船舶通信導航技術及發展趨勢研究

楊洪鵬 薛文平 許大鵬

摘 要：船舶通信導航技術主要以船舶作為載體平臺，以水上航行空間作為應用環境，全程服務于船舶所有航行操作任務，為船舶達到目的地服務。船舶通信導航技術涉及各種通信導航手段，例如航位推算、無線電信號發送接收、地圖匹配、衛星定位、慣性解算等等，也包括它們之間的技術組合，實現了對船舶動態與位置的相關參數分析。本文分別探討了船舶通信與導航技術，并分析了它的未來發展趨勢。

關鍵詞：船舶通信技術；導航系統；網絡數字化；高速率

船舶通信技術應用是導航技術實施的先導，而導航技術則保證通信技術達到船舶航行各種要求，客觀講兩者技術是相輔相成，缺一不可的。應該對兩種技術進行一一分析，然后再思考它們的未來發展趨勢。

一、船舶通信技術與導航技術

（一）船舶通信技術相關論述

船舶通信技術運用到了大量通信手段，主要實現了對信息的有效采集、處理、傳輸、交換與重現，它以船舶作為基本承載平臺，相比于內陸通信技術有很大區別，主要應用于海洋船舶通信，它的具體技術特點包括以下以下3點。

第一，它的對外聯絡技術只通過無線通信進行，可實現無限遠距離全球通信，或通過衛星與短波來實現通信。

第二，它的通信頻段覆蓋面積較廣，所涉及設備多且整體系統內容相當復雜，而且由于受限于安裝技術與使用環境，其天線包括其它設備全部通過高度集成形成。

第三，該技術并沒有固定的基礎設施依托，它的內外部通信與導航都能夠自成一體。

從應用領域來看，船舶通信技術是最早被應用于軍事領域的，從上世紀50年代開始，該技術就被各個西方強國海軍引入到水面艦艇中，應用于艦艇內外部集成技術領域。到了90年代，綜合通信系統ICS出現，美國的“宙斯盾”驅逐艦就采用了這一通信技術系統。而在我國上世紀70年代，水面艦艇通信系統設計則完全采用了“單機單控”模式，但它的業務承載能力略顯單一，且通信資源管控水平也相對偏低。但從整體來看，海軍采用船舶通信技術引領了世界通信領域的發展，進入21世紀以后，該技術逐漸滲透到民用船舶通信領域，雖然軍用與民用船舶通信系統在核心技術上基本相仿，但它所表現出的職能則完全不同。它所采用的同樣也是寬帶基礎網絡，但它的終端為一體化連接，而且是模塊化、開放化且可組合化的。所謂一體化網絡體系中其船舶的信息基礎設施為IP網絡系統，它由接入網絡與骨干網絡所共同組成，另外還包括了CTI服務、船舶一體化網絡基礎設施、交換呼叫處理以及語音識別與合成4個層次組成，其中每個層次之間都會提供相互的支持與服務。另外，在信息基礎環境與其相鄰的系統管理中還包含了維護體系層、安全保障體系層以及標準化體系層，這3部分形成了一個有機的系統化整體，其中具有結構穩定性與適應性特點，能夠同時實現通信與網絡應用技術，它為船舶綜合信息系統奠定了重要的技術基礎。

（二）船舶導航技術相關論述

船舶導航技術主要為海上船舶提供航位推算、慣性解算、地圖匹配、衛星定位以及無線電信號燈多種技術組合應用，幫助船舶本身確立載體動態狀態與位置參數。

船舶導航技術主要應用到了航海功能軟件，它可以進行航路監視，避免船舶偏航或穿越非安全區，如果一旦發生此類情況會對船舶發出警告指示，并附帶一些其它應急措施。另外就是航行記錄，它能夠全程記錄船舶航行的所有相關數據，并自動生成航海日記，供船員隨時需要隨時提取使用。再者，它的自動避碰功能軟件與氣象信息處理軟件也很發達。

在它的綜合導航系統中，則主要提供高精度的船位、航向與航速數據測試，另外也對海洋氣象與水深進行數據分析，為船舶航行安全提供數據保障。另外它的雷達圖像與ARPA信息系統能夠與電子海圖重疊顯示，可以測量從目標到本船的實際距離、方位，甚至包括對任意兩點方位與距離的測量。而導航系統還能對船舶貨物裝載與船體穩定性、強度等等重要硬件參數進行計算和顯示[1]。

二、船舶通信導航技術的未來發展趨勢

船舶通信導航技術在目前已經相當成熟，而它的未來發展趨勢則傾向于微電子、光電子以及計算機等等技術，它希望有效促進導航、通信、計算機以及網絡之間的相互深度融合，最終推動并建立基于智能化、一體化的綜合通信導航網絡體系。而對這一體系的要求則是高精度和低成本，結合高速帶寬與新型通信手段來不斷推進船舶通信導航技術向前發展。具體來講，其技術發展趨勢主要集中于以下3點。

首先，整個船舶通信導航系統正在趨向微型化、高精度化方向發展。根據產品的一般性要求，它的各種慣導都應該具備可靠性、易用性、輕小型化、低功耗以及數字智能化，整體來講就是要做到精益求精，如美軍的芯片級原子鐘就達到了相比于傳統原子鐘小100倍的微型化設計（15cm3），它的功耗也相應降低了10倍，而精度卻提高了10個以上數量級。一般來說，這種微型化技術均用于軍用場合，像芯片級組合原子導航儀就能夠幫助軍用艦艇提供超高精度的運動探測能力與快速啟動能力，而且它的功率可以控制在1W以內，而尺寸也不會超過20cm3，其長期的運行穩定性與啟動時間都具有相當優勢[2]。

其次，它的通信網絡已經趨向于寬帶化、數字化高速發展方向。首先，它目前已經發展到手機智能終端上，而且其體積一樣相當小，已經能夠滿足現代人高速上網和視頻通話等等生活化功能。在未來，它的業務技術也將更加豐富。

第三，在未來船舶通信與導航網絡將趨向于一體化、綜合化和智能化快速發展方向。它會采用不同的推進手段和不同的網絡化技術，但整體上其要實現基于電信網絡、廣播電視網絡以及互聯網絡的技術性“三網融合”。再結合當前的物聯網、大數據、云計算、智慧地球等等技術，也讓網絡功能不斷拓展深化，擁有更廣闊的發展前途。

而船舶監控網與作戰指揮網的出現也將在未來不斷強化船舶通信導航技術，實現通信移動化與組合化，形成全新的數據船橋一體化技術應用，保證船舶的通信導航技術應用更加經濟、靈活，從根本上提高船舶在航海運作過程中的生存能力[3]。

三、總結

在當前，船舶通信導航技術已經滲透到各個應用領域，特別是在軍用與民用兩大領域中發揮了它極其強大的主導功能作用。在未來，該技術體系也將繼續優化自身，確保更多一體化、智能化與綜合化技術的有效實現與應用。

參考文獻：

[1]王玲，張彬祥.船舶通信導航技術及發展趨勢[J].艦船電子工程，2016，36（3）：17-21.

[2]黃應邦，馬勝偉，吳洽兒，等.漁業船舶通信導航技術現狀及發展趨勢[J].中國水運（下半月），2017，17（3）：83-85.

[3]王化民，許海濤.船舶通信與導航現代化發展趨勢研究[J].青島遠洋船員職業學院學報，2016，37（4）：1-4.