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船載動中通微波通訊應用于海事監(jiān)管和通航指揮
一、簡述
  本項目通過建設(shè)青島近海海域船岸無線通信網(wǎng)絡(luò),提升海事應急通信保障能力,保障海事監(jiān)管和通航指揮通信暢通。項目建成后,指揮中心能夠?qū)崟r查看由執(zhí)行公務(wù)中的船舶傳回的多路視頻圖像、與執(zhí)行公務(wù)的船舶之間進行即時視頻會議、在船上訪問互聯(lián)網(wǎng)、使用WIFI以及可以使用移動電話撥號或接聽電話。
  青島海事局所轄海域,通過在轄區(qū)多個島嶼上安裝動中通基站,覆蓋全部轄區(qū)近海區(qū)域,使得公務(wù)船在本地區(qū)域內(nèi),實現(xiàn)與岸基無縫連接組網(wǎng)。青島海事局船載動中通二期項目轄區(qū)覆蓋范圍如下圖所示:
船載動中通項目轄區(qū)覆蓋范圍
  在本轄區(qū)燈塔、鐵塔上安裝岸基基站,燈塔岸基坐標如下:
1. 即墨女島燈塔
經(jīng)度:***.*******,緯度:**.******* 
2. 千里巖燈塔
經(jīng)度:***.*******,緯度:**.*******
3. 朝連島燈塔
經(jīng)度:***.***
一、簡述
  本項目通過建設(shè)青島近海海域船岸無線通信網(wǎng)絡(luò),提升海事應急通信保障能力,保障海事監(jiān)管和通航指揮通信暢通。項目建成后,指揮中心能夠?qū)崟r查看由執(zhí)行公務(wù)中的船舶傳回的多路視頻圖像、與執(zhí)行公務(wù)的船舶之間進行即時視頻會議、在船上訪問互聯(lián)網(wǎng)、使用WIFI以及可以使用移動電話撥號或接聽電話。
  青島海事局所轄海域,通過在轄區(qū)多個島嶼上安裝動中通基站,覆蓋全部轄區(qū)近海區(qū)域,使得公務(wù)船在本地區(qū)域內(nèi),實現(xiàn)與岸基無縫連接組網(wǎng)。青島海事局船載動中通二期項目轄區(qū)覆蓋范圍如下圖所示:
船載動中通項目轄區(qū)覆蓋范圍
  在本轄區(qū)燈塔、鐵塔上安裝岸基基站,燈塔岸基坐標如下:
1. 即墨女島燈塔
經(jīng)度:***.*******,緯度:**.******* 
2. 千里巖燈塔
經(jīng)度:***.*******,緯度:**.*******
3. 朝連島燈塔
經(jīng)度:***.*******,緯度:**.******* 
4. 大橋島燈塔
經(jīng)度:***.*******,緯度:**.*******
5. 市南區(qū)海事大廈辦公樓
經(jīng)度:***.*******,緯度:**.*******
6. 齋堂島董家口AIS基站
經(jīng)度:***.*******,緯度:**.*******
 
二、需求分析
1、覆蓋范圍分析
  青島海事局所轄海域,東北至西南海域直線大約80海里(150公里),近海作業(yè)范圍距離海岸線11~22海里左右。如圖:
船載動中通項目轄區(qū)覆蓋范圍

2、船載組網(wǎng)需求
  船載端于岸站之間,通過動中通智能組網(wǎng)系統(tǒng),實現(xiàn)船只與岸站基站之間高速微波組網(wǎng),船只和岸基之間,上行和下行帶寬分別不低于50Mbps鏈路帶寬,以滿足和確保海事相關(guān)公務(wù)和作業(yè)船只的通信和指揮保障,實現(xiàn)船只多路視頻實時回傳至控制中心,且同步可實現(xiàn)視頻會議、船只互聯(lián)網(wǎng)實時訪問,高速WIFI上網(wǎng)、VoIP網(wǎng)絡(luò)電話功能。
  動中通系統(tǒng)采用海面多點覆蓋,在多個燈塔站岸基安裝動中通岸站,就近接入為原則,實現(xiàn)動中通對船只多業(yè)務(wù)聯(lián)網(wǎng)支持:
動中通系統(tǒng)采用海面多點覆蓋
 
三、方案鏈路規(guī)劃和設(shè)備選擇
1、整體鏈路規(guī)劃和部署
  1.1、船只與燈塔岸基通訊組網(wǎng)
  青島海事局所轄區(qū)域范圍的近海區(qū)域范圍內(nèi),現(xiàn)有六處燈塔鐵塔資源可用于岸站動中通基站,1.即墨女島燈塔,2.千里巖燈塔,3.朝連島燈塔,4. 大橋島燈塔,5.市南區(qū)海事大廈辦公樓,6. 齋堂島董家口AIS基站,利用六處燈塔分別覆蓋一定范圍海域范圍,后續(xù)也可以進行岸基基站擴容,增加覆蓋范圍。
六處燈塔鐵塔位置,所能安裝天線海拔掛高分別50~80米不等,假設(shè)公務(wù)船只動中通天線海拔安裝高度按10米計算,則燈塔岸基覆蓋半徑范圍分別為25公里~30公里。
考慮到船只和燈塔岸基基站最遠達30公里或以上,我們對岸基設(shè)備和船只設(shè)備,都采用直徑70cm動中通系統(tǒng),采用一對一高增益智能天線系統(tǒng),單一天線高帶寬,高速路,遠距離。滿足船只與岸站基站50Mbps鏈路帶寬的需求。
 
  1.1.1 岸基基站選址
  在現(xiàn)有六處基站位置上安裝動中通岸基基站,六處坐標如第一節(jié)“簡述”中所述,采用現(xiàn)有鐵塔資源,每個岸基單獨提供500Mbps的互聯(lián)網(wǎng)接入通道和動中通岸基連接;
  對于鐵塔動中通岸基安裝時,盡量安裝在鐵塔制高點,并盡可能避開鐵塔本身對全方位覆蓋信號的影響,建議在條件許可的情況下,單獨架設(shè)鐵塔或立桿用于安裝動中通岸基基站。
供電則從現(xiàn)有鐵塔供電系統(tǒng)拉取220V市電。
  岸基基站點位的擴充:為了獲得更遠的傳輸距離和通訊效果,我們建議在嶗山南側(cè)山脈靠海位置,安裝補充基站,北緯:**.*******,東經(jīng)***.*******,海拔***米左右。由于具有絕對的高度優(yōu)勢,單一基站即可覆蓋半徑多達70公里區(qū)域。
動中通系統(tǒng)采用海面多點覆蓋:岸基基站點位的擴充:為了獲得更遠的傳輸距離和通訊效果,我們建議在嶗山南側(cè)山脈靠海位置,安裝補充基站

1.1.2船只與岸站鏈路高度規(guī)劃和計算
  假設(shè)公務(wù)船動中通天線安裝高度為海拔10米,公務(wù)船距離朝連島燈塔(天線安裝高度海拔按80米)16.5海里(30公里)時,鏈路計算情況如下:
動中通系統(tǒng)-船只與岸站鏈路高度規(guī)劃和計算
 
動中通系統(tǒng)-船只與岸站鏈路高度規(guī)劃和計算
  通過計算,岸基海拔高度80米天線安裝高度和船只天線安裝高度10米時,鏈路符合傳輸要求。此時的傳輸距離為當前高度情況下的最遠傳輸距離。
 
  1.2、岸基與指揮中心組網(wǎng)
  所有岸基動中通基站,采用獨立高速500Mbps互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入。滿足與中心之間實現(xiàn)包括VPN、視頻、監(jiān)控等船只各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)擴容的需要。
 
2、設(shè)備選擇
  2.1、船岸動中通組網(wǎng)設(shè)備
  船載動中通系統(tǒng)采用智能定向天線系統(tǒng),采用5HzGPS高速實時自動姿態(tài)計算方法,根據(jù)預設(shè)目的地經(jīng)緯度定位數(shù)據(jù)和相對高度數(shù)據(jù),實現(xiàn)360度水平連續(xù)自動旋轉(zhuǎn)和俯仰姿態(tài)調(diào)整。 通過集成高增益定向天線,搭載高速微波通訊系統(tǒng),與遠端站之間實現(xiàn)高速、高鏈路帶寬通訊,實現(xiàn)更遠距離實時穩(wěn)定可靠的無線視頻傳輸。 可應用于通視環(huán)境下船載、機載、車載的動中通通訊系統(tǒng),實現(xiàn)動態(tài)組網(wǎng)與自動跟蹤。 相比傳統(tǒng)全向天線模式,具有高的天線增益,更遠的通訊距離,和更好的通訊傳輸效果。
設(shè)備小型化,輕量化,高集成度,單一設(shè)備集成電子羅盤、GPS、高速步進機電機,采用全角度360度自動高速AI智能系統(tǒng),可360度連續(xù)旋轉(zhuǎn),全自動俯仰角度調(diào)整。通過搭載定向微波天線系統(tǒng)和高速微波設(shè)備,能夠提供高速穩(wěn)定微波透明傳輸鏈路。設(shè)備安裝維護簡單,只需要一根網(wǎng)線進機柜即可,不需要其它的多條數(shù)據(jù)線纜。
船岸動中通:
動中通系統(tǒng)-船只與岸站鏈路高度規(guī)劃和計算

設(shè)備性能:
天線內(nèi)置高精度慣性導航模塊測量船體(車體)的姿態(tài),利用DSP運行具有自主知識產(chǎn)權(quán)的姿態(tài)穩(wěn)定算法,保證了天線在任何情況實時對準目標信號。
搜索信號時,根據(jù)GPS獲取的地理位置,計算目標信號仰角,在多軸穩(wěn)定的基礎(chǔ)上直接對目標進行搜索,所以可以快速獲取目標;可擴展多岸站目標基站;
在識別目標方面,為了提高信號識別的可靠性,特別設(shè)計了信號加信標識別方式;
機械方面,采用三軸穩(wěn)定的機械結(jié)構(gòu),保證了控制精度(穩(wěn)定平臺的指向精度可達±0.2°);
電子元件方面,采用工業(yè)級元件,保證了元件的可靠性(也可以提供軍品級元件);
軟件方面,采用高速DSP計算,內(nèi)置坐標變換模塊、PID穩(wěn)定模塊等核心模塊,其控制頻率大于500Hz;
生產(chǎn)工藝方面,采用長時間高低溫老化試驗,保證了電氣元件的可靠性。
5Hz高速定位和姿態(tài)計算
360度水平連續(xù)旋轉(zhuǎn),自動俯仰角度調(diào)整
高速步進電機系統(tǒng),水平角度精度0.24度
旋轉(zhuǎn)速度50度/秒,自動加速度起停運轉(zhuǎn),拒絕高速旋轉(zhuǎn)時失步和越步
GPS漂移優(yōu)化算法,運行更精準可靠
支持初次安裝電子羅盤自校準功能,地磁磁偏角校正功能
適配5.8G船載、機載、車載通訊系統(tǒng),具有高鏈路帶寬,通訊距離遠的優(yōu)點*
系統(tǒng)即裝即用,安裝調(diào)試簡單
IP66全天候
可擴展標準RS232串口接口
RS-232和TELNET終端實時狀態(tài)數(shù)據(jù)輸出,支持手動遠程控制和姿態(tài)調(diào)整
支持多點岸站自動跟蹤
支持系統(tǒng)定制開發(fā)
 
  2.1.1 船岸動中通
  對于岸基,我們采用與船載相同的系統(tǒng)設(shè)備,并通過485通訊系統(tǒng),實現(xiàn)與船只之間坐標交換和協(xié)助定位。岸基動中通:
動中通系統(tǒng)-船只與岸站鏈路高度規(guī)劃和計算
  船只與多岸基基站,可優(yōu)化的鏈路計算方案,智能化自動匹配、切換就近岸基通訊。
 
  2.1.2 客戶運維管理
  系統(tǒng)提供自動化運維完美解決方案,具有功能模塊化,流程化,可視化,自動化,運維操作安全、簡單、高效率,降低系統(tǒng)運維成本。通過運維系統(tǒng),可以實時查看船只在線狀態(tài)、坐標、流量帶寬等數(shù)據(jù),各種狀況運籌帷幄。
  設(shè)備鏈路關(guān)系和連接狀態(tài)圖:
動中通系統(tǒng)-設(shè)備鏈路關(guān)系和連接狀態(tài)圖
動中通系統(tǒng)-設(shè)備鏈路關(guān)系和連接狀態(tài)圖
 
  2.1.3 船載端智能天線輔助調(diào)整系統(tǒng)
  智能化輔助軟件系統(tǒng),可根據(jù)船只信號強度,自動調(diào)整船只、岸基天線方向,互相精準調(diào)整,做到系統(tǒng)信號最優(yōu),帶寬最優(yōu)。

動中通系統(tǒng)-船載端智能天線輔助調(diào)整系統(tǒng)-智能化輔助軟件系統(tǒng)
 
  2.2、岸基和指揮中心點對點骨干鏈路
  2.2.1 岸基和指揮組網(wǎng)
  所有岸基基站采用光纖寬帶,支持500Mbps高速互聯(lián)網(wǎng)接入。船只設(shè)備與指揮中心采用云平臺系統(tǒng)和VPN方式進行設(shè)備互聯(lián)互通。
***,緯度:**.******* 
4. 大橋島燈塔
經(jīng)度:***.*******,緯度:**.*******
5. 市南區(qū)海事大廈辦公樓
經(jīng)度:***.*******,緯度:**.*******
6. 齋堂島董家口AIS基站
經(jīng)度:***.*******,緯度:**.*******
 
二、需求分析
1、覆蓋范圍分析
  青島海事局所轄海域,東北至西南海域直線大約80海里(150公里),近海作業(yè)范圍距離海岸線11~22海里左右。如圖:
船載動中通項目轄區(qū)覆蓋范圍

2、船載組網(wǎng)需求
  船載端于岸站之間,通過動中通智能組網(wǎng)系統(tǒng),實現(xiàn)船只與岸站基站之間高速微波組網(wǎng),船只和岸基之間,上行和下行帶寬分別不低于50Mbps鏈路帶寬,以滿足和確保海事相關(guān)公務(wù)和作業(yè)船只的通信和指揮保障,實現(xiàn)船只多路視頻實時回傳至控制中心,且同步可實現(xiàn)視頻會議、船只互聯(lián)網(wǎng)實時訪問,高速WIFI上網(wǎng)、VoIP網(wǎng)絡(luò)電話功能。
  動中通系統(tǒng)采用海面多點覆蓋,在多個燈塔站岸基安裝動中通岸站,就近接入為原則,實現(xiàn)動中通對船只多業(yè)務(wù)聯(lián)網(wǎng)支持:
動中通系統(tǒng)采用海面多點覆蓋
 
三、方案鏈路規(guī)劃和設(shè)備選擇
1、整體鏈路規(guī)劃和部署
  1.1、船只與燈塔岸基通訊組網(wǎng)
  青島海事局所轄區(qū)域范圍的近海區(qū)域范圍內(nèi),現(xiàn)有六處燈塔鐵塔資源可用于岸站動中通基站,1.即墨女島燈塔,2.千里巖燈塔,3.朝連島燈塔,4. 大橋島燈塔,5.市南區(qū)海事大廈辦公樓,6. 齋堂島董家口AIS基站,利用六處燈塔分別覆蓋一定范圍海域范圍,后續(xù)也可以進行岸基基站擴容,增加覆蓋范圍。
六處燈塔鐵塔位置,所能安裝天線海拔掛高分別50~80米不等,假設(shè)公務(wù)船只動中通天線海拔安裝高度按10米計算,則燈塔岸基覆蓋半徑范圍分別為25公里~30公里。
考慮到船只和燈塔岸基基站最遠達30公里或以上,我們對岸基設(shè)備和船只設(shè)備,都采用直徑70cm動中通系統(tǒng),采用一對一高增益智能天線系統(tǒng),單一天線高帶寬,高速路,遠距離。滿足船只與岸站基站50Mbps鏈路帶寬的需求。
 
  1.1.1 岸基基站選址
  在現(xiàn)有六處基站位置上安裝動中通岸基基站,六處坐標如第一節(jié)“簡述”中所述,采用現(xiàn)有鐵塔資源,每個岸基單獨提供500Mbps的互聯(lián)網(wǎng)接入通道和動中通岸基連接;
  對于鐵塔動中通岸基安裝時,盡量安裝在鐵塔制高點,并盡可能避開鐵塔本身對全方位覆蓋信號的影響,建議在條件許可的情況下,單獨架設(shè)鐵塔或立桿用于安裝動中通岸基基站。
供電則從現(xiàn)有鐵塔供電系統(tǒng)拉取220V市電。
  岸基基站點位的擴充:為了獲得更遠的傳輸距離和通訊效果,我們建議在嶗山南側(cè)山脈靠海位置,安裝補充基站,北緯:**.*******,東經(jīng)***.*******,海拔***米左右。由于具有絕對的高度優(yōu)勢,單一基站即可覆蓋半徑多達70公里區(qū)域。
動中通系統(tǒng)采用海面多點覆蓋:岸基基站點位的擴充:為了獲得更遠的傳輸距離和通訊效果,我們建議在嶗山南側(cè)山脈靠海位置,安裝補充基站

1.1.2船只與岸站鏈路高度規(guī)劃和計算
  假設(shè)公務(wù)船動中通天線安裝高度為海拔10米,公務(wù)船距離朝連島燈塔(天線安裝高度海拔按80米)16.5海里(30公里)時,鏈路計算情況如下:
動中通系統(tǒng)-船只與岸站鏈路高度規(guī)劃和計算
 
動中通系統(tǒng)-船只與岸站鏈路高度規(guī)劃和計算
  通過計算,岸基海拔高度80米天線安裝高度和船只天線安裝高度10米時,鏈路符合傳輸要求。此時的傳輸距離為當前高度情況下的最遠傳輸距離。
 
  1.2、岸基與指揮中心組網(wǎng)
  所有岸基動中通基站,采用獨立高速500Mbps互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入。滿足與中心之間實現(xiàn)包括VPN、視頻、監(jiān)控等船只各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)擴容的需要。
 
2、設(shè)備選擇
  2.1、船岸動中通組網(wǎng)設(shè)備
  船載動中通系統(tǒng)采用智能定向天線系統(tǒng),采用5HzGPS高速實時自動姿態(tài)計算方法,根據(jù)預設(shè)目的地經(jīng)緯度定位數(shù)據(jù)和相對高度數(shù)據(jù),實現(xiàn)360度水平連續(xù)自動旋轉(zhuǎn)和俯仰姿態(tài)調(diào)整。 通過集成高增益定向天線,搭載高速微波通訊系統(tǒng),與遠端站之間實現(xiàn)高速、高鏈路帶寬通訊,實現(xiàn)更遠距離實時穩(wěn)定可靠的無線視頻傳輸。 可應用于通視環(huán)境下船載、機載、車載的動中通通訊系統(tǒng),實現(xiàn)動態(tài)組網(wǎng)與自動跟蹤。 相比傳統(tǒng)全向天線模式,具有高的天線增益,更遠的通訊距離,和更好的通訊傳輸效果。
設(shè)備小型化,輕量化,高集成度,單一設(shè)備集成電子羅盤、GPS、高速步進機電機,采用全角度360度自動高速AI智能系統(tǒng),可360度連續(xù)旋轉(zhuǎn),全自動俯仰角度調(diào)整。通過搭載定向微波天線系統(tǒng)和高速微波設(shè)備,能夠提供高速穩(wěn)定微波透明傳輸鏈路。設(shè)備安裝維護簡單,只需要一根網(wǎng)線進機柜即可,不需要其它的多條數(shù)據(jù)線纜。
船岸動中通:
動中通系統(tǒng)-船只與岸站鏈路高度規(guī)劃和計算

設(shè)備性能:
天線內(nèi)置高精度慣性導航模塊測量船體(車體)的姿態(tài),利用DSP運行具有自主知識產(chǎn)權(quán)的姿態(tài)穩(wěn)定算法,保證了天線在任何情況實時對準目標信號。
搜索信號時,根據(jù)GPS獲取的地理位置,計算目標信號仰角,在多軸穩(wěn)定的基礎(chǔ)上直接對目標進行搜索,所以可以快速獲取目標;可擴展多岸站目標基站;
在識別目標方面,為了提高信號識別的可靠性,特別設(shè)計了信號加信標識別方式;
機械方面,采用三軸穩(wěn)定的機械結(jié)構(gòu),保證了控制精度(穩(wěn)定平臺的指向精度可達±0.2°);
電子元件方面,采用工業(yè)級元件,保證了元件的可靠性(也可以提供軍品級元件);
軟件方面,采用高速DSP計算,內(nèi)置坐標變換模塊、PID穩(wěn)定模塊等核心模塊,其控制頻率大于500Hz;
生產(chǎn)工藝方面,采用長時間高低溫老化試驗,保證了電氣元件的可靠性。
5Hz高速定位和姿態(tài)計算
360度水平連續(xù)旋轉(zhuǎn),自動俯仰角度調(diào)整
高速步進電機系統(tǒng),水平角度精度0.24度
旋轉(zhuǎn)速度50度/秒,自動加速度起停運轉(zhuǎn),拒絕高速旋轉(zhuǎn)時失步和越步
GPS漂移優(yōu)化算法,運行更精準可靠
支持初次安裝電子羅盤自校準功能,地磁磁偏角校正功能
適配5.8G船載、機載、車載通訊系統(tǒng),具有高鏈路帶寬,通訊距離遠的優(yōu)點*
系統(tǒng)即裝即用,安裝調(diào)試簡單
IP66全天候
可擴展標準RS232串口接口
RS-232和TELNET終端實時狀態(tài)數(shù)據(jù)輸出,支持手動遠程控制和姿態(tài)調(diào)整
支持多點岸站自動跟蹤
支持系統(tǒng)定制開發(fā)
 
  2.1.1 船岸動中通
  對于岸基,我們采用與船載相同的系統(tǒng)設(shè)備,并通過485通訊系統(tǒng),實現(xiàn)與船只之間坐標交換和協(xié)助定位。岸基動中通:
動中通系統(tǒng)-船只與岸站鏈路高度規(guī)劃和計算
  船只與多岸基基站,可優(yōu)化的鏈路計算方案,智能化自動匹配、切換就近岸基通訊。
 
  2.1.2 客戶運維管理
  系統(tǒng)提供自動化運維完美解決方案,具有功能模塊化,流程化,可視化,自動化,運維操作安全、簡單、高效率,降低系統(tǒng)運維成本。通過運維系統(tǒng),可以實時查看船只在線狀態(tài)、坐標、流量帶寬等數(shù)據(jù),各種狀況運籌帷幄。
  設(shè)備鏈路關(guān)系和連接狀態(tài)圖:
動中通系統(tǒng)-設(shè)備鏈路關(guān)系和連接狀態(tài)圖
動中通系統(tǒng)-設(shè)備鏈路關(guān)系和連接狀態(tài)圖
 
  2.1.3 船載端智能天線輔助調(diào)整系統(tǒng)
  智能化輔助軟件系統(tǒng),可根據(jù)船只信號強度,自動調(diào)整船只、岸基天線方向,互相精準調(diào)整,做到系統(tǒng)信號最優(yōu),帶寬最優(yōu)。

動中通系統(tǒng)-船載端智能天線輔助調(diào)整系統(tǒng)-智能化輔助軟件系統(tǒng)
 
  2.2、岸基和指揮中心點對點骨干鏈路
  2.2.1 岸基和指揮組網(wǎng)
  所有岸基基站采用光纖寬帶,支持500Mbps高速互聯(lián)網(wǎng)接入。船只設(shè)備與指揮中心采用云平臺系統(tǒng)和VPN方式進行設(shè)備互聯(lián)互通。
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