船舶通信導(dǎo)航技術(shù)及發(fā)展趨勢

鮑磊

摘要：船舶通信導(dǎo)航技術(shù)，主要是將船舶作為載體，以水上航行線路為應(yīng)用環(huán)境，為船舶航行提供技術(shù)支持，從而保證船舶航行的安全性。船舶通信導(dǎo)航技術(shù)包含各種通信以及導(dǎo)航手段，如航位推算、航向和航速、無線電信號傳輸與接收、衛(wèi)星定位、地圖匹配、慣性解決方案等?；诖耍疚膶Υ巴ㄐ艑?dǎo)航技術(shù)及未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析，以期提供一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：船舶;通信導(dǎo)航;發(fā)展

一、船舶導(dǎo)航技術(shù)

關(guān)于船舶導(dǎo)航技術(shù)，其負(fù)責(zé)為船舶航行提供精確的航位推算、慣性計算、地圖匹配以及衛(wèi)星定位和無線信號燈等多種信息，這有助于建立載體本身的動態(tài)和位置參數(shù)。目前，導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于導(dǎo)航功能軟件，基本可實現(xiàn)航線監(jiān)控，避免船舶在行駛中出現(xiàn)偏航、穿越危險區(qū)等功能。與此同時，我國當(dāng)前的船舶導(dǎo)航技術(shù)也被用于航行記錄，通過記錄航行數(shù)據(jù)并自動生成船員的航海日記的方式，可保證相關(guān)人員對以上信息進(jìn)行隨時提取和使用。此外，我國船舶導(dǎo)航技術(shù)的自動防撞功能軟件和氣象信息處理軟件也較為良好，在其組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，不僅能夠提供高精度的船舶定位、航向和速度數(shù)據(jù)測試等信息，同時還能夠自動分析海洋氣象和水深數(shù)據(jù)，為航行安全奠定數(shù)據(jù)支持。

二、船舶通信技術(shù)的發(fā)展

船舶通信技術(shù)不同于內(nèi)陸通信技術(shù)，集采集、處理、傳輸、交換和再現(xiàn)功能為一體的船舶通信技術(shù)主要有以下個方面的特點(diǎn)：（1）外部通信技術(shù)可以通過無線通信實現(xiàn)衛(wèi)星和短波通信以及無限距離的全球通信;（2）通信頻段覆蓋范圍更加大，涉及的設(shè)備很多，整個系統(tǒng)非常復(fù)雜，并且，因為受到安裝技術(shù)和使用環(huán)境的限制，其包括其他設(shè)備是高度集成化的;（3）此技術(shù)缺乏固定基礎(chǔ)設(shè)施做為依靠，它的內(nèi)部和外部通信和導(dǎo)航可以是自包含的。從應(yīng)用領(lǐng)域的角度來看，通信技術(shù)首先應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，但其業(yè)務(wù)承載能力稍有單一，資源管理水平較低，但從總體上看，海軍利用通信技術(shù)促進(jìn)全球通信技術(shù)進(jìn)一步的提升。進(jìn)入二十一世紀(jì)后，這項技術(shù)在民用船舶通信領(lǐng)域應(yīng)用。雖然軍用和民用艦船通信系統(tǒng)的核心技術(shù)大致相同，但是其實際功能是完全不一樣。它還使用寬帶基礎(chǔ)設(shè)施，但是它的終端是集成的、模塊化的、開放的和可組合的。

（一）E-Navigation與GMDSS現(xiàn)代化

近年來，隨著航海技術(shù)的高速發(fā)展以及現(xiàn)代導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用，在航海觀念和模式上發(fā)生了巨變。2007年國際海事組織（IMO）采納了E-navigation的概念，即：通過電子方式在船舶和岸上協(xié)調(diào)收集、集成、交換、顯示和分析海事信息，以增強(qiáng)船舶從碼頭至碼頭之間的航行及相關(guān)服務(wù)，實現(xiàn)海上安全、保安和海上環(huán)境保護(hù)的目的。E-Navigation概念所涉及的內(nèi)容相當(dāng)廣泛，既包括了傳統(tǒng)的導(dǎo)航手段，也包括了各種通信手段，作為船上即將使用的新技術(shù)，通信系統(tǒng)是E航海戰(zhàn)略的關(guān)鍵因素，為了充分實施E航海戰(zhàn)略，需要更新現(xiàn)有的通信系統(tǒng)，包括第二代AIS（AIS2.0）、基于VHF的數(shù)字通信、500KHZ的NAVDAT系統(tǒng)等，GMDSS系統(tǒng)的現(xiàn)代化進(jìn)程迫在眉睫。

（二）VDES系統(tǒng)

從技術(shù)層面上，基于VHF通信技術(shù)、AIS技術(shù)在E-Navigation和GMDSS現(xiàn)代化中的重要作用，IALA、ITU等國際組織根據(jù)ITU-RM.1842-1技術(shù)建議方案，于2013年提出了水上VDES（VHF數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)）的概念。VDES系統(tǒng)預(yù)計將集成了AIS、VDE和ASM等三項功能，不但可以實現(xiàn)船和船、船和岸間數(shù)據(jù)的交換，還可以為衛(wèi)星和船舶遠(yuǎn)程雙向數(shù)字通信保留空間，數(shù)據(jù)傳輸帶寬更是可以達(dá)到150Kbps，遠(yuǎn)優(yōu)于目前的船舶數(shù)據(jù)通信。

（三）LRIT/遠(yuǎn)程識別以及跟蹤系統(tǒng)

美國“9.11”恐怖襲擊事件后，國際航運(yùn)界紛紛加強(qiáng)海上保安規(guī)范與操作。2006年5月，IMO通過了經(jīng)修訂的1974年SOLAS公約修正案，其中增加了強(qiáng)制實施LRIT系統(tǒng)的內(nèi)容。該修正案已于2008年12月31日開始實施。

公約對LRIT系統(tǒng)的功能要求如下：

船載LRIT設(shè)備能夠在無人干預(yù)的情況下每隔6小時的間隔自動向數(shù)據(jù)中心發(fā)送LRIT信息。信息內(nèi)容包括：船舶ID、船位、與船位信息相對應(yīng)的日期和時間;可以在陸地遠(yuǎn)程控制船載LRIT設(shè)備的發(fā)射時間間隔，時間間隔可控制在15min-6h之間;可通過“詢呼”功能啟動船載LRIT設(shè)備發(fā)送位置信息;LRIT設(shè)備可直接與船舶衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)接口連接，或有內(nèi)置定位功能;應(yīng)由船舶主電源和應(yīng)急電源供電。由于Inmarsat-C/Mini-C系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、設(shè)備小巧，適合安裝在各種類型的船舶上，且目前大多船舶的GMDSS系統(tǒng)都配備了該分系統(tǒng)，因此Inmarsat-C/Mini-C是LRIT方案實施的首選船載設(shè)備。

三、船舶通信導(dǎo)航技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

船舶通信導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，它的未來發(fā)展趨勢將會結(jié)合微電子、光電子以及計算機(jī)等等前沿技術(shù)，在有效促進(jìn)通信、導(dǎo)航、計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的深度融合的同時，進(jìn)而促使建立高精度和低成本的智能集成通信導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。高速帶寬與新型通信手段也會不斷推進(jìn)船舶通信導(dǎo)航技術(shù)向前發(fā)展。

（一）通信網(wǎng)絡(luò)正朝著寬帶和數(shù)字化的方向迅速發(fā)展

寬帶和數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)一直是通信發(fā)展的重點(diǎn)。手機(jī)從過去的“大哥大”到現(xiàn)在的智能手機(jī)，尺寸越來越小，功能也越來越多，從最初的通話，短信發(fā)展到現(xiàn)在的網(wǎng)購、在線聊天、在線工作，這些都是寬帶和數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的好處。未來，光纖通信中繼距離將更遠(yuǎn)，速度將更快。在未來，如果我們要進(jìn)一步發(fā)展通信網(wǎng)絡(luò)，就必須考慮新光纖的發(fā)展，光交換和密集波分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展。在不久的將來，隨著超導(dǎo)技術(shù)、納米技術(shù)和光路集成技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也將發(fā)生翻天覆地的變化。

（二）導(dǎo)航系統(tǒng)將朝著小型化和發(fā)展

根據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展需求，各種慣性導(dǎo)航將在小型化、高精度、易用性、低功耗、輕量化、智能化和數(shù)字化方面進(jìn)行細(xì)化，各種基礎(chǔ)領(lǐng)域的研究成果將被快速、安全地應(yīng)用于慣性導(dǎo)航產(chǎn)品的開發(fā)。美國芯片級原子鐘的尺寸將比傳統(tǒng)原子鐘小100倍，僅為15cm3，功耗將降低10倍，精度將提高幾個數(shù)量級。微尺度速率積分陀螺儀將取代當(dāng)前慣性導(dǎo)航設(shè)備中的陀螺儀。導(dǎo)航級慣性微陀螺儀的未來體積僅為1cm3，功耗為5mW，隨機(jī)角行程為0.001°/h，漂移率為每小時0.001°。芯片級組合原子導(dǎo)航儀將提供高精度的運(yùn)動探測和快速啟動能力，尺寸不超過20cm3，功率不超過1W，其性能遠(yuǎn)高于現(xiàn)有設(shè)備，具有出色的長期穩(wěn)定性，啟動速度也將顯著提高。

（三）船舶通信和導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)集成和智能開發(fā)

船舶通信和導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)集成和智能開發(fā)將采用各種推進(jìn)方法和不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的“三網(wǎng)融合”，再結(jié)合當(dāng)前熱門的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、云計算、智慧地球等，其讓網(wǎng)絡(luò)功能不斷拓展深化，擁有更廣闊的發(fā)展前景。而船舶監(jiān)控網(wǎng)與作戰(zhàn)指揮網(wǎng)的出現(xiàn)也將在未來不斷強(qiáng)化船舶通信導(dǎo)航技術(shù)，實現(xiàn)通信移動化與組合化，形成全新的數(shù)據(jù)船橋一體化技術(shù)應(yīng)用，保證船舶的通信導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用更加經(jīng)濟(jì)、靈活，從根本上提高了導(dǎo)航的集成化和自動化。

結(jié)語：

目前，船舶通信導(dǎo)航技術(shù)已滲透到各個應(yīng)用領(lǐng)域之中，尤其是在軍事和民用領(lǐng)域中發(fā)揮著極其強(qiáng)大的作用，在未來，該技術(shù)系統(tǒng)將繼續(xù)優(yōu)化自身，以確保更多集成、智能和集成技術(shù)的有效實施和應(yīng)用。相信經(jīng)過工作人員的不斷努力，船舶通信技術(shù)將得到進(jìn)一步的提升。

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