海洋通信技术发展研究.docx

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海洋通信技术发展研究

摘要

本文介绍了在近一个世纪中海洋通信发展的历程和现状。

20世纪初，无线电报通过点火花式发射机产生的高频振荡电波向外广播，走出人类历史上无线电通信的第一步。

1898年美国“圣·保罗”号轮船首先装置了上述收、发信机，跨出无线电在海洋通信上应用的第一步再到由于海上航行的船舶越来越多，为了能达成世界统一的规则以提高海上航行的安全性和效率而制订国际海上人命安全公约（InternationalConventionfortheSafetyoflifeofSea，简称SOLAS）并明确船舶无线电装置的配备和值班制度。

讲述了现在常用的一些通信设备，如窄带直接印字电报、中频无线电装置、高频无线电装置、甚高频无线电装置、单边带和海事卫星电话以及卫星移动通信的终端组成、设备配置要求、使用中的优缺点和使用范围。

根据海上通信的发展趋势提出将GPS和移动通信组合起来构成GPS通信导航系统，提高海上通信的现代化管理水平，为海洋经济发展提供服务。

关键词

海洋通信无线电GPS通信导航系统

Abstract

introducesinnearlyacenturyofMarinecommunicationdevelopmentcourseandthepresentsituation.Atthebeginningofthe20thcentury，Wirelesstelegraphybyhigh-frequencyignitionfancytransmitterproducesradiowavestothevibration，Humanhistoryoftheradiocommunicationisthefirststep.In1898，American"stPaulmaru",thefirstunit,mailmachine，AradioinMarinecommunicationonthefirstapplication.Duetotheshipsailingmore，Inordertoachievetheunificationoftherulesinordertoimprovetheefficiencyandsafetyofsailing，InternationalconventionforInternationalConventionfortheSafetyoflifeofSea（SOLAS），AndCleartheshipwithradiodevicesandsystems.Thesecondpart，Theemphasisonthenowcommonlyusedsomecommunicationequipment，TheTerminalandEquipmentconfigurationrequirementsandUsetheadvantagesandusescopeofNarrowbandprinteddirectlytelegraph、MFradioinstallation、HFradioequipment、VHFradioequipment、SSB、INMARSATtelephone.Thethirdpart，AccordingtothedevelopmenttrendofMarinecommunicationPutforwardaGPSandmobilecommunicationtogetherconstitutetheGPSnavigationsystemCommunication，ImproveMarinecommunicationmodernizationmanagementProvideservicefortheMarineeconomy.

Keyword

overoceancommunicationsradioGPSnavigationsystemofcommunication

二、海洋通信设备…………………………..…………………………….7

前言

目前，随着海洋发展战略的推行和发展，远洋航行已是世界海洋交通的新趋势。

远洋航行是一项高风险性的产业，具有涉外性、专业性、独立性，航行范围广，流动性大，危险系数高，对海洋通信设备的要求极高。

随着世界船舶数量的不断增加及当前船舶日益大型化、高速化，海上交通日趋繁忙，使得世界重要水道越来越拥挤，海洋事故时有发生，给远航安全和海洋生态环境造成了巨大威胁，船舶航行安全对岸船、船舶之间的通信提出更高的要求。

在本文的完成过程中，得到了浙江海洋学院刘国平老师的悉心指导，在此表示衷心的感谢！

海洋通信技术发展研究

林斌

东海科学技术学院电子信息工程系，浙江舟山316004

【摘要】

第一部分介绍了在近一个世纪中海洋通信发展的历程和现状。

20世纪初，无线电报通过点火花式发射机产生的高频振荡电波向外广播，走出人类历史上无线电通信的第一步。

第二部分着重讲述了现在常用的一些通信设备，如窄带直接印字电报、中频无线电装置、高频无线电装置、甚高频无线电装置、单边带和海事卫星电话的终端组成、设备配置要求、使用中的优缺点和使用范围。

第三部分根据海上通信的发展趋势提出将GPS和移动通信组合起来构成GPS通信导航系统，提高海上通信的现代化管理水平，为海洋经济发展提供服务。

【关键词】

海洋通信无线电GPS通信导航系统

Abstract

ThefirstpartintroducesinnearlyacenturyofMarinecommunicationdevelopmentcourseandthepresentsituation.Atthebeginningofthe20thcentury，Wirelesstelegraphybyhigh-frequencyignitionfancytransmitterproducesradiowavestothevibration，Humanhistoryoftheradiocommunicationisthefirststep.In1898，American"stPaulmaru",thefirstunit,mailmachine，AradioinMarinecommunicationonthefirstapplication.Duetotheshipsailingmore，Inordertoachievetheunificationoftherulesinordertoimprovetheefficiencyandsafetyofsailing，InternationalconventionforInternationalConventionfortheSafetyoflifeofSea（SOLAS），AndCleartheshipwithradiodevicesandsystems.Thesecondpart，Theemphasisonthenowcommonlyusedsomecommunicationequipment，TheTerminalandEquipmentconfigurationrequirementsandUsetheadvantagesandusescopeofNarrowbandprinteddirectlytelegraph、MFradioinstallation、HFradioequipment、VHFradioequipment、SSB、INMARSATtelephone.Thethirdpart，AccordingtothedevelopmenttrendofMarinecommunicationPutforwardaGPSandmobilecommunicationtogetherconstitutetheGPSnavigationsystemCommunication，ImproveMarinecommunicationmodernizationmanagementProvideservicefortheMarineeconomy.

Keyword：

overoceancommunicationsradioGPSnavigationsystemofcommunication

一、海洋通信技术的发展

1.1海洋通信发展历程

众所周知，一艘艘航行在茫茫大海之中的船舶，随时会遇到各种各样的危险，并且随着世界船舶数量不断增加及向大型化和高速化方向发展，世界水道越来越拥挤，随时可能发生危机，怎样能在危机之中得到救助，船舶无线电通信设备则发挥重大作用，从无线电运用到航道，已经历了一个多世纪的不断发展，船舶安全航行及救助的体制越来越完善。

20世纪初，无线电报通过点火花式发射机产生的高频振荡电波向外广播，在当时，虽然费工费时，又不可靠，然而，它开创了海上安全航行的新纪元。

1898年，美国“圣·保罗”号轮船首先装置了上述收、发信机，并在当年11月成功的抄收了怀特马的可尼通信公司海岸电台（世界上第一个海岸电台）发出的电报，迈开了船舶无线电通信的第一步。

同年，俄国“海军上将阿善检克”号轮船在航行中搁浅在芬兰湾荷格兰德岛附近。

为了营救工作，波波夫在荷格兰德岛和最靠近的海岸城市特卡之间（直线距离约47km）建立了无线电台。

电台建立后不到一个星期，为了营救被暴风雨刮到大海而被困在浮冰上的渔民，以无线电报命令“耶尔马可”号破冰船前往执行搜救任务，这是无线电通信在海上搜救的第一次应用。

1899年，意大利人马克尼实现了人类历史上首次横跨英吉利海峡的无线电通信，两年后（1901年）马克尼使用了20kW大功率发射机在300kHz频率上实现了大西洋（2700km）的无线电通信，这一伟大的创举，震撼了全球的科学界和航运界。

电磁波跨越大洋的实验成功，引起了欧洲航运界的极大兴趣。

于是，各国纷纷装备船舶无线电台和海岸电台。

最初的海岸电台只对本系统开放，这种排他性措施不利于海上安全救助。

于是在1908年，各国订立了一切船舶无线电台可以和世界任何海岸电台进行联系的协定。

对一定吨位以上的船舶配备无线电台，各船舶电台应定时在遇险频率上守听值班或在其他时段有遇险频率自动接收和报警是非常重要的。

随着各种海上事故的发生而不断积累起来的经验教训，于是航行界人士觉醒到必须制定一个统一的普通适用的海上遇险搜救及安全通信的规则，以保障海上航行船舶和人命的安全。

于是，在1914年，首次制订国际海上人命安全公约（InternationalConventionfortheSafetyoflifeofSea，简称SOLAS）。

规定了航行于海上的船舶必须备有由电池供电的收发信机，500kHz为国际无线电报安全通信频率，以及规定了报务员的值班制度和配备在500kHz上工作的无线电报警信号自动报警器，比较完整的“SOLAS”公约是1929年制订的。

6O年代科学技术的快速发展，特别是卫星技术的应用，使航海界人仕认识到完全有可能把这些新技术应用列航海的遇险与安全通信中．从而将遇险事件消灭在萌芽状态，将生命与财产损失减到景低限以及科学技术的进步和第二次世界大战后电子技术的发展和航运经验的积累，在1974年制订的“SOLAS”公约中关于船舶无线电设备的配备和值班制度的规定比较完整和具体。

1.2海洋通信无线电设备要求及值班制度

在1974年制订的国际海上人命安全公约（以下简称“公约”）中关于船舶无线电设备和值班制度的规定比较完整和具体，其中第Ⅳ章专门对船舶配备无线电设备的要求及值班制度等作出了具体的规定。

按照“公约”等效原则，对船舶无线电通信设备作出了具体要求，制定了“海船无线电设备规范（1993年版本）”，后来成为“海船法定检验技术规则”第13篇。

在规范中提出了船舶按其总吨位数、船舶类型和航行区域所必须配备的无线电通信设备其最低的技术性能要求。

船舶配备的无线电设备应不低于表1-2-1的要求。

考虑到参与全球遇险安全通信系统的各类无线电通信设备的地理覆盖区和提供的业务范围不同，对船舶通信设备装备的要求，原则上按其活动海区范围来确定，将活动还去划分为四个区域，具体间表2

无线电设备配备表1

序号

设备名称

A1+A2

A1+A2+A3

A1+A2+A3+A4

甚高频无线电装置（VHF）

MSI

接收机

奈伏泰接收机（NAVTEX）

增强群呼系统（EGC）

应急无线电示位标

VHF--EPIRB

任选其一

406MHZ—EPIRB

任选其1

1.6GHZ—EPIRB

中频无线电装置（MF）

任选1台

中频/高频无线电装置（MF/HF）

1或④

INMARSAT船舶地球站（SES）

双向无线电话（Two-wayVHF）

3⑤

雷达应答器（SART）

2⑤

注：

1应具有无线电话、DSC收发和连续值班功能

2在国际还是卫星覆盖的范围内盖海区又未能提供国际航警电传业务，应配备一台接收海事卫星增强群呼系统播发海上安全信息的设备（EGC），但如船舶仅航行于提供了高频直接印字电报海上安全信息业务的海区且该船已装备了能接收这种业务的设备，则可免除本项要求。

3可以是救生艇筏雷达应答器

4两种配备方案中选择一种。

5船长少于45m的船舶，可减少一台。

海区分布表

A1海区

系指可按当事国规定，至少由一台具有连续数字选择呼叫（DSC）报警能力的甚高频（VHF）岸台的无线电话所覆盖的区域。

（在离岸约20—30海里范围内）

A2海区

系指出A1海区外，可按当事国规定，至少由一台具有连续数字选择呼叫（DSC）报警能力的中频（MF）岸台的无线电话所覆盖的区域。

（在离岸约100海里范围内，不含A1区）

A3海区

系指出A1和A2海区外，具有连续报警能力的国际海事卫星组织（INMARSAT）对地静止卫星所覆盖的区域。

（覆盖范围约在南北纬70之间，不含A1和A2区）

A4海区

系指除A1、A2和A3海区以外的区域。

（主要靠高频无线电通信系统信号来覆盖。

）

¤对于无限航区的船舶所需配备的通信设备要求

（1）中短波发信机，覆盖频率405～535kHz，1600～27500kHz；

（2）中短波收信机，覆盖频率375～27500kHz；

（3）备用中短波发信机，覆盖频率405～535kHz，2182kHz；

（4）备用中短波收信机，覆盖频率400～550kHz；

（5）无线电话遇险频率值班收信机，2182kHz；

（6）无线电报报警信号发生器，简称500kHz自动拍发器；

（7）无线电报自动报警器；

（8）无线电话双音频信号发生器。

该发生器可以与备用中波发信机连在一起；

（9）救生艇电台，频率为500kHz，2182kHz和8364kHz；

（10）VHF无线电话台，频率为156～174MHz，固定；

（11）无线电话示位器（EPIRB），频率为2182kHz或121.5和243MHz；

（12）救生艇筏双向无线电话设备，频率为156.8kHz及另一固定频率以及在航行设备中所要求的具有2182kHz的无线电测向仪、雷达。

上述一系统设备形成现有海上遇险与安全通信系统。

以上述船舶配备的设备要求可以看出，配备的设备分为两类：

一类为正常情况下的通信设备，其中有中短波收发信机VHF无线电话；另一类为应急情况下的备用通信设备，其中有备用收发信机、自动拍发器、应急无线电示位标、测向仪和救生艇电台。

应急通信设备是在船舶处于紧急情况下，用来发出警报信号，并进行通信联系。

同时对遇险船舶发出的警报信号进行响应，成为营救而使用的设备。

二、海洋通信设备

海洋通信联系的对象，一方是陆地或海上的某种基地，另一方是在海天一色的汪洋大海中活动的船只和其他设施。

海洋通信既使用陆地通信常用的某些技术手段，则也有许多特殊的问题而自成系统。

因此，海洋通信系统直接制约着海洋船舶和其他设施活动的区域及工作效率，也是一项重要的通用技术领域。

目前，各类海运船上，根据港监的国际航运安全规定，按不同要求分别配置了—种或数种中频、高频、甚高频以及海事卫星通信船站设备（少数），主要有窄字直接印字电报、无线电话、单边带、海事卫星电话和卫星移动电话。

2.1窄带直接印字电报（NBDP）

窄带直接印字电报（NBDP）是船舶之间通过短波信道直接进行电传、电报通信的有效通

信方式，可以和船舶SSB电台相连接可以实现船岸见、船舶间、船台间和经岸站延伸的电台或国际用户电报旺用户间的自动电传业务，还可以向某组船或所有船舶发电传信息。

随着全球遇险安全系统（GMDSS）的实施,传递速度慢、信息量小、可靠性差的人工莫尔斯电报系统已停止使用,海洋通信业务很大一部分依靠通信自动化、速度快、准确可靠的面窄带直接印字电报设备（NarrowBandDirectPrintingTelegraphEquipment——NBDP）来完成。

窄带直接印字电报（NBDP）终端设备的组成如图

（1），调制器解调器也称MODEM，作用是实现数字基带信号和音频模拟信号的变化。

终端设备的要求：

⑴接收机。

①本设备应包括一个在国际紧急信息系统无线电所规定的频率上工作的接收机。

包括能与第一个接收机应优先显示或打印所接受的信息。

从一个接收机打印或显示信息不应妨碍另一个接收机接受信息。

②接收机的灵敏度应保证信号源为2μv电动势时，阻抗为50Ω，字符出错率应低于4%

⑵显示器和打印机。

显示器或打印机应能够每行至少小时32个字符；如使用专门显示器应满足：

①立即显示最新收到的未抑制的信息指示直到确认或收到24h后②应显示最新收到的未抑制的信息③显示器应能够显示至少16行信息文本④显示器的设计和尺寸应保证所显示的资料观看人员在正常额工作距离和视觉角度在任何条件下均能阅读⑤如果自动换行涉及拆分一个单词，应在显示或打印的文本中予以指示⑥如在显示器上显示收到的信息，自动增加行应在信息后给出一条信息结束的清楚指示或包括其他断行形式。

打印机或打印输出应在完成对所接收的信息的打印后自动插入行标记。

如果接收的破损的字符，本设备应显示/打印一个星号⑦如果打印机并非是一体的，本设备应可以选择下述数据输出至打印机（所接受的所有信息；所有储存在信息储存器中的信息；所有从特定位置在特定频率上接收的信息或所有带有特定信息指示的信息；所有目前的信息和从出现在显示器上的信息中选择的个别信息）。

⑶储存设备。

①稳定的信息储存器②信息识别标记③可程序化的控制储存器

NBDP技术的使用在一定程度上海克服了传递报文错差率高、信道拥挤的现象。

NBDP技术和设备还有如下优点：

1NBDP采用FSK调制（副调制），增强了再噪声中识别信号的能力。

2采用4B3Y检错码和APQ、FEC等控制方式，大大提高了数字的传输的正确性、可靠性。

③整个通信自动化，提高了信道的利用率。

2.2中频无线电通信

中频无线电装置（MF）可由一个以上的设备组成，能在单频道和双频道上工作，通信距离可达一百海里左右，主要在A2海区使用。

MF装置由1套包括天线在内的收、发信机；1个座位设备组成部分的控制单元或1个或多个独立的控制单元；1只带有按摩式发射开关的送话器，可与受话器一起构成手持送、受话器；1只内置或外置扬声器；1台构成设备组成部分的或独立的DSC装置；1套在遇险频道上进行连续守听的DSC专用只要值守装备组成。

MF装置能使用话音和DSC进行以下呼叫：

①遇险、紧急和安全通信②船舶操纵的要求③公共业务通信。

也可使用话音和NBDP（选择内容）进行以下种类的通信：

①遇险、紧急和安全通信②船舶操纵的要求③公共业务通信。

MF终端设备要求

⑴发信机。

①无线电话和DSC应能在1605~4000KHZ之间船舶操纵所需要的若干频率上进行发射，被选定的发射频率应在设备的控制板上清晰可见②当转换到预定的2182KHZ遇险频率上时，应能自动选择腐恶无线电规律中适当的发射类别；当转换到2187.5KHZ遇险频率上时，应自动选择J2B或F1B发射类别③发信机从任何发射类别转换到另一发射类别时，应只能通过一个控制器④使用者选择发射频率时，应不受接收机的任何设定限制⑤能迅速将发信机从一个频率转换至任何其他频率上进行工作。

在任何情况下，所用时间不得超过15S。

设备正在进行频道转换时，不能发射⑥有自动防止过调制的措施⑦频率稳定性和精度保证在热机后的所有时间内，发射频率均保持在所需频率的±10HZ之内⑧发射机在调到额定功率上时能连续工作

⑵接收机。

①能在1605~4000KHZ之间的所有频段上调谐，被选定的发射频率在设备的控制板上清晰可见②能接收J3E、H3E、F1B和J2B等发射类别的上边带信号，发射类别只能通过1个控制来选定③使用者选择发射频率时，不受接收机任何设定限制④接收机能快速从一个频率转换至任何其他频率上进行工作。

在任何情况下，所用时间不得超过15S⑤频率稳定性和精度保证在热机后的所有时间内，发射频率均保持在所需频率的±10HZ之内⑥当信噪比为20dB时，对于发射类别为J3E和F1B的接收机灵敏度，应等于或优于6μv。

当信噪比为12dB时，DSC和NBDP的输出字符差错率小于或等于10-2；在确定A2海区时，假定天线效率为25%，输出功率为60KW⑦抗干扰性能使有用信号不受无用信号的严重干扰⑧配备自动增益控制器

⑶专用遇险按钮。

遇险报警只能通过专用的遇险按钮触发启动，专用遇险按钮应能够被清除辨别。

⑷电源。

MF装置应由船舶主电源供电，海应能使用备用电源工作。

2.3高频无线电通信

高频无线电装置是一种远距离海上通信设备，通信距离在100海里以外，由1套包括天线在内的收、发信机；1个座位设备组成部分的控制单元或1个或多个独立的控制单元；1只带有按摩式发射开关的送话器，可与受话器一起构成手持送、受话器；1只内置或外置扬声器；1台构成设备组成部分的或独立的DSC装置；1套在遇险频道上进行连续守听的DSC专用只要值守装备组成。

终端设备要求

⑴发信机。

①发信机的频率范围为1605~27500KHZ。

②无线电话频率是以载波频率显示，DSC频率则以制定的中心频率表示。

当发射机以J2B模式进行DSC和NBDP信号发射时，应调节（抑制）载波频率以使在给定的频率发射DSC和NBDP信号。

选定的发射频率在设备的控制板上清晰可见。

③发射类别应符合：

无线

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