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产品动态

浪通KL-9002型船载卫星通信系统海试回顾



浪通是西安坤蓝电子技术有限公司的船载卫星通信系统注册商标。KL-9002型船载卫星通信系统是浪通品牌的第一个正式产品。

浪通产品的需求来源于国家渔政相关部门以及我国的海洋战略、方针。由渔政部门针对我国海域渔业现状的分析和为满足未来渔业发展的需要向中国卫通公司提出,由中国卫通下属中卫普信公司委托我公司进行实际的产品研发工作。产品主体为动中通天线系统,定位用户群体为渔业用户,国家渔政、海监等海上用户。主要安装平台为40吨至1000吨等较小吨位(大吨位船只同样适用),船行区域主要为我国领海区域的船只。主要用途是在载体行进当中、克服外界各类扰动的情况下,快速精准的指向和跟踪卫星,以实现互联网接入功能。研发初期国内市场上同类产品多为国外产品把持,如美国的Sailor,韩国的KNS、Intellian等产品。但由于其价格昂贵,通信资费高昂,无法适应广大普通渔业用户的采购和使用需求,因此我们的浪通产品除必需达到国外同类产品技术指标外,更要将低成本、易操作、高可靠定为重要设计目标,以满足我国普通用户要求,乃至最终扩展到周边国家渔业用户的使用,更好取得市场效益和社会效能。

KL-9002产品自2013年立项至今,研发历时超过4年,经历了方案设计、原理样机、试验样机、产品样机等研发阶段后,最终研制成功。在研发验证过程中我们认真敬业,科学严谨的工作态度得到了丹东和黄骅港渔业用户及相关政府部门的认可,产品刚刚研制成功即收到唐山渔政和丹东渔业用户的首批订单,即将于3月中旬将首批产品交付用户。

跑车测试

在即将进行首批产品交付当下,写下这篇回顾历程,既是为了借助微信公众平台向所有朋友展示我们研发过程的艰辛,来之不易的成果外,也想使各位对我们公司,我们的研发团队,乃至我们的产品充满信心。请大家相信,海上通信,坤蓝可信!

在整个产品研发过程当中,除进行常规的测试验证工作外,曾经分别于试验样机阶段和产品样机阶段进行了两次实际海洋测试,海试的大量第一手材料和结果对我们产品的成功起到了至关重要的推进和支撑作用,是产品研发过程中里程碑似的标志性阶段。

丹东海试

自2013年起通过两年多的两个轮次样机艰苦研发过程,我们的天线系统已经较为完整,系统功能与市场同类型产品相比也已经趋于完善,并在西安本地用摇摆台和跑车模拟船载运动等手段进行了完整的功能和性能测试验证。在中卫普信公司的支持下进行了实际的双向通信测试检测后,虽然发现在性能上离设计指标还略有欠缺,但总体上已经达到可以实地进行船载实验的程度,为了在真实工作环境下验证我们天线产品的功能与性能,更好地把握我们浪通天线产品的不足之处,为下一阶段改进设计明确目标和方向,我公司与中卫普信协商决定于2015年8月底在辽宁省丹东市进行实地船载海洋试验。

渔港实拍

丹东海试是我们的天线系统第一次真正装船实地测试,实际的现场测试时间于8月17日起至8月25日结束,历时9天(含港口和出海试验)。海试的目的是在验证我们已实现的功能是否能够真正满足海洋船载环境的同时,找出我们在内陆实验无法遇到的问题,尽可能的记录并有针对性的分析问题,查找原因,然后在此基础上进行有目的的提高改进,使我们下一版的浪通天线系统能够最大程度地适应船载海洋环境。

本次海试我们携带了KL-9002型试验样机天线两套。

基本配置:

1. 天线室外单元

      2. 天线室内单元

      3. BUC,中星6A使用4w;IPStar使用2w

中星6A 4w BUC

IPStar 2w BUC

      4. 卫星MODEM,中星6A使用IDirect X5,IPSstar使用IPX3200

IDirect X5

IPX3200


      5. LNB本振,中星6A使用11.3GHz本振,IPStar使用10.6GHz本振

      6. 无线路由器

TL-WR842N 300M

      7. IP电话

NRP1000

      两套天线的载体为同一条渔业公司的补给船,船首编号为“辽丹渔25199”,船体自重180吨左右,可载货300吨,长度约40米,宽度约7米,船速最快约12节。

安装载体

天线室外单元安装位置

室内单元放置位置


测试途中我们没有手段确定海浪级别,但是通过与船上工作人员沟通后得知,整个海试过程中,系统正常工作时最大海浪4级左右,天线停止工作时最大海浪7~8级,大多数时间海浪处于1~4级之间。

海试路线为丹东下辖县级市东港市的渔业码头为起点(我们测试涉及星源码头、永平码头、大台子崔盛礼船厂码头)大约北纬39.9度,最南端至北纬38.2度左右的位置,由于主要是南北行驶,因此经度变化相对较小,在东经123.5 ~124.2之间变化。(如下图)


海试路线

      海试前半段使用中星6A卫星,通过信标模式进行对星,于8月22日0点左右入网成功,此时微信文字图片语音视频均正常,IP电话通话质量较好,期间不断使用各种应用,网络一切正常。

 中星6A入网成功  

      由于受中星6A受自身覆盖范围和性能所限,在越接近三八线时信噪比越低,这种状态下上微信进行网络操作勉强可以接受,但网络摄像头显示效果一般,IP电话通话效果不佳,网络也经常会出现掉线现象,当船行至东经124.11度北纬38.36度左右时中星6A已经无法保证正常的网络应用和IP电话(此时即使信标电平幅值在正常水平信噪比也较低,无法顺利入网),因此经过大家讨论决定更换为IPStar卫星进行试验(8月22日,15:31更换完毕),随即IPStar入网成功,在此之后直至反港均使用IPStar。

航行中IPStar DVBS模式入网成功

对IPStar卫星入网成功后使用微信与岸上人员和西安的公司人员进行了网络应用测试,并且使用IP电话给相关领导进行了通话测试。实际测试使用IPStar过程中无论微信、IP电话还是其他网络应用效果均好于中星6A,在三八线附近仍然能保持相对较好的网络通信质量。

8月24日晚至25日凌晨这一时间段风浪很大,据船员经验判断大约达到了7,8级的程度,船舱内人根本无法站立或者坐着,只能躺着,舱内的所有设备均摔落在地面,一片狼藉,这一过程一直持续到天亮才有所缓解。

大浪后凌乱的清晨

      本次海试在8月25日下午13:45‍安全返航抵达大台子崔盛礼船厂码头。

返港

出海测试团队

丹东海试达到了我们的预期目的,既摸清了试验样机在实际海洋环境下的性能表现,也发现了一些在陆地上无法测试到的情况。总体来讲:天线系统整体配置可行、结构稳定、捕获跟踪性能尚可、系统运行逻辑基本正确、航姿数据基本可用。在肯定成果的同时发现仍有如下问题需要改进:

1. 卫星信号接收机在DVB-S工作模式下存在虚假信号位置。

2. 不同地理位置相同卫星信号差异较大。

3. 实际海况扰动周期和预设参数指标存在差异。

4. 速率陀螺零偏修正不足。

5. 未考虑船体并舷涌动。

6. 加速度对传感器影响消除不足。

7. 罗盘误差较大,需动态修正。

8. 天线运输包装加固不足。

9. 天线系统减震不足。

10. 天线罩衰减较大。

黄骅港海试

基于对丹东海试的总结,我们有针对性的进行了半年多的深入研发及改进后,形成了产品样机设计。产品样机无论在功能、性能、供电和可靠性方面均较丹东海试时有了长足的进步与提高。无论在摇摆台或跑车等模拟扰动环境下,我们的样机均完全达到了设计指标。为了在真实工作环境下验证我们天线产品的功能与性能是否能够满足用户的基本需求,进一步了解用户的反馈,更好地把握我们产品的不足之处,为下一阶段工作明确目标和方向,同时为产品是否可以进入小批量生产阶段提供依据,我公司在与渔业管理部门进行沟通和协调后决定于2016年4月初赴河北省沧州市黄骅港进行实地船载海洋试验。

相对于丹东的探路型、摸索型海试来讲,黄骅港海试我们的目标相对更加明确。明确了以下几点:

1. 验证丹东海试已发现问题的改进结果;

2. 尽可能多的收集海浪、载体与产品的在实际工况条件下的各类数据,为后续的分析、改进和提高提供数据基础;

3. 从不同角度(船员、管理人员、政府部门等)进一步了解用户需求,为今后可能的应用扩展积累第一手资料;

4. 在更大的范围内向用户展示我们的产品,提高我们的知名度,为后续的小批量订单或产品推广做好准备。

当然,继续发现可观测到的或可能存在的问题,也依然是我们不变的目的之一。

码头准备

产品样机配置:

      1. 天线室外单元

      2. 天线室内单元(ACU、通信机箱)

ACU

通信机箱

3. 其余BUC、卫星MODEM、LNB、无线路由器、IP电话等基本配置均与丹东海试相同。

此次海试天线载体为下图所示钢制捕鱼船,船体标准品排水量40吨左右,满载排水量80吨左右,长度约24米,宽度约4.8米,船速最快约10节。

海试渔船

      本次海试地点为黄骅港市渤海新区新村一级渔港/港盛渔港,出海入港均为同一码头。

渔港码头

黄骅港海试海况较为理想,两套天线分别共出海五次,其中前三次出海使用IPStar卫星,期间风浪较大,风速达到6~~8级,超出该型渔船正常捕鱼的作业海况;后两次出海使用中星6A卫星,期间风浪较小,风速为4级以下,属于正常捕鱼作业的海况。两种海况分别检验了我们的产品在正常作业和超出正常作业海况下的实际表现。

考核方法:在海试过程中我们考核产品的主要方法有以下几点

1.载体运动中的寻星效果

2.寻星成功后的入网状况以及在海浪扰动和载体行进条件下的稳定效果

3.网络接入后的微信语音视频的发送和接收、IP电话、网络摄像视频传输的效果

4.在线观看网易公开课视频的效果,以及ping特定网站的丢包率

海试除了从各个角度观察天线的运行状态外,最主要的任务是收集天线本身、载体,海浪、天气、通信状况等多方面的数据,为后续的问题分析或优化改进提供尽量详实的数据依据。

基本数据:

1. 周期性的无故障正常记录,地理位置、船速、航向、接收机电平、 海浪状况、天气状况、天线状态,主要以表格形式手工记录。

2. ACU软件集成了自动记录除天气状况和海浪状况外的所有数据,记录周期为1分钟,可通过U盘导出。

载体状态:

1. 将姿态采集装置安装至载体,用于采集载体的横摇、纵摇等数据。

2. 载体的航向、直线和转弯速度、加速度和转弯半径等数据可通过GPS数据推算。

3. 载体上下涌动的周期和幅度数据。

传感器数据:

1. 角速率陀螺零偏观察记录。

2. 罗盘未修正的原始数据变化记录。

3. 其他传感器数据。


海试路线:本次海试分两个阶段,第一阶段从04月09日至04月11日,期间风浪较大,船长及船员全力配合我们进行测试工作,未进行任何正常捕捞作业,路线如下图:

      第二阶段从04月13日至04月14日,期间风浪较小,船长及船员进行正常的捕捞作业,路线如下图:

本次黄骅港海试相较于第一次丹东海试成果斐然,无论从基本的功能、性能、用户体验还是系统结构、供电、可靠性等方面均取得了良好的表现,为产品样机到商品化打下了坚实的理论和实践基础。主要成果总结如下。

1.系统配置合理

从两套天线系统在整个海试过程中,无论在码头和船上的测试表现来看,系统配置较为合理,未发现明显的缺陷或不合理的配置。小批量生产基本可以沿用现有配置,仅仅在局部做些优化即可。

2.系统性能达标

如前文所述,我们此次海试使用小吨位渔船在5次出海测试的过程中分别遇到了超过普通渔船作业条件的海况,同时也经历了正常捕捞作业时的海况。无论何种情况下,只要在卫星主站工作正常的情况下,我们的天线均能正确的找到卫星,并顺利入网,在后续的工作中可长时间保持相对稳定的网络连接,期间进行基本的浏览网页、微信文字语音视频、IP电话通话均能获得良好的效果,在远端通过PC或手机查看安装于载体上的网络摄像头时同样能获得较为流畅的实时视频,结合在西安公司本部摇摆台上使用设计指标规定的极限参数进行模拟摇摆测试时能够获得稳定且高数值的信噪比和接收机电平,完美证明我们的天线系统已经完全达到了设计指标预期要求。

视频传输同时观测网络带宽状态

3.基本功能完善

本次海试过程中,两套样机分别使用了两种不同类型的卫星捕获跟踪(信标模式和DVB-S模式),均获得了成功。每次开机都能在三分钟内自动找到正确的卫星;并在进入稳定跟踪阶段后顺利入网;在风浪产生的扰动低于设计指标时,可以长时间保持指向,提供稳定的网络链接;即使在风浪过大导致天线短暂偏离正确指向的情况下,也能在设计规定的时间范围内再次找回卫星,并自动入网。当载体运动造成地理位置改变达到指向角调整阈值后,能够即时主动调整天线指向,从而继续保持良好的网络质量,具备了真正适应载体在运动状态下不间断提供高质量的网络通信的能力。

此外,作为系统唯一用户接口的ACU提供了友好的功能界面,除具备供普通用户观察天线系统运行状态的用户界面外,还提供了调试界面,包括了陀螺仪标定、倾角仪标定、罗盘标定、俯仰电轴标定、极化零位标定和卫星参数设置功能;手动方位俯仰走位功能;各传感器数据实时显示功能;系统故障报警功能等多项功能。为开发调试和安装支持人员提供了高效工作的手段和依据,这些功能在海试过程中均经过了实际验证,功能设置合理全面,在功能架构上已经相对完善,后期仅需要在用户体验角度进行提升即可达到产品化的的要求。

海上使用卫星网络微信视频

4.整体结构稳固

天线系统在经历了超过1000km的陆路运输抵达黄骅港后,拆开包装检查系统一切完好,岸上调试一次成功。在5次出海过程中,天线系统经历了前期风速6~8级的非正常作业海况,也经历了后期风速4级以下的正常作业海况,无论在何种环境条件下,天线结构均完好无损,系统运行正常无误。海试结束后再次进行超过1000km的陆路运输回西安后未经调整,开机上电后,系统一切正常。所有这些都说明我们的天线系统结构设计合理坚固,运输包装方式可靠,无论天线本体结构海试运输包装,均可作为后期批量产品化改进的基础。

5.供电方案可行

本次海试新增加的通信机箱单元内含供电系统,直接通过一个三项插座与载体供电相连接,实现了为天线本体供电的同时还能为蓄电瓶充电的功能,在5次出海测试过程中,天线系统供电状况良好,针对此型渔船,完全可以沿用现有的供电系统,但仍需改进当系统发电机开启和关闭时,天线供电在载体和电瓶之间切换的功能。

通信机箱供电

6.用户体验良好

当前产品样机实现了针对普通用户一键开机后全自动运行的功能。在海试过程中,用户只需打开ACU的电源开关启动天线后,即可离开,后续的找星、稳定、入网、丢星后再次找回等功能完全自动进行,实现无人值守功能;即使在系统出现某种异常导致无法对准卫星时,也能通过界面文字提示和报警声来提醒用户进行处理;另外,如前文所述,当前产品还为不同类型的用户提供了图形化的软件界面,除为普通用户提供当前天线系统运行状态信息外,还可为测试调试以及安装维护人员提供了功能丰富的操作简便的调试界面,为后续继续提升用户体验提供了良好的基础。

海试团队合影

      2016年04月15日下午6时左右,项目组成员与渔政管理人员、船长三方共同召开了本次黄骅港海试讨论会,渔政管理部门的杨局长以及测试渔船的船长等人员在肯定了成功之处的同时,提出了改进意见和后续的一些推广建议。

成果汇报

领导及专家进行讨论

黄骅港海试获得了较为圆满的成功,从功能、性能、供电、安装等多个方面完整的考核了我们的产品样机。通过海试过程中的实际感受和所收集的各类数据上来看,产品样机已经完全达到了设计指标,能够为小吨位载体在作业海况或一定程度上超过作业海况的情况下提供稳定可靠的互联网接入服务;样机功能逻辑完善,易用性好,只需一键开机后即无需再做任何操作;整机功耗小,与载体供电系统兼容性良好,无需做大量改动,即可在不影响载体自身供电的情况直接使用。

肯定了成功之处,必然存在不足,本次海试KL-9002系统仍然存在如下不足之处:

1. GPS接收机数据偶有跳变。

2. 角速率陀螺零偏补偿仍然存在不足。

3. 载体启动时加速度补偿在某些情况下存在误补。

4. 网络视频传输存在占用带宽较高问题。

KL-9002产品定型

黄骅港海试结果是对我们产品的一次有力肯定,研发团队在短暂的休整之后,针对上述不足开始了进一步的改进工作,并同步进行了产品样机零批量试生产工艺流程设计及改进工作,截至2017年春节前,KL-9002型产品已知问题改进完成,零批量产品试制成功,为三月中旬的首批产品交付做好了准备。我们愿意随时倾听各方的所有反馈意见,尽力满足所有用户不同的需求,尽我们最大的可能完善浪通产品,更好的为海洋移动通信提供越加完善的服务产品。


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