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低成本自动识别系统为安全导航
文摘:自动识别系统(自动识别系统)保证了海上航行船舶和陆地监测中心之间信息的自动传输。自动识别系统收发器在登记总吨位三百吨及以上的船舶上是强制性安装的。系统支持在封闭和开放区域内的安全航行，而在前面提到的，由于雷达的范围有限，所以它特别有用。文章介绍了小型船舶和旅游船的低成本自动识别系统的安装不是强制性的，但可能是有价值的导航设备。还提出了一些有关精度的问题。
关键词:自动识别系统、航行、安全
介绍
自动识别系统是联合国国际海上人命安全公约的一个组成部分。这是一个舰载应答器系统，在甚高频海事波段操作，它将发送船舶信息到其他船只和海岸，如:
bull;标识(海上移动站识别号，呼号，名称)
bull;位置，
bull;航向，
bull;货物信息，
bull;其他重要问题，
并非所有船只都必须配备自动识别系统，尽管船东们意识到这一系统是非常有价值的导航设备。这一事实和相对较低成本的自动识别系统的实施导致了对小型接收机和B类应答器的特殊兴趣。文章介绍了使用该设备的一些方面。
- 自动识别系统系统实施的法律方面。
该系统理论上能够每分钟处理超过两千份报告，每两秒钟更新一次。该范围通常为二十海里 (abt. 40公里)，用于船与船之间的通信，在船与岸之间的通信中范围会更大一些。该系统采用自组织时分多址(SOTDMA)技术实现高广播率，保证船舶运行可靠。以下船只需要自动识别系统 (在适用日期提交)。
bull;客船，总吨位一百五十吨以上，不迟于二零零三年七月一日;
bull;油轮，无论吨位，不迟于二零零三年七月一日或之后的第一次安全设备安全调查;
bull;船只，其他客船或油轮总吨位在五万吨或以上的，不迟于二零零四年七月一日。
bull;船只，总吨位三百吨以上，但低于五万吨的客轮或油轮，二零零四年七月一日或之后的第一次安全检查，但不迟于二零零四年十二月三十一日。
国际海事辅助航行和灯塔当局协会指出，安装自动识别系统的目的是：“提高海上安全和航行效率、海上人命安全和保护海洋环境”。 IALA在二十世纪九十年代提出了自动识别系统的第一个提议。该系统最初的目的是识别雷达显示器上的船只。对国际电联建议ITU-R M.1371-1的国际电联技术说明指出：“人们早就认识到，安装在船舶上的自动报告装置将有可能大大提高航行安全，并可改进对海上事件的控制和监测。海事组织与国际电信联盟(电联)和国际电工委员会(IEC)共同开发了一种新的导航系统，称为自动识别系统(自动识别系统)。
“海上人命安全国际公约”第五章第十九条第二点四分段概述了对海上人命安全的要求。该制度自二零零二年七月一日起对所有新的国际运输船舶实行强制性规定(到二零零四年底)，包括所有客船、油轮和其他三百吨及以上的国际航行船舶。该系统于本年度(二零零八年)全面实施，将覆盖所有五百吨或以上的国际航行船舶。这些要求规定：自动识别系统应
1.自动提供适当设备的岸上站、其他船舶和飞机的信息，包括船舶的身份、类型、位置、航向、航速、航行状况和其他与安全有关的信息；
2.从类似已安装的船舶自动接收此类信息；
3.监测和跟踪船舶；
4.与岸基设施交换数据。
2. 假设自动识别系统应答器操作用于建模的目的。
自动识别系统由一个甚高频发射机、两个甚高频TDMA接收机、甚高频DSC接收机和符合IEC 六一一六二/NMEA 零一八三的标准海洋通信链路组成。全球导航卫星系统(GNSS)接收机通常获取位置和定时信息。自动识别系统发送的其他信息是通过电子链接从船上设备以电子方式获得的(见图)。传输是自主和连续的，使用九点六千比特的GMSK(高斯最小直键控)FM(频率调制)调制在二十五或十二点五千赫兹信道上使用HDLC(高级数据链路控制)分组协议。
为了避免干扰问题，并允许在没有无线电链路损失的情况下移动信道，每个电台在两个无线电频道上传送和接收，它是:161.975MHz -海洋频道八十七，和162.025 MHz的海洋频道八十八。从理论上讲，它本身与其他站点之间的自动争用解决方案是在自动识别系统中提供的，即使在过载情况下也能保持通信的完整性。来自一个自动识别系统站的位置报告(以前导出一个实时位置)适合每六十秒建立的两千二百五十个位置中的一个。认可机构的电台不断互相同步，以避免位置传输的重叠。自动识别系统站的时隙选择是在规定的间隔内随机选择的，并且标记为零到八帧之间的随机超时。当一个电台改变它的时隙分配时，它会预先宣布新的时隙和那个时隙的超时。这样，新的电台，包括那些突然接近其他船只的无线电范围内的电台，将始终被这些船只接收，在自动识别系统中使用的传输类型保证了船舶几乎无限的目标能力。当系统工作的目标数量很高时，吞吐量主要集中于靠近自身位置的船舶。因此，在更大的距离以外的船舶不会被显示，也不会一直被跟踪。
3. 自动识别系统的传输类型。
A级自动识别系统单位在航行时每二至十秒播放一次以下信息，在锚地每三分钟播放一次。所播放的资料包括
bull;水上移动通信业务标识码数量
bull;航行状况(由国际海上避碰规则界定为“在锚”、“正在使用发动机”、“不受指挥”)
bull;右转或左转速度，每分钟零到七百二十度
bull;地面速度---十分之一节分辨率从零到一百零二节，
bull;位置精度--差别区分全球卫星定位系统或其他，并指示是否使用RAIM(接收机自主完整性监测)处理。
bull;经度---至一万分之一分钟，纬度---至一万分之一分钟
bull;航向偏离地面-相对于真正的北至十分之一度，
bull;真航向--从陀螺仪输入导出零至三百五十九度
bull;时间标记-世界时间到最近的秒。此外，A类自动识别系统单位每六分钟广播以下信息
bull;水上移动通信业务标识码
bull;国际海事组织号码
bull;无线电呼叫标志-国际呼叫标志分配给船舶
bull;名字-船名，二十个字符
bull;船舶/货物类型
bull;船舶尺寸
bull;参考点定位(即星载天线定位)
bull;定位装置的类型，
bull;船的吃水负十分之一米到二十五点五米
bull;目的地-二十个字符，
bull;估计到达目的地的时间--世界协调时的月、日、小时和分钟
1，列出了根据船舶动态情况在自动识别系统中的报告间隔。准确的自动识别系统载波链路描述见表。
|
船舶的动态条件 |
报告间隔 |
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停泊或系泊的船舶运行速度不得超过三节 |
三分钟 |
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船锚停泊或停泊，速度超过三节 |
十秒 |
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船舶零至十四节 |
十秒 |
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船舶零至十四节和改变航向三十一 |
三十一/三秒 |
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船舶十四之二十三节 |
六秒 |
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船舶十四至二十三节和改变航向 |
二秒 |
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船gt; 二十三节 |
二秒 |
|
船gt; 二十三节和改变航向 |
二秒 |
2.自动识别系统载波链接要求
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参数 |
特点 |
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频率 |
161.975和162.025MHz通道87B和88B |
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波长 |
一点八五米 |
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发射机功率 |
二和十二点五瓦 |
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带宽 |
十二点五和二十五千赫兹 |
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调制 |
高斯最小移位键控（GMSK） |
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调制指数 |
对于十二点五千赫兹为0.25，对于二十五千赫兹为0.5 |
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接收器灵敏度 |
25 kHz时为-107dBm，12.5 kHz时为-98dBm |
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比特率 |
九千六百位/秒 |
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同步 |
世界标准时间 |
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消息长度 |
二十六点七毫秒（二百五十六位） |
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帧长 |
一分钟（两千二百五十个消息） |
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容量 |
四千五百条信息/分钟（针对两个自动识别系统通道） |
|
距离延迟 |
十二位，相当于二百零二海里 |
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访问方案 |
SOTDMA, ITDMA, RATDMA, FATDMA |
4.在非国际海上人命安全公约船只上使用自动识别系统
在非符合国际海上人命安全公约标准的船只上使用自动识别系统接收器没有任何限制，如三百总吨以下的船只、旅游船、拖船等。除接收机外，这艘船可能使用自动识别系统 B类转发器，尽管它必须有从国际电联获得的适当MMSI号码(海上移动站识别号)的许可证。B类应答器必须装有定位装置输入(主要是全球卫星定位系)，这种解决方案的主要缺点是B类收发器的成本比自动识别系统接收机高，但此类装备的船舶的自身位置已不再未知。这一问题(二零零八年初)的价格比较如下：
bull;A类收发器的费用七千美元；
bull;B类收发器费用八百美元。
bull;双通道接收器费用低于一百美元
ITU-R建议M.1371-1描述了以下类型的自动识别系统:
A类:船载移动设备，其目的是满足国际海事组织自动识别系统运输需求的要求，如本文第二和三章所述，
B类:船载移动设备提供的设施不一定完全符合国际海事组织的自动识别系统运输要求。B类与A类几乎相同，除了B类:
bull;报告率低于A级(例如，低于十四节时每三十秒钟，而A类为每十节)
bull;不传送国际海事组织的船舶号码或呼号。
bull;不发送ETA或目的地，
bull;不发送导航状态，
bull;只接收不发送文本安全信息，
bull;只需要接收不发送应用程序标识符(二进制消息)
bull;不传输信息的速率，
bull;不会传递最大的当前静吃水
A类船舶使用SOTDMA(自组织时分多址)发送可变长度电报，定期发送短电报，少发送较长的电报(如货物、目的地等静态信息)。B类船舶采用CSTDMA(载波感知时分多址接入)，主要使用A类船舶不使用的时隙发送固定长度的电报。A类船舶保留特定的时隙，并与无线电范围内的其他A类船舶商议使用时段。B类船舶在可用时使用任何时隙[10]。如果没有空位B类船试图传送，它只是错过了，然后在预先设定的空闲时间后再试一次。
5.自动识别系统的构建
如第2-4章所述，自动识别系统似乎非常复杂质量要求很高。但A类转发器，接收器和B类应答器是相当简单和便宜的设备。建立自动识别系统接收机需要开发以下子系统。
1）适当频率的无线电射频电路和探测器，
2）恢复从射频接口模拟音频，
3）GMSK解调器，
4）高密度脂蛋白胆固醇/ NRZI（非归零反相）缓冲液，
5）常见的数字接口。
无线电射频和探测器可以很容易地使用现有超高频海洋波段无线电或所谓的无线电扫描仪，并有可能接收海洋频率。这种扫描仪可以以低于一百美元的价格购买。其他的可能性是建立专用的无线电电路--尽管微调比现有的无线电要困难。对于任何射频电路，都需要收集未经滤波的音频通道的模拟输出。在[3]中描述了重建RF的可能性的巨大目录。模拟音频接口是射频应用的典型。此时，模拟信号被转换成数字信号（ADC），它可以在计算机声卡上完成。之后，所有的处理是在专门的软件如shipplotter或自动识别系统mon做。图三给出了作者使用扫描仪建伍TH 28进行的这种组合其他的选择是使用这种由CML微电路CMX 7032生产的专用芯片，在其结构中将上面列表中从二到五的所有子系统结合在一起。此外，CMX 7032符合国际海上人命安全公约 B类转发器的要求[1]。图四给出了该微芯片系统的原理图。
添加到CMX芯片微处理器和RF部分，让我们有了构建独立的(没有基于计算机的软件)低成本的接收机和B级转发器的可能性。这似乎是一个完美的解决方案，特别是任何小型船只。该芯片的初步测试相当乐观，在实地调查中获得的范围与专业接收器确定的范围相似。虽然在实际情况下范围的充分有效性以及与其他类型的自动识别系统还没有完成。单CMX 自动识别系统微电路的成本为五十美元。
6，自动识别系统接收机模拟器
自动识别系统模拟器的构建需要可以对无线电信道进行建模的编程环境以及特定类型的调制;
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