船舶通信导航技术及发展趋势

鲍磊

摘要：船舶通信导航技术，主要是将船舶作为载体，以水上航行线路为应用环境，为船舶航行提供技术支持，从而保证船舶航行的安全性。船舶通信导航技术包含各种通信以及导航手段，如航位推算、航向和航速、无线电信号传输与接收、卫星定位、地图匹配、惯性解决方案等。基于此，本文对船舶通信导航技术及未来发展趋势进行了分析，以期提供一定的参考价值。

关键词：船舶;通信导航;发展

一、船舶导航技术

关于船舶导航技术，其负责为船舶航行提供精确的航位推算、惯性计算、地图匹配以及卫星定位和无线信号灯等多种信息，这有助于建立载体本身的动态和位置参数。目前，导航技术应用于导航功能软件，基本可实现航线监控，避免船舶在行驶中出现偏航、穿越危险区等功能。与此同时，我国当前的船舶导航技术也被用于航行记录，通过记录航行数据并自动生成船员的航海日记的方式，可保证相关人员对以上信息进行随时提取和使用。此外，我国船舶导航技术的自动防撞功能软件和气象信息处理软件也较为良好，在其组合导航系统中，不仅能够提供高精度的船舶定位、航向和速度数据测试等信息，同时还能够自动分析海洋气象和水深数据，为航行安全奠定数据支持。

二、船舶通信技术的发展

船舶通信技术不同于内陆通信技术，集采集、处理、传输、交换和再现功能为一体的船舶通信技术主要有以下个方面的特点：（1）外部通信技术可以通过无线通信实现卫星和短波通信以及无限距离的全球通信;（2）通信频段覆盖范围更加大，涉及的设备很多，整个系统非常复杂，并且，因为受到安装技术和使用环境的限制，其包括其他设备是高度集成化的;（3）此技术缺乏固定基础设施做为依靠，它的内部和外部通信和导航可以是自包含的。从应用领域的角度来看，通信技术首先应用于军事领域，但其业务承载能力稍有单一，资源管理水平较低，但从总体上看，海军利用通信技术促进全球通信技术进一步的提升。进入二十一世纪后，这项技术在民用船舶通信领域应用。虽然军用和民用舰船通信系统的核心技术大致相同，但是其实际功能是完全不一样。它还使用宽带基础设施，但是它的终端是集成的、模块化的、开放的和可组合的。

（一）E-Navigation与GMDSS现代化

近年来，随着航海技术的高速发展以及现代导航技术的应用，在航海观念和模式上发生了巨变。2007年国际海事组织（IMO）采纳了E-navigation的概念，即：通过电子方式在船舶和岸上协调收集、集成、交换、显示和分析海事信息，以增强船舶从码头至码头之间的航行及相关服务，实现海上安全、保安和海上环境保护的目的。E-Navigation概念所涉及的内容相当广泛，既包括了传统的导航手段，也包括了各种通信手段，作为船上即将使用的新技术，通信系统是E航海战略的关键因素，为了充分实施E航海战略，需要更新现有的通信系统，包括第二代AIS（AIS2.0）、基于VHF的数字通信、500KHZ的NAVDAT系统等，GMDSS系统的现代化进程迫在眉睫。

（二）VDES系统

从技术层面上，基于VHF通信技术、AIS技术在E-Navigation和GMDSS现代化中的重要作用，IALA、ITU等国际组织根据ITU-RM.1842-1技术建议方案，于2013年提出了水上VDES（VHF数据交换系统）的概念。VDES系统预计将集成了AIS、VDE和ASM等三项功能，不但可以实现船和船、船和岸间数据的交換，还可以为卫星和船舶远程双向数字通信保留空间，数据传输带宽更是可以达到150Kbps，远优于目前的船舶数据通信。

（三）LRIT/远程识别以及跟踪系统

美国“9.11”恐怖袭击事件后，国际航运界纷纷加强海上保安规范与操作。2006年5月，IMO通过了经修订的1974年SOLAS公约修正案，其中增加了强制实施LRIT系统的内容。该修正案已于2008年12月31日开始实施。

公约对LRIT系统的功能要求如下：

船载LRIT设备能够在无人干预的情况下每隔6小时的间隔自动向数据中心发送LRIT信息。信息内容包括：船舶ID、船位、与船位信息相对应的日期和时间;可以在陆地远程控制船载LRIT设备的发射时间间隔，时间间隔可控制在15min-6h之间;可通过“询呼”功能启动船载LRIT设备发送位置信息;LRIT设备可直接与船舶卫星导航系统接口连接，或有内置定位功能;应由船舶主电源和应急电源供电。由于Inmarsat-C/Mini-C系统稳定、可靠、设备小巧，适合安装在各种类型的船舶上，且目前大多船舶的GMDSS系统都配备了该分系统，因此Inmarsat-C/Mini-C是LRIT方案实施的首选船载设备。

三、船舶通信导航技术的未来发展趋势

船舶通信导航技术已经得到广泛的应用，它的未来发展趋势将会结合微电子、光电子以及计算机等等前沿技术，在有效促进通信、导航、计算机和网络的深度融合的同时，进而促使建立高精度和低成本的智能集成通信导航网络系统。高速带宽与新型通信手段也会不断推进船舶通信导航技术向前发展。

（一）通信网络正朝着宽带和数字化的方向迅速发展

宽带和数字通信网络一直是通信发展的重点。手机从过去的“大哥大”到现在的智能手机，尺寸越来越小，功能也越来越多，从最初的通话，短信发展到现在的网购、在线聊天、在线工作，这些都是宽带和数字通信网络发展的好处。未来，光纤通信中继距离将更远，速度将更快。在未来，如果我们要进一步发展通信网络，就必须考虑新光纤的发展，光交换和密集波分复用技术的发展。在不久的将来，随着超导技术、纳米技术和光路集成技术等新技术的发展，通信网络技术也将发生翻天覆地的变化。

（二）导航系统将朝着小型化和发展

根据导航系统的发展需求，各种惯性导航将在小型化、高精度、易用性、低功耗、轻量化、智能化和数字化方面进行细化，各种基础领域的研究成果将被快速、安全地应用于惯性导航产品的开发。美国芯片级原子钟的尺寸将比传统原子钟小100倍，仅为15cm3，功耗将降低10倍，精度将提高几个数量级。微尺度速率积分陀螺仪将取代当前惯性导航设备中的陀螺仪。导航级惯性微陀螺仪的未来体积仅为1cm3，功耗为5mW，随机角行程为0.001°/h，漂移率为每小时0.001°。芯片级组合原子导航仪将提供高精度的运动探测和快速启动能力，尺寸不超过20cm3，功率不超过1W，其性能远高于现有设备，具有出色的长期稳定性，启动速度也将显著提高。

（三）船舶通信和导航网络的系统集成和智能开发

船舶通信和导航网络的系统集成和智能开发将采用各种推进方法和不同的网络技术，实现电信网、广播电视网和互联网的“三网融合”，再结合当前热门的物联网技术、大数据、云计算、智慧地球等，其让网络功能不断拓展深化，拥有更广阔的发展前景。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，从根本上提高了导航的集成化和自动化。

结语：

目前，船舶通信导航技术已渗透到各个应用领域之中，尤其是在军事和民用领域中发挥着极其强大的作用，在未来，该技术系统将继续优化自身，以确保更多集成、智能和集成技术的有效实施和应用。相信经过工作人员的不断努力，船舶通信技术将得到进一步的提升。

参考文献：

[1]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（04）：1-4.

[2]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（03）：17-21.

[3]张淑芳.船舶通信导航技术[J].交通建设与管理，2010（10）：54.