船舶通信导航设备的综合配套设计分析

鲍磊

摘要：通信技术主要研究信息传输和信号处理在通信过程中的原理和应用。它主要包括信息的收集、处理、传输、交换和再现过程。信号处理和信号损耗研究是通信工程中两个重要的研究环节。信号处理包括信号滤波，编码和解码等。信号丢损耗研究旨在减少信号传输过程的损失。通信技术可根据传输方式分为有线通信、无线通信等方式;根据通信类型，可分为数据、语音、图像和视频通信;根据承载通信设备的平台，可以分为移动通信和固定站通信;根据传输带宽，可以分为窄带通信、宽带通信和超宽带通信。船舶通信属于移动通信类别。

关键词：船舶通信;导航设备;综合配套设计

1 通信导航系统实施的现状

E-navigation在通航、助航、交通服务方面发挥了重要作用， 而航海通信导航的设施和手段是E-navigation战略的重要组成部分和系统运行的核心。目前， 航海通信导航的主要功能是通过GMDSS （全球海上遇险与安全系统） 实现的。GMDSS于1988年被载入SOLAS （海上人命与安全）74/88公约，于1992年开始全面实施。GMDSS主要由海事卫星通信系统，以及中频 （MF） 、高频 （HF） 和甚高频 （VHF） 构成的地面无线电通信系统，通信质量高、误差率小， 特别是卫星通信系统覆盖了全球主要航海水域。GMDSS在船到岸、岸到船、船到船的遇险、紧急、安全与常规通信方面均起着极为重要的作用。

航海通信导航系统实施二十多年来，虽然技术手段在不断提高，但是还存在地面通信系统带宽较低， 难以满足各类服务需求的问题，而卫星通信主要依靠INMARSAT （移动卫星通信系统），使用成本较高，限制了大规模的应用。此外，部分通信导航设备会因为性能滞后或元器件问题而使其可用性降低。随着航海技术的发展，各类船载通信导航设备越来越多，这虽然为船舶人员提供了更多的通信导航手段，但是这些设备和系统的相互兼容性不佳，甚至有部分功能重复，显示界面无序，导致信息共享不畅，反而增加了船舶人员的操作负担，进而可能引发海上事故。在当前背景下，有必要对航海通信导航系统的未来发展作一些全局性、战略性和探索性思考。

2 船舶通信和导航技术的现状

2.1 船舶通信技术现状

今天的民用通信通常将不同的服务网络和终端与宽带基础设施网络连接起来。船内设备通过网络与船舶外部通信设备连接。船舶通信基础设施是一个由四个层次组成的综合网络，较低层次为上层提供服务。顶层是应用层，主要包括各种应用;第二层是网络服务层，提供数据，语音和视频等基本信息。第三层是协议层，主要包括ITU通信协议和IP通信协议;底部是基础设施层，主要为前端创建通信环境。

2.2 船舶导航技术现状

船舶导航系统由传感器和数据处理系统，控制系统和终端显示设备组成。

（1）传感器是用于收集各种导航类型的信息，并将收集的信号数据输入数据处理系统进行处理。例如，速度由计程仪传感器提供，并且天气信息由气象传真天线接收。目前，传感器正在变得越来越高度集成，并且通常仅需要一个传感器来实现多维数据采集。

（2）处理系统：所谓的处理系统是处理由传感器传输来的数据系统。它聚合传感器传输的数据，通过一系列算法获得船舶导航所需的数据，并将数据结果发送给终端显示设备。主要有导航数据处理和显示，罗经数据处理和显示，水深数据处理和显示， 以及速度数据处理和显示等。

（3）系统控制软件：它主要控制数据处理系统和其他设备来管理和控制船舶，包括：综合信息管理软件、航向、速度、水深数据处理和显示软件、电子海图， 自动避碰软件、天气、风向、风速信息接收和处理软件。

（4）输出设备：主要包括INS、ECDIS、导航雷达、IBS、ARPA等设备集成显示PC终端， 自适应CNC自动舵、打印机等。

3 雷达、导航显示规范和配套设计分析

在针对雷达以及导航显示规范和相对应配套设计等问题进行分析时，通过2008年7月1日之后所安装的所有雷达以及相对应显示器当中的主要内容进行分析可以看出。这些设备当中必须要包括的内容如下所示，首先，其中要包括雷达在显示过程中的最小直径，最小显示尺寸。其次，还要包括一些自动目标探测能力或者是其他的雷达目标捕获能力等。雷达本身是导航在显示过程中的一种规范化表现方式，同时，在针对雷达进行更新以及对相对应的设备进行配备要求具体实施时，在2008年的时候，就已经开始逐渐执行，并且在实践中将与其相关的一些措施和方法落实到实处。在新规范中，对厂家本身在针对雷达进行制造时所提出的性能要求越来越高，同时还要保证对其形成良好的维护和保养。雷达在某种程度上可以说是船舶在运行过程中的“眼睛”，船舶很多的决策性内容都需要依靠雷达来完成，也就是雷达是导航设备的核心以及灵魂所在。IMO对于雷达性能本身而言，不断提出更高的要求，这样才能够保证船舶在运行过程中的安全性和稳定性。除此之外，AIS 本身是雷达的重要辅助导航设备之一，有该辅助设备，雷达在运作过程中，能够保证提供的数据和依据资料更加具有真实性和有效性。这样不仅有利于对船舶相关的位置以及其他相关信息有更加深入的了解和认识，而且还能够对其他船舶目标起到良好的识别作用。

4 远程识别目标系统规范和配套设计分析

在针对2008年12月31日之后所建造的船舶进行分析时，这些船舶在建造过程中，必须要有相对应的远程识别目标系统功能证书。在该系统运作过程中，其主要包括的内容有很多，其中包括发射数据，MMSI 以及船舶位置等，这些信息内容一般在间隔6個小时之后，就发送一次。远程识别目标系统在构建以及具体应用过程中，大多数情况下，与其相关的一些设备在运作过程中，都会通过原有的一些 INMARSAT-C 或者是一些具有升级后带功能的通信导航设备来完成该操作。因此，在这种情况下，这一功能的出现以及在实践中的落实也会逐渐集成在原有的一些卫星通信 C系统的内部当中。在针对系统进行设计配置的时候，需要结合实际情况，适当增加该项目功能在其中的应用作用。该系统在其中的融合，对于一些生产厂家或者是船厂本身的配套设计而言，并不是很复杂，基本上都是集成在一些原本的卫星通信C站。在这种情况下，每经过6个小时之后，船舶各自的位置就会有所更新，这样就能够对陆地的监测提供有效的位置依据，让陆地监测能够实时有效的导控到船舶在运行过程中的实际地理位置。由此可以看出，这种方式在操作过程中，无论是针对船舶的管理或者是船舶在运行过程中的安全性和稳定性，都能够发挥出一定的实质性意义。除此之外，利用这种小成本的控制方式，能够实现陆地对船舶有效的检测，这种措施可以将其称之为远距离的AIS系统。

结语：

总之，船舶通信导航设备在实际应用过程中，与其相关的一些规范化内容和特征从来就没有停止过更新和创新。特别是对于设计人员而言，需要及时关注一些新规范的提出，同时还要对这些规范的具体生效时间有一定深入的了解和掌握。这样不仅能够从根本上保证通信导航系统在设计过程中的有效性和水平提升，而且还能够尽可能满足设备配套在使用过程中对规范提出的基本要求。

参考文献：

[1]耿虎.现代通信技术在船舶及其救援中的应用[D].舟山：浙江海洋大学，2017.

[2]陈小虎.基于Web的船舶导航系统综合信息服务平台设计与实现[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2014.

[3]熊志威.内河船舶航行于江门广海湾水域的限制条件研究[D].武汉：武汉理工大学，2012.