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大連海事大學 遼寧大連 116026
摘 要：通過分析我國現有的VTS,RBN-DGPS,VHF-DSC臺站、燈塔的布局和現狀，提出了在VTS水域中AIS基站站址選取的一般標準；并且分析了如何選取AIS基站的天線高度。
關鍵詞：自動識別系統(tǒng)；最大保護距離；船舶交通管理系統(tǒng)；基站建設
通用船舶自動識別系統(tǒng)AIS是一個數字通信系統(tǒng)，用于船與船、船與岸之間進行信息交流的系統(tǒng)。AIS岸上子系統(tǒng)作為船舶交通管理系統(tǒng)的補充，根據覆蓋范圍的大小，參加船舶數量和VHF頻段的特點，需要通過設立多個岸基站以無縫覆蓋整個VTS水域，并通過通信手段連接在一起。
1 AIS基站站址的選取
在我國的沿海及重要的海域已經建成VTS，RBN-DGPS,VHF-DSC臺站和燈塔，通過分析他們的現狀和布局，為AIS岸站建設提供有益的參考。AIS岸上子系統(tǒng)與VTS中心結合，走有中國海域分布特點的道路，建設北京AIS監(jiān)視總中心，大連等AIS監(jiān)視中心和各VTS水域中的AIS基站若干。AIS基站以燈塔、雷達站、DGPS站等已有的臺站為參考站址，對于特殊VTS水域中的AIS基站的選取應根據實際情況具體分析。
1．1 我國VTS建設現狀和對建設AIS基站的影響
目前我國共建立了17個VTS系統(tǒng)，41座雷達站，這些VTS均勻分布在我過的主要港口、長江入口、渤海灣以及珠江口和瓊州海峽，因此，VTS都占據著重要的地理位置，對保障船舶交通安全、提高船舶運行 的交通效率、保護水域環(huán)境起到重要的作用；已建成的VTS是以保障船舶交通安全為主，但船舶的交通服務功能尤其是電子信息服務功能不足；當前VTS的發(fā)展方向是向著計算機網絡化的方向發(fā)展。
我國已建成的VTS有幾個共同特征：
（1）設備廠家多，計有英國DECCA、日本沖電器、德國ATLAS、挪威NORC、美國R．D．S、日本FURUN、荷蘭HITT、美國洛克希德馬丁等8家公司。
�。�2）單站居多，存在著互不相關，不能聯(lián)網，不能為船舶的所有人、經營人、代理人進行船舶交通信息服務的要求。
�。�3）早期建設的VTS中新設備陳舊，功能缺乏，現已進入更新改造，延伸擴建階段。
VTS建設在船舶交通管理中起了重大作用，明顯減少了海上交通事故，其布局在航運的重要位置是合理的。VTS的技術管理也日趨成熟，組織機構也適應海事管理順序，因此，AIS中心與VTS中心同址，在VTS基礎上增加VTS功能，在雷達站和雷達站覆蓋之外增加AIS基站，擴大船舶交通管理的范圍。所以AIS中心臺站與VTS中心臺站結合建設新型船舶交通管理系統(tǒng)。
1.2 我國RBN-DGPS建設現狀和對建設AIS基站的影響
RBN-DGPS播發(fā)臺站在沿海地區(qū)共建設20座,其播發(fā)臺站是在定向無線電信標發(fā)信臺上增加播發(fā)DGPS偽距和距離變化率的校正值，用來提高GPS的定位精度。發(fā)信臺使用海上無線電信標頻率（283．5～325 kHz），主載波頻率上播發(fā)指向信號，副載波上播發(fā)校正信號，因此同時播發(fā)指向信號和DGPS校正信號。依照國際航標協(xié)會（IALA）分配給我國的基準臺和發(fā)信臺識別碼的范圍600～659和600～629。播發(fā)DGPS校正值的電文內容與信號格式按照海運事業(yè)無線電技術委員會(RTCM-104)推薦的數據格式，播發(fā)的技術要求符合國際電信聯(lián)盟ITU-R823建議。RBH-DGPS播發(fā)臺的技術要求完全與國際接軌，在我國使用的RBH-DGPS接受機與世界DGPS通用。經嚴格測定，單個播發(fā)臺站在300 km范圍內，95％可信度的定位精度優(yōu)于5 m（2 drms），可以實現精密導航。他在船舶進出港、船舶交通管理、航道測量、海洋捕魚、海上救助等領域可以應用，此外，在播發(fā)臺附近幾十公里范圍內的陸上用戶，提供航道交通監(jiān)控、車 輛導航和跟蹤，為經濟的發(fā)展起到了一定的作用。
RBN-DGPS對提高GPS定位精度有明顯作用，在SA取消之后，GPS為民用信號開放了全部精度，也滿足了航標工程測量，水道測量以及港口船舶導航的要求，包括精度、完善性等。因此，差分基準臺使用差分技術增強本地GPS系統(tǒng)將繼續(xù)推廣下去，今后差分基準臺適當減少播發(fā)的偽距改正數據，而增加更多有價值的導航信息。AIS建設也充分注意到DGPS的變化，適當使用DGPS。我國的RBN-DGPS臺站布局合理，充分利用指向標站址，在建設AIS基站也應充分利用。
1．3 我國VHF-DSC建設現狀和對建設AIS基站的影響
國際海事組織（IMO）發(fā)展GMDSS系統(tǒng)的目的是建立一個有助于海上航行安全的全球性通信網，以最大限度地保障海上人命與財產的安全。GMDSS系統(tǒng) 包括用于報警的“COSPAS-SRSAT”系統(tǒng)；用于報警和呼叫的“IINMARSAT”、“DSC”系統(tǒng)；用于尋位的“搜救雷達應答器”；用于播發(fā)海上安全信息的“NAVTEX”系統(tǒng)。
根據“1979年國際海上搜尋救助公約”的規(guī)定，為保證發(fā)生在中國沿海的海難事故能夠得到及時有效的救助，我國政府在大連、天津、上海、�？诘仁畮讉�港口建立了無線電數選值班臺（DSC），同時將上海的DSC臺建成了國際值班臺，形成了100～400 nmile沿海的鏈狀覆蓋區(qū)域，提供話音及窄帶直接印字電報等緊急和安全通信及遇險報警功能。
雖然GMDSS改變了原始的莫爾斯報通信方式，但由于其使用不方便，日常維護及通信費用較高，誤報警率較多，其發(fā)展受到很大的制約。雖然公約已明確國際航行船舶必須按要求配備與所航航區(qū)相適應的設備，但因設備昂貴給船東帶來了極大的負擔，如不在技術上做重大改進，其發(fā)展前景不容樂觀。
GMDSS的建設的布局是以海岸電臺為基礎，有些臺站離海邊較遠，又由于陸上電磁環(huán)境變化，VHF干擾強烈，有效作用距離受影響，現有些臺站遷往海邊。由于技術條件未建設遠程遙控臺站，覆蓋范圍有限；VHF無線電環(huán)境變壞，影響DSC的工作，DSC誤報警嚴重，這些對AIS臺站和網絡建設有益指導。AIS與DSC兼容的必要性更大了，AIS也工作在VHF頻段，對電磁干擾要充分考慮。
1．4 我國燈塔、大型航標的建設現狀和對建設AIS基站的影響
我國沿海建設有燈塔和大型航標上百座，這些航標設施和燈塔都建在對航行有危險的地方，一般是AIS基站的理想位置，綜合利用設施的功能。
航標和燈塔是經過歷史考驗的，他們普遍盤踞航道重要位置，多數在海島或海岸高處臨海的山上，又有良好的站址和基礎設施，基本沒有人管理，生活條件基本具備，供電也能滿足AIS基站的要求，沒有有線PSTN的地方，移動無線電話（GSM）可能覆蓋。從海上長江口AIS的基站選址看，佘山、大戢山都是理想的基站所在地，所以燈塔為AIS基站站址應充分考慮。
綜合以上的分析，可以初步提出我國的AIS基站的布局原則：
（1）VTS技術管理比較成熟，因此，AIS中心和VTS中心同址；
（2）一個AIS中心應布置多座AIS基站力求覆蓋全海域；
�。�3）AIS基站設在濱海臨島的海岸邊沿，力求VHF無線電有效覆蓋在海面；
（4）AIS基站與中心站的網絡通信，宜采用公用通信手段，順序次為有限通信PSTN；移動無線電話通信（GSM或CDMA）；甚小口徑衛(wèi)星通信、移動衛(wèi)星通信、專用數字微波通信。
（5）AIS基站應為遙控無人管站，有人值班即可。
�。�6）AIS基站與現有VTS雷達站，RBN-DGPS臺站、燈塔或大型航標同址。
（7）AIS基站因地而異，一般在30～40 km間隔為宜。在江河和港口因電磁兼容等，宜多站設立，多01重覆蓋。
（8）對我國沿海海岸是否連續(xù)覆蓋、無縫問題，認為應根據航行的要求，我國有些海域或沿岸因水深淺等自然因素影響主要航區(qū)。
加強福建、廣東沿海AIS基站建設，這些地區(qū)由于歷史原因助航設施欠完善，而是今天經濟發(fā)展較快的區(qū)域，從福建—廈門、廈門—汕頭、汕頭—深圳應連續(xù)覆蓋。
2 AIS基站天線的選取
2．1 AIS的數據包格式
根據AIS技術標準，AIS中的數據是通過數據包傳輸的，每個幀為1 min，分為2 250個時隙，每個時隙的時間長度為26．7 ms。AIS的數據分組格式如下所示：
數據分組應該自左向右，預設的分組總長度為256 b，除訓練序列以外，這一結構應該同普通的HDLC結構完全一樣。采用訓練序列是為了對VHF接收機進行同步調整。訓練序列為交替的0、1組成的位組合（0101010101…）。在發(fā)出標記之前，應先發(fā)射24b的前置碼（除非是32 b的分配需連續(xù)列），但由于通信電路采用NRZI模式，這一組合應加以修正。
開始標記的長度應為8 b，由一個標識HDLC標記組成，其作用為監(jiān)測傳輸分組的開端。HDLC標記有一個位組合組成，長度為8 b：01111110（7EH）。該標記盡管包含6個連續(xù)位，但不受位填充影響。
在預設傳輸分組中，數據部分長度應為168 b。在數據鏈路服務中對數據內容未加定義。幀校驗序列（FCS）采用循環(huán)冗余校驗16 b多項式來計算［ISONEC3309∶1993］中所定義的檢查和。在CRC計算開始適應將CRC碼元預設為1，CRC計算中應只包括位填充的數據部分。
結束標志和開始標志的描述一致。
緩沖碼的長度為24 b，其用途如表1所示。
2．2 AIS系統(tǒng)的最大保護距離對天線高度的限制
12 b的距離延遲是為了提供最大的距離延遲而設置。AIS信息的傳輸速率為9 600 b／s，可知AIS系統(tǒng)提供的保護時間Tr為：
在AIS的最大保護距離Rmax范圍內，各AIS站臺不會因為傳播時延而造成的交疊干擾，Rmax為我們提供了天線選取的參考數值，限定了天線的最大高度。2．3 VHF電波傳播特性對天線高度的限制 �。�1）當傳播路徑為水面時，可將地面作為光滑球面處理，則按傳播距離將地面劃分為3個區(qū)域：干涉區(qū)、繞射區(qū)、散射區(qū)。當視距為r0時，干涉區(qū)一般距離發(fā)射點為（0．6～0．8）r0的范圍內，在干涉區(qū)內，水面上無障礙物時，船舶在航行的時候場強的瞬時值變化不大。繞射區(qū)一般為視距所對應的接收區(qū)的天線所在點左右的（0．2～0．4）r0的范圍以內。繞射區(qū)以外的部分
為散射區(qū)為發(fā)射臺與接收臺天線（m））。由于電波的繞射作用，在視距以外的一定范圍，可得到較好的通信效果。這一范圍的大小，與發(fā)射功率、接受機靈敏度、天線增益，特別是天線高度有關。
�。�2）選取天線的時候應該考慮系統(tǒng)余量 VHF調撥傳輸時，接受機除接收來自發(fā)射機的直射波外，還會接收到經地球表面不同反射過來的幅度與相位各不相同的反射波。此外建筑物、森林等還會產生遮蔽效應，運動中的通信設備還會產生多普勒效應。這些因素使接收機信號發(fā)生隨機起伏，即多徑衰落。因此，在選定天線的時候要給系統(tǒng)留有適當的余量。
系統(tǒng)總增益SG為：
其中：PT為發(fā)射功率；G1為基地臺天線增益；G2為船臺天線增益；Gmin為接收機靈敏度；Lp為路徑損耗；Ln為噪聲環(huán)境損耗；Lt為發(fā)射設備損耗；Lr為接收設備損耗。
選取天線的時候，要保證系統(tǒng)余量滿足：
SM＞0
建造基站合理選擇天線很是關鍵。天線高度不能夠過高，過高有可能收集到VTS水域之外的船舶數據，這樣會給VTS水域內的容量帶來問題；天線過高會產生時隙重疊問題；天線過高，天線的成本增加；天線也不能過低，過低不能有效覆蓋全部水域。我們力求從多方面考慮來選定天線的高度。
3 結 語
本文分析了我國VTS,RBN-DGPS,VHF-DSC臺站和燈塔的現狀和布局，初步討論了我國AIS基站的布局原則；本文還從幾個方面闡述了如何合理的選取基站天線。這些結果可在構建AIS岸—船系統(tǒng)的方案確定和工程設計中應用。
參考文獻
�。�1］ 郭梯云，楊家瑋，李建東．數字移動通信［M］．修訂本．北京：人民郵電出版社，2001．
�。�2］ 劉人杰，劉暢，黃習剛．船舶自動識別系統(tǒng)的信息傳輸［J］．中國航海，2002．
�。�3］ Recommendation Itu-R M.1371*techicalcharacteristics for a universal shipborneautomatic identification system using time
division multiple access in the VHFmaritime mobile band (question Itu-R25/8)[S],1998．
摘自《現代電子技術》
