现代信息技术在船舶通信导航领域中的应用

陈成

摘 要：伴随着船舶航运业务与海上交通的不断发展，船舶导航与通信系统中传输的数据类型越来越丰富，包括音频数据、传真和视频图像等，在船舶之间建立通信链接，并通过安全引导系统，对每个船舶的位置信息、航行信息进行综合处理，从而最大限度降低内河船舶航行时的安全隐患。本文主要讨论船舶通信导航技术及其发展现状，并分析了其未来发展趋势。

关键词：信息技术;船舶;通信导航;应用

1导言

近年来，伴随着我国舰艇技术的不断发展，各种舰船装备正在进行大规模的改进和创新，在船舶相关系统中，导航系统应当具备为船舶提供精确的位置信息以及能够将武器装备和测量系统有机结合的功能，这是船舶航行和作战的重要保障。而以通信卫星为主的船舶通信技术同样存在成本较高、数据类型单一等问题。因此，研究一种新型的船舶导航与通信系统，改进传统的通信技术有重要的意义。

2 船舶导航安全系统

在船舶导航安全系统中，往往以AIS平台为基础，将北斗定位系统、岸基预警监控系统和音视频传输技术进行结合，可以实现对船舶周围环境的自动化识别，能够及时识别出潜在的危险目标，通过提前预警，实现船舶的安全航行。但是这一切的基础都需要依赖通信系统，只有性能优越的通信系统才能保证数据在传输过程中不会失真，而数字集群通信系统全部满足这些要求。

3 船舶导航与通信系统的研究与发展现状

船舶导航与通信系统具有重要的作用，是船舶必不可少的系统之一。近年来，远洋运输行业不断发展，海洋的气象变化越来越频繁，针对船舶导航与通信系统的技术革新引起了广泛关注。目前，船舶导航与通信系统可以分为GPS卫星导航系统、地理信息系统、雷达系统和船舶自动识别系统等，具体如下：

3.1 GPS卫星导航系统

GPS卫星导航系统，全称为导航卫星测时与测距全球定位系统，该系统由美国NASA研发成功，通过测定高轨卫星信号的延时和频移，可以获得目标物体的距离、距离变化率、三维坐标等。

3.2 地理信息系统（GIS）

地理信息系统是一种特定的空间信息系统，主要包括计算机硬件部分、软件程序，可以实现部分地球表层空间的地理数据采集、管理、分析等功能。地理信息系统主要由嵌入式平台、Web服务器、数据库、航迹采集单元、智能终端等组成，其具体组成结构如图1所示。

3.3雷达系统

雷达系统是船舶上应用范围最为广泛的一种通信与探测设备，也是最为成熟的通信设备。雷达系统主要由雷达天线、信号波发射机、信号接收机和监控系统等组成。

3.4船载自动识别系统（AIS）

船载自动识别系统是一种新型的助航设备，可以实现船舶之间、船舶与岸基岸之间的数字信息交换，其自动化和智能程度较高。船舶之间、船舶与岸基之间交换的信息主要有船舶静态信息、航迹信息、定位短信息等。

4 现代信息技术在船舶通信导航领域中的应用

4.1船舶导航技术

船舶导航技术主要是为船舶提供卫星定位、位置推算、地图匹配、船舶航向和航速以及无线电信号的计算，帮助船舶本身确立位置参数和载体动态状态。船舶导航技术主要应用到了航海功能软件，它可以进行航路监测，一旦发生船舶偏航或穿越非安全区，则会对船舶发出警告指示，并附带一些其它应急措施。另外，航行数据记录能够全程记录船舶航行的所有相关数据，并自动生成航海日志，供船员需要时随时提取使用。此外，船舶导航技术也应用到了天气信息处理软件和自动避碰功能软件。在其综合导航系统中，它主要提供高精度的船舶位置，航向和速度等数据。另外也对水深和海洋气象进行数据分析，为船舶安全航行提供数据技术支持。此外，它的导航雷达图像和ARPA信息系统可以与电子海图重叠显示，能够测量从船舶到目标的方向和实际距离，甚至可以测量任意两点的方向和距离。

4.2船舶通信技术

与内陆通信技术不同，以船舶为基本承载平台的集采集、处理、传输、交换和再现功能为一体的船舶通信技术具有以下特点：第一，其外部通信技术可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;第二，其通信频段覆盖范围广，涉及设备众多，整个系统内容比较复杂，与此同时，由于安装技术和使用环境的限制，其天线包括其他设备是高度集成化的;第三，该技术没有固定的基础设施依靠，它的内部和外部通信和导航可以是自包含的。

4.3军船综合导航系统

整体来看，目前我国常见的军船综合导航系统的功能主要如下：第一，外部设备实时地接收航向、速度、水深、风速、风向等信息。第二，对行地理导航和天文定位计算等各种导航计算，得到最优导航方案。第三，集中显示、管理导航信息并对相关信息进行自动打印、检测、报警和故障定位。

在对军船综合导航系统进行设计时，主要包括以下方案：第一，RS-422A组合导航系统串口通信特性通信网络方案。该方案系统的串口通信、信息源传感器与船舶综合显示控制台之间的数据交换是通过串口传输完成的，具有连接简单、通信距离长、信息传输可靠等优点;然而，由于串行通信逐位传输，传输速度较慢，同时由于点到点的连接方式，使得数据传输只能通过相应的连接来实现，而导航系统中存在着大量的信息传感器，连接太多必然将导致系统过于复杂，影响信息共享的安全性与稳定性。目前，随着船舶信息化水平的提高，各种设备和系统之间的信息通信越来越频繁，信息量也越来越大，该种单串口通信的方式已不能满足导航系统的发展要求。第二，CAN通信。该系统有效克服RS422A串口传输的缺点，提出了在导航系统中采用CAN总线技术取代传统串行通信方式的全新通信技术。其优点众多，包括低成本、总线利用率高、数据传输距离长等。与此同时，其能够正确处理错误和错误检测机制，当消息被破坏时，该消息可以自动重发;当错误严重时，该节点可以自动退出总线，这对于信息传送安全性和稳定性的提升有重要意义。

5 船舶通信导航技术的未来发展趋势

5.1通信网络正朝着宽带和数字化的方向迅速发展

寬带和数字通信网络一直是通信发展的重点。未来，光纤通信中距离将更远，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。

5.2通信与导航网络一体化

未来，船舶通信导航网络将趋于一体化、集成化和智能化，它将采用不同的手段和网络技术在总体上实现基于电信网络、广播电视网络和互联网的技术“三网融合”的系统更新与优化。与此同时，系统与物联网、大数据以及云计算等相关技术之间的结合，也将是其未来发展不可避免的重要趋势，受此影响，系统的网络功能和应用范围将随之得到进一步深化和扩大。

结语：随着科学技术的不断发展，各行各业都在发生翻天覆地的变化。未来，我们将使用计算机，微电子，光电子和其他技术来集成计算机、网络、通信和导航。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。

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（4）：1-4.

[2]张彦儒，林焰，陆丛红，等.轻量化NURBS船体曲面自行设计垂向参数化方法[J].中国舰船研究，2017，12（5）：13-15.