CN100576285C - 大型短波通信网络船舶监控定位和应急报警设备及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种同时具有常规定位导航功能和紧急报警定位功能的大型短波通信网络船舶定位设备和方法，利用GPS信号作为由半双工短波电台组成的大型短波通信网络中船舶定位设备的时间同步信号；在同一个短波频点下，把时间划分为时隙，把船载短波终端分组，在一定的时隙按照一定的顺序接入控制中心，同一个时隙内的一组终端按照OFDMA方式接入系统控制中心；在OFDM划分的正交子载波中选择一部分子载波作为控制中心和船载短波终端的控制信令子信道。本发明能够在对大量船舶进行常规的定位监测的同时，既能对发出警报的船舶进行实时监控定位，又能够通过控制中心进行台风等警报信息的发布和对船只的统一指挥管理，特别适用于大型渔场短波通信设备密集的地区。
Description
技术领域
本发明涉及到一种船舶定位监控和应急报警设备及其方法，具体地说，是在一个大型短波通信网络中的一个短波频点下能够在对船舶进行常规定位监测的同时，既能对发出警报的船舶进行监控定位，又能够通过控制中心进行台风等警报信息的发布和统一指挥管理的大型短波通信网络船舶监控定位和应急报警设备及其方法。
背景技术
我国是渔业大国，海洋捕捞业、海水养殖业在经济中占据重要地位。建立完善的海上通信网络对于保障渔民生命财产安全、提高渔业生产信息化以及现代化水平具有重要意义。由于短波通信具有设备简单、通信方式灵活及通信距离远的特点，一直是高空和海上的必备通信方式。对于渔场等船舶密集的地区，将船载电台等通信设备组成一个有机的大型短波通信网络，不仅能够减少用户之间的相互干扰，而且能够提高通信的效率，降低各种风险。
短波信道存在多径时延、衰落、多普勒频移和电台干扰等一系列复杂现象，是一种条件比较恶劣的信道。正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一种特殊的多载波传输方式，它把高速数据通过串并转换后在一系列正交子载波上进行并行传输，降低了子信道上的信息速率，使得各个子载波上的数据符号持续长度增加。同时，OFDM将频率选择性衰落信道转换为一系列窄带平坦衰落信道，从而具有良好的抗噪声、抗多径干扰能力。与常规的频分复用系统相比，OFDM可以最大限度地利用频率谱资源。正交频分复用接入(OFDMA，Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access)是基于OFDM的一种接入技术，通过为用户分配独立子载波和时隙的方法实现多址。对于带宽有限的短波信道，通过OFDM/OFDMA技术对于提高系统抗干扰性能具有重要意义。
利用全球卫星定位系统(GPS，Gobal Positioning System)，船载卫星定位接收机可以得到包含当前时间、船舶的经纬度、速度等参数的定位信息。结合地理信息系统(GIS，GeographicInformation System)，这些定位信息对船舶的行驶起到一定的导航作用。为了保证发出警报的船舶得到及时救助，对于向管理部门发出的紧急情况求救信号的船舶，必须保证该信息的迅速传递和及时处理。同时，如果终端能在发出报警信号的同时自动汇报本船舶当前定位信息，这对于报警处理具有十分重要的意义。
构筑一个高效的同时具备常规定位导航功能以及紧急报警定位功能的短波通信网络，是实现完善的船舶信息及导航控制管理系统的关键，也是构筑平安渔业的重要基础设施。对渔船进行监测是当前各国加强渔业生产安全和渔业管理重要手段。我国使用的船位监测服务系统主要有国际海事卫星系统、ARGOS系统和北斗系统。虽然国际海事卫星系统等具有基本无盲区、覆盖范围大等特点，但是卫星通信具有费用昂贵、设备比较庞大等缺点，在小型的船舶中普及不够，船舶中仍然较多地采用短波电台进行通信。而农业部建立的全国海洋渔业安全生产网络中的海洋渔业短波安全通信网正是充分利用了大量存在的短波电台来进行渔业安全管理的。
目前虽然有了一些将具有定位功能的终端组成网络的定位导航系统，通过通信模块将GPS定位信息发回控制中心，便于用户掌握终端的定位信息或者便于管理部门进行监控管理，但是考虑到短波通信和海上生产活动的具体特点，在一个短波频点下，在进行诸如定时查询的常规定位系统中如何保证终端发出的紧急报警信息高优先级地、有效地传递到控制中心的问题还没有得到解决；同时由控制中心发出的诸如台风等警报如何通过常规定位系统及时地下发到船舶也是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种同时具有常规定位导航和紧急报警定位功能的大型船载短波通信网络GPS定位设备和方法，利用该设备和方法可以建立高效的大型短波通信网络船舶定位监控系统，使得在一个短波频点下系统在具备常规定位功能的同时，能及时有效地对发出紧急报警的船舶进行定位，从而使船舶控制中心能有效对船舶进行实时定位监控管理和处理渔船报警信息。同时控制中心需要下发的台风等警报信息也能够通过该系统及时发放。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种大型短波通信网络船舶监控定位和应急报警设备，其特征在于：它包括电源、GPS接收模块、可编程逻辑芯片、数据存储器、主控处理器、短波电台射频模块、A/D及D/A模块、串口通信控制器和显示模块；GPS接收模块将输出的GPS秒脉冲信号及定位信号中的时间参数作为设备之间的时间同步信号，GPS接收模块的一端与串口通信控制器相互连接，另一端与可编程逻辑芯片连接；可编程逻辑芯片与主控处理器相互连接，数据存储器和显示模块均与可编程逻辑芯片连接，且在可编程逻辑芯片上连接有键盘和报警输入输出模块；主控处理器通过A/D及D/A模块与短波电台射频模块连接；主控处理器通过可编程逻辑芯片完成与显示模块、报警输入输出模块、键盘之间的通信；电源与主控处理器连接。
本发明中，所述主控处理器包括功能控制模块、利用GPS定位信息中的时间信息以及秒脉冲信号进行时隙同步的时隙同步模块、完成数据的解调以及所要发送的数据的调制功能的调制解调模块、对电台的收发进行切换控制的电台收发切换控制模块。
所述可编程逻辑芯片包括外围芯片逻辑控制模块以及电压匹配模块；外围芯片逻辑控制模块用来完成外围芯片的片选，电压匹配模块用来完成主控处理器与外围芯片之间的电压匹配及增强外围芯片的驱动能力。
本发明的GPS接收模块与GPS天线连接；短波电台射频模块与短波天线连接。
电源负责为设备提供各种需要的电能，电源包括常规电源以及用于在常规电源失效后应急用的备用电源。
一种大型短波通信网络船舶监控定位和应急报警的方法，其特征在于：它在一个频点下对大量船舶进行常规定位监测的同时，对发出警报的船舶进行实时监控定位，并通过控制中心进行台风警报信息的发布和对船舶进行统一指挥管理；且大型短波通信网络由多个单个频点构成的系统组合构成；包括以下步骤：
1)利用GPS时间信号作为网络时间同步信号，将网络内的时间划分为时隙；网络中的设备按时隙接入由一个频点组成的控制中心和船载设备之间的信道；在船载短波终端汇报定位信息时，将船载短波终端分组后按时隙接入控制中心信道，并在该时隙内将船只的定位信息汇报到控制中心；
2)当船载终端需要发送报警信号时，如果同时满足：
(A)没有在当前时隙内检测到控制信令子信道上有控制中心或者其它船载终端发送的信号；
(B)当前时间段其它船载终端的报警处理过程已经完成；
(C)当前时间段控制中心发放台风等报警信号的处理过程已经完成；
则该终端从下一个时隙的开始位置开始在控制信令子信道上发送船载终端报警信令，报警信令发送结束以后在整个带宽内发送报警信号，发送结束以后转为接收状态，等待中心响应信号，如果没有收到响应信号则重新发送报警信令以及报警信号，直到接收到响应信号为止；
(D)如果不满足条件，则在条件满足后开始本终端的报警过程；
3)检测到船载终端发出的报警信令后，对报警信息进行接收，接收结束以后控制中心发送报警响应信号并采取对应措施进行救援；发送响应信号以后在信令子载波上发送允许船载终端继续进行定位汇报及进行报警的信令；从船载终端发出报警信令到控制中心发出允许船载终端继续进行定位汇报及发送报警信号的信令构成一个船载终端的报警处理过程；
4)检测到信令子载波以后，判断是控制中心发出的需要发送台风等警报的信令还是其它船载终端发出的船载终端报警信令；在接收到发出允许船载终端继续进行定位汇报及发送报警信号的信令之前，保持在接收状态，并对本终端的定位汇报或者要发出的报警进行延时；
(a)如果是控制中心发出的要发送台风等警报的信令，则继续接收该警报，接收结束以后依据报警内容，由终端发出对应的声光报警；
(b)如果是其它船只发出的要发送警报的信令，则继续接收船只的报警信息，对报警信息进行解调，依据求救船只的方位远近做出是否救援的决定；
(c)在检测到控制中心发出允许船载终端继续进行定位汇报或者进行报警的信令后，计算定位汇报的延迟时隙数，确定出本终端新的开始汇报定位信息的时间，在新的定位信息汇报时刻汇报船只定位信息。
本发明步骤1)中，采用OFDM将一个频点的带宽划分成一系列正交重叠子信道，将正交重叠子信道分组划分成一组子信道分配给在同一个时隙内接入信道的船载终端使用，即同一组时隙内的用户采用OFDMA方法接入控制中心。可以选取一个子信道作为控制中心和船载短波终端之间的的控制信令子信道。
本发明利用GPS信号作为大型短波通信网络中船舶定位设备的时间同步信号。GPS不仅能实现高精度全球定位，也能实现高精度的定时。距离数千千米之遥的各GPS接收模块输出的时间信号与标准时间的误差不超过±1μs，理论上民用GPS最大精度可以达到0.1μs，完全可以用作短波通信系统中各个终端的同步信号。而对于短波定位系统，GPS接收模块是基本要求，所以可以利用GPS时间信号作为整个短波网络定位系统的同步信号，实现系统高精度的时间同步。
另一方面，高精度的时间同步的实现可以简化一般数字通信系统中所必须的比特同步和符号同步等，同时各个用户之间的完全同步可以降低时分接入系统用户之间的干扰，从而简化系统的实现方法。
在同一个短波频点下，把时间划分为时隙。把船载终端分组，在一定的时隙按照一定的顺序接入控制中心，同一个时隙内的一组终端按照OFDMA方式接入系统控制中心。
考虑到短波电台较多是半双工工作方式的实际情况，以及系统可以承受的复杂度，为了避免同一个频点用户之间的相互干扰，采用时分的方式把终端接入系统：把时间划分为不同的时隙，一组终端在预定时隙的开始时刻接入控制中心信道，并在该时隙内把所要发送的信息发送出去。
在利用GPS时间信号实现精确的时间同步以后，通过GPS实现的高精度的时间同步可以用来实现各个终端之间的时隙的划分以及同步。时隙长度的安排要依据短波电台的收发切换时间、定位信息的一般长度、OFDM符号长度等综合考虑。在某个GPS秒脉冲达到时刻开始对终端自身的时钟进行计数，以计数值确定时隙的开始和结束位置。每隔一段时间利用GPS秒脉冲信号对计数值进行重新计数。
一组终端在一定的时隙内发送自身的定位信息，采用OFDMA方式接入控制中心。把一组终端划分到同一个时隙的原因是：通常情况下定位信息长度比较小，一般在几个字节以内，即使经过添加纠错编码以后长度也不会太长。如果对定位信息采用第一次传送完整的定位信息，而以后仅仅传输与前一次的差别的差分方式，定位数据长度可以进一步压缩。由于定位信息数据量比较小，所以用比较少的带宽就可以实现定位信息的汇报。通过采用OFDMA方式允许同一时间内多个终端汇报定位信息，在相同的轮询周期内可以提高一个短波频点下的容量，或者在相同的容量下将更多的系统资源分配给控制中心来发布各种生产、调度信息或者台风等警报信息。这对于由大量船载短波终端组成的大型短波通信网络具有重要意义。
在OFDM划分的正交子载波中选择一部分子载波作为控制中心和船载终端的控制信令子信道，在常规定位的同时可以进行紧急定位或者发放台风等警报消息。
虽然发生紧急报警定位需求以及控制中心发放台风海啸等警报需求的概率比较小，但是一旦有这些需求，必须有足够的优先级来临时改变正常的时隙安排对这些需求进行及时的处理，即采取一定的措施对正常情况下的时隙安排进行调整，保证紧急报警定位需求以及控制中心发放台风海啸等警报需求得到满足。
考虑到短波电台一般半双工工作的特性，如果系统中的电台不处于发送状态，则一般处于接收状态，通过数据解调检测信令子载波上的信号。为了提高信令的可靠性，在这些子载波上使用比较大的发射功率，与传输数据的子载波之间设置足够的保护间隔。同时采用比较可靠的调制方式(例如BPSK调制)，或者仅仅检测这些子载波上有没有信号。
当船载终端需要发送报警信号或者控制中心需要发送台风等警报信息时，则在这些信令子载波上发送信令信号，信号持续数个时隙。如果是船载终端需要发送报警信号，则在信令发送结束以后，在整个带宽内发送包括船号信息、报警类型和自身定位信息等组成的报警信号，重复发送数遍以后转为接收状态，等待中心响应信号，如果没有收到响应信号则重新发送报警信令以及报警信号，直到接收到响应信号为止。如果是控制中心需要发送台风等报警信号，则在信令发送结束以后，在整个带宽内发送报警信号，发送结束以后在信令子载波上发送允许船载终端使用该频点的信令，持续数个时隙。船载终端检测到信令子载波上的信号以后，暂停定位数据发送，解调接收的数据，如果是控制中心发出的台风等报警信号，则在终端设备上发出对应的声光警报等，并在显示设备上进行显示；如果是船载终端发出的报警信号，则对报警信息进行解析，如果报警船只的位置距离本船只比较近，则赶往报警船只位置，对其实施救援。当控制中心警报信号发送结束或者对船载终端发出的警报信号进行响应以后，控制中心在信令子载波上发出允许船载终端使用该频点的信令。船载终端接收到这些信令以后可以继续原来终端的定位数据发送。控制中心对船载终端发出的警报信号进行响应以后，中心通知海事部门采取对应的救援措施。
对于定位的实时性问题，系统对各个船载终端事先安排好顺序，确定各个终端要汇报自身定位信息的时刻。终端自身实时记录自身定位信息，在定位信息汇报时间到时取出最新的定位信息进行发送。
在本发明中，船载设备可以是将卫星定位系统GPS接收功能与地理信息显示系统GIS组合在一起的船载导航设备；主控处理器可以是工控机或者DSP，主要完成数字调制解调以及流程控制等功能，主控处理器通过短波电台进行远距离通信；主控处理器外部接口主要包括报警信号输入输出接口、显示器、键盘以及电源接口等。主控处理器既可以和短波电台组合在一起，构成具有数传功能的短波电台，也可以是通过音频接口与短波电台连接在一起的单独模块。为减少设备的体积和提高设备的可靠性，本发明中采用将主控处理器和短波电台组合在一起，构成一个整体，从而形成具有数传功能的短波电台。
利用本发明的短波定位系统的构建如下：
一个只有一个控制中心的短波定位系统由控制中心、通信信道及定位终端等部分组成，在这个网络中仅仅使用一个短波频点。当终端数目超过一个频点的容量时，可以适当增加频点。也可以在不同的地方设置控制中心构成更广泛的信息网络，各个控制中心之间可通过网关与远程网相连，构成一个分层的大型短波定位网络。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
采用由GPS得到的时间信号作为大型短波通信网络定位设备之间的同步信号，系统同步精度高，能够减少甚至不使用通常短波通信中发送数据之前所发送的同步头，提高系统利用率。
由于定位信息一般比较短(几个字节之内)，所以将时间划分为时隙，同一时隙内采用OFDMA技术允许多个用户接入控制中心汇报位置信息，增加了短波定位系统每一个频点的容量，定位实时性强。
采用OFDM技术将频率选择性衰落信道转化为一系列平坦衰落信道，提高了短波定位系统抗干扰性能。
通过设计信令子载波，在实现常规的船载终端定时汇报定位信息功能的同时，具有终端在发出报警时自动发送自身定位信息的功能，并且控制中心可以通过该方法和设备及时广播台风海啸等警报信息。
本发明可以建立高效的大型短波通信网络船舶定位监控系统，使得在一个短波频点下系统在具备常规定位功能的同时，能及时有效地对发出紧急报警的船舶进行定位，从而使船舶控制中心能有效对船舶进行实时定位监控管理和处理渔船报警信息。
本发明也可以推广应用于其它领域，如车载短波、超短波定位和调度系统等。在本发明的基础上，通过相关软硬件的支持，可以提供更多的增值服务，如气象信息、渔业生产信息等等。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明具体实施方式结构示意图。
图3是本发明的一种子载波分配方案。
图4是本发明的一个时隙与OFDM符号时间关系示意图。
图5是本发明的船载终端发出的报警信号处理流程。
图6是本发明的控制中心发出报警信号处理流程。
附图中主要标记
1-电源 2-常规电源
3-备用电源 4-数据存储器
5-主控处理器 6-功能控制模块
7-时隙同步模块 8-调制解调模块
9-电台收发切换控制模块 10-GPS接收天线
11-GPS接收模块 12-短波天线
13-短波电台射频模块 14-A/D、D/A模块
15-A/D模块 16-D/A模块
17-可编程逻辑芯片 18-外围芯片逻辑控制模块
19-电压匹配模块 20-显示模块
21-报警输入输出模块 22-键盘
23-串口通信控制器。
具体实施方式
一种本发明所述的大型短波通信网络船舶监控定位和应急报警设备，见附图1，GPS接收模块11通过GPS接收天线10接收信号，将输出的GPS秒脉冲信号及定位信号中的时间参数作为设备之间的时间同步信号，GPS接收模块11的一端与串口通信控制器23相互连接，另一端与可编程逻辑芯片17连接；可编程逻辑芯片17与主控处理器5相互连接，数据存储器4和显示模块20均与可编程逻辑芯片17连接，且在可编程逻辑芯片17上连接有键盘22和报警输入输出模块21；主控处理器5通过A/D及D/A模块14与短波电台射频模块13连接；主控处理器5通过可编程逻辑芯片17完成与显示模块20、报警输入输出模块21、键盘22之间的通信；电源1与主控处理器5连接。
图5是本发明的船载终端发出的报警信号处理流程。图6是本发明的控制中心发出报警信号处理流程。
一种大型短波通信网络船舶监控定位和应急报警的方法，它在一个频点下对大量船舶进行常规定位监测的同时，对发出警报的船舶进行实时监控定位，并通过控制中心进行台风警报信息的发布和对船舶进行统一指挥管理；且大型短波通信网络由多个单个频点构成的系统组合构成；包括以下步骤：
1)利用GPS时间信号作为网络时间同步信号，将网络内的时间划分为时隙；网络中的设备按时隙接入由一个频点组成的控制中心和船载设备之间的信道；在船载短波终端汇报定位信息时，将船载短波终端分组后按时隙接入控制中心信道，并在该时隙内将船只的定位信息汇报到控制中心；采用OFDM将一个频点的带宽划分成一系列正交重叠子信道，将正交重叠子信道分组划分成一组子信道分配给在同一个时隙内接入信道的船载终端使用，即同一组时隙内的用户采用OFDMA方法接入控制中心。
2)当船载终端需要发送报警信号时，如果同时满足：
没有在当前时隙内检测到控制信令子信道上有控制中心或者其它船载终端发送的信号；
当前时间段其它船载终端的报警处理过程已经完成；
当前时间段控制中心发放台风等报警信号的处理过程已经完成；
则该终端从下一个时隙的开始位置开始在控制信令子信道上发送船载终端报警信令，报警信令发送结束以后在整个带宽内发送报警信号，发送结束以后转为接收状态，等待中心响应信号，如果没有收到响应信号则重新发送报警信令以及报警信号，直到接收到响应信号为止；
如果不满足条件，则在条件满足后开始本终端的报警过程；
3)检测到船载终端发出的报警信令后，对报警信息进行接收，接收结束以后控制中心发送报警响应信号并采取对应措施进行救援；发送响应信号以后在信令子载波上发送允许船载终端继续进行定位汇报及进行报警的信令；从船载终端发出报警信令到控制中心发出允许船载终端继续进行定位汇报及发送报警信号的信令构成一个船载终端的报警处理过程；
4)检测到信令子载波以后，判断是控制中心发出的需要发送台风等警报的信令还是其它船载终端发出的船载终端报警信令；在接收到发出允许船载终端继续进行定位汇报及发送报警信号的信令之前，保持在接收状态，并对本终端的定位汇报或者要发出的报警进行延时；
如果是控制中心发出的要发送台风等警报的信令，则继续接收该警报，接收结束以后依据报警内容，由终端发出对应的声光报警；
如果是其它船只发出的要发送警报的信令，则继续接收船只的报警信息，对报警信息进行解调，依据求救船只的方位远近做出是否救援的决定；
在检测到控制中心发出允许船载终端继续进行定位汇报或者进行报警的信令后，计算定位汇报的延迟时隙数，确定出本终端新的开始汇报定位信息的时间，在新的定位信息汇报时刻汇报船只定位信息。
电源负责为设备提供各种需要的电能，电源1包括常规电源2以及用于在常规电源失效后应急用的备用电源3。数据存储器4负责存储程序以及数据，程序以及数据也可以分别存放在两个存储器中；主控处理器5包括功能控制模块6、利用GPS定位信息中的时间信息以及秒脉冲信号进行时隙同步的时隙同步模块7、完成数据的解调以及所要发送的数据的调制功能的调制解调模块8、对电台的收发进行切换控制的电台收发切换控制模块9。时隙同步模块7依据GPS接收模块11的秒脉冲信号以及时间信号来确定时隙的开始以及结束：在定位系统规定的某个精确的秒脉冲到达时刻，启动终端对本地时钟信号的计数，按照计数值确定时隙的开始和结束位置。终端按照一定的规则将GPS定位信息进行存储，在需要发送GPS定位信息时，将最新的GPS定位信息取出进行发送。
当船载电台处于接收状态时，A/D模块15对当前时隙上信号进行A/D变换以后，送入调制解调模块8检测信令子载波，如果是控制中心发出的台风等报警信号，则通过报警输入输出模块21发出对应的声光警报等，并在显示模块20上进行显示。如果检测到由控制中心发出的中心需要发放台风等警报信息的信令或者其他船载终端发出的需要向中心报警的信令，则按如下情况处理：
(1)如果本终端原来安排在下一个时隙的某些子载波上汇报定位信息，则将定位信息汇报延后到中心发布可以继续汇报定位信息的信令以后重新开始向中心的汇报；
(2)如果本终端本轮汇报还没有进行，则检测到中心发布的可以继续汇报定位信息的信令以后，确定出延期以后的汇报定位信息时刻，在延期以后的时刻上进行汇报定位信息。
在本终端汇报定位信息时隙到达的前一个时隙，对定位信息以及终端的标识等信息通过调制解调模块8进行OFDM调制，如果这个时隙结束时没有检测到信令子载波上的信息，在汇报时隙到达以后开始向中心的汇报：通过电台收发切换模块9将电台切换到发送状态，将调制后的数据通过D/A模块14后送入电台进行发送。发送结束以后，通过电台收发切换模块9将电台切换到接收状态。当终端的报警输入输出模块21被按下需要发出警报时，向主控处理器5发出中断，主控处理器5对所要发送的报警信令进行调制，同时对报警类型、定位信息在整个频带内进行OFDM进行调制，并在一些子载波上添加报警信息标识，在下一个时隙的开始位置发送持续数个时隙的报警信令，信令结束以后发送报警类型以及定位信息，发送结束以后，电台收发切换模块9将电台切换到接收状态，如果一定时间内没有检测到中心的响应信息，则重新发放报警信令以及报警类型和定位信息等报警信息，直到收到中心的确认信息。
控制中心的功能控制模块6主要功能是：在没有需要发布警报信息时，利用时隙同步模块7，对本时隙内的OFDM数据进行解调，对船载终端汇报的定位信息进行存储，如果在信令子载波上检测到船载终端发出的报警信令，则在接下来的几个时隙内的OFDM符号上检测报警信息标识，检测到该标识以后在当前OFDM符号解调该OFDM符号上的报警类型以及定位信息等。通过电台收发切换模块9将电台切换到发送状态，对报警进行响应，控制中心采取相应措施对报警进行处理。接下来，中心在某个时隙的开始位置发出允许船载终端继续汇报定位信息的信令。
GPS接收模块11通过GPS接收天线10得到GPS定位信息以及秒脉冲信号，秒脉冲信号连接到主控处理器5的边沿触发的中断信号输入端，GPS定位信息通过串口通信控制器23，转变成为并行数据以后送入主控处理器5，主控处理器5对GPS进行配置的数据也通过串口通信控制器23转变成串行数据送入GPS接收模块11。
17为可编程逻辑芯片，主要包括外围芯片逻辑控制模块18以及电压匹配模块19；主控处理器5通过可编程逻辑芯片17完成与显示模块20、报警输入输出模块21、键盘22之间的通信。外围芯片逻辑控制模块18主要完成外围芯片的片选等功能，而电压匹配模块19主要完成主控处理器5与外围芯片之间的电压匹配、增强驱动能力等。
图2是本发明的具体实施方式结构示意图。4为程序存储器以及数据存储器FLASHW29C020；5为主控处理器DSP TMS320VC33；14为A/D、D/A模块TLV320AIC10，同时完成A/D、D/A功能；17为可编程逻辑芯片CPLD XC9572；23串口通信控制器Z85C30。
主要连接关系为：GPS接收模块11的定位信号输出端Tx接串口通信控制器Z85C30的A通道串口数据输入端RxDA，Z85C30将该串行数据转变成并行数据，通过D7-D0输出到CPLDXC9572，经过CPLD的电平匹配，送入到DSP TMS320VC33的D7-D0；DSP对GPS的配置数据通过TMS320VC33的D7-D0送入CPLD XC9572，经过CPLD的电平匹配，输入到Z85C30的D7-D0，Z85C30将该并行数据转变成串行数据，通过A通道串口数据输出端TxDA送入GPS接收模块11的串口输入端Rx。
Z85C30的终端引脚/INT经过CPLD的电平匹配送入到TMS320VC33的/INT0，通过该中断将数据在TMS320VC33和GPS接收模块11之间传输。
电台接收的射频信号通过电台射频模块以后转变成为音频信号，送入A/D、D/A芯片TLV320AIC10的模拟输入口AURXFP、AURXM，经过A/D以后，变成数字信号，通过Dout脚送入DSP的串口数据输入口DR0，由TMS320VC33对这些数字信号完成解调等功能。由TMS320VC33对所要发送的数字信号完成调制之后，通过DSP的串口数据输入口DX0送入A/D、D/A芯片TLV320AIC10的数字信号输入端Din，完成D/A功能以后通过OUTP、OUTM输出所要发送的音频信号，将该信号电台通过电台射频模块转变成射频信号以后进行发射。
CPLD XC9572主要包括外围芯片逻辑控制模块以及电压匹配模块；DSP TMS320VC33通过CPLD XC9572完成与显示模块、报警输入输出模块、键盘之间的通信。其中外围芯片逻辑控制模块主要完成外围芯片的片选等功能，而电压匹配模块主要完成主控处理器与外围芯片之间的电压匹配、增强驱动能力等。
图3是本发明的一种OFDMA子载波分配方案，在子载波的两端留下足够的频点保护间隔以后，将其他子载波以连续方式分组，分组之间设置保护间隔，将其中一组用来传输信令信息，通常情况下其余分组每一组分给一个终端，船载终端在这些子载波上向中心汇报定位信息。
图4是本发明的一个时隙与OFDM符号时间关系示意图，一个时隙内有若干个OFDM符号，终端一次定位信息汇报在一个时隙内完成。
本发明构成的大型短波通信网络能够在对大量船舶进行常规的定位监测的同时，既能对发出警报的船舶进行实时监控定位，又能够通过控制中心进行台风等警报信息的发布和对船只的统一指挥管理，频谱利用效率高，特别适用于大型渔场短波通信设备密集的地区，用以建立完善的海上通信网络，保障渔民生命财产安全、提高渔业生产信息化以及现代化水平。
Claims (4)
1、一种大型短波通信网络船舶监控定位和应急报警设备，其特征在于：它包括电源(1)、GPS接收模块(11)、可编程逻辑芯片(17)、数据存储器(4)、主控处理器(5)、短波电台射频模块(13)、A/D及D/A模块(14)、串口通信控制器(23)和显示模块(20)；GPS接收模块(11)将输出的GPS秒脉冲信号及定位信号中的时间参数作为设备之间的时间同步信号，GPS接收模块(11)的一端与串口通信控制器(23)相互连接，另一端与可编程逻辑芯片(17)连接；可编程逻辑芯片(17)与主控处理器(5)相互连接，数据存储器(4)和显示模块(20)均与可编程逻辑芯片(17)连接，且在可编程逻辑芯片(17)上连接有键盘(22)和报警输入输出模块(21)；主控处理器(5)通过A/D及D/A模块(14)与短波电台射频模块(13)连接；主控处理器(5)通过可编程逻辑芯片(17)完成与显示模块(20)、报警输入输出模块(21)、键盘(22)之间的通信；电源(1)与主控处理器(5)连接；所述主控处理器(5)包括功能控制模块(6)、利用GPS定位信息中的时间信息以及秒脉冲信号进行时隙同步的时隙同步模块(7)、完成数据的解调以及所要发送的数据的调制功能的调制解调模块(8)、对电台的收发进行切换控制的电台收发切换控制模块(9)。
2、一种大型短波通信网络船舶监控定位和应急报警的方法，其特征在于：它在一个频点下对大量船舶进行常规定位监测的同时，对发出警报的船舶进行实时监控定位，并通过控制中心进行台风警报信息的发布和对船舶进行统一指挥管理；且大型短波通信网络由多个单个频点构成的系统组合构成；包括以下步骤：
1)利用GPS时间信号作为网络时间同步信号，将网络内的时间划分为时隙；网络中的设备按时隙接入由一个频点组成的控制中心和船载设备之间的信道；在船载短波终端汇报定位信息时，将船载短波终端分组后按时隙接入控制中心信道，并在该时隙内将船只的定位信息汇报到控制中心；
2)当船载终端需要发送报警信号时，如果同时满足：
(A)没有在当前时隙内检测到控制信令子信道上有控制中心或者其它船载终端发送的信号；
(B)当前时间段其它船载终端的报警处理过程已经完成；
(C)当前时间段控制中心发放台风等报警信号的处理过程已经完成；
则该终端从下一个时隙的开始位置开始在控制信令子信道上发送船载终端报警信令，报警信令发送结束以后在整个带宽内发送报警信号，发送结束以后转为接收状态，等待中心响应信号，如果没有收到响应信号则重新发送报警信令以及报警信号，直到接收到响应信号为止；
(D)如果不满足条件，则在条件满足后开始本终端的报警过程；
3)检测到船载终端发出的报警信令后，对报警信息进行接收，接收结束以后控制中心发送报警响应信号并采取对应措施进行救援；发送响应信号以后在信令子载波上发送允许船载终端继续进行定位汇报及进行报警的信令；从船载终端发出报警信令到控制中心发出允许船载终端继续进行定位汇报及发送报警信号的信令构成一个船载终端的报警处理过程；
4)检测到信令子载波以后，判断是控制中心发出的需要发送台风等警报的信令还是其它船载终端发出的船载终端报警信令；在接收到发出允许船载终端继续进行定位汇报及发送报警信号的信令之前，保持在接收状态，并对本终端的定位汇报或者要发出的报警进行延时；
(a)如果是控制中心发出的要发送台风等警报的信令，则继续接收该警报，接收结束以后依据报警内容，由终端发出对应的声光报警；
(b)如果是其它船只发出的要发送警报的信令，则继续接收船只的报警信息，对报警信息进行解调，依据求救船只的方位远近做出是否救援的决定；
(c)在检测到控制中心发出允许船载终端继续进行定位汇报或者进行报警的信令后，计算定位汇报的延迟时隙数，确定出本终端新的开始汇报定位信息的时间，在新的定位信息汇报时刻汇报船只定位信息。
3、根据权利要求2所述的大型短波通信网络船舶监控定位和应急报警的方法，其特征在于：步骤1)中，采用正交频分复用方法将一个频点的带宽划分成一系列正交重叠子信道，将正交重叠子信道分组划分成一组子信道分配给在同一个时隙内接入信道的船载终端使用，即同一组时隙内的用户采用正交频分复用接入方法接入控制中心。
4、根据权利要求2所述的大型短波通信网络船舶监控定位和应急报警的方法，其特征在于：选取一个子信道作为控制中心和船载短波终端之间的的控制信令子信道。
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