邵传勇，刘人杰
大连海事大学 辽宁大连 116026
摘 要：通过分析我国现有的VTS,RBN-DGPS,VHF-DSC台站、灯塔的布局和现状，提出了在VTS水域中AIS基站站址选取的一般标准；并且分析了如何选取AIS基站的天线高度。
关键词：自动识别系统；最大保护距离；船舶交通管理系统；基站建设
通用船舶自动识别系统AIS是一个数字通信系统，用于船与船、船与岸之间进行信息交流的系统。AIS岸上子系统作为船舶交通管理系统的补充，根据覆盖范围的大小，参加船舶数量和VHF频段的特点，需要通过设立多个岸基站以无缝覆盖整个VTS水域，并通过通信手段连接在一起。
1 AIS基站站址的选取
在我国的沿海及重要的海域已经建成VTS，RBN-DGPS,VHF-DSC台站和灯塔，通过分析他们的现状和布局，为AIS岸站建设提供有益的参考。AIS岸上子系统与VTS中心结合，走有中国海域分布特点的道路，建设北京AIS监视总中心，大连等AIS监视中心和各VTS水域中的AIS基站若干。AIS基站以灯塔、雷达站、DGPS站等已有的台站为参考站址，对于特殊VTS水域中的AIS基站的选取应根据实际情况具体分析。
1．1 我国VTS建设现状和对建设AIS基站的影响
目前我国共建立了17个VTS系统，41座雷达站，这些VTS均匀分布在我过的主要港口、长江入口、渤海湾以及珠江口和琼州海峡，因此，VTS都占据着重要的地理位置，对保障船舶交通安全、提高船舶运行 的交通效率、保护水域环境起到重要的作用；已建成的VTS是以保障船舶交通安全为主，但船舶的交通服务功能尤其是电子信息服务功能不足；当前VTS的发展方向是向着计算机网络化的方向发展。
我国已建成的VTS有几个共同特征：
（1）设备厂家多，计有英国DECCA、日本冲电器、德国ATLAS、挪威NORC、美国R．D．S、日本FURUN、荷兰HITT、美国洛克希德马丁等8家公司。
（2）单站居多，存在着互不相关，不能联网，不能为船舶的所有人、经营人、代理人进行船舶交通信息服务的要求。
（3）早期建设的VTS中新设备陈旧，功能缺乏，现已进入更新改造，延伸扩建阶段。
VTS建设在船舶交通管理中起了重大作用，明显减少了海上交通事故，其布局在航运的重要位置是合理的。VTS的技术管理也日趋成熟，组织机构也适应海事管理顺序，因此，AIS中心与VTS中心同址，在VTS基础上增加VTS功能，在雷达站和雷达站覆盖之外增加AIS基站，扩大船舶交通管理的范围。所以AIS中心台站与VTS中心台站结合建设新型船舶交通管理系统。
1.2 我国RBN-DGPS建设现状和对建设AIS基站的影响
RBN-DGPS播发台站在沿海地区共建设20座,其播发台站是在定向无线电信标发信台上增加播发DGPS伪距和距离变化率的校正值，用来提高GPS的定位精度。发信台使用海上无线电信标频率（283．5～325 kHz），主载波频率上播发指向信号，副载波上播发校正信号，因此同时播发指向信号和DGPS校正信号。依照国际航标协会（IALA）分配给我国的基准台和发信台识别码的范围600～659和600～629。播发DGPS校正值的电文内容与信号格式按照海运事业无线电技术委员会(RTCM-104)推荐的数据格式，播发的技术要求符合国际电信联盟ITU-R823建议。RBH-DGPS播发台的技术要求完全与国际接轨，在我国使用的RBH-DGPS接受机与世界DGPS通用。经严格测定，单个播发台站在300 km范围内，95％可信度的定位精度优于5 m（2 drms），可以实现精密导航。他在船舶进出港、船舶交通管理、航道测量、海洋捕鱼、海上救助等领域可以应用，此外，在播发台附近几十公里范围内的陆上用户，提供航道交通监控、车 辆导航和跟踪，为经济的发展起到了一定的作用。
RBN-DGPS对提高GPS定位精度有明显作用，在SA取消之后，GPS为民用信号开放了全部精度，也满足了航标工程测量，水道测量以及港口船舶导航的要求，包括精度、完善性等。因此，差分基准台使用差分技术增强本地GPS系统将继续推广下去，今后差分基准台适当减少播发的伪距改正数据，而增加更多有价值的导航信息。AIS建设也充分注意到DGPS的变化，适当使用DGPS。我国的RBN-DGPS台站布局合理，充分利用指向标站址，在建设AIS基站也应充分利用。
1．3 我国VHF-DSC建设现状和对建设AIS基站的影响
国际海事组织（IMO）发展GMDSS系统的目的是建立一个有助于海上航行安全的全球性通信网，以最大限度地保障海上人命与财产的安全。GMDSS系统 包括用于报警的“COSPAS-SRSAT”系统；用于报警和呼叫的“IINMARSAT”、“DSC”系统；用于寻位的“搜救雷达应答器”；用于播发海上安全信息的“NAVTEX”系统。
根据“1979年国际海上搜寻救助公约”的规定，为保证发生在中国沿海的海难事故能够得到及时有效的救助，我国政府在大连、天津、上海、海口等十几个港口建立了无线电数选值班台（DSC），同时将上海的DSC台建成了国际值班台，形成了100～400 nmile沿海的链状覆盖区域，提供话音及窄带直接印字电报等紧急和安全通信及遇险报警功能。
虽然GMDSS改变了原始的莫尔斯报通信方式，但由于其使用不方便，日常维护及通信费用较高，误报警率较多，其发展受到很大的制约。虽然公约已明确国际航行船舶必须按要求配备与所航航区相适应的设备，但因设备昂贵给船东带来了极大的负担，如不在技术上做重大改进，其发展前景不容乐观。
GMDSS的建设的布局是以海岸电台为基础，有些台站离海边较远，又由于陆上电磁环境变化，VHF干扰强烈，有效作用距离受影响，现有些台站迁往海边。由于技术条件未建设远程遥控台站，覆盖范围有限；VHF无线电环境变坏，影响DSC的工作，DSC误报警严重，这些对AIS台站和网络建设有益指导。AIS与DSC兼容的必要性更大了，AIS也工作在VHF频段，对电磁干扰要充分考虑。
1．4 我国灯塔、大型航标的建设现状和对建设AIS基站的影响
我国沿海建设有灯塔和大型航标上百座，这些航标设施和灯塔都建在对航行有危险的地方，一般是AIS基站的理想位置，综合利用设施的功能。
航标和灯塔是经过历史考验的，他们普遍盘踞航道重要位置，多数在海岛或海岸高处临海的山上，又有良好的站址和基础设施，基本没有人管理，生活条件基本具备，供电也能满足AIS基站的要求，没有有线PSTN的地方，移动无线电话（GSM）可能覆盖。从海上长江口AIS的基站选址看，佘山、大戢山都是理想的基站所在地，所以灯塔为AIS基站站址应充分考虑。
综合以上的分析，可以初步提出我国的AIS基站的布局原则：
（1）VTS技术管理比较成熟，因此，AIS中心和VTS中心同址；
（2）一个AIS中心应布置多座AIS基站力求覆盖全海域；
（3）AIS基站设在滨海临岛的海岸边沿，力求VHF无线电有效覆盖在海面；
（4）AIS基站与中心站的网络通信，宜采用公用通信手段，顺序次为有限通信PSTN；移动无线电话通信（GSM或CDMA）；甚小口径卫星通信、移动卫星通信、专用数字微波通信。
（5）AIS基站应为遥控无人管站，有人值班即可。
（6）AIS基站与现有VTS雷达站，RBN-DGPS台站、灯塔或大型航标同址。
（7）AIS基站因地而异，一般在30～40 km间隔为宜。在江河和港口因电磁兼容等，宜多站设立，多01重覆盖。
（8）对我国沿海海岸是否连续覆盖、无缝问题，认为应根据航行的要求，我国有些海域或沿岸因水深浅等自然因素影响主要航区。
加强福建、广东沿海AIS基站建设，这些地区由于历史原因助航设施欠完善，而是今天经济发展较快的区域，从福建—厦门、厦门—汕头、汕头—深圳应连续覆盖。
2 AIS基站天线的选取
2．1 AIS的数据包格式
根据AIS技术标准，AIS中的数据是通过数据包传输的，每个帧为1 min，分为2 250个时隙，每个时隙的时间长度为26．7 ms。AIS的数据分组格式如下所示：
数据分组应该自左向右，预设的分组总长度为256 b，除训练序列以外，这一结构应该同普通的HDLC结构完全一样。采用训练序列是为了对VHF接收机进行同步调整。训练序列为交替的0、1组成的位组合（0101010101…）。在发出标记之前，应先发射24b的前置码（除非是32 b的分配需连续列），但由于通信电路采用NRZI模式，这一组合应加以修正。
开始标记的长度应为8 b，由一个标识HDLC标记组成，其作用为监测传输分组的开端。HDLC标记有一个位组合组成，长度为8 b：01111110（7EH）。该标记尽管包含6个连续位，但不受位填充影响。
在预设传输分组中，数据部分长度应为168 b。在数据链路服务中对数据内容未加定义。帧校验序列（FCS）采用循环冗余校验16 b多项式来计算［ISONEC3309∶1993］中所定义的检查和。在CRC计算开始适应将CRC码元预设为1，CRC计算中应只包括位填充的数据部分。
结束标志和开始标志的描述一致。
缓冲码的长度为24 b，其用途如表1所示。
2．2 AIS系统的最大保护距离对天线高度的限制
12 b的距离延迟是为了提供最大的距离延迟而设置。AIS信息的传输速率为9 600 b／s，可知AIS系统提供的保护时间Tr为：
在AIS的最大保护距离Rmax范围内，各AIS站台不会因为传播时延而造成的交叠干扰，Rmax为我们提供了天线选取的参考数值，限定了天线的最大高度。2．3 VHF电波传播特性对天线高度的限制 （1）当传播路径为水面时，可将地面作为光滑球面处理，则按传播距离将地面划分为3个区域：干涉区、绕射区、散射区。当视距为r0时，干涉区一般距离发射点为（0．6～0．8）r0的范围内，在干涉区内，水面上无障碍物时，船舶在航行的时候场强的瞬时值变化不大。绕射区一般为视距所对应的接收区的天线所在点左右的（0．2～0．4）r0的范围以内。绕射区以外的部分 为散射区为发射台与接收台天线（m））。由于电波的绕射作用，
在视距以外的一定范围，可得到较好的通信效果。这一范围的大小，与发射功率、接受机灵敏度、天线增益，特别是天线高度有关。
（2）选取天线的时候应该考虑系统余量 VHF调拨传输时，接受机除接收来自发射机的直射波外，还会接收到经地球表面不同反射过来的幅度与相位各不相同的反射波。此外建筑物、森林等还会产生遮蔽效应，运动中的通信设备还会产生多普勒效应。这些因素使接收机信号发生随机起伏，即多径衰落。因此，在选定天线的时候要给系统留有适当的余量。
系统总增益SG为：
其中：PT为发射功率；G1为基地台天线增益；G2为船台天线增益；Gmin为接收机灵敏度；Lp为路径损耗；Ln为噪声环境损耗；Lt为发射设备损耗；Lr为接收设备损耗。
选取天线的时候，要保证系统余量满足：
SM＞0
建造基站合理选择天线很是关键。天线高度不能够过高，过高有可能收集到VTS水域之外的船舶数据，这样会给VTS水域内的容量带来问题；天线过高会产生时隙重叠问题；天线过高，天线的成本增加；天线也不能过低，过低不能有效覆盖全部水域。我们力求从多方面考虑来选定天线的高度。
3 结 语
本文分析了我国VTS,RBN-DGPS,VHF-DSC台站和灯塔的现状和布局，初步讨论了我国AIS基站的布局原则；本文还从几个方面阐述了如何合理的选取基站天线。这些结果可在构建AIS岸—船系统的方案确定和工程设计中应用。
参考文献
［1］ 郭梯云，杨家玮，李建东．数字移动通信［M］．修订本．北京：人民邮电出版社，2001．
［2］ 刘人杰，刘畅，黄习刚．船舶自动识别系统的信息传输［J］．中国航海，2002．
［3］ Recommendation Itu-R M.1371*techicalcharacteristics for a universal shipborneautomatic identification system using time
division multiple access in the VHFmaritime mobile band (question Itu-R25/8)[S],1998．
摘自《现代电子技术》
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