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高迎:潜心科研 创新海上数字广播

2024-10-23冯昭

科技创新与品牌 2024年8期

随着全球航运的发展,海上活动日趋频繁,海洋交通环境日益复杂。譬如,复杂的电磁环境,以及诸多无线电秩序乱象的频发,给船舶航行带来极大的安全隐患。那么,在一望无际的海洋中,航行的船只如何才能保障船舶以及人员的安全?为解决这一问题,海上数字广播(NAVDAT)系统应运而生。

交通运输部东海航海保障中心东海海区水上通信技术主管高迎,就是一位海洋安全通信领域的80后科技工作者。她主要负责东海海区水上通信工作的管理,并致力于水上通信系统技术改造项目和软课题研究,为全球海上遇险与安全系统(GMDSS)中国东海水域安全通信网的规划设计、建设部署、运行维护和业务管理,以及海上数字广播研究作出了积极的贡献。

海上数字广播 守护航行安全

21世纪以来,人类进入了大规模开发利用海洋的时期,我国作为世界上的海洋大国,建设海洋强国,必须进一步加快海洋科技创新步伐。高迎在大学时期学的是通信工程专业,拥有17年通信工作经验。自从2014年进入交通运输部东海航海保障中心(简称“东保中心”),她便利用自己的特长,在海上安全通信方面展开了研究工作。

高迎介绍,她的工作主要围绕GMDSS开展。所谓GMDSS,是国际海事组织(IMO)于1999年在全球范围内组织实施的高效、可靠的海上通信网,对于保障全球海上安全运输生产发展十分重要。GMDSS包括数字选择性呼叫(DSC)系统以及航行电传(NAVTEX)系统等,其中NAVTEX系统则主要负责向近洋航区播发海上安全信息(MSI),预防或减少海上事故的发生,为海上船舶安全航行保驾护航。随着航海技术的进步,NAVTEX系统已逐渐无法满足现代航运用户的需求,为了助力全球航海保障服务水平的提升,高迎带领团队于2014 年正式启动了NAVDAT的研究工作。

这件事还要追溯到2012年,当时法国在国际电信联盟(ITU)地面通信工作组(WP5B)会议上提出了NAVDAT这个概念,此后,IMO明确将NAVDAT列为GMDSS现代化的工作中需要发展的技术之一。东保中心作为我国唯一一家开展NAVDAT研究的单位,主要进行中频方向的研究,高迎团队共同开展NAVDAT的研究工作,主要基于ITU中频NAVDAT技术建议书做了大量技术攻关。

此后几年,高迎在此领域深耕研究,带领团队基于国际技术标准进行了大量技术完善和补充,研发了发信系统调制器、接收机原理样机,开发了信息处理系统,形成NAVDAT测试系统,并尝试了文本、图片、电子海图改正数据包等多种格式文件的播发测试。

高迎带领团队采用全数字化技术方案、正交频分复用(OFDM)调制方式等,突破NAVDAT 的操作特性、系统结构、技术特征和传输结构领域的关键技术,克服传输速率低、高线性度等难题,成功研制了NAVDAT大功率发射机,获得工业和信息化部认证。该发射机是国际上首个符合ITU-R M.2010-1标准的数字中频NAVDAT发射机,支持4-QAM、16-QAM 或64-QAM调制模式下的信息播发;创新提出了适用于NAVDAT 宽带通信的中频天线方法,能充分利用现有天线资源,有效减少新建天线占地问题,为NAVDAT台站在全国总体布局的可行性提供了支撑;成功研制了基于国产处理器的数字中频接收设备,具有高灵敏度和大动态范围特性,有效减少载波间的干扰并提高频谱利用率,满足不同格式的水上安全信息、文件和电子海图的自适应接收需求,提高设备兼容性。

最终,高迎带领团队建设了NAVDAT试验验证平台,提出了面向海上信道特征的可重构OFDM波形技术体制,设计了系统结构、信号波形、传输结构、消息文件结构、运行特性和广播网络模式等的技术方案,并创新提出了基于陆地监测站实时反馈的自适应NAVDAT通信方案。平台从数据源的采集、编码到系统正常的发射和用户的正常接收,以及通过陆地监测站实现通信的反馈调整,实现了对NAVDAT整个通信流程的完整构建。

创新海洋科研 助力海洋强国

不断创新,全力开拓,是高迎持续前行的关键引擎,这些年来,她始终以匠人之心取得一项项关键技术突破,用科技赋能服务,瞄准国际前沿,为我国海上通信安全的发展贡献力量。

艰难方显勇毅,磨砺始得玉成。高迎组织完成了基建项目“水上无线电管理信息系统工程”的实施,建成了水上无线电管理信息系统,具备全国水上无线电资源的管理能力。该系统还包括上海横沙一座水上无线电监测站,也是交通行业第一座水上无线电试点监测站,可有效监测周边电磁环境,查找干扰信号,遏制水上无线电秩序乱象,致力于为船舶安全航行打造一个良好的水上无线电环境。

迄今为止,高迎已经组织完成水上通信系统技术改造项目4项,其中牵头实施的“东海海区DSC统一值守和后续通信电路改造”“东海海区NAVTEX联网改造工程”,使东海海区通信业务完成由单一海岸电台服务模式到海区集中管控模式的转变,通过更为完备数据的集中处理,为船舶提供更优质的航行安全保障服务。

此外,高迎还向IMO、国际电信联盟(ITU)、国际海道测量组织(IHO)提交了国际提案10篇,其中动议类提案8篇、信息类提案2篇。其中,参与的2篇关于海上数字广播(NAVDAT)提案形成了最新版国际技术标准。

如今,高迎带领团队研发的成套技术已应用到NAVDAT系统平台建设工程,通过NAVDAT系统播发安全信息、电子海图更新文件等,实现电子海图上叠加显示航行警告、远程海图更新等多种应用,并在海事系统、航运公司等船舶得到使用,取得了良好的应用效果,提升了海上安全信息的使用效能和航海保障能力,提高了航运活动的效率和安全度。同时通过国际合作和交流,向法国等提供NAVDAT调制解调器核心装备以支持世界海上安全信息播发实践工作。

未来,高迎将基于NAVDAT在国际上的推进情况开展一系列工作,主要在ITU、IMO、国际海道测量组织(IHO)等国际组织下进行工作推进。她表示,未来将更多类型、不同数据量的信息纳入NAVDAT平台常态化播发范围,同时有计划地组织进行平台试验数据的梳理和分析,尽早向国际组织做中国NAVDAT研究成果展示。同时,继续联合法国开展NAVDAT技术标准、性能标准制修订的推进工作,以及将NAVDAT纳入国际海上人命安全公约(SOLAS)的推进工作。

高迎表示,截至目前,他们团队对于NAVDAT的研究工作在行业内处于绝对领先地位,乃至在国际上也占据主导位置。未来,我国NAVDAT网络的建设中可带动我国数字化收、发通信设备等产业链的发展,并可为国内企业开拓国际市场、参与国际竞争提供良好支点。