[發明專利]一種虛擬現實天線模擬系統

在審

• 申請號: 201810434739.1
• 申請日: 2018-05-04
• 公開（公告）號: CN108597037A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 何愛軍;汪瑩;蔣洪暉;陳金來;于爽;周亞民;唐堯;陳仿;許聰聰
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06T19/00
• 分類號: G06T19/00;G06F3/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種虛擬現實天線模擬系統，包括一個天線控制單元、天線模擬單元、設備管理單元和數字傳感器，天線控制單元提供本控、遠控兩種控制方式，天線控制單元在主控下可設置船只的方位信息，遠控下實現方位數據的接收，經衛星參數計算、封裝成幀發送給天線模擬單元和設備管理單元。天線模擬單元中天線的模型通過3DS Max設計，依靠Unity 3D引擎實時渲染三維的動態天線，模擬演示出天線的姿態和動作，并投射到VR/AR眼鏡設備上。設備管理單元實時顯示接收到的數據，遠控下可對天線控制單元參數進行設置。數字傳感器產生方位等信息，為天線控制單元提供模擬實際裝備的經緯度信息。虛擬天線的外觀和操作與實際設備完全一致，通過虛擬現實技術提供更方便高效的訓練手段。

技術領域

本發明涉及海事或者軍事衛星通信訓練中的天線對星問題，針對衛星通信中所用的天線體積大、座體重、控制復雜、難以布置到現場、實際姿態難以理解等問題，結合天線的實際狀況，采用了最新的虛擬現實技術，設計了一種虛擬現實天線模擬系統，可利用PC屏幕以及VR/AR眼鏡，實現天線姿態和動作的三維顯示，提高訓練的效率。

背景技術

自從1957年前蘇聯發射了第一顆人造地球衛星，衛星通信就被廣泛的應用于通信廣播，電視等領域，其擁有覆蓋范圍廣、傳輸距離遠、傳輸頻帶寬、通信容量大等優點。其中衛星移動通信是為移動用戶、固定用戶之間提供通信服務，具有覆蓋區域更廣、不受地理障礙約束和用戶運動限制等優勢。與移動通信相比，衛星通信最大的優點在于實現高數據速率的傳輸、高機動性和無縫隙鏈接。在海事或者軍事領域，大量使用衛星通信設備。而天線正是衛星通信設備中必不可少的一部分。天線作為無線通信領域中發射和接收電磁波信號的載體，在電視、廣播、雷達等工程中都有著廣泛的應用，利用電磁波來傳遞信息的系統都依靠著天線來進行工作。在現代衛星通訊系統中，越來越多的衛星能夠提供超大的星上轉發功率，通過提高衛星的增益來降低對移動終端的要求，這使得地面天線終端越來越趨近于小型化、便攜化。

由于天線設備涉及到大量的專業知識，因此需要實際操作人員進行天線對星問題的理論操作的學習。然而，在實際操作中，存在如下幾方面的問題：(1)實際的衛星通信中所用的天線設備較為昂貴，目前難以用實際設備直接進行學習；(2)衛星通信中所用的天線體積大、座體重、控制復雜、難以布置到現場、實際姿態難以理解；(3)在海事項目中，如果直接進行出海訓練，物資消耗大，費用高；(4)實際設備可靠性極高，故障難以重現，不易進行有針對性的學習。

虛擬現實技術是利用計算機生成一種模擬環境，并通過多種專用設備如VR/AR眼鏡使用戶“投入”到該環境中，實現用戶與該環境直接進行自然交互的一門嶄新的綜合性信息技術。其目的是能讓用戶使用人的自然技能對虛擬世界中的物體進行考察或操作，同時提供視、聽、摸等直觀而又自然的實時感知。它為現代訓練、教育事業提供了一種全新的技術支持。因此，開發一種虛擬現實天線模擬系統就成為了迫切的需求。

本發明設計了一種為解決衛星通信中天線設備相關的訓練難題而開發的虛擬現實天線模擬系統。相對于衛星天線的實際裝備，基于虛擬現實技術設計了整個模擬系統，保留了原有實際設備中的所有特征，模擬的天線外觀和操作都與實際裝備完全一致，可以在模擬系統上感受到和實際裝備上一樣的操作效果，天線控制單元(Antenna Control Unit，ACU)有本控和遠控兩種控制方式，在ACU中可以使用本控的控制方式，自行根據需要調整特征參數，或者在遠控方式下對ACU發送指令。并且在此基礎上新增加了設備管理單元，使其在能夠模擬原設備所有操作的前提下，針對海事或軍事衛星通信模擬實際情況，可以方便地顯示ACU設備狀態、保存各種天線信息參數。天線模擬單元在計算機屏幕上利用Unity 3D實時渲染出天線的三維姿態，取代原有的天線設備，占地空間小，便于場地的布置和學員對天線姿態的觀察理解，Unity3D的渲染效果既可以在PC屏幕上展示，也可以投射到VR/AR眼鏡上，讓用戶親身投入其中，從而可以更形象地理解天線的基本原理。

發明內容