船舶自動識別系統設計研究

尹振壽， 李春立

（1.招遠市水利建設養護中心， 山東 招遠 265400；2.山東省海洋儀器儀表科技中心有限公司， 山東 青島 266001）

引言

隨著國際金融貿易的不斷增加，世界各國之間進行貨物交流越來越頻繁，船舶作為貨物運輸的主要方式，在海上航行的數量越來越多，并且其也逐漸朝著智能化、大型化、高速化的方向發展[1]。在海上航行的過程中經常會遇到船舶之間距離過近，不能及時避讓發生碰撞事件，這不僅對海上航行人員的安全造成影響，并且船舶載貨有時攜帶有毒有害物質，在海洋生態環境中擴散會對海洋環境造成非常惡劣的影響，有時甚至會危及海洋生物安全。早期在海上航行的船舶采用的是船用雷達技術和自動雷達標繪儀，這兩種技術在航行的過程中不能夠準確識別船舶的詳細信息，同時由于海上氣候條件惡劣，這兩種技術在使用的過程就會出現偏差，影響船舶的正常安全航行[2-3]。船舶自動識別技術正是在這樣的條件下研發產生的，船舶自動識別系統在實際使用的過程中，具有以下優勢：

1）減少了人員的實際工作量。無論是在海上的航行過程中還是在靠岸的港口上，只要船舶接近到自動識別系統的識別范圍內，系統就能夠對船舶的詳細信息進行讀取，例如船舶的總重、船舶的尺寸以及船舶的航行路線等[4]。

2）精度更加準確，能夠實現航行船舶的自由調度。

3）全天候、無死角偵察，不論是航行過程中雷雨還是風浪天氣都有著非常強的抗干擾能力和偵測能力，并且偵測的距離和范圍更加長而廣[5]。

1 船舶自動識別系統的組成和工作原理

船舶自動識別系統其內部主要是由中心控制電路、內置的衛星定位接收器、DSC 和TDMA 接收機以及發信機燈組成的。外部再配備有在航海中經常使用的導航定位儀、陀螺羅經以及轉向計和電子海圖等。內外兩部分共同組成了整個船舶自動識別系統。其結構圖如圖1 所示。船舶自動識別系統主要的功能是能夠在航行過程中，對船舶位置進行定位以及對來往其他船舶的基本信息例如航向、航速以及航行狀態等基本信息進行發射和接收，從而在海上自由安全航行。

圖1 船舶自動識別系統組成圖

船舶自動識別系統一般采用的通信協議是TDMA 通信協議，在航行的過程中船舶自動識別系統在啟動時會不間斷地監測進入到其檢測范圍內的TDMA 信道的活動狀態。同時進入這個網絡中的自動識別系統會分別采用SOTDMA 協議進行工作，該系統能夠自主解決信號接收過程中的沖突影響，并且能夠自主接收信息，并能夠準確傳遞給顯示終端進行顯示。

2 中心控制及接口電路設計

2.1 電源電路

船舶自動識別系統的主機供電模塊采用的是DC8 V 得供電電源，經過轉換后得到DC3.3 V 和DC5 V的供電，能夠保證配置的兩塊ARM 能夠高效穩定的工作，同時兼顧其他模塊的電源供電。其電源電路圖如下頁圖2 所示。

圖2 電源電路圖

2.2 復位電路

船舶自動識別系統的復位電路主要是為了完成整個系統的上電復位。船舶自動識別系統的4 個復位電路均是由簡單的RC 電路組成的。船舶自動識別系統的復位電路圖如下頁圖3 所示。

圖3 復位電路圖

3 中心控制及接口電路軟件設計

硬件設計完成后需要軟件來實現兩個功能主要是與外端設備的接口通信功能和通信功能。這兩部分的功能主要是通過S3C4510B 來實現的，這兩個芯片之間相互依存又相互交換信息。

3.1 外設的通信程序

船舶自動識別系統的接口通信程序包括初始化、數據處理、主程序以及通信程序等相關程序。針對船舶自動識別系統的程序中，初始化程序的任務主要是對整個程序中的所有過程進行初始化。主程序是整個程序的中心執行主體。數據處理程序主要是將各種信息進行重新構建的過程。其程序設計的流程是通過以下方式進行的：

首先是進行初始化程序，然后對運動參數進行分析，分析其參數是否有效，當其運動參數有效時可以對其運動參數進行更新設置，對其進行消息的構建，進一步分析是否接收到用戶終端的短消息，當其接收到用戶的短消息時，對其進行定時至1 s～6 min，分析其信號源的狀態是處于靜態還是處于航行參數變化的狀態，然后對參數的信息進行實時更新，重新構建發送消息并向ARM 傳遞信息，完成整個系統與外設通信過程。

3.2 接口通信程序

通信程序同樣是由初始化、接收/發送程序以及IIC 通信程序組成的。通信程序的初始化主要是對參數進行設置，實現對高斯濾波器以及調頻發射機的參數進行設置。整個通信程序的過程是先進行初始化網絡，在進行監視VHF 數據鏈路，分析是否達到1 min，達到后進行下一步的登陸網絡，登陸網絡成功后發射第一幀頻率信號，然后繼續連續運行，若出現報告速率改變的話進行自主調整，重新安排傳輸周期，從而實現信息的接收和發送功能。

4 結語

通過對船舶自動控制系統進行完整性測試、恢復默認值測試以及記錄功能測試后發現，當設備運行出現故障時，中心控制電路在10 s 的響應速度內能夠檢測出電路故障并反聵給顯示的終端進行故障提示。當用戶在界面上進行復位操作時，中心控制系統會發布清除信息命令，對整個系統內存的用戶信息進行清除，并提示關閉系統供電電源。當用戶每次開關機時，該系統能夠記錄保存每次的開關機記錄，并且在每個過程中都能夠進行查閱，最早可以查閱到10 組的相關記錄，當超過10 次時，最早的記錄將會被自動清除。

本文通過分析船舶自動識別系統主要的組成部分，分別進行了硬件設計和軟件設計，實現了船舶自動識別的實際功能，能夠在海上航行過程中獲得相關信息的情況，實際的操作過程操作簡便，信號穩定，最終進行測試，驗證了該船舶自動識別系統能夠充分達到需求設計的方案功能，能夠為以后生產實踐提供一定的設計參考。