船舶通信导航技术及发展趋势研究

杨洪鹏 薛文平 许大鹏

摘 要：船舶通信导航技术主要以船舶作为载体平台，以水上航行空间作为应用环境，全程服务于船舶所有航行操作任务，为船舶达到目的地服务。船舶通信导航技术涉及各种通信导航手段，例如航位推算、无线电信号发送接收、地图匹配、卫星定位、惯性解算等等，也包括它们之间的技术组合，实现了对船舶动态与位置的相关参数分析。本文分别探讨了船舶通信与导航技术，并分析了它的未来发展趋势。

关键词：船舶通信技术；导航系统；网络数字化；高速率

船舶通信技术应用是导航技术实施的先导，而导航技术则保证通信技术达到船舶航行各种要求，客观讲两者技术是相辅相成，缺一不可的。应该对两种技术进行一一分析，然后再思考它们的未来发展趋势。

一、船舶通信技术与导航技术

（一）船舶通信技术相关论述

船舶通信技术运用到了大量通信手段，主要实现了对信息的有效采集、处理、传输、交换与重现，它以船舶作为基本承载平台，相比于内陆通信技术有很大区别，主要应用于海洋船舶通信，它的具体技术特点包括以下以下3点。

第一，它的对外联络技术只通过无线通信进行，可实现无限远距离全球通信，或通过卫星与短波来实现通信。

第二，它的通信频段覆盖面积较广，所涉及设备多且整体系统内容相当复杂，而且由于受限于安装技术与使用环境，其天线包括其它设备全部通过高度集成形成。

第三，该技术并没有固定的基础设施依托，它的内外部通信与导航都能够自成一体。

从应用领域来看，船舶通信技术是最早被应用于军事领域的，从上世纪50年代开始，该技术就被各个西方强国海军引入到水面舰艇中，应用于舰艇内外部集成技术领域。到了90年代，综合通信系统ICS出现，美国的“宙斯盾”驱逐舰就采用了这一通信技术系统。而在我国上世纪70年代，水面舰艇通信系统设计则完全采用了“单机单控”模式，但它的业务承载能力略显单一，且通信资源管控水平也相对偏低。但从整体来看，海军采用船舶通信技术引领了世界通信領域的发展，进入21世纪以后，该技术逐渐渗透到民用船舶通信领域，虽然军用与民用船舶通信系统在核心技术上基本相仿，但它所表现出的职能则完全不同。它所采用的同样也是宽带基础网络，但它的终端为一体化连接，而且是模块化、开放化且可组合化的。所谓一体化网络体系中其船舶的信息基础设施为IP网络系统，它由接入网络与骨干网络所共同组成，另外还包括了CTI服务、船舶一体化网络基础设施、交换呼叫处理以及语音识别与合成4个层次组成，其中每个层次之间都会提供相互的支持与服务。另外，在信息基础环境与其相邻的系统管理中还包含了维护体系层、安全保障体系层以及标准化体系层，这3部分形成了一个有机的系统化整体，其中具有结构稳定性与适应性特点，能够同时实现通信与网络应用技术，它为船舶综合信息系统奠定了重要的技术基础。

（二）船舶导航技术相关论述

船舶导航技术主要为海上船舶提供航位推算、惯性解算、地图匹配、卫星定位以及无线电信号灯多种技术组合应用，帮助船舶本身确立载体动态状态与位置参数。

船舶导航技术主要应用到了航海功能软件，它可以进行航路监视，避免船舶偏航或穿越非安全区，如果一旦发生此类情况会对船舶发出警告指示，并附带一些其它应急措施。另外就是航行记录，它能够全程记录船舶航行的所有相关数据，并自动生成航海日记，供船员随时需要随时提取使用。再者，它的自动避碰功能软件与气象信息处理软件也很发达。

在它的综合导航系统中，则主要提供高精度的船位、航向与航速数据测试，另外也对海洋气象与水深进行数据分析，为船舶航行安全提供数据保障。另外它的雷达图像与ARPA信息系统能够与电子海图重叠显示，可以测量从目标到本船的实际距离、方位，甚至包括对任意两点方位与距离的测量。而导航系统还能对船舶货物装载与船体稳定性、强度等等重要硬件参数进行计算和显示[1]。

二、船舶通信导航技术的未来发展趋势

船舶通信导航技术在目前已经相当成熟，而它的未来发展趋势则倾向于微电子、光电子以及计算机等等技术，它希望有效促进导航、通信、计算机以及网络之间的相互深度融合，最终推动并建立基于智能化、一体化的综合通信导航网络体系。而对这一体系的要求则是高精度和低成本，结合高速带宽与新型通信手段来不断推进船舶通信导航技术向前发展。具体来讲，其技术发展趋势主要集中于以下3点。

首先，整个船舶通信导航系统正在趋向微型化、高精度化方向发展。根据产品的一般性要求，它的各种惯导都应该具备可靠性、易用性、轻小型化、低功耗以及数字智能化，整体来讲就是要做到精益求精，如美军的芯片级原子钟就达到了相比于传统原子钟小100倍的微型化设计（15cm3），它的功耗也相应降低了10倍，而精度却提高了10个以上数量级。一般来说，这种微型化技术均用于军用场合，像芯片级组合原子导航仪就能够帮助军用舰艇提供超高精度的运动探测能力与快速启动能力，而且它的功率可以控制在1W以内，而尺寸也不会超过20cm3，其长期的运行稳定性与启动时间都具有相当优势[2]。

其次，它的通信网络已经趋向于宽带化、数字化高速发展方向。首先，它目前已经发展到手机智能终端上，而且其体积一样相当小，已经能够满足现代人高速上网和视频通话等等生活化功能。在未来，它的业务技术也将更加丰富。

第三，在未来船舶通信与导航网络将趋向于一体化、综合化和智能化快速发展方向。它会采用不同的推进手段和不同的网络化技术，但整体上其要实现基于电信网络、广播电视网络以及互联网络的技术性“三网融合”。再结合当前的物联网、大数据、云计算、智慧地球等等技术，也让网络功能不断拓展深化，拥有更广阔的发展前途。

而船舶监控网与作战指挥网的出现也将在未来不断强化船舶通信导航技术，实现通信移动化与组合化，形成全新的数据船桥一体化技术应用，保证船舶的通信导航技术应用更加经济、灵活，从根本上提高船舶在航海运作过程中的生存能力[3]。

三、总结

在当前，船舶通信导航技术已经渗透到各个应用领域，特别是在军用与民用两大领域中发挥了它极其强大的主导功能作用。在未来，该技术体系也将继续优化自身，确保更多一体化、智能化与综合化技术的有效实现与应用。

参考文献：

[1]王玲，张彬祥.船舶通信导航技术及发展趋势[J].舰船电子工程，2016，36（3）：17-21.

[2]黄应邦，马胜伟，吴洽儿，等.渔业船舶通信导航技术现状及发展趋势[J].中国水运（下半月），2017，17（3）：83-85.

[3]王化民，许海涛.船舶通信与导航现代化发展趋势研究[J].青岛远洋船员职业学院学报，2016，37（4）：1-4.