船舶導航網絡通信技術的研究

施夢月

摘 要：目前，隨著社會的發展，船舶工程領域的發展也突飛猛進。隨著海軍艦船技術的不斷發展，各船舶裝備進行著大規模的改進和創新。船舶導航系統作為船舶的千里眼和順風耳，不僅要求提供準確的船位信息，而且要求與武器裝備、測量系統相結合，提供武器發射的精確位置和落點測量等各種數據，是船舶航行和作戰的重要保證。因此，導航系統內部和各系統間信息傳輸技術的改進是整個系統升級中的重要一環。當前的綜合導航系統是一個結合不同特點的導航設備和導航方法的復雜系統，是利用計算機技術對多種導航信息進行綜合處理，來提高系統性能的導航系統，其涉及到各導航信息源許多設備的相關技術、計算機技術、顯示技術、控制系統、通訊系統和數據處理等理論。為此，有必要對船舶導航系統的網絡通信技術進行研究，以實現船舶導航系統的快速網絡通信技術的發展。

關鍵詞：船舶導航;網絡通信技術;研究

引言：作為船舶的主要載體平臺，船舶通信導航技術與船舶發展的匹配程度的高低將直接關系到船舶航行的安全性與穩定性，另外船舶需要執行的任務以及船舶本身航行對于精確度的要求均在不斷提高，在此背景下，為保證船舶能夠更好的滿足各種不同的水上航行環境，保證船舶能夠動態靈活的執行各類航行任務，就需要對船舶導航網絡通信技術進行相應的優化。鑒于此，文章對當前我國的船舶導航網絡通信技術展開了研究，主要論述了船舶通信導航（外通）、火警內通以及軍船的綜合導航、天文導航、慣性導航等相關內容，以供參考。

1新型導航系統網絡通信系統和技術簡介

1.1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。從應用領域的角度來看，船舶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，通信資源管理和控制水平相對較低，但從總體上看，海軍利用船舶通信技術引領了世界通信領域的發展。進入二十一世紀后，這項技術逐漸滲透到民用船舶通信領域。雖然軍用和民用艦船通信系統在核心技術上基本相似，但它們的功能是完全不同的。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。

1.2通信網絡的體系結構分析

傳統的通信系統限制了信息傳輸方式，導致通訊效率過低。而控制器局域網絡總線和以太網相互結合能夠有效擴大通訊范圍、保障通訊信息的穩定性，因此，現階段的船舶通信技術均采用了這種通訊方案。現代船舶導航系統的通訊結構主要包括以下幾個方面：

數字導航設備和控制器局域網絡總線網絡構成了網絡通信總線，在總線上的多串口卡基礎上，通過局域網絡總線通訊卡來為CAN總線提供通訊能力，避免了其他通訊設備被破壞之后整個線路無法進行通訊的問題。

2 船舶導航網絡通信技術應用

2.1 GPS在船舶導航信息系統的應用現狀

系統具有全球、無誤差積累、全天候等特點，是當今中遠程航線上最好的導航系統。GPS船舶導航信息系統在航海中得到了廣泛的使用，幾乎每艘船舶都備有GPS船舶導航信息系統。GPS在航海中的應用主要表現在：一是可與通信導航設備，如羅經、船舶的ARPA，實現匹配相接，為其他導航設備提供真實可靠的數據，為船舶導航自動化提供支持。二是即時的為航行中的船舶提供準確的位置信息。三是可進行連續的定位。四是具備多種報警功能，如偏航向報警、時間報警、到達航路點報警等，為船舶提供了可靠的安全保障。五是GPS用戶可在全球任意位置、任何天氣準確接收衛星信號。六是強大的導航功能。用戶可根據實際需要來設計航線和航路點，為船舶航行提供經濟可靠的路線保障。

2.2 相關參數計算

地球是一個橢球體，不是平面體。所以，所有的參數的計算都要遵循橢球大地的基本原則。大地線是指橢球面上的任意兩點間的最短的距離，船舶在航行中的航線的確定是應該以大地線為主要依據。相關參數的計算方法：一是偏航距。在偏航距的計算中，由于相鄰的航路點的距離及偏航距較小，所以可用大圓弧替代大地線計算，使用球面三角形距離的計算公式。二是偏航角。偏航角是上一航路點到下一航路點的大地方位角與上一航路點到航行點的大地方位角之差。三是兩點之間的距離。四是兩大地點方位角。使用特定的公式進行計算。五是下一航路點時間。計算方法是用到下一航路點距離除以航行速度。六是到終點的距離。是航行點到下一點的距離與下一點到目的點的航路距離兩者之和。七是到目的地的時間。計算方法是用到終點的距離除以速度。八是到下一航路的距離。計算方法是航行點到下一航路點的大地距離。

2.3 CAN總線通信接口電路的設計

控制器局域網絡總線控制器實現了網絡層次的數據鏈路層和物理層的穩定性，從而為網絡通信質量提供了保障。控制器局域網絡總線控制器是通過可編程芯片與邏輯線路的組合來實現以上工作內容的。現階段，控制器局域網絡控制器主要包括兩個控制器、一個總線驅動器以及高速光電隔離器等四個結構。控制器局域網絡的控制器主要由微處理器進行初始化，從而實現信息傳輸數據的接收以及發送。而在控制器正常工作時，容易受到控制器局域網絡節點的干擾導致信息的傳遞以及接收出現遺漏等問題，因此，在實際的通信網絡設計過程中，控制器并不是直接與驅動器進行連接的，而是通過高速光耦作為連接器實現二者的連接。通過高速光耦的應用，實現了控制器局域網絡總線上各個節點所連接導航設備的相互獨立性。

3 船舶導航網絡通信技術發展趨勢

3.1導航系統微型化

整個船舶的通信導航系統向著小型化、高精度發展是未來船舶導航網絡通信技術發展的必然趨勢，整個產品除了滿足一般的功能要求以外，還應當在整體上滿足可靠易用、低功耗以及數字智能卓越性能。

3.2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：傳統的船舶導航系統存在著系統線路負載，信息傳輸穩定性與安全性差等問題，因此，可以通過采用控制器局域網絡總線取締串口進行導航設備連接、以太網絡代替傳統單串口進行導航通訊等技術，從而達到提升傳播導航能力以及導航穩定性、安全性的目的。通過以上技術的使用，能夠有效提高我國船舶導航系統網絡通信技術水平，促進我國航海事業的進一步發展。

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