一种卫星通信中船只遮挡预测方法、装置及存储介质

本发明涉及一种卫星通信中船只遮挡预测方法、装置及存储介质，属于海上卫星通信。

背景技术：

1、卫星通信具有通信距离远，传输容量大，覆盖范围广等优点，是海上船舶实现远程通信的主要手段。船舶载卫星通信天线受遮挡是影响船舶卫星通信效果的重要因素之一，卫星通信天线被遮挡会引起通信信号衰落，严重时会导致通信中断，影响任务执行。

2、在船舶航行任务中，船舶上桅杆是卫星通信天线的主要遮挡物，因此如何计算和预测桅杆在船舶航行过程中的遮挡，对于船舶航行任务具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种卫星通信中船只遮挡预测方法、装置及存储介质，通过提前计算船舶在每一段航程的航向角以及遮挡航向角范围，并对比每段航程的航向角是否在遮挡范围中，得到航行任务中卫星通信受影响路段的预测结果，从而提前准备进行规避。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的。

3、第一方面，本发明提供一种卫星通信中船只遮挡预测方法，包括：

4、将航程划分为多个路段，并设置卫星经纬度以及每个路段的起止点经纬度；

5、根据每个路段的起止点经纬度得到船舶在该路段的遮挡航向角范围；

6、根据每个路段的起止点经纬度得到船舶在该路段的航向角以及桅杆阴影长度；

7、对比每个路段对应的航向角与遮挡航向角范围，将航向角处于遮挡航向角范围内并且桅杆阴影长度大于零的路段列为遮挡路径。

8、可选地，所述将航程划分为多个路段，并设置卫星经纬度以及每个路段的起止点经纬度，包括：

9、根据转向点将航程划分为多个路段；

10、建立卫星通信在地球上投影的二维坐标系，并定义所述二维坐标系中船舶位于中心点b，卫星位于点m，船舶桅杆为bc，地平面为穿过点b的直线l，卫星波束光线为bm，卫星波束光线bm照射桅杆bc在地平面l上的投影为bn，卫星波束光线bm在地平面l上的投影为bm1，卫星波束光线bm相对于船舶b的方位角为c1，船舶b相对于卫星m的仰角为c2；

11、根据所述二维坐标系建立卫星通信在地球上投影的三维坐标系，并定义所述三维坐标系中地球球心位于中心点o，地球半径为r，卫星位于点m，卫星m到地球赤道的距离约36000千米且m位于赤道上空，卫星经线圈与赤道平面的交点为a，船舶位于点b，船舶桅杆为bc，卫星波束光线为bm，地平面为bdp，卫星m在地平面bdp上的投影为bp，卫星波束光线bm在地平面bdp上的投影为bm1，卫星波束光线bm相对于船舶b的方位角为c1，船舶b相对于卫星m的仰角为c2，船舶b的纬度角为wb，船舶b的经度角为jb，交点a的纬度角为wa，交点a的经度角为ja，交点a与船舶b的经度角差为jab，球心o与船舶b之间的线段ob与赤道平面之间的夹角为boa；

12、根据所述三维坐标系设置卫星经纬度以及每个路段的起止点经纬度。

13、可选地，设点b和点a为某一路段的起止点，根据所述三维坐标系，得到以下结论：

14、推论1：bdp平面为相对于b点的地平面；

15、推论2：bdp平面垂直于赤道平面；

16、推论3：bdp平面垂直于b点所在经线圈，赤道平面垂直于b点所在经线圈；

17、推论4：bdp平面与赤道平面相交于dp；

18、根据所述推论1-4，得出dp垂直于bd，dp垂直于od，dp、bd、od的计算公式如下：

19、

20、bd＝r*tan(wb)；

21、

22、od＝r*sec(wb)；

23、

24、dp＝r*sec(wb)*tan(jab)；

25、根据所述dp、bd、od计算船舶在路段ba上的方位角c1，c1的计算公式如下：

26、

27、

28、可选地，所述根据每个路段的起止点经纬度得到船舶在该路段的遮挡航向角范围，包括：

29、当天线、桅杆与船头三点在一条直线时，方位角c1为船舶在路段ba上的遮挡航向角；

30、当天线、桅杆与船头三点不在一条直线时，根据方位角c1计算船舶在路段ba上的遮挡航向角qd，qd的计算公式如下：

31、qd＝c1-p，

32、其中，p为卫星天线与船头方向的角度差；

33、根据桅杆宽度与天线宽度之间的不同造成的遮挡偏差角ae以及遮挡航向角qd，得到船舶在路段ba上的遮挡航向角范围。

34、可选地，所述根据桅杆宽度与天线宽度之间的不同造成的偏差角ae以及遮挡航向角qd，得到船舶在路段ba上的遮挡航向角范围，包括：

35、根据桅杆宽度x，天线宽度y以及天线与桅杆之间的距离z对遮挡偏差角ae进行计算，所述遮挡偏差角ae的计算公式如下：

36、

37、

38、在遮挡航向角qd的数值基础上加减遮挡偏差角ae的数值，得到船舶在路段ba上的遮挡航向角范围，所述遮挡航向角最小值为qd-ae，最大值为qd+ae。

39、可选地，所述根据每个路段的起止点经纬度得到船舶在该路段的航向角，包括：

40、根据所述三维坐标系中点a与点b的经纬度计算点a与点b之间的最短距离ab，ab的计算公式如下所示：

41、ab＝r*arccos[sin(wa)sin(wb)+cos(wa)cos(wb)*cos(ja-jb)]；

42、根据所述三维坐标系，得出以下结论：

43、推论1：ac＝ed＝rsin(wa)，

44、推论2：oc＝rcos(wa)，

45、推论3：od＝rcos(wb)，

46、推论4：bd＝rsin(wb)，

47、根据推论1-4，得到be＝bd-ed＝r(sin(wb)-sin(wa))；

48、将以上结论代入船舶在路段ba上的航向角qt的计算公式得到航向角qt，所述航向角qt的计算公式为：

49、qt＝arctan((ja-jb)/(wa-wb))。

50、可选地，所述根据每个路段的起止点经纬度得到船舶在该路段的桅杆阴影长度，包括：

51、根据所述二维坐标系以及三维坐标系，计算船舶在路段ba上桅杆阴影长度bn，所述桅杆阴影长度bn的计算公式如下：

52、

53、可选地，根据所述二维坐标系以及三维坐标系，计算船舶在路段ba上的桅杆阴影bn，包括：

54、根据所述二维坐标系，计算桅杆阴影bn，bn的计算公式如下：

55、

56、根据所述三维坐标系，计算tan(c2)，tan(c2)的计算公式如下：

57、

58、在所述三维坐标系中过b点作be垂直于od，作bf垂直于oa，根据所述三维坐标系，计算得到cos(boa)，cos(boa)的计算公式如下：

59、of＝oe*cos(jab)＝r*cos(wb)*cos(jab)；

60、

61、第二方面，本发明提供一种卫星通信中船只遮挡预测装置，包括：

62、经纬度设置模块：用于将航程划分为多个路段，并设置卫星经纬度以及每个路段的起止点经纬度；

63、遮挡航向角范围获取模块：用于根据每个路段的起止点经纬度得到船舶在该路段的遮挡航向角范围；

64、航向角及桅杆阴影长度获取模块：用于根据每个路段的起止点经纬度得到船舶在该路段的航向角以及桅杆阴影长度；

65、遮挡路径获取模块：对比每个路段对应的航向角与遮挡航向角范围，将航向角处于遮挡航向角范围内并且桅杆阴影长度大于零的路段列为遮挡路径。

66、第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面中任一步所述方法的步骤。

67、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：通过对航程进行分段并设置每段路径起止点的经纬度，根据经纬度计算得出船舶在每段路径的航向角以及遮挡航向角范围，依次判断船舶在该段路径是否有卫星天线被桅杆遮挡的可能性，可以帮助船长或通信人员提前作出规避准备，同时，将桅杆阴影长度作为先决条件纳入对遮挡可能性的考虑中，一定程度上降低了预测流程的繁杂程度，提高了预测效率；并且，通过将船舶桅杆遮挡问题形式化为三维坐标系的几何问题，并综合考虑桅杆的高度、宽度以及桅杆与天线的距离，能够以便于计算的方式得到较为准确的遮挡预测结果。