(dāng)?shù)拇胧?br> [0202]由于關(guān)于操作及其進(jìn)展的所有信息現(xiàn)在作為若干數(shù)據(jù)庫中的消息是可用的，因此該信息可在所有各方之間實(shí)時(shí)分配并且甚至分配給對(duì)關(guān)注操作如何發(fā)展感興趣的其它風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)組織。
[0203]使用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)作為通信鏈接確保高速數(shù)據(jù)通信在所有各方之間是可用的且所有信息是實(shí)時(shí)可用的。在出現(xiàn)事故的情況下，甚至可分配實(shí)時(shí)視頻，以改善有問題的事件中的決定做出。
[0204]參照?qǐng)D6所示的結(jié)構(gòu)，可以預(yù)期，一個(gè)單元的機(jī)載系統(tǒng)包含若干計(jì)劃管理員，這些計(jì)劃管理員管理若干操作員，這些操作員管理在海事操作中使用的若干系統(tǒng)，比如導(dǎo)航、調(diào)遣、推進(jìn)、起重、錨處理和其它的系統(tǒng)。各單元具有控制討論中的單元的整個(gè)操作的監(jiān)督員。在執(zhí)行若干任務(wù)的單元中，為了監(jiān)視操作的特征，甚至可能需要附加的控制器。
[0205]各單元保持其特定的計(jì)劃數(shù)據(jù)庫，并且將構(gòu)建其操作數(shù)據(jù)庫作為操作進(jìn)展。如果在計(jì)劃數(shù)據(jù)庫與操作數(shù)據(jù)庫之間出現(xiàn)差異，那么在負(fù)責(zé)發(fā)出偏離消息或報(bào)警的差動(dòng)數(shù)據(jù)庫中保存偏離。
[0206]偏離消息和報(bào)警然后被分發(fā)給所有各方，并且在需要獲知的基礎(chǔ)上使得其可用于監(jiān)督員、控制器和其它各方。
[0207]該監(jiān)視和驗(yàn)證系統(tǒng)依賴于由根據(jù)本發(fā)明的通信系統(tǒng)提供的高速數(shù)據(jù)通信，并且將大大改善在SIMPOS操作中的情況獲知性和反應(yīng)的時(shí)間。由于信息同時(shí)對(duì)于所有的單元可用，因此，在難以實(shí)施操作情況下，所有的實(shí)體可通過非常緊密和集成的方式協(xié)作。這將大大提高有效性并明顯減少SIMPOS操作的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
[0208]本發(fā)明有價(jià)值的另一例子是安全管理，在這種情況下，嵌入和集成的通信系統(tǒng)可有助于提高操作和人員的安全性。安全管理系統(tǒng)包含關(guān)于安全距離的信息，并且，如果船舶或單元太近以得不到足夠的安全，那么給出報(bào)警。計(jì)劃和安全系統(tǒng)還可包含安全路由，即，限定必須被觀察的操作和導(dǎo)航的安全區(qū)域。如果由于安全距離變得太小出現(xiàn)危險(xiǎn)情況，則報(bào)警可自動(dòng)被觸發(fā)。
[0209]系統(tǒng)優(yōu)選還包含:
[0210].用于通過天線波瓣中的零引導(dǎo)增大對(duì)于干擾和阻塞的抵抗力的裝置；
[0211].用于簡單安裝和操作的裝置；
[0212].記錄設(shè)施一關(guān)鍵事件的回放；
[0213].用于產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)以用于出于模擬和訓(xùn)練目的的裝置；
[0214].用于識(shí)別人員位置的裝置，通過使用RFID技術(shù)來監(jiān)視人員移動(dòng)即在人員何時(shí)以及在哪兒通過識(shí)別入口。以這種方式，人員位置數(shù)據(jù)可被集成于系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)庫中。在緊急的情況下，獲知所有人員在哪里是十分重要的；
[0215]?用于Man Over Board (MOB)系統(tǒng)被激活時(shí)的報(bào)警和位置識(shí)別的裝置。存在如果有人落水則向監(jiān)視單元發(fā)送無線電信號(hào)的商業(yè)MOB系統(tǒng)。本系統(tǒng)可被用于向其它單元傳送該信息；
[0216]?其它。
[0217]修改
[0218]本通信系統(tǒng)的修改可以是測量路徑延遲并計(jì)算單元之間的距離。第一單元可向第二單元發(fā)送特別設(shè)計(jì)的詢問消息，從而要求它重新傳送消息與單元的位置數(shù)據(jù)，比如GPS位置。接收重新傳送的消息之前的時(shí)間延遲可被用于計(jì)算距離，并且，天線射束角度可被用于計(jì)算方位。與GPS相比，這將給出用于距離和位置估計(jì)的附加和獨(dú)立的方法。
[0219]到第一單元具有已知距離的固定單元可被用于校準(zhǔn)和精度目的。測量到固定單元的距離還將提供可用于朝向其它單元的測量的距離校正因子，該固定單元一般是具有已知的距離和位置的固定平臺(tái)。
[0220]該系統(tǒng)也可被用于向其它單元傳送諸如風(fēng)速和浪高的數(shù)據(jù)。
[0221]獨(dú)特波瓣引導(dǎo)系統(tǒng)也可被用于通過將天線零點(diǎn)引導(dǎo)朝向干擾源來抑制干擾信號(hào)。主要目的是，可通過最大化信號(hào)水平或最小化干擾信號(hào)水平，以這兩種方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)干擾比的優(yōu)化。由于天線波瓣和零可完全通過軟件控制引導(dǎo)，因此，可通過同時(shí)優(yōu)化兩個(gè)參數(shù)獲得最大的信號(hào)干擾比。
【權(quán)利要求】
1.一種用于在海事SIMOPS操作中協(xié)作的諸如船舶、飛機(jī)、直升機(jī)或平臺(tái)等的若干用戶(11)之間設(shè)置海事高速寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的方法，這些用戶具有包含用戶控制單元(101)、通信裝置(102)、接口單元(103)和用戶界面(104)的用戶單元(100)，其特征在于，該方法包括以下的步驟: a)各用戶(11)通過產(chǎn)生一個(gè)窄波瓣的相位可引導(dǎo)天線(106)執(zhí)行對(duì)其它用戶(11)的視平線的掃描或者發(fā)出詢問消息并且詢問其它用戶是否在操作中以及它們的位置、朝向和速度以及用戶標(biāo)識(shí)是什么； b)通過各用戶設(shè)置包含操作用戶(11)和它們的位置、朝向和速度的數(shù)據(jù)庫，來形成網(wǎng)絡(luò)(110)，通過該網(wǎng)絡(luò)(110)，用戶(11)可直接相互通信； c)從一個(gè)用戶(11)直接到另一用戶(11)，測量信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)噪聲比、數(shù)據(jù)吞吐量和諸如位誤差率和再傳送率的其它傳送參數(shù)，并且計(jì)算優(yōu)化的傳送參數(shù)； d)在方位角和仰角兩者上優(yōu)化可引導(dǎo)天線(106)的窄波瓣的方向，以便對(duì)于各用戶(11)直接到相應(yīng)的其它用戶(11)得到最佳的可能的數(shù)據(jù)吞吐量； e)基于來自步驟c)的優(yōu)化的傳送參數(shù)和來自步驟d)的天線波瓣方向，對(duì)于直接相互通信的用戶(11)控制/引導(dǎo)相位可引導(dǎo)天線(106)，以對(duì)于產(chǎn)生的窄波瓣在方位角和仰角兩者上實(shí)現(xiàn)高的增益； f)以預(yù)定的周期，重復(fù)步驟a)~e)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟a)包含通過一個(gè)窄波瓣在方位角和仰角兩者上執(zhí)行搜索，以覆蓋直接在相應(yīng)的用戶(11)之間的所有可能的傳送路徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，在方位角上搜索360度，并且在仰角上搜索90`度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，步驟e)包含以下步驟中的一個(gè)或更多個(gè): 一增大傳送功率或降低傳送速度，以對(duì)于相應(yīng)的用戶(11)之間的直接通信實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的傳送參數(shù)； 一將相位可引導(dǎo)天線(106)的窄波瓣引導(dǎo)到在相應(yīng)的用戶(11)之間具有最高的能量含量的方向； 一通過單獨(dú)地控制窄波瓣相位可引導(dǎo)天線(106)中的各單個(gè)天線元件的相位，形成相位可引導(dǎo)天線(106)的窄波瓣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，形成具有一個(gè)或更多個(gè)深零以及窄射束的窄波瓣相位可引導(dǎo)天線(106)射束，并且/或者將窄波瓣相位可引導(dǎo)天線(106)方向圖定制為最適于實(shí)際應(yīng)用的形式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5的方法,其特征在于,產(chǎn)生不同方向上的若干主波瓣，以便同時(shí)直接與若干不同的用戶(11)通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法還包括通過以下的軟件控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)直接在相應(yīng)的用戶(11)之間交換數(shù)據(jù)和信息:點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，如果點(diǎn)對(duì)點(diǎn)不可能，則通過設(shè)置網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)以到達(dá)直接通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)不可用的用戶(11)，來組合不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法還包括身份檢查或信號(hào)的編碼/解碼。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法還包括:通過用諸如高優(yōu)先級(jí)、中優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)的優(yōu)先級(jí)標(biāo)志來標(biāo)記單獨(dú)的消息，而限制信息/數(shù)據(jù)流動(dòng)的步驟，這些消息以優(yōu)先級(jí)程度的次序被處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于，該方法包含:如果數(shù)據(jù)的吞吐量低，那么根據(jù)優(yōu)先級(jí)標(biāo)志優(yōu)先化消息，以確保重要的消息被優(yōu)先化。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法還包括以下步驟中的一個(gè)或更多個(gè): 一主動(dòng)監(jiān)視使用中的通信信道并且僅使用自由信道以避免干擾其它的系統(tǒng)； 一通過使用來自移動(dòng)傳感器的信息，關(guān)于用戶(11)的移動(dòng)主動(dòng)補(bǔ)償射束引導(dǎo)算法，以便在方位角和仰角兩者上維持正確的天線波瓣位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法包括使用各用戶(11)的地理位置數(shù)據(jù)，以選擇用于實(shí)際區(qū)域的頻率和功率水平，并且根據(jù)選擇的頻率和功率水平自動(dòng)控制相位可引導(dǎo)天線(106)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法包括測量路徑延遲并且計(jì)算相應(yīng)的用戶(11)之間的直接距離或直接在相應(yīng)的用戶(11)之間測量消息的飛行時(shí)間和射束角度并且計(jì)算相應(yīng)的用戶(11)之間的直接距離。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法包括局部產(chǎn)生用于諸如GPS的位置裝置的差動(dòng)校正信號(hào)，該差動(dòng)校正信號(hào)可被相關(guān)網(wǎng)絡(luò)中的任何用戶(11)使用。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法還包括以預(yù)定的周期用接收數(shù)據(jù)更新用戶界面。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法還包括測量從用戶(11)直接到具有已知的距離的一個(gè)或更多個(gè)固定單元的距離，以提供用于距離的校正因子，該校正因子可被應(yīng)用于朝向其它用戶的測量。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法還包括通過將天線零點(diǎn)引導(dǎo)朝向干擾源或者將波瓣仰角調(diào)整到用于接收的最佳無干擾角度來抑制干擾信號(hào)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法包括通過最大化信號(hào)電平或最小化干擾信號(hào)電平來優(yōu)化信號(hào)干擾比。
20.根據(jù)權(quán)利要求1~19中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，該方法包括通過以下來減少來自反射信號(hào)的干擾:接收用戶(11)將一個(gè)天線波瓣直接指向傳送用戶(11)并且將一個(gè)波瓣指向反射點(diǎn)，以及以總是將反射信號(hào)添加到直接信號(hào)的方式在測量的反射信號(hào)上引入附加的相位偏移。
21.根據(jù)權(quán)利要求1~19中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，該方法包括通過以下來減少來自反射信號(hào)的干擾:接收用戶和/或傳送用戶(11)基于傳送用戶和接收用戶(11)的位置、傳送用戶和接收用戶(11)之間的距離以及兩側(cè)處的天線高度來計(jì)算反射點(diǎn)的方向和位置；以及沿反射點(diǎn)的方向在可引導(dǎo)相位天線的圖中產(chǎn)生一個(gè)或更多個(gè)零。
22.根據(jù)權(quán)利要求1~19中的任一頂?shù)姆椒?，其特征在于，該方法包含通過以下來減少來自反射信號(hào)的干擾:接收用戶和/或傳送用戶(11)通過經(jīng)由僅監(jiān)視接收信號(hào)或者經(jīng)由使用從傳送用戶(11)傳送的具有已知的參數(shù)和調(diào)制的專用導(dǎo)頻信號(hào)而使用反射路徑建立專用監(jiān)視信道，來監(jiān)視反射點(diǎn)的特性。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于， 一接收用戶(11)將窄波瓣直接指向反射點(diǎn)；一分析接收信號(hào)，并且，測量反射點(diǎn)的諸如振幅和相位延遲的特性參數(shù)； 一產(chǎn)生反射表面和反射信號(hào)的行為的模型； 一使用該模型來估計(jì)校正信號(hào)； 一使用估計(jì)的校正信號(hào)來校正主信號(hào)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于， 一傳送用戶(11)直接朝向反射點(diǎn)傳送具有已知的碼字序列的專用載波調(diào)制信號(hào)； 一接收用戶(11)記錄被反射表面反射之后的信號(hào)； 一基于使用使接收信號(hào)和傳送信號(hào)相關(guān)的相關(guān)器來產(chǎn)生估計(jì)的校正信號(hào)； 一向主信號(hào)施加估計(jì)的校正信號(hào)并因此校正主信號(hào)。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法包括通過以下來減少來自反射信號(hào)的干擾: 一將接收用戶(11)的天線波瓣分成兩個(gè)主部分； 一使一個(gè)天線波瓣對(duì)準(zhǔn)直接自由空間路徑并且一個(gè)直接對(duì)準(zhǔn)反射點(diǎn)； 一延遲直接信號(hào)，因此它與反射信號(hào)同相位，并由此在直接信號(hào)和反射信號(hào)之間產(chǎn)生建設(shè)性干擾，以便消除反射信號(hào)的負(fù)面影響。
26.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，建立網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，并且同時(shí)經(jīng)若干其它的用戶(11)通過若干路由傳送優(yōu)先化的消息。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其特征在于，在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的各單元中使用受控的延遲，以便避免從來自不同路由的消息的消息沖突并確保接收用戶以受控的方式接收來自不同路由的所有消息。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法包括基于位置、朝向和速度的可用信息來預(yù)測用戶(11)的位置并且沿該方向指引天線波瓣。
29.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法包括通過以下在相應(yīng)的用戶(11)之間執(zhí)行測距: 一從一個(gè)用戶(11)向一個(gè)或更多個(gè)指定的其它用戶(11)傳送一個(gè)或更多個(gè)尋址的測距消息； 一當(dāng)消息被接收并被解碼為測距消息時(shí)，指定的用戶(11)用確認(rèn)消息響應(yīng)傳送用戶(11)； 一基于從傳送到接收的時(shí)間延遲，計(jì)算相應(yīng)的用戶(11)之間的距離。
30.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該方法包括通過以下在相應(yīng)的用戶(11)之間執(zhí)行測距: 一從一個(gè)用戶(11)向一個(gè)或更多個(gè)指定的其它用戶(11)傳送一個(gè)或更多個(gè)測距消息； 一當(dāng)消息被接收并被解碼為測距消息時(shí)，響應(yīng)用戶(11)引入與它們的身份對(duì)應(yīng)的受控延遲，并且用包含受控延遲和它們的身份的確認(rèn)消息響應(yīng)傳送用戶(11)； 一基于從傳送到接收的時(shí)間延遲和受控的時(shí)間延遲，計(jì)算相應(yīng)的用戶(11)之間的距離。
31.根據(jù)權(quán)利要求29或30的方法，其特征在于，使用接收信號(hào)的相位測量來增大測距的精度。
32.根據(jù)權(quán)利要求29~31中的任一項(xiàng)的方法，其特征在于，比較計(jì)算的距離與測量的GPS/DGPS 距離。
33.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，用于減少干擾的方法包含: 一測量或獲取關(guān)于噪聲頻率和到干擾源的方向的信息并且在數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)該信息； 一使用自適應(yīng)優(yōu)化算法以基于以下干擾特性中的一個(gè)或更多個(gè)分析干擾源和方向:頻率、振幅、定時(shí)、持續(xù)期和歷史； 一控制相位可引導(dǎo)天線(106)，以沿干擾源的方向形成零或通過形成適于對(duì)抗干擾信號(hào)的信號(hào)，并且借此阻擋來自干擾源的信號(hào)。
34.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，用于檢測來自其它用戶(11)的機(jī)載電子設(shè)備或故障發(fā)射器的干擾的方法包含: 一通過兩個(gè)或更多個(gè)用戶(11)上的相位可引導(dǎo)天線(106 )，搜索源自一個(gè)或更多個(gè)用戶(11)的一個(gè)或更多個(gè)干擾源的方向； 一通過來自兩個(gè)或更多個(gè)用戶(11)的信息，計(jì)算位置和到干擾源的距離。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，其特征在于，使用位置和到干擾源的距離來控制相位可引導(dǎo)天線(106 )以沿一個(gè)或更多個(gè)干擾源的方向形成零并且借此阻擋來自干擾源的信號(hào)。
36.一種用于在在海事SIMOPS操作中協(xié)作的諸如船舶、飛機(jī)、直升機(jī)或平臺(tái)等的若干用戶(11)之間使用的集成高速寬帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含對(duì)于各用戶(11)布置的用戶單元(100)，該用戶單元(100)包含用戶控制單元(101)、通信裝置(102)、接口單元(103)和用戶界面(104)，所述系統(tǒng)的特征在于，通信裝置(102)包含無線電系統(tǒng)(105)和通過軟件控制而在方位角和仰角兩者上可控制的窄波瓣相位可引導(dǎo)天線(106)，該窄波瓣相位可引導(dǎo)天線(106)被固定于用戶( 11)上并且不包含可移動(dòng)部分，并且，用戶單元(100)被布置為通過設(shè)置包含操作用戶(11)和它們的位置、朝向和速度的數(shù)據(jù)庫來形成網(wǎng)絡(luò)(110)，通過該網(wǎng)絡(luò)(110)，用戶(11)可直接相互通信。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，用戶控制單元(101)被布置為對(duì)于其它用戶在方位角和仰角兩者上執(zhí)行視平線的掃描或者發(fā)出詢問消息并且詢問其它用戶是否在操作中以及它們的位置和用戶標(biāo)識(shí)是什么。
38.根據(jù)權(quán)利要求36的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，用戶控制單元(101)具有用于從一個(gè)用戶(11)直接到另一用戶(11)測量信號(hào)強(qiáng)度、信號(hào)噪聲比、數(shù)據(jù)吞吐量和諸如位位錯(cuò)誤率和再傳送率的其它傳送參數(shù)并且基于此在方位角和仰角兩者上優(yōu)化窄波瓣相位可引導(dǎo)天線(106 )的波瓣方向以獲得最佳可能數(shù)據(jù)吞吐量的裝置。
39.根據(jù)權(quán)利要求36的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，用戶控制單元(101)具有諸如數(shù)據(jù)庫的用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)/信息的外部和/或內(nèi)部存儲(chǔ)器。
40.根據(jù)權(quán)利要求36的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)可從用戶界面(104)被配置，該配置可很容易地改變以反映當(dāng)前操作需要。
41.根據(jù)權(quán)利要求36~40中的任一項(xiàng)的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，用戶控制單元(101)具有用于完成以下中的一個(gè)或更多個(gè)的裝置或者被布置為完成以下中的一個(gè)或者多個(gè): 一對(duì)于與相應(yīng)的其它用戶(11)的直接通信，基于優(yōu)化的傳送參數(shù)和天線波瓣方向來控制/引導(dǎo)窄波瓣相位可引導(dǎo)天線(106)；一控制對(duì)于通信裝置(102)的數(shù)據(jù)傳送并被布置為供給用于操作通信裝置(102)的輸入數(shù)據(jù)； 一分配狀態(tài)數(shù)據(jù)、來自操作的圖片或?qū)崟r(shí)視頻流動(dòng)并且在同一用戶界面(104)上呈現(xiàn)信息； 一接收選自以下的其它相關(guān)數(shù)據(jù)輸入:來自傳感器的數(shù)據(jù)、海洋狀態(tài)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、氣象預(yù)報(bào)、GPS、自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、移動(dòng)傳感器、雷達(dá)、語音、視頻、差動(dòng)全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)或局部校正數(shù)據(jù)； 一監(jiān)視傳送條件，并且，如果傳送條件由于長程、反射問題或傳送路徑中的高水分含量劣化，那么用戶控制單元(101)被布置為自動(dòng)檢測劣化并通過增大傳送功率、增大再傳送或降低窄波瓣相位可引導(dǎo)天線(106)的傳送速度來進(jìn)行補(bǔ)償； 一負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信道切換、多路復(fù)用、控制用戶界面(104)并向通信裝置(102)提供接口 ； 一增大窄波瓣相位可引導(dǎo)天線(106)的傳送功率或降低其傳送速度，以在相應(yīng)的用戶(11)之間實(shí)現(xiàn)最佳的傳送參數(shù)； 一將窄波瓣相位可引導(dǎo)天線(106)的射束引導(dǎo)到具有最高的能量含量的方向； 一通過單獨(dú)地控制窄波瓣相位可引導(dǎo)天線(106)中的各單個(gè)天線元件的相位，形成窄波瓣相位可引導(dǎo)天線(106)射束； 一形成具有一個(gè)或更多個(gè)深零以及窄射束的窄波瓣相位可引導(dǎo)天線(106)射束； 一將窄波瓣相位可引導(dǎo)天線(106)方向圖定制為最適于實(shí)際應(yīng)用的形式； 一通過以下的軟件控制架構(gòu)在相應(yīng)的用戶(11)之間交換數(shù)據(jù)和信息:點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)； 一身份檢查或信號(hào)的編碼/解碼； 一通過用諸如高優(yōu)先級(jí)、中優(yōu)先級(jí)或低優(yōu)先級(jí)的優(yōu)先級(jí)標(biāo)志來標(biāo)記單獨(dú)的消息，來限制信息/數(shù)據(jù)流動(dòng)，這些消息以優(yōu)先級(jí)程度的次序被處理； 一主動(dòng)監(jiān)視使用中的通信信道并且僅使用自由信道以避免干擾其它的系統(tǒng)； 一通過使用來自移動(dòng)傳感器的信息，關(guān)于船舶移動(dòng)主動(dòng)補(bǔ)償射束引導(dǎo)算法，以便在方位角和仰角兩者上維持正確的天線波瓣位置； 一使用位置數(shù)據(jù)來控制依賴于相應(yīng)的用戶(11)的地理位置的頻率和功率水平； 一用通過測量兩個(gè)相應(yīng)的用戶(11)之間的消息的飛行時(shí)間和射束角度獲得的位置來檢查位置數(shù)據(jù)； 一局部產(chǎn)生用于諸如GPS的位置裝置的差動(dòng)校正信號(hào)，該差動(dòng)校正信號(hào)可被相關(guān)網(wǎng)絡(luò)中的任何用戶使用； 一測量路徑延遲并計(jì)算用戶(11)之間的距離； 一測量到具有已知距離的一個(gè)或更多個(gè)固定單元的距離，以提供用于距離的校正因子，該校正因子可應(yīng)用于朝向其它用戶的測量； 一通過將天線零點(diǎn)引導(dǎo)朝向干擾源來抑制干擾信號(hào)； 一通過最大化信號(hào)電平或者最小化干擾信號(hào)電平來優(yōu)化信號(hào)干擾比； 一通過將天線波瓣分成兩個(gè)主部分并且將一個(gè)波瓣指向另一用戶并且一個(gè)指向反射點(diǎn)，來消除來自反射的干擾； 一分析反射表面或反射點(diǎn)的特性；一通過使用消息執(zhí)行相應(yīng)的用戶之間的測距； 一增強(qiáng)與任務(wù)有關(guān)的消息系統(tǒng)； 一檢測干擾源。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，用戶控制單元(101)具有用于完成以下的裝置或者被布置為完成以下:如果點(diǎn)對(duì)點(diǎn)不可能，通過設(shè)置網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)以到達(dá)直接通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)不可用的用戶(11)，來組合不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
43.根據(jù)權(quán)利要求41的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，用戶控制單元(101)具有用于完成以下的裝置或者被布置為完成以下:如果數(shù)據(jù)的吞吐量低，那么根據(jù)優(yōu)先級(jí)標(biāo)志優(yōu)先化消息，以確保重要的消息被優(yōu)先化。
44.根據(jù)權(quán)利要求41的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，用戶控制單元(101)具有用于完成以下的裝置或者被布置為完成以下:產(chǎn)生不同方向上的若干主波瓣，以便同時(shí)與若干不同的用戶通信或者以便消除來自反射點(diǎn)的干擾。
45.根據(jù)權(quán)利要求36的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)具有提供對(duì)方案的建議的智能決定支持系統(tǒng)。
46.根據(jù)權(quán)利要求36的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)具有用于涉及的所有用戶之間的直接通信的選自以下的裝置:普通電話系統(tǒng)、揚(yáng)聲器、會(huì)議設(shè)施、被布置為傳送寫入消息或郵件的集成消息系統(tǒng)。
47.根據(jù)權(quán)利要求36的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)具有單元和對(duì)象的物理布局的3D數(shù)據(jù)庫，以便計(jì)算單元與其它對(duì)象之間的最近距離。`
48.根據(jù)權(quán)利要求36的寬帶通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)具有以下特征中的一個(gè)或更多個(gè): ?用于增大對(duì)干擾和阻塞的抵抗力的裝置； ?用于簡單安裝和操作的裝置； ?記錄設(shè)施一關(guān)鍵事件的回放； ?用于產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)以用于模擬和訓(xùn)練目的的裝置。
【文檔編號(hào)】H01Q3/01GK103503232SQ201280021855
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月16日
【發(fā)明者】P·C·伯恩特森, A·賓南, H·F·羅斯豪格 申請(qǐng)人:康斯堡西特克斯股份公司