新型船载EPIRB读码设备的设计

彭晓星，周美庆，钱立军

(1.浙江国际海运职业技术学院，浙江 舟山 316021；2.宁波润杨通讯导航有限公司，浙江 宁波 315100)

新型船载EPIRB读码设备的设计

彭晓星1，周美庆1，钱立军2

(1.浙江国际海运职业技术学院，浙江 舟山 316021；2.宁波润杨通讯导航有限公司，浙江 宁波 315100)

针对紧急无线电示位标(Emergency Position Indicating Radio Beacon,EPIRB)存在误报警、频率偏差大、电池功率小和水密性能差等问题，仅依靠船员的自测试和常规检查无法确保设备的可靠性，而通过无线电检测机构使用专门的读码器进行年度检验周期太长，设计一种新型船载EPIRB读码设备。该新型EPIRB读码设备采用数字接收方案，通过变频将406 MHz信号转换为中频数字信号，采用单片机进行解码，通过RS232串口连接PC电脑输出读取的水上移动通信业务标识码(Maritime Mobile Service Identity,MMSI)和频率等测试结果，同时设计读码器与手机无线连接，通过手机APP直接查看设备的性能。实践证明，该新型EPIRB读码设备适合船员操作，使用方便，性价比较高，能从根本上消除业界认定的EPIRB的不可靠性给船舶安全航行带来的隐患。

船舶工程；紧急无线电示位标；检测；读码设备；设计

自全球海上遇险与安全系统(Global Maritime Distress and Safety System,GMDSS)全面实施以来，船用紧急无线电示位标(Emergency Position Indicating Radio Beacon,EPIRB)一直是船舶必配的遇险报警设备。为方便船舶在遇险时自动释放并发出报警信号，该设备必须安装在船舶罗经甲板上或驾驶台左右两翼，这会导致设备因长期暴露在恶劣的环境中而使水密性和收发信号的能力受损及发生误报警。由于设备的频率精度、相位偏移和信号稳定度等方面的问题会导致无法报警，因此需通过适当的测试和维护来保证设备的可靠性。[1]为此，国际海事组织(International Maritime Orgonization,IMO)规定EPIRB设备需进行年度检验和5 a特检，但是船员的自测试、海事局的港口国监督(Port State Control,PSC)检查和船检检查因缺乏专门的检测设备而只能流于形式。虽然船舶上的常规检查按规定每季度进行一次，但因船舶未配置专门的检测设备而不能达到确保EPIRB可靠的目的。目前，EPIRB的年度检测只是由船检部门指定的第三方无线电检测机构使用进口的专门仪器进行，给船舶航行安全带来了极大的隐患，相关部门需予以重视并采取合适的防治措施。

1 典型EPIRB的工作原理及误报警分析[2]

按照IMO的有关标准A.569(14),A.611(15)和A.661(16)决议及国际无线电咨询委员会(International Radio Consultative Committee,CCIR)的632标准和633标准的建议，国内外生产的EPIRB基本上都是由发射机、电源和天线等部分组成的，典型的406 MHz EPIRB的工作原理见图1和图2。目前普遍采用3个或4个开关设置(手动、自动、测试及关闭)。需特别指出的是，自动开关大多通过触发水敏开关、磁性开关和水银开关共同完成报警信号的发射，其中：手动MANNUAL接通将立即发射遇险报警(一般设置防误操作装置)；AUTO用于在航时设置，一旦船舶遇险，自动启动释放后报警；TEST用于平时测试时使用，主要用来检查电池能否正常工作，但无法判断设备的工作性能是否正常；OFF开关主要在拆装、维修和搬运时设置用。经典的JRC JQE-3A EPIRB的工作原理见图1。

图1 JRC JQE-3A EPIRB工作原理

图2 TRON 30S/40S EPIRB工作原理

406 MHz EPIRB作为GMDSS中的辅助报警设备，几乎所有船舶都配置，但其仍存在一些问题。近年来发生过许多EPIRB误报警事件，且直到岸上RCC (Rescue Coordination Center)通知船舶所有人后才能进行处理。这些事件大多数是人为操作失误造成的。此外，该设备还存在产品设计和安装维护方面的问题，因此若要最大限度地解决该问题，需为船舶配置一个专用EPIRB读码设备。然而，市场上的EPIRB读码设备(如ARG 5410，JOTRON TRON UNIDEN)主要来自于欧美国家,价格昂贵，少数国产设备是为船舶检验机构设计的，维修保养及产品计量检验极为不便。[3]因此，设计一个满足船舶驾驶员测试需要且性价比高的EPIRB读码设备十分必要。当前EPIRB存在的问题可通过以下措施应对：

1) 在EPIRB上安装蜂鸣器，在发送遇险报警的同时发出声响提示船员，以便船员及时发现误报警等问题。

2) 在EPIRB容器的顶部设置一个透明窗口，以便船员在进行常规检查时通过EPIRB的闪光灯确定其工作状态。

3) 在EPIRB容器上开一个小孔，保持容器内部干燥，以免积聚的水分引起海水开关误动作，进而引发误报警。

4) 将测试开关和发射开关分开设置，并设置防止意外操作的保险装置。

5) 若拆船时发生误报警，确定拆解前拆船厂是否按规定向当地主管机关报告,是否有操作规程,相关人员是否熟悉具体操作程序。

6) 检查船上是否有EPIRB操作和检测方法说明及误报警解除操作规程。

2 船用EPIRB读码设备方案设计

2.1方案设计思路

该方案的目的是设计一种低成本的船用EPIRB读码设备，供船舶驾驶员对EPIRB设备进行日常检测和维护，利用手机APP实现随时检查EPIRB的性能，及时发现并防止误报警发生。其基本原理为：接收EPIRB发射的无线电信号，采用数字中频解调技术进行解调，对协议数据进行解析，并输出测试结果，以检测其是否处于正常工作状态；同时，根据测试结果判断EPIRB的频率精度和频率稳定性测量是否满足《国际海上人命安全公约》(International Convention for Safety of Life at Sea,SOLAS)的相关要求。[4]

2.2基本电路设计

船用EPIRB读码设备主要由接收机、A/D转换、数字信号处理电路和接口电路等组成，首先由天线接收EPIEB的4种标准频率(406.25 MHz,406.028 MHz,406.037 MHz,406.040 MHz)±0.005 MHz的发射信号，随后混频输出调制信号，中放,由A/D转换后进行解调，完成数字解析，送到PC上显示及打印测试结果；同时，该读码器与手机无线连接，进行数据传输，实现手机APP浏览和EPIRB的各种性能指标查看，分析其参数，判断EPIRB是否正常工作，从而确保船舶安全航行。图3和图4分别为船用EPIRB读码设备整体框图及电路图。

2.3核心电路板的系统设计

按照设计思路进行系统设计，并根据性能要求研发出模板;船用EPIRB读码设备的作用是接收EPIRB发送的信号，完成有关检测工作。信号测试仪基于中频软件无线电技术，采用数字化方案，在中频上对信号进行数字化，采用ARM完成后续的频率测量、信号解调和协议解析工作。船用EPIRB读码设备整体电路图见图5，主要由中频接收、数据采集及基于ARM实现的信号载频测量、解调与协议解析等3部分组成。[5]

图3 船用EPIRB读码设备整体框图

图4 船用EPIRB读码设备电路图

图5 船用EPIRB读码设备整体电路图

3 EPIRB读码设备硬件设计效果图

经过理论分析及系统设计，在考虑海上复杂环境条件的基础上设计满足EPIRB读码设备要求的设备，其外形见图6。在实验室进行多次使用和验证，结果表明，按照上述主要电路设计的读码器能正常稳定工作。利用EPIRB真机读码的效果图见图7。

图6 EPIRB读码设备外形

图7 利用EPIRB真机读码的效果图

4 结束语

将设计的船用EPIRB读码设备提供给船舶驾驶员使用，可通过手机APP查看EPIRB的性能，主要包含信号的高精度测频、硬件设备和样机的工作效能分析。EPIRB信号解调后的数据解译可根据EPIRB数据协议进行。设计方案简单清晰，对硬件的要求相对较低，主要测量工作均由软件算法实现，无实时性要求，具有较高的可行性。现已实现设备的样机初步使用，样品性价比高，稳定可靠，能解决长期存在的保持EPIRB可靠性的难题，其作用已得到船员、海事检查部门和通导行业人员的肯定。此外，在EPIRB误报警时,船舶驾驶员可通过船用EPIRB读码设备主动检测、及时处理，防患于未然，避免因此造成严重后果。

[1] 金光，常满文，姜弢.嵌入式EPIRB检测仪的GUI设计[J].应用科技，2010，37(2)：48-51.

[2] 彭晓星.GMDSS系统存在问题及应对措施 [J].上海海事大学学报,2008,29(1):37-40.

[3] 祁德桂，常满文，郑志，等.基于ZEVIO1030的EPIRB检测仪设计[J].信息技术,2010(5):46-48.

[4] 中国交通信息中心.卫星应急无线电示位标性能要求： GB 14391—1993[S].北京：中国标准出版社，1993.

[5] 李仕桂.EPIRB检测仪的设计[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2011.

DesignofNewShipborneEPIRBDecoder

PENGXiaoxing1，ZHOUMeiqing1，QIANLijun2

(1.Zhejiang International Maritime College,Zhoushan 316021,China;2.Ningbo Rayoung Electronics Co.,Ltd.,Ningbo 315100,China)

It is not uncommon that an EPIRB (Emergency Position Indicating Radio Beacon) produces false alarms or has frequency deviation,poor equipment battery power,poor watertight,etc.Testing and routine inspection by crew can not ensure the reliability of the equipment,and the professional inspections with special instruments are normally conducted by radio inspection agencies on the annual bases,which is not frequent enough for practical operation.A new shipborne EPIRB decoder for testing EPIRB equipment is proposed.The decoder receives the EPIRB 406 MHz signal,converts it into the intermediate frequency digital signal,and then demodulates and decodes with a single chip microcomputer.A PC computer can be connected to the decoder via a RS232 serial port to check the transmitted frequency and MMSI (Maritime Mobile Service Identity,MMSI) and other parameters.The decoder can also output test data to mobile phones via the wireless link and display them by means of a mobile phone APP.Practical tests prove that the new device is easy to use and cost-effective and suitable for routine use on board.The decoder will be the tool for handling the potential safety trouble caused by the EPIRB unreliability,which has been recognized by the industry.

ship engineering; EPIRB；inspection；decoder；design

U675.7

A

2017-02-27

2016年度浙江省高等学校访问工程师项目(FG2016177)

彭晓星 (1972—),男,湖南岳阳人，副教授，硕士，从事船舶通信导航研究。 E-mail:pxx@post.zimc.cn

1000-4653(2017)02-0011-03