用于海事AIS系統(tǒng)的集成解決方案

船只在夜間經(jīng)過時(shí)如何相互避讓?

我們都知道雷達(dá)技術(shù)，但這只是用來避免發(fā)生碰撞的技術(shù)之一。

實(shí)際上，還有另一種稱為自動識別系統(tǒng)(AIS)的解決方案，它對于避免海上事故以及對船舶進(jìn)行監(jiān)控也非常重要。

在使用AIS時(shí)，船舶將以固定間隔用公共無線電波發(fā)送未加密的VHF無線電信號，通常在船舶行進(jìn)時(shí)間隔幾秒鐘，并根據(jù)船舶的速度而變化，而在船舶進(jìn)入港口時(shí)則每三分鐘間隔一次。發(fā)射的信號使用海上VHF頻段中的兩個(gè)信道87B和88B，通常具有高達(dá)20英里的作用范圍。

這些信號可以被地面監(jiān)測站或其他船只、甚至衛(wèi)星接收。AIS標(biāo)準(zhǔn)定義了相關(guān)技術(shù)和運(yùn)行參數(shù)，以確保所有符合AIS標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備都能協(xié)同工作，AIS也定義了所需的通信協(xié)議。

通過AIS信號，可以在屏幕或電子海圖顯示和信息系統(tǒng)(ECDIS)上顯示附近船只的身份和位置。AIS信號還可以包括船舶的航向、速度和轉(zhuǎn)彎速率，也可以使用來自船舶導(dǎo)航設(shè)備(例如GPS接收器)的信息。

不斷增長的應(yīng)用

AIS是由國際海事組織(IMO)在上世紀(jì)90年代中期引入。由于它的物理尺寸、復(fù)雜程度和功率要求等因素，其第一個(gè)版本(A類)僅要求在大型船舶上使用，并在大約10萬艘船上得到應(yīng)用。之后，在2006年，發(fā)布了AIS B類規(guī)范，使設(shè)備更簡單，成本更低，從而使AIS能夠被休閑娛樂船和漁船等許多小型船只采用。

隨著更多AIS收發(fā)器得到應(yīng)用和成本的下降，這推動了在AIS架構(gòu)基礎(chǔ)上運(yùn)行的應(yīng)用數(shù)量和種類的增加，其中包括國土安全、天氣預(yù)報(bào)、漁業(yè)監(jiān)測、海洋保護(hù)和外來物種運(yùn)輸?shù)鹊?。由于AIS規(guī)范支持六種不同類型的專用消息(ASM)，這些應(yīng)用中的許多都充分利用了這種優(yōu)勢，因此它們可以彼此交換數(shù)據(jù)，而不會干擾基本的AIS功能。

克服開發(fā)限制

構(gòu)建AIS的產(chǎn)品成本需要足夠低，這對設(shè)備制造商來說是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，尤其是在發(fā)展中國家。AIS收發(fā)器(如圖1所示)集成了RF功能、數(shù)字處理能力和多種接口，能夠連接到雷達(dá)/自動雷達(dá)繪圖輔助系統(tǒng)(ARPA)、電子海圖系統(tǒng)/電子海圖顯示和信息系統(tǒng)(ECS / ECDIS)、以及集成式導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)等設(shè)備。

圖1：通用AIS框圖。

AIS B類設(shè)備采用復(fù)雜的載波偵聽時(shí)分多址(CSTDMA)調(diào)制機(jī)制，并且必須滿足IEC 62287-1(管理頻譜使用和緊急服務(wù)訪問)的要求。

這意味著設(shè)計(jì)AIS收發(fā)器可能是一項(xiàng)緩慢而復(fù)雜的工作，因此很難保持較低的成本。上市時(shí)間非常重要，如果公司內(nèi)部開發(fā)人員尚不具備適當(dāng)?shù)膶I(yè)知識，他們不可能有足夠的時(shí)間去專門獲取所需的專業(yè)知識。

專用設(shè)備可降低成本并縮短設(shè)計(jì)時(shí)間

為了克服這些問題，制造商可以使用預(yù)先集成有必需AIS功能的設(shè)備，而且這些設(shè)備已經(jīng)過認(rèn)證，符合相應(yīng)的規(guī)范。這意味著開發(fā)人員可以專注于他們產(chǎn)品的差異化，而不必去更多地了解基本的AIS標(biāo)準(zhǔn)。

這里的一個(gè)示例是CML Microcircuits公司的SCT7033 AIS B類協(xié)議棧處理器(見圖2)，它能夠在低成本微控制器上實(shí)現(xiàn)完整的AIS B類CSTDMA協(xié)議棧，并且兼容IEC 62287-1和ITU-R M.1371-5。

SCT7033是專為AIS應(yīng)用而開發(fā)，可在156.000MHz～162.050MHz的整個(gè)海事頻段進(jìn)行編程，能夠?qū)崿F(xiàn)雙通道接收器和單發(fā)射器。

SCT7033能夠與CML的CMX7032海事AIS基帶處理器無縫集成，可提供靈活的接口連接到GNSS接收器、NMEA0183海事通信總線、狀態(tài)LED和USB/UART接口，并能夠自動將CML的AIS調(diào)制解調(diào)器處理器CMX7032和PLL配置為適當(dāng)?shù)腁IS和海事無線電信道。

圖2：SCT7033框圖。(來源：CML Microcircuits)

在集成式器件(例如SCT7033)的基礎(chǔ)上進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)可簡化設(shè)計(jì)和認(rèn)證流程，從而顯著降低開發(fā)成本，并縮短上市時(shí)間。采用SCT7033進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，制造商能夠以合理的價(jià)格提供正確的產(chǎn)品，進(jìn)而可以更充分地利用AIS不斷增長帶來的機(jī)遇。