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工程案例
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
本項目通過建設青島近海海域船岸無線通信網(wǎng)絡，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，指揮中心能夠實時查看由執(zhí)行公務中的船舶傳回的多路視頻圖像、與執(zhí)行公務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，使得公務船在本地區(qū)域內，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：
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
經度：***.*******，緯度：**.*******
2. 千里巖燈塔
經度：***.*******，緯度：**.*******
3. 朝連島燈塔
經度：***.***
在本轄區(qū)燈塔、鐵塔上安裝岸基基站，燈塔岸基坐標如下：
一、簡述
本項目通過建設青島近海海域船岸無線通信網(wǎng)絡，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，指揮中心能夠實時查看由執(zhí)行公務中的船舶傳回的多路視頻圖像、與執(zhí)行公務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，使得公務船在本地區(qū)域內，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：
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
經度：***.*******，緯度：**.*******
2. 千里巖燈塔
經度：***.*******，緯度：**.*******
3. 朝連島燈塔
經度：***.*******，緯度：**.*******
4. 大橋島燈塔
經度：***.*******，緯度：**.*******
5. 市南區(qū)海事大廈辦公樓
經度：***.*******，緯度：**.*******
6. 齋堂島董家口AIS基站
經度：***.*******，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：
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公務和作業(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)務聯(lián)網(wǎng)支持：
三、方案鏈路規(guī)劃和設備選擇
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，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，假設公務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，我們對岸基設備和船只設備，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山脈靠海位置，安裝補充基站，北緯：**.*******，東經***.*******，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。
1.1.2船只與岸站鏈路高度規(guī)劃和計算
假設公務船動中通天線安裝高度為海拔10米，公務船距離朝連島燈塔（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：
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)務數(shù)據(jù)擴容的需要。
2、設備選擇
2.1、船岸動中通組網(wǎng)設備
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)預設目的地經緯度定位數(shù)據(jù)和相對高度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)360度水平連續(xù)自動旋轉和俯仰姿態(tài)調整。 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。
設備小型化，輕量化，高集成度，單一設備集成電子羅盤、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，全自動俯仰角度調整。通過搭載定向微波天線系統(tǒng)和高速微波設備，能夠提供高速穩(wěn)定微波透明傳輸鏈路。設備安裝維護簡單，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：
設備性能：
天線內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權的姿態(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)定的機械結構，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，自動俯仰角度調整
高速步進電機系統(tǒng)，水平角度精度0.24度
旋轉速度50度/秒，自動加速度起停運轉，拒絕高速旋轉時失步和越步
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：
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。
設備鏈路關系和連接狀態(tài)圖：
2.1.3 船載端智能天線輔助調整系統(tǒng)
智能化輔助軟件系統(tǒng)，可根據(jù)船只信號強度，自動調整船只、岸基天線方向，互相精準調整，做到系統(tǒng)信號最優(yōu)，帶寬最優(yōu)。
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。船只設備與指揮中心采用云平臺系統(tǒng)和VPN方式進行設備互聯(lián)互通。
***，緯度：**.*******
4. 大橋島燈塔
經度：***.*******，緯度：**.*******
5. 市南區(qū)海事大廈辦公樓
經度：***.*******，緯度：**.*******
6. 齋堂島董家口AIS基站
經度：***.*******，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：
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公務和作業(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)務聯(lián)網(wǎng)支持：
三、方案鏈路規(guī)劃和設備選擇
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，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，假設公務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，我們對岸基設備和船只設備，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山脈靠海位置，安裝補充基站，北緯：**.*******，東經***.*******，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。
1.1.2船只與岸站鏈路高度規(guī)劃和計算
假設公務船動中通天線安裝高度為海拔10米，公務船距離朝連島燈塔（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：
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)務數(shù)據(jù)擴容的需要。
2、設備選擇
2.1、船岸動中通組網(wǎng)設備
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)預設目的地經緯度定位數(shù)據(jù)和相對高度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)360度水平連續(xù)自動旋轉和俯仰姿態(tài)調整。 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。
設備小型化，輕量化，高集成度，單一設備集成電子羅盤、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，全自動俯仰角度調整。通過搭載定向微波天線系統(tǒng)和高速微波設備，能夠提供高速穩(wěn)定微波透明傳輸鏈路。設備安裝維護簡單，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：
設備性能：
天線內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權的姿態(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)定的機械結構，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，自動俯仰角度調整
高速步進電機系統(tǒng)，水平角度精度0.24度
旋轉速度50度/秒，自動加速度起停運轉，拒絕高速旋轉時失步和越步
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：
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。
設備鏈路關系和連接狀態(tài)圖：
2.1.3 船載端智能天線輔助調整系統(tǒng)
智能化輔助軟件系統(tǒng)，可根據(jù)船只信號強度，自動調整船只、岸基天線方向，互相精準調整，做到系統(tǒng)信號最優(yōu)，帶寬最優(yōu)。
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。船只設備與指揮中心采用云平臺系統(tǒng)和VPN方式進行設備互聯(lián)互通。
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