長江水上VHF通信的研究與探討

張冬

摘要：長江是中國重要交通航道，船舶通信將影響航行安全。文章針對長江水上VHF通信進(jìn)行了研究。硬件設(shè)備包括：信號傳輸和水聲調(diào)制解調(diào)器設(shè)計，結(jié)果表明信號傳輸使用TLC32044芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，水聲調(diào)制解調(diào)器使用ADSP-BF533芯片。軟件設(shè)計包括流程設(shè)計和數(shù)據(jù)庫設(shè)計。

關(guān)鍵詞：長江；VHF通信；SQLite

0、引言

長江干流橫貫中國中部流經(jīng)11省、自治區(qū)，全長6397Km是中國重要的交通通道。長江兩岸港口數(shù)量多、密集程度高、船舶數(shù)量多、船舶體積大等，使得通航環(huán)境不利于船舶通行[1-2]。從1995到2013年相關(guān)部門頒布了《長江中游分道航行規(guī)則》、《長江干線南京至瀏陽河口段船舶交通管理監(jiān)督管理辦法》、《中華人民共和國長江海事局船舶交通管理系統(tǒng)安全監(jiān)督管理辦法》、《長江干線船舶定線制規(guī)定》，這些法律法規(guī)的頒布為長江船舶通信起到規(guī)范作用。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，將VHF（Very High Frequency）技術(shù)用于航行中。本文研究長江VHF通信為長江航行提供相應(yīng)的指導(dǎo)。

1、長江水上VHF通信框架

VHF通信作用主要用于安全通信調(diào)度。VHF通信管理分為總部和分支機(jī)構(gòu)管理?？偛吭O(shè)置在武漢、各個分支機(jī)構(gòu)分別建立了VHF通信基站，在通信基站中安裝相應(yīng)的VHF通信設(shè)備。為傳輸數(shù)據(jù)，在各個基站中建立相應(yīng)的無線通信，可通過衛(wèi)星傳輸、無線Wif傳輸?shù)?。如圖1為長江水上VHF通信框架。

長江水上VHF通信系統(tǒng)采用C/S模式進(jìn)行開發(fā)。服務(wù)器端用于存儲獲取數(shù)據(jù)；客戶端采集船舶數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)椒?wù)器端。系統(tǒng)系統(tǒng)使用SQLite、SQLServer2012作為存儲數(shù)據(jù)庫。

2、長江水上VHF通信設(shè)備硬件設(shè)計

2.1VHF信號傳輸電路設(shè)計

VHF通信信息主要為語音信息，硬件功能需要進(jìn)行語音信息數(shù)字模擬轉(zhuǎn)化、語音編碼、語音解碼、語音調(diào)制解調(diào)、壓縮、傳輸?shù)萚3]。如圖2為VHF通信設(shè)備電路設(shè)計。

由圖2可知，第一步需要根據(jù)播放裝置進(jìn)行語音放大處理，將放大后的信息使用語音數(shù)據(jù)采集器獲?。坏诙绞褂肁/D轉(zhuǎn)化，將語音信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，進(jìn)行信息壓縮、解碼等一系列操作。通過串口設(shè)備通信將信息傳輸至PC端，PC端使用無線通信將信息傳輸?shù)椒植炕蚩偛?。由于江上噪聲比較大，本文選擇mpeg算法進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮處理[3]。語音芯片使用NRK10識別芯片，該芯片具有識別和存儲功能。語音信號處理使用TLC32044芯片，內(nèi)核使用mpeg算法進(jìn)行語音壓縮處理。

2.2水聲調(diào)制解調(diào)器設(shè)計

水聲調(diào)制解調(diào)器使用ADSP-BF533，該裝置可使用串口RS232轉(zhuǎn)化為USB將數(shù)據(jù)傳輸至處理器。調(diào)制解調(diào)器通信距離可達(dá)5Km，傳輸速度可達(dá)1.5-9kbps[4]。如圖3為為水聲調(diào)制解調(diào)器在VHF通信中的應(yīng)用。

3、長江水上VHF通信軟件設(shè)計

3.1系統(tǒng)流程設(shè)計

VHF通信軟件中主要處理語音信息。軟件開發(fā)使用C語言在Qt上進(jìn)行開發(fā)。軟件包含的模塊有：語音信息管理模塊、信號管理模塊、設(shè)備管理模塊、控制管理模塊等。文章只分析語音傳輸模塊。如圖4為語音傳輸流程圖。

由圖4可知，語音傳輸流程包含語音采集、其它信息采集以及數(shù)據(jù)下載。系統(tǒng)中采用串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，串口傳輸速率為19200b/s，語音上傳下載使用TLC32044芯片實(shí)現(xiàn)。

3.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計

為存儲采集數(shù)據(jù)以及存儲大量歷史數(shù)據(jù)，本文選擇開源數(shù)據(jù)庫SQLite作為嵌入式存儲數(shù)據(jù)庫，SQLServer2012為歷史存儲數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)包含的數(shù)據(jù)表有：語音信息表、設(shè)備信息表等。如下為詳細(xì)表說明。

（1）語音信息表。該表包含的字段有：語音ID、語音時間、語音大小、語音內(nèi)容、語音位置等。

（2）設(shè)備信息表。該表包含的字段有：設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備編號、設(shè)備類別、設(shè)備功能、設(shè)備啟用時間、設(shè)備維護(hù)內(nèi)容。如表2為設(shè)備信息表詳細(xì)說明。

4、結(jié)論

為保障長江交通暢通進(jìn)行了水上VHF通信研究。系統(tǒng)使用TLC32044芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，水聲調(diào)制解調(diào)器使用ADSP-BF533芯片。數(shù)據(jù)傳輸由串口傳輸和無線通信傳輸。系統(tǒng)開發(fā)使用C/S模式進(jìn)行開發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊鳳英，申新垣.調(diào)度電話在水上VHF安全通信中的應(yīng)用[J].水運(yùn)工程，2008（3）：37-42.

[2]王今朝.改善長江江蘇段VHF頻道設(shè)置及使用的探討[J].航海技術(shù)，2009（4）：69-71.

[3]張榮軍.船用VHF通信仿真系統(tǒng)中的多模擬器功能設(shè)計[J].艦船科學(xué)技術(shù)， 2017（2）：91-93.

[4]羊秋玲，解冰珊，金志剛，等.基于嵌入式技術(shù)的水聲傳感網(wǎng)和VHF通信網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)網(wǎng)關(guān)設(shè)計[J].計算機(jī)工程與科學(xué)，2018（4）：643-648.