本發明涉及衛星通訊系統，尤其涉及一種船載衛星通訊盲區自適應動態優化系統。

背景技術：

1、在海洋運輸、海洋資源開發、海上科考等眾多海洋相關領域，船載衛星通訊占據著至關重要的地位，是保障船只與陸地指揮中心、其他船只或海上設施之間信息交互的關鍵手段。然而，現有的船載衛星通訊技術面臨著諸多嚴峻挑戰。

2、一方面，衛星通訊存在盲區問題。由于衛星軌道分布特點以及地球曲率的影響，船只在航行過程中，尤其是在高緯度海域、靠近兩極地區或者經過復雜地形（如島嶼、山脈等）遮擋區域時，常常會進入衛星通訊信號無法覆蓋的盲區。在這些區域，通訊中斷頻繁發生，導致船只與外界失去聯系，無法及時獲取重要的航行信息、氣象預報、指揮調度指令等，這給船只的航行安全和作業效率帶來了巨大風險。例如，在遠洋運輸中，船只若在通訊盲區遭遇突發惡劣天氣，無法接收氣象預警，可能會因無法及時采取應對措施而遭受嚴重損失；在海上救援行動中，救援船只進入通訊盲區后，無法與指揮中心保持實時溝通，將嚴重影響救援效率和成功率。

3、另一方面，海洋環境復雜多變，惡劣的天氣條件（如狂風暴雨、暴雪、濃霧等）以及海況（如巨浪、強流等）對船載衛星通訊設備的性能產生極大干擾。強風可能使船載天線發生偏移或振動，影響信號接收和發射的穩定性；暴雨、暴雪和濃霧會吸收和散射衛星信號，導致信號衰減甚至中斷；海浪的劇烈晃動使船只姿態不穩定，進一步加劇了天線對準衛星的難度，降低通訊質量。同時，海水的腐蝕性和鹽霧環境也會侵蝕通訊設備的電子元件和天線部件，縮短設備使用壽命，增加維護成本和頻率。

4、此外，現有的船載衛星通訊系統大多缺乏智能性和自適應性。當通訊環境發生變化或進入盲區時，系統往往不能及時、自動地調整通訊參數、切換通訊鏈路或采取有效的優化措施來保障通訊的連續性和穩定性，需要人工干預，這不僅效率低下，而且在緊急情況下可能無法滿足實際需求。

5、綜上所述，迫切需要一種能夠自適應海洋環境變化、有效解決衛星通訊盲區問題、提高通訊穩定性和可靠性的船載衛星通訊系統，以滿足日益增長的海洋活動對高效、穩定通訊的需求，確保海上作業的安全與順利進行。

技術實現思路

1、本發明提出的一種船載衛星通訊盲區自適應動態優化系統，以解決上述現有技術中提到的問題。

2、為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：一種船載衛星通訊盲區自適應動態優化系統，包括：信號采集與監測模塊：通過船載天線接收衛星信號，同時采集船只的位置、速度、航向信息、周圍環境數據，實時監測衛星通訊信號的強度、信噪比、載噪比參數，通過采集到的數據傳輸至分析與決策模塊；

3、分析與決策模塊：通過接收到的數據，運用算法分析衛星信號質量變化趨勢、船只運動狀態以及環境因素對通訊的影響，根據預設規則判斷是否進入衛星通訊盲區，算法包括學習算法、神經網絡算法以及邏輯算法，通過對歷史數據和實時數據的學習與分析，不斷優化決策模型，學習算法采用卷積神經網絡cnn和循環神經網絡rnn相結合的架構，對衛星信號的時頻特征和船只運動軌跡進行特征提取，神經網絡算法通過對輸入數據的非線性變換，實現對通訊環境的建模與分析，若判斷進入盲區，則根據分析結果制定針對性的策略，包括選擇備用通訊鏈路、調整天線參數、優化數據傳輸方式發送至執行模塊；

4、天線自適應調整單元：根據分析與決策模塊的指令，控制船載天線的方位角、俯仰角、極化方式參數，在調整天線參數時，采用電機驅動系統和反饋控制機制，反饋控制回路實時監測天線實際位置與目標位置的偏差，并依據偏差計算公式目標實際，其中為偏差值，為目標角度，為實際角度和，其中為偏差值，目標為目標俯仰角，為實際俯仰角進行修正；

5、通訊鏈路智能切換單元：實時監測主通訊鏈路狀態，若主鏈路信號質量下降至預設閾值或進入通訊盲區時，依據分析與決策模塊的決策，迅速切換至備用通訊鏈路，切換過程中，根據鏈路質量實時評估，切換時采用無縫切換技術，與備用鏈路建立連接并進行數據同步；

6、數據動態優化處理模塊：根據通訊鏈路狀況和信號質量，對傳輸數據進行優化處理。數據壓縮算法采用基于字典模型的壓縮算法，結合自適應壓縮策略，根據數據特點動態調整壓縮參數，其壓縮率r計算公式為，其中為原始數據長度，為壓縮后數據長度，糾錯編碼技術采用低密度奇偶校驗碼ldpc或卷積碼，可根據信號質量自動調整編碼速率和糾錯能力，通過公式計算，其中ber為誤碼率；

7、電源管理與節能模塊：根據系統各模塊的運行狀態和能源需求管理電源分配，在系統正常運行的前提下，優化能源利用效率，降低能耗。若檢測到電池電量較低時，自動調整系統工作模式，優先保障通訊功能的運行，并提醒船員及時充電或采取節能措施，該模塊采用智能電源管理芯片，可實時監測電池電量、電壓、電流參數，根據系統負載情況調整電源輸出電壓和電流。電源轉換效率計算公式為，其中為輸出功率，為輸入功率；

8、人機交互與預警模塊：通過顯示屏、指示燈、語音提示方式向船員展示系統運行狀態、通訊鏈路質量、即將進入盲區的預警信息，語音提示功能支持語言選擇，音量根據環境噪聲自動調整，公式為，其中為基礎音量，k為調整系數。

9、進一步的，信號采集與監測模塊中，船載天線具備自動校準功能，根據衛星信號頻率和極化特性自動調整天線參數。校準過程依據天線增益g與頻率f、極化方向p的關系模型，通過發射校準信號并接收分析，計算出天線參數的偏差值，依據公式，其中為當前天線參數，為調整后的參數，進行自動調整。

10、進一步的，分析與決策模塊的深度學習算法中，cnn的卷積層通過卷積核提取衛星信號頻譜圖像的局部特征，池化層進行下采樣減少數據量，全連接層整合特征信息；rnn用于處理船只運動軌跡的時序數據，通過隱藏層狀態的更新學習軌跡變化規律。神經網絡算法的多層感知器包含輸入層、隱藏層、輸出層，通過調整神經元之間的連接權重實現對數據的映射。

11、進一步的，天線自適應調整單元在調整天線參數時，電機驅動系統采用步進電機或伺服電機，電機控制信號通過微控制器發出，根據天線方位角和俯仰角調整公式計算出的調整量，通過脈沖寬度調制pwm技術控制電機轉速和轉向。

12、進一步的，通訊鏈路切換單元在切換通訊鏈路時，與備用鏈路建立連接的過程中，通過發送鏈路檢測信號測試鏈路延遲d，丟包率參數，根據公式計算備用鏈路的質量評估值，并與主鏈路質量評估值進行比較。切換過程中，保持數據緩存，在新鏈路建立穩定連接后，緩存數據快速傳輸至新鏈路。

13、進一步的，數據動態優化處理模塊基于字典模型的壓縮算法中，字典的建立根據數據中出現的字符序列或模式進行動態更新，壓縮過程中通過查找字典將重復出現的部分用的編碼表示。在糾錯編碼方面，ldpc碼通過構造稀疏校驗矩陣實現編碼和解碼，解碼采用維特比算法，根據編碼規則和接收序列計算路徑，恢復原始數據。

14、進一步的，電源管理與節能模塊在太陽能充電和風能充電模式下，通過充電控制器對充電過程進行管理。太陽能充電時，充電功率與光照強度和太陽能板轉換效率有關，公式為，其中為太陽能板面積，風能充電時發電功率與風速v、風輪半徑r和空氣密度，公式為，其中為風力發電機效率，充電控制器采用最大功率點跟蹤mppt技術，根據光照強度或風速調整太陽能板或風力發電機的工作點。

15、進一步的，人機交互與預警模塊的液晶顯示屏采用工業級液晶面板，操作界面設計采用圖形化界面與文字提示相結合的方式，船員可通過觸摸屏幕或按鍵進行操作，遠程控制功能通過建立安全的網絡連接遠程終端發送控制指令，船載系統接收指令后進行相應操作，并將操作結果反饋給遠程終端，實現遠程監控和操作的閉環控制。

16、與現有的技術相比，本發明的有益效果是：

17、其一，能有效解決衛星通訊盲區難題，通過智能分析與決策模塊提前精準預判盲區，使船只在進入盲區前就完成通訊鏈路切換或天線參數調整等優化措施，確保通訊不間斷，極大提升了航行安全性與作業連續性。

18、其二，極大增強了系統穩定性與可靠性。天線自適應調整單元在復雜海況和多變天氣下，依據精確公式計算調整天線參數，保證信號接收良好；通訊鏈路智能切換單元無縫切換且支持多鏈路負載均衡，有效應對主鏈路故障或信號劣化；數據動態優化處理模塊降低誤碼率至10-6以下，保障數據準確傳輸。

19、其三，顯著提升能源利用效率。電源管理與節能模塊依據電池和負載狀況智能分配電源，支持多種充電方式，在保證系統正常運行的同時降低能耗，延長電池續航時間，減少對傳統能源的依賴，契合綠色環保理念。

20、其四，具備出色的人機交互便利性。人機交互與預警模塊的顯示屏清晰展示系統信息，語音提示隨環境噪聲調整，操作界面簡潔，船員可輕松操作，還支持遠程監控，方便陸地指揮中心實時掌握船只通訊狀況，實現高效指揮調度。