船舶通信導航設備的綜合配套設計分析

鮑磊

摘要：通信技術主要研究信息傳輸和信號處理在通信過程中的原理和應用。它主要包括信息的收集、處理、傳輸、交換和再現過程。信號處理和信號損耗研究是通信工程中兩個重要的研究環節。信號處理包括信號濾波，編碼和解碼等。信號丟損耗研究旨在減少信號傳輸過程的損失。通信技術可根據傳輸方式分為有線通信、無線通信等方式;根據通信類型，可分為數據、語音、圖像和視頻通信;根據承載通信設備的平臺，可以分為移動通信和固定站通信;根據傳輸帶寬，可以分為窄帶通信、寬帶通信和超寬帶通信。船舶通信屬于移動通信類別。

關鍵詞：船舶通信;導航設備;綜合配套設計

1 通信導航系統實施的現狀

E-navigation在通航、助航、交通服務方面發揮了重要作用， 而航海通信導航的設施和手段是E-navigation戰略的重要組成部分和系統運行的核心。目前， 航海通信導航的主要功能是通過GMDSS （全球海上遇險與安全系統） 實現的。GMDSS于1988年被載入SOLAS （海上人命與安全）74/88公約，于1992年開始全面實施。GMDSS主要由海事衛星通信系統，以及中頻 （MF） 、高頻 （HF） 和甚高頻 （VHF） 構成的地面無線電通信系統，通信質量高、誤差率小， 特別是衛星通信系統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、緊急、安全與常規通信方面均起著極為重要的作用。

航海通信導航系統實施二十多年來，雖然技術手段在不斷提高，但是還存在地面通信系統帶寬較低， 難以滿足各類服務需求的問題，而衛星通信主要依靠INMARSAT （移動衛星通信系統），使用成本較高，限制了大規模的應用。此外，部分通信導航設備會因為性能滯后或元器件問題而使其可用性降低。隨著航海技術的發展，各類船載通信導航設備越來越多，這雖然為船舶人員提供了更多的通信導航手段，但是這些設備和系統的相互兼容性不佳，甚至有部分功能重復，顯示界面無序，導致信息共享不暢，反而增加了船舶人員的操作負擔，進而可能引發海上事故。在當前背景下，有必要對航海通信導航系統的未來發展作一些全局性、戰略性和探索性思考。

2 船舶通信和導航技術的現狀

2.1 船舶通信技術現狀

今天的民用通信通常將不同的服務網絡和終端與寬帶基礎設施網絡連接起來。船內設備通過網絡與船舶外部通信設備連接。船舶通信基礎設施是一個由四個層次組成的綜合網絡，較低層次為上層提供服務。頂層是應用層，主要包括各種應用;第二層是網絡服務層，提供數據，語音和視頻等基本信息。第三層是協議層，主要包括ITU通信協議和IP通信協議;底部是基礎設施層，主要為前端創建通信環境。

2.2 船舶導航技術現狀

船舶導航系統由傳感器和數據處理系統，控制系統和終端顯示設備組成。

（1）傳感器是用于收集各種導航類型的信息，并將收集的信號數據輸入數據處理系統進行處理。例如，速度由計程儀傳感器提供，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越高度集成，并且通常僅需要一個傳感器來實現多維數據采集。

（2）處理系統：所謂的處理系統是處理由傳感器傳輸來的數據系統。它聚合傳感器傳輸的數據，通過一系列算法獲得船舶導航所需的數據，并將數據結果發送給終端顯示設備。主要有導航數據處理和顯示，羅經數據處理和顯示，水深數據處理和顯示， 以及速度數據處理和顯示等。

（3）系統控制軟件：它主要控制數據處理系統和其他設備來管理和控制船舶，包括：綜合信息管理軟件、航向、速度、水深數據處理和顯示軟件、電子海圖， 自動避碰軟件、天氣、風向、風速信息接收和處理軟件。

（4）輸出設備：主要包括INS、ECDIS、導航雷達、IBS、ARPA等設備集成顯示PC終端， 自適應CNC自動舵、打印機等。

3 雷達、導航顯示規范和配套設計分析

在針對雷達以及導航顯示規范和相對應配套設計等問題進行分析時，通過2008年7月1日之后所安裝的所有雷達以及相對應顯示器當中的主要內容進行分析可以看出。這些設備當中必須要包括的內容如下所示，首先，其中要包括雷達在顯示過程中的最小直徑，最小顯示尺寸。其次，還要包括一些自動目標探測能力或者是其他的雷達目標捕獲能力等。雷達本身是導航在顯示過程中的一種規范化表現方式，同時，在針對雷達進行更新以及對相對應的設備進行配備要求具體實施時，在2008年的時候，就已經開始逐漸執行，并且在實踐中將與其相關的一些措施和方法落實到實處。在新規范中，對廠家本身在針對雷達進行制造時所提出的性能要求越來越高，同時還要保證對其形成良好的維護和保養。雷達在某種程度上可以說是船舶在運行過程中的“眼睛”，船舶很多的決策性內容都需要依靠雷達來完成，也就是雷達是導航設備的核心以及靈魂所在。IMO對于雷達性能本身而言，不斷提出更高的要求，這樣才能夠保證船舶在運行過程中的安全性和穩定性。除此之外，AIS 本身是雷達的重要輔助導航設備之一，有該輔助設備，雷達在運作過程中，能夠保證提供的數據和依據資料更加具有真實性和有效性。這樣不僅有利于對船舶相關的位置以及其他相關信息有更加深入的了解和認識，而且還能夠對其他船舶目標起到良好的識別作用。

4 遠程識別目標系統規范和配套設計分析

在針對2008年12月31日之后所建造的船舶進行分析時，這些船舶在建造過程中，必須要有相對應的遠程識別目標系統功能證書。在該系統運作過程中，其主要包括的內容有很多，其中包括發射數據，MMSI 以及船舶位置等，這些信息內容一般在間隔6個小時之后，就發送一次。遠程識別目標系統在構建以及具體應用過程中，大多數情況下，與其相關的一些設備在運作過程中，都會通過原有的一些 INMARSAT-C 或者是一些具有升級后帶功能的通信導航設備來完成該操作。因此，在這種情況下，這一功能的出現以及在實踐中的落實也會逐漸集成在原有的一些衛星通信 C系統的內部當中。在針對系統進行設計配置的時候，需要結合實際情況，適當增加該項目功能在其中的應用作用。該系統在其中的融合，對于一些生產廠家或者是船廠本身的配套設計而言，并不是很復雜，基本上都是集成在一些原本的衛星通信C站。在這種情況下，每經過6個小時之后，船舶各自的位置就會有所更新，這樣就能夠對陸地的監測提供有效的位置依據，讓陸地監測能夠實時有效的導控到船舶在運行過程中的實際地理位置。由此可以看出，這種方式在操作過程中，無論是針對船舶的管理或者是船舶在運行過程中的安全性和穩定性，都能夠發揮出一定的實質性意義。除此之外，利用這種小成本的控制方式，能夠實現陸地對船舶有效的檢測，這種措施可以將其稱之為遠距離的AIS系統。

結語：

總之，船舶通信導航設備在實際應用過程中，與其相關的一些規范化內容和特征從來就沒有停止過更新和創新。特別是對于設計人員而言，需要及時關注一些新規范的提出，同時還要對這些規范的具體生效時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航系統在設計過程中的有效性和水平提升，而且還能夠盡可能滿足設備配套在使用過程中對規范提出的基本要求。

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