船舶交通管理系統(tǒng)VTS5(130910)

1、船舶交通管理電子系統(tǒng)(第五章) 第五章第五章 AIS子系統(tǒng)子系統(tǒng)5.1 概述概述一、一、AIS（Auto Identification System）的作用）的作用和功能和功能1、作用、作用為船舶安全航行和避碰提供必要的信息。2、功能、功能1）可在無需人工介入的情況下，主動連續(xù)地向具有適當配備的主管當局的岸臺和其他船舶（飛機）提供與安全有關的信息。2）能接收、處理船位、航向、航速等傳感信息，自動接收來自具有相同配備的船舶、管理當局及其他來源的上述信息。4）以適當?shù)墓ぷ髂Ｊ胶蜁r隙與其他AIS臺交換數(shù)據(jù)。6）具有設備自檢功能（BITE）。7）系統(tǒng)提供國際海事標準界面，并有輸入和輸出數(shù)據(jù)的接口。3）

2、以適當?shù)母滤俾侍峁┐缓筒倏v信息以便于管理當局和其他船舶精確跟蹤和監(jiān)視船舶動態(tài)。5）具有準確的定時功能。二、二、AIS的發(fā)展過程的發(fā)展過程1992年： IALA向IMO, ITU提議使用DSC應答器系統(tǒng).并以ITU-R M.825號建議內(nèi)容作為國際標準。19941995年： 瑞典、芬蘭首次提出“無線電AIS”的概念。1995.7：瑞典芬蘭聯(lián)合在IMO NAV41會議上首次提出將自組織時分多址技術（SOTDMA）應用于船舶間和船岸間海上轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)的建議（草）提案。1996.12：IMO MSC67會議，同意將廣播式信息交換方案引入AIS。1997：IMO NAV43會議通過通用船載AIS性能標

3、準建議草案 1997.6：IMO MSC68會議，制定通報容量大的AIS性能標準。1997.10：ITU-R大會審議M.825號建議修正案，用AIS擴大 VTS信息，增加VTS用高速AIS的技術特性提案。1998.5：IMO MSC69會議采納了AIS性能標準草案。1998.7：IMO NAV44會議建議2002年起300總噸及以上新船和客輪必須安裝AIS. 1998：ITU-R通過全球AIS專用兩個VHF頻道：CH 87B f=161.975MHz； CH 88B f=162.025MHz，從而滿足了AIS需求的頻率條件。1998.11：ITU-R通過“在VHF海上移動頻段上使用時分多址的船

4、用自動識別系統(tǒng)（AIS）的技術特性”建議案ITU-R M.1371。1999：IMO NAV45次會議通過AIS強制性安裝決定： 2000.5：IMO MSC會議未通過上述強制性安裝AIS的議案。2000.12：IMO MSC73會議通過AIS強制性安裝議案。1、分類、分類AIS可分為移動站和固定站兩大類。可分為移動站和固定站兩大類。移動站包括移動站包括：1)完全符合完全符合IMO規(guī)范的規(guī)范的A類船載類船載AIS（Shipborn Class A AIS）;2)不完全符合不完全符合IMO規(guī)范的規(guī)范的B類船載類船載AIS（Shipborn Class B AIS）;3)裝備在搜救飛機上的機載搜救

5、裝備在搜救飛機上的機載搜救AIS（Airborn Class B AIS）。）。三、三、AIS的基本構成和工作模式固定站包括：固定站包括：1) AIS基站；基站；2) AIS單工轉(zhuǎn)發(fā)站；單工轉(zhuǎn)發(fā)站；3) AIS雙工轉(zhuǎn)發(fā)站；雙工轉(zhuǎn)發(fā)站；4) 裝在航標上的航標裝在航標上的航標AIS?；疽话悴华毩⒐ぷ?，而是采用聯(lián)網(wǎng)工作方式。基站一般不獨立工作，而是采用聯(lián)網(wǎng)工作方式。CPUVHF-TXVHF-RXVHF-RXVHF-RXGNSS-RXBITE報警最小顯示器和鍵盤船首向設備測速裝置 GNSS-RX轉(zhuǎn)向率AIS圖像顯示器AIS2、移動站基本構成、移動站基本構成2、主要參數(shù)、主要參數(shù) 1）工作頻道）工作頻

6、道 ASI1-87B（161.975MHz） ASI2-88B（162.025MHz） 基于DSC：CH70（156.525MHz） 區(qū)域性規(guī)定頻道2）信道帶寬 25KHz或12.5KHz3）編碼形式）編碼形式 NRZI(非歸零翻轉(zhuǎn))編碼4）調(diào)試方式 高斯最小移頻鍵控（GMSK）5）數(shù)據(jù)發(fā)射比特率 9600b/s5010-66）發(fā)射穩(wěn)定時間 1ms7）發(fā)射功率 25W3、通信工作模式、通信工作模式 （1）自組織“船對船”工作模式； （2）自組織“船對岸” 工作模式； （3）自組織“船對船”和“船對岸”獨立或并行工作模式； （4）DSC。AIS岸臺（岸臺）GPS衛(wèi)星定位，定時AIS信息VTS海事

7、管理物流管理AIS岸臺網(wǎng)4、操作模式、操作模式 1）自主模式）自主模式 自己決定發(fā)射時間表，且主動解決與其他電臺間的時間沖突。2）分配模式）分配模式 使用管轄機構的基站或轉(zhuǎn)發(fā)站分配的時間表。 3）輪詢）輪詢 響應它船或管轄機構的詢問，輪詢模式的操作與其他兩種模式的操作無沖突。5.2 AIS信息傳輸信息傳輸 AIS信道每分鐘可傳輸2250個時隙。一、通信方式一、通信方式 采用SOTDMA（Self-organized Time Division Multiple Access，自組織時分多址）通信方式。1分鐘（ 1幀：2250個）時隙26.67ms二、二、AIS信息分類與數(shù)據(jù)格式信息分類與數(shù)據(jù)格

8、式1、信息分類、信息分類1）靜態(tài)信息）靜態(tài)信息AIS的海上移動服務標識（MMIS）船舶呼號船名船舶長度和寬度船舶類型定位天線在船上的位置等船舶龍骨以上高度（擴展電文）ABCD2）動態(tài)信息）動態(tài)信息 船舶位置；UTC（Coordination Universal Time，協(xié)調(diào)世界時）時間； 對地航速（SOG）； 對地航向（COG）； 艏向； 航行狀態(tài)； 轉(zhuǎn)向率（ROT）等。3）航次相關信息）航次相關信息 船舶吃水； 危險貨物（種類）； 目的港； 預計到達時間（ETA）； 航行計劃（轉(zhuǎn)向點）； 船上人員（擴展電文）等。4）有關安全的信息。）有關安全的信息。共采用了共采用了22種類型的電文表示（見

9、教材中表種類型的電文表示（見教材中表5.7）。）。2、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)格式 1）基本數(shù)據(jù)格式）基本數(shù)據(jù)格式 通信狀態(tài) 備用 18CommStateSpare 報表產(chǎn)生的UTC（秒）HeadingCOGLatitudeLongitude 9 6 9 12 27 28Time Stamp 船首向（0359） 對地航向 緯度 經(jīng)度 1 位置準確度（1：高，0：低） 10 對地速度 8 轉(zhuǎn)向速率 2 航行中，拋錨或限制等 30 用戶標識號 1 表示數(shù)據(jù)可發(fā)送 1 數(shù)據(jù)終端準備好 6 本電文信息的標識Position AccuracySOGRate of TurnNavigational StatusUs

10、er IDData IndicatorDTEMessage ID 參數(shù) 數(shù)據(jù)位 描述2）數(shù)據(jù)包格式）數(shù)據(jù)包格式 訓練序列 開始標志 數(shù)據(jù) 幀校驗 結束標志 緩沖 24位 8位 168位 16位 8位 24位圖 2-1 RF啟動和釋放T0=0ms時：時隙開始；Tx=0.832ms ：訓練序列開始時刻；T1=1ms ：發(fā)射功率和頻率達到穩(wěn)定； T2=3.328ms ：開始傳輸數(shù)據(jù)包。即開始標志；T3=24.128ms ：數(shù)據(jù)傳輸結束，緩沖部分包括位填充，以及用作距離延遲的保護時間；T4= T3 +1.000ms ：發(fā)射功率減小到零；T5=26.67ms ：時隙結束，下一個時隙開始傳輸。圖 2-1

11、RF啟動和釋放3、信息更新速率、信息更新速率1）靜態(tài)信息）靜態(tài)信息靜態(tài)信息 每6分鐘或者根據(jù)需要動態(tài)信息 根據(jù)航速和航向變化率而定航次有關信息 每6分鐘或者根據(jù)需要信息內(nèi)容 播發(fā)間隔安全信息 根據(jù)需要2）動態(tài)信息）動態(tài)信息錨地 3分鐘航速14-23節(jié) 6秒航速0-14節(jié) 10秒船舶狀態(tài) 播發(fā)間隔航速14-23節(jié)且改變航向 2秒航速23節(jié) 2秒航速23節(jié)且改變航向 2秒航速0-14節(jié) ，且改變航向 秒3134、船舶、船舶GPS天線位置天線位置ABCD 比特數(shù) 比特域 距離（m）A 9 08 最大511B 9 917 最大511 C 6 1823 最大63D 6 2429 最大63 5.3 AIS

12、 技術實現(xiàn)方案技術實現(xiàn)方案一、系統(tǒng)構成一、系統(tǒng)構成1、系統(tǒng)構成：數(shù)據(jù)幀(含2250個時隙)船A船B船C岸臺船船A發(fā)送船位時隙發(fā)送船位時隙船船B發(fā)送船位時隙發(fā)送船位時隙船船C發(fā)送船位時隙發(fā)送船位時隙2、設備構成、設備構成(D)GPS接收機控制單元TDMA解調(diào)器TDMA接收1TDMA接收2天線共用器TDMA調(diào)制信息顯示處理器其他信息位置時間（UTC）差分數(shù)據(jù)TX收/發(fā)控制DSC接收TDMA解調(diào)器DSC解調(diào)器DSC調(diào)制二、二、TDMA技術技術方法：將時間分割成周期性的幀；每一幀又被分割成若干個時隙。TDMA技術的特點：技術的特點：1）節(jié)省頻譜資源，有效避免了互調(diào)干擾；2）不存在頻率分配問題，對時隙的

13、分配和管理比對頻率的分配與管理要簡單且經(jīng)濟，AIS采取的信道按需分配，有利于提高系統(tǒng)的容量。3）既發(fā)送信息又可接收其他臺站的信息，且VTS中心可以發(fā)送VTS廣播信息；4）系統(tǒng)必須精確定時和同步，UTC時間可為此提供保證。t111用戶1t222用戶2t333用戶3t幀時隙 1 2 3 n 1 2 3 n 1 2 3 .用戶n三、三、AIS頻道分割方案和頻道分割方案和VTS信息內(nèi)容信息內(nèi)容1、船臺、船臺AIS發(fā)射頻道和接收頻道發(fā)射頻道和接收頻道船臺：發(fā)射頻道：CH87B /CH88B ，或區(qū)域指定船 臺頻道； 接收頻道：CH88B、CH87B或指定。2、VTS利用利用AIS向船舶發(fā)送的信息內(nèi)容向船

14、舶發(fā)送的信息內(nèi)容1）未裝備AIS設備的船舶的信息（主要是靜態(tài)信息和動態(tài)信息）；2）航行警告等。四、時隙的劃分與選擇四、時隙的劃分與選擇1、時隙劃分時隙劃分AIS數(shù)據(jù)幀長度：1分鐘，2250個時隙。1分鐘26.67ms時隙2249時隙1時隙0當前幀時隙2249時隙1時隙0下一幀每個船舶AIS用戶或VTS中心可以選擇一個或多個時隙。2、時隙的選擇、時隙的選擇1）自組織自組織TDMA（SOTDMA） （1）該協(xié)議提供了在沒有控制臺介入的情況下，解決尋址沖突的方法。 （2）移動用戶用該協(xié)議進行位置廣播以及識別附近用戶發(fā)送信息。 （3）傳輸信息：一般為重要的信息或不斷更新的信息。 （4）時隙選擇過程：確

15、定時隙范圍得到可供選擇使用的時隙在可選時隙中隨機隨機確定一個時隙。2）增址增址TDMA（ITDMA）該協(xié)議允許一個用戶使用多個傳輸時隙供自己使用。該協(xié)議使用的第一個時隙通過SOTDMA或RATDMA（隨機尋址）進行選擇。工作過程：工作過程：在傳第1個時隙前，隨機選擇下一個ITDMA時隙，計算出位置的相對偏移量，該偏移量加入到Comm State參數(shù)中。接收端可根據(jù)偏移量來確定下一個時隙的位置。當偏移量為0時，表示該時隙為最后一個ITDMA時隙。3）隨機尋址隨機尋址TDMA（RATDMA）該協(xié)議用于用戶第一次在數(shù)據(jù)鏈中進行數(shù)據(jù)傳輸時選擇時隙，或者用于不重復發(fā)送的信息傳輸。4）固定尋址固定尋址TDMA（FATDMA）該協(xié)議只用于基站或VTS中心進行