[发明专利]一种虚拟现实天线模拟系统

说明书

一种虚拟现实天线模拟系统，包括一个天线控制单元、天线模拟单元、设备管理单元和数字传感器，天线控制单元提供本控、远控两种控制方式，天线控制单元在主控下可设置船只的方位信息，远控下实现方位数据的接收，经卫星参数计算、封装成帧发送给天线模拟单元和设备管理单元。天线模拟单元中天线的模型通过3DS Max设计，依靠Unity 3D引擎实时渲染三维的动态天线，模拟演示出天线的姿态和动作，并投射到VR/AR眼镜设备上。设备管理单元实时显示接收到的数据，远控下可对天线控制单元参数进行设置。数字传感器产生方位等信息，为天线控制单元提供模拟实际装备的经纬度信息。虚拟天线的外观和操作与实际设备完全一致，通过虚拟现实技术提供更方便高效的训练手段。

技术领域

本发明涉及海事或者军事卫星通信训练中的天线对星问题，针对卫星通信中所用的天线体积大、座体重、控制复杂、难以布置到现场、实际姿态难以理解等问题，结合天线的实际状况，采用了最新的虚拟现实技术，设计了一种虚拟现实天线模拟系统，可利用PC屏幕以及VR/AR眼镜，实现天线姿态和动作的三维显示，提高训练的效率。

背景技术

自从1957年前苏联发射了第一颗人造地球卫星，卫星通信就被广泛的应用于通信广播，电视等领域，其拥有覆盖范围广、传输距离远、传输频带宽、通信容量大等优点。其中卫星移动通信是为移动用户、固定用户之间提供通信服务，具有覆盖区域更广、不受地理障碍约束和用户运动限制等优势。与移动通信相比，卫星通信最大的优点在于实现高数据速率的传输、高机动性和无缝隙链接。在海事或者军事领域，大量使用卫星通信设备。而天线正是卫星通信设备中必不可少的一部分。天线作为无线通信领域中发射和接收电磁波信号的载体，在电视、广播、雷达等工程中都有着广泛的应用，利用电磁波来传递信息的系统都依靠着天线来进行工作。在现代卫星通讯系统中，越来越多的卫星能够提供超大的星上转发功率，通过提高卫星的增益来降低对移动终端的要求，这使得地面天线终端越来越趋近于小型化、便携化。

由于天线设备涉及到大量的专业知识，因此需要实际操作人员进行天线对星问题的理论操作的学习。然而，在实际操作中，存在如下几方面的问题：(1)实际的卫星通信中所用的天线设备较为昂贵，目前难以用实际设备直接进行学习；(2)卫星通信中所用的天线体积大、座体重、控制复杂、难以布置到现场、实际姿态难以理解；(3)在海事项目中，如果直接进行出海训练，物资消耗大，费用高；(4)实际设备可靠性极高，故障难以重现，不易进行有针对性的学习。

虚拟现实技术是利用计算机生成一种模拟环境，并通过多种专用设备如VR/AR眼镜使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的一门崭新的综合性信息技术。其目的是能让用户使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察或操作，同时提供视、听、摸等直观而又自然的实时感知。它为现代训练、教育事业提供了一种全新的技术支持。因此，开发一种虚拟现实天线模拟系统就成为了迫切的需求。

本发明设计了一种为解决卫星通信中天线设备相关的训练难题而开发的虚拟现实天线模拟系统。相对于卫星天线的实际装备，基于虚拟现实技术设计了整个模拟系统，保留了原有实际设备中的所有特征，模拟的天线外观和操作都与实际装备完全一致，可以在模拟系统上感受到和实际装备上一样的操作效果，天线控制单元(Antenna Control Unit，ACU)有本控和远控两种控制方式，在ACU中可以使用本控的控制方式，自行根据需要调整特征参数，或者在远控方式下对ACU发送指令。并且在此基础上新增加了设备管理单元，使其在能够模拟原设备所有操作的前提下，针对海事或军事卫星通信模拟实际情况，可以方便地显示ACU设备状态、保存各种天线信息参数。天线模拟单元在计算机屏幕上利用Unity 3D实时渲染出天线的三维姿态，取代原有的天线设备，占地空间小，便于场地的布置和学员对天线姿态的观察理解，Unity3D的渲染效果既可以在PC屏幕上展示，也可以投射到VR/AR眼镜上，让用户亲身投入其中，从而可以更形象地理解天线的基本原理。

发明内容