船舶通信導(dǎo)航設(shè)備的綜合配套設(shè)計(jì)分析

鮑磊

摘要：通信技術(shù)主要研究信息傳輸和信號(hào)處理在通信過(guò)程中的原理和應(yīng)用。它主要包括信息的收集、處理、傳輸、交換和再現(xiàn)過(guò)程。信號(hào)處理和信號(hào)損耗研究是通信工程中兩個(gè)重要的研究環(huán)節(jié)。信號(hào)處理包括信號(hào)濾波，編碼和解碼等。信號(hào)丟損耗研究旨在減少信號(hào)傳輸過(guò)程的損失。通信技術(shù)可根據(jù)傳輸方式分為有線通信、無(wú)線通信等方式;根據(jù)通信類型，可分為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像和視頻通信;根據(jù)承載通信設(shè)備的平臺(tái)，可以分為移動(dòng)通信和固定站通信;根據(jù)傳輸帶寬，可以分為窄帶通信、寬帶通信和超寬帶通信。船舶通信屬于移動(dòng)通信類別。

關(guān)鍵詞：船舶通信;導(dǎo)航設(shè)備;綜合配套設(shè)計(jì)

1 通信導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)施的現(xiàn)狀

E-navigation在通航、助航、交通服務(wù)方面發(fā)揮了重要作用， 而航海通信導(dǎo)航的設(shè)施和手段是E-navigation戰(zhàn)略的重要組成部分和系統(tǒng)運(yùn)行的核心。目前， 航海通信導(dǎo)航的主要功能是通過(guò)GMDSS （全球海上遇險(xiǎn)與安全系統(tǒng)） 實(shí)現(xiàn)的。GMDSS于1988年被載入SOLAS （海上人命與安全）74/88公約，于1992年開(kāi)始全面實(shí)施。GMDSS主要由海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)，以及中頻 （MF） 、高頻 （HF） 和甚高頻 （VHF） 構(gòu)成的地面無(wú)線電通信系統(tǒng)，通信質(zhì)量高、誤差率小， 特別是衛(wèi)星通信系統(tǒng)覆蓋了全球主要航海水域。GMDSS在船到岸、岸到船、船到船的遇險(xiǎn)、緊急、安全與常規(guī)通信方面均起著極為重要的作用。

航海通信導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)施二十多年來(lái)，雖然技術(shù)手段在不斷提高，但是還存在地面通信系統(tǒng)帶寬較低， 難以滿足各類服務(wù)需求的問(wèn)題，而衛(wèi)星通信主要依靠INMARSAT （移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)），使用成本較高，限制了大規(guī)模的應(yīng)用。此外，部分通信導(dǎo)航設(shè)備會(huì)因?yàn)樾阅軠蠡蛟骷?wèn)題而使其可用性降低。隨著航海技術(shù)的發(fā)展，各類船載通信導(dǎo)航設(shè)備越來(lái)越多，這雖然為船舶人員提供了更多的通信導(dǎo)航手段，但是這些設(shè)備和系統(tǒng)的相互兼容性不佳，甚至有部分功能重復(fù)，顯示界面無(wú)序，導(dǎo)致信息共享不暢，反而增加了船舶人員的操作負(fù)擔(dān)，進(jìn)而可能引發(fā)海上事故。在當(dāng)前背景下，有必要對(duì)航海通信導(dǎo)航系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展作一些全局性、戰(zhàn)略性和探索性思考。

2 船舶通信和導(dǎo)航技術(shù)的現(xiàn)狀

2.1 船舶通信技術(shù)現(xiàn)狀

今天的民用通信通常將不同的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和終端與寬帶基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。船內(nèi)設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與船舶外部通信設(shè)備連接。船舶通信基礎(chǔ)設(shè)施是一個(gè)由四個(gè)層次組成的綜合網(wǎng)絡(luò)，較低層次為上層提供服務(wù)。頂層是應(yīng)用層，主要包括各種應(yīng)用;第二層是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層，提供數(shù)據(jù)，語(yǔ)音和視頻等基本信息。第三層是協(xié)議層，主要包括ITU通信協(xié)議和IP通信協(xié)議;底部是基礎(chǔ)設(shè)施層，主要為前端創(chuàng)建通信環(huán)境。

2.2 船舶導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)狀

船舶導(dǎo)航系統(tǒng)由傳感器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和終端顯示設(shè)備組成。

（1）傳感器是用于收集各種導(dǎo)航類型的信息，并將收集的信號(hào)數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。例如，速度由計(jì)程儀傳感器提供，并且天氣信息由氣象傳真天線接收。目前，傳感器正在變得越來(lái)越高度集成，并且通常僅需要一個(gè)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)多維數(shù)據(jù)采集。

（2）處理系統(tǒng)：所謂的處理系統(tǒng)是處理由傳感器傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。它聚合傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，通過(guò)一系列算法獲得船舶導(dǎo)航所需的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)結(jié)果發(fā)送給終端顯示設(shè)備。主要有導(dǎo)航數(shù)據(jù)處理和顯示，羅經(jīng)數(shù)據(jù)處理和顯示，水深數(shù)據(jù)處理和顯示， 以及速度數(shù)據(jù)處理和顯示等。

（3）系統(tǒng)控制軟件：它主要控制數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和其他設(shè)備來(lái)管理和控制船舶，包括：綜合信息管理軟件、航向、速度、水深數(shù)據(jù)處理和顯示軟件、電子海圖， 自動(dòng)避碰軟件、天氣、風(fēng)向、風(fēng)速信息接收和處理軟件。

（4）輸出設(shè)備：主要包括INS、ECDIS、導(dǎo)航雷達(dá)、IBS、ARPA等設(shè)備集成顯示PC終端， 自適應(yīng)CNC自動(dòng)舵、打印機(jī)等。

3 雷達(dá)、導(dǎo)航顯示規(guī)范和配套設(shè)計(jì)分析

在針對(duì)雷達(dá)以及導(dǎo)航顯示規(guī)范和相對(duì)應(yīng)配套設(shè)計(jì)等問(wèn)題進(jìn)行分析時(shí)，通過(guò)2008年7月1日之后所安裝的所有雷達(dá)以及相對(duì)應(yīng)顯示器當(dāng)中的主要內(nèi)容進(jìn)行分析可以看出。這些設(shè)備當(dāng)中必須要包括的內(nèi)容如下所示，首先，其中要包括雷達(dá)在顯示過(guò)程中的最小直徑，最小顯示尺寸。其次，還要包括一些自動(dòng)目標(biāo)探測(cè)能力或者是其他的雷達(dá)目標(biāo)捕獲能力等。雷達(dá)本身是導(dǎo)航在顯示過(guò)程中的一種規(guī)范化表現(xiàn)方式，同時(shí)，在針對(duì)雷達(dá)進(jìn)行更新以及對(duì)相對(duì)應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行配備要求具體實(shí)施時(shí)，在2008年的時(shí)候，就已經(jīng)開(kāi)始逐漸執(zhí)行，并且在實(shí)踐中將與其相關(guān)的一些措施和方法落實(shí)到實(shí)處。在新規(guī)范中，對(duì)廠家本身在針對(duì)雷達(dá)進(jìn)行制造時(shí)所提出的性能要求越來(lái)越高，同時(shí)還要保證對(duì)其形成良好的維護(hù)和保養(yǎng)。雷達(dá)在某種程度上可以說(shuō)是船舶在運(yùn)行過(guò)程中的“眼睛”，船舶很多的決策性內(nèi)容都需要依靠雷達(dá)來(lái)完成，也就是雷達(dá)是導(dǎo)航設(shè)備的核心以及靈魂所在。IMO對(duì)于雷達(dá)性能本身而言，不斷提出更高的要求，這樣才能夠保證船舶在運(yùn)行過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性。除此之外，AIS 本身是雷達(dá)的重要輔助導(dǎo)航設(shè)備之一，有該輔助設(shè)備，雷達(dá)在運(yùn)作過(guò)程中，能夠保證提供的數(shù)據(jù)和依據(jù)資料更加具有真實(shí)性和有效性。這樣不僅有利于對(duì)船舶相關(guān)的位置以及其他相關(guān)信息有更加深入的了解和認(rèn)識(shí)，而且還能夠?qū)ζ渌澳繕?biāo)起到良好的識(shí)別作用。

4 遠(yuǎn)程識(shí)別目標(biāo)系統(tǒng)規(guī)范和配套設(shè)計(jì)分析

在針對(duì)2008年12月31日之后所建造的船舶進(jìn)行分析時(shí)，這些船舶在建造過(guò)程中，必須要有相對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程識(shí)別目標(biāo)系統(tǒng)功能證書(shū)。在該系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程中，其主要包括的內(nèi)容有很多，其中包括發(fā)射數(shù)據(jù)，MMSI 以及船舶位置等，這些信息內(nèi)容一般在間隔6個(gè)小時(shí)之后，就發(fā)送一次。遠(yuǎn)程識(shí)別目標(biāo)系統(tǒng)在構(gòu)建以及具體應(yīng)用過(guò)程中，大多數(shù)情況下，與其相關(guān)的一些設(shè)備在運(yùn)作過(guò)程中，都會(huì)通過(guò)原有的一些 INMARSAT-C 或者是一些具有升級(jí)后帶功能的通信導(dǎo)航設(shè)備來(lái)完成該操作。因此，在這種情況下，這一功能的出現(xiàn)以及在實(shí)踐中的落實(shí)也會(huì)逐漸集成在原有的一些衛(wèi)星通信 C系統(tǒng)的內(nèi)部當(dāng)中。在針對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)配置的時(shí)候，需要結(jié)合實(shí)際情況，適當(dāng)增加該項(xiàng)目功能在其中的應(yīng)用作用。該系統(tǒng)在其中的融合，對(duì)于一些生產(chǎn)廠家或者是船廠本身的配套設(shè)計(jì)而言，并不是很復(fù)雜，基本上都是集成在一些原本的衛(wèi)星通信C站。在這種情況下，每經(jīng)過(guò)6個(gè)小時(shí)之后，船舶各自的位置就會(huì)有所更新，這樣就能夠?qū)﹃懙氐谋O(jiān)測(cè)提供有效的位置依據(jù)，讓陸地監(jiān)測(cè)能夠?qū)崟r(shí)有效的導(dǎo)控到船舶在運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)際地理位置。由此可以看出，這種方式在操作過(guò)程中，無(wú)論是針對(duì)船舶的管理或者是船舶在運(yùn)行過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性，都能夠發(fā)揮出一定的實(shí)質(zhì)性意義。除此之外，利用這種小成本的控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)陸地對(duì)船舶有效的檢測(cè)，這種措施可以將其稱之為遠(yuǎn)距離的AIS系統(tǒng)。

結(jié)語(yǔ)：

總之，船舶通信導(dǎo)航設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，與其相關(guān)的一些規(guī)范化內(nèi)容和特征從來(lái)就沒(méi)有停止過(guò)更新和創(chuàng)新。特別是對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，需要及時(shí)關(guān)注一些新規(guī)范的提出，同時(shí)還要對(duì)這些規(guī)范的具體生效時(shí)間有一定深入的了解和掌握。這樣不僅能夠從根本上保證通信導(dǎo)航系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中的有效性和水平提升，而且還能夠盡可能滿足設(shè)備配套在使用過(guò)程中對(duì)規(guī)范提出的基本要求。

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