（交通信息工程及控制专业论文）GMDSS遇险通信模拟系统的研究与设计.pdf

中文摘要 摘要 在航海技术飞速发展的今天，航海教育也有了长足的发展，各种教学模拟器已 经在教学中得到大量使用，教学效果也取得了国际海事组织的肯定。各种模拟器 已经成为各类航海教学培训机构的必各设备。随着国际海事组织对模拟器教学的 重视和通讯技术的飞速发展，各类教学培训机构对模拟器的稳定性、高效性、扩 展性、可用性和易管理维护等也有了很高要求。本课题在针对g m d s s 模拟器进 行分析的基础上，采用成熟的网络编程技术，运用软件工程原则，形成了一个切 合实际的基于局域网的g m d s s 模拟器的解决方案。 本文详细阐述了g m d s s 模拟器的研究发展现状、模拟器的开发中使用的一 些关键技术。在系统分析和需求分析的基础之上，基于软件工程和复用控件组件 的设计模式，实现了g m d s s 模拟器的总体设计，并且进行了数据结构、网络通 讯程序、设备语音通讯和主要模拟设备的设计实现。g m d s s 模拟器主要包括模拟 设备网络通讯设计和各种模拟设备界面的设计。网络通讯是模拟器系统的核心部 分是负责整个模拟系统的网络通讯。设备界面系统通过对界面操作事件进行驱动， 来实现各种模拟功能的调用实现。两个部分相互依存，在具体设计实现时统一考 虑，在复用构件、通讯流程方面做到共享。 本课题以山东交通学院海运学院g m d s s 真实设备为设计原型，设计实现的 g m d s s 模拟器具有较高的易用性、稳定性、灵活性和可扩展性。本模拟系统符合 国际公约的规定，具有较高的模拟真实性，极大地提高了教学培训效果，满足了 学院教学培训的目标要求。 关键词：模拟器；g n d s s ；语音通讯；网络通讯 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fn a v i g a t i o n a lt e c h n o l o g y , n a v i g a t i o n a le d u c a t i o n h a v em a k e nag r e a tp r o g r e s s v a r i o u sk i n d so fs i m u l a t o r sh a v eb e e nw i d e l yu s e da n d t h e i re f f e c t sh a v eb e e na c k n o w l e d g e db yi m o ( i n t e r n a t i o n a lm a r i t i m eo r g a n i z a t i o n ) a l lt e a c h i n ga n dt r a i n i n gi n s t i t u t i o n sh a v em u c hh i g h e rd e m a n d so nt h es t a b i l i t y , e x p a n s i b i l i t y , h i g he f f i c i e n c y , a v a i l a b i l i t y , m a n a g e a b i l i t y 硒w e l l 硒t h ee a s y m a i n t e n a n c eo fs i m u l a t o r s i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h eg m d s ss i m u l a t o r s ，b yu s i n gt h e m a t u r en e t w o r kp r o g r a m m i n gb ya p p l y i n gt h es o f t w a r ee n g i n e e r i n gi d e a s ，ap r a c t i c a l s o l u t i o nt og m d s si so b t a i n e db a s e do n 廿1 el a n t h i st h e s i sd e s c r i b e st h eu p - t o d a t er e s e a r c ho fg m d s ss i m u l a t o r sa n ds o m ek e y t e c h n i q u e si nt h e i rd e v e l o p m e n t b a s e do nt h ea n a l y s i sa n dr e q u i r e m e ma n a l y s i s ，u s i n g t h ed e s i g nm o d e lo fs o f t w a r ee n g i n e e r i n ga n dr e u s a b l em o d u l e s ，a n db ya d o p t i n gt h e n e t w o r kp r o g r m n r n i n gt e c h n o l o g y , t h et h e s i sd e s c r i b e st h eo v e r a l ld e s i g no fg m d s s s i m u l a t o r sa n da c h i e v e st h ed e s i g no fd a t as t r u c t u r e ，n e t w o r kc o m m u n i c a t i o np r o g r a m , v o i c ec o m m u n i c a t i o na n dt h em a j o rs i m u l a t i n ge q u i p m e n t s t h eg m d s ss i m u l a t o r i n c l u d e st h ed e s i g nf o rb o t ht h en e t w o r kc o m m u n i c a t i o na n dt h ei n t e r f a c eo ft h ea n a l o g e q u i p m e n t s n e t w o r kc o m m u n i c a t i o ns y s t e mi s t h ec o r eo ft h es i m u l a t o r , w h i c hi s r e s p o n s i b l ef o rt h en e t w o r kc o m m u n i c a t i o no ft h ew h o l es i m u l a t o rs y s t e m t h eg m d s ss i m u l a t o ri nt h i sp r o je c th a sah i g hl e v e lo fe a s i n e s so fu s e ，s t a b i l i t y , f l e x i b i l i t ya n de x p a n s i b i l i t y t h ep r e s e n ts i m u l a t o rs y s t e mh a sav i v i ds i m u l a t i n ge f f e c t a n dg r e a t l ye n h a n c e st h ee f f e c t i v e n e s so ft e a c h i n ga n dt r a i n i n g t h es i m u l a t o rs y s t e mi s i na c c o r d a n c e 、) ，i t l lt h ep r o v i s i o n so fi n t e r n a t i o n a lc o n v e n t i o n sa n dm e e t st h e r e q u i r e m e n t so ft e a c h i n ga n dt r a i n i n gf o r t h ec o l l e g e k e y w o r d s ：s i m u l a t o r ；g m d s s ；v o i c ec o m m u n i c a t i o n ；n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文 ：鱼迦量曼逞隍适值攫塑丕统的逡让皇班究：。除论文中已 经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发 表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 冬i 兰銎， 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全 文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发 行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密吖( 请在以上方框内打“ ) 论文作者签名：争i 老丝导师签名：阔l 勿备 日期：) 。j 。年 f 月2 7 日 g m d s s 遇险通信模拟系统的研究与设计 1 1g m d s s 遇险通讯系统 第1 章绪论 1 1 1g m d s s 遇险通讯系统简介和功能 海上遇险通讯系统，全称为全球海上遇险与安全系统，英文为g m d s s ( g l o b a l m a r i t i m ed i s t r e s sa n ds a f e t ys y s t e m ) ，是进行海上遇险救助通讯和安全通讯的通讯 系统。g m d s s 系统是国际海事组织i m o ( i n t e r n a t i o n a lm a r i t i m eo r g a n i z a t i o n ) 用 于改善现行海上遇险与安全通信，建立新的搜救程序，并用来进一步完善现行海 上常规通信的一整套综合通讯系纠1 1 。自1 9 8 2 年9 月投入运行以来，据俄罗斯航 天仪表制造科研所统计，截止到2 0 0 7 年7 月近2 5 年里共拯救了2 万多人的生命。 g m d s s 通讯系统已经成为海上船舶和生命安全的保护神【2 l 。 g m d s s 是一个庞大的综合通讯系统，一般来说，它包括两个通信系统。第一 是卫星通信系统，它由国际海事卫星通信系统( n m a r s a t ) 和极轨道卫星搜救 系统( c o s p a s s a r s a t ) 组成。第二是地面通信系统。船用具体设备主要有 i n m a r s a t - a 船站、i n m a r s a t - b 船站、i n m a r s a t - c 船站、甚高频( v e r y h i g hf r e q u e n c y ，甚高频) 电话、d s c ( d i g i t a ls e l e c t i v ec a l l i n g ，数字选择性呼叫 系统) 、n b d p ( n a r r o wb a n dd i r e c tt e l e g r a p he q u i p m e n t ，窄带直接印字电报终端) 、 n a v t e x ( n a v i g a t i o n a lt e l e x ，航行警告电传接收机) 、e p i r b ( e m e r g e n c yp o s i t i o n i n d i c a t i n gr a d i ob e a c o n ，紧急无线电示位标) ，s a r t ( s e a r c ha n dr e s c u er a d a r t r a n s p o n d e r ，搜救雷达应答器) 等。g m d s s 主要功能可分为遇险报警、搜救协调 通信、搜救现场通信、救助现场寻位、海上安全信息( m s i ，m a r i t i m es a f e t y i n f o r m a t i o n ) 的播发、常规通信、驾驶台对驾驶台通信等七大功能【3 】。g m d s s 的 基本构成及其报警通信过程如图1 1 所示。从图中可以看出，当船舶遇险时可通过 三种途径实现报警。第一通过地面通信系统，采用m f h f n h f ( 中频、高频、甚 高频) 波段向陆地的海岸电台或遇险船附近的船舶报警，第二，通过i n m a r s a t 卫星系统或者c o s p a s s a r s a t 卫星系统报警通信；【4 】。功能完备的海上遇险通 讯系统提供了如下功能：遇险信息( 如遇险位置、遇险情况等) 的及时播发；完 善的遇险报警和搜寻救助通讯方案( 报文通讯和语音通讯) ；最大限度地减少海上 第1 章绪论 遇险事故对人命的威胁和财物的损失 图1 一】g m d s s 遇险报警的基本内容 f i g 】lb a s i cc o n t e n t o f g m d s s d i s t r e s sa l e r t 1 1 2 国际公约对g m d s s 遇蹬通讯系统的要求 国际海事组纵i m o 的相关要求规定所有的船舶在它们所航行的特定海域，针 对其通讯功能对其设备提出了特殊的要求。换句话说，不论船舶航行在什么海域， 在其整个航行的过程中，船舶必须配有能执1 亍通讯功能的无线电设备和设施。 全球海上遇险与安全系统g m d s s ，可以划分成4 个海区来确定海事无线电通 信对于操作、维护和人员的需要，g m d s s 的海区划分如图12 所示# j 。a 】海区属 于沿海海区，至少在一个v h f 海岸电台的无线电话覆盖范围之内，在此海区可以 实现船岸v h fd s c 遇险报警，该区域可从海岸电台位置向海上延伸约3 0 5 0 海 里作为遇险报警区域。a 2 海区是指在至少一个m f 海岸电台的无线电话覆盖范围 之内，在此海区可实现船岸m fd s c 遇险报警，此海区设定为离岸约5 0 15 0 海 里的范围。a 3 海区是指在国际海事卫星的静止卫星能够覆盖的范围即地琏南北 纬度7 0 。以内的区域范围，此海区可以连续进行船岸遇险报警。a 4 海区是指除了 a 1 、a 2 和a 3 海区以外的区域，基本为南北纬度7 0 9 以外的地球两极附近的海区， 此海区只能使用 征无线电通讯设备进行遇险报警。全球海上遇险与安全系统覆盖 g m d s s 遇险通信模拟系统的研究与鞋计 全球的通信是依赖于海事卫星和陆上系统的组合而获得。根据每个系统的界限范 围，4 个海区由甚高频、中频、高频无线电服务和国际海事卫星服务的覆盖范围来 界定。 毒妄替 器毒、 廖 。，o _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - - _ _ - _ _ _ - _ - _ - + ：、惑岁 图1 之g m d s s 海区划分示意图 f i 9 12d i s t r i b u t i n g m c 【l to f o m d s s m a r 自国际海事组织制订的s t c w 9 5 公约( s t c w ，i n m r n a t i o n a lc o n v e n t i o no n s t a n d a r d so f t r a i m n g c e r t i f i c a t i o na n d w a t c h k e e p i n g f o r s 朗f 哪，国际海员培训、 发证和值班标准国际公约) 出台以来，任何一条船舶都不能任意发送海难警报。 2 0 0 5 年国际海事组织通过对此前发生的g m d s s 误报警概率统计表明，9 5 以上 的海上遇险误报警事件是由人为因素引起的嘲。为了防止误报警的产生，使船员胜 任船舶通讯的要求，英国和挪威两国分别以书面形式给i m o 提出建议，要求尽量 修改g m d s s 发证规定，让目前所有船舶甲板部船员下岸去学习，利用模拟器进 行g m d s s 进一步的熟悉训练。目前大多数国家己经强制要求船舶驾驶员通过 g m d s s 模拟器培训取得通用操作员证书( g o c ，g e n e r a lo p e r a t o r sc e r t i f i c a t e ) 或限用操作员证书( r o c ，r e s t r i c t e do p 曲 a t o r sc e r t i f i c a t e ) 1 7 。 1 2g m d s s 遇险通讯模拟系统介绍 1 上1 国际公约对模拟器的要求 行之有效的g m d s s 模拟器系统一定要符合i m oa1 7 3 ( 1 7 ) 决议和最新的 蛔肚 耋耋 第1 章绪论 s t c w 9 5 公约的要求，它可以模拟在正常情况下和典型有干扰条件下完成所有 g m d s s 子系统和设备的正确操作。除此以外，模拟效果的逼真和功能齐全的 g m d s s 模拟器是指：能模拟g m d s s 要求配备的所有相关设备；该模拟设备的屏 幕显示以及操作一定要与所模拟的真机设备的功能要相同；g m d s s 模拟器必须能 进行系统的联网，实现单机训练和联网训练操作功能；g m d s s 模拟器还应该和大 型航海模拟器或雷达模拟器相互连接，以便很好的开展海上遇险应急搜救的模拟 训练。在我国g m d s s 模拟器性能标准里，针对“海船船员适任考试和评估大 纲 中关于船舶无线电人员的评估要求、船舶对g m d s s 设备的使用和管理，一 定要结合我国g m d s s 教学的实际情况，标准中对以下几个方面的内容提出了明 确的要求【8 】： ( 1 ) g m d s s 模拟器所模拟的设备一定是船舶上实际使用的设备，对那些“虚拟 设备或功能的模拟都被认为是不满足g m d s s 模拟器的性能要求。 ( 2 ) 所模拟的功能强调一定要“逼真 ：界面、操作、显示、功能、过程以及结 果都要与所模拟的设备完全一样。 ( 3 ) v h fd s c 对v h f 控制功能的模拟：工作模式、信道的控制。 ( 4 ) m f h fd s c 对m f h fs s b ( s i n g l es i d eb a n d ，单边带) 的控制功能的模拟： 工作模式、接收和发射频率的控制。 ( 5 ) n b d p 对m f h fs s b 控制功能的模拟：工作模式、接收和发射频率的控制。 ( 6 ) i n m a r s a t - b 、i n m a r s a t - c 对s e s ( s h i p e a r t hs t a t i o n ，船舶地球站) 遇 险报警以及r c c ( r e s c u ec o o r d i n a t i o nc e n t e r ，协调救助中心) 以及l e s ( l a n de a r t h s t a t i o n ，陆地地球站) 的应答。 ( 7 ) 使用g m d s s 设备完成遇险通信。 ( 8 ) g m d s s 设备的通信距离。 ( 9 ) g m d s s 设备对m s i 的接收要与设置相一致。 ( 1 0 ) 对不正确的操作的提示、帮助。 ( 1 1 ) 对误操作( 如遇险报警) 的提示、帮助。 ( 1 2 ) 只对设备主要功能的模拟提出性能要求，作为模拟器并不需要对设备的所 有界面操作、显示、功能、过程以及结果作模拟。 g m d s s 模拟器在世界各国已被广泛应用于船员培训及航海院校学生的实操 4 g m d s s 遇险通信模拟系统的研究与设计 教学，其教学效果和作用也日益明显。由于g m d s s 模拟器投资小，管理使用灵 活方便，更新简单，为大中专航海院校、航运企业及培训机构提供了安装此设备 的可能。对学校来说，一套真实的g m d s s 系统不仅价格昂贵，维护费用奇高， 而且存在着某些操作无法进行教学实现，也无法同时满足庞大的学生队伍培训。 g m d s s 模拟器已经成为g m d s s 实操训练最基本最重要的教学软件。使用模拟器 对学员进行g m d s s 实操训练已经成为各海运企业和航海院校的共识。在航海教 学的蓬勃发展的大好时刻，按照国内外各大培训机构培训现状，装备一套技术先 进性能优越维护费用低廉且满足国际公约要求的g s s 模拟器已经成为评估航 海类大中专院校及船员培训中心教学条件的一个重要硬性指标【9 】。 1 2 2 航海模拟器的简介 按照国际海事组织( i m o ) 对航海模拟器的有关定义，航海模拟器是一种能 够部分模仿真实情况专门为满足某些特定目的而设计，以方便让操作人员在一个 可控制的安全环境中通过操作来实践和显示其能力的装置。航海模拟器主要用于 航海教学和培训，与此同时在系统分析、工程设计、科学研究和海事分析等领域 也发挥了巨大的作用0 1 。i m o 一直以来鼓励在航海教学和培训中尽量使用航海模 拟器，在1 9 9 5 年7 月1 日通过的重新修订的1 9 7 8 9 5 年s t c w 7 8 9 5 公约中数次强 调了航海模拟器的功能和作用，准许将接受模拟器训练的时间部分折算成为海上 资历的时间。我国海事局也为航海模拟器的实施训练制定了相应的规范标准，并 将雷达模拟器操作、g m d s s 模拟器作为强制培训科目列入培训计划，而且要求船 舶驾驶员必须参加强制性专业培训项目，经考核合格后才能获取相应的专业合格 证书f l l l 。 经过四十年来的开发、研制和不断更新，航海模拟器的发展经历了从简单到 复杂，从单一到综合的历程，并且由面向设备过渡到面向网络的发展。目前，航 海界己基本上达成了一致的共识，将航海模拟器分成四个等级，分别为： a 级：功能完备的模拟器( f u um i s s i o ns i m u l a t o r ) ，也称全功能模拟器。功能完 备的航海模拟器能完整地模拟船舶驾驶操作环境，包括在受限水域进行操纵和引 航训练。 第1 章绪论 b 级：多功能模拟器( m u l t it a s ks i m u l a t o r ) 。多功能航海模拟器能完整地模拟 船舶驾驶台操作环境，但不要求具备在受限水域进行操纵和引航训练。 c 级：有限功能模拟器( l i m t i e dt a s ks i m u l a t o r ) 。有限功能航海模拟器能模拟 船舶驾驶台操纵环境( 无视景，仅凭仪器操纵) ，以便进行有限的航行和避碰操纵。 d 级：单一功能模拟器( s n i g l e t a s k s i m u l a t o r ) 。单一功能航海模拟器能模拟特 定的航海仪器操作，或具有有限的航行操纵情景，但操作者并不真正置身在驾驶 台环境之中【1 2 】。 1 3 海上遇险通讯模拟器的研究现状 自从上世纪9 0 年代以来，世界各国都先后开发出了大量的航海专业的模拟器， 其中不乏科技含量很高的产品，g m d s s 模拟器就是其中的一个。我国的g m d s s 模拟器的开发模拟相对来说比较落后，科技化程度较低。本人搜集了一些几款国 内外正在或己经研究开发了g m d s s 模拟器，对其中比较有代表性的g m d s s 模拟 器进行了比较和分析研究。 国内外g m d s s 模拟器的主要产品及其特点如下： ( 1 ) 英国船商公司( t r a n s a s ) n t p r o - 4 0 0 0g m d s s 模拟器。这款g m d s s 模拟器是船商公司近期推出的，无论是从功能上，还是从操作界面的人性化方面， 它都比t g s 2 0 0 0 型的g m d s s 模拟器要好。而且该g m d s s 模拟器和航海模拟器 有接口，可以获取各本船的船位。每个船舶站都是采用一台p c 机来实现，教练员 站也是采用一台p c 机来实现的。每个本船的驾驶台都放置一台g m d s s 模拟器， 其软件几乎模拟了所有的真设备，每个模拟设备的操作和真设备一致，界面很美 观，这些模拟设备可以直接和g m d s s 教练员站通讯，也可以和其他船站的相关 模拟设备进行通训1 3 j 。 ( 2 ) 挪威的p o s e i d o ng m d s s 模拟器。该g m d s s 模拟器是由两台计算机工作 站所组成，并用一个具有语音多工单元、耳机和打印机的网络系统连接在一起。 系统最大可容纳一个教师站和1 5 个学生站。该模拟器采用软硬件结合的方式对真 设备进行模拟，用一个组合台把所有的模拟设备综合在一起，外观和真设备几乎 一样，非常美观。模拟的设备包括v h fd s c 终端、m f h fd s c 终端，i n m a r s a t - a ， 6 g m d s s 遇险通信模拟系统的研究与设计 i n m a r s a t - b ，i n m a r s a t - c ，n a v t e x 接收机，e p i r b ，s a r t ，n b d p 等【1 4 1 。 ( 3 ) 上海宏浩科技公司的g m d s s 模拟器。g m d s s 模拟器2 h 3 4 0 0v e r 4 0 模拟 了世界上主流品牌最常用的1 2 种g m d s s 设备的所有功能和模拟岸台的通信功 能。该系统采用w m d o w s 平台v c 语言开发，采用c s 软件架构。按照真实设备 的界面及操作方式，设计模拟器软件，确保所有操作的结果、响应效果与实物相 同；系统平台安全及稳定，可满足百名学员同时进行模拟操作和通信实验；采用 普通p c 机局域网，无专用硬件设备，便于维护。 ( 4 ) 大连海事大学通信工程实验室的g m d s s 模拟器。该实验室的g m d s s 模 拟器是属于联网型的，也可以进行单机操作，和船商公司的g m d s s 模拟器不同 的是，该实验室的g m d s s 模拟器不是采用一台p c 机实现，它属于软硬件结合的 方式。有些模拟设备是采用p c 机实现的，有些设备是采用单片机实现的。模拟设 备在操作的逻辑性上和真实设备保持一致。模拟设备之间采用的是串口通信。 1 4 课题的来源及主要的研究内容 1 4 1 课题的来源 本课题的取材于来源于山东交通学院海运学院模拟器科研项目。随着g m d s s 通讯科技不断发展的需要，新型g m d s s 通讯设备正在持续不断地装备了船舶， 这也给教学培训工作带来了全新的挑战。要想研究开发的g m d s s 模拟器系统， 需要着重解决如下问题： ( 1 ) 海上遇险报警通讯的模拟操作的实现这是模拟通讯重要的部分，包括报 文报警和语音报警两种通讯类型。 ( 2 ) 各种通讯设备操作的模拟实现所模拟的设备强调一定要“逼真”：界面、 显示、功能、操作、过程以及结果都和所模拟的设备一模一样。 ( 3 ) 方便g m d s s 专项培训教学根据i m o 统计，自1 9 9 3 年收到的8 5 0 起遇险 报警，仅2 6 起是真实的，误发遇险报警占到了报警总数9 8 左右【1 5 】。为了有效的 避免教学培训和实际航行中误报警事件的发生，充分有效的发挥g m d s s 的作用， 提高其可靠性，一定要对高级船员进行g m d s s 强化培训，学院也需要研发一个 功能完善的g m d s s 模拟器。充分利用模拟器可模拟卫星通信、地面通信的全过 第1 章绪论 程，而不用真实设备，这样可以极大地降低培训费用，提高培训档次和培训效果。 在航海教育蓬勃快速发展的今天，该项目的设计、开发将会具有广阔的市场 前景和良好的社会效益。本文通过对大量相关资料的阅读和研究，根据作者在 g m d s s 教学培训工作中多年的教学经验和模拟器的开发经验，有效的结合学院实 际情况，利用面向对象的开发技术，提出一个切合实际的g m d s s 模拟器解决方 案，希望在模拟器研发领域做一些研究和有意义的探索。 鉴于以上的种种因素，山东交通学院海运学院从学校的教学实际，为满足新 型g m d s s 通讯设备教学培训的需要，学校于2 0 0 8 年1 0 月组建了航海模拟器项 目开发小组，自主进行航海模拟器的开发。本人作为g m d s s 模拟器课题小组开 发成员之一，主要负责了g m d s s 模拟器的需求分析、报文语音通讯模拟和软件 体系结构的分析设计，参与了主要设备包括移动卫星c 站和甚高频无线电话的设 计编程工作。 1 4 2 本文研究的主要内容 本课题研究的内容主要分为三部分：g m d s s 模拟器系统软件体系结构设计； g m d s s 系统报文通讯与语音通讯的模拟实现；g m d s s 主要组成设备模拟器的设 计、开发及实现等。本课题研究的主要内容是对现有g m d s s 设备的内部通讯流 程进行分析、总结，采用面向对象的软件开发方法，运用软件分层体系的思想， 按照实际的需求来合理的实现通讯模拟。 8 g m d s s 遇险通信模拟系统的研究与设计 第2 章模拟器系统功能分析和相关技术 2 1 模拟器系统功能分析 2 1 1 系统功能和模拟的设备 按照g m d s s 系统的设备组成，结合学校现已有的设备，反复考查了目前船 舶设备使用的现状，本系统计划模拟i n m a s a r t - c 、m h h fd s c 、v h fd s c 、 n a v t e x 、n b d p 、s a i 玎、e p i r b 等主要g m d s s 设备。g m d s s 模拟器应该遵照 1 9 7 4 年国际海上人命安全公约( s o l a s ) 的1 9 8 8 年修改生效的新章和国际电 信联盟1 9 8 7 年世界无线电大会修改的无线电规则新九章的相关规定。 g m d s s 模拟器运用软件仿真技术，在p c 机上模拟实现g m d s s 相关设备， 并且具有以下主要功能：至少有两种分别独立的系统可以用于发送船至岸的遇险 报警；发送和接收船对船的遇险报警功能；接收岸至船的遇险报警功能；进行搜 救协调通信功能；发送和接收寻位信号功能；进行遇险现场通信功能；发送和接 收海上安全信息功能；日常通信的功能；驾驶台对驾驶台的通信功能。 模拟器系统应该主要包括i n 眦s a t - b 、i n m a r s a t c 、s s b 、m f h fd s c 、 n b d p 、v h f 、v h fd s c 、n a v t e x 、s a r t e p i r b 、f 站等模拟设备程序。本项 目课题主要模拟设备框图如图2 1 所示。 图2 1 g m d s s 模拟器的主要模拟设备组成 f i g2 1c o m b i n a t i o no fm a i ns i m u l a t o re q u i p m e mo fg m d s s s i m u l a t o r 第2 章模拟器系统功能分析和相关技术 2 1 2 系统组成及各部分的功能 g m d s s 模拟器系统由n 个( n 冬1 0 0 任选) 船舶站和教练员站构成，教练员 站和每个船舶站都可以在p c 机上实现。g m d s s 模拟系统通过网络进行有效的连 接，教练员站之间组成一级网络，教练员站为主控计算机，负责和各船舶站交换 相关的信息。每个船站都由一台p c 机来实现模拟，每个船舶站中的各个p c 机组 成第二级网络，采用点对点通以便来实现模拟真船通讯。模拟器教练员站可以通 过交换机和各模拟器船舶进行连接，利用局域网来模拟实现训练环境。软件的网 络拓扑结构如图2 2 所示。 图2 2 模拟器网络的拓扑结构图 f i g2 2c o n s t r u c t i o np i c t u r eo fs i m u l a t o rn e t w o r kt o p o l o g y 1 ) 学员站的功能和模拟的设备 学员站即船舶站，其功能从系统结构上划分为两种情况：单机模拟训练，这 种情况不能进行通信，只能进行普通的操作；联网型模拟训练，这种情况是在大 型的多媒体教室，进行多人参加的训练，对应的模拟设备间可以进行通信训练1 6 1 。 学员站的功能如下： ( 1 ) 具有船舶电台的功能，具有如下真实设备的仿真模块：v h fd s cr a d i o t e l e p h o n e ( s a i l o rv ii f d s c ( r t 4 8 2 ) ：m f h fd s c r a d i ot e l e p h o n e ( f u r u n o ) ； r a d i o t e l e x ( f u r u n o ) ：n a v 5n a v t e xr e c e i v e r ( e l e c t r o n i c sl t d e n g l a n d ) 1 0 g m d s s 遇险通信模拟系统的研究与设计 i n m a r s a t - c ( s a i l o r - c ) ；i n m a r s a t - b ( ne r a ) ；s a r t e p i r b 。 ( 2 ) 模拟实现船舶和陆地用户的信息交流功能( 电话或电文方式) 。 ( 3 ) 借助陆地用户的信息交流功能，实现学员站与学员站，学员站与教练员 站信息交流( 电话或电文方式) 。 2 ) 教练员站的功能 可以有效的实现地面站，海岸电台，陆地网络协调站( r c c ) 的等相关职能； 当船舶地球站开始启动以后，就可以向教练员站发送自己的信息，如：船舶名称、 海上移动业务识别号码、呼号、以及船位信息等。教练员站在接收到这些相关的 信息以后，会将这些信息保存起来，以待查看。具有船舶电台的功能；播发海上 安全信息( m s i ) 查看学员的通信记录；与学员站交流信息( 电话或电文方式) ； 教练员站可以记录接收船舶站的通信。记录的信息包括通信设备、呼叫类型、呼 叫方名称、被叫方名称、时间日期和通信内容等。等功能。 教练员站的构成：g m d s s 教练员站可以在一台p c 机上来模拟实现，主要是 用来模拟岸站以用用来协调监视管理训练者的操作，并且很方便教练员与训练者 之间联系。主要设计开发以下模拟软件：i n m a r s a t - c ；v h fd s c 控制器接收机； m f h fd s c 控制器接收机；e g a 、m s i 消息发射机；e p i r b 、s a r t 等。教练员 站软件还装备船舶站的所有模拟设备软件，可以很方便地和船舶站对应的某些设 备进行通信。此外，教练员可以定时发送海上安全信息消息到船舶站的n a v t e x 接收机上，和i n m a r s a t - c 上的e g c 接收机上。c s 架构用例图如图2 3 所示。 第2 章模拟器系统功能分析和相关技术 一、 ! ! = ：! = 岁 l 图2 3g m d s s 模拟器系统的用例图 f i g2 3t h ep i c t o r i a ld i a g r a mo fg m d s s s i m u l a t o rs y s t e m 2 1 3 模拟通讯设备功能 模拟通讯设备功能需求主要在船舶站的软件方面。船舶站的模拟设备包括 i n m a r s a t - c ( 卫星移动c 站) 、v h f d s c 终端( 甚高频数字选择性呼叫) 、 m f h f d s c 终端、n b d p 、n a v t e x 和s a r t 、e p i r b 等。所有的这些模拟设备 的操作步骤都应该和真实设备保持一致。只是他们之间的通信( 包括文字数据和 语音数据通信) 都是通过局域网来模拟实现的。船舶站进行的通信，都会以记录 的形式发送到教练员站保存起来，以便教练员查看通信记录和评估。并且各个船 舶站会接收到从教练员站发来的练习。g m d s s 教练员站又将本船舶站的相关信息 实时发送到对应的g m d s s 船舶站，供船舶站通信时使用。因为有些设备( 如v 盯) 的通信要受到距离限制，所以在该设备的模拟程序中也要加以限制。譬如某个船 舶站的学员需要用v h f 呼叫其他的船舶站，那么程序会根据各自的船位自动计算 距对方的距离，如果距离超过v h f 的作用距离，则呼叫失败。 本系统的仿真度要求支持g m d s s 通用操作员的训练，在设备模拟层，各种 1 2 g m d s s 遇险通信模拟系统的研究与设计 主要设备需要完成如下模拟操作。 ( 1 ) i n m a r s a t - c 站电文编辑：创建；存贮；修改；替换；定制编辑器；地 址簿：新建；选择；修改；删除；选择网络类型；信息发送：选择目的地与 岸站；确立发送电文与时间；电文重发；发送日志及其查阅；信息接收：选 定信息路径：接收日志及其查阅；e g c 接收：选定接收类型；e g c 日志及其查 阅；遇险呼叫：快速发送( 设定报警信息：岸站，船位，时间，遇险类型等) 。详 细发送( 按照常规信息发送，选定“遇险 优先级别) ；船位：允许人工输入； 洋区：必须按船位成功地登录和退出某一洋斟1 7 j 。 ( 2 ) 带d s c 的v h f 无线电话设备电源开关，音量和静噪控制；双值守和扫 描；d s c 功能( c h 7 0 ) ：发送和接收各种类型的d s c 呼n q ( 包括直接拨号、选择性 呼叫、群呼、区域呼、全呼以及遇险转发等) ；遇险呼叫( c h l 6 ) ；使用热键发送 遇险报警；日常通信；音量调节；设置船位和u t c 时间；显示设备识别号【1 8 】。经 过简单的需求分析，得到了v h f d s c 设备的简单类图，如图2 4 所示。主要的类 包括： f d s c 设备；d s c m s g 消息；消息列表l i s t ；v h f 电话等。图中仅罗列 了类的主要简单属性，没有对类的方法进行表述。 图2 4v h f d s c 简单类图 f i g2 4s i m p l ec l a s sd i a g r a mo fv h f - d s c ( 3 ) 带d s c 和n b d p 的m f h fs s b 无线电设备 主控单元：电源，音量，静噪，发射功率和通信模式( s s b ，a m 或t e l e x ) 等控制；功能设置：电话工作频率，d s c ( 工作频率，m m s i ) ，岸台船站等相关 参数的设置。 第2 章模拟器系统功能分析和相关技术 d s c 值守：遇险值守的专用频道为2 1 8 7 5 ，4 2 0 7 5 ，6 3 1 2 0 ，8 4 1 4 5 ，1 2 5 7 7 0 ， 1 6 8 0 4 5 k h z ；日常值守的工作信道可按照需要自行编制( 最多可值守6 个频道) 。 呼叫：由“t xc a l l 按钮启动遇险呼叫或日常呼叫。由“a d d r e s sb o o k 按钮启 动日常呼叫。接收：当值守置于“o n 状态且在值守频率上有呼叫本船的信号时， 便进入接受状态。随后转入相应的工作信道，实现s s b 或n b d p 通信。 r a d i o t e l e x ( n b d p ) ：信息处理：电文编辑；文件更名，删除，拷贝；文件调 用等功能。用户设置：用户类型选择；用户更名，删除，拷贝；用户隐藏恢复 等功能。岸站设置：岸站名称，国家码，呼叫码，工作信道等选定。扫描功能： 目标岸站，扫描类型，工作信道( 不超过1 8 个) ，起止时间等设置。a r q f e c 通信：自动方式：信息输入；通信对象；操作模式( 操作类型，联接类型，发 射类型) ；岸站；工作信道；发射日期及时间。手动方式：呼叫码； 信道类型；i t u 信道号( 磁( 似频率) 。遇险呼叫：利用f e c 通信方式。工作频 道为2 1 7 4 5 ；4 1 7 7 5 0 t uc h 4 1 1 ) ；6 2 6 8 o ( i t u c h 6 1 1 ) ；8 3 6 7 5 ( i t uc h 8 0 1 ) ； 1 2 5 2 0 0 0 t uc h l 2 8 7 ) ；1 6 6 9 5 0 ( i t uc h l 6 2 4 ) 1 9 1 。 ( 4 ) n a v t e x 接收设备提供n a v t e x 报文技术编码b l 、b 2 的设置( e n a b l e d i s a b l e ) 功能。其中：b 1 岸台标识( a _ z ) ；b 2 报文类别( a z ) ，其中a 、b 、 d 和l 只能设置为e n a b l e ；按技术编码b 1 、b 2 、b 3 、b 4 的设置，自动接收n a v t e x 报文，并显示打印；将报文的技术编码b 1 、b 2 、b 3 、b 4 存贮备用；开关电源； 设备自测；打印设备当前状态；设置拒收报文类型和拒收海域；设置照明；扬声 器声音控制；“报文记录 设置；接收报文【2 0 j 。 ( 5 ) s a r t 使用手动方式启动s a r t ；演示s a r t 的响应过程。 ( 6 ) e p i r b 使用自动和手动方式打开e p i r b ；演示e p i r b 的响应过程。 2 1 4 主要设备需求分析 g m d s s 系统包括的真实设备很多，现在以两个主要真实设备为例进行需求分 析。两个设备分别是甚高频无线电话卫星