计算机网络和地面计算机网络之间的通信系统及通信方法

1.本发明属于通信领域，尤其涉及一种计算机网络和地面计算机网络之间的通信系统及通信方法。


背景技术：

2.目前，越来越多的人选择乘坐飞机出行。由于手机通讯产生的电磁干扰会影响到飞机的正常通信，通常在飞机上禁止乘客使用手机、平板电脑等移动终端上网，使得乘客在乘坐飞机时无法利用移动终端上网，也无法使乘客通过移动终端进行互动。
3.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
4.在飞机上禁止乘客使用手机、平板电脑等移动终端上网，使得乘客在乘坐飞机时无法利用移动终端上网，也无法使乘客通过移动终端进行互动。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种计算机网络和地面计算机网络之间的通信系统及通信方法。
6.本发明是这样实现的，一种计算机网络和地面计算机网络之间的通信系统，其特征在于，该通信系统具体包括：地面服务模块、卫星中继模块、通讯模块、中央控制模块、照明模块、接收终端；
7.所述地面服务模块，用于通过卫星中继模块向通讯模块发送数据；
8.所述卫星中继模块，用于将地面服务模块的信号转继并发送给通讯模块；
9.所述通讯模块，用于进行卫星信号的输入、处理、调制，并借助照明模块将调制好的信号以光波的形式发射出去；
10.所述进行卫星信号的调制包括：对截获卫星信号进行下变频处理；对卫星信号x(t)进行k层小波包分解，得到2k个频带信号c
k,m
，其中k代表分解的对应层数，m代表在第k层各频带的位置序号；对向量c
k,m
进行重构，将第k层其他的频带信号置为零，得到重构向量p
k,m
；对所有重构向量p
k,m
进行ceemd分解，每一个重构向量p
k,m
都可分解得到一系列的本征模态函数imf
k,n
；采用包络相关谱分析筛选出跟各个重构向量p
k,m
相关度最高的本征模态函数；对得到的本征模态函数进行改进的hilbert变换，得到卫星信号的hilbert谱，显示卫星信号的时频线；进行卫星时频线的提取，采用二维的零均值离散高斯平滑滤波器对时频分布进行滤波；设计深度cnn网络结构，并确定网络初始化参数，结合keras深度学习框架，调用已有网络层函数，搭建深层网络结构；利用训练集进行网络训练，并采用early-stop策略，防止滤波后的时频过拟合；在网络训练完成后，再利用测试数据集验证训练效果，完成信号自动调制；
11.中央控制模块，用于控制照明模块的亮灭使得调制好的信号通过光束进行传输；
12.照明模块，用于实现照明，并通过光束进行信号传输；
13.接收终端为旅客的手机或者笔记本电脑，用于接收照明模块发射的光信号，进而
进行光电转换、信号放大处理、解调恢复出原发射信号，实现接收终端无线通信。
14.进一步，对截获卫星信号进行下变频处理包括：(1)对i个被加噪信号x(t)+ε0wi(t)，i＝1,2,...i，分别进行emd分解，并计算得到第一个本征模态函数：
[0015][0016]
(2)计算第一个残余项：
[0017]
(3)对信号r1(t)+ε1e1(wi(t))分别进行emd分解，计算得到第二个本征模态分量：
[0018][0019]
(4)计算第k个残余项：
[0020]
(5)对信号rk(t)+ε
kek
(wi(t))各自进行emd分解，计算得到第k+1个本征模态分量：
[0021][0022]
直至残余项不能被分解为止，最终的残余项满足：
[0023]
对卫星信号x(t)进行k层小波包分解包括：
[0024]
1)对卫星信号x(t)进行k层小波包分解，得到2k个频带信号c
k,m
，其中k代表分解的对应层数，m代表在第k层各频带的位置序号；
[0025]
2)对向量c
k,m
进行重构，将第k层其他的频带信号置为零，得到重构向量p
k,m
；
[0026]
3)对所有重构向量p
k,m
进行ceemd分解，每一个重构向量p
k,m
都可分解得到一系列的本征模态函数imf
k,n
；
[0027]
4)采用包络相关谱分析筛选出跟各个重构向量p
k,m
相关度最高的本征模态函数；
[0028]
a[
·
]为求hilbert包络幅值，公式如下：
[0029][0030]
信号a与信号b的互相关系数公式如下：
[0031]
r{a,b}＝e[(a-e[a])(b-e[b])]/σaσb；
[0032]
则信号p
k,m
和它分解的本征模态函数imf
k,n
的包络相关谱系数i
ecs
为：
[0033]iecs
＝r{f(v(p
k,m
)),f(v(imf
k,n
))}；
[0034]
其中，f[
·
]为傅里叶变换；
[0035]
利用改进hilbert变换对分解得到的各imf进行处理，对相位进行高阶差分计算瞬时频率，hilbert变换瞬时频率公式如下：
[0036][0037]
其中f为平滑的点数或阶数；
[0038]
采用二维的零均值离散高斯平滑滤波器对时频分布进行滤波中，零均值离散高斯平滑滤波器为：
[0039][0040]
其中，{wi|i＝1,2,...,m}是关于实对称矩阵的一组特征向量，对应的m个最大特征值为{λi|i＝1,2,...,m}，为类内离散度矩阵wcsm，xk为类别i所属数据集xi中的第k个样本，μi为类别i中样本的特征均值，c为全部样本中所属的类别总数；为类间离散度矩阵bcsm，ni为类别i的样本个数，μ为所有类别中全部样本的均值。
[0041]
进一步，所述照明模块的光照范围覆盖飞机内的多个座位。
[0042]
进一步，所述通讯模块包括调制模块和驱动模块；
[0043]
所述调制模块将卫星中继模块发出的卫星信号调制成适合光束信号，并将调制好的信号作为驱动电流送入驱动模块。
[0044]
进一步，所述驱动电路采用恒流源驱动。
[0045]
进一步，所述接收终端包括光电转换模块、信号放大模块、信号解调模块和显示模块；
[0046]
所述光电转换模块将接收的光信号转换成电信号，经所述信号放大模块后再由所述信号解调模块还原成原来的数字信号，并由所述显示模块显示出来。
[0047]
进一步，所述信号放大模块的信号放大方法具体为：
[0048]
接收并且暂存欲传送至所述信号放大模块的控制信号，对所述信号放大模块的输入信号以及参考信号进行比较，以产生比较信号；以及当所述比较信号改变时，根据暂存的所述控制信号提供暂存信号至所述信号放大模块，其中在输入信号最接近参考信号时才根据所述控制信号开启/关闭信号放大器并且调整信号放大器的增益；在特定时间周期内计数所述比较信号从第一逻辑电平变换至第二逻辑电平的变化次数，其中所述特定时间周期由所述输入信号的频率范围所决定，并根据计数值产生选择信号；以及根据所述选择信号选择提供所述控制信号或所述暂存信号至所述信号放大模块，其中当比较的结果受到干扰时，直接提供所述控制信号至该信号放大模块。
[0049]
本发明另一目的在于提供一种通信设备，搭载所述的计算机网络和地面计算机网络之间的通信系统。
[0050]
本发明另一目的在于提供一种所述的计算机网络和地面计算机网络之间的通信系统的计算机网络和地面计算机网络之间的通信方法，所述计算机网络和地面计算机网络之间的通信方法具体包括：
[0051]
步骤一：地面服务模块通过卫星中继模块向通讯模块发送数据，卫星中继模块将地面服务模块的信号转继并发送给通讯模块；
[0052]
步骤二：通讯模块进行卫星信号的输入、处理、调制，并借助照明模块将调制好的信号以光波的形式发射出去；
[0053]
步骤三：中央控制模块控制照明模块的亮灭使得调制好的信号通过光束进行传输；
[0054]
步骤四：接收终端接收照明模块发射的光信号，进而进行光电转换、信号放大处理、解调恢复出原发射信号，进而实现接收终端无线通信。
[0055]
本发明另一目的在于提供一种智能终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述计算机网络和地面计算机网络之间的通信方法。
[0056]
本发明另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
[0057]
地面服务模块通过卫星中继模块向通讯模块发送数据，卫星中继模块将地面服务模块的信号转继并发送给通讯模块；通讯模块进行卫星信号的输入、处理、调制，并借助照明模块将调制好的信号以光波的形式发射出去；中央控制模块，用于控制照明模块的亮灭使得调制好的信号通过光束进行传输；接收终端接收照明模块发射的光信号，进而进行光电转换、信号放大处理、解调恢复出原发射信号，进而实现接收终端无线通信。
[0058]
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
[0059]
本发明实现了接收终端与照明装置之间的光通信，使得终端设备之间可以通过光通信进行互动，实现了飞机上的无线上网，提高了飞机上无线上网的便利性，弥补了现有技术中乘客在飞机上无法上网和互动的不足，提升了乘客的乘机体验。
[0060]
本发明通讯模块中进行卫星信号的调制包括：对截获卫星信号进行下变频处理；对卫星信号x(t)进行k层小波包分解，得到2k个频带信号c
k,m
，其中k代表分解的对应层数，m代表在第k层各频带的位置序号；对向量c
k,m
进行重构，将第k层其他的频带信号置为零，得到重构向量p
k,m
；对所有重构向量p
k,m
进行ceemd分解，每一个重构向量p
k,m
都可分解得到一系列的本征模态函数imf
k,n
；采用包络相关谱分析筛选出跟各个重构向量p
k,m
相关度最高的本征模态函数；对得到的本征模态函数进行改进的hilbert变换，得到卫星信号的hilbert谱，显示卫星信号的时频线；进行卫星时频线的提取，采用二维的零均值离散高斯平滑滤波器对时频分布进行滤波；设计深度cnn网络结构，并确定网络初始化参数，结合keras深度学习框架，调用已有网络层函数，搭建深层网络结构；利用训练集进行网络训练，并采用early-stop策略，防止滤波后的时频过拟合；在网络训练完成后，再利用测试数据集验证训练效果，完成信号自动调制；可获得准确地通信信号。
附图说明
[0061]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0062]
图1是本发明实施例提供的一种计算机网络和地面计算机网络之间的通信系统结构图；
[0063]
图2是本发明实施例提供的接收终端结构图；
[0064]
图3是本发明实施例提供的计算机网络和地面计算机网络之间的通信方法流程
图；
[0065]
图中：1、地面服务模块；2、卫星中继模块；3、通讯模块；4、中央控制模块；5、照明模块；6、接收终端；7、光电转换模块；8、信号放大模块；9、信号解调模块；10、信号解调模块。
具体实施方式
[0066]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0067]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种计算机网络和地面计算机网络之间的通信系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0068]
如附图1-3所示，一种计算机网络和地面计算机网络之间的通信系统，其特征在于，该通信系统具体包括：地面服务模块1、卫星中继模块2、通讯模块3、中央控制模块4、照明模块5、接收终端6；
[0069]
所述地面服务模块1，用于通过卫星中继模块向通讯模块发送数据；
[0070]
所述卫星中继模块2，用于将地面服务模块1模块的信号转继并发送给通讯模块3；
[0071]
所述通讯模块4，用于进行卫星信号的输入、处理、调制，并借助照明模块5将调制好的信号以光波的形式发射出去；
[0072]
所述中央控制模块4，用于控制照明模块5的亮灭使得调制好的信号通过光束进行传输；
[0073]
所述照明模块5，用于实现照明，并通过光束进行信号传输；
[0074]
所述接收终端6为旅客的手机或者笔记本电脑，用于接收照明模块发射的光信号，进而进行光电转换、信号放大处理、解调恢复出原发射信号，进而实现接收终端无线通信。
[0075]
在本发明中，所述通讯模块4中进行卫星信号的调制包括：对截获卫星信号进行下变频处理；对卫星信号x(t)进行k层小波包分解，得到2k个频带信号c
k,m
，其中k代表分解的对应层数，m代表在第k层各频带的位置序号；对向量c
k,m
进行重构，将第k层其他的频带信号置为零，得到重构向量p
k,m
；对所有重构向量p
k,m
进行ceemd分解，每一个重构向量p
k,m
都可分解得到一系列的本征模态函数imf
k,n
；采用包络相关谱分析筛选出跟各个重构向量p
k,m
相关度最高的本征模态函数；对得到的本征模态函数进行改进的hilbert变换，得到卫星信号的hilbert谱，显示卫星信号的时频线；进行卫星时频线的提取，采用二维的零均值离散高斯平滑滤波器对时频分布进行滤波；设计深度cnn网络结构，并确定网络初始化参数，结合keras深度学习框架，调用已有网络层函数，搭建深层网络结构；利用训练集进行网络训练，并采用early-stop策略，防止滤波后的时频过拟合；在网络训练完成后，再利用测试数据集验证训练效果，完成信号自动调制；
[0076]
优选地，对截获卫星信号进行下变频处理包括：(1)对i个被加噪信号x(t)+ε0wi(t)，i＝1,2,...i，分别进行emd分解，并计算得到第一个本征模态函数：
[0077][0078]
(2)计算第一个残余项：
[0079]
(3)对信号r1(t)+ε1e1(wi(t))分别进行emd分解，计算得到第二个本征模态分量：
[0080][0081]
(4)计算第k个残余项：
[0082]
(5)对信号rk(t)+ε
kek
(wi(t))各自进行emd分解，计算得到第k+1个本征模态分量：
[0083][0084]
直至残余项不能被分解为止，最终的残余项满足：
[0085]
对卫星信号x(t)进行k层小波包分解包括：
[0086]
1)对卫星信号x(t)进行k层小波包分解，得到2k个频带信号c
k,m
，其中k代表分解的对应层数，m代表在第k层各频带的位置序号；
[0087]
2)对向量c
k,m
进行重构，将第k层其他的频带信号置为零，得到重构向量p
k,m
；
[0088]
3)对所有重构向量p
k,m
进行ceemd分解，每一个重构向量p
k,m
都可分解得到一系列的本征模态函数imf
k,n
；
[0089]
4)采用包络相关谱分析筛选出跟各个重构向量p
k,m
相关度最高的本征模态函数；
[0090]
a[
·
]为求hilbert包络幅值，公式如下：
[0091][0092]
信号a与信号b的互相关系数公式如下：
[0093]
r{a,b}＝e[(a-e[a])(b-e[b])]/σaσb；
[0094]
则信号p
k,m
和它分解的本征模态函数imf
k,n
的包络相关谱系数i
ecs
为：
[0095]iecs
＝r{f(v(p
k,m
)),f(v(imf
k,n
))}；
[0096]
其中，f[
·
]为傅里叶变换；
[0097]
利用改进hilbert变换对分解得到的各imf进行处理，对相位进行高阶差分计算瞬时频率，hilbert变换瞬时频率公式如下：
[0098][0099]
其中f为平滑的点数或阶数；
[0100]
采用二维的零均值离散高斯平滑滤波器对时频分布进行滤波中，零均值离散高斯平滑滤波器为：
[0101][0102]
其中，{wi|i＝1,2,...,m}是关于实对称矩阵的一组特征向量，对应的m个最大特征值为{λi|i＝1,2,...,m}，为类内离散度矩阵
wcsm，xk为类别i所属数据集xi中的第k个样本，μi为类别i中样本的特征均值，c为全部样本中所属的类别总数；为类间离散度矩阵bcsm，ni为类别i的样本个数，μ为所有类别中全部样本的均值。
[0103]
优选地，所述照明模块5的光照范围覆盖飞机内的多个座位。
[0104]
所述通讯模块4包括调制模块和驱动模块；
[0105]
所述调制模块将卫星中继模块发出的卫星信号调制成适合光束信号，并将调制好的信号作为驱动电流送入驱动模块。
[0106]
所述驱动电路采用恒流源驱动。
[0107]
所述接收终端6包括光电转换模块7、信号放大模块8、信号解调模块9和显示模块10；
[0108]
所述光电转换模块7将接收的光信号转换成电信号，经所述信号放大模块8后再由所述信号解调模块9还原成原来的数字信号，并由所述显示模块10显示出来。
[0109]
所述信号放大模块8的信号放大方法具体为：
[0110]
接收并且暂存欲传送至所述信号放大模块8的控制信号，对所述信号放大模块88的输入信号以及参考信号进行比较，以产生比较信号；以及当所述比较信号改变时，根据暂存的所述控制信号提供暂存信号至所述信号放大模块8，其中在输入信号最接近参考信号时才根据所述控制信号开启/关闭信号放大器并且调整信号放大器的增益；在特定时间周期内计数所述比较信号从第一逻辑电平变换至第二逻辑电平的变化次数，其中所述特定时间周期由所述输入信号的频率范围所决定，并根据计数值产生选择信号；以及根据所述选择信号选择提供所述控制信号或所述暂存信号至所述信号放大模块8，其中当比较的结果受到干扰时，直接提供所述控制信号至该信号放大模块8。
[0111]
本发明另一目的在于提供一种通信设备，包括：如权利要求1-5中任一项所述的计算机网络和地面计算机网络之间的通信系统。
[0112]
本发明还提供一种所述的计算机网络和地面计算机网络之间的通信系统的计算机网络和地面计算机网络之间的通信方法，所述计算机网络和地面计算机网络之间的通信方法具体包括：
[0113]
步骤一：地面服务模块通过卫星中继模块向通讯模块发送数据，卫星中继模块将地面服务模块的信号转继并发送给通讯模块；
[0114]
步骤二：通讯模块进行卫星信号的输入、处理、调制，并借助照明模块将调制好的信号以光波的形式发射出去；
[0115]
步骤三：中央控制模块控制照明模块的亮灭使得调制好的信号通过光束进行传输；
[0116]
步骤四：接收终端接收照明模块发射的光信号，进而进行光电转换、信号放大处理、解调恢复出原发射信号，进而实现接收终端无线通信。
[0117]
下面结合应用对本发明技术方案作进一步描述。
[0118]
应用例
[0119]
地面服务模块通过卫星中继模块向通讯模块发送数据，卫星中继模块将地面服务模块的信号转继并发送给通讯模块；通讯模块进行卫星信号的输入、处理、调制，并借助照
明模块将调制好的信号以光波的形式发射出去；中央控制模块控制照明模块的亮灭使得调制好的信号通过光束进行传输；接收终端接收照明模块发射的光信号，进而进行光电转换、信号放大处理、解调恢复出原发射信号，进而实现接收终端无线通信。
[0120]
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法，可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
[0121]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。