船舶交通管理系统VTS5(130910)

船舶交通管理电子系统(第五章)第五章AIS子系统§5.1概述一、AIS（AutoIdentificationSystem）的作用和功能1、作用为船舶安全航行和避碰提供必要的信息。2、功能1）可在无需人工介入的情况下，主动连续地向具有适当配备的主管当局的岸台和其他船舶（飞机）提供与安全有关的信息。2）能接收、处理船位、航向、航速等传感信息，自动接收来自具有相同配备的船舶、管理当局及其他来源的上述信息。4）以适当的工作模式和时隙与其他AIS台交换数据。6）具有设备自检功能（BITE）。7）系统提供国际海事标准界面，并有输入和输出数据的接口。3）以适当的更新速率提供船位和操纵信息以便于管理当局和其他船舶精确跟踪和监视船舶动态。5）具有准确的定时功能。二、AIS的发展过程•1992年：IALA向IMO,ITU提议使用DSC应答器系统.并以ITU-RM.825号建议内容作为国际标准。•1994—1995年：瑞典、芬兰首次提出“无线电AIS”的概念。•1995.7：瑞典芬兰联合在IMONAV41会议上首次提出将自组织时分多址技术（SOTDMA）应用于船舶间和船岸间海上转发器系统的建议（草）提案。•1996.12：IMOMSC67会议，同意将广播式信息交换方案引入AIS。•1997：IMONAV43会议通过通用船载AIS性能标准建议草案•1997.6：IMOMSC68会议，制定通报容量大的AIS性能标准。•1997.10：ITU-R大会审议M.825号建议修正案，用AIS扩大VTS信息，增加VTS用高速AIS的技术特性提案。•1998.5：IMOMSC69会议采纳了AIS性能标准草案。•1998.7：IMONAV44会议建议2002年起300总吨及以上新船和客轮必须安装AIS.•1998：ITU-R通过全球AIS专用两个VHF频道：CH87Bf=161.975MHz；CH88Bf=162.025MHz，从而满足了AIS需求的频率条件。•1998.11：ITU-R通过“在VHF海上移动频段上使用时分多址的船用自动识别系统（AIS）的技术特性”建议案ITU-RM.1371。•1999：IMONAV45次会议通过AIS强制性安装决定：•2000.5：IMOMSC会议未通过上述强制性安装AIS的议案。•2000.12：IMOMSC73会议通过AIS强制性安装议案。1、分类AIS可分为移动站和固定站两大类。移动站包括：1)完全符合IMO规范的A类船载AIS（ShipbornClassAAIS）;2)不完全符合IMO规范的B类船载AIS（ShipbornClassBAIS）;3)装备在搜救飞机上的机载搜救AIS（AirbornClassBAIS）。三、AIS的基本构成和工作模式固定站包括：1)AIS基站；2)AIS单工转发站；3)AIS双工转发站；4)装在航标上的航标AIS。基站一般不独立工作，而是采用联网工作方式。CPUVHF-TXVHF-RXVHF-RXVHF-RXGNSS-RXBITE报警最小显示器和键盘船首向设备测速装置GNSS-RX转向率AIS图像显示器AIS2、移动站基本构成2、主要参数1）工作频道ASI1-87B（161.975MHz）ASI2-88B（162.025MHz）基于DSC：CH70（156.525MHz）区域性规定频道2）信道带宽25KHz或12.5KHz3）编码形式NRZI(非归零翻转)编码4）调试方式高斯最小移频键控（GMSK）5）数据发射比特率9600b/s±50×10-66）发射稳定时间1ms7）发射功率25W3、通信工作模式（1）自组织“船对船”工作模式；（2）自组织“船对岸”工作模式；（3）自组织“船对船”和“船对岸”独立或并行工作模式；（4）DSC。AIS岸台（岸台）GPS卫星定位，定时AIS信息VTS海事管理物流管理……AIS岸台网4、操作模式1）自主模式自己决定发射时间表，且主动解决与其他电台间的时间冲突。2）分配模式使用管辖机构的基站或转发站分配的时间表。3）轮询响应它船或管辖机构的询问，轮询模式的操作与其他两种模式的操作无冲突。§5.2AIS信息传输AIS信道每分钟可传输2250个时隙。一、通信方式采用SOTDMA（Self-organizedTimeDivisionMultipleAccess，自组织时分多址）通信方式。……1分钟（1帧：2250个）时隙26.67ms二、AIS信息分类与数据格式1、信息分类1）静态信息AIS的海上移动服务标识（MMIS）船舶呼号船名船舶长度和宽度船舶类型定位天线在船上的位置等船舶龙骨以上高度（扩展电文）ABCD2）动态信息船舶位置；UTC（CoordinationUniversalTime，协调世界时）时间；对地航速（SOG）；对地航向（COG）；艏向；航行状态；转向率（ROT）等。3）航次相关信息船舶吃水；危险货物（种类）；目的港；预计到达时间（ETA）；航行计划（转向点）；船上人员（扩展电文）等。4）有关安全的信息。共采用了22种类型的电文表示（见教材中表5.7）。2、数据格式1）基本数据格式通信状态备用18CommStateSpare报表产生的UTC（秒）HeadingCOGLatitudeLongitude969122728TimeStamp船首向（0~359°）对地航向纬度经度1位置准确度（1：高，0：低）10对地速度8转向速率2航行中，抛锚或限制等30用户标识号1表示数据可发送1数据终端准备好6本电文信息的标识PositionAccuracySOGRateofTurnNavigationalStatusUserIDDataIndicatorDTEMessageID参数数据位描述2）数据包格式训练序列开始标志数据帧校验结束标志缓冲24位8位168位16位8位24位图2-1RF启动和释放T0=0ms时：时隙开始；Tx=0.832ms：训练序列开始时刻；T1=1ms：发射功率和频率达到稳定；T2=3.328ms：开始传输数据包。即开始标志；T3=24.128ms：数据传输结束，缓冲部分包括位填充，以及用作距离延迟的保护时间；T4=T3+1.000ms：发射功率减小到零；T5=26.67ms：时隙结束，下一个时隙开始传输。图2-1RF启动和释放3、信息更新速率1）静态信息静态信息每6分钟或者根据需要动态信息根据航速和航向变化率而定航次有关信息每6分钟或者根据需要信息内容播发间隔安全信息根据需要2）动态信息锚地3分钟航速14-23节6秒航速0-14节10秒船舶状态播发间隔航速14-23节且改变航向2秒航速23节2秒航速23节且改变航向2秒航速0-14节，且改变航向秒3134、船舶GPS天线位置ABCD比特数比特域距离（m）A90—8最大511B99—17最大511C618—23最大63D624—29最大63§5.3AIS技术实现方案一、系统构成1、系统构成：数据帧(含2250个时隙)船A船B船C岸台船A发送船位时隙船B发送船位时隙船C发送船位时隙2、设备构成(D)GPS接收机控制单元TDMA解调器TDMA接收1TDMA接收2天线共用器TDMA调制信息显示处理器其他信息位置时间（UTC）差分数据…TX收/发控制DSC接收TDMA解调器DSC解调器DSC调制二、TDMA技术方法：将时间分割成周期性的帧；每一帧又被分割成若干个时隙。TDMA技术的特点：1）节省频谱资源，有效避免了互调干扰；2）不存在频率分配问题，对时隙的分配和管理比对频率的分配与管理要简单且经济，AIS采取的信道按需分配，有利于提高系统的容量。3）既发送信息又可接收其他台站的信息，且VTS中心可以发送VTS广播信息；4）系统必须精确定时和同步，UTC时间可为此提供保证。t111用户1t222用户2t333用户3t帧时隙123…………n123…………n123…...用户n三、AIS频道分割方案和VTS信息内容1、船台AIS发射频道和接收频道船台：发射频道：CH87B/CH88B，或区域指定船台频道；接收频道：CH88B、CH87B或指定。2、VTS利用AIS向船舶发送的信息内容1）未装备AIS设备的船舶的信息（主要是静态信息和动态信息）；2）航行警告等。四、时隙的划分与选择1、时隙划分AIS数据帧长度：1分钟，2250个时隙。1分钟26.67ms时隙2249时隙1时隙0当前帧时隙2249时隙1时隙0下一帧每个船舶AIS用户或VTS中心可以选择一个或多个时隙。2、时隙的选择1）自组织TDMA（SOTDMA）（1）该协议提供了在没有控制台介入的情况下，解决寻址冲突的方法。（2）移动用户用该协议进行位置广播以及识别附近用户发送信息。（3）传输信息：一般为重要的信息或不断更新的信息。（4）时隙选择过程：确定时隙范围—得到可供选择使用的时隙—在可选时隙中随机确定一个时隙。2）增址TDMA（ITDMA）该协议允许一个用户使用多个传输时隙供自己使用。该协议使用的第一个时隙通过SOTDMA或RATDMA（随机寻址）进行选择。工作过程：在传第1个时隙前，随机选择下一个ITDMA时隙，计算出位置的相对偏移量，该偏移量加入到CommState参数中。接收端可根据偏移量来确定下一个时隙的位置。当偏移量为0时，表示该时隙为最后一个ITDMA时隙。3）随机寻址TDMA（RATDMA）该协议用于用户第一次在数据链中进行数据传输时选择时隙，或者用于不重复发送的信息传输。4）固定寻址TDMA（FATDMA）该协议只用于基站或VTS中心进行重复信息的广播等。四、系统的定时和同步1、本船GPS的UTC定时同步方式2、它站UTC数据定时同步方式3、基站同步方式4、与其他船舶AIS用户同步方式第五章思考题1、AIS的功能和作用由哪些？2、简述AIS的工作模式和构成。3、简述AIS的通信频道、信息传输方式和传输速率。4、简述AIS信息的分类，信息的更新速率。5、简述AIS的数据包结构和与发射的时间关系，与帧和时隙又是什么关系？6、在AIS中，时隙有哪几种选择方式？有哪几种同步方式？