基于任務(wù)需求的海警艦載AIS改進(jìn)研究

吳春杰 武警海警學(xué)院

1.引言

艦 載AIS（Automatic Identification System，即自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)）是使用甚高頻頻段進(jìn)行艦（船）與艦（船）或艦（船）與岸之間關(guān)于航行信息和避碰信息的自動(dòng)收發(fā)系統(tǒng)。根據(jù)SOLAS公約規(guī)定，為了保障海上航行安全，所有300總噸及以上的國(guó)際航行船舶和500總噸及以上的非國(guó)際航行船舶，以及所有客船，都必須強(qiáng)制安裝AIS。盡管海警艦艇作為軍用船不受SOLAS公約制約，但基于保障航行安全方面的突出作用，艦載AIS在海警部隊(duì)得到逐漸的配備和應(yīng)用，截至目前，海警艦艇已基本裝備到位，這既有利于艦艇海上航行的安全，又能保障海上執(zhí)勤執(zhí)法的效率。然而，由于艦載AIS通用架構(gòu)的性質(zhì)沒(méi)有改變，其在海上執(zhí)勤中的缺陷也暴露無(wú)遺，如抗干擾性弱、保密性差等等，這都困擾著海警部隊(duì)一線(xiàn)艦艇指揮員。因此，針對(duì)如何提高艦載AIS通信的保密性和安全性進(jìn)行深入分析和研究，是海警艦艇人員和業(yè)界專(zhuān)家尤為關(guān)心的課題，具有重要的實(shí)踐意義。

2.海警艦載AIS的裝備特點(diǎn)及問(wèn)題

目前，在海警艦艇上配備的艦載AIS，按照設(shè)備的功能和特點(diǎn)，大致可以分為以下兩種：

（1）通用AIS，就是利用其自動(dòng)識(shí)別的特性，為海警艦艇的海上航行和執(zhí)法執(zhí)勤提供信息支持。但AIS信息的傳輸是雙向的，在獲取其他船舶信息的同時(shí)，本艦信息也會(huì)發(fā)送出去，勢(shì)必會(huì)造成信息泄露。例如，曾經(jīng)在南海海域進(jìn)行正常執(zhí)勤某海警艦艇，其AIS的信號(hào)就遭到過(guò)敵對(duì)勢(shì)力的多次監(jiān)聽(tīng)和非法干擾，給執(zhí)法維權(quán)工作帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。針對(duì)諸如此類(lèi)的問(wèn)題，海警艦艇在執(zhí)法時(shí)通常采用關(guān)機(jī)或者使用偽數(shù)據(jù)來(lái)克服，雖然在一定程度上緩解了信息泄露的威脅，但也極大地削弱了AIS的功能優(yōu)勢(shì)，使AIS不能充分地為艦艇執(zhí)勤執(zhí)法和航行安全提供一定的保障。

（2）隱身AIS，具有“隱身”功能的海警艦載AIS。即是在通用AIS的基礎(chǔ)上，通過(guò)開(kāi)關(guān)抑制發(fā)射端有效信息的發(fā)射，讓不法船只不能探測(cè)到海警艦艇的AIS信息，從而達(dá)到隱蔽的功能。但在抑制發(fā)射端發(fā)射有效信息的同時(shí)，也遏制了海警艦艇間的信息共享，存在明顯的“短板”。

由此來(lái)看，海警艦載AIS目前主要存在著保密性差、易被干擾等弊端，間接導(dǎo)致了艦艇使用AIS通信的不連續(xù)性，嚴(yán)重妨礙了艦艇正常的執(zhí)勤執(zhí)法工作。要解決這些問(wèn)題，必須對(duì)基于任務(wù)需求的海警艦載AIS改進(jìn)方案進(jìn)行深入分析和探討，才能使得艦艇在任何復(fù)雜的環(huán)境下，既能夠高效獲取他船信息，也保證海警艦艇間安全可靠的通信，以便最大程度地發(fā)揮AIS在海警艦艇執(zhí)法執(zhí)勤中的保障作用。

3.基于任務(wù)需求的海警艦載AIS改進(jìn)對(duì)策

圍繞海警部隊(duì)執(zhí)法執(zhí)勤的特點(diǎn)和海警艦載AIS應(yīng)用中所面臨的問(wèn)題，結(jié)合AIS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提出切實(shí)可行的解決方案，即基于任務(wù)需求的海警艦載AIS技術(shù)改進(jìn)策略，增加信息加密和抗干擾的功能，改變信息的收發(fā)方式。

3.1 改進(jìn)方案

由于海警部隊(duì)執(zhí)法執(zhí)勤具有特殊性，這就要求海警艦艇AIS既要能夠與裝備了通用AIS的地方商船進(jìn)行信息交流，又能在關(guān)鍵時(shí)刻實(shí)現(xiàn)特殊的通信功能。所以其必須具備“平時(shí)”和“執(zhí)勤”兩套工作體制。在“平時(shí)”的工作體制下，可進(jìn)行與通用AIS相同的通信功能，同商船進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；而在“執(zhí)勤”的工作體制下，通過(guò)特殊的技術(shù)改進(jìn)來(lái)彌補(bǔ)目前海警艦載AIS的弊端。首先在“執(zhí)勤”需要艦載AIS能實(shí)現(xiàn)加密通信的功能，防止敵方獲取海警艦艇的航行狀態(tài)、航行軌跡和其他必要信息等；其次是加強(qiáng)海警艦載AIS無(wú)線(xiàn)傳輸信息時(shí)的穩(wěn)定性，即加強(qiáng)抗干擾的能力，從而提高AIS通信保密性和安全性。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

海警艦載AIS的改進(jìn)設(shè)計(jì)是在通用AIS架構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的二次開(kāi)發(fā)。平時(shí)要執(zhí)行AIS的通用功能，必須包含AIS基本組成部件——信息處理器、輸入輸出接口裝置、收發(fā)信機(jī)和顯示裝置等。同時(shí)，為了適應(yīng)海警艦艇加密、抗干擾功能的需求，在原有AIS的基礎(chǔ)上，先去掉AIS的抑制發(fā)射端的開(kāi)關(guān)，再進(jìn)行以下改進(jìn)（如圖1）。

（1）增加工作模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。使操作人員能夠隨時(shí)改變AIS的工作狀態(tài)。即“平時(shí)”和“執(zhí)勤”兩個(gè)狀態(tài)，并且與“信息處理器”相連，以便于平時(shí)快速便捷的轉(zhuǎn)換AIS的工作模式。

（2）增設(shè)加解密和抗干擾模塊，這是海警艦載AIS的核心模塊。用于增強(qiáng)艦艇之間互通信息的保密性與抗干擾性。在“信息處理器”的控制下，將傳輸來(lái)的信號(hào)，進(jìn)行加密、擴(kuò)頻或者解密、解擴(kuò)的處理。

（3）升級(jí)信息處理器。信息處理器是AIS的核心部分，用于存儲(chǔ)和處理本船和接收到的相關(guān)信息。進(jìn)行升級(jí)，是為了增強(qiáng)其處理信息的能力，使其與“工作模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)”相兼容，控制信息在發(fā)射前，是否進(jìn)行加密和抗干擾的處理。

（4）增加一臺(tái)擴(kuò)頻接收機(jī)和發(fā)射機(jī)。要實(shí)現(xiàn)信息的抗干擾功能，需將信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻處理，但原有的AIS信號(hào)是在甚高頻的固定頻道上進(jìn)行收發(fā)，不可以用來(lái)進(jìn)行擴(kuò)頻信號(hào)的傳輸，所以分別增加一臺(tái)擴(kuò)頻接收機(jī)和一臺(tái)擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)，并由此來(lái)負(fù)責(zé)海警艦艇間信息處理。

3.3 工作流程

經(jīng)改進(jìn)后的海警艦載AIS在其通用架構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加抗干擾、加解密等功能，以保障海警艦艇信息通信的安全高效，并有助于海上執(zhí)法執(zhí)勤的正常開(kāi)展。

在平時(shí)，將工作模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“平時(shí)”狀態(tài)。此時(shí)，需要進(jìn)行發(fā)射的信息，在“信息處理器”的控制下，直接跳過(guò)“加解密和抗干擾模塊”，傳送至VHF發(fā)射端通過(guò)87或88頻道進(jìn)行發(fā)射，這時(shí)，周?chē)胤酱岸伎梢越邮盏胶＞炌У囊徊糠諥IS信息。在接收信息時(shí)，原有的兩個(gè)VHF接收機(jī)（87、88頻道）和擴(kuò)頻接收機(jī)可以同時(shí)工作，并將接收到的信息分別傳送至“信息處理器”和“加解密和抗干擾模塊”進(jìn)行讀取和解密、解擴(kuò)。這樣，不僅實(shí)現(xiàn)了通用AIS的基本功能，同時(shí)還可以接收到其他海警艦艇AIS發(fā)來(lái)的加密信息。

在執(zhí)勤需要時(shí)，將工作模式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“執(zhí)勤”狀態(tài)。此時(shí)，需要發(fā)射的信息通過(guò)“信息處理器”的控制，先經(jīng)過(guò)“加解密和抗干擾模塊”，在此模塊的處理下，實(shí)現(xiàn)了信息的加密，之后經(jīng)擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)，將其進(jìn)行擴(kuò)頻和發(fā)射。接收信息的過(guò)程和“平時(shí)”模式相同，三個(gè)接收機(jī)可以同時(shí)接收艦艇和地方商船的信息，并進(jìn)行相關(guān)的處理。

無(wú)論是在哪種模式下，改進(jìn)后的海警艦載AIS的發(fā)射和接收都是在信息處理器的控制下完成的，信息發(fā)射的途徑也因狀態(tài)的改變而改變。通過(guò)這樣的工作方式，海警艦載AIS在傳輸鏈上有了加密和抗干擾保障，以致海警艦艇間AIS信息的可靠傳輸；目標(biāo)船發(fā)射的AIS信息，海警艦艇可以全天候地接收，但目標(biāo)船不會(huì)接收和讀取到海警艦艇的AIS信息。即使有不法船只偷偷竊取數(shù)據(jù)，成功解擴(kuò)后也是亂碼，更不能通過(guò)電子干擾的方式，破壞海警艦艇間的通信鏈路，這必將在一定程度上提高艦艇航行的安全性和執(zhí)法執(zhí)勤的效率。

4.結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合海警艦載AIS的裝備情況和技術(shù)特點(diǎn)，針對(duì)艦載AIS在實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題和弊端進(jìn)行了深入的分析和探討，并據(jù)此提出了基于任務(wù)需求的海警艦載AIS改進(jìn)對(duì)策和構(gòu)想，即“在海警艦載AIS的基礎(chǔ)上加以技術(shù)改進(jìn)，增加信息加密和抗干擾功能”的解決方案，其加強(qiáng)了其信息傳輸?shù)目垢蓴_和保密的能力，改進(jìn)了AIS信息收發(fā)的方式和鏈路，解決了其在實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題，對(duì)于進(jìn)一步研制或開(kāi)發(fā)海警艦艇專(zhuān)用AIS終端提供一定的支持和參考。