研究船舶通信导航技术及其发展

贾文鹏　张霄　亓昕

摘要：船舶通信导航技术以船舶作为重要的载体平台，以水上航行空间作为具体应用环境，全程为船舶所有航行任务提供服务，确保船舶顺利达到目的地。因为船舶通信导航技术的运用涉及多种通信导航手段，如航位的推算、无线电信号的发送和接收，以及地图匹配和卫星定位等，能够对船舶的动态和所在位置实施参数化分析。为保证船舶通信导航技术获得更好运用，详细分析船舶通信导航技术应用要点及其发展趋势，以期为相关人员提供参考。

关键词：船舶通信导航技术  GPS技术  雷达系统  船载自动识别系统

Research on Ship Communication and Navigation Technology and Its Development

JIA Wenpeng ZHANG Xiao QI Xin

（1.CSSC Marine Technology Co.， Ltd.， Beijing，100070 China;2.Military Representative Bureau in Beijing， Equipment Department， Beijing，100070 China）

Abstract： With the ship as an important carrier platform and water navigation space as the specific application environment， ship communication and navigation technology provides services for the all navigation tasks of ships throughout the entire process， and ensures the smooth arrival of ships at their destinations. Because the application of ship communication and navigation technology involves various communication and navigation methods， such as dead reckoning， the transmission and reception of radio signals， map matching and satellite positioning， it can perform the parametric analysis of the dynamics and location of ships. To ensure the better application of ship communication and navigation technology， this article analyzes in detail the application points and development trends of ship communication and navigation technology， in order to provide reference for relevant personnel.

Key Words： Ship communication and navigation technology; GPS technology; Radar system; Shipborne automatic identification system

隨着社会的不断发展，科技的不断进步，对各个领域的全面发展起到良好带动作用，在船舶通信领域，通过科学运用船舶通信导航技术，有效运用船舶载体和航空环境，确保船舶可以顺利达到最初航行目标。船舶通信导航技术的良好运用，可以更好地满足船舶航行实际需求，同时在具体应用期间加强创新，将海图匹配技术和卫星定位技术，包括信号发送和接受技术等有效融入其中，能够更为准确地获得各项数据，保障船舶能够可靠、安全运行。

1 船舶通信导航技术特点分析

所谓船舶通信导航技术，主要是指能够为通行的船舶在水上航线行程期间提供线路支持的系统，其核心功能是确保船舶可以安全行驶。因为此项技术具备较强的综合性，将多种类型的通信技术有效融合，由此可以保证船舶运输更加安全。导航通信技术适合应用在船舶运输期间，重点包含内陆与海上运输等内容，特别是在海上运输当中占据重要地位，因为海上运输的路途比较长，运输时间较长，再加上部分区域的运输航线复杂，导致在实际运输环节可能会出现紧急状况，通过运用船舶通信导航技术，可以明显提升海上运输的稳定性和安全性。

第一，船舶航行信息的传输，仅能够单纯依赖有关无线设备，同时船舶信息传输需进行远距离与大范围的传播，船舶信息交换过程当中，也需传输国际信息。所以，海上通信导航技术重点依赖的载体为卫星与短波来实现信息的快速传播。

第二，因为船舶通信导航技术的实际运用环境比较特殊，针对高频覆盖、复杂的水运环境，以及各类通信设备的安装与使用提出明确要求，要求各项通信导航设备需要保持高度的集成化。

第三，船舶通信导航系统内部的各项设备之间，无须采用其他的设施进行有效连接，不同设备之间相互联系、相互独立，能够最大程度确保船舶通信导航技术应用效果。

在船舶航线运输期间，船舶通信导航技术的科学运用，可以为总体运输过程提供一个更加可靠、安全的运输环境。通过科学应用此项技术，能够避免船舶在后续行驶过程当中穿越危险区域，防止船舶驶离正确路线，同时可以对船舶的具体航线路线实施安全性评估。如果预测前方存在危险，可以马上向船舶接收站发送信号，并且立即向船舶发送出警告信号。现阶段，船舶通信导航技术还可以自动化生成相应的航行日志，针对船舶运行期间所产生的各项数据实时总结与分析，为后续的航行提供准确数据样本，确保航行路线更加精确，保证航行环境更加安全。

2 技术应用

2.1 GPS技术

GPS导航系统，也常被称作全球导航定位系统，此系统的主要优势是不会出现累积误差，可以实现24 h全天候。在中远航线当中，GPS船舶导航系统应用较多，几乎全部的船舶当中 均匹配GPS导航信息系统。此项系统的重要作用具体体现在以下几方面。

第一，能够匹配传播ARPA，包括罗盘，以及其他类似通信设备，通过采集准确的航行数据，可以确保船舶导航更加自动化。

第二，GPS导航的运用，可以实时提供出船舶航行位置的具体信息，同时可以对船舶运行实现连续不间断定位。GPS导航的运用，能够为船舶的安全行驶提供良好保障，如GPS报警功能与偏离方向报警功能等，均可以保证船舶的可靠、稳定运行。

第三，针对全球定位系统用户来说，能够在全球任何一个地方，以及任何天气条件下，快速而准确地接收外界衛星信号。GPS导航系统的导航功能较为强大，广大用户可以结合具体需求，针对航线与航路点实施科学设计，为后续的船舶航行提供一个更加安全、经济的航线路线。

2.2 CAN总线通信接口电路设计

控制器局域网络总线控制器的运用，能够保证网络层次数据链路层与物理层更加可靠、稳定，进而更好地提升网络通信质量。控制器局域网络总线控制器，重点是利用可编程芯片和逻辑线路组合顺利完成各项工作内容。当前，控制器局域网络控制器重点包含控制器两个、总线驱动器一个和高速光电隔离器等。控制器局域网络控制器通常是微处理器实施初始化，进而实现各项信息传输数据的快速接收和发送。控制器在实际运行过程当中，受控制器局域网络节点干扰较大，使得信息传递和接收期间容易发生遗漏现象。所以，针对通信网络设计情况能够得知，控制器并非直接和驱动器之间连接，主要是利用高速光耦作为相应的连接器，将两者之间进行连接。通过科学运用高速光耦，能够对控制器局域网络总线当中的不同节点，以及各个导航设备保持独立性。

2.3 地理信息系统

GIS属于一种特殊空间信息系统，能够将地球表层一些空间地理数据实现快速的收集、管理与分析，地理信息系统重点包含了嵌入式平台、Web服务器与数据库，包括轨道检测设备等。

2.4 雷达系统

通常来讲，船舶雷达系统主要由信号发射器、雷达天线和信号接收器，包括监控系统组成，在船舶运行过程当中，雷达系统应用较多，是一种较为常见的通信与探测设备^[1]。因为雷达设备应用比较成熟，故在船舶通信导航技术当中雷达系统作为重要基础，占据核心地位。

2.5 船载自动识别系统

在现阶段的船舶通信导航技术应用期间，船载自动识别系统的良好运用，可以确保船舶通信导航技术的自动化与智能化水平获得有效提升。此系统的科学应用，可以实现船舶和船舶之间、船舶和海岸间数据信息的快速交换。一般来讲，船载自动识别系统是确保不同船舶间、船舶和海岸间船舶静态信息和航迹信息的有效交换，是一种新型的辅助系统。

2.6 船舶自动识别系统技术

在20世纪末期，船舶自动识别系统（Automatic Identification System，AIS）技术在船舶领域当中应用比较多，为船舶航行过程当中各项业务的顺利开展奠定比较好的基础。因为各类船舶航行技术应用范围越来越大，船舶的航行速度不断提高，对船舶通信导航技术的发展起到一定促进作用，让我国的海上交通越来越繁荣。伴随我国海上交通事业的快速化发展，海上交通运输压力越来越大，特别是危险品运输将会面临更多安全风险。AIS技术的科学运用，对我国传播通信导航技术的改革与创新起到推动作用，能够对船舶通信导航系统实施科学的管控，确保系统的运行更加安全、可靠。

2.7 北斗卫星

北斗主要运用主动式导航，船舶自身向陆地控制中心，主动发出具体的定位申请，陆地中心接收到具体的申请信号后，会直接测算出船舶所在位置到两个卫星间的实际距离，然后将具体的测算数据快速发送给卫星，由此船舶就能够接收到具体信息，一次较为完整的船舶定位顺利完成。定位精度能够达到10 m，与GPS相比，无很大差异。北斗卫星系统也能够为服务区范围之内船舶航行提供高精度、快速、全天候的定位服务。船载北斗导航仪数据和

电子海图（ECDIS）之间有效连接，并且能够详细记录下航行轨迹，同时快速显示，及时发出偏航警报和避碰警报。如果在恶劣天气环境下进行航行，遇到冰区或大雾，运用北斗卫星系统自身的定位功能，能够取得比较好的效果^[2]。

现阶段，通过有效应用北斗卫星系统，对于客户端所提供单向定时服务数量无任何限制，因此，针对船舶终端需求能够给予最大满足。此系统具备两种授时功能，分别是单向和双向，能够根据精度需求不同，直接向船舶终端按时发送具体的授时信息，由此船舶能够和北斗卫星系统实现时间统一，顺利完成误差的校正工作，精度能够达到20～100 ns。

此系统能够实现船舶对船舶，船舶对陆地控制中心通信功能，其具体的请求方式均为船舶的主动化发送，船舶可利用船载北斗导航仪，将内容全部发送，然后陆地控制中心实施快速审核，将短信息及时转发，北斗卫星系统的响应速度特别快，通常船舶对船舶模式，仅需1 s的时间就能够完成响应^[3]。同时，每次通信能够传达120个汉字，在应急救生通信之中，具备重要的应用价值。

当前时期，工作人员所采用的数字航标，需利用计算机系统和卫星导航技术，在国际层面，最为常见的数字航标主要以GIS系统为基础，北斗是一种新型卫星系统，其技术优势较强，因此，在构建数字航标期间，需合理运用此项技术。通过运用此系统，能够让北斗模块之中的通信功能联网到航标传感器，由此可以建立更加完整的数字航标网络体系。在具体设计方案当中，要结合不同地区的具体位置和环境需求，包括功能需求，获得数字航标的具体地理位置和有关运行信息，通过合理利用网络技术，能够保证海上网络之间实现互通互联。

通过有效运用北斗卫星系统，能够对船舶实时动态化监控，在船舶当中，通过利用此系统，运用ECDIS和AIS进行全面监控^[4]。如果船舶在覆盖区域内部航行，工作人员可以利用船载AIS发出具体信息，顺利完成监控作业。若船舶距离覆盖范围较远，工作人员仍可运用船载北斗导航仪器所传送的具体船舶地理位置，对其开展全方位的监控。

3 发展趋势

3.1 数字化

在我国，伴随船舶通信导航技术的飞速化发展，其被广泛运用于各个领域，此项技术的良好应用，对高精度智能化通信导航系统的建设起到比较好的促进作用，能够保证微电子和光电子，包括计算机技术之间的良好结合，实现通信和导航，包括网络与计算机之间的深入性融合。

当前，宽带与数字化通信网络已经成为后续通信发展的主要内容，因为通信网络技术的全面化发展，光纤通信实际传输距离不断增加，传输效率越来越高，为实现通信网络的有效发展，需要加大光纤和光交换技术的研发力度，未来，伴随超导技术与纳米技术，以及光路集成技术的快速发展，船舶通信网络技术将会朝着数字化方向发展^[5]。

3.2 精密化

当前时期，具备高精度、小体积、操作便捷、能耗低、重量轻和智能化水平较高的通信导航系统已经成为船舶通信导航技术的未来发展方向，伴随其他各项技术的快速发展，对传播通信导航系统的精密化发展起到促进的作用^[6]。例如：美国芯片级的原子钟，其尺寸为传统原子钟1/100，整体面积是15 m²，但是其实际的能耗较传统原子钟下降10倍左右，同时精度获得显著提升。未来，船舶通信导航技术有关零件将会更加精密化，此种发展趋势主要以既有精度作为基础，有效提升各项零配件的加工生产要求，不仅要有效提升船舶通信导航系统内部各项零部件精密化水平，而且要确保此系统可以安全运行。

3.3 综合化

因为信息化技术的迅猛进步与发展，船舶通信导航技术将会朝着数字化与模块化方向快速发展，使得船舶通信导航自动化系统内部的各项配置更为灵活，对船舶通信导航体系的健康发展起到推动作用^[7]。运用计算机技术，针对不同类型的通信导航设备实施有效的控制，并将其有效集成至相同界面当中，可对整个的船舶通信导航系统实施良好控制，避免实际控制期间某个连接位置发生人为操作失误现象，同时可以明显减少重复操作，进一步减少各项事故或者故障的发生率。积极应用各项信息技术，可以确保船舶通信导航系统的综合性与自动化性能获得更好的提升，保证系统后期运行更为稳定、安全。

3.4 智能化

为保证电信网和广播电视网，以及互联网之间三者之间的有效融合，船舶通信导航技术的运用，采取多种推进方法，以及不同网络技术，由此可以促进船舶通信导航技术朝着智能化方向稳定发展。近年来，因为互联网技术、大数据技术和云计算技术的全面普及，船舶通信导航技术自身所具备的网络功能不断扩展，其未来的应用前景也更加广阔。

伴随船舶监视网络的运用，对船舶通信导航技术的飞速发展起到促进作用，能够实现通信集成与可移动化目标，并且可以确保各项数据更加安全，让智能化技术的实际运用更为灵活、经济，从根本上提升船舶通信导航技术的自动化水平与集成化效果^[8]。

3.5 简易化和准确化

船舶当中的通信手段主要以衛星通信技术和数字选择性呼叫技术作为基础，通过运用船舶通信导航技术，能够对以往的设备通信导航技术具体操作流程实施全面的优化，让船舶通信导航系统的便利性和舒适性得到良好提升。

根据船舶通信导航系统自身的实际运行状况能够得知，受外界天气环境和长短波无线带来的干扰，船舶通信功能和导航功能会受到一定影响，若情况严重，会导致船舶不能准确、及时发送出具体的紧急信号，对后续的紧急救援产生较大影响。所以，船舶通信导航技术的研发，需要适当加大设备内部各项零部件的研发力度，重点提升各项零部件的抗干扰性能，确保船舶通信导航技术更加精确。

为推动船舶通信导航技术的全方面发展，我国需要主动和国际接轨，积极学习国家先进理念，并总结以往工作经验，针对现有技术进行大力的完善。有关企业之间还要保持良好的联系，针对相关企业来讲，在海洋工程与船舶制造等领域当中，还要适当加大研发力度，重视设计，积累丰富的产品经验，并对导航系统和设备实施全面创新，为后续的集成化管理与智能化发展提供重要保障^[9]。

技术的良好运用与研发均需大量人才，所以，为确保船舶通信导航技术能够可持续发展，有关部门还要加强人力资源团队建设力度，通过采用校企合作的模式，针对人才加强培训，在提高其理论知识素养的同时，还要丰富其实践能力，确保船舶通信导航有关工作人员，能够妥善处理各项突发事故，保证各项技术获得良好的运用。

4 结语

综上所述，本文主要对船舶通信导航技术及其发展进行合理性的分析，通过推动船舶通信导航技术朝着智能化与精细化方向发展，可以保证此项技术获得更好运用，确保此项技术的主导功能获得良好体现，能为相关人员提供帮助与借鉴。

参考文献

[1]尹鹏鹏.现代信息技术在船舶通信导航系统中的运用[J].船舶物资与市场，2022，30（8）：72-74.

[2]徐忠根，蒋琳.认知无线电网络中船舶导航系统网络通信技术研究[J].舰船科学技术，2020，42（22）：94-96.

[3]苏文明.船舶通信导航设备最优定位算法改进研究[J].舰船科学技术，2020，42（22）：118-120.

[4]陈玮琦.船舶通信导航设备调试工作中的技术问题总结[J].计算机产品与流通，2020，（9）：73.

[5]李冰蟾，吴俊，蔡亮，等虚实结合的船舶通信导航实训室的设计与开发[J].信息技术与信息化，2020（6）：162-165.

[6]王艳波，金伟.现代信息技术在船舶通信导航领域中的应用探究[J].信息通信，2020，（2）：91-92.

[7]李冰蟾，毛波.基于VR的船舶通信导航设备实训系统设计与实现[J].实验技术与管理，2018，35（5）：163-166.

[8]黄应邦，马胜伟，吴洽儿.渔业船舶通信导航技术现状及发展趋势[J].中国水运（下半月），2017，17（3）：83-85.

[9]鲍雷，林厚广，赵进，等.现代信息技术在船舶通信导航领域中的应用[J].中小企业管理与科技，2017（1）：162-163.