SOTDMA在AIS中的应用研究

上海海运学院硕士学位论文SOTDMA在AIS中的应用研究姓名：李军申请学位级别：硕士专业：交通运输工程指导教师：方泉根2003.3.1摘要目前船舶之间的通信主要依靠VHF无线电话，由于语言不通和通信效率的il海海运学院硕卜论文SOTDMA在AIS中的/、V用讪究低容易延误时间和误解对方船舶的操船意图，造成避让行动不协调而酿成海损事故。在现有的导航设备中，船用雷达/APPA提供的信息量又非常有限，它不能识别他船，也无法实现船舶间的通信，而且在通航密度大的狭水道和恶劣海况条件下，其周限性更为严重。另外，现代国际航运为了降低营运成本，FR朝船舶大型化、高速化和全自动化的方向发展，为保证船舶航行安全和保护海洋生态环境，需要一种新型的导航和通信系统可靠地实现船一船和和船一岸之间的通信。基于这样的需要和现代技术的发展，船舶自动识另AutomaticIdentificationSystem,AIS)应运而生了。〉一^^一AiS系统主要应用于船舶避碰和f船舶交通管理系统(VesselTrafficService,VTS)。AIS系统可提供船舶识别信息和高实时性的精确的船舶运动参数（船位、对地航向、对地航速以及船首向等）。它与当前的雷达相比具有提供信息量大，实时性好，抗干扰能力强等优点，是雷达系统的补充或替代设备。AIS系统运用和支持许多船舶自动控制技术，可以从根本上改变目前船舶间的避碰方法和VTS的船舶识别和航行管理方式，将会给海上船舶监控带来革命性的进步。国外在AIS技术的研究方面已经做了大量的工作，技术标准不断更新，产品已十分成熟。在国内，AIS方面的学术研究活动和技术推广活动也愈来愈多，^-些企业、研究单位也在着手研制和开发AIS设备，但由于技术资料相对缺乏，对AIS的研究，特别是对AIS中的核心技术自组织时分多址联接技术（SOTDMA)的研究还不够深入系统。为了跟踪国际AIS的发展动态，掌握AIS的核心技术并加以幵发应用，本文作者主要做了以下研究工作：1、根据国内外的资料、发表的论文和国际海事组织的有关技术标准，对AIS系统的构成、应用和发展进行了归纳整理。2、对AIS系统中的关键技术HDLC、GMSK、SOTDMA进行系统的研究分析，重点分析了AIS的系统同步方式、GMSK调制解调的实现方法。3、对SOTDMA数据链路格式、通信协议、时隙选择的进行了系统的分析，找出了AIS的系统工作流程，并对SOTDMA数据链路传输进行了初步的实验验证。,本文通过对上述项目的研究，为进一步研究幵发具有自主技术核心的AIS设备产品有一定的实际使用意义。}关键词：AIS,SOTDMA,HDLC、GMSKABSTRACTNowadays,thecommunicationbetweenvesselsmainlydependsontheVHFonboard.Becauseofthevariouskindsoflanguagesandlowefficiencyofthecommunication,itisveryeasytocausethetimedelayandmutualmisunderstandingoftheothers1maneuveringintentionandleadstotheoccurrenceofthemarineaccidents.Amongth海运学院硕丨:论文SOTDMA{\,AfS中的;、V:用研究eexistingnavigationaids,theinformationprovidedbytheradarandARPAareverylimited.Itcannotidentifytheothervesselandconductthecommunicationbetweenvesselsaswell-Itslimitationsaremornseriousintheareaswiththeheavytrafficsandseas.Meanwhile,themoderninternationalshippingindustryisdevelopedwiththelargersize,highspeedandfullautomationofthevesselsforsavingthecostofoperation.Toensurethesafetynavigationofvesselsandprotectthenaturalenvironmentofseas,itneedsanewnavigationaidandcommunicationsystem,whichisreliableforthecommunicationbetweenshiptoshipandshiptoshore.Baseonthisnecessityandthedevelopmentofnewandhightechnology,theship’sautomaticidentificationsystem(AIS)hasbeendevelopedandapplied.AISisasystemspeciallyappliedfortheship,scollisionavoidanceandvesseltrafficservice(VTS).Itcanprovidetheidentifiedinformationandrealtimedataofthevessel’smovement(position,heading，courseandspeedtotheground,etc.).Comparingwiththeradar，itcanprovidemorerealtimeandhighqualitydataandInformation.ItcanbeasupportingdeviceorsubstitutionfortheradarandARPA.AIScanalsosupporttheapplicationofmoreautomationtechnologyonboardvesselsanditwillchangeessentiallytheexistingmethodsforcollisionavoidanceandthemodelsofVTS.Infact,itwillbringanewrevolutiontothemonitoringofvesselsatsea.TheforeignresearchershavedonealotforthedevelopmentofAIS,thespecificationandstandardhavebeenrevisedandupdated.ThedevicesofAIShavebeenputintopracticaluse.ThenationalresearchworkforAIShasbeendevelopedinrecentyears,someinstituteshavestatedtodevelopandmanufacturethedevicesofAIS.Duetolackofthelatesttechnicalinformationanddeepresearchofsomecoretechnology,suchasthetechnologyoftheself-organizedtimedivisionmultipleaccess卜海洵运学院硕士论义SOTDMA在A丨S中的用研究(SOTDMA),andtherewillstillbealottodoforthenationaldevelopmentofAIS.ForgettingmorestudyandresearchabouttheAIS,theauthorofthisdissertationhasdonethefollowingwork:a.Introducingandsummarizingthecomponents,applicationanddevelopmentofAISaccordingtothetechnicalinformation,papersbothissuedathomeandabroad,andthespecificationandstandardsofInternationalMaritimeOrganization.，b.Studyingandanalyzingthecoretechnologies，suchasHDLC、GMSK、SOTDMA,mainlyanalyzingabouttheconductionofthemethodsforthesystematicsynchronismandthemodulationanddecodeofGMSK.c.SystematicallyanalyzingthedatalinkofSOTDMA,communicationprocedureandslotselection,lookingouttheworkingflowofAISandhavingsomeinitialexperimentalworkforthedatalinkofSOTDMA.Therewillbethepracticalsignificancefortheself-developmentoftheAiScoretechnologythroughtheresearchandanalysisoftheaboveitemsinthisdissertationKeyWords:AIS,SOTDMA,HDLC、GMSKGraduateStudent:LiJunCommunications&TransportPlanning&ManagementDirectedby:ProfessorFangQuangenm论文独创性声明本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。m中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表苺撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中竹了明确的声明并表示了谢意。作者签名：____________日期：________论文使用授权声明本人同意上海海运学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有;t保留送交论文复印件，允许论文被査阅和借阅；学校可以上网公布论文的i部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。保密的i文在解密后遵守此规定。作者签名：_______导师签名：__________日期：________別现代船舶朝着大型化、高速化方向发展，船舶数量与水域交通密度及危险货物装载量不断增加，海损事故时有发生，严重威胁着船舶航行安全及海洋生态环境，航行的船舶如何能有效地避碰，一直是人们长期研究的课题之一。众所周知,目标船的航行动态(位置、航向、航速)信息的实时获取和处理以及对目标船的跟踪是有效f_.海海运学院硕h论义SOTDMA在AIS中的丨、V:用研究避碰的基础，目前广泛应用的是ARPA雷达(AutomaticRadarPlotAid，ARPA),ARPA以其独特的优势在上个世纪七、八十年代得到了飞速的发展，它在船舶安全航行和船舶交通管理中发挥着重要的作用。但ARPA雷达用于船舶避碰存在某些方面的局限性，如：所提供的信息量有限，不能给出目标船标识；存在近距离盲区及阴影区；对信息的处理有一定的延迟而不能提供即时数据；易受天气条件的影响；未能与通信设备有机结合无法实现船舶之间和船岸之间的信息自动交换等。近年来发展起来的AIS船舶自动识别系统（AutomaticIdentificationSystem,AIS)很好地决了上述问题。AIS目前已被确定为通用船舶识别系统(UniversalAutomaticIdentificationSystem,UAIS),它是一种工作在海上甚高频无线电话(VHF)频段的船载自动广播系统，通过该系统可以连续自动地向其它船舶或岸台播发和接收船舶的静态数据（如船名、识别码、船长和船宽等）和动态数据（如船位、航向