第4章船用VHF通信设备.ppt

GMDSS通信设备与业务第四章船用VHF通信设备通导教研室 本章内容 4 1船用VHF通信概述4 2船用VHF收发设备4 3VHF DSC终端设备及VHF EPIRB JRCVHF DSC无线电台 Sailor船用VHF及Skanti船用VHF 日本ICOM 45船用VHF日本ICOM 59船用VHF 船用VHF通信设备1 2 工作在156 174MHz频率范围 主要用于近距离通信 是GMDSS中A1海区的主要通信设备 既是现场通信的主要手段 也是驾驶台与驾驶台之间通信的唯一手段 3 符合GMDSS要求的VHF设备 应同时具有无线电话通信功能和DSC通信功能 4 VHF DSC值守机 5 电源 一个单通道接收机 可使用独立的接收天线 也可与VHF收发机共用同一天线 外接电源可以是110V或220V交流电 也可使用直流24V供电 4 1 1VHF通信的基本原理1 采用调频 FM 体制 2 调频波为等幅变频波 所谓调频是用已调信号的频率变化来携带信息的调制方式 调频波的旁频分量 理论上为无穷多个 故其理论带宽为无穷大 因此 在工程上必须根据需要进行取舍 3 调频方法1 直接调频法 2 间接调频法 直接用调制信号去控制振荡器的工作状态 改变其振荡频率 以产生调频信号 实际应用中 广泛采用变容管晶体振荡器来实现直接调频 利用调相电路经适当转换而获得调频波 所谓调相 是指载波的瞬时相位受调制信号的控制而改变 4 预加重 和 去加重 技术1 鉴频 2 噪声与 预加重 和去加重 技术 接收机中 对调频信号的解调过程称为鉴频 相应的部件称为鉴频器 鉴频器输出的噪声随频率的升高而增大 导致解调后的音频信号中高音频区的信噪比下降 影响接收效果 为此 在VHF设备中 广泛采用了 预加重 和 去加重 技术 3 预加重 4 去加重 5 优点 在发射机中人为地预先加重高音频 将高音频电压提升 使解调后的音频信号获得较为均匀的信噪比 从而提高其抗干扰性能 在接收机中将发射时因预加重而提升的高音频电压相应地削弱 此技术简单易行 既提高了VHF通信的抗干扰性能 又不会导致信号失真 4 1 2VHF通信的特点1 传播距离较近 通信范围受限 1 2 3 4 5 信号主要以空间波形式直线传播 地球表面的曲率效应 致使传输距离取决于收 发天线的架设高度 通信距离极限值小于100nmile 正常值约为25nmile 比较适合建立以岸台为中心的近距离蜂窝式通信网 一般规定 岸台发射机的额定功率不应超过50W 船台发射机的额定功率不应超过25W 一般在6 25w之间 并应能减小到 1w 2 信号波长短 设备天线尺寸小 3 具有较强的抗干扰能力 船用VHF工作在156 174MHz范围 波长小于2m 故天线尺寸也小 船台易于架设在桅杆或烟囱顶上 岸台易于采用方向性很强的定向天线 因为调频接收机中 输出信噪比与调制指数mf有关 mf加大 输出信噪比也增大 mf fmax Fmaxmf 1时 宽带调频 B 2 mf 1 Fmax 2 fmax Fmax mf 1时 窄带调频 B 2Fmax 4 由于VHF调频接收机存在门限效应接收机中必须引入静噪电路5 信号占用的频带宽Bfm 2 mf 1 Fmax 2 fmax Fmax Bam 门限效应 是指当Si Ni低于门限时 其So No明显下降 使扬声器中出现S N恶化的现象 为保持工作环境的安宁 当Si Ni低于门限时 应切断扬声器的输出 而当Si Ni高于门限时 再恢复扬声器的输出 这就是静噪电路的作用 该电路放在解调之后 这是调频制的缺陷所在 采用调频传输虽然提高了通信质量 但却降低了频率资源的利用率 4 1 3VHF通信工作种类和方式1 工作种类1 2 CCIR建议 调频 调相 单路无线电话 用F3E G3E 表示 利用副载波调制的单路调频 调相 自动接收报 用F2B G2B 表示 在VHF波段进行DSC或NBDP通信时 要求终端设备输出和输入的信号 应是以1700Hz为副载波 频移为 400Hz 调制速率为1200波特的移频键控信号 码元宽度 1000 1200 0 833s 0 对应较高频率1700 400HZ 2100HZ空号 1 对应较低频率1700 400HZ 1300HZ传号 2 工作方式有 和三种 1 单工方式 单工 双工 半双工 按CCIR建议 水上VHF通信中船舶间的通信只能使用同频单工方式 船用设备的单工操作由话筒上的PTT开关控制 发则不收 收则不发 2 双工方式 通信时双方必须分别使用两个不同频率同时进行发射和接收 PTT示意图 3 半双工方式 按规定 在水上VHF通信中船台与岸台间并通过岸台转接到公众通信网用户的通信 只能使用双工方式 为节能和减少不必要的电磁辐射 通信中船台仍然采用受控发射 但却一直处于接收状态 因此 此种方式也被称为半双工或准双工工作方式 船岸间为港口工作或船舶动态业务进行的通信 可以使用同频单工方式 也可使用异频准双工方式 岸台采用船台设备时 则只能使用同频单工方式与船台通信 4 1 4VHF频道的划分和使用 CCIR指配的船岸频率 水上VHF频率156 174MHz船台发射频段 岸台发射频段 收发频率间隔 频道划分 CH16 156 025 157 425MHz 156 050 162 025MHz 4 6MHz 相邻信道间隔为25kHz 共划分出57个频道 频道号为1 28和60 88 其中单工频道20个 双工频道35个 保护频道2个 88以上为私人频道 如美国各港口设置的USA信道等 156 8MHz 指定为VHF无线电话国际遇险与安全通信频道 CH70 保护频道 CH06 CH13 CH87和CH88 156 525MHz 指定为VHFDSC国际遇险与安全呼叫频道 CH75和CH76为CH16的保护频道 156 800 0 025 用于国际航行船舶间导航和避让操作 两个单工频道用于提供海上作业船舶的自动识别和监视系统 AIS 的工作频道 用于国内航行船舶间导航和避让操作 也可用于从事协调搜救作业的船舶电台和飞机电台之间的通信 4 2船用VHF收发设备 VHF通信系统的构成及作用 船 岸VHF电台的特点 水上移动业务VHF通信系统由岸台和船台组成 可用来实现船岸间或船舶间的近距离通信 也可通过岸台的转接实现船台与陆地公众网用户间的通信 受安装环境和发射功率的限制 VHF设备可分为船用和岸用两种 一般船台设备为收发一体 岸台设备可收 发分开 4 2 1船用VHF收发设备的组成1 组成方框图 2 各组成部分的主要作用1 双工器作用 位置 为使双工工作时收发机仍能使用同一天线 必须利用双工器对收 发信号进行隔离 以保证通信时接收机不受本台发射信号的干扰或损坏 双工器连接在天线 发射机和双工工作的接收机之间 2 控制单元3 发射机单元 主要由CPU组成 分别与面板单元 DSC单元 双工器和收发机相连 完成对整机的操作及通信控制 其作用是对话音信号进行处理和调制 向天线输送大功率的调频波 实现无线电波的发射 4 接收机单元 5 面板单元 其作用是将来自天线的已调高频波进行频率变换 信号放大及解调 最终将其还原为原始音频信号 以实现信息的接收 解调后的话音信号经静噪电路和去加重处理后 送入低频功率放大器进行功率放大 以推动耳机 扬声器等相关终端设备工作 主要由单片机和音频处理电路组成 与显示器 扬声器以及送受话器等外设构成对整机的操作控制 3 工作原理和信号流程1 单工工作 1 发射 收发采用同频同天线 需将天线轮流接入收 发机 一般通过送受话器上的PTT按压开关控制天线继电器来实现 按下PTT开关 发射机工作 同时天线连到发射机 话音信号经送话器转变为音频电信号 经面板单元 控制单元送至发射机单元 由其进行调频 放大和预加重等技术处理后再经天线发射出去 而此时接收机暂停工作 2 接收 需释放PTT开关 发射机关闭 天线转接到接收机 接收机开始工作 天线将射频电磁波转换为电信号送入接收机 经变频 放大 解调 去加重等技术处理后还原成音频信号 再经低频功率放大后送入送受话器或扬声器而变成声音 2 双工工作时 收发机同时工作 1 2 如采用独立的收 发天线 则不需双工器 收 发机分别在不同的频率上工作即可 收 发机采用同一天线 则必须使用双工器才能保证其正常工作 双工器内具有两个分别对不同频率谐振的滤波电路 相当于两个不同的信号通道 接收通道对接收信号呈短路状态 允许其通过 而对发射信号则呈开路状态 阻止其通过 反之 发射通道只对发射信号呈短路状态 允许其通过 而对接收信号则呈开路状态 阻止其通过 这样 就有效地避免了本台的发射信号通过天线进入本台的接收机 4 2 2VHF设备的主要性能指标发射功率 衡量方式 载波功率2 频率偏差定义 通常用载波功率来衡量 是指在无调制时 发射机在工作频率上一个射频周期中供给标准负载的平均功率 调频波瞬时频率的最大值或最小值与中心频率 载频 间的差值 通常在正常工作条件下所限定的频率偏差称为最大频偏 而船用VHF设备无线电话通信所允许的最大频偏为 5kHz 3 音频带宽 4 发射机辐射带宽 因为 所以 5 灵敏度 调制音频的频带应限于3000Hz以下 指占总辐射能量99 的信号频谱宽度 允许频偏 fmax为 5kHz 最高调制频率Fmax为3kHz 发射机最大辐射带宽为 Bmax 2 Fmax fmax 2 3kHz 5kHz 16kHz 船用VHF接收机的灵敏度应优于1 V 4 2 3VHF设备中的特殊电路包括 和 1 静噪电路1 作用 在无信号或信号电平低于门限电平而引起接收机输出信噪比急剧下降时 自动将低放闭锁 使扬声器不发声 以保持安静 当信号电平高于门限时 再自动解锁 正常接收 静噪电路 双值守电路 2 技术要求 1 2 3 4 静噪灵敏度要高 信号消失 立即闭锁 信号出现 立即解锁 要防止误动作 即在收到脉冲式强干扰时 不解锁 静噪电路的接入对其他电路不应有影响 不降低整机的灵敏度 静噪电路可视情况接在鉴频器之前或之后 并由面板开关控制 2 双值守电路 1 双值守 2 原因 所谓双值守是指利用接收机同时守听两个或两个以上的通话频道 由于VHF通信业务的原因 船台经常遇到需要同时守听多个频道的情况 SOLAS公约明确规定 设置VHF无线电话设备的船舶电台 在水上时应保持对CH16的连续值守 2 双值守的实现 3 在所值守的多个频道中 有优先频道和附加频道之分 在实际应用中 双值守功能是通过特定的自动扫描程序来实现的 启动双值守程序后 一旦在优先频道上检测到信号 则扫描程序立刻停止扫描 锁定接收 优先频道无信号时 即使附加频道有信号 但扫描驻留时间一到 仍须自动切换到优先频道 从设备性能上讲 优先频道和附加频道应可选 如优先频道不允许选择 则一定是CH16 4 对双值守功能和性能要求 双值守功能可人工启动或关闭 即使已经启动双值守功能 一旦拿下送受话器 双值守功能将自动关闭 而挂上送受话器 双值守功能又将自动恢复 执行双值守功能时 发射被禁止 关闭此功能后 电台自动转到附加频道上 设备上应有独立的功能键 以确保能快速切换到优先频道上接收 执行双值守功能时 应能同时显示所值守的频道号 如在某一频道上收到信号 应能显示相应的频道号 双值守原理 在双信道守听时 每隔1s或更短的时间间隔 应检查VHFCH16信道 如果CH16信道出现信号 接收机立即锁定到此信道 直到CH16的信号消失 在自动返回另一信道 CH160 1s CH080 9s CH16有信号 4 2 4船用VHF天线 尺寸 原因 位置 船用VHF设备工作在156MHz 174MHz频率范围 其对应的波长不足2米 船用VHF设备的天线多采用0 5 1 5米的鞭状天线 一般固定安装在驾驶台顶部 烟囱顶或大桅顶等较高位置 以保证能有足够大的通信距离 4 3VHF DSC终端及VHFEPIRB4 3 1VHF DSC作为VHF设备的终端 其性能要求 基本组成 信息编码技术和检纠错技术以及呼叫序列格式与本篇第3章中介绍的MF HFDSC设备基本相同 这里只把不同点归纳如下 1 2 3 对于VHF DSC设备的性能 要求 若呼叫信道被占用 则除遇险呼叫外 本台其它呼叫自动禁止 VHF DSC终端输出的FSK信号的中心频率仍为1700Hz 频偏却为 400Hz 调制速率为1200波特 MF HF 速率 100波特 1700 85Hz VHF DSC终端只能工作在CH70信道 各种呼叫只能在该信道进行 4 VHF DSC呼叫序列格式与MF HFDSC序列格式相同 只是序列格式中的点阵持续时间与呼叫类型没有关系 均为20Bit16 66ms MF HF与遇险有关的呼叫和所有岸对船呼叫点阵持续200bit2S 而所有呼叫确认 不含遇险确认 和所有船对岸呼叫 不含遇险报警和转发 点阵持续时间为20Bit0 2S 5 6 从业务应用的角度讲 VHFDSC终端几乎不适合进行 群呼 和 海呼 两种格式的呼叫 VHF DSC的二重时间分集技术的时间间隔也为4个字节 但由于其调制速率为1200波特 故每一码元占时0 833ms 每一字节占时8 33ms 则分集时间为33 33ms 4 3 2VHFEPIRB1 概述1 2 按GMDSS船用设备配备要求 在A1海区航行的船舶 可配备1台VHFEPIRB 包括用于寻位的9GHzSART 以代替COSPAS SARSAT系统406MHzEPIRB 使用VHFEPIRB在VHFCH70上发射DSC报警信号 作为船对岸的报警 必须要求岸台建立起相应的接收台 并做到对A1海区的完全覆盖 一旦有关岸台接收到DSC报警信号 应能立即将此信息转往有关的RCC 并由RCC及时采取有效的搜救措施 3 发射序列的内容 VHFEPIRB只能提供遇险船识别码 遇险船位和时间 在其发射的呼叫序列中 格式符为 遇险呼叫 自识别为9位MMSI码 由销售商根据船舶分配的识别码写入 遇险性质为 EPIRB发射 当EPIRB与GPS连接时 遇险船位和遇险时间由GPS连续注入和修改 但当EPIRB未与GPS相连时 遇险船位和遇险时间分别用10个 9 和4个 8 来填充 电文中通信指令表明后续遇险通信使用的工作种类 具体内容视船舶设备的配备情况 由销售商出售时写入 一般设定为VHFCH16电话通信 但特殊情况也可选择使用NBDP的ARQ方式进行 VHFEPIRB每次发射由5个DSC序列组成 相邻两次发射的时间间隔为 230 10n s 其中n为重复发射的次数 如第一次重发 则n 1 4 VHFEPIRB基本组成 VHFEPIRB实际上是一个有发射能力的单通道DSC报警设备 它包括一个DSC程序处理器 主振 调制器 功放 电源 水敏开关以