船舶导航网络通信技术的研究

施梦月

摘 要：目前，随着社会的发展，船舶工程领域的发展也突飞猛进。随着海军舰船技术的不断发展，各船舶装备进行着大规模的改进和创新。船舶导航系统作为船舶的千里眼和顺风耳，不仅要求提供准确的船位信息，而且要求与武器装备、测量系统相结合，提供武器发射的精确位置和落点测量等各种数据，是船舶航行和作战的重要保证。因此，导航系统内部和各系统间信息传输技术的改进是整个系统升级中的重要一环。当前的综合导航系统是一个结合不同特点的导航设备和导航方法的复杂系统，是利用计算机技术对多种导航信息进行综合处理，来提高系统性能的导航系统，其涉及到各导航信息源许多设备的相关技术、计算机技术、显示技术、控制系统、通讯系统和数据处理等理论。为此，有必要对船舶导航系统的网络通信技术进行研究，以实现船舶导航系统的快速网络通信技术的发展。

关键词：船舶导航;网络通信技术;研究

引言：作为船舶的主要载体平台，船舶通信导航技术与船舶发展的匹配程度的高低将直接关系到船舶航行的安全性与稳定性，另外船舶需要执行的任务以及船舶本身航行对于精确度的要求均在不断提高，在此背景下，为保证船舶能够更好的满足各种不同的水上航行环境，保证船舶能够动态灵活的执行各类航行任务，就需要对船舶导航网络通信技术进行相应的优化。鉴于此，文章对当前我国的船舶导航网络通信技术展开了研究，主要论述了船舶通信导航（外通）、火警内通以及军船的综合导航、天文导航、惯性导航等相关内容，以供参考。

1新型导航系统网络通信系统和技术简介

1.1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。从应用领域的角度来看，船舶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，通信资源管理和控制水平相对较低，但从总体上看，海军利用船舶通信技术引领了世界通信领域的发展。进入二十一世纪后，这项技术逐渐渗透到民用船舶通信领域。虽然军用和民用舰船通信系统在核心技术上基本相似，但它们的功能是完全不同的。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。

1.2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 船舶导航网络通信技术应用

2.1 GPS在船舶导航信息系统的应用现状

系统具有全球、无误差积累、全天候等特点，是当今中远程航线上最好的导航系统。GPS船舶导航信息系统在航海中得到了广泛的使用，几乎每艘船舶都备有GPS船舶导航信息系统。GPS在航海中的应用主要表现在：一是可与通信导航设备，如罗经、船舶的ARPA，实现匹配相接，为其他导航设备提供真实可靠的数据，为船舶导航自动化提供支持。二是即时的为航行中的船舶提供准确的位置信息。三是可进行连续的定位。四是具备多种报警功能，如偏航向报警、时间报警、到达航路点报警等，为船舶提供了可靠的安全保障。五是GPS用户可在全球任意位置、任何天气准确接收卫星信号。六是强大的导航功能。用户可根据实际需要来设计航线和航路点，为船舶航行提供经济可靠的路线保障。

2.2 相关参数计算

地球是一个椭球体，不是平面体。所以，所有的参数的计算都要遵循椭球大地的基本原則。大地线是指椭球面上的任意两点间的最短的距离，船舶在航行中的航线的确定是应该以大地线为主要依据。相关参数的计算方法：一是偏航距。在偏航距的计算中，由于相邻的航路点的距离及偏航距较小，所以可用大圆弧替代大地线计算，使用球面三角形距离的计算公式。二是偏航角。偏航角是上一航路点到下一航路点的大地方位角与上一航路点到航行点的大地方位角之差。三是两点之间的距离。四是两大地点方位角。使用特定的公式进行计算。五是下一航路点时间。计算方法是用到下一航路点距离除以航行速度。六是到终点的距离。是航行点到下一点的距离与下一点到目的点的航路距离两者之和。七是到目的地的时间。计算方法是用到终点的距离除以速度。八是到下一航路的距离。计算方法是航行点到下一航路点的大地距离。

2.3 CAN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 船舶导航网络通信技术发展趋势

3.1导航系统微型化

整个船舶的通信导航系统向着小型化、高精度发展是未来船舶导航网络通信技术发展的必然趋势，整个产品除了满足一般的功能要求以外，还应当在整体上满足可靠易用、低功耗以及数字智能卓越性能。

3.2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：传统的船舶导航系统存在着系统线路负载，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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