船舶通信導(dǎo)航技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)研究

楊洪鵬 薛文平 許大鵬

摘 要：船舶通信導(dǎo)航技術(shù)主要以船舶作為載體平臺(tái)，以水上航行空間作為應(yīng)用環(huán)境，全程服務(wù)于船舶所有航行操作任務(wù)，為船舶達(dá)到目的地服務(wù)。船舶通信導(dǎo)航技術(shù)涉及各種通信導(dǎo)航手段，例如航位推算、無線電信號(hào)發(fā)送接收、地圖匹配、衛(wèi)星定位、慣性解算等等，也包括它們之間的技術(shù)組合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)船舶動(dòng)態(tài)與位置的相關(guān)參數(shù)分析。本文分別探討了船舶通信與導(dǎo)航技術(shù)，并分析了它的未來發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：船舶通信技術(shù)；導(dǎo)航系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化；高速率

船舶通信技術(shù)應(yīng)用是導(dǎo)航技術(shù)實(shí)施的先導(dǎo)，而導(dǎo)航技術(shù)則保證通信技術(shù)達(dá)到船舶航行各種要求，客觀講兩者技術(shù)是相輔相成，缺一不可的。應(yīng)該對(duì)兩種技術(shù)進(jìn)行一一分析，然后再思考它們的未來發(fā)展趨勢(shì)。

一、船舶通信技術(shù)與導(dǎo)航技術(shù)

（一）船舶通信技術(shù)相關(guān)論述

船舶通信技術(shù)運(yùn)用到了大量通信手段，主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息的有效采集、處理、傳輸、交換與重現(xiàn)，它以船舶作為基本承載平臺(tái)，相比于內(nèi)陸通信技術(shù)有很大區(qū)別，主要應(yīng)用于海洋船舶通信，它的具體技術(shù)特點(diǎn)包括以下以下3點(diǎn)。

第一，它的對(duì)外聯(lián)絡(luò)技術(shù)只通過無線通信進(jìn)行，可實(shí)現(xiàn)無限遠(yuǎn)距離全球通信，或通過衛(wèi)星與短波來實(shí)現(xiàn)通信。

第二，它的通信頻段覆蓋面積較廣，所涉及設(shè)備多且整體系統(tǒng)內(nèi)容相當(dāng)復(fù)雜，而且由于受限于安裝技術(shù)與使用環(huán)境，其天線包括其它設(shè)備全部通過高度集成形成。

第三，該技術(shù)并沒有固定的基礎(chǔ)設(shè)施依托，它的內(nèi)外部通信與導(dǎo)航都能夠自成一體。

從應(yīng)用領(lǐng)域來看，船舶通信技術(shù)是最早被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的，從上世紀(jì)50年代開始，該技術(shù)就被各個(gè)西方強(qiáng)國(guó)海軍引入到水面艦艇中，應(yīng)用于艦艇內(nèi)外部集成技術(shù)領(lǐng)域。到了90年代，綜合通信系統(tǒng)ICS出現(xiàn)，美國(guó)的“宙斯盾”驅(qū)逐艦就采用了這一通信技術(shù)系統(tǒng)。而在我國(guó)上世紀(jì)70年代，水面艦艇通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)則完全采用了“單機(jī)單控”模式，但它的業(yè)務(wù)承載能力略顯單一，且通信資源管控水平也相對(duì)偏低。但從整體來看，海軍采用船舶通信技術(shù)引領(lǐng)了世界通信領(lǐng)域的發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)以后，該技術(shù)逐漸滲透到民用船舶通信領(lǐng)域，雖然軍用與民用船舶通信系統(tǒng)在核心技術(shù)上基本相仿，但它所表現(xiàn)出的職能則完全不同。它所采用的同樣也是寬帶基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，但它的終端為一體化連接，而且是模塊化、開放化且可組合化的。所謂一體化網(wǎng)絡(luò)體系中其船舶的信息基礎(chǔ)設(shè)施為IP網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，它由接入網(wǎng)絡(luò)與骨干網(wǎng)絡(luò)所共同組成，另外還包括了CTI服務(wù)、船舶一體化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、交換呼叫處理以及語音識(shí)別與合成4個(gè)層次組成，其中每個(gè)層次之間都會(huì)提供相互的支持與服務(wù)。另外，在信息基礎(chǔ)環(huán)境與其相鄰的系統(tǒng)管理中還包含了維護(hù)體系層、安全保障體系層以及標(biāo)準(zhǔn)化體系層，這3部分形成了一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)化整體，其中具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與適應(yīng)性特點(diǎn)，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)通信與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)，它為船舶綜合信息系統(tǒng)奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

（二）船舶導(dǎo)航技術(shù)相關(guān)論述

船舶導(dǎo)航技術(shù)主要為海上船舶提供航位推算、慣性解算、地圖匹配、衛(wèi)星定位以及無線電信號(hào)燈多種技術(shù)組合應(yīng)用，幫助船舶本身確立載體動(dòng)態(tài)狀態(tài)與位置參數(shù)。

船舶導(dǎo)航技術(shù)主要應(yīng)用到了航海功能軟件，它可以進(jìn)行航路監(jiān)視，避免船舶偏航或穿越非安全區(qū)，如果一旦發(fā)生此類情況會(huì)對(duì)船舶發(fā)出警告指示，并附帶一些其它應(yīng)急措施。另外就是航行記錄，它能夠全程記錄船舶航行的所有相關(guān)數(shù)據(jù)，并自動(dòng)生成航海日記，供船員隨時(shí)需要隨時(shí)提取使用。再者，它的自動(dòng)避碰功能軟件與氣象信息處理軟件也很發(fā)達(dá)。

在它的綜合導(dǎo)航系統(tǒng)中，則主要提供高精度的船位、航向與航速數(shù)據(jù)測(cè)試，另外也對(duì)海洋氣象與水深進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，為船舶航行安全提供數(shù)據(jù)保障。另外它的雷達(dá)圖像與ARPA信息系統(tǒng)能夠與電子海圖重疊顯示，可以測(cè)量從目標(biāo)到本船的實(shí)際距離、方位，甚至包括對(duì)任意兩點(diǎn)方位與距離的測(cè)量。而導(dǎo)航系統(tǒng)還能對(duì)船舶貨物裝載與船體穩(wěn)定性、強(qiáng)度等等重要硬件參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和顯示[1]。

二、船舶通信導(dǎo)航技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

船舶通信導(dǎo)航技術(shù)在目前已經(jīng)相當(dāng)成熟，而它的未來發(fā)展趨勢(shì)則傾向于微電子、光電子以及計(jì)算機(jī)等等技術(shù)，它希望有效促進(jìn)導(dǎo)航、通信、計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)之間的相互深度融合，最終推動(dòng)并建立基于智能化、一體化的綜合通信導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)體系。而對(duì)這一體系的要求則是高精度和低成本，結(jié)合高速帶寬與新型通信手段來不斷推進(jìn)船舶通信導(dǎo)航技術(shù)向前發(fā)展。具體來講，其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要集中于以下3點(diǎn)。

首先，整個(gè)船舶通信導(dǎo)航系統(tǒng)正在趨向微型化、高精度化方向發(fā)展。根據(jù)產(chǎn)品的一般性要求，它的各種慣導(dǎo)都應(yīng)該具備可靠性、易用性、輕小型化、低功耗以及數(shù)字智能化，整體來講就是要做到精益求精，如美軍的芯片級(jí)原子鐘就達(dá)到了相比于傳統(tǒng)原子鐘小100倍的微型化設(shè)計(jì)（15cm3），它的功耗也相應(yīng)降低了10倍，而精度卻提高了10個(gè)以上數(shù)量級(jí)。一般來說，這種微型化技術(shù)均用于軍用場(chǎng)合，像芯片級(jí)組合原子導(dǎo)航儀就能夠幫助軍用艦艇提供超高精度的運(yùn)動(dòng)探測(cè)能力與快速啟動(dòng)能力，而且它的功率可以控制在1W以內(nèi)，而尺寸也不會(huì)超過20cm3，其長(zhǎng)期的運(yùn)行穩(wěn)定性與啟動(dòng)時(shí)間都具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)[2]。

其次，它的通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)趨向于寬帶化、數(shù)字化高速發(fā)展方向。首先，它目前已經(jīng)發(fā)展到手機(jī)智能終端上，而且其體積一樣相當(dāng)小，已經(jīng)能夠滿足現(xiàn)代人高速上網(wǎng)和視頻通話等等生活化功能。在未來，它的業(yè)務(wù)技術(shù)也將更加豐富。

第三，在未來船舶通信與導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)將趨向于一體化、綜合化和智能化快速發(fā)展方向。它會(huì)采用不同的推進(jìn)手段和不同的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，但整體上其要實(shí)現(xiàn)基于電信網(wǎng)絡(luò)、廣播電視網(wǎng)絡(luò)以及互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)性“三網(wǎng)融合”。再結(jié)合當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智慧地球等等技術(shù)，也讓網(wǎng)絡(luò)功能不斷拓展深化，擁有更廣闊的發(fā)展前途。

而船舶監(jiān)控網(wǎng)與作戰(zhàn)指揮網(wǎng)的出現(xiàn)也將在未來不斷強(qiáng)化船舶通信導(dǎo)航技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通信移動(dòng)化與組合化，形成全新的數(shù)據(jù)船橋一體化技術(shù)應(yīng)用，保證船舶的通信導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用更加經(jīng)濟(jì)、靈活，從根本上提高船舶在航海運(yùn)作過程中的生存能力[3]。

三、總結(jié)

在當(dāng)前，船舶通信導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)滲透到各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在軍用與民用兩大領(lǐng)域中發(fā)揮了它極其強(qiáng)大的主導(dǎo)功能作用。在未來，該技術(shù)體系也將繼續(xù)優(yōu)化自身，確保更多一體化、智能化與綜合化技術(shù)的有效實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王玲，張彬祥.船舶通信導(dǎo)航技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)[J].艦船電子工程，2016，36（3）：17-21.

[2]黃應(yīng)邦，馬勝偉，吳洽兒，等.漁業(yè)船舶通信導(dǎo)航技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2017，17（3）：83-85.

[3]王化民，許海濤.船舶通信與導(dǎo)航現(xiàn)代化發(fā)展趨勢(shì)研究[J].青島遠(yuǎn)洋船員職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，37（4）：1-4.