甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)（VDES）在航海保障體系中的應(yīng)用探討

梁正

摘 要：本文梳理了VDES的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了VDES的技術(shù)要求及工作原理，闡述了VDES的優(yōu)勢(shì)，探討了VDES在航海保障體系中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：VDES；航海保障；通信

0 引 言

VDES（甚高頻數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)）是未來(lái)海上通信的重要通信手段。VDES是由AIS、ASM、VDE和衛(wèi)星等部分組成，VDES頻道范圍包括VHF通道24、84、25、85、26、86、27和28，頻段范圍包括157.200—157.325 MHz 和 161.800—161.925 MHz，可以有效緩解現(xiàn)有AIS數(shù)據(jù)通信的壓力，為保護(hù)船舶航行安全提供有效的輔助手段，同時(shí)也將全面提升水上數(shù)據(jù)通信的能力和頻率使用效率，對(duì)推動(dòng)水上無(wú)線電數(shù)字通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展有重要意義。

1 VDES背景及現(xiàn)狀

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代通信系統(tǒng)的主流已經(jīng)由固定通信系統(tǒng)轉(zhuǎn)向無(wú)線通信系統(tǒng)，VDES應(yīng)運(yùn)而生，目前處于技術(shù)規(guī)格、操作特性等技術(shù)指標(biāo)以及覆蓋范圍預(yù)測(cè)、衛(wèi)星下行鏈路操作和分析等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程中，VDES及相關(guān)技術(shù)研究正在進(jìn)行中。

目前，國(guó)際海事組織各成員國(guó)、國(guó)際各大航運(yùn)電子企業(yè)都非常重視VDES研究，并積極跟進(jìn)和參與VDES技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)制定。澳大利亞海事安全局（AMSA）在布里斯班進(jìn)行VDES實(shí)驗(yàn)，通過(guò)采用Preliminary Draft New Recommendation （PDNR） ITU-R M.[VDES] 技術(shù)規(guī)范中建議的多種調(diào)制系統(tǒng)收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是測(cè)試PDNR ITU-R M.[VDES]中定義的VDE地面物理層組件的性能。美國(guó)的海岸警衛(wèi)隊(duì)（USCG）研究AIS，RBN/DGPS，LRIT系統(tǒng)的推進(jìn)和技術(shù)引導(dǎo)，承擔(dān)IALA海上用戶需求調(diào)研和分析。建設(shè)了PORTS系統(tǒng)，進(jìn)行海洋環(huán)境和航海環(huán)境的監(jiān)測(cè)、信息服務(wù)。日本海岸警衛(wèi)隊(duì)則從事海上e-航海技術(shù)研究，首先提出了一項(xiàng)制定“海上電子導(dǎo)航支持系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)（ENSS）”的建議案，并在IALA大會(huì)上進(jìn)行了詳細(xì)的講解。

中國(guó)海事組織、航運(yùn)電子企業(yè)、科研院所也積極參與VDES的技術(shù)研究，但還處于起步和探索階段，一方面受限于資金和力量，很多企業(yè)、科研院所缺乏實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)工具、平臺(tái)；另一方面，研究力量分散，難以形成合力，造成了重復(fù)研究和資源浪費(fèi)。海事承載著海航保障的重大責(zé)任，因此目前海事對(duì)于VDES系統(tǒng)建設(shè)非常重視，加大研究力度，從源頭上把控VDES產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，避免發(fā)生類似于目前出現(xiàn)的AIS船臺(tái)設(shè)備產(chǎn)品不規(guī)范等情況。VDES發(fā)展歷程如圖1所示。

2 VDES的組成及工作原理

2.1 VDES系統(tǒng)的物理架構(gòu)（見(jiàn)圖2）

（1）岸基系統(tǒng)包括：VHF天線、GNSS天線、VDES收發(fā)機(jī)、VDES服務(wù)器、VDES應(yīng)用終端、VDES系統(tǒng)軟件、VDES應(yīng)用軟件。

（2）船載系統(tǒng)包括：VHF天線、GNSS天線、VDES船載收發(fā)機(jī)、VDES船載接口控制器、VDES應(yīng)用客戶終端及VDES應(yīng)用軟件。

2.2 VDES系統(tǒng)邏輯架構(gòu)（見(jiàn)圖3）

2.3 鏈路要求

通信鏈路能夠按照實(shí)際測(cè)試需求改變數(shù)據(jù)傳輸速率；

系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)線電鏈路的動(dòng)態(tài)管理。

3 VDES在航海保障中能夠發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)

3.1 技術(shù)方面

VDES由AIS、ASM、VDE組成。ASM采用GMSK；ASM采用π/4 QPSK；VDE采用FMT。其具有頻譜利用率高、頻譜特性好和抗多徑性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在傳輸過(guò)程中的差錯(cuò)是可控制的，數(shù)字信號(hào)易加密，保密性強(qiáng)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)新老系統(tǒng)的兼容。因此實(shí)現(xiàn)調(diào)制解調(diào)技術(shù)的VDES系統(tǒng)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

3.2 功能方面

VDES集成了AIS、特殊應(yīng)用報(bào)文（ASM）和寬帶甚高頻數(shù)據(jù)交換（VDE）等3項(xiàng)功能，其通過(guò)引入ASM和VDE來(lái)強(qiáng)化船舶通信的數(shù)據(jù)傳輸能力。另外，VDES系統(tǒng)建立地面與衛(wèi)星兩大系統(tǒng)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和兼容性分析等多個(gè)角度做了大量技術(shù)研究工作，不僅能滿足當(dāng)前地面船—船、船—岸之間的數(shù)據(jù)交換，大大增強(qiáng)現(xiàn)有水上無(wú)線電信息通信能力，還將能夠在技術(shù)和頻譜資源方面，為未來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與船舶之間的遠(yuǎn)程雙向數(shù)據(jù)交換預(yù)留空間。

3.3 使用方面

（1）避免了專用頻段保障信息的傳輸，對(duì)船舶位置報(bào)告和安全性相關(guān)信息給予最高優(yōu)先級(jí)；

（2）VDES的用戶可以更靈活地根據(jù)需要，主動(dòng)向其他船舶、港口、海圖信息中心等推送或者索取信息；

（3）VDES信息傳輸速度大大提升。

4 VDES在航海保障體系中的應(yīng)用

VDES拓展了岸基服務(wù)的范圍，將區(qū)域性海事通信服務(wù)變成了全球性海事通信服務(wù)，在未來(lái)VDES的應(yīng)用將擁有大的市場(chǎng)前景。

4.1 海上安全信息服務(wù)（MSP5）

VDES系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，并通過(guò)VDES鏈路播發(fā)。船載VDES系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)后，推送給船載ECS設(shè)備，并顯示輸出給船上人員。

4.2 電子海圖更新服務(wù)（MSP12）

VDES系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，并通過(guò)VDES鏈路播發(fā)。船載VDES系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)后，推送給船載ECS設(shè)備。

數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)封裝后向船載設(shè)備、岸基設(shè)備和第三方系統(tǒng)提供服務(wù)。

4.3 助航信息疊加顯示

用戶可通過(guò)軟件設(shè)置告警提示，讓航行的通告，航行告警和交通管制情況在海圖界面分層顯示各個(gè)相關(guān)內(nèi)容，并可設(shè)置不同的告警級(jí)別，分別用顏色區(qū)分，便于用戶及時(shí)調(diào)整管理海面航行。

4.4 電子海圖更新

通過(guò)MSP中的電子海圖信息服務(wù)，自動(dòng)檢測(cè)當(dāng)前電子海圖改正信息，下載更新電子海圖。

5 結(jié)束語(yǔ)

如今，國(guó)內(nèi)外對(duì)VDES系統(tǒng)建設(shè)方面均高度重視，正積極準(zhǔn)備衛(wèi)星部分、地面部分的建設(shè)，同時(shí)，我國(guó)經(jīng)過(guò)不斷研究與創(chuàng)新，也將提出新的建議案，將VDES更好地應(yīng)用到航海保障中去。VDES將會(huì)在未來(lái)航海保障中占據(jù)非常重要的地位，VDES的實(shí)現(xiàn)會(huì)對(duì)未來(lái)保障海上航行安全、實(shí)現(xiàn)全球航海信息資源的利用與共享、促進(jìn)航運(yùn)事業(yè)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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