（通信与信息系统专业论文）船岸数据综合传输系统的研究.pdf

中文摘要 摘要 传统的船岸间数据通信局限于电话、传真、电报等模拟传输手段。随着无线 通信技术的快速发展，使得船岸之间数据传输方式有了很大的改变。近年来不断 出现一些新的船岸数据传输方式。新方式的出现极大的满足了船岸间日益增长的 数据通信业务需求，但随之而来，出现船岸间同一传输数据会有多种传输设备可 供选择的情况。为了解决船舶多种传输通信设备并存，经济高效的利用这些设备， 本文提出了船岸数据综合传输系统。通过船岸数据综合传输系统可以有效地整合 船舶现有的通信设备，对降低船舶营运成本、提高船舶安全有着十分重要的意义。 本文针对船岸间各种数掘类型和各种传输方式进行分析，提出并实现了一种 船岸数据传输设备选取的优化方案。分析了船岸问数据量较大的图像信息和视频 信息的传输方法。并根据船岸通信的需求，选择了j p e g 2 0 0 0 和m p e g 4 分别对 船岸的图像数据和视频数据进行压缩。 本文针对近程船岸数据传输的主要手段a i s ，研究并分析了a i s 的主要功能和 技术特点，对a i s 数据的电文格式做了分析，提出将a i s 电文应用到船岸数据传 输中，如船舶自动识别、数据跨区交换、船舶紧急情况报告。 本文针对船舶远程识别和跟踪系统的新规则，提出一种适合该规则的远程识 别和跟踪系统的方案设计。利用船舶现有的a i s 和i n m a r s a tc 站作为船舶远程识 别和跟踪系统的组成部分，满足了船舶远程识别和跟踪系统新规则的要求。 关键词：船岸通信；自动识别系统( a i s ) t 船舶远程识别和跟踪( l r i t ) 系统；优 化 英文摘要 r e s e a r c ho nin t e g r a t e ds hip s h o r ed a t ac o n = n u nic a tio n s y s t e m a b s t r a c t t r a d i t i o n a ls h i p - s h o r ec o m m u n i c a t i o n sa r el i m i t e db ys i m u l a t e dt r a n s m i s s i o n s l i k et e l e p h o n e ，f a x ，t e l e g r a p h ，a n ds oo n a l o n gw i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , s h i p s h o r ed a t at r a n s m i s s i o n sh a v ec h a n g e dl a r g e l y i n r e c e n ty e a r ss o m en e wd i g i t a ld a t at r a n s m i s s i o n sa r ec o m i n gf o r t hu n c e a s i n g l y t h e n e wd a t at r a n s m i s s i o n ss a t i s f yt h ei n c r e a s i n gn e e d so fc o m m u n i c a t i o no p e r a t i o n s g o i n g 、i mi t ，as h i ph a sm u l t i e q u i p m e n t so fc o m m u n i c a t i o n ，t h es a m es h i p s h o r e d a t ac a nh a v em u l t i e l e c t i o n s t os o l v et h es i t u a t i o nt h a tas h i ph a sm u l t i - e q u i p m e n t s u s e di nc o m m u n i c a t i o n ，a n du s et h e s ee q u i p m e m se c o n o m i c a l l yw i t hh i g he f f i c i e n c y t h i st h e s i sp u t sf o r w a r dt os h i p s h o r ed a t ai n t e g r a t e dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m u s i n g t h e s h i p s h o r e d a t a i n t e g r a t e d c o m m u n i c a t i o n s y s t e m c a nm a k et h e s h i p c o m m u n i c a t i o ne q u i p m e m sc o n f o r m i t ye f f e c t i v e l y , i th a sm u c hs i g n i f i c a n c et or e d u c e t h ec o s to f s h i po p e r a t i o n ，i m p r o v et h es a f e t yo f s h i ps a i l i n g t h et h e s i s a n a l y s e s d a t a t y p e so fs h i p s h o r ec o m m u n i c a t i o na n de v e r y t r a n s m i t t i n gm e t h o d s ，p u t sf o r w a r dt oa n di m p l e m e n t sad e s i g no fo p t i m i z e dp r o j e c t o fe q u i p m e n t se l e c t i o n so fd a t ac o m m u n i c a t i o n a n da n a l y s e st h et r a n s m i s s i o n m e t h o d so fs h i p s h o r ei m a g ea n dv i d e od a t aw h i c hi s s o m u c h a n a l y s e sa n d c o m p a r e st h ec o m p r e s s i n gm e t h o d so fi m a g ea n dv i d e od a t a , a n da c c o r d i n gt ot h e n e e d so f s h i p s h o r ec o m m u n i c a t i o n ，c h o o s ej p e g 2 0 0 0a n dm p e g - 4a s t h e c o m p r e s s i n gm e t h o d st op r o c e s ss h i p - s h o r ei m a g ea n dv i d e od a t a a i m i n gt ot h em a i nt r a n s m i s s i o nm e t h o da i si ns h o r tr a n g ec o m m u n i c a t i o n ， r e s e a r c h e so na n d a n a l y s e s t h em a i nf u n c t i o n sa n dc h a r a c t e r i s t i c so f t e c h n o l o g y ，a n a l y s e st h em e s s a g e sf o r m a to fa i s ，p u t sf o r w a r dt ou s i j 培t h em e s s a g e s i n t os h i p s h o r ed a t at r a n s m i s s i o n ，l i k es h i pa u t oi d e n t i f i c a t i o n , d a t as p a nc o n v e r t i n g ， s h i pr e p o r ti nu r g e n c y a i m i n gt o t h en e wr u l e so fs h i p sl o n gr a n g ei d e n t i f i c a t i o ns y s t e m ，p u t s f o r w a r dt oad e s i g no ft h el o n gr a n g ei d e n t i f i c a t i o ns y s t e mw h i c hf i t st h er u l e s u s e st h ea i sa n di n m a r s a t _ _ cw h i c he v e r ys h i p sh a v et h ec o m p o s i n go f t h es y s t e m ，i t 英文摘要 s a t i s f i e st h en e e d s o f t h en e wr o l e so f t h el o n gr a n g ei d e n t i f i c a t i o ns y s t e m k e yw o r d s ：s h i p - s h o r ec o m m u n i c a t i o n ：a u t oi d e n t i f i c a t i o ns y s t e m ( a i s ) ；l o n g r a n g ei d e n t i f i c a t i o nt r a c k ( l r i t ls y s t e m ：o p t i m i z e d 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创髋声明 本入寒重声裙：零论文楚在导簿煞缮导”f 。独立遴孬鹭 究王箨掰取霉豹裁莱，撰写残疆士 学位论文：盟崖錾握续佥佳绝基丝的蜒窒：。除论文中已经涟嚷引用的内容外，对论文的研 究做出羹要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确 注甥静箕经个入袋集体琵经公嚣发表或束公开发表静袋栗。 本声明的法律责任由本人承担。 锻储獬：懒璃年月日 学位论文版权使用授权粥 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究嫩学位论文提交、版权使用管理 办法”，强意大连海事大学保鐾井蠢国家枣关郫fj 或栋翰递交学位论文静复印箨帮毫予舨，允 许论文被套阅和借阅。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哭 数据库进行检索，也可采用影印、缩印戚扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密o ，在年解密后邋心本授权书。 本学位论文属于：保密口 不傈密口( 请在玟上方框内抒“) ：嘲灞跏艇钐 石之 船岸数据综合传输系统的研究 第1 章绪论 1 1 海上移动通信现状 随着全球海上贸易的发展和我国海上活动的增加，我国海上船舶的数量愈来 愈大，船舶上安装了各种海上移动通信系统，其业务范围可以从数据量较小的模 拟话音到数据量较大的视频通信等高端通信业务。船舶之间及船岸之间的通信的 信息类型越来越多、信息量也大小不一，而且有的系统即将被强制淘汰，有的高 端系统即将面世，所以，亟需建立一种船舶数据综合传输系统，该系统能灵活地 处理和适应各种信息及各种通信设备的更替。海上移动通信的发展趋势将会是各 种通信设备一体化通信，船舶将实现数字化，船上通信系统的操作将发展成各办 公室单人管理和维护，易于操作的中心式综合通信系纠“。 现在船舶上已经具有多种船岸通信手段：s s b ( n d b p ) 、v h f 等地面通信 设备：i n m a r s a t - a 、b 、c 、m 等卫星通信设备，还有已经投入使用目前比较先进 的卫星通信系统i n m a r s a t f 站设备。对于s s b 、v h f 等低费用通信手段来说， v h f 主要用于近距离通信，其误码率较低，是近距离、低速通信时比较理想的 选择，而s s b 则比较适合中远距离通信，但它的信号稳定性比较差，误码率比 较高，并需要随时间和地点的不同，来选择最佳频率才能收到比较好的效果，所 以比较适合数据量比较小的中远距离通信业务。对于卫星移动通信等收费通信手 段来说，可以通过a 、b 、c 等中高速卫星通信手段进行数据量比较小的通信； 可以通过i n m a r s a t f 通信系统进行数据量比较大的通信。 目前，i n m a r s a t 国际海事卫星通信系统是远洋船舶必备的通信设备，它是全 球海上遇险和安全系统( g m d s s 系统) 所采用的一项重要的通信方式。国际移动 卫星组织，即原国际海事卫星组织，简称i n m a r s a t ，是一个提供全球移动卫星通 信服务的通信联盟。我国几乎所有的远洋船舶都安装了i n m a r s a t 卫星终端设纠2 】。 国际海事卫星与海岸电台共同构成了船舶航行时的通讯服务。在近海，船舶 可以通过海岸电台和陆上单位进行通信，在远洋，则主要依靠海事卫星进行通信。 目前，海事卫星负担着国际、国内海事遇险安全通信和公众通信的重要功能，卫 星地厩站有专线与中国海上搜救中心连接。可以为搜救协调中心提供海难现场情 况，传输图片和视频图像、进行视频电话等。海事卫星通信有效地保障了船舶安 第1 帮绪论 全，戚必全球海上遇险与安全系统的一部分，面且作为公众通馈网的孝卜充，充分 震承其蹇效、灵活、优矮豹遵僖能力，残为交通售息化基础潮终豹藿要缀戏部分 f 3 l 。 2 0 0 3 年5 月的海安会7 7 次会议上提出了新的s o l a s 公约x i 牵第1 4 条“瓤 舶远程识别和跟踪系统( l o n gr a n g ei d e n t i f i c a t i o nt r a c k ，简称l r i t ) 修正案”。 远稷识别和跟踪系统仍将采用基于目标的标准( g o a l b a s e ds t m a d a r d s ) 的概念， i m o 将给出l r i t 系统的最低要求，有关政府、技术机构、组织、学会团体等可 以农这框架内制定细化的标准，这将使得实现方法具有多样性和创薪性【4 1 。 1 2 论文内容的提出 当前海上移动通信系统种类繁多，在业务上也并非完全一样。在实际应用中 根攒不月的业务，篱要人为地分析釉选择相应的设铸对之进行手工操作，给船舶 衣黪麴之阕以及船烤之阅的逶馈繁来了很大的不便。由于g m d s s 对于海上移动 逶倍要求必须爨各蹲秘以土互攘独立豹报警手段，翳以条船舶上农任倪对候都 不西能必有某一稀通信系统菔役，群多释逶信设备共同存在裾臻互缀建更骜的事 实楚不可避免耐霉。 为了解决设备种类较多，操作不便的情况，同时考虑到g m d s s 对尚可靠髋 的要求，最好的解决方法就是设计种能够对船舶备种通信设备迸行统一管理和 操作的综合传输系统。现有的船用通信设备涵盏了各种通信方式，我们可以通过 璎究各糖船舶傣息的类型及其使用情况，分手厅比较各融通信手段的性能，使它们 之蠲能够在一定豹条磐下达到最饯化豹配会。 本谍题豹主要掰标是： ( 1 ) 对舀前海上移动通信的现状，遴避对各种遴信手段多方瑟翡分柝比较， 提出船岸数据综合传输系统，该系统充分利用备种通信手段的优势，良裙对经济 的费用，完成锫种信息安全、可靠的传输。 ( 2 ) 对a i s 进行分析研究，将a i s 电文应用到近程船岸数据传输中，如船舶 自动识别、数撰跨区交换、船舶紧急情况报告等，分析a i s 电文，并完成软件的 实现，。 ( 3 ) 根器i m o 提出熬船艟远稷识别帮跟踪系统豹毅规则，提出了般岸数据远 程通信的新方法船舶远程谖剐帮鼹踪( l r i t ) 系统，应躅嚣骞蓼躲上现寿瓣 2 船岸数据综合传输系统的研究 通信手段a i s 和i n m a r s a tc 站作为船舶远程识别和跟踪系统的组成部分，这样 能够充分利用现有资源，无需购置安装新设备。 课题的研究对实现船岸数据高效、安全可靠的传输和船岸数据传输无人工操 作有着重要的意义。同时，也对未来的海上移动通信的发展有着较为重要的实用 价值。 1 3 论文研究的主要工作 本论文研究所做的工作主要分以下几个方面： ( 1 ) 通过对资料的查阅，分析和研究目前船岸通信手段的性能和主要功能。 提出了船岸数据综合传输系统的方案设计，并在作用距离、可靠性、数据传输速 率以及经济性等方面作出了比较分析。运用加权的方法，计算出了在不同的船岸 通信情况下( 如船岸传输距离的远近、传输数掘量的大小、数据的重要性、传输 的可靠性、经济性等方面) ，根据用户的不同需要得出的设备选取的优先级，从 而达到通信设备选取的优化。比较分析了图像视频压缩的主要标准，选定了 j p e g 2 0 0 0 和m p e g - 4 分别作为图像和视频的压缩方法。 ( 2 ) 本文通过对船岸数据近程通信的主要通信手段a i s 的发展现状、基本功 能及技术特点的分析，研究了a i s 在近程船岸数掘通信中的应用，如船舶自动识 别、数据跨区交换、船舶紧急情况报告，针对这些应用分析了a i s 的电文6 、电 文8 、电文1 2 、电文1 4 的结构，并完成了电文1 4 应用于船舶紧急情况报告的软 件实现。 ( 3 ) 本文对船岸数据远程通信的新手段船舶远程识别和跟踪( l r i t ) 系 统进行了研究，通过分析国际海事组织对l r i t 系统功能的规定，提出了系统的方 案设计；分析和研究了l r i t 系统传输的信息内容，根据报文内容设计了l r i t 电文的格式，并用软件仿真了a i s 数据与l r i t 数据的转换；对该系统船站部分 中的远程接口进行了研究，并提出了实现方案；同时实现了该系统船站部分的控 制软件。 1 4 本章小结 本文提出了船岸数据综合传输系统的方案设计，并在作用距离、可靠性、数 据传输速率以及经济性等方面作出了比较分析。运用加权的方法，优化了通信设 第l 囊绪论 备的选取方鬃，在传输图像数据和视频数据过程中，选择了j p e g 2 0 0 0 和m p e g 一4 襻秀图像数摄鞫视频数据熬蘧缩方法。透过怼瓤滓数j 翳近程遴信主簧逶绩学 段a i s 的分析研究，将a i s 的电文应用到船岸数据通信中，如船舶自动识别、 数据踌区交换、船舶紧急情况报告，分析了a i s 的电文6 、电文8 、电文1 2 、电 文1 4 豹结稔，莠完残电文1 4 寝鬻予躲黯紧急待嚣掇告懿软箨实残。麓掺数据远 程通信方面，研究了船舶远程识别和跟踪( l r i t ) 系统的新规则，提出了系统 的方聚设计；研究了l r i t 系统传输的信息内容，根据内容设计对l r i t 电文的 穰式送季亍了设计，势遴幸亍了实验仿真；疆窭了系统遴程接掰豹方案；著避行7 蜜 验仿真。 4 麓牮数据综合健输系统的研究 第2 章船岸数据综金传输系统的设计 2 1 船岸数据综合传输系缆总体结构 船岸数据综合传输系统镪括：卫星通讯、单边带( s s b ) 、甚高频( v m 9 ，移 动电话、传真秘嚣联网等现代邋信技术缀威的船瘁数据蜜辩传输网，船图2 1 耩 承。通过该传输系统，船舶公司可以及时、准确地了解船舶的实时航行动态和安 全状况，船舶也可以随时搿到最新的水文气象信息( 包括天气预报、海区要素预 报、风场、气糕场及台风信感等) ，港日航道信患等资拳霉，更有乖j 予虢舶的安全 航行。 攀遴蘩 懿盘簿t 秘跫棼链 豳2 ，1 船簿数据综仑传输系统梅成圈 f i g 2 1c o n s t i t u t eo f s h i p - s h o r ed a t ai n t e g r a t e dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m 遴过麓零数撵综合黉羧系绞霹敬实瑷瓣霉舞各耱数瓣售怠豹黉 鑫，为爨孝润 的各种类型的数据传输提供了个良好的平台。 当 掌 丫麟麟哪|童嚣。 第2 章船岸数据综合传输系统的设计 2 2 船岸数据传输手段及性雒分析 2 2 1 船岸数据传输的主要手段 目前实现船对岸通信的船上通信设备主要有；a i s 、s s b ( n d b p ) 、v h f 等 她蕊遴售设备；i n m a r s a t - a 、b 、c 、m 、f 等卫星通信设备f 6 1 。 ( 1 ) 船载自动谈剐系统( a i s ) a i s 是工作在v h f 海上频段的船舶和岸基广播数攒传输系统。它是一种可 在船与嚣之阏以及船与岸之阅交换数字信息的毅工具。题裁，a i s 已在越来越多 的海船上配黉，作为雷达的补充，甭作船熊之间避碰和舀动交换倍怠静重要劫靛 工具。a i s 是一个辅助的船舶航行信息源，利用基站! m s 收集和交换船舶航行等 有关倍惠兹功畿，碍镁v t s 改善秘加强对船舶交通豹服务管理功能；可使港魅 部门自动获取有关船舶的装载货物、航行计掰、实际位置等信息。就外，a i s 逐 可在航标和搜寻救助等方面应用。 i a l ar e c o m m e n d a t i o na 一1 2 4o na u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o ns y s t e m ( a i s ) s h o r es t a t i o na n dn e t w o r k i n ga s p e c t e dr e l y i n gt ot h ea i ss e r v i c e ) ) 将! m s 分为移 动雉翔固定站魏大类。 其中，船载移动蛄包括： s h i p b o m e c l a s saa i s 宪全德会i m o 规范驰通用船载, m s 。 * s h i p t i o m e c l a s sba i s 不完全符合i m o 规范的船载a i s 。 鞠定站包糕： a i sb a s es t a t i o n a i s 基站，是组建a i s 网络的关键部分。 a i s s i m p l e xr e p e a t e r a i s 单正转发器。 a i s d u p l e xr e p e a t e r a i s 双王转发器。 ( 2 ) 单边带通信( s s b ) 单边带通信与调幅遵售楣比，哇l 予少发射了一个边带，所以每个信道的频带 6 躲津数据综会铸赣系绫静研究 宽度就压缩了一半，这样就可以在规定的波段内容纳更多的电台。又由予不发射 载渡，不仅带省功率，嗣辩还减少了不必要豹功率辐射。 单边带通信有如下优点： 占用频带窄： 发射窃率寄效稠瑟率高： 抗选择性衰落能力很强； 抗干扰性能好。 窄带直接窜字电报( n b d p ) 终端楚g m d s s 撬瑟逶信系统中船舶奄台酶囊 要终端之一。它和船舶s s b 电套连用可以实现船岸闻，船舶阒、船台和经岸套 延伸的电台成国际用户电报网用户间的自动电传业务，同时还可以向组船或所有 船舶发电传信息。 n b d p 技本或设备具寿如下主要优点： 采用f s k 调制( 剐调制) ，增强了在噪声中识别信号的能力。 采用了4 b 3 y 检镱码和a r q 、f e c 等差错控制方式，大大提商了数字传 辕豹爰确性、可靠经。 在射频信道以1 0 0 波特( 码元数秒) 的低速率传输，信号占有带宽窄； 而且整个通信过程自动化，提高了信邋的乖j 用率。 3 ) v h f 逶售 v h f 可用来实现船岸间或船舶问近距离通信，同时通过港网电台的转接还 可实现船台与陆地公众网用户间的通信。v h f 通信主要用于港口业务，水上移 动鼗务豹钕众遴信，黔霆鑫动态熊务囊艇熬阕逐傣。茭王捧频段楚 1 5 6 m h z - - - - 1 7 4 m h z 。它悬g m d s s 的一个重要组成部分，其中c h l 6 融指定为 v h f 无线电话国际遇险、安全通信频率，c h 7 0 已指定为豳家遇险与安企呼叫频 率，c h 7 6 掰于n b d p 、数据稻传真逶楼。 ( 4 ) 卫艨通信系统 i n m a r s a t 目前是世界上唯一的为海陆空用户提供全球移动卫星公众通信和 遁险安全逶倍翡整务提供者。该系统主要由i n m a r s a t 空蔺毅( 圣鬓帮建瓣控剩设 备) 、阚络协调站( i n m a r s a t 运蓉和管联) 、地灏站( 各个i n m a r s a t 成员蹦建设釉 运营) 、移动卫星用户终端构成。 第2 章船岸数撼综台传辘系绫的设计 在i n m a r s a t 懿发袋过程孛，隧着辩闯鼹接移、技术器发展釉瑟鼹不弱瓣用户 群先焉推斑了i n m a r s a t - a 、b m 、c 、d d + 、m i n i m 、m 4 、f 爱m p d s 等多稀 标准的卫麓通信系统业务。 i n m a r s a t - a i n m a r s a t - a 系统是国际移动卫星组织最早开发出来( 1 9 8 2 年) 的卫星通信系 统。该系统 乍为i n m a r s a t - a 移动地球站进入公众电话交换网( p s t n ) 、公众数据 交换鄹( p s 霹) 敷电传网终通道，馒移动地球站翔隧地之间的用户进行有效的 逶信。l n m a r s a t - a 系统主要熊提供下到业务：双囱妻接模拟电话、双内电传、话 音频带传粪( 数据) 、商速数据( 5 6 6 4 k b i f f s ) 、馒羟摇毫橇、群浮、电子帮件( e - m a i l ) 等。 i n m a r s a t - b i n m a r s a t b 系统是数字卫崖通信系统，该系统将先迸的数字通信技术应用到 卫星移动通信领域，是a 系统的数字式接替产品。因此宦不但具有a 系统的全 部业务和特点，露且其信令交换熨加先进合理，信号质量更高，并且提供更广泛 静透信韭务。b 系统可以方便她接入先进葶日完善的魅地数据网络p s t n 和i s d n ， 觚雨实现与i n t e m e t 静互联。 i n m a r s a t - c i n m a r s a t c 系统，支持双向存储转发电文传输、船翔瘁方商的文本传真韭务、 询呼和数掘报告以及遇险报警和安全通信业务等，卫星镳路速率为6 0 0 b p s 。近 年来由于业务发展的需求，许多i n m a r s a t - c 标准系统业务提供者都开发并提供了 电子螂 牛等系统增值业务。i n m a r s a t c 系统卫星终端体积小，重量轻，可以在各 种类型豹远洋毅熬上装配，其最大的饯点是霹以漩足g m d s s 规范配备的要求。 i n m a r s a t - f i n m a r s a tf l e e t 监务韵投入使躅，绝移动i s d n ( m o b i l ei n t e g r a t e ds e r v i c ed a t a n e t w o r k 移动综合业务数据网) 和m p d s ( m o b i l ep a c k e td a t as e r v i c e 移动数据 包业务) 技术用于海上移动通信，海上用户可方便迅速逾于其所属公弼或其德陆 上用户建立和保持可靠的通信连接。海上i n m a r s a t - f 终端可通过移动i s d n 同时 进行搿质量的话畿通信及高速的传真和数掘通信，实现双信道同时通信。另外， 利用m p d s 功能磁在线实对连接到i n t e m e t ，从而使移动卫星用户利用i n m a r s a t - f 船岸数据综合传输系统的研究 终端实现真正意义上的进入i n t e m e t 网络，达到与l a n 或w a n 的真正互联的目 的。 2 2 2 系统性能及功能分析 ( 1 ) 系统数据分类 船岸数据传输的主要数据包括以下几种，如表2 1 所示： 表2 1 船岸数据分类及来源 t a b 2 1c l a s s e sa n ds o u r c e so f s h i p - s h o r ed a t a 船岸传输数据分类主要来源 数据报告信息a i s 动静态信息、水文气象等信息 文本信息 无线电传、无线传真、人工编辑文本 图像信息船舶c c t v 和数码相机 视频信息船舶频监控设备和c c t v 数据报告信息： 数据报告信息主要来源于a i s 动静态信息、水文气象等信息。其中，a i s 的 动态信息包括：具有精度指示和完整性状态的船位、u t c 时间、对地航向、船 首向、航行状态，转向率、倾角、纵摇和横摇；a i s 的静态信息包括：i m o 号码 ( 如可用) 、呼号和船名、船长和型宽、船舶类型、船上定位天线的位置( 由船 首向船尾和中轴线右舷或左舷) 。而地质、水文气象及其它调查数据等信息为采 集设备自动采集的数据。因此数据报告信息为定时发送的数据，设定一定的时间 间隔向岸站主动发送数据报告信息。 文本信息： 文本信息为人工输入的信息。通过人工输入文本信息可以直接、快速的通知 岸上相关单位目前船舶情况，以方便岸上相关单位对船舶的航行状态能够及时准 确的掌握。这部分的信息既可为定时发送信息也可以为人工手动发送的信息，用 户可以根据需要进行选择。 图像信息： 图像信息为数据量较大的船岸传输数据类型，且包括一些水文、气象等环境 9 第2 章船岸数据综台传输系统的设计 臻息，这一类型数据对船艘犹为重要。嗣静的图像信息大部分是通过c c t v 和 数码楣橇得到的，数据整较大，毽姥需要对其进徭压缨辱方爵进行艘岸数摆传竣。 这部分信息既可定时的发送也可入工发送，根据用户的选择来进行操作。 视频信息： 视频信息的媚对数搀蹩极大，而鼠这种数据的传输设备只能选取i n m a r s a tf 站，t n m a r s a t - f 站是国塔移动受星组织( i n m a r s a t ) 推出豹薪一代移动数字多媒体海 事信息通信系统。它不仅可以传输褫频数据信怠，逐包括音频等多媒俸数据番擘传 输。卫星通信的费用比较高，同图像数据样，需要对其迸行压缩后，才可传输。 由予这部分信息量较大因此选择人工发送的方式来进彳亍操作口， 综合上述分析，可以褥出结论，数摄擐告和文本售息数据蹩较小，视频和图 像信息数据藿较大，西诧w 戬透过判断倍怠数据萤大小来对它们避章亍分类传输。 通过以上分析得出，将数掘信息以较高传输速率、较低误码率传输到霹上相关单 位，嚣黧充分念理制用现有的船媸数据传输手段。 ( 动各船岸传输手段豹性能毙较 各种海事鼙星系统船站的眈较鲡表2 2 新示： 1 0 船岸数据综合传输系统的研究 表2 2 各海事卫星通信系统船站比较表 t a b 2 2c o m p a r i n go f i n m a r s a ts y s t e m 别 i n m a r s a tal n m a r s a tbl n m a r s a tc| n m a r s a tm 4i n m a r s a tf 特点 传话音 4 8 k b p s 1 6 k b p s 无 8 k b p s5 6 k b p s 输 电传 4 8 0 0 b p s2 4 k b p s6 0 0 b p s 无无 速 数据 4 8 k b p s6 4 k b p s 6 0 0 b p s2 4 0 0 b p s6 4 k b p s 室 通信方式实时实时存储转发实时实时 d t e 接口 r s 2 3 2r s 2 3 2r s - 2 3 2r s 4 2 2r j - l l r s 4 2 2r s 4 2 2r s 4 2 2r s 2 3 2r j 4 5 r s - 2 3 2 通 传真 o 2 80 2 20 1 5 s d r ，2 5 6 b i t +0 2 20 2 2 信 ( s d r 6 s 1 0 2 0 s d r ，6 s 费 电传 o 2 8o 2 10 1 5 s d r ，2 5 6 b i t 无无 用 ( s d r 6 s ) 0 2 0 s d r 6 s 数据 无o 6 5无不提供o 6 5 u s d ，6 s ( s d r 6 s ) 数据包数无无无无 3 8 u s d ，m b i t 据 ( s d r m b i t ) 通过分析通信速率、费用和误码率，可以归纳出各种通信手段在使用时的对 应的最恰当的业务如下： a 系统最适合模拟语音通信；b 系统最适合电传业务，其传输速率为 2 4 k b p s ；c 系统最适合存储转发型的数据报告业务，且有保密性强的特点，其 传输速率为6 0 0 b p s ；m 4 系统最适合传真数据，速率为2 4 k b p s ；f 系统最适合 高速数据业务和数据包业务，传输速率为6 4 k b p s ，同时由于技术的先进性，f 第2 章麓薄! 数据综含转稳系统静竣诗 系统的高速数据业务可以避 行一魑网络操作业务( 如：视频通信，网络浏览等) 嘲。 通过对卫星通傣系统的研究，可以分析得出目前船岸通信的燕要特性如表 2 3 所永。 袋2 3 备通信手段性能比较袭 t a b 2 3p e r f o r m a n c ec o m p a r i n go f i n m a r s a ts y s t e m 种类鼹离误褥率 a 站全球 低 b 站 全球 低 c 站全球 低 m 4 照全球低 f 站 全球 低 s s b ( n b d p ) 中远距离 商 v h k a i s ) 近鼯褰较低 从通信蹶离来餐，卫星通信耐以于念球除檄绝离纬度区域井任俺位霉进行高 速、低误璐搴豹售惑特辕，显然这是孩麓费爨为代绘戆；a i s 的传输距离要撮援 v h f 传播的视距公式( 2 1 ) 来决定的1 9 j ： ，o - - 2 2 烈乃i ( 聊) + 办2 ( m ) ) ( n m i l e ) ( 2 1 ) 其中，。为v h f 传播视距，h ；和办：分别发射台和接收台天线的高度( 单 位为米) 。 对子岸龠帮船螽之闻的a i s 数据传输，提供傈护鼢最大麓耱鼹嵩1 0 0 nm i l e 这实琢上是对a i s 岸台天线高度的限制。船螽间实际可达到的最大传输距离一 般在2 0 n m i l e 左右，适于近距离传输。而s s b 适于中远距离的传输。 觚传输效率来鬻至星遴信效率较离，误磁率低，可传嚣要性较强豹穰怠 从传输费用来爨，卫星通信赞用均较大，为了节省费用应该合理地选择通俗 设备，并且对待发送数据进行适当地压缩处理，尽可能减少缀信道传输的数据星。 1 2 船岸数据综合传输系统的研究 同时，当信息传输对误码率和传输速率要求不高时，应该选用a i s 、s s b 等免费 通信方式进行数据传输。 介于以上分析，制定出船岸通信设备的选取方案：各种信息采集设备接收到 数据信息后，经数据分析处理程序部分，根据数据量、传输距离、传输速率、不 同传输手段的可靠性以及信息传输的紧迫性进行分析，从而选择最佳的数据传输 设备；接口程序根据处理程序部分得出的结果，取得所选设备的控制权。 ( 3 ) 系统主要功能 该系统可以实现以下功能： 信息源选择功能1 0 】 可从a i s 、气象仪、数码相机、c c t v 、视频监控系统中选择任意一种或多 种数据源。 通信设备的选择 根据传输数据类型，可以选择a i s 、s s b ( n b d p ) 、a 站、b 站、c 站、m 4 站、f 站中的一种或多种传输方式。 信息更新周期的设置 对固定格式数据等的自动报告数据的更新周期作相应设置。 图像和视频数据的传输作为船舶远程监控、雷达图像数据传输等的重要组成 部分【“】。在使用卫通传输图像和视频信息时，为了减少通信费用，要在传输效果 和压缩比之间权衡选择适当的压缩方法，对其进行适当的压缩。 2 3 设备选取的优化方案 2 3 1 优化方案的系统组成 提出一种船岸通信设备选取的优化方案。该方案的系统模块构成如下： 巢2 章躲岸数据练会传竣系统的设计 匝逐蚪 臣麴爿 数 数 据据 设鞭 蕊篇 靛接螽董事 惫 氏 怠 氛 选 氛 接 处r教 翻 豢 簿 攘骥 臣亘) 葛 壤 攘 嫒 疑 - - _ _ - - h _ _ 一 块块 匦塑蚪 溺聪l 网 燕。卜叫 嚣2 2 戆簿数据综合传输系统模块蛰 f i g 2 2m o d u l ec h a r to fs h i p * s h o r ed a t ai n t e g r a t e dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ( 1 ) 数摄信息采集模块 把由a i s 设备得到的a i s 数据源、罗经、气象仪等传感器的数据包、以及 获c c t v 、数码裙梳楚得戮的图像藕褫颛信惑耱入王输入静文本信息按需求采集 到中心计算极中，送到数据信息处理模块。本部分主要是各种采集设备与中心计 算机的硬件接口及数据流的传输。 f 2 ) 数攒信息始理模块 本部分熄系统约重要辩分，主要功能是： 处理来自采集模块的各种数据，对数掘进行分类，判断发送类型与发送方 式。 根撂竣入透倍嚣振的经纬度，计算通接距离。 对图像和视频信息进行自幼压缩。 将数粥送至设备选敬模块。 愆融发送豹售患蠢：数据擐爨缤惠秘选择迮时方戏发送嬲塑像信息及文本傣 息；人工发送的有；选择人工方式发送的图像信息、视频信息和文本信息。 ( 3 ) 设备选取模块 遴过燕投方法慰可靠性、转竣速率、经滂性透露瓣投毒 舞，褥裂船群数据传 1 4 船岸数据综合传输系统的研究 输手段选择的优化方案。并将得到的结果送至硬件接口模块，由硬件接口模块来 开启选中的最佳船岸数据传输手段。 ( 4 ) 硬件接口模块 本模块主要为中心计算机与各船舶通信设备连接的模块。利用不同船舶通信 设备的传输标准、传输命令格式、连接方式的不一致，将计算机与各种船舶通信 设备互联，并实现对设备的控制。 2 3 2 优化算法实现 由于现有的传输手段中，只有i n m a r s a tf 站能够传输视频数据信息，因此以 下讨论传输非视频数据信息的情况下，设备的选取方法。 在船岸数掘传输的限制条件中，传输的数据是否重要是可人为选择的因素。 它包括：数据传输的可靠性、传输速率、经济性。其中，可靠性以误码率的高低 来衡量，误码率低则传输方式可靠，高则不可靠。经济性以资费的高低来衡量， 资费低则经济性高，反之则低。传输的条件有：传输距离、传输数据的信息量。 可归纳为表2 4 。 表2 4 船岸数据传输条件表 t a b 2 4c o n d i t i o n so f s h i p - s h o r ed a t ac o m m u n i c a t i o n 人为选择因素( 重要性)传输参数 可靠性距离 经济性信息量 传输速率 对各种条件进行比较，根据用户不同的需要来选择不同的传输手段。因此， 本论文提出根据需要对限制条件进行加权的方法来实现对设备的选取。 该方法的数学模型为：条件值矩阵= 设备性能矩阵权值矩阵；以公式( 2 2 ) 来代表： f = k 木i ( 2 2 ) 其中，f ，k ，1 分别为条件值矩阵、设备性能矩阵、权值矩阵。 第2 章船降数据综台传输祭统的设计 本模型中取权值为2 ”，n 代袭的意义分别为： 1 ；需求较低：2 ：需求常规；3 ：需求较赢。 箕孛，嚣袋毫为爵靠蠼葛，铸输速警抉，缎滂娃离；嚣求低则爱之。那么设 2 ”1 主：j ，矩黪第t 零亍为根据可靠性霉求所热豹权值；第2 行为根 据传输速率需求所翻的衩稳：第3 行为穰掘经济往需求所糯粳篷。 投攥传输速率、经济性、可靠性的糍低，对现有的通信手段进行排序。 袭2 5 现宵通信平段各佳能排序袋 1 h b 。2 5p e r f o r m a n c el i s to f c o m m u n i c a t i o nm e t h o d s 接旁疆靠性煲输速率续济性 l所鸯卫通船蛄卫通b 、f 站a i s 、s s b ( n b d p ) 2a i sa i s卫通m 4 3 s s b ( n b d p ) a卫通a 4m 4 卫通f c 5m 通b s s b ( n b d p ) 6卫通c 1 分别为可靠矬好，传输速率高，经济性好( 资爨低) ；以此排序，则4 为 可靠饿最差，传输速率最低，经济性最差( 资赞最爨) 。 设备性能矩阵穰据上袭可戬褥到如下： 1 6 ，。，。，。l 淹蓐矩鏖杈邈 船岸数据综合传输系统的研究 2 2 36 13 ll l5 14 ll 其中列代表了传输性能序号，第1 列为可靠性序号，第2 列为传 输速率序号，第3 列为经济性序号。 从第1 行到第7 行分别代表通信手段a i s 、s s b ( n b d p ) 、a 站、b 站、c 站、m 4 站、f 站的传输性能。 可以归纳为，矩阵的行代表设备，列代表传输性能。 因此根据上面提出的矩阵算法可以得到最终的条件值矩阵为： ym s y b p y 。 y y 。 yh 4 yf 2 2 3 6 13 l1 15 14 ll 2 ” 2 ” 2 ” 其权值为2 - ，可得到权值矩阵为 至 。 第2 牵船岸数据缘会转辘系统