内河AIS船台设备的开发与应用研究

摘要

作为雷达等导航设备的重要补充，VHF数字通讯系统AIS(AutomaticIdentify System)可以在30Km的范围内，准确向周围船只报告本船的船名、船长、船宽、吃水、航向状态等重要的航行信息，从而为安全航行提供重要的参考。该设备在海上已被广泛应用，技术也相对成熟。随着海事监管需求的日益迫切，AIS在长江等主要内河航道将被逐步推广，AIS所反映的上述具体信息，一直以来都是海事部门的监管重点，这方面的需求也日益旺盛。相对于常见的数字无线通讯系统，AIS工作频点特殊，无线频率稳定性，上升时间等参数指标都要求较高，使得这部分产品长期为进口厂家把持。直至近年，才有少数几家国产厂商逐渐兴起。
　　 本研究以研发一套完全自主的AIS船台设备为首要目标。目前这个设备已经研发成功，运行于四十三艘商用船舶上，为海事安全监管服务。
　　 第1章介绍了国内外的AIS研究与应用现状。
　　 第2章，从AIS基带信号出发，研究了AIS设备底层GMSK与DSC信号调制解调机制的实现过程。介绍了专用芯片CMX7042的AIS应用方法，并以此为基础探讨并实现了基于RISC处理器的快速软件调制解调方法，在信号调制中取得了初步进展。
　　 第3章则介绍了如何以GPS为基准，精确获得世界标准时间，并使整个系统的脉冲时间与世界时的秒对齐，误差小于AIS国际标准需求。分析了AIS设备的中断控制需求，介绍了整个系统的中断运作模式。
　　 第4章以上海吴淞口AIS信号现状为主要研究对象，分析并初步统计了目前内河AIS中各类船台的数量，具体计量了AIS推广中存在的问题，包括相当数量的船台时隙对齐不准、发射功率稳定时间过长等等，及AIS信道规划本身的不足。
　　 第5章则介绍了AIS在航标领域的应用及在内河助航方面的广阔前景与技术方案。针对AIS功耗上的不足，提出了AIS与ZigBEE结合于航标应用的想法，在引入内河航标进入AIS体系的同时，开辟一套与AIS并存的ZigBEE频谱，用于满足航标遥测遥控，船只告知的功能，同时为以后ZigBEE的船舶应用提供尝试。
　　 系统开发出来以后，在相关企业和有关海事部门的配合下，成功开发出了相应的试运行产品，并已经安装于大量的各类船舶中。目前，设备运行状态良好，性能稳定，精度高，在船舶运营和航行安全中上发挥了积极作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2 AIS技术发展及市场前景

1.2.1 AIS技术概述

1.2.2 AIS发展现状

1.3课题的来源与本文研究内容

1.3.1课题的来源

1.3.2研究内容

1.4本文结构安排

第2章 AIS基带信息调制解调技术

2.1 AIS通讯链路结构

2.2基于CMX7042的GMSK调制解调技术

2.2.1 C-BUS通讯总线及实现

2.2.2 CMX7042接收电路分析及幅度调整电路

2.2.3发送调制度调整电路

2.2.4 CMX7042的Carrier-Senese模式及配置过程

2.3基于RISC处理器运算的GMSK调制解调算法

2.3.1 DSC信号的调制解调算法

2.3.2查表GMSK调制算法

2.3.3 GMSK的阈值解调算法

2.3.4实验结果

2.4本章小结

第3章 GPS定位及MCU中断系统的实现

3.1 GPS秒脉冲捕捉及时隙计算

3.2 AIS差分机制

3.3多中断源组织协调方法

3.4本章小结

第4章 上海吴淞口AIS信道现状分析及对策研究

4.1上海吴淞口信道压力实测数据列表分析

4.2 AIS信号分析及对策研究

4.3本章小结

第5章 航标等助航设备的AIS应用及RFID扩展

5.1框架设计

5.2关键技术

5.2.1 AIS通讯网络及航标改进

5.2.2智能航标GPS差分方案

5.2.3智能航标结构设计及节能关键技术

5.3 AIS航标与ZigBEE等认知无线电技术的结合

5.4船只“RFID”

5.4本章小结

第6章 总结与展望

6.1研究内容总结

6.2研究内容展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文