船舶通信導(dǎo)航技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)*

王　玲　張彬祥

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所　武漢　430205)

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船舶通信導(dǎo)航技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)*

王玲張彬祥

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所武漢430205)

摘要船舶通信是指以船舶為承載平臺(tái)、以水上航行為使用環(huán)境、以服務(wù)于船舶使命任務(wù)的達(dá)成為目的、綜合采用各種通信手段構(gòu)建的通信系統(tǒng)的總稱。船舶導(dǎo)航是指通過(guò)航位推算、無(wú)線電信號(hào)、慣性解算、地圖匹配、衛(wèi)星定位及多種方式組合運(yùn)用,確定船舶的動(dòng)態(tài)狀態(tài)和位置等參數(shù)的綜合技術(shù)。論文對(duì)船舶通信導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行了研究,并對(duì)其現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞船舶通信; 船舶導(dǎo)航; 通導(dǎo)系統(tǒng)

Development Trend of Marine Communication and Navigation Technology

WANG LingZHANG Binxiang

(No. 722 Research Institute of CSIC, Wuhan430205)

AbstractMarine communication is the communication system based on the platform of ship and the environment of water sailing, for the purpose of serving the mission of the ship and using a variety of communication means. Marine navigation is the integrated technology of determining the dynamic status, location of ships and other parameters through dead reckoning, radio signals, inertia solver, map matching, satellite positioning and the combination of various ways. In this paper, marine communication and navigation technology are studied and discussed, meanwhile, the developing trend is discussed.

Key Wordsmarine communication, marine navigation, communication and navigation system

Class NumberU675.72

1船舶通信技術(shù)

1.1通信技術(shù)概述

通信技術(shù)是指運(yùn)用各種通信手段,實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的采集、處理、傳輸、交換與重現(xiàn)的技術(shù)。通信技術(shù)復(fù)雜多樣,可以按多種方式分類,比如按傳輸手段可分為有線通信、無(wú)線通信和簡(jiǎn)單手段通信,有線通信又包括普通線纜(包括同軸電纜)通信和光纖通信,無(wú)線通信又包括電磁通信、聲通信和光通信等;電磁通信按頻段劃分又可分為低頻、中頻、高頻和超高頻通信,按波長(zhǎng)劃分又可分為長(zhǎng)波、中波、短波、超短波和微波通信等;按承載業(yè)務(wù)可分為語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻通信;按傳輸帶寬度量可分為窄帶通信、寬帶通信和超寬帶通信;按承載平臺(tái)可分為固定臺(tái)站通信和移動(dòng)通信,其中,移動(dòng)通信又可分為手持個(gè)人通信、車載通信、飛機(jī)通信、船舶通信、衛(wèi)星通信,本文重點(diǎn)介紹船舶通信。

1.2船舶通信的技術(shù)內(nèi)涵

船舶通信是指以船舶為承載平臺(tái)、以水上航行為使用環(huán)境、以服務(wù)于船舶使命任務(wù)的達(dá)成為目的、綜合采用各種通信手段構(gòu)建的通信系統(tǒng)的總稱。

與內(nèi)陸通信不同,船舶通信、特別是海洋船舶通信主要具有如下特點(diǎn):

1) 對(duì)外聯(lián)絡(luò)只能依靠無(wú)線通信,要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信、甚至全球通信,只能依靠衛(wèi)星和短波;

2) 通信頻段覆蓋面寬,設(shè)備多,系統(tǒng)復(fù)雜,限于安裝、使用環(huán)境,所有設(shè)備、天線必須高度集成;

3) 無(wú)固定基礎(chǔ)設(shè)施依托,內(nèi)部通信與外部通信、通信與導(dǎo)航均自成一體。

海軍艦船通信為海上艦船遂行各種作戰(zhàn)任務(wù)提供信息傳輸保障,為指揮控制、協(xié)同作戰(zhàn)提供信息傳輸通道,是最典型、最復(fù)雜的船舶通信。海軍艦船通信通過(guò)在平臺(tái)內(nèi)部構(gòu)建基于光纖的、多業(yè)務(wù)承載的寬帶傳輸網(wǎng),將全艦電話、數(shù)據(jù)終端、計(jì)算機(jī)與各頻段通信信道設(shè)備集成一起進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),用于提高平臺(tái)內(nèi)部通信與外部通信集成化程度與多業(yè)務(wù)傳輸保障能力,提升水面艦艇通信系統(tǒng)自動(dòng)化管理與控制水平。

早在20世紀(jì)50年代,西方國(guó)家海軍就在水面艦艇上引進(jìn)了內(nèi)、外部通信等集成設(shè)計(jì)技術(shù),到80年代后期,隨著計(jì)算機(jī)及其輔助設(shè)計(jì)方法的出現(xiàn),以美國(guó)為代表的海軍提出了水面艦艇外部與內(nèi)部通信一體化設(shè)計(jì)思路,即綜合通信系統(tǒng)(ICS),并在一系列的“宙斯盾”巡洋艦、驅(qū)逐艦上展開了系統(tǒng)集成與工程實(shí)施。20世紀(jì)60~70年代中后期,我國(guó)水面艦艇通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本上采用“單機(jī)單控”模式來(lái)構(gòu)建通信“系統(tǒng)”。內(nèi)部通信與外部通信采用分離的設(shè)計(jì)方法,業(yè)務(wù)承載能力單一,通信資源管理與控制水平相對(duì)較低;80年代末期至90年代中后期,海軍在新型水面艦船平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部與外部通信設(shè)備或分系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì),形成了我國(guó)第一代綜合通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù);進(jìn)入本世紀(jì),針對(duì)水面艦船天線布置與優(yōu)化設(shè)計(jì)及平臺(tái)內(nèi)部通信與外部通信綜合傳輸需要,開始大量采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及集成優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù),并對(duì)平臺(tái)的通信設(shè)備或分系統(tǒng)進(jìn)行了更加合理配置與功能集成設(shè)計(jì),進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的綜合信息傳輸與承載、通信資源管理與控制、天線布置與射頻多功能集成等技術(shù)水平。

1.3船舶通信發(fā)展現(xiàn)狀

1) 軍用艦船通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

航母通信系統(tǒng)的構(gòu)成最為復(fù)雜、也最能代表艦船通信的發(fā)展水平。

美國(guó)是當(dāng)今世界上現(xiàn)役航母最多的國(guó)家,“福特”級(jí)是美軍正在建造的最新型的航母。該型航母采用最先進(jìn)的C4ISR(指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)與情報(bào)、監(jiān)視、偵察)系統(tǒng)技術(shù),完全遵循美海軍FORCEnet體系結(jié)構(gòu)參考模型,能更全面地支持美軍的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn),作為GIG(全球信息柵格)的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn),可與其它艦船、飛機(jī)、岸基指揮所、其它軍兵種和美國(guó)盟軍等實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)、互通、互操作”,使各種雷達(dá)設(shè)施、通信系統(tǒng)、指控系統(tǒng)、武器系統(tǒng)之間的信息傳輸更快捷,作戰(zhàn)程序更簡(jiǎn)便,打擊威力更強(qiáng)勁。

福特航母通信系統(tǒng)采用了完備的開放式體系架構(gòu),全系統(tǒng)分為無(wú)線傳送、系統(tǒng)控制與管理組件、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用、信息保障(IA)5大組件。除極個(gè)別傳統(tǒng)系統(tǒng)(如數(shù)據(jù)鏈)外,各大組件之間采用標(biāo)準(zhǔn)接口,單個(gè)組件可與多個(gè)組件和系統(tǒng)集成,組件的替換、系統(tǒng)的更新和升級(jí)不影響系統(tǒng)其它部分。

2) 民用船舶通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

相比于軍用艦船通信系統(tǒng),民用船舶通信系統(tǒng)的職能不同,但核心技術(shù)基本類似,一般也是通過(guò)寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò),將不同職能的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)、終端進(jìn)行一體化鏈接,其體系結(jié)構(gòu)也在朝開放式、模塊化、可組合化的方向發(fā)展。

船舶內(nèi)部設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與對(duì)外通信設(shè)備相連,借助于數(shù)據(jù)傳輸、電子郵件等各種通信手段,實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)岸上監(jiān)控系統(tǒng)(如港口船舶管理系統(tǒng))與船舶以及船舶之間的通信,進(jìn)行各種信息交流、咨詢、設(shè)備維護(hù)、故障診斷、資料查閱、備件查詢、船舶管理等業(yè)務(wù)活動(dòng),從而最大程度地提高航行安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

一體化網(wǎng)絡(luò)是船舶的信息基礎(chǔ)設(shè)施,為船舶各分系統(tǒng)提供全面的信息交換環(huán)境,主要包括:IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(包括骨干網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò))、IP語(yǔ)音和IP視頻系統(tǒng)、CTI服務(wù)(包括軟交換呼叫處理、語(yǔ)音識(shí)別與合成等)和船舶控制自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)等。船舶一體化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的概念模型結(jié)構(gòu)由四個(gè)層次組成,下一層為上一層提供支持和服務(wù)。最上層是應(yīng)用層,包括各種數(shù)據(jù)、視頻、語(yǔ)音信息的應(yīng)用系統(tǒng),如測(cè)控應(yīng)用、日常管理應(yīng)用、調(diào)度電話等。第二層是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層,主要包括由基本信息服務(wù)和其他如網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等組成的服務(wù)支撐環(huán)境。該層提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻三大類基本信息服務(wù),如語(yǔ)音傳輸、CTI、基本網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)訪問(wèn)、內(nèi)容和分布式系統(tǒng)等服務(wù),是直接面向應(yīng)用系統(tǒng)的信息服務(wù)層。第三層是協(xié)議層,主要由IP通信協(xié)議平臺(tái)和ITU等通信協(xié)議組成。IP通信協(xié)議平臺(tái)特性包括IPV4/V6版本、IP服務(wù)質(zhì)量(QoS)、IP多點(diǎn)廣播(Multicast)、IP路由和路由的高可用性以及策略路由和流量工程等機(jī)制。最底層為網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)設(shè)施層,該層提供語(yǔ)音、視頻和數(shù)據(jù)的物理和鏈路層通信環(huán)境,包括有線傳輸網(wǎng)、RPR(彈性分組環(huán))、以太網(wǎng)、ATM、ISDN/PSTN交換網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線通信、衛(wèi)星通信、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及用于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間協(xié)議轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)等。信息基礎(chǔ)環(huán)境與其鄰接的系統(tǒng)管理與運(yùn)行維護(hù)體系層、安全保障體系層、標(biāo)準(zhǔn)化體系層形成一個(gè)有機(jī)整體,具有結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定性和適應(yīng)性,可以適應(yīng)未來(lái)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展變化,為船舶綜合信息系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。

2船舶導(dǎo)航技術(shù)

2.1導(dǎo)航技術(shù)概述

導(dǎo)航技術(shù)是指通過(guò)航位推算、無(wú)線電信號(hào)、慣性解算、地圖匹配、衛(wèi)星定位及多種方式組合運(yùn)用,確定運(yùn)載體的動(dòng)態(tài)狀態(tài)和位置等參數(shù)的綜合技術(shù)。導(dǎo)航技術(shù)根據(jù)方法的不同可分為航位導(dǎo)航、無(wú)線電導(dǎo)航、慣性導(dǎo)航、地圖匹配、衛(wèi)星導(dǎo)航及兩種及以上方式的組合導(dǎo)航等;導(dǎo)航運(yùn)載體包括飛機(jī)、船舶、汽車等。本文重點(diǎn)介紹船舶導(dǎo)航。

2.2船舶導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著船舶導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展,導(dǎo)航設(shè)備不斷增多,各學(xué)科越來(lái)越多的技術(shù)成果被引入船舶導(dǎo)航領(lǐng)域,導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)規(guī)模日益龐大。因此,需要對(duì)船舶導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行信息化和自動(dòng)化的改造和提升,構(gòu)建一個(gè)高度信息化、高度自動(dòng)化、統(tǒng)一操控的船舶導(dǎo)航平臺(tái)。綜合導(dǎo)航系統(tǒng)由輸入傳感器及接口、中央處理機(jī)、系統(tǒng)控制軟件及輸出設(shè)備構(gòu)成。

1) 輸入傳感器及接口:各種傳感器只保留其信息源,逐步改造成傳感信息頭,不再生產(chǎn)整機(jī),取消原來(lái)的信息處理、顯示及電源單元,相關(guān)部分融入系統(tǒng)中。

· 船位:GPS接收機(jī)、DGPS、GLONASS、GNSS。

· 航向:由陀螺羅經(jīng)頭提供。

· 航速:由計(jì)程頭提供。

· 水深:由測(cè)深頭提供的實(shí)時(shí)水深數(shù)據(jù)。

· 無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng):由LORAN-C、DECCA接入導(dǎo)航數(shù)據(jù)。

· 氣象海況:由FAX頭接收氣象信息經(jīng)處理得到的氣象數(shù)據(jù)或經(jīng)無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)下載的海洋氣象數(shù)據(jù)。

· 風(fēng)向、風(fēng)速:由風(fēng)向、風(fēng)速儀提供的數(shù)據(jù)用于計(jì)算航跡并顯示于控制臺(tái)。

· 雷達(dá)圖象及ARPA數(shù)據(jù):將接收來(lái)自雷達(dá)頭的原始視頻、觸發(fā)脈沖、天線方位信號(hào)送入中央處理機(jī),由后者實(shí)現(xiàn)雷達(dá)及ARPA的諸功能。

· 引擎數(shù)據(jù):主機(jī)回轉(zhuǎn)速率與螺旋槳螺距數(shù)據(jù),送入中央處理器。

· 通信:衛(wèi)星C站用于傳輸ENC改正數(shù)據(jù)及其他安全業(yè)務(wù)通信。

· VHF:用于傳輸AIS信息。

2) 中央處理機(jī):經(jīng)綜合接口接入各傳感器數(shù)據(jù),在系統(tǒng)軟件控制配合下完成各傳感器信息數(shù)據(jù)的處理、管理和控制,并將結(jié)果送輸出設(shè)備。主要處理的內(nèi)容包括:各種導(dǎo)航數(shù)據(jù)的組合優(yōu)化濾波處理;羅航向數(shù)據(jù)的處理與顯示;航速數(shù)據(jù)的處理與顯示;水深數(shù)據(jù)的處理與顯示;雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)處理完成原來(lái)雷達(dá)、ARPA、所有功能的有關(guān)處理;氣象數(shù)據(jù)的處理與顯示;ECDIS數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的有關(guān)處理;IBS信息處理及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能(含自動(dòng)避碰功能)的有關(guān)處理;AIS信息處理、收發(fā)控制及實(shí)現(xiàn)監(jiān)視功能;VDR所需的數(shù)據(jù)采集、處理與傳送控制。

3) 系統(tǒng)控制軟件:輔助中央處理機(jī)完成各傳感器信息數(shù)據(jù)的處理、管理和控制。主要包括:

(1)導(dǎo)航信息組合優(yōu)化處理與管理軟件

各種導(dǎo)航儀硬件接口軟件:完成數(shù)據(jù)接收,優(yōu)化船位濾波處理以獲得船位的最佳估計(jì)。

雷達(dá)數(shù)據(jù)-PC接口卡軟件:完成雷達(dá)回波信號(hào)相關(guān)處理并與電子海圖疊加顯示。

ARPA功能軟件:完成目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè),濾波跟蹤,參數(shù)計(jì)算,碰危判斷,報(bào)警,試操船及自測(cè)試等功能。

(2)航向數(shù)據(jù)處理與顯示軟件。

(3)航速數(shù)據(jù)處理與顯示軟件。

(4)水深數(shù)據(jù)處理與顯示軟件。

(5)ENC顯示預(yù)處理及改正軟件。

(6)電子海圖顯示功能軟件:該軟件控制、選擇按ECDIS標(biāo)準(zhǔn)所要求的底層顯示、標(biāo)準(zhǔn)顯示及全信息顯示;控制電子海圖的縮放、平移、漫游及本船航行到圖邊界時(shí)自動(dòng)換圖;目標(biāo)信息查詢;電子海圖顯示的圖象指向模式及本船運(yùn)動(dòng)模式的選擇等。

(7)航海功能軟件

航路監(jiān)視:當(dāng)本船偏航、穿越非安全區(qū)、航行到圖邊界等情況時(shí)進(jìn)行自動(dòng)判斷并發(fā)出警告和指示。

航行記錄:自動(dòng)記錄航行有關(guān)數(shù)據(jù),自動(dòng)生成航海日志,需要時(shí)可進(jìn)行打印。

(8)自動(dòng)避碰功能軟件:用于分析相遇船和本船的態(tài)勢(shì)及本船運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、查詢知識(shí)庫(kù)并選出避讓方案或由推理機(jī)將相關(guān)數(shù)據(jù)、信息有機(jī)地綜合成專家系統(tǒng),經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)、推理,自動(dòng)給出避碰方案。在給出的避讓方案中計(jì)算船舶數(shù)據(jù)并執(zhí)行。

(9)氣象、風(fēng)向、風(fēng)速信息的接收與處理軟件。

(10)自適應(yīng)數(shù)控舵控制軟件:用于檢測(cè)本船三種航行模式(計(jì)劃航向、修正航向、保持航跡)之一的偏差,計(jì)算修正舵角數(shù)據(jù),并控制數(shù)控舵執(zhí)行,控制過(guò)程具有自適應(yīng)性質(zhì)。

(11)機(jī)舵引擎數(shù)據(jù)接收與管理軟件。

(12)數(shù)據(jù)裝載及穩(wěn)性、強(qiáng)度計(jì)算軟件。

(13)AIS信息處理與控制軟件:包括船舶靜、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)收發(fā)信息的處理、管理及控制和基于SOTDMA等技術(shù)的通信協(xié)議,通訊方式及顯示控制等有關(guān)軟件。將本船信息編碼后送VHF發(fā)射,將VHF接收的周圍相遇船信息解碼后存儲(chǔ),本船與其它船舶航行數(shù)據(jù)等信息送主控臺(tái)并顯示在屏幕上。

(14)VDR信息處理與管理軟件。

(15)用戶界面軟件。

4) 輸出設(shè)備

(1)PC終端顯示:該顯示器是ECDIS、INS、IBS、雷達(dá)、ARPA等諸多設(shè)備顯示功能的綜合.主要顯示的內(nèi)容有:可選擇顯示底層、標(biāo)準(zhǔn)和全信息電子海圖;本船計(jì)劃航線,航跡標(biāo)繪;氣象信息(傳真圖及海洋氣象臺(tái)數(shù)據(jù))與電子海圖重疊顯示;雷達(dá)視頻與電子海圖實(shí)時(shí)重疊顯示;ARPA跟蹤目標(biāo)的動(dòng)態(tài)標(biāo)繪;基于AIS的本船與周圍相遇船自動(dòng)避碰態(tài)勢(shì)顯示;圖象指向、航速、航程、預(yù)計(jì)抵達(dá)目的港時(shí)間(ETA)、實(shí)時(shí)水深、風(fēng)向、風(fēng)速、貨運(yùn)裝載及機(jī)艙有關(guān)數(shù)據(jù)的顯示。

(2)自適應(yīng)數(shù)控自動(dòng)舵:由中央處理機(jī)輸出根據(jù)選用的航行模式的偏差而計(jì)算得到的修正舵角數(shù)據(jù)送自適應(yīng)數(shù)控自動(dòng)舵,并控制其執(zhí)行。

(3)打印機(jī):將中央處理機(jī)輸出的舵行有關(guān)數(shù)據(jù)按一定格式、一定時(shí)間間隔自動(dòng)打印、保存。

2.3綜合導(dǎo)航系統(tǒng)主要功能

1) 可提供高精度的船位、航向、航速數(shù)據(jù)及水深、氣象與海況等信息。

2) 提供標(biāo)準(zhǔn)電子海圖數(shù)據(jù)庫(kù)及選擇顯示底層、標(biāo)準(zhǔn)或全信息電子海圖,顯示的電子海圖可縮放、平移、漫游,當(dāng)本船船位移動(dòng)到圖邊沿時(shí)會(huì)自動(dòng)換圖。

3) 雷達(dá)圖象與ARPA信息可與電子海圖重疊顯示,可測(cè)目標(biāo)到本船的距離、方位及任意兩點(diǎn)的方位和距離。

4) 在電子海圖上可進(jìn)行航線設(shè)計(jì)、修改、存儲(chǔ)及航法選擇、航跡監(jiān)控與保持。

5) 具有基于AIS信息的智能自動(dòng)避碰專家系統(tǒng)與避碰功能。

6) 具有貨物裝載及船舶穩(wěn)性、強(qiáng)度計(jì)算與顯示功能。

3船舶通信導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

船舶通信導(dǎo)航技術(shù)總的發(fā)展趨勢(shì)是以微電子、光電子和計(jì)算機(jī)等技術(shù)為基礎(chǔ),促進(jìn)通信、導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)的深度融合,推動(dòng)建立一體化、智能化的綜合通信導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)。高精度、低成本的慣導(dǎo)部件與寬帶、高速的新型通信手段將得到重點(diǎn)推進(jìn)。

1) 導(dǎo)航系統(tǒng)將向微型化、高精度方向發(fā)展

依據(jù)產(chǎn)品的一般性要求,各種慣導(dǎo)都會(huì)在可靠性、易用性、小型化、輕型化、低功耗、智能化、數(shù)字化等各個(gè)方面精益求精,最快最穩(wěn)妥地將各基礎(chǔ)領(lǐng)域的研究成果應(yīng)用到慣導(dǎo)產(chǎn)品的開發(fā)中來(lái)。美軍芯片級(jí)原子鐘的體積將比傳統(tǒng)原子鐘縮小100倍,僅15cm3大小,功耗也將降低10倍,精度提高數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。微尺度速率積分陀螺將取代目前慣導(dǎo)裝置中的陀螺儀。導(dǎo)航級(jí)慣性微陀螺儀未來(lái)體積只有1cm3,功耗5mW,角隨機(jī)游走每小時(shí)0.001°,漂移率每小時(shí)0.01°。芯片級(jí)組合原子導(dǎo)航儀將提供高精度的運(yùn)動(dòng)探測(cè)能力和快速啟動(dòng)能力,尺寸不超過(guò)20cm3,功率不超過(guò)1W,其性能遠(yuǎn)高于現(xiàn)有設(shè)備,具備優(yōu)越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性,啟動(dòng)時(shí)間大幅提高。

2) 通信網(wǎng)絡(luò)向?qū)拵Щ?、?shù)字化方向快速發(fā)展

一是無(wú)線通信向?qū)拵Щ?、?shù)字化快速發(fā)展。寬帶化、數(shù)字化一直是無(wú)線通信的發(fā)展重點(diǎn)。比如手機(jī),從20世紀(jì)80年代的“大哥大”到現(xiàn)在的3G手機(jī),體積越來(lái)越小,本事卻越來(lái)越大,從打電話發(fā)展到高速上網(wǎng)、視頻聊天,這正是寬帶化、數(shù)字化帶來(lái)的好處,下一代移動(dòng)通信的帶寬將更寬,業(yè)務(wù)將更豐富。

二是光纖通信向高速率、遠(yuǎn)距離方向快速發(fā)展。重點(diǎn)是發(fā)展密集波分復(fù)用、光交換、新型光纖等技術(shù),實(shí)現(xiàn)超高速率、超長(zhǎng)中繼距離通信。此外,未來(lái)隨著納米技術(shù)、高溫超導(dǎo)技術(shù)、光路集成技術(shù)的發(fā)展成熟,以及生物計(jì)算機(jī)、量子信息等前沿高新技術(shù)的突破和應(yīng)用,將可能引發(fā)現(xiàn)有通信技術(shù)格局的重大變革,通信發(fā)展也將產(chǎn)生質(zhì)的、斷代式的飛躍。

3) 船舶通信導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)向一體化、綜合化、智能化快速發(fā)展

一是推動(dòng)不同手段、不同網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通、融合集成,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能綜合化、智能化。例如電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的“三網(wǎng)融合”,用戶只需一條線路,就可以打電話、看電視和上網(wǎng),還有,近年來(lái)新興的物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智慧地球等技術(shù),促使網(wǎng)絡(luò)功能不斷拓展深化。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì),要重點(diǎn)發(fā)展寬帶網(wǎng)絡(luò)、高速數(shù)字接入網(wǎng)、自組織網(wǎng)、智能網(wǎng)和信息安全等技術(shù)。

二是將傳統(tǒng)的慣導(dǎo)、衛(wèi)導(dǎo)、天文、無(wú)線電、測(cè)深、測(cè)速、地理等信息單元的信息集合在一起,融合處理成高精度、高可靠、高適應(yīng)性的導(dǎo)航和控制信息,直接鏈接到艦船操控環(huán)節(jié)、船舶監(jiān)控網(wǎng)、作戰(zhàn)指揮網(wǎng),實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信、導(dǎo)航、組合導(dǎo)航與數(shù)據(jù)船橋等一體化應(yīng)用,使得船舶的智能化、靈活性、經(jīng)濟(jì)性和生存能力得到根本性的改善。

4結(jié)語(yǔ)

本文介紹了船舶通信技術(shù)的技術(shù)內(nèi)涵,并對(duì)軍用艦船通信系統(tǒng)、民用船舶通信系統(tǒng)、船舶導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了研究。最后,本文對(duì)船舶通信導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討,一體化、智能化的綜合通信導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)將成為船舶通信導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展方向。

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《艦船電子工程》編輯部

中圖分類號(hào)U675.72

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.03.005

作者簡(jiǎn)介:王玲,女,高級(jí)工程師,研究方向:船舶通信與導(dǎo)航。

收稿日期:2015年9月3日,修回日期:2015年10月27日