AIS信息传输解析

AIS系统与应用第四章AIS信息传输船讯网提供的船舶信息4．1AIS信息数据包格式上升沿对准序列开始标志数据帧校验序列结束标志缓冲8bits24bits8bits168bits16bits8bits24bits（1）对准序列对准序列称为位同步码（或比特同步码），其作用是把收发两端时钟对准，使码位对齐，以给出每个码元的判决时刻。对准序列是由0、1交替的数码组成的一段信号，用NRZI（反向不归零）编码，并以0作为对准序列的结束码。（2）开始标志和结束标志开始标志称字同步，又称帧同步码，它表示信息的开始位。为了能在接收端实现正确区分码字、码句或码帧，需要在信息传输中设置帧同步。AIS帧同步码为8比特长，由标准的HDLC标志01111110组成，用于检测一个发射数据包的开始，作为信息起始的时间标准。帧同步一般是在位同步的基础上实现的。结束标志表示信息传输结束，与开始标志相同，也是由标准的HDLC标志组成。（3）数据信息数据是真正所需传输的信息内容。它分为两个部分：信息标志和信息内容。信息标志是用来表示信息类型、信息数量、优先级和路径的；信息内容是通信双方所需求的数据，对于船舶自动识别系统而言，主要是指航行信息。（4）帧校验序列由于脉冲噪音、白噪声和衰落等原因的影响，会使通信网络每次传送数据可能出现某种类型的错误。误码检测是任何数据通信网络的一个很重要的部分，误码检测技术是为了判断传送的数据是否有错误。AIS中数据传输运用的误码检测技术是循环冗余校验。循环冗余校验CRC（CyclicRedundancyCheck）码是网络通信中用得最广泛的错误检测码，是一种漏检率低得多也便于实现的检错码。循环冗余校验CRC（5）缓冲区缓冲区共有24比特长，它包括4比特的比特填充，12比特距离延迟，2比特转发器延迟以及6比特同步抖动。l比特填充：比特填充就是在输出比特流中有超过5个连续的1，则要插入一个0。l距离延迟：为不同距离的电台发送的子帧提供保护时间。l转发器延迟：为双工转发器提供转换时间。l同步抖动4．2AIS信息内容•静态信息包括：MMSI码、船名（呼号）、船长及宽度、船舶类别及AIS位置传感器的天线在船舶所处位置等；•动态信息包括：精确及完整的船舶位置、UTC时间、对地航线、对地速度、船首向、航行状态和转向速度；•与航行相关信息包括：船舶吃水、危险货物、目的地、计划航行路线；•与安全相关的短信息包括：重要的航行警告或重要的气象警告。4．3AIS的同步与保护时间•AIS帧是AIS系统的基本时帧单元，它是由若干时隙组成。在时隙内传送的信号叫子帧。为保证相邻时隙中的子帧不发生重叠，设有保护时间。子帧的内容包括报头和报文（信息）。4.3.1传播时延和保护时间•在AIS通信中，信息的传播存在着时延。即使两个船台的时钟完全同步，由于传播时延的存在，信号到达他船或岸台接收机时，仍有可能造成相邻时隙的接收信号因为时延不同而发生交叠。为防止这种交叠干扰，通常在一个时隙末尾（或开头）设置一定的保护时间，在保护时间内不发送信息。此保护时间对船台之间以及船台与岸台之间正常传输信息来说是不可缺少的。在AIS通信系统中，缓冲区内保护时间不仅要考虑发射计时误差（同步抖动）、转发器误差、GPS接收机之间的随机时差ΔT等，还要考虑移动用户传播距离造成的时延。若移动用户作用距离为R，光速为C，则电波传播时延τ为τ=R/C….…………………(4.1)距离时延保护时间Tr满足Tr〉τ…………………………(4.2)4.4.1提供保护的最大传播距离在AIS系统，缓冲区共有24比特长，它包括12比特距离延迟，为不同距离的电台发送子帧提供保护时间。根据AIS信息传输速率为9600bit/s，则船载AIS系统保护时间Tr为：Tr=12/9600=1.25（ms）…………………(4.3)由式（3.4）得允许的最大传播时延τmax≈Tr=1.25（ms）………(4.4)由式（3.3）得最大作用距离RmaxRmax=C·τmax=202.48（nm）…………….…………(4.5)根据ITU-RM.1371建议案附录2，当特殊环境要求时，对准序列使用32比特（一般为24比特），这种情况用减少距离延迟（8比特）来补偿,保护时间将变小。Tr=（12-8）/9600=0.416（ms）……………………（4.6）这种情况的最大传播距离RmaxRmax=67.5（nmile）………………（4.7）在Rmax范围内，各AIS台站彼此不会因为航行信息的传播时延而造成接收信息的交叠干扰，根据Rmax可以确定岸台天线的高度限制和必要时人为控制AIS设备的发射功率，使AIS实际传播距离小于Rmax。4.4.2天线高度的限制一般，VHF波段电波传播的主要服务范围由视距确定（nmile）…(4.8)由于电波的绕射作用，在视距以外的一定范围，可得到较好的通信效果。这一范围的大小，与发射功率、接收机灵敏度、天线增益，特别是天线高度有关。对于标准AIS船台，一般采用鞭状天线，天线高度的典型值为10m。据此得出的船台之间实际可达到的最大传输距离一般在20nmile左右，远远小于（4.5）式确定的Rmax，所以不会出现传播时延造成的接收交叠干扰。AIS电文种类VDM：本船接收到的其他船舶的信息!AIVDM,1,1,,B,177lfd003W`fSa4F8?4q:@B0l0p,0*02VDO：本船向外播发的广播信息!AIVDO,1,1,,,1000BwP?wtSF0l4Q@4?wv0P00,0*05AIS电文种类明码：以“$”符号开头，明码报文内容可以直接读取。$GPZDA,014910.14,15,11,2004,,*6C暗码：以“！”符号开头，报文内容需要通过字符转换和格式定义才能读出。!AIVDM,1,1,,A,1696w5?P008dnitFAg=@OFl@0@6k,0*39暗码数据格式！XXYYY，A，B，C，N，Data，V*HH①XXYYY:标识符，AIVDM表示他船广播信息，AIVDO表示本船广播信息；②A：电文的长度可能很长，需要几句语句。此处规定了发送本条信息需要的报文条数（1-9）；③B：本条报文的序列数（1-9），此字段不能为空；④C：连续报文的识别（0-9），给每一份新的多语句电文按序列指配编号，每次加1，计数计到9后返回0，对要求多语句的电文，电文的每一句包含同样序列的电文号，它用于识别包含同一电文各个部分的语句。这样，使其他语句可以与包含该同一电文的各语句相互穿插。在电文可以使用一个语句时，该字段为空；⑤N：AIS的信道指示为“A”或“B”。本信道指示与接受该数据包时AIS的运行状态有关。当不提供频道识别时，本数据区为空。信道“A”或“B”的VHF信道号，可用AIS的一个ACA语句“查询”得到；暗码数据格式！XXYYY，A，B，C，N，Data，V*HH⑥Data：封装的数据部分，封装的最大串长度的限制是语句的总字符数不超过82。对于用多语句传送的电文，本字段支持最多62个有效字符。而对于用单语句传送的电文，最多为63个有效字符；⑦V：填充位数，为进行封装，二进制比特数必须是6的倍数，如果不是，要加入1-5个填充比特。本参数指示加到最后一个6比特编码字符上的比特数。未加入填充比特时，本数值为0，本字段不可以为空；⑧HH：检验字段。AIS数据采用8位CRC，取其8位CRC校验码的高四位，并转化为16进制数，构成AIS数据校验码的第一位，取其8位CRC校验码的低四位，并转化为16进制数，构成AIS数据的校验码的第二位。当AIS接收设备收到一条AIS电文后，按照8位CRC对其数据部分进行重新校验，生成的校验值如果与电文自带的校验值相同，说明电文数据在传输过程中没有出错。如果不同，则说明数据在传输过程中出错了。举例分析AIS字符的编码过程AIS字符的编码采用的是6比特二进制串，因为AIS数据的字符有限，并不像ASCII字符那么丰富。为了保证数据的传输速度，AIS采用了６比特编码，取代了８比特的ASCII码。ASCII码6比特码ASCII码6比特码0000000J0110101000001K0110112000010L0111003000011M0111014000100N0111105000101O0111116000110P1000007000111Q1000018001000R1000109001001S100011：001010T100100；001011U100101表4.1比特值与ASCII码对应表ASCII码6比特码ASCII码6比特码=?001100001101001110001111VW.a100110100111101000101001@010000b101010A010001c101011B010010d101100C010011e101101D010100f101110E010101g101111F010110h110000G010111i110001H011000j110010I011001k110011l110100r111010m110101s111011n110110t111100o110111u111101p111000v111110q111001w111111参数比特数说明信息ID6信息1，2，3的识别符转发指示符2转发站用其指示电文转发次数，0~3，如移动站发射电文时应始终将其置为0，默认值=0用户ID30MMSI码航行状态40=航行中，1=抛锚，2=没有在命令下，3=操纵受限制，4=系泊，5=吃水限制，6=搁浅，7=进行捕捞，8=操帆在航，9=保留给高速船舶航行状态修正，10=保留给地效翼船航行状态修正，11~14=待用，15=未定义=默认转向速率(ROT)8如表4.3所示实际航速(SOG)10在步进为1/10节的对地速度（0-102.2节）1023=不可用，1022=102.2kn或以上位置精确度11=高（10m，DGNSS接收机的差分模式）,0=低（10m，GNSS接收机或其他电子定位装置的自主模式），默认为0表4.2动态信息格式经度28在1/10000弧度为单位（±180°，东=＋，西=－），181°=不可用=默认纬度27在1/10000弧度为单位（±90°，北=＋，南=－），91°=不可用=默认实际航向(COG)12以1/10度为单位（0-3599），3600=不可用=默认，3601~4095不得使用船首向9度数（0-359）（511表示不可用=默认），外接的传感器时间标记6报告发出的UTC时间（0~59）秒；如不可用则为60=默认；如电子定位系统以预计模式（航位推算法）运行，为62；如定位系统以人工输入方法运行，为61；如定位系统未运行，为63为区域性使用保留4保留由地方政府管理部门定义，如未作地区性使用，则应设置为0，地区性使用不应采用0备用1不用，置为0RAIM标志1电子定位设备的RAIM标志（接收机自主完整性监测）标准；0=RAIM未使用=默认，1=RAIM使用通信状态19信息ID=1或2时参阅表2.8，信息ID=3时参阅表2.10比特数总计168表4.2动态信息格式（续）表4.3ROT参数说明优先级在电文中的数据位置传感器状态转向率参数内容1使用转向率指示器0~＋126=右转最大708°/min或更高；0~－126=左转最大708°/min或更高。0~70度/分间的值按公式度/分编码，是外部转向率指示器输入的转向速率，是进位至最近的整数值。2使用其它可获得转向率的设备(无外部转向率指示器)＋127=右转速率大于5度/30秒0=无转动－127=左转速率大于5度/30秒3无有效转向率信息－128表示无可用的转向率信息=默认表4.4船舶静态信息格式参数位数说明信息标识码6具体信息的序列号转发符2显示该信息已被重发的次数用户识别符30MMSI号码版本显示符2显示台站所用的AIS版本IMO号码301—999999999可用呼叫号42由7个6位ASCII字符组成名字120最多为