船舶导航系统网络通信关键技术研究

钱阿朝　王晓 李卓琳

摘要：近年来，随着科学技术的发展以及社会经济的进步，我国的船舶制造业发展也取得了卓越的成就。现阶段，船舶航行时的航行范围更大、船舶结构更复杂，这就要求船舶导航系统的网络通信技术必须具备过硬的质量和先进的技术，从而保障船舶航行过程中的导航能力的提供。本文对当下船舶导航系统的网络通信关键技术做了研究，并深入分析了这些关键技术的具体实现方案，以期进一步提升现代船舶导航系统的网络通信能力。

关键词：船舶导航系统；网络通信；关键技术

一、传统的船舶导航系统网络通信技术分析

传统的船舶导航系统多采用单一串口进行导航设备的连接，并通过二进制补码的形式进行船舶导航通讯。这种导航系统操作简单，通讯范围远，但是导航设备的信息传递是挨个传递的，因此，信息传递速度较慢，同时，这种导航系统存在着线路复杂的缺点。

二、新型导航系统网络通信系统和技术简介

2.1通信网络方案

传统的船舶导航系统的通信接口采用的是RS-422A特性标准的，这种通讯接口的优点在于结构及线路之间的连接方式简单快捷，且可传播范围较远，对于位置獨立、信息点对点传播的设备有利。而采用控制器局域网络总线，能够适用于信息点对点、点对面的多种传播方式，保障了多点信息在进行信息数据传递时不会出现相互冲突，避免了信息丢失等问题的发生。控制器局域网络总线网络是一种底层控制网络，具有极强的操作性；同时，控制器局域网络总线能够与以太网技术实现有效结合，实现通信传输的多样性；另外，控制器局域网络总线网络还能够解决船舶设备对通讯网络的影响。在实际的通信网络方案选择过程中，可以通过船舶的具体使用情况和协议要求进行适当地通信网络构建。

2.2通信网络的体系结构分析

传统的通信系统限制了信息传输方式，导致通讯效率过低。而控制器局域网络总线和以太网相互结合能够有效扩大通讯范围、保障通讯信息的稳定性，因此，现阶段的船舶通信技术均采用了这种通讯方案。现代船舶导航系统的通讯结构主要包括以下几个方面：

数字导航设备和控制器局域网络总线网络构成了网络通信总线，在总线上的多串口卡基础上，通过局域网络总线通讯卡来为CAN总线提供通讯能力，避免了其他通讯设备被破坏之后整个线路无法进行通讯的问题。

2.3导航系统成分组成

现阶段的传播导航系统实现了从串口到控制器局域网络总线网络的整体改进，传统的船舶导航设备以及综合导航显控台的串口已经不能满足当下的船舶导航要求，必须将其升级为控制器局域网络接口，从而使得船舶通信系统实现统一的控制器局域网络结构。倘若船舶导航系统的综合导航显控台实现了控制器局域网络化而接口仍保留串口形式时，必须在二者之间加入另一元件，从而实现串口向控制器局域网络的转化。但是这种借助中间元件进行的船舶导航系统改造并不彻底，在实际的工作过程中还存在着如下的问题：第一，这种半改造没有简化综合导航显控台与导航设备之间的复杂连接线路；第二，各导航设备以及导航系统之间的通讯信息仍然不能实现共享传播；第三，由于中间元件的加入，使得综合导航显控台内的信号及线路更加复杂，通信系统更容易出现故障。

为有效解决以上问题，现阶段的船舶导航系统的网络结构及组成成分主要包括以下几个方面：在控制器局域网络控制总线上，分别连接有各种导航设备的CAN接口通讯卡，控制器局域网络总线通过CAN通讯卡实现了与以太网卡的相互结合，从而实现了二者之间的网络连接。

三、现代船舶导航系统网络通信关键技术的研究现状

3.1CAN总线通信接口电路的设计

控制器局域网络总线控制器实现了网络层次的数据链路层和物理层的稳定性，从而为网络通信质量提供了保障。控制器局域网络总线控制器是通过可编程芯片与逻辑线路的组合来实现以上工作内容的。现阶段，控制器局域网络控制器主要包括两个控制器、一个总线驱动器以及高速光电隔离器等四个结构。控制器局域网络的控制器主要由微处理器进行初始化，从而实现信息传输数据的接收以及发送。而在控制器正常工作时，容易受到控制器局域网络节点的干扰导致信息的传递以及接收出现遗漏等问题，因此，在实际的通信网络设计过程中，控制器并不是直接与驱动器进行连接的，而是通过高速光耦作为连接器实现二者的连接。通过高速光耦的应用，实现了控制器局域网络总线上各个节点所连接导航设备的相互独立性。

3.2以太网通信接口电路设计

为了确保船舶导航系统的导航设备能够将数据通过以太网卡呈递至综合导航控制台，在实际的设计过程中需要为与综合导航显控台相连接的以太网卡设计专门的通信接口电路。具体设计时需要尽可能降低信息传递成本，并使得内部连接线路简化，现阶段我国船舶导航系统采用的是RTL8019AS以太网通信接口芯片。在芯片内部置入收发器，能够在保障电路简化的同时实现双电容电路传导下的双工通讯。

3.3通信网络的可靠性设计

为提高导航系统的稳定性和通信过程的安全性，通常在导航系统中进行冗余的设计，但是冗余的加入又会增加导航系统的线路复杂性和体积。因此，为确保系统结构简单的同时又能够保障信息传输过程中的可靠性，需要提高冗余技术的设计水平。

四、结语

传统的船舶导航系统存在着系统线路负责，信息传输稳定性与安全性差等问题，因此，可以通过采用控制器局域网络总线取缔串口进行导航设备连接、以太网络代替传统单串口进行导航通讯等技术，从而达到提升传播导航能力以及导航稳定性、安全性的目的。通过以上技术的使用，能够有效提高我国船舶导航系统网络通信技术水平，促进我国航海事业的进一步发展。

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