在海洋工程船舶上应用的超高频信号全船覆盖方法

摘要

在海洋工程船舶上应用的超高频信号全船覆盖方法,根据UHF信号的传播和衰减特性要求，分析全船影响信号传输的介质以及衰减参数，与电源连接的UHF基站包括UHF超高频架上安装双工器、接收放大器、发射合成器、中继器，以及系统中安装的耦合器、分支器、馈线电缆、放大器和泄漏电缆，根据UHF信号的传播和衰减特性要求，对于现场UHF监测传感器的经济合理准确布局，克服机舱或某些封闭区域对信号的屏蔽效应，通过敷设馈线电缆和分布室内天线等手段，使得全船任何有需要的地点和区域，都能实现UHF无线通信可以定义为UHF信号全船覆盖。

说明书

技术领域

本发明涉及IPC分类G01S采用无线电波的反射或再辐射的定位或存在检测 技术，尤其是在海洋工程船舶上应用的超高频信号全船覆盖方法。

背景技术

UHF通常是指特高频无线电波。特高频Ultra High Frequency(UHF)是指频 率为300-3000MHz，波长在1m-1dm的无线电波，该波段的无线电波又称为分米 波。

在海洋工程船舶及平台项目中，UHF(超高频)信号全船覆盖的应用日益增多， 而UHF信号在金属表面会大幅衰减，难以满足作业及联络需要，由于任何传输介 质对信号传输均存在衰减现象，以及受到传输路径及距离的影响，所以在做信号 全船覆盖时，信号的衰减计算显得尤为重要，是设计成功与否的重要衡量标准。

UHF信号覆盖在陆地楼宇、大型场所或大型结构物中都有应用，但设计和 计算相对简单，并且对信号的强度具体要求计算并不严格。在海洋工程船舶及 平台中，由于舱室均为钢板结构，舱室的布置较为复杂，以及还可能存在其他 各种恶劣的噪音环境，因此，信号计算要求更为复杂，计算的严格性必须被 给予充分的重视。目前，关于此类UHF信号覆盖的计算并无完整的计算公式。

中国专利申请201410014841.8公开一种UHF全船信号覆盖方法,根据系统 的初步设计，详细列出从机柜内信号源至每一个室内天线路径上所有的设备和材 料；通过分析全船影响信号传输的介质以及衰减参数，调整线路布置方案，并通 过适当的整体或局部信号补偿，最终达到符合设计的要求。根据UHF信号的传播 和衰减特性要求，对于现场UHF辐射传导装置的经济合理准确布局，通过信号补 偿的方式保证系统设计的完整性，降低可能存在的风险。满足语音通讯外，传感 器和仪表的数据传输，人员安全监控等功能的应用都将通过UHF信号覆盖得以实 现。

发明内容

本发明的目的是提供一种在海洋工程船舶上应用的超高频信号全船覆盖方 法，已较为经济的措施有效实现在全船范围的足够强度超高频信号覆盖。

本发明的目的将通过以下技术措施来实现：根据UHF信号的传播和衰减特 性要求，分析全船影响信号传输的介质以及衰减参数，与电源连接的UHF基站包 括UHF超高频中央机柜安装双工器、接收放大器、发射合成器、中继器，以及系 统中安装的耦合器、分支器、馈线电缆、放大器和泄漏电缆，计算在指定地 点和区域的信号强度是否符合设计要求；而且考虑信号覆盖的富余量，从影响信 号衰减的各种因素出发进行分析并计算，通过信号补偿的方式保证系统，先期对 室内天线和馈线电缆进行布置，机舱区域或狭长的通道区域采用泄漏电缆敷设， 泄漏电缆的敷设应该避开在UHF频段通讯的网络电缆，机舱及室内天线的安装 取在舱室的中间位置，舱室内有大型机械设备时，天线的位置作适应调整，整个 系统网络采用树形网络结构；根据初步设计，详细列出从机柜内信号源至每一个 室内天线路径上所有的设备和材料，信号的强度衰减主要体现在信号波幅的变窄， 但换算成对数后信号的强度可以通过求和的形式计算；依据下面的公式：

室内天线功率＝信号源输出功率-合成器损耗–耦合器损耗–馈线 电缆损耗+放大器放大dB倍数–泄漏电缆损耗+室内天线的放大dB倍数；

根据每个设备或元件以及材料的衰减参数，计算出室内天线终端的功率；

其中电缆的损耗应考虑长度及电缆不同型号规格；

该公式作为一般性的理论计算公式，实际情况中，每一个分支线路可能存 在多个功率分支器和耦合器的情况，需要把所有数据计算在内；

上述计算结果仅作为理论计算的室内天线终端辐射功率，还需要根据信号辐 射的空间损耗来计算评估在指定范围内信号的强度，考察是否满足接收机要求的 最低接收电平，以确定设计是否符合要求；

通常情况下，在整体信号强度偏弱的情况下，前端加入功率放大器对系统进 行有效的补偿，但在局部区域信号强度差的地方，只需要在后端加入功率放大 器；对于某些区域面积大，室内天线难以完全覆盖的情况下，通过在该区域敷 设泄漏电缆来达到信号覆盖要求。

尤其是，UHF超高频中央机柜安装双工器、接收放大器、发射合成器以及 中继器，UHF超高频中央机柜的三路功率分支器分别通过42M或46M馈线电缆连 接基站、四路功率分支器以及第二部三路功率分支器，所述基站处于室内顶层甲 板38300A.B.以上并通过馈线电缆接出室外天线到天线区，此外，UHF超高频中 央机柜通过二路BFOU船用特种电缆分别连接220V配电板或UPS电源；所述第二 部三路功率分支器接出三个线路，其一路通过40M馈线电缆连接到位于顶层甲板 38300A.B.以上的室内天线，其二路通过20M馈线电缆连接到位于驾驶室甲板 35000A.B.以上的室内天线，其三路通过36M馈线电缆桥接到轮机控制室，即图 1中的所述的四路功率分支器连接出四个线路，其一通过19M馈线电缆连 接到D甲板30700A.B.以上走廊的室内天线，其二通过15M馈线电缆连接到C甲 板27400A.B.以上走廊的室内天线，其三通过19M馈线电缆连接到B甲板 24100A.B.以上走廊的室内天线，其四路通过12M馈线电缆连接到下层走廊；由 UHF超高频架的第二部三路功率分支器连接来的12M馈线电缆连接到第三部三路 功率分支器，该第三部三路功率分支器连接出三个线路，其一路和其二路分别通 过15M和6M馈线电缆连接到A甲板20800A.B.以上走廊的室内天线，其三路通 过7M馈线电缆连接到走廊的第二部四路功率分支器，该第二部四路功率分支器 连接出四个线路，其一路和其二路分别通过15M和6M馈线电缆连接到主甲板 17500A.B.以上走廊的室内天线，其三路通过22M馈线电缆连接到一层甲板间舱 12600A.B.以上餐室的室内天线，其四路通过15M馈线电缆连接到下层走廊的第 三部四路功率分支器，该第三部四路功率分支器连接出四个线路，其一路和其二 路分别通过32M和12M馈线电缆连接到二层甲板间舱9100A.B.以上走廊的室内 天线，其三路通过101M馈线电缆连接到三层甲板间舱5600A.B.以上走廊的室内 天线，其四路通过108M馈线电缆连接到底舱2900A.B.以上走廊的室内天线；轮 机控制室内安装定向放大器，该定向放大器非别通过2M和45M馈线电缆连接到 第四部三路功率分支器和第五部三路功率分支器，该第四部三路功率分支器连接 出三个线路，其一路通过50M馈线电缆连接到上层结构甲板30500A.B.以上室外 天线，其二路通过6M馈线电缆连接到甲板14000A.B.以上轮机控制室的室内天 线，其三路通过200M泄露电缆连接第四部四路功率分支器，该第四部四路功率 分支器连接出四个线路，其一路和其二路分别通过一102M泄露电缆连接到一层 甲板间舱12600A.B.以上走廊室内天线，其三路通过36M馈线电缆连接UHF超高 频架上第二部三路功率分支器，其四路通过170馈线电缆连接到钻井平台 31000A.B.以上直升机平台的室内天线；所述第五部三路功率分支器连接出三个 线路，其一路和其二路分别通过120M和90M泄露电缆分别连接到一层甲板间舱 12600A.B.以上一号轮机室内天线和二层甲板间舱9100A.B.以上三号轮机室内 天线，其三路通过120M泄露电缆连接三层甲板间舱5600A.B.以上低压配电室内 天线。

尤其是，电源通过BFOU船用特种电缆连接到TB端子板，TB端子板接出三 个线路分别连接一部UHF基站SA的PU/UHF基站电源，所述三部UHF基站SA分 别位于DP备份室、广播通讯区域和DP控制驾驶室，所述UHF基站SA各与一 HS/UHF即UHF基站手持终端连接，而且，所述UHF基站SA各自通过实心绝缘 50欧姆RG214同轴电缆接出ABS基站天线，这些天线均处于甲板上方42600A.B. 以上；其中，BFOU船用特种电缆规格2×2.5。

尤其是，定向放大器通过BFOU船用特种电缆连接220V应急配电板。

本发明的优点和效果：根据UHF信号的传播和衰减特性要求，对于现场UHF 监测传感器的经济合理准确布局，克服机舱或某些封闭区域对信号的屏蔽效应， 通过敷设馈线电缆和分布室内天线等手段，使得全船任何有需要的地点和区域， 都能实现UHF无线通信可以定义为UHF信号全船覆盖。安装维护方便、成本低， 故障率低无需供电，安装方便，无噪声累积、等诸多优点。能够控制硬件成本和 施工费用，增益高、频带宽、驻波比小，增强了电磁信号接收与发送能力，避免 信号干扰，并且能够提高数据传输质量。

附图说明

图1-3为本发明实施例1中UHF信号全船覆盖的一种实现方法的天线布置安 装结构示意图，其中图2通过与图1中线路连接，图3通过与图1中线路 连接。

图4为本发明实施例1中UHF基站天线布置结构示意图。

附图标记包括：TB：terminal端子板、BDA：by-direction amplifier定 向放大器、SA：lightning arrestor避雷器、PU/UHF：power supply unit for  base station基站电源、HS/UHF：handset for UHF base station UHF基站手持终 端、BAS/UHF：UHF base station UHF基站、ABS：antenna for base station 基站天线、ARO：antenna for UHF repeater for outdoor use室外UHF中继天 线、ARI：antenna for UHF repeater for Indoor use室内UHF中继天线、DIV2/UHF： power splitter(1：4)四路功率分支器、DIV1/UHF：power splitter(1：3) 三路功率分支器、RACK/UHF：UHF超高频架。

具体实施方式

本发明原理在于，结合海洋工程船舶实际情况，从影响信号衰减的各种因素 出发进行分析并计算，得出可靠的理论数据结论，并可通过信号补偿的方式保证 系统设计的完整性，降低项目在后期生产建造过程中可能存在的风险。主要研 究内容在于通过分析全船影响信号传输的介质以及衰减参数，与电源连接的UHF 基站包括UHF超高频架上安装双工器、接收放大器、发射合成器、中继器，以及 系统中安装的如耦合器、分支器、馈线电缆、放大器、泄漏电缆等，计算在 指定地点和区域的信号强度是否符合设计要求。研究还考虑信号覆盖的富余量， 以满足在实际生产建造过程中可能出现的误差需求，避免在现场出现问题给工期 和材料带来不必要的浪费。

根据UHF信号的传播和衰减特性要求，对于现场UHF监测传感器的经济合 理准确布局，先期对室内天线和馈线电缆进行布置，机舱区域，狭长的通道区 域一般采用泄漏电缆敷设，泄漏电缆的敷设应该避开网线等在UHF频段通讯的 电缆，机舱及室内天线的安装一般取在舱室的中间位置，舱室内有大型机械设 备，天线的位置作调整，整个系统网络采用树形网络结构。

根据初步设计，详细列出从机柜内信号源至每一个室内天线路径上所有的设 备和材料。为了信号能够覆盖，如到机舱某一区域路径可能经过信号合成器、耦 合器、馈线电缆、放大器、功率分支器、泄漏电缆等。信号的强度衰减主要体 现在信号波幅的变窄，但换算成对数后信号的强度可以通过求和的形式计算。

依据下面的公式：

室内天线功率＝信号源输出功率-合成器损耗–耦合器损耗–馈线 电缆损耗+放大器放大dB倍数–泄漏电缆损耗+室内天线的放大dB倍数

根据每个设备或元件以及材料的衰减参数，计算出室内天线终端的功率。

其中电缆的损耗应考虑长度及电缆不同型号规格。

该公式作为一般性的理论计算公式，实际情况中，每一个分支线路可能存 在多个功率分支器和耦合器的情况，需要把所有数据计算在内。

上述计算结果仅作为理论计算的室内天线终端辐射功率，还需要根据信号辐 射的空间损耗来计算评估在指定范围内信号的强度，考察是否满足接收机要求的 最低接收电平，以确定设计是否符合要求。

通常情况下，在整体信号强度偏弱的情况下，前端加入功率放大器可以对系 统进行有效的补偿，但在局部区域信号强度差的地方，只需要在后端加入功率 放大器。对于某些区域面积大，室内天线难以完全覆盖的情况下，可以通过在 该区域敷设泄漏电缆来达到信号覆盖要求。

本发明为克服机舱或某些封闭区域对信号的屏蔽效应，通过敷设馈线电缆 和分布室内天线等手段，使得全船任何有需要的地点和区域，都能实现UHF无线 通信可以定义为UHF信号全船覆盖。

本发明以海洋工程船舶及平台为实施例进行分析，对影响信号传输的因素进 行研究和计算，得出可靠的计算和分析模型，尝试在其他类似的项目中得到应用。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：如附图1所示，UHF超高频架上安装双工器、接收放大器、发射 合成器以及五部中继器，UHF超高频架上的三路功率分支器分别通过42M或46M 馈线电缆连接基站、四路功率分支器以及第二部三路功率分支器，所述基站处于 甲板42600A.B.以上并通过35M馈线电缆接出室外天线到天线区，此外，UHF超 高频架通过二路BFOU船用特种电缆分别连接220V配电板或UPS电源；所述第二 部三路功率分支器接出三个线路，其一通过40M馈线电缆连接到位于顶层甲板 38300A.B.以上的室内天线，其二路通过20M馈线电缆连接到位于驾驶室甲板 35000A.B.以上的室内天线，其三路通过36M馈线电缆桥接到轮机控制室，即图 1中的所述的四路功率分支器连接出四个线路，其一通过19M馈线电缆连 接到D甲板30700A.B.以上走廊的室内天线，其二通过15M馈线电缆连接到C甲 板27400A.B.以上走廊的室内天线，其三通过19M馈线电缆连接到B甲板 24100A.B.以上走廊的室内天线，其四路通过12M馈线电缆连接到下层走廊，即 图1中的

前述中，如附图2所示，接图1中的由UHF超高频架的第二部三路功 率分支器连接来的12M馈线电缆连接到第三部三路功率分支器，该第三部三路功 率分支器连接出三个线路，其一路和其二路分别通过15M和6M馈线电缆连接到 A甲板20800A.B.以上走廊的室内天线，其三路通过7M馈线电缆连接到走廊的第 二部四路功率分支器，该第二部四路功率分支器连接出四个线路，其一路和其二 路分别通过15M和6M馈线电缆连接到主甲板17500A.B.以上走廊的室内天线， 其三路通过22M馈线电缆连接到一层甲板间舱12600A.B.以上餐室的室内天线， 其四路通过15M馈线电缆连接到下层走廊的第三部四路功率分支器，该第三部四 路功率分支器连接出四个线路，其一路和其二路分别通过32M和12M馈线电缆连 接到二层甲板间舱9100A.B.以上走廊的室内天线，其三路通过101M馈线电缆连 接到三层甲板间舱5600A.B.以上走廊的室内天线，其四路通过108M馈线电缆连 接到底舱2900A.B.以上走廊的室内天线；

前述中，如附图3所示，轮机控制室内安装定向放大器，该定向放大器非别 通过2M和45M馈线电缆连接到第四部三路功率分支器和第五部三路功率分支器， 该第四部三路功率分支器连接出三个线路，其一路通过50M馈线电缆连接到上层 结构甲板30500A.B.以上室外天线，其二路通过6M馈线电缆连接到甲板14000A.B. 以上轮机控制室的室内天线，其三路通过200M泄露电缆连接第四部四路功率分 支器，该第四部四路功率分支器连接出四个线路，其一路和其二路分别通过一 102M泄露电缆连接到一层甲板间舱12600A.B.以上走廊室内天线，其三路通过 36M馈线电缆连接UHF超高频架上第二部三路功率分支器，即图1中的其 四路通过170馈线电缆连接到钻井平台31000A.B.以上直升机平台的室内天线； 所述第五部三路功率分支器连接出三个线路，其一路和其二路分别通过120M和 90M泄露电缆分别连接到一层甲板间舱12600A.B.以上一号轮机室内天线和二层 甲板间舱9100A.B.以上三号轮机室内天线，其三路通过120M泄露电缆连接三层 甲板间舱5600A.B.以上低压配电室内天线。

前述中，定向放大器通过BFOU船用特种电缆连接220V应急配电板。

前述中，BFOU船用特种电缆，海洋工程用乙丙橡胶绝缘无卤阻燃中压 电力电缆。

前述中，如附图4所示，电源通过BFOU船用特种电缆连接到TB端子板，TB 端子板接出三个线路分别连接一部UHF基站SA的PU/UHF基站电源，所述三部 UHF基站SA分别位于DP备份室、广播通讯区域和DP控制驾驶室，所述UHF基 站SA各与一HS/UHF即UHF基站手持终端连接，而且，所述UHF基站SA各自通 过实心绝缘50欧姆RG214同轴电缆接出ABS基站天线，这些天线均处于甲板上 方42600A.B.以上；其中，BFOU船用特种电缆规格2×2.5。

本发明中，BAS/UHF：UHF base station UHF基站应用AC220V60HZ电 源。

所有的计算和检测都是基于450mhz频率、4瓦特(36dbm)摩托罗拉DGP6150 便携式无线电的最大发射功率条件下进行的。

使用450MHz的LDF4RK-50A的Andrew电缆衰减为4.749db/100m，使 用450MHz的RCT4-WBC-1X-RNA泄漏电缆衰减为4.4db/100m。

连接器的损耗＝(0.05√f(GHz))x²＝(0.05√0.450)x²＝(0.05(0.62))x²＝0.034x2＝0.068db。

超高频手持便携式收音机作为典型的接收机，灵敏度的是-120dbm，存在 30dbm室内天线损耗以及15dbm渗漏损失。另外，基础设施金属结构内的吸收 和电缆自身影响也存在。

在钻探船封闭区域，便携式对讲机运营商设定设备自身存在6dBm损耗。而 在甲板上，便携式对讲机在50米开放天线存在自由空间损耗，影响便携式收音 机接收信号强度。

FSL＝32.4+20Log(D)+20log(F),

这里D表示距离单位是km，F是频率单位是MHz。

FSL＝32.4+20Log(0.05)+20Log(450)＝32.4–26.02+53.06＝59.44dbm；

根据以上模拟数据,分析，位于上甲板下面室内天线的信号对于4瓦特36 dBm便携式对讲机超高频信号需要减除信号扭曲和堵塞的影响。

信号值＝36dbm-10dbm(中继器的损耗)-5dbm(3W配电损耗)-2.06dbm(电 缆损耗)-5dbm(3W配电损耗)-1.97dbm(40m电缆损失)+2.15dbm(室内天线增 益)–30dbm(障碍耗)–59.44dbm(快速单向链路损耗)-6dbm(自身机体损耗)＝ -81.32dbm。

由于,室内覆盖的距离天线是50米,应包括甲板的工作区域，便携式对讲机 的灵敏度应该高于-119dbm。因此,-81.32dBm传输信号是基于在接受范围内 理论计算,与实际情况可能有所不同。

在甲板室顶部测试UHF信号全船覆盖获得参数：