基于大数据交互式的舰船通信移动终端UI,设计
时间：2023-01-15 16:45:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
袁 晶
(江西科技学院，江西 南昌 330000)
通信系统为舰船提供各种导航、交通数据等，是舰船正常工作的重要保证。近几年，由于移动通信网络和无线局域网的飞速发展，船载通信由无线电通信逐步过渡到了移动网络通信，通信技术得到了极大的发展。在舰船移动通信中，移动终端是舰员接收、传输资料的终端。随着移动通信服务的发展，移动终端每天都要接收和传输大量的信息，包括位置信息、航行状态信息、救援信息等，有些信息必须通过终端用户界面进行显示。UI 设计即显示界面的设计，是对人机交互和界面美感的综合设计，它的优劣直接关系到舰船操纵程序的操作成功率。文献[1]提出了基于STM 32 的人机交互终端设计方法，该方法以STM 处理器为核心，由CAN 接收终端服务与接收任务实现移动终端设计。文献[2]提出了专网通信终端设计方法，该方法提出了一种基于IoT-G230MHz 专用网络的远程通讯终端的方案。使用这2 种终端设计方法虽然能够在界面上实时显示操作结果，但是缺乏实际交互信息，导致操控人员无法有效控制舰船移动通信系统。为此，提出了基于大数据交互式的舰船通信移动终端UI 设计方法。
1.1 天线阵UI 视觉结构设计
采用层叠式天线，可以在接收与发射波段同时进行谐振，并通过双峰谐振来扩展带宽[3–4]。采用层状微带天线，能有效地改善天线的阻抗频宽和圆偏振频宽。馈电网络以高压低密度聚乙烯发泡为载体，其介电常数低，将获得较低损耗。馈电网的核心部件是通过波阻抗转换器来完成阻抗匹配，并按序进行90°的相位偏移。为了使每一个端口的等效功率分布和连续90°的偏差，相连的2 个阻抗值需符合下列要求：
式中：Rn为单元天线输入阻抗；
Ri为馈电输入阻抗。
利用空间位置上的连续转动馈电元件构成一种阵列，在很大的频域中，通过相位偏移，可以提高极化纯度和方向图的对称性。
1.2 交互式三维场景结构设计
在三维场景建模中，真实动态和静态特征被构建出来，从而使三维场景具有动态、真实、临场的交互效果[5]。交互式三维场景结构，如图1 所示。利用仿真软件仿真了图形库文件，将视频、图像、音频等信息以移动智能终端形式显示出来。利用计算机可以建立三维场景的虚拟空间[6–8]。三维坐标系参量可以代表三维文字数据，并将其储存于移动终端数据库中。为了满足三维场景的交互式需求，数据库将不定时进行升级。三维文本原型可以实现字符集信息传输，可以把句子分为两类：界面类和整体类。这2 种节点类型可以在基础结构模组中任意地应用，包括定义文档头部、创建符合规范虚拟空间、简化模拟重构过程，句子扩展工具可以设定翻译、执行、注释和描绘三维场景。
图1 交互式三维场景结构Fig.1 Interactive 3D scene structure
1.3 结果渲染输出系统设计
显示界面UI 设计结果的呈现效果依赖于呈现装置，在绘制规则限制下，决定是否渲染以及渲染方式，然后渲染操作定位相应的摄像机、光源。渲染器的渲染操作如图2 所示。根据不同功能界面所需的显示内容，控制按键数量进行界面图标与颜色设计。
图2 结果渲染输出系统Fig.2 Result rendering output system
2.1 三维动画功能设计
三维动画场景是一个由多个节点构成的虚拟动画场景，它可以计算出三维动画的节点坐标，并能显示出海域状况，从而确保了动画连续性。三维动画场景中的全部节点分组过程计算如下：
式中：k为节点个数；
z为动画场景节点；
o(k)为场景中心像素点。
应用此公式实现三维动画场景的节点编排，并将其归类为：
式中：(xa,yz,za)为世界坐标系的三维坐标；
(ox,oy)为三维动画场景中心像素坐标；
表示三维动画场景横向节点；
(u,u0)为场景图像坐标点。
采用大数据交互技术来表达三维动画的交互信息，选择了三维动画中的像素点平均值，获得由同一像素点构成的图像：
式中，φ为图像邻域范围。
通过该公式采集舰船所处海域环境情况，并以电子形式展示。结合GPS 技术获取地理位置信息，通过移动终端UI 可得到当前位置坐标，公式为：
式中：L，H分别为界面长和宽。
实时记录舰船在海域图像中的位置，通过移动终端UI 显示三维动画。
2.2 界面大数据交互功能设计
利用图标来控制航线，界面的坐标转换可以实时地显示界面的动态运行：
式中：x1+γx1为平移对象沿x方向实际偏移量下的任意一个像素点横向坐标；
y1+γy1为平移对象沿y方向实际偏移量下的任意一个像素点纵向坐标；
z1+γz1为平移对象沿z方向实际偏移量下任意一个像素点竖直方向坐标。
界面旋转过程可表示为：
式中，θ为旋转角度。
结合控制程序能够实现显示界面的大数据交互变换，通过界面色彩展示给用户，起到提示作用。
2.3 抗干扰功能设计
为消除移动通信频带对移动终端通信影响，天线通信频带不会包含移动通信频段部分，因此，天线最大带宽计算公式为：
式中：fe为频带宽度；
lmin为频带最小距离。
天线总品质，计算公式为：
式中：v为光速；
εr为有效介电常数；
h为基板厚度。
合理选择有效介电常数计算基板厚度，完成基板材料的选取，RFID 标签天线带宽不会涵盖GSM 频段，不会触发芯片工作，使得天线具备良好抗干扰性能。
3.1 舰船操控台实验环境
本文研究目标是27 英寸的舰船控制面板，并支持彩色图像。用户界面的设计以Eclipse 为核心，它可以在平台上调节各组件和控制组件位置，并将其嵌入到内部控制程序中，从而实现显示界面交互式UI 设计结果的输出与显示。
3.2 移动终端数据检测实验装置
服务端利用检测器实时显示通信移动终端数据，移动终端数据检测实验装置如图3 所示。三维场景必须与因特网服务器重叠，该系统能够追踪、监测舰船通讯移动终端的工作状况，并将其所传送的实时影像还原成互动的三维影像，从而使用户了解其工作状况。
图3 移动终端数据检测实验装置Fig.3 Mobile terminal data detection experimental device
3.3 天线方向性图UI 显示结果分析
对于天线方向性图UI 显示结果，分别使用文献[1]、文献[2]和所设计方法与实际数值对比分析，结果如图4 所示。可知，实际的天线方向性图UI 结果显示了完整的主瓣方向性、低副瓣方向性、后瓣方向性电平。使用文献[1]和文献[2]天线方向性图UI 显示结果分别出现了不同程度的瓣方向性缺失问题，其中文献[1] 缺失了低副瓣方向性电平，文献[2] 缺失了后瓣方向性电平。而使用所设计方法天线方向性图UI 显示结果与实际数值一致的瓣方向性电平，说明所设计的终端UI 能够清晰显示天线方向性，使显示终端具有良好对称性。
图4 不同方法天线方向性图UI 显示结果对比分析Fig.4 Comparative analysis of the UI display results of antenna patterns of different methods
3.4 移动终端UI 像素密度数值分析
像素密度指的是在每英寸显示屏上的像素数量，数量越多，说明屏幕图像密度也就越大，清晰度越高。将图像像素数作为分析指标，其计算公式为：
式中，fp为分辨率。
将此作为依据，分别使用3 种方法对比分析像素密度，对比结果如图5 所示。可知，使用文献[1]和文献[2] 在同一英寸屏幕上的像素密度分别为10PPI 和20PPI，使用所设计系统同一英寸屏幕上的像素密度为50PPI。由此可知，使用所设计系统比传统方法有清晰度上的优势。
图5 不同方法像素密度对比分析Fig.5 Comparative analysis of pixel density of different methods
通过设计基于大数据交互式的舰船通信移动终端UI，得出如下结论：通过使用双峰谐振展宽带宽，能够使显示界面具有对称性；
通过构建三维场景虚拟空间，使显示终端具有交互功能；
通过计算三维动画节点坐标，使显示终端动画具有连续性。通过实验验证结果可知，该设计方法的像素密度较高，能够清晰展示通信结果。
