船舶通信導航技術及發展趨勢

鮑磊

摘要：船舶通信導航技術，主要是將船舶作為載體，以水上航行線路為應用環境，為船舶航行提供技術支持，從而保證船舶航行的安全性。船舶通信導航技術包含各種通信以及導航手段，如航位推算、航向和航速、無線電信號傳輸與接收、衛星定位、地圖匹配、慣性解決方案等。基于此，本文對船舶通信導航技術及未來發展趨勢進行了分析，以期提供一定的參考價值。

關鍵詞：船舶;通信導航;發展

一、船舶導航技術

關于船舶導航技術，其負責為船舶航行提供精確的航位推算、慣性計算、地圖匹配以及衛星定位和無線信號燈等多種信息，這有助于建立載體本身的動態和位置參數。目前，導航技術應用于導航功能軟件，基本可實現航線監控，避免船舶在行駛中出現偏航、穿越危險區等功能。與此同時，我國當前的船舶導航技術也被用于航行記錄，通過記錄航行數據并自動生成船員的航海日記的方式，可保證相關人員對以上信息進行隨時提取和使用。此外，我國船舶導航技術的自動防撞功能軟件和氣象信息處理軟件也較為良好，在其組合導航系統中，不僅能夠提供高精度的船舶定位、航向和速度數據測試等信息，同時還能夠自動分析海洋氣象和水深數據，為航行安全奠定數據支持。

二、船舶通信技術的發展

船舶通信技術不同于內陸通信技術，集采集、處理、傳輸、交換和再現功能為一體的船舶通信技術主要有以下個方面的特點：（1）外部通信技術可以通過無線通信實現衛星和短波通信以及無限距離的全球通信;（2）通信頻段覆蓋范圍更加大，涉及的設備很多，整個系統非常復雜，并且，因為受到安裝技術和使用環境的限制，其包括其他設備是高度集成化的;（3）此技術缺乏固定基礎設施做為依靠，它的內部和外部通信和導航可以是自包含的。從應用領域的角度來看，通信技術首先應用于軍事領域，但其業務承載能力稍有單一，資源管理水平較低，但從總體上看，海軍利用通信技術促進全球通信技術進一步的提升。進入二十一世紀后，這項技術在民用船舶通信領域應用。雖然軍用和民用艦船通信系統的核心技術大致相同，但是其實際功能是完全不一樣。它還使用寬帶基礎設施，但是它的終端是集成的、模塊化的、開放的和可組合的。

（一）E-Navigation與GMDSS現代化

近年來，隨著航海技術的高速發展以及現代導航技術的應用，在航海觀念和模式上發生了巨變。2007年國際海事組織（IMO）采納了E-navigation的概念，即：通過電子方式在船舶和岸上協調收集、集成、交換、顯示和分析海事信息，以增強船舶從碼頭至碼頭之間的航行及相關服務，實現海上安全、保安和海上環境保護的目的。E-Navigation概念所涉及的內容相當廣泛，既包括了傳統的導航手段，也包括了各種通信手段，作為船上即將使用的新技術，通信系統是E航海戰略的關鍵因素，為了充分實施E航海戰略，需要更新現有的通信系統，包括第二代AIS（AIS2.0）、基于VHF的數字通信、500KHZ的NAVDAT系統等，GMDSS系統的現代化進程迫在眉睫。

（二）VDES系統

從技術層面上，基于VHF通信技術、AIS技術在E-Navigation和GMDSS現代化中的重要作用，IALA、ITU等國際組織根據ITU-RM.1842-1技術建議方案，于2013年提出了水上VDES（VHF數據交換系統）的概念。VDES系統預計將集成了AIS、VDE和ASM等三項功能，不但可以實現船和船、船和岸間數據的交換，還可以為衛星和船舶遠程雙向數字通信保留空間，數據傳輸帶寬更是可以達到150Kbps，遠優于目前的船舶數據通信。

（三）LRIT/遠程識別以及跟蹤系統

美國“9.11”恐怖襲擊事件后，國際航運界紛紛加強海上保安規范與操作。2006年5月，IMO通過了經修訂的1974年SOLAS公約修正案，其中增加了強制實施LRIT系統的內容。該修正案已于2008年12月31日開始實施。

公約對LRIT系統的功能要求如下：

船載LRIT設備能夠在無人干預的情況下每隔6小時的間隔自動向數據中心發送LRIT信息。信息內容包括：船舶ID、船位、與船位信息相對應的日期和時間;可以在陸地遠程控制船載LRIT設備的發射時間間隔，時間間隔可控制在15min-6h之間;可通過“詢呼”功能啟動船載LRIT設備發送位置信息;LRIT設備可直接與船舶衛星導航系統接口連接，或有內置定位功能;應由船舶主電源和應急電源供電。由于Inmarsat-C/Mini-C系統穩定、可靠、設備小巧，適合安裝在各種類型的船舶上，且目前大多船舶的GMDSS系統都配備了該分系統，因此Inmarsat-C/Mini-C是LRIT方案實施的首選船載設備。

三、船舶通信導航技術的未來發展趨勢

船舶通信導航技術已經得到廣泛的應用，它的未來發展趨勢將會結合微電子、光電子以及計算機等等前沿技術，在有效促進通信、導航、計算機和網絡的深度融合的同時，進而促使建立高精度和低成本的智能集成通信導航網絡系統。高速帶寬與新型通信手段也會不斷推進船舶通信導航技術向前發展。

（一）通信網絡正朝著寬帶和數字化的方向迅速發展

寬帶和數字通信網絡一直是通信發展的重點。手機從過去的“大哥大”到現在的智能手機，尺寸越來越小，功能也越來越多，從最初的通話，短信發展到現在的網購、在線聊天、在線工作，這些都是寬帶和數字通信網絡發展的好處。未來，光纖通信中繼距離將更遠，速度將更快。在未來，如果我們要進一步發展通信網絡，就必須考慮新光纖的發展，光交換和密集波分復用技術的發展。在不久的將來，隨著超導技術、納米技術和光路集成技術等新技術的發展，通信網絡技術也將發生翻天覆地的變化。

（二）導航系統將朝著小型化和發展

根據導航系統的發展需求，各種慣性導航將在小型化、高精度、易用性、低功耗、輕量化、智能化和數字化方面進行細化，各種基礎領域的研究成果將被快速、安全地應用于慣性導航產品的開發。美國芯片級原子鐘的尺寸將比傳統原子鐘小100倍，僅為15cm3，功耗將降低10倍，精度將提高幾個數量級。微尺度速率積分陀螺儀將取代當前慣性導航設備中的陀螺儀。導航級慣性微陀螺儀的未來體積僅為1cm3，功耗為5mW，隨機角行程為0.001°/h，漂移率為每小時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，其性能遠高于現有設備，具有出色的長期穩定性，啟動速度也將顯著提高。

（三）船舶通信和導航網絡的系統集成和智能開發

船舶通信和導航網絡的系統集成和智能開發將采用各種推進方法和不同的網絡技術，實現電信網、廣播電視網和互聯網的“三網融合”，再結合當前熱門的物聯網技術、大數據、云計算、智慧地球等，其讓網絡功能不斷拓展深化，擁有更廣闊的發展前景。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，從根本上提高了導航的集成化和自動化。

結語：

目前，船舶通信導航技術已滲透到各個應用領域之中，尤其是在軍事和民用領域中發揮著極其強大的作用，在未來，該技術系統將繼續優化自身，以確保更多集成、智能和集成技術的有效實施和應用。相信經過工作人員的不斷努力，船舶通信技術將得到進一步的提升。

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