基于AIS的船舶避碰数据采集系统设计

东海科学技术学院本科生毕业论文1基于AIS的船舶避碰数据采集系统设计摘要AIS(AutomaticIdentificationSystem)是工作在VHF海上频段的船舶和岸基广播数据传输系统。它是一种可在船与船之间以及船与岸之间交换数字信息的工具。本文首先对AIS及基于AIS船舶避碰系统进行简介，对AIS的基本组成、基本功能，AIS的工作过程、通信协议、技术标准、本课题国内外研究动态等进行综述。研究了基于AIS的船舶数据采集系统，从静态信息：船长及宽度、船舶类别及AIS定位仪天线在船舶所处位置等；动态信息：精确及完整的船舶位置对地航线、对地速度、船首向和转向速度等；航行相关信息：船舶吃水、目的地、计划航行路线等；安全相关的短信息：重要的航行警告或重要的气象警告等进行整体的研究及分析。本文先对数据结构进行分析，从本船传感器提取的信息数据主要有DGPS数据、Gyro数据、Log数据等。由DGPS数据可以得到船舶对地航向、对地航速、GPS位置信息。由Gyro数据还可以得到转向率，由Log数据可以得到航速。对这些数据进行滤波处理，可进一步得到更准确、可靠的数据。针对接收到的数据，设计了模块电路：鉴频电路的设计，采用了互感耦合鉴频器。解码电路的设计，用FSK调制解调电路进行说明，并对其相关的原理进行了介绍。采用了C5402DSP芯片，并对它的功能，模块流程图进行了详细的介绍。本文还采用了RS-485接口电路和LCD显示电路的设计。最后还进行软件流程的设计，并编译部分相关的程序。关键词：船舶避碰；AIS；数据采集东海科学技术学院本科生毕业论文2AbstractAIS(AutomaticIdentificationSystem)isaworkinVHFmarinebandradiotoshipsandshore-baseddatatransmissionsystem.Itisinbetweenvesselsandbetweenvesselsandshoreexchangeofdigitalinformationtools.ThisarticlefirstAISandAIS-basedcollisionavoidancesystemprofile,thebasiccomponentsoftheAIS,thebasicfunction,AISoftheworkprocess,communicationprotocols,technicalstandards,applicationresearchofthistopicaresummarized.OfAISship-baseddataacquisitionsystem,fromstaticinformation:thecaptainandthewidthoftheAISshiptypeandshiplocatorantennalocation,etc.;dynamicinformation:accurateandcompletelocationofthelandroutesofships,andgroundspeed,thebowtospeedandsteering;navigationinformation:draft,ships,destination,plannednavigationroutes;security-relatedshortmessage:importantnavigationalwarningsorimportantmeteorologicalwarningstotheoverallresearchandanalysis.ThisarticlefirstanalyzesthestructureofthedatafromtheshipsensorinformationdataextractedmainlyDGPSdata,GyroData,Logdata.DGPSdatacanbeobtainedbytheship-to-groundcourse,groundspeed,GPSlocationinformation.DatafromtheGyrocanbeturnedtotherateofspeedbytheLogdatacanbeobtained.Filteringofthesedata,furthermoreaccurateandreliabledata.Forthereceiveddata,thedesignofthemodulecircuit:Kam-frequencycircuitdesign,usingamutualinductancecouplingfrequencydiscriminator.Decodingcircuit,withFSKmodulationanddemodulationcircuitsareexplained,anditsrelatedprincipleswereintroduced.UsedC5402DSPchip,anditsfunction,moduleflowchartforadetaileddescription.ThisarticlealsousesRS-485interfacecircuitandtheLCDdisplaycircuitdesign.Finally,thesoftwaredesignprocess,andcompilesomeoftherelevantprocedures.Keywords:Collisionavoidance;AIS;DataAcquisition东海科学技术学院本科生毕业论文3目录第1章绪论................................................................11.1课题的目的和意义.....................................................11.2课题的提出..........................................................11.3国内外发展现状.......................................................11.4论文的构架..........................................................2第2章AIS简介..............................................................32.1AIS的由来..........................................................32.2AIS的功能...........................................................32.3AIS的工作过程......................................................32.4AIS的技术标准及特点................................................42.5AIS工作模式.........................................................52.6AIS协议数据格式与内容...............................................5第3章数据采集系统方案设计..................................................83.1基于AIS船舶避碰系统的提出...........................................83.2基于AIS船舶避碰系统的功能与结构.....................................83.2.1基于AIS船舶避碰系统的功能.....................................83.2.2基于AIS船舶避碰系统的结构.....................................93.3数据采集系统方案的设计..............................................103.4DSP芯片模块的设计..................................................113.4.1AIS的关键技术研究............................................113.4.2船舶避碰系统整体结构设计......................................113.4.3主要模块划分..................................................123.4.4AIS信息的采集................................................123.4.5DSP和FPGA的接口设计.........................................133.4.6DSP和FPGA与其他外围电路的接口设计...........................14第4章模块电路的设计.......................................................154.1鉴频电路的设计.....................................................154.2FSK调制解调电路的设计..............................................164.2.1基本原理......................................................164.2.2FSK信号调制方式的实现........................................174.2.3FSK信号解调方法的实现.......................................174.3FSK和DSP接口电路的设计............................................184.4RS-485接口电路的设计...............................................184.4.1RS-485接口标准概述...........................................194.4.2RS-485的特性及原理...........................................194.4.3RS-485系统调试期间出现的问题.................................194.5RS485与DSP接口电路设计............................................20第5章基于AIS船舶避碰系统软件设计.........................................215.1.引导程序流程设计....................................................215.2初始化程序设计......................................................255.3DSP运算主程序......................................................255.3.1DSP中断服务子程序......................................