船舶通信導航技術(shù)及發(fā)展趨勢

華瑋

【摘 要】船舶通信導航技術(shù)主要以船舶作為載體平臺，以水上航行空間作為應用環(huán)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(shù)涉及各種通信導航手段，例如航位推算、無線電信號發(fā)送接收、地圖匹配、衛(wèi)星定位、慣性解算等等，也包括它們之間的技術(shù)組合，實現(xiàn)了對船舶動態(tài)與位置的相關(guān)參數(shù)分析。本文分別探討了船舶通信與導航技術(shù)，并分析了它的未來發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】船舶通信技術(shù)；導航系統(tǒng)；發(fā)展趨勢

船舶通信技術(shù)應用是導航技術(shù)實施的先導，而導航技術(shù)則保證通信技術(shù)達到船舶航行各種要求，客觀講兩者技術(shù)是相輔相成，缺一不可的。應該對兩種技術(shù)進行一一分析，然后再思考它們的未來發(fā)展趨勢[1]。

一、船舶通信技術(shù)

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

第一，它的對外聯(lián)絡技術(shù)只通過無線通信進行，可實現(xiàn)無限遠距離全球通信，或通過衛(wèi)星與短波來實現(xiàn)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(tǒng)內(nèi)容相當復雜，而且由于受限于安裝技術(shù)與使用環(huán)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(shù)并沒有固定的基礎(chǔ)設施依托，它的內(nèi)外部通信與導航都能夠自成一體。從應用領(lǐng)域來看，船舶通信技術(shù)是最早被應用于軍事領(lǐng)域的，從上世紀50年代開始，該技術(shù)就被各個西方強國海軍引入到水面艦艇中，應用于艦艇內(nèi)外部集成技術(shù)領(lǐng)域。到了90年代，綜合通信系統(tǒng)ICS出現(xiàn)，美國的“宙斯盾”驅(qū)逐艦就采用了這一通信技術(shù)系統(tǒng)。而在我國上世紀70年代，水面艦艇通信系統(tǒng)設計則完全采用了“單機單控”模式，但它的業(yè)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(shù)引領(lǐng)了世界通信領(lǐng)域的發(fā)展，進入21世紀以后，該技術(shù)逐漸滲透到民用船舶通信領(lǐng)域，雖然軍用與民用船舶通信系統(tǒng)在核心技術(shù)上基本相仿，但它所表現(xiàn)出的職能則完全不同[2]。

二、船舶導航技術(shù)

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

船舶導航技術(shù)主要應用到了航海功能軟件，它可以進行航路監(jiān)視，避免船舶偏航或穿越非安全區(qū)，如果一旦發(fā)生此類情況會對船舶發(fā)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(guān)數(shù)據(jù)，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(fā)達。在它的綜合導航系統(tǒng)中，則主要提供高精度的船位、航向與航速數(shù)據(jù)測試，另外也對海洋氣象與水深進行數(shù)據(jù)分析，為船舶航行安全提供數(shù)據(jù)保障。另外它的雷達圖像與ARPA信息系統(tǒng)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(tǒng)還能對船舶貨物裝載與船體穩(wěn)定性、強度等等重要硬件參數(shù)進行計算和顯示。

三、船舶通信導航技術(shù)發(fā)展趨勢

（一）導航系統(tǒng)將向微型化、高精度方向發(fā)展

依據(jù)產(chǎn)品的一般性要求，各種慣導都會在可靠性、易用性、小型化、輕型化、低功耗、智能化、數(shù)字化等各個方面精益求精，最快最穩(wěn)妥地將各基礎(chǔ)領(lǐng)域的研究成果應用到慣導產(chǎn)品的開發(fā)中來。美軍芯片級原子鐘的體積將比傳統(tǒng)原子鐘縮小100倍，僅15cm3大小，功耗也將降低10倍，精度提高數(shù)個數(shù)量級。微尺度速率積分陀螺將取代目前慣導裝置中的陀螺儀。導航級慣性微陀螺儀未來體積只有1cm3，功耗5mW，角隨機游走每小時0.001°，漂移率每小時0.001°。芯片級組合原子導航儀將提供高精度的運動探測能力和快速啟動能力，尺寸不超過20cm3，功率不超過1W，其性能遠高于現(xiàn)有設備，具備優(yōu)越的長期穩(wěn)定性，啟動時間大幅提高。

（二）通信網(wǎng)絡向?qū)拵Щ?shù)字化方向快速發(fā)展

一是無線通信向?qū)拵Щ?shù)字化快速發(fā)展。寬帶化、數(shù)字化一直是無線通信的發(fā)展重點。比如手機，從20世紀80年代的“大哥大”到現(xiàn)在的3G手機，體積越來越小，本事卻越來越大，從打電話發(fā)展到高速上網(wǎng)、視頻聊天，這正是寬帶化、數(shù)字化帶來的好處，下一代移動通信的帶寬將更寬，業(yè)務將更豐富。二是光纖通信向高速率、遠距離方向快速發(fā)展。重點是發(fā)展密集波分復用、光交換、新型光纖等技術(shù)，實現(xiàn)超高速率、超長中繼距離通信。此外，未來隨著納米技術(shù)、高溫超導技術(shù)、光路集成技術(shù)的發(fā)展成熟，以及生物計算機、量子信息等前沿高新技術(shù)的突破和應用，將可能引發(fā)現(xiàn)有通信技術(shù)格局的重大變革，通信發(fā)展也將產(chǎn)生質(zhì)的、斷代式的飛躍。

（三）船舶通信導航網(wǎng)絡向一體化、綜合化、智能化快速發(fā)展

一是推動不同手段、不同網(wǎng)絡之間的互聯(lián)互通、融合集成，實現(xiàn)網(wǎng)絡功能綜合化、智能化。例如電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的“三網(wǎng)融合”，用戶只需一條線路，就可以打電話、看電視和上網(wǎng)，還有，近年來新興的物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、智慧地球等技術(shù)，促使網(wǎng)絡功能不斷拓展深化。為了適應這一發(fā)展趨勢，要重點發(fā)展寬帶網(wǎng)絡、高速數(shù)字接入網(wǎng)、自組織網(wǎng)、智能網(wǎng)和信息安全等技術(shù)。

二是將傳統(tǒng)的慣導、衛(wèi)導、天文、無線電、測深、測速、地理等信息單元的信息集合在一起，融合處理成高精度、高可靠、高適應性的導航和控制信息，直接鏈接到艦船操控環(huán)節(jié)、船舶監(jiān)控網(wǎng)、作戰(zhàn)指揮網(wǎng)，實現(xiàn)移動通信、導航、組合導航與數(shù)據(jù)船橋等一體化應用，使得船舶的智能化、靈活性、經(jīng)濟性和生存能力得到根本性的改善。

四、結(jié)語

本文介紹了船舶通信技術(shù)的技術(shù)內(nèi)涵，并對軍用艦船通信系統(tǒng)、民用船舶通信系統(tǒng)、船舶導航技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行了研究。最后，本文對船舶通信導航技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了探討，一體化、智能化的綜合通信導航網(wǎng)絡將成為船舶通信導航技術(shù)的發(fā)展方向。

【參考文獻】

[1]高志成，劉慶生.AIS設備在船舶避碰中的應用[C]//

中國航海學會海洋船舶駕駛專業(yè)委員會2003海上航行安全專題研討會，2003：267-269.

[2]吳簡彤，原金升，殷冬梅.GPS電子地圖導航系統(tǒng)研究[J].導航，2000（1）：7-12.