現代信息技術在船舶通信導航領域中的應用

陳成

摘 要：伴隨著船舶航運業務與海上交通的不斷發展，船舶導航與通信系統中傳輸的數據類型越來越豐富，包括音頻數據、傳真和視頻圖像等，在船舶之間建立通信鏈接，并通過安全引導系統，對每個船舶的位置信息、航行信息進行綜合處理，從而最大限度降低內河船舶航行時的安全隱患。本文主要討論船舶通信導航技術及其發展現狀，并分析了其未來發展趨勢。

關鍵詞：信息技術;船舶;通信導航;應用

1導言

近年來，伴隨著我國艦艇技術的不斷發展，各種艦船裝備正在進行大規模的改進和創新，在船舶相關系統中，導航系統應當具備為船舶提供精確的位置信息以及能夠將武器裝備和測量系統有機結合的功能，這是船舶航行和作戰的重要保障。而以通信衛星為主的船舶通信技術同樣存在成本較高、數據類型單一等問題。因此，研究一種新型的船舶導航與通信系統，改進傳統的通信技術有重要的意義。

2 船舶導航安全系統

在船舶導航安全系統中，往往以AIS平臺為基礎，將北斗定位系統、岸基預警監控系統和音視頻傳輸技術進行結合，可以實現對船舶周圍環境的自動化識別，能夠及時識別出潛在的危險目標，通過提前預警，實現船舶的安全航行。但是這一切的基礎都需要依賴通信系統，只有性能優越的通信系統才能保證數據在傳輸過程中不會失真，而數字集群通信系統全部滿足這些要求。

3 船舶導航與通信系統的研究與發展現狀

船舶導航與通信系統具有重要的作用，是船舶必不可少的系統之一。近年來，遠洋運輸行業不斷發展，海洋的氣象變化越來越頻繁，針對船舶導航與通信系統的技術革新引起了廣泛關注。目前，船舶導航與通信系統可以分為GPS衛星導航系統、地理信息系統、雷達系統和船舶自動識別系統等，具體如下：

3.1 GPS衛星導航系統

GPS衛星導航系統，全稱為導航衛星測時與測距全球定位系統，該系統由美國NASA研發成功，通過測定高軌衛星信號的延時和頻移，可以獲得目標物體的距離、距離變化率、三維坐標等。

3.2 地理信息系統（GIS）

地理信息系統是一種特定的空間信息系統，主要包括計算機硬件部分、軟件程序，可以實現部分地球表層空間的地理數據采集、管理、分析等功能。地理信息系統主要由嵌入式平臺、Web服務器、數據庫、航跡采集單元、智能終端等組成，其具體組成結構如圖1所示。

3.3雷達系統

雷達系統是船舶上應用范圍最為廣泛的一種通信與探測設備，也是最為成熟的通信設備。雷達系統主要由雷達天線、信號波發射機、信號接收機和監控系統等組成。

3.4船載自動識別系統（AIS）

船載自動識別系統是一種新型的助航設備，可以實現船舶之間、船舶與岸基岸之間的數字信息交換，其自動化和智能程度較高。船舶之間、船舶與岸基之間交換的信息主要有船舶靜態信息、航跡信息、定位短信息等。

4 現代信息技術在船舶通信導航領域中的應用

4.1船舶導航技術

船舶導航技術主要是為船舶提供衛星定位、位置推算、地圖匹配、船舶航向和航速以及無線電信號的計算，幫助船舶本身確立位置參數和載體動態狀態。船舶導航技術主要應用到了航海功能軟件，它可以進行航路監測，一旦發生船舶偏航或穿越非安全區，則會對船舶發出警告指示，并附帶一些其它應急措施。另外，航行數據記錄能夠全程記錄船舶航行的所有相關數據，并自動生成航海日志，供船員需要時隨時提取使用。此外，船舶導航技術也應用到了天氣信息處理軟件和自動避碰功能軟件。在其綜合導航系統中，它主要提供高精度的船舶位置，航向和速度等數據。另外也對水深和海洋氣象進行數據分析，為船舶安全航行提供數據技術支持。此外，它的導航雷達圖像和ARPA信息系統可以與電子海圖重疊顯示，能夠測量從船舶到目標的方向和實際距離，甚至可以測量任意兩點的方向和距離。

4.2船舶通信技術

與內陸通信技術不同，以船舶為基本承載平臺的集采集、處理、傳輸、交換和再現功能為一體的船舶通信技術具有以下特點：第一，其外部通信技術可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;第二，其通信頻段覆蓋范圍廣，涉及設備眾多，整個系統內容比較復雜，與此同時，由于安裝技術和使用環境的限制，其天線包括其他設備是高度集成化的;第三，該技術沒有固定的基礎設施依靠，它的內部和外部通信和導航可以是自包含的。

4.3軍船綜合導航系統

整體來看，目前我國常見的軍船綜合導航系統的功能主要如下：第一，外部設備實時地接收航向、速度、水深、風速、風向等信息。第二，對行地理導航和天文定位計算等各種導航計算，得到最優導航方案。第三，集中顯示、管理導航信息并對相關信息進行自動打印、檢測、報警和故障定位。

在對軍船綜合導航系統進行設計時，主要包括以下方案：第一，RS-422A組合導航系統串口通信特性通信網絡方案。該方案系統的串口通信、信息源傳感器與船舶綜合顯示控制臺之間的數據交換是通過串口傳輸完成的，具有連接簡單、通信距離長、信息傳輸可靠等優點;然而，由于串行通信逐位傳輸，傳輸速度較慢，同時由于點到點的連接方式，使得數據傳輸只能通過相應的連接來實現，而導航系統中存在著大量的信息傳感器，連接太多必然將導致系統過于復雜，影響信息共享的安全性與穩定性。目前，隨著船舶信息化水平的提高，各種設備和系統之間的信息通信越來越頻繁，信息量也越來越大，該種單串口通信的方式已不能滿足導航系統的發展要求。第二，CAN通信。該系統有效克服RS422A串口傳輸的缺點，提出了在導航系統中采用CAN總線技術取代傳統串行通信方式的全新通信技術。其優點眾多，包括低成本、總線利用率高、數據傳輸距離長等。與此同時，其能夠正確處理錯誤和錯誤檢測機制，當消息被破壞時，該消息可以自動重發;當錯誤嚴重時，該節點可以自動退出總線，這對于信息傳送安全性和穩定性的提升有重要意義。

5 船舶通信導航技術的未來發展趨勢

5.1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。未來，光纖通信中距離將更遠，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。

5.2通信與導航網絡一體化

未來，船舶通信導航網絡將趨于一體化、集成化和智能化，它將采用不同的手段和網絡技術在總體上實現基于電信網絡、廣播電視網絡和互聯網的技術“三網融合”的系統更新與優化。與此同時，系統與物聯網、大數據以及云計算等相關技術之間的結合，也將是其未來發展不可避免的重要趨勢，受此影響，系統的網絡功能和應用范圍將隨之得到進一步深化和擴大。

結語：隨著科學技術的不斷發展，各行各業都在發生翻天覆地的變化。未來，我們將使用計算機，微電子，光電子和其他技術來集成計算機、網絡、通信和導航。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。

參考文獻：

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