任虹 鐘韜

摘要：標(biāo)準(zhǔn)IALA航標(biāo)AIS ATON設(shè)備的安裝，為航標(biāo)遠程監(jiān)管提供了極大便利，同時也增大了航標(biāo)AIS日常維護和現(xiàn)場檢修的工作量。航標(biāo)海上安裝及現(xiàn)場巡檢受天氣條件限制，工作時間有限，對于AIS航標(biāo)重要技術(shù)參數(shù)的檢測，非常不利。為此，迫切需要開發(fā)一種便攜式無線AIS航標(biāo)檢測儀，使基層航標(biāo)工作人員能夠及時查看當(dāng)前AIS航標(biāo)設(shè)備的工作情況，為其安裝及巡檢工作提供方便。

關(guān)鍵詞：AIS 航標(biāo) 檢測 便攜

0引 言

近年來，大量標(biāo)準(zhǔn)IALA航標(biāo)AIS ATON設(shè)備部署安裝，給船舶進港航行提供了安全保障，也給監(jiān)管部門對航標(biāo)遠程監(jiān)測帶來方便。但AIS航標(biāo)設(shè)備的測試手段卻無法跟上其安裝普及速度，給AIS航標(biāo)的維護和檢修工作帶來了許多新的挑戰(zhàn)。由于AIS航標(biāo)安裝位置遠近不同，巡檢工作受外界氣象條件影響很大，且海上工作環(huán)境惡劣，使得航標(biāo)維護人員在相對有限的時間內(nèi)，暫無有效手段在第一時間得到AIS航標(biāo)維護后信息反饋情況。針對上述問題，筆者從航標(biāo)維護一線人員實際需求出發(fā)，開發(fā)了一種手持式無線AIS航標(biāo)檢測儀。該航標(biāo)檢測儀，可以測試AIS航標(biāo)的發(fā)射功率、頻率偏移、設(shè)置參數(shù)、發(fā)射語句和發(fā)射時隙等信息，從而為AIS航標(biāo)提供更多性能檢測手段和技術(shù)保障。

1 AIS航標(biāo)簡介

AIS是“Automatic Identification System”（自動識別系統(tǒng)）的簡稱。它是一種通過TDMA（時分多址）技術(shù)工作的無線通信系統(tǒng)。主要用于船舶自身的導(dǎo)航、船舶之間的避碰以及陸地監(jiān)管部門的實時船位監(jiān)控。目前，AIS的主要終端產(chǎn)品共分三類：

船載AIS應(yīng)答器（A類和B類兩種）

AIS基站應(yīng)答器（C類）

航標(biāo)AIS終端（N類）

AIS的通信模式分SOTDMA、RATDMA、ITDMA、FATDMA、CSTDMA等五種，不同的通信設(shè)備在不同的場合，所選擇的通信模式各不相同。

航標(biāo)AIS終端的通信模式主要分RATDMA和FATDMA。需要指出的是，RATDMA可以離開基站獨立工作，而FATDMA必須依賴基站才能工作。后者每次信息發(fā)送的時隙位置都是固定的，需要由基站協(xié)助廣播時隙保留指令，避免因周圍船載AIS或其他AIS航標(biāo)在相同時隙發(fā)送信息而造成時隙沖突。

根據(jù)IALA及IEC的定義，航標(biāo)AIS終端可分為三個類型：I型、II型、III型。見表1：

2 AIS航標(biāo)檢測儀開發(fā)設(shè)計

AIS航標(biāo)檢測儀的開發(fā)，采用當(dāng)前最先進的軟件無線電技術(shù)、TDMA時分多址技術(shù)、高精度測試技術(shù)，以及射頻收發(fā)技術(shù)。通過精確測試和計算發(fā)射時隙，可以檢驗航標(biāo)AIS的時隙設(shè)置和相關(guān)基本數(shù)據(jù)是否正確。

在硬件模具設(shè)計上，充分考慮到AIS航標(biāo)檢測現(xiàn)場海上環(huán)境因素，在各種溫度、濕度、鹽霧等惡劣條件下均能正常使用。檢測儀內(nèi)部均采用高性能元器件，可以在-20℃～70℃環(huán)境條件下使用。對射頻器件，進行防漂移補償，保證時隙信息的準(zhǔn)確性。因設(shè)備采用便攜鋰電供電，功耗也是器件選擇和電路設(shè)計的另一重要考慮因素。

電路設(shè)計盡量選擇最簡、最優(yōu)方案，力求穩(wěn)定、低耗。在本檢測儀硬件部分主要包括鍵盤，顯示器、天線、鋰電及內(nèi)部CPU主板和接收模塊等核心模塊，同時，為了測試準(zhǔn)確功率參數(shù)，額外配置了功率衰減器等外圍擴展模塊。硬件設(shè)計架構(gòu)圖如下圖1所示：

AIS航標(biāo)檢測儀設(shè)備整體軟件部分分為設(shè)備本身嵌入式軟件及PC端讀碼軟件兩部分：

嵌入式軟件開發(fā)平臺為 MDK，使用C語言編譯。整體設(shè)計思想為以射頻信號解碼為主線，兼顧流暢的操作流程和穩(wěn)定的數(shù)據(jù)顯示。只需要通過按鍵5～10下即可完成航標(biāo)AIS檢測功能。軟件設(shè)計模塊，主要包括了軟件的界面菜單設(shè)計，AIS數(shù)據(jù)解析，射頻模擬信號D/A轉(zhuǎn)換，以及PC平臺連接及打印設(shè)置這4個部分組成。設(shè)計流程如下圖2所示：

PC端讀碼軟件為串口通信，兼容目前主流的WINDOWS 10 操作系統(tǒng)，使用簡單、便捷，不需要鍵盤輸入即可完成航標(biāo)AIS讀碼及數(shù)據(jù)保存操作，同時提供歷史保存數(shù)據(jù)的查詢及打印功能。

3 AIS航標(biāo)檢測儀使用

AIS航標(biāo)檢測儀和AIS航標(biāo)的連接，有兩種方式：一種方式是利用無線通信技術(shù)，直接盲搜AIS航標(biāo)的信息，這需要在AIS檢測儀上安裝便攜式VHF天線，這種方式檢測出AIS航標(biāo)發(fā)射功率值誤差較大；另外一種方式是通過射頻電纜和功率衰減器將AIS航標(biāo)和AIS檢測儀連接起來，可以精確檢測出AIS航標(biāo)發(fā)射功率，連接方式如圖3所示。

在AIS航標(biāo)檢測儀上有一塊128*64的LCD顯示屏，用來顯示AIS航標(biāo)發(fā)送過來的詳細信息。相應(yīng)的操作按鍵，當(dāng)按下ON鍵1秒鐘之后，檢測儀開機，再按就關(guān)機了?！?、→、↓、↑方向鍵，ESC和ENTER鍵用來進行菜單選擇，執(zhí)行所選的操作，及確認/取消所選操作。F1和F2鍵在主菜單里可以打開、關(guān)閉LCD背光。此外這兩個鍵還有其他復(fù)用功能。

在AIS航標(biāo)檢測儀的主菜單界面，可以看到如下圖4所示的主菜單圖：

其中，每個菜單選項都有其特定的意義：

TEST AIS：AIS設(shè)備測試；

TEST ATON：AtoN AIS航標(biāo)設(shè)備檢測；

TEST NMEA：NMEA信息接收和顯示；

VIEW PROFILES：查看測試記錄；

SETTINGS：檢測儀參數(shù)設(shè)置；

MANUFACT SETTINGS：恢復(fù)出廠設(shè)置。

本文主要介紹其中的ATON AIS航標(biāo)測試功能。檢測前先輸入被測AIS AtoN設(shè)備的MMSI碼，這樣可以過濾掉其他AtoN設(shè)備的信息，有助于在港口地區(qū)通過天線方式進行測試。用←、→鍵選擇數(shù)字↓、↑鍵改變數(shù)值，MMSI碼輸入后按ENTER鍵確認。如MMSI碼為000000000，則表示接收全部AIS航標(biāo)設(shè)備的消息。

在點擊ENTER鍵之后，進行檢測。當(dāng)檢測儀接收到AIS 21號報文并成功解析后，會出現(xiàn)如下圖5 所示的ATON測試結(jié)果，表示此次AIS航標(biāo)檢測完成。若15分鐘測試周期內(nèi)未收到所需要的數(shù)據(jù)，則檢測儀自動切換到主菜單。

其中：Rx X，X -（A或 B）：AIS消息（報文）接收頻道；ID X，X -（1～26）：M.1371-4規(guī)范的AIS報文號；994122131（示例）：AtoN設(shè)備的MMSI碼；dF +142 Hz：AtoN設(shè)備的發(fā)射機頻道的標(biāo)稱頻偏；RSSI 40.94 dBm：AtoN設(shè)備的發(fā)射功率；Slot： 411：AtoN已發(fā)消息的時隙號；ATON TEST：AtoN 名稱。在測試結(jié)果出現(xiàn)之后，按F1鍵可以對檢測數(shù)據(jù)進行保存并本次檢測。內(nèi)置Flash模塊可以保存最近10條檢測數(shù)據(jù)，通過USB數(shù)據(jù)線與電腦端專用AIS航標(biāo)檢測軟件連接，可導(dǎo)出檢測數(shù)據(jù)用于打印及留存。

下圖6所示AIS航標(biāo)檢測儀的實物測試結(jié)果和PC端導(dǎo)出數(shù)據(jù)對比圖。

從上述AIS航標(biāo)檢測結(jié)果對比可以看出，AIS航標(biāo)檢測儀能夠精確檢測航標(biāo)AIS發(fā)送的MSG21報文，同時能夠檢測出包括航標(biāo)AIS發(fā)射頻偏、發(fā)射功率、發(fā)射時隙等射頻參數(shù)，滿足功能需求和實際使用需要。

4 結(jié)束語

AIS航標(biāo)檢測儀是針對目前AIS航標(biāo)維護和檢測的困難，為了方便基層航標(biāo)維護人員對航標(biāo)AIS進行高效便捷的維護和檢測而開發(fā)出來的一款便攜式檢測設(shè)備。AIS航標(biāo)檢測儀的主要特點有以下幾點：

1）主板與VHF射頻部分集成在一個殼體內(nèi)，集成化程度高，維護簡便。

2）設(shè)備外殼采用ABS材料，不易受海水腐蝕。整體堅固，可以承受強力沖擊和碰撞。

3）平均耗電低，電池可連續(xù)工作8個小時以上，并可以通過充電寶等USB方式供電。

4）體積小，水密性好，操作簡單，日常保養(yǎng)簡單。

由于優(yōu)秀的性能，良好的水密性，較小的體積，使得這款A(yù)IS航標(biāo)檢測儀設(shè)備，能夠適用于各類型AIS航標(biāo)的檢測工作。其運用先進的TDMA技術(shù)、高精度射頻收發(fā)技術(shù)、高準(zhǔn)確性時隙同步技術(shù)，可廣泛用于上標(biāo)前對AIS航標(biāo)的檢驗，也可以用于平時的日常維護、檢修等，對航標(biāo)AIS廣泛普及安裝有著重要的意義。目前該AIS航標(biāo)檢測儀已經(jīng)在東海海區(qū)各航標(biāo)維護單位使用，給AIS航標(biāo)一線工作人員的海上巡檢帶來方便，使得有限的海上工作時間內(nèi)能夠高效完成工作計劃，提高工作效率，保障人員安全。

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