CN102064943A - 船舶定位系统、船载信息发射设备和岸基信息接收设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种船舶定位系统、船载信息发射设备和岸基信息接收设备。所述船舶定位系统包括：加密AIS信息的发射子系统，用于将AIS信息经加密处理后进行发射；加密AIS信息的接收子系统，用于接收加密后的AIS信息，并进行解密处理。本发明实施例在公共的AIS定位系统的基础上，提供了加密功能，有利于AIS信息的管理、监控和有效利用，便于管理和执法部门利用公共的AIS定位系统平台收集需要的信息进行执法工作。

Description

船舶定位系统、船载信息发射设备和岸基信息接收设备

技术领域

本发明涉及通信领域，具体地涉及一种船舶定位系统、船载信息发射设备和岸基信息接收设备。

背景技术

船舶定位系统在船舶的定位中发挥了重要作用，同时为船舶防撞等航行安全问题提供了有力保障。船舶定位系统在民用船舶领域得到广泛应用，而在公安执法领域的应用才刚刚展开。非民用船舶领域的应用，对船舶定位系统提出了新的要求。

现有技术一的技术方案中，早期的船舶定位系统采用GPS+CDMA的方案，首先，船载的GPS(Global Positioning System，全球定位系统)模块获取GPS信息，接着，通过CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址)网络在不同的船舶或者在船舶与岸基之间传递GPS信息，从而实现船舶的定位。

现有技术二的技术方案中，船舶自动识别系统(AIS，Automatic Identification System)配合全球定位系统GPS将船舶静、动态信息由甚高频(VHF，Very High Frequency)频道向附近水域船舶及岸台广播，使邻近船舶及岸台能及时掌握附近海面所有船舶的动静态资讯。基于AIS的船舶定位系统技术成熟可靠，信号覆盖广，系统稳定、信息实时高，在民用领域被广泛应用。

发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术至少存在以下不足：

现有技术一的缺点在于，通过了CDMA网络，实时性差，维护麻烦。现有技术二的缺点在于，传统的AIS船舶定位系统未考虑非民用领域的加密需求。比如在公安执法领域，安装传统非加密AIS船舶定位系统的执法船舶是不利于完成执法任务的，因为通过传统的AIS船舶定位系统，被监管或被执法的船舶也会发现执法船舶。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种船舶定位系统、船载信息发射设备和岸基信息接收设备，以克服现有技术中实时性差，维护麻烦以及无法应用于公安执法领域的不足。

一方面，本发明实施例提供了一种船舶定位系统，包括船舶自动识别系统AIS信息的发射子系统和AIS信息的接收子系统，所述AIS信息的发射子系统，用于将AIS信息经加密处理后进行发射；所述AIS信息的接收子系统，用于接收加密后的AIS信息，并进行解密处理。

另一方面，本发明实施例提供了一种船载信息发射设备，所述船载信息发射设备用于将获取的船舶自动识别系统AIS信息经加密处理后进行发射。

又一方面，本发明实施例还提供了一种岸基信息接收设备，所述岸基信息接收设备用于接收加密船舶自动识别系统AIS信息，并进行解密处理。

本发明实施例在公共的AIS定位系统的基础上，提供了加密功能，有利于AIS信息的管理、监控和有效利用，便于管理和执法部门利用公共的AIS定位系统平台收集需要的信息进行执法工作。同时，本发明实施例不存在CDMA网络的传输延时，原则上不需要CDMA网络所需的离岸架设基站。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的传输加密AIS信息的船舶定位系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的加密单元与第一触摸屏的连线示意图；

图3为本发明实施例的解密单元与第二触摸屏的连线示意图；

图3A为本发明实施例的加密标志位的示意图；

图4为本发明实施例的又一种传输加密AIS信息的船舶定位系统的结构示意图；

图5为本发明实施例的AIS接口输出信息的信息结构示意图；

图6为本发明实施例的AIS消息封装为物理层数据分组示意图；

图7为本发明实施例的客户端处理流程图；

图8为本发明实施例的一种船载信息发射设备的功能框图；

图9为本发明实施例的公安边防船舶定位系统的结构示意图；

图10为本发明实施例的船载AIS设备的结构示意图；

图11为本发明实施例的基站AIS设备的结构示意图；

图12为本发明实施例的客户端的功能框图；

图13本发明实施例的边防专用AIS设备II型的内部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的一种传输加密AIS信息的船舶定位系统的结构示意图。如图1所示，本发明实施例的传输加密AIS信息的船舶定位系统是一个分布式结构的系统，包括加密AIS信息的发射子系统10和加密AIS信息的接收子系统20。其中，加密AIS信息的发射子系统10，用于将AIS信息经加密处理后进行发射；加密AIS信息的接收子系统20，用于接收加密后的AIS信息，并进行解密处理。上述的AIS信息，是指AIS设备物理层传输的信息，即《船载自动识别系统(AIS)技术要求，GB/T 20068-2006》5.3.3.8所列格式的消息中包含的信息。本发明实施例的系统对需要保密的通信信息进行了加密处理，比如对AIS消息中的用户识别码、航行状态、转向率、对地航速、船位精确度、经度、纬度、对地航向、真航向、IMO号码、呼号、名称、船舶及载货类型、尺度/位置参照、电子定位装置类型、预计到达时间、当前最深静态吃水量、目的地字段加密。由于AIS消息的数据长度不固定，同时为了保障解码的实时性，本发明实施例的加密AIS船舶定位系统较佳地采用流加密算法(stream encryption algorithm)。在流加密算法中，RC4算法因为高的安全性和软件实现的便利性而著称，因此，本发明实施例的AIS信息加密方法较佳地采用RC4算法来对物理层数据分组中的数据字段进行加密。考虑到实时性和可实施性，解密设备也较佳地采用RC4算法，但是本发明实施例不以此为限，还可以应用其它加/解密算法。比如，AES(advanced encryption standard，高级加密标准)，其中采用AES算法的流加密模式适合AIS信息的实时加密，加密和解密都采用AES；或用LFSR(线性反馈移位寄存器，Linear Feedback Shift Register)产生伪随机序列，再用于AIS信息的实时加密和解密。

再参阅图1，加密AIS信息的发射子系统10具体包括：加密AIS信息的发射装置110和加密控制装置120。加密AIS信息的发射装置110具体包括依次相连接的全球定位系统GPS单元112、编码器114、加密单元116和VHF(Very high frequency，甚高频)发射机118。其中，全球定位系统GPS单元112，用于实时获取船舶的经度、纬度信息。编码器114，用于将AIS信息按照《船载自动识别系统(AIS)技术要求，GB/T 20068-2006》5.3.3.8所列格式的消息的封装要求打包。加密单元116，用于对AIS信息进行加密处理，AIS信息可能是传感器获取的，比如经度、纬度，就是由GPS获取的；AIS信息也可能是预先配置的，比如IMO号码、呼号。加密AIS信息的发射子系统10是设置于船舶上，对采集的船舶信息进行编码，转换为适合VHF发射的编码波形，并由VHF发射机118发射。加密控制装置120，与加密单元116相连，用于控制加密单元116是否进行加密处理以及为加密单元116配置初始密钥。可选地，加密单元116可以根据该初始密钥生成子密钥，并利用该子密钥进行加密，或者，还可以进一步对该子密钥进行随机性检验，并结合预设的阈值长度对通过随机性检验的子密钥进行处理，以生成最终用于加密的加密密钥，这样有利于进一步增强保密性。上述内容后续将详细描述。较佳地，加密控制装置120通过输出加密使能信号来触发启动加密单元116进行加密处理。其中，上述初始密钥可采用ASCII字符，该ASCII字符长度较佳地为256字节，以利于提高密钥的安全性。

请再参阅图1，加密AIS信息的接收子系统20可以包括：AIS基站台210，用于通过内置的VHF接收机212接收加密后的AIS信息，并通过网络传输线220传送至中心控制装置230。中心控制装置230，可以包括解密单元232和解码器234，其中，解密单元232用于对VHF接收机212传送的加密后的AIS信息进行解密处理；解码器234，用于将解密后的AIS信息经解码处理后输出。由于AIS基站台210一般安装在室外或野外，中心控制装置230一般安装在室内机房，两者之间具有一定的距离，所以，它们之间的信息传输需要适当的传输介质，该传输介质较佳地为以太网。如果AIS基站台210没有以太网接口，则可以将AIS基站台210的接口转换为以太网接口。通过采用网络传输线220可以将AIS基站台210和中心控制装置230分别设置在较远的不同地方，由AIS基站台210实现信息的就近接收，由中心控制装置230实现集中处理，从而实现了分布式管理。此外，解密单元232进行解密处理可基于RC4算法，在解密过程中所使用的密钥与加密过程中相同，该密钥可从外部输入或通过用户输入而得到。

可选地，图1所示的系统还可以进一步包括：转发机(图中未绘出)，当发射设备和接收设备距离较远，通过转发机转发信息。该转发机可以转发物理层数据分组，不管是加密的还是未加密的。

图2为本发明实施例的加密单元与第一触摸屏的连线示意图。可选地，图1中的加密控制装置120可以是第一触摸屏122，其具体用于进行初始密钥配置和加密的使能设置，并提供信息的实时显示功能。第一触摸屏122具有分别与加密单元116相连的第一密钥配置有效管脚、加密使能管脚和一条或多条第一密钥数据线。密钥配置有效管脚，用于控制是否允许向加密单元116传送初始密钥；加密使能管脚，用于向加密单元116传送加密使能信号以启动加密单元116进行加密处理，或者传送加密失能信号以关闭加密单元116，使加密单元116不进行加密处理；一条或多条第一密钥数据线，用于当密钥配置有效管脚的状态为有效时，向加密单元116传送初始密钥。加密单元116可以由第一触摸屏122设置密钥，还可以由第一触摸屏122通过加密使能信号管脚控制AIS信息的加密发射或不加密发射。用户可以通过控制加密使能管脚的状态来在加密处理和不加密处理之间灵活切换，以根据实际需要对AIS信息进行加密处理后发射或者不经加密处理后发射。

结合参阅图1和图2，在一优选的实施方式中，加密单元116可以包括如下模块：

初始密钥设置模块1161，用于作为与第一触摸屏122的接口，读取第一触摸屏112配置的初始密钥以及加密使能信号。

子密钥生成模块1162，用于根据该初始密钥生成子密钥。该子密钥可以是RC4算法子密钥，RC4算法子密钥的生成规则是随机置换，通过置换由初始密钥得到子密钥，置换处理的技术手段本领域技术人员可以理解，故在此不赘述。

子密钥随机化检验模块1163，用于检验上述子密钥的随机性，输出符合加密要求的子密钥，具体地，预先设定一个长度阈值，当子密钥的长度超过该长度阈值时，判定该子密钥的随机性满足要求，则截取子密钥的位于该长度阈值以后的部分作为对AIS信息进行加密的加密密钥。

其中，确定长度阈值可依据如下处理过程：

假设有某子密钥为序列S[1]，S[2]，…S[maxlength]，其中maxlength为子密钥长度。

$\mathrm{\γ}\left(j\right)=\left(\underset{i=j}{\overset{\max \mathrm{length}}{\mathrm{\Σ}}}S\right[i]*S[i\left]\right)/\left(\underset{i=j}{\overset{\max \mathrm{length}-1}{\mathrm{\Σ}}}S\right[i]*S[i+1\left]\right),j=1,\·\·\·k$

上式中k为不大于[maxlength/2]的自然数，[maxlength/2]为对maxlength/2向下取整。如果γ(j)大于预期值，则记此时的j为j_threshold。经过对若干子密钥统计实验后，选取出现最多的j_threshold确定为长度阈值。

综上所述，用户设置的初始密钥是容易被破解的，因为规律性/密钥之间的关联性很强；而本发明实施例在生成子密钥后，由于子密钥之间有很强的随机性，并由子密钥随机性检验模块得到保障，所以，加密密文被破解的几率大大降低。

待加密数据提取模块1164，用于获取未经加密的AIS信息，例如从编码器114中获取，这里的获取是按《船载自动识别系统(AIS)技术要求，GB/T 20068-2006》5.3.3.8所列格式的消息的语法进行的，根据不同的消息类型对应的数据长度获取AIS消息，其中定义的消息由分为多种消息类型，某种类型的消息有不同的长度和语义。比如消息24part A定义如表1所示：

表1

数据加密模块1165，用于根据子密钥随机化检验模块1163生成的加密密钥对未经加密的AIS信息进行加密处理，例如基于RC4算法或者AES算法进行加密；加密数据回写模块1166，用于输出加密后的AIS信息到VHF发射机118。

图3为本发明实施例的解密单元与第二触摸屏的连线示意图。结合参阅图1和图3，中心控制装置230还包括解密控制装置(图中未绘示)，与解密单元232相连，解密控制装置较佳地为第二触摸屏124，用于进行初始密钥配置，第二触摸屏124具有分别与解密单元232相连的第二密钥配置有效管脚和一条或多条第二密钥数据线。第二密钥配置有效管脚，用于控制是否允许向解密单元232配置密钥；第二密钥数据线，用于当第二密钥配置有效管脚为有效时，向解密单元232传送解密处理所需的初始密钥。

结合参阅图1和图3，在一优选的实施方式中，解密单元232具体可以包括：第二初始密钥设置模块2321，用于读取第二触摸屏124配置的初始密钥；第二子密钥生成模块2322，用于根据上述初始密钥生成子密钥，该子密钥是适合对数据进行解密的RC4算法子密钥，RC4算法子密钥的生成规则是随机置换，通过置换由初始密钥得到子密钥，当然，采用AES算法也是可以的；第二子密钥随机化检验模块2323，用于检验所述子密钥的随机性，当所述子密钥的长度超过预设的长度阈值时，确定所述子密钥通过随机性检测，并截取所述子密钥的位于所述阈值长度之后的部分作为对AIS信息进行解密的解密密钥；待解密数据提取模块2324，用于获取加密后的AIS信息，这里的获取是按AIS消息的语法进行的，即根据不同的消息类型对应的数据长度获取AIS消息；数据解密模块2325，用于根据上述解密密钥对加密后的AIS信息进行解密处理，解密算法是RC4算法；解密数据回写模块2326，用于将解密处理后的AIS信息输出，例如输出至解码器234。这里生成子密钥和子密钥随机性检验的用途同上述加密过程中所述。

在一实施例中，加密单元可以进一步包括：加密标识设置模块(图中未绘示)，用于为加密后的AIS信息设置加密标识。加密后的AIS信息中进一步包含标志位，该标志位用于携带加密标识，该加密标识用于触发解密单元232对加密后的AIS信息进行解密处理。当解密单元232检测到所接收到的数据不具有标志位或者该标志位携带的不是预先设定的加密标识时，则判断上述接收到的数据为未加密AIS信息，于是不进行解密处理而直接传送给解码器234。通过标志位来作为使能信号以触发解密的方式有利于提高数据传输的效率，避免对不需要解密的AIS信息进行冗余的解密处理。图3A为本发明实施例的加密标志位的示意图。如图3A所示，设置加密标志位的一个途径是利用《船载自动识别系统(AIS)技术要求，GB/T 20068-2006》5.3.3.8所列格式的消息中的保留位，如某类型的消息的保留位在加密前为0，消息总共168位，保留位有16位，加密后保留位为X(X取0或1，但不能全取0)，这种保留位的新的取值规则就对应相应类型消息的加密标志位。

图4为本发明实施例的又一种传输加密AIS信息的船舶定位系统的结构示意图。在图4示出的另一种可选实施方式中，与图1所示系统的不同之处在于，加密AIS信息的接收子系统20包括：

AIS基站台210，包括VHF接收机212和解密单元214，VHF接收机212用于接收加密后的AIS信息，解密单元214，用于对加密后的AIS信息进行解密处理，其功能与图1中解密单元232的功能相同；

解密控制装置240，与解密单元214相连，用于为解密单元214配置初始密钥；

中心控制装置230，包括解码器234，与解密单元214相连，用于接收解密单元214传送的解密后的AIS信息，并将解密后的AIS信息通过内置的解码器234解码处理后输出。

在本发明实施例中，具有多种密钥修改方式，例如可以用普通微机通过配置线和软件配置接口修改密钥。此外，可以通过触摸屏配置来实现加密发射和不加密发射，并且可以在两种方式之间方便、迅速及灵活地切换。有利于我边防执法在追踪可疑船只时隐藏身份，避免被追踪船只发现。

本发明实施例的传输加密AIS信息的船舶定位系统的工作方法和流程如下，本领域技术人员应当理解，以下仅用于举例说明本发明实施例，而不应构成对本发明实施例的限制：

1、AIS物理层数据分组和加密

AIS为时分多址通信方式，它把每个信道的时间分成固定的时间间隙。物理层数据分组占用1个时隙，每个时隙的时间长度为26.7ms，2250个时隙组成1帧，1帧持续1分钟。物理层数据分组的结构图见图5，图5为本发明实施例的AIS接口输出信息的信息结构示意图。前置码主要用于时隙的同步，开始标志代表1个物理层数据分组的开始，数据部分为打包的上层数据，帧校验序列采用循环冗余校验，结束标志表示1个物理层数据分组的结束，缓冲码用于位填充和延时补偿，其中位填充适用于替换数据中出现的与特定标志相同的序列。

1条有定义的AIS消息通过特定的消息格式给出。AIS消息的长度不固定，根据消息长度的大小，1条AIS消息可以放在1到3个AIS时隙中发出，示意图如图6，图6为本发明实施例的AIS消息封装为物理层数据分组示意图。AIS消息根据物理层数据分组的大小，先分片，在加上适当的数据包包头，就可以进行VHF发送了。

对于船舶的动、静态消息而言，主要用到的AIS消息是消息1、5和消息18、24A、24B，其中class A类的AIS设备用到的是消息1和消息5；class B类的AIS设备用到的是消息18、消息24A和消息24B。对于class A和class B类型的设备，又分为加密方式和未加密方式。加密是针对物理层数据分组进行的，用特定的、伪随机的扰码序列对物理层数据分组的数据部分进行加扰，这样，在不改变物理层数据分组格式的前提下，又对数据内容提供了保护，保证未授权的接收者不能获取有意义的消息。用于加扰的伪随机序列是RC4算法产生的。同时，这种加密方式为物理层数据分组的转发提供了便利，即使是未授权的接收者接收到了分组，它也能进行转发，从而保证了物理层数据分组能够有效传送到目的用户。

2、AIS消息的帧结构和来源

无线信道资源是相对有限的，为了提高系统效率，在相对短的时间内传输更多的信息。典型的AIS消息采用AIVDM(AIS VHF data-link message)和AIVDO(AIS VHF data-linkOwn-vessel report)句型，其中，AIVDM句型含有船舶动态信息和船舶静态信息，以及航行相关信息；AIVDO句型含有本船动态信息。AIVDM和AIVDO句型都以“！”开头，其语法如下(以AIVDM句型为例)：

！AIVDM，X1，X2，X3，a，I S-S，X4*hh<CR><LF>

该句型有几个关键字：“！”，“AIVDM”，“，”，“*”，“<CR>”，“<LF>”。其他部分有以下含义：

X1：表示发送这一消息的句子总数，取值范围为1到9。

X2：表示本句的句子序数，取值范围为1到9。

X3：连续消息的识别，取值范围为0到9。

a：表示AIS信道号。

I：表示消息的ID码。

S-S：表示打包的信息体。

X4：表示填充的比特数，取值范围为0到5.

hh：表示校验字节，由“！”和“*”之间的各字节相互异或操作得到。

AIVDO句型的语法与AIVDM类似。

表2

AIVDO和AIVDM语句构成AIS消息的是接收机通过串口上报给主机的。AIS消息来源于接收机接收到的物理层数据分组，物理层数据分组的格式见图10。其中与AIS消息有关的是物理层数据分组中的数据字段，该字段的字符采用六比特ASCII码编码，码表见表2，表2为本发明实施例的六比特ASCII码。

3、客户端

图7为本发明实施例的客户端的处理流程图，如图7所示，客户端主要包括数据格式转换模块、安全模块、会聚模块和应用处理模块。数据格式转换模块主要进行AIVDM/AIVDO语句到物理层数据分组格式的转换，这是因为AIS接收机与客户端的数据接口为AIVDM/AIVDO语句，而提取船舶动、静态信息是需要物理层数据分组格式的数据的。安全模块，主要完成加密AIS发射系统的解密工作，这个工作在物理层数据分组的基础上进行。会聚模块，主要完成从物理层数据分组恢复出完整的AIS消息的任务，这可能涉及到对多个物理层数据分组的处理。应用处理模块，则基于海图对船舶动、静态信息进行显示、查询和存储。

AIS接收机同时接收加密和未加密AIS发射机的数据。AIS接收机收到数据后向客户端以AIVDM/AIVDO语句的格式上报。此时，以AIVDM/AIVDO语句形式存在的AIS消息仍然可能包含加密和未加密的内容。在收到AIVDM或AIVDO语句后，客户端的解密单元需要先进行预解，判断出消息号，并进一步根据消息号及其对应的相应字段的内容，判断出消息是否加密。如果是加密消息，那么需要调用解密流程对加密消息进一步处理。

解密流程如下：

1、初始化RC4算法；

2、取出一条完整的AIVDM或AIVDO消息，进行校验，如果校验通过，则取出消息中的数据字段，并将其转换为六比特ASCII码，进而恢复出物理层数据分组中的数据字段；

3、对物理层数据分组中的数据字段与RC4算法的子密钥按字节进行异或，即解析出未加密的物理层数据分组中的数据字段；

4、按照物理层数据分组的语法语义，对舰艇的动态和静态信息进行解析。

如果AIS消息是未加密的，解密流程得到简化。

1、初始化RC4算法；

2、取出一条完整的AIVDM或AIVDO消息，进行校验，如果校验通过，则取出消息中的数据字段，并将其转换为六比特ASCII码，进而恢复出物理层数据分组中的数据字段；

3、解析出未加密的物理层数据分组中的数据字段；

4、按照物理层数据分组的语法语义，对舰艇的动态和静态信息进行解析。

本发明实施例的AIS加密系统具有如下优点：1、系统采用成熟技术，部署简单；2、AIS基站覆盖范围广(一般30海里，依基站建设与现场环境，最远可达70海里)；3、系统相对独立，不需依靠第三方运营网络；4、系统架构简单，便于维护；5、可对船载发射设备进行加密处理，确保信号安全；可使其它AIS设备解析不出加密发射设备发出的信息，并无法显示；6、系统资源共同，可方便融合与其它系统，达到数据共享，即本发明实施例的加密AIS船舶定位系统可以同时处理已加密和未加密的AIS信息；7、加密和解密均是对AIS信息的等长操作，并且在加密过程中对影响接收和转发的重要信息位没有做处理，因此，加密处理未改变数据的帧结构，对数据的接收和转发均无影响；8、系统中的转发机都可以转发物理层数据分组，不管是加密的还是未加密的。

本发明实施例还提供了一种船载信息发射设备，图8为本发明实施例的一种船载信息发射设备的功能框图。与图1相比，相同的部件采用了相同的编号，需要说明的是，图8中的解密单元214、解码器216的功能同图1中的解密单元232、解码器234，图8中解密控制装置218的功能同图4中解密控制装置240的功能。如图8所示，该船载信息发射设备300用于将获取的船舶自动识别系统AIS信息经加密处理后进行发射。具体地，船载信息发射设备300可以包括：全球定位系统GPS单元112，用于获取AIS信息；编码器114，与GPS单元112相连，用于对AIS信息进行编码；加密单元116，与编码器114相连，用于根据预先配置的初始密钥，并基于RC4算法或AES算法对编码后的AIS信息进行加密处理；甚高频VHF发射机118，与加密单元116相连，用于将加密处理后的AIS信息通过VHF进行发射。

可选地，该船载信息发射设备300还可以进一步包括：加密控制装置120，与加密单元116相连，用于控制加密单元116是否进行加密处理和配置初始密钥。

可选地，该船载信息发射设备300还可以进一步包括：甚高频VHF接收机212，用于接收经过加密处理的AIS信息；解密单元214，与VHF接收机212相连，用于根据预先配置的初始密钥并基于RC4算法或高级加密标准AES对经过加密处理的AIS信息进行解密处理；解码器216，与解密单元214相连，用于对解密后的AIS信息进行解码处理，并输出给显示器(触摸屏)。可选地，该船载信息发射设备300还可以进一步包括：解密控制装置218，与解密单元214相连，用于为解密单元214配置初始密钥，该解密控制装置218可选地为一触摸屏。基于这一可选的实施例，该船载信息发射设备300同时具有加密单元、解密单元、VHF接收机、VHF发射机、编码器、解码器等，这种船载信息发射设备可安装于公安执法船上，通过触摸屏实时监控其它安装了例如图1示出的加密AIS信息的发射子系统10的船舶和普通船舶，从而能够为一线的公安执法船舶提供一个更直观的工具。

在本发明实施例中，加密后的船载AIS设备不能被未经许可的公共AIS设备(不具备解密功能)解析和显示。经加密后的船载AIS设备(需经我方加密和解密)可以相互识别、解析，显示。加密后的AIS船载设备可以被我方基站解析、显示。

本发明实施例还提供了一种岸基信息接收设备，该岸基信息接收设备用于接收加密船舶自动识别系统AIS信息，并进行解密处理。具体地，该岸基信息接收设备可以包括：甚高频VHF接收机，用于通过VHF接收加密AIS信息；解密单元，用于根据预先配置的初始密钥并基于RC4算法或者高级加密标准AES，对所述加密AIS信息进行解密处理；解码器，用于对解密后的AIS信息进行解码处理后输出。可选地，还可以进一步包括：解密控制装置，与所述解密单元相连，用于为所述解密单元配置初始密钥。

以下具体说明本发明实施例的传输加密AIS信息的船舶定位系统在公安边防执法领域的应用的具体例子。

本发明实施例在基于GIS(Geographic Information System，地理信息系统)的AIS公共信息和边防专有信息的管理和边防业务管理系统中取得应用。主要对AIS消息的传输和解析、以及实现加密和解密中的相关问题，为其在公安边防船舶定位系统中的应用提供保障。

图9为本发明实施例的公安边防船舶定位系统的结构示意图。如图9所示，该系统包括：船载AIS设备、基站AIS设备、带终端显示功能的客户端和AIS服务器。

图10为本发明实施例的船载AIS设备的结构示意图。如图10所示，船载AIS设备包括：TDMA接收器，用于接收编码后的AIS消息；TDMA(time division multiple access，时分多址)编码器，用于对AIS消息编码；TDMA译码器，用于对TDMA消息解码；发射器，用于从VHF发射TDMA编码器和DSC(digital selective-calling，数字选呼)编码器输出的消息；接收/发射控制，用于对接收和发射进行切换控制；电源供给模块，用于提供工作电源；DSC接收器，用于接收DSC消息，DSC消息用于呼叫船舶，分配其信道，调整其发射功率；DSC译码器，用于DSC消息的解码；DSC编码器，用于DSC消息的编码；解密单元，用于加密AIS消息的解密；加密单元，用于AIS消息的加密；AIS系统控制器，用于管理设备内信息的传递，以及对其它模块的控制；内置GPS接收器(含天线)，用于接收GPS信息，获取经度、纬度和时间；DGPS接收器(含天线)，用于改进GPS的精度；VHF天线；陀螺罗经，用于指示航向；计程仪，用于测量速度和累计航程；雷达，用于发现目标(比如其它船舶)的距离、速度、方位；ECDIS，是电子海图显示与信息系统，集成了各种相关航行信息的监控与显示；VDR，是船载航行数据记录仪，记录与船舶航行及操作有关数据；键盘/显示器(触摸屏)，用于用户交互。

各种传感器，比如计程仪、GPS、陀螺罗经，它们的数据信息经AIS系统控制器调度，传递给编码器编码成约定格式的消息，再经加密模块加密，之后由发射器经VHF天线发射；接收时由接收器经VHF天线接收，再由解密模块解密，再由解码器解码，之后传给AIS系统控制器处理。

为了满足我边防的需求，本发明实施例采用对数据包进行加密编码的方式来实现信息安全性。即在标准AIS系统数据包的发送端和接收端分别增加配置加密单元和解密单元，当待发送的数据被编码、打包之后，使其进入加密单元，通过加密算法对该数据包进行加密编码，再经VHF天线广播出去。这样没有配备解密单元的AIS设备即使能够接收到我方巡逻船发出的信息，也无法对信息进行编译读取，而我方巡逻船由于配置有图10所示的带解密单元的船载AIS设备，因此既可以收到他方船只的AIS信息，也可以收到并读取我方其他巡逻船经加密后发出的AIS信息。

图11为本发明实施例的基站AIS设备的结构示意图。如图11所示，基站AIS设备是安装于岸上只接收不发送AIS信息的固定设备。物理层数据分组经过TDMA和DSC解码后送入AIS系统控制器，AIS系统控制器将接收到的其他站台数据封装成IEC61162的VDM语句，通过串行数据接口送出。船舶的全球定位系统(GPS)信息和航向、航速、时钟等船舶运动信息被AIS系统控制器封装成VDO(VHF data-link own-vessel message，甚高频数据链自有船只消息)语句经过串行接口送出，该AIS基站设备可以通过串口与客户端PC机相连，也可在经过串口转网口后，由以太网传送到客户端，在PC机上安装相应软件便可查看接收数据。在一可选实施方式中，该基站AIS设备内部可包含解密单元，解密单元的功能在前面已经详述，在此不再赘述。该基站AIS设备台收到加密数据后，可以先解密获得并显示解密后的AIS信息，但基于安全性考虑，向网络上传输的仍是加密数据。

图12为本发明实施例中客户端的功能框图。客户端在收到VDM或VDO语句后，首先根据加密标记位判断其为标准AIS信息还是加密AIS信息，如果数据是我方巡逻船所发出的加密AIS信息，那么数据被送入解密单元，通过解密算法使数据包恢复为标准格式。这样，信息提取单元提取经过解密的数据和未加密的数据后，获得船舶静、动态信息，再由客户端的显示单元进行显示。

如图9所示，AIS服务器，用于数据的统一入数据库管理和集中监控显示，可推广到大区域联网使用环境，实现为多个分层的AIS服务器。

本发明实施例的AIS加密系统可以完成以下功能：巡逻船艇通过安装AIS船舶载设备，可实现对周边海域AIS船舶进行实时定位监控；巡逻船艇通过广播加密的AIS信息，实现岸基基站对巡逻船艇的实时定位；指挥中心可通过AIS系统实现对巡逻船艇的实时定位，并可通过AIS系统实现同屏管理与指挥。

公安边防执法艇上的专用AIS设备的工作方式可视任务需要，在公开身份和隐蔽身份(普通、加密)两种AIS信息方式之间方便地切换。该AIS设备工作在隐蔽身份状态时，执法艇发送的AIS信息将被加密，安装同类设备的其它友邻执法艇和边防各级指挥中心对该艇的观察不受影响，执法艇对社会船舶的观察也不受影响，但是社会船舶和其它社会AIS基站将无法正确解析该执法艇发送的AIS信息。这种功能在执法艇追踪嫌疑或违法船舶时非常重要，可以保证被跟踪目标无法及时发现我执法艇的行踪。

在本发明实施例中，边防专用AIS定位系统以国际标准的AIS Class A类设备和ClassB类为基础开发。系统主要由船载加密定位机、船载显示模块等组成。系统工作在非加密状态时，是一台具备国际通用标准功能的A类、B类AIS收发机。边防专用AIS设备I型、II型主要由AIS收发信及天线单元、显示器及键盘单元，外部通用接口单元、电源部分组成。I型为分体式(按照国际标准)，II型为一体机。图13为本发明实施例的边防专用AIS设备II型的内部结构示意图。

本发明实施例中的船载AIS设备具有如下功能：边防专用AIS设备中的加密单元将船艇定位信息进行加密处理后对外广播；利用甚高频(VHF)进行船艇与基站单向实时通信，使岸基指挥中心或显示终端(船载笔记本)实时显示定位船艇实时定位信息及其相关船艇固有文字信息；利用甚高频(VHF)进行船艇与船艇之间的双向实时短信通信，满足船艇间编队需求；船艇通过船载显示终端，例如船载笔记本，实时显示周边公共船舶AIS信息；船艇通过船载显示终端，例如船载笔记本，实时显示经解密后的我海警船艇加密信息；通过动中通网将本船接收到的周边AIS数据回传至岸基数据中心，达到对岸基基站数据的补充；边防专用AIS设备加密模式与通用模式可灵活的互为切换，以满足加密和非加密的需求；边防专用AIS设备密钥为256字节ASCII，密钥设备设定需经多重认证，以进一步确保加密信息的安全；加密方式为密钥人工输入方式，由公边艇人员通过加密定位机面板按键输入。本发明实施例的有益效果在于，本发明实施例在公共的AIS定位系统的基础上，提供了加密功能，这样就为AIS信息的管理、监控和有效利用提供了一个有效的手段。便于管理和执法部门利用公共的AIS定位系统这一平台收集需要的信息，同时便于实现对管理方和执法方的信息隐藏，并提高执法效率。

以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (16)

1.一种船舶定位系统，其特征在于，所述船舶定位系统包括：

加密AIS信息的发射子系统，用于将AIS信息经加密处理后进行发射；

加密AIS信息的接收子系统，用于接收加密后的AIS信息，并进行解密处理。

2.根据权利要求1所述的船舶定位系统，其特征在于，所述加密AIS信息的发射子系统包括加密AIS信息的发射装置和加密控制装置；

所述加密AIS信息的发射装置包括依次相连接的全球定位系统GPS单元、编码器、加密单元和甚高频VHF发射机；其中，所述加密单元，用于对所述AIS信息进行加密处理；

所述加密控制装置，与所述加密单元相连，用于控制所述加密单元是否进行加密处理和配置初始密钥。

3.根据权利要求1所述的船舶定位系统，其特征在于，所述加密AIS信息的接收子系统包括：

AIS基站台，用于通过内置的VHF接收机接收加密后的AIS信息，并传送至中心控制装置；

中心控制装置，包括解密单元和解码器，所述解密单元用于对所述AIS基站台传送的加密后的AIS信息进行解密处理，所述解码器用于将解密后的AIS信息经解码处理后输出。

4.根据权利要求1所述的船舶定位系统，其特征在于，所述加密AIS信息的接收子系统包括：

AIS基站台，包括VHF接收机和解密单元，所述VHF接收机用于接收加密后的AIS信息，所述解密单元，用于对加密后的AIS信息进行解密处理；

解密控制装置，与所述解密单元相连，用于为所述解密单元配置初始密钥；

中心控制装置，与所述解密单元相连，用于接收所述解密单元传送的解密后的AIS信息，并将解密后的AIS信息通过内置的解码器解码处理后输出。

5.根据权利要求2所述的船舶定位系统，其特征在于，所述加密控制装置为第一触摸屏，所述第一触摸屏具有分别与所述加密单元相连的密钥配置有效管脚、加密使能管脚和密钥数据线；

所述密钥配置有效管脚，用于控制是否允许向所述加密单元传送初始密钥；

所述加密使能管脚，用于向所述加密单元传送加密使能信号以启动所述加密单元进行加密处理，或者传送加密失能信号以关闭所述加密单元；

所述密钥数据线，用于当所述密钥配置有效管脚的状态为有效时，向所述加密单元传送初始密钥。

6.根据权利要求5所述的船舶定位系统，其特征在于，所述加密单元包括：

第一初始密钥设置模块，用于读取所述第一触摸屏配置的初始密钥以及加密使能信号；

第一子密钥生成模块，用于根据所述初始密钥生成子密钥；

第一子密钥随机化检验模块，用于当所述子密钥的长度超过预设的长度阈值时，确定所述子密钥通过随机性检测，并截取所述子密钥的位于所述阈值长度之后的部分作为对AIS信息进行加密的加密密钥；

待加密数据提取模块，用于获取未经加密的AIS信息；

数据加密模块，用于根据所述加密密钥对所述未经加密的AIS信息进行加密处理；

加密数据回写模块，用于输出加密后的AIS信息到所述VHF发射机。

7.根据权利要求3所述的船舶定位系统，其特征在于，所述中心控制装置还包括解密控制单元，所述解密控制单元为第二触摸屏，所述第二触摸屏具有分别与所述解密单元相连的第二密钥配置有效管脚和第二密钥数据线；

所述第二密钥配置有效管脚，用于控制是否允许向所述解密单元配置初始密钥；

所述第二密钥数据线，用于当所述第二密钥配置有效管脚为有效时，向所述解密单元传送解密处理所需的初始密钥。

8.根据权利要求7所述的船舶定位系统，其特征在于，所述解密单元包括：

第二初始密钥设置模块，用于读取所述第二触摸屏配置的所述初始密钥；

第二子密钥生成模块，用于根据所述初始密钥生成子密钥；

第二子密钥随机化检验模块，用于当所述子密钥的长度超过预设的长度阈值时，确定所述子密钥通过随机性检测，并截取所述子密钥的位于所述阈值长度之后的部分作为对AIS信息进行解密的解密密钥；

待解密数据提取模块，用于获取加密后的AIS信息；

数据解密模块，用于根据所述解密密钥对所述加密后的AIS信息进行解密处理；

解密数据回写模块，用于将解密处理后的AIS信息输出。

9.根据权利要求1所述的船舶定位系统，其特征在于，所述AIS信息的发射子系统进行加密处理的算法是RC4，所述AIS信息的接收子系统进行解密处理的算法是RC4；

或者，所述AIS信息的发射子系统进行加密处理的算法是高级加密标准AES，所述AIS信息的接收子系统进行解密处理的算法是AES。

10.根据权利要求3所述的船舶定位系统，其特征在于，所述加密后的AIS信息中包含加密标识，用于触发所述解密单元对所述加密后的AIS信息进行解密处理。

11.一种船载信息发射设备，其特征在于，所述船载信息发射设备用于将获取的船舶自动识别系统AIS信息经加密处理后进行发射。

12.根据权利要求11所述的船载信息发射设备，其持征在于，包括：

全球定位系统GPS单元，用于获取AIS信息；

编码器，与所述GPS单元相连，用于对所述AIS信息进行编码；

加密单元，与所述编码器相连，用于根据预先配置的初始密钥并基于RC4算法或者高级加密标准AES，并对编码后的AIS信息进行加密处理；

甚高频VHF发射机，与所述加密单元相连，用于将加密处理后的AIS信息通过VHF进行发射。

13.根据权利要求12所述的船载信息发射设备，其特征在于，还包括：

加密控制装置，与所述加密单元相连，用于控制所述加密单元是否进行加密处理和配置初始密钥。

14.根据权利要求12或13所述的船载信息发射设备，其特征在于，还包括：

甚高频VHF接收机，用于接收经过加密处理的AIS信息；

解密单元，与所述VHF接收机相连，用于根据预先配置的初始密钥并基于RC4算法或高级加密标准AES对所述经过加密处理的AIS信息进行解密处理；

解码器，与所述解密单元相连，用于对解密后的AIS信息进行解码处理。

15.一种岸基信息接收设备，其特征在于，所述岸基信息接收设备用于接收加密船舶自动识别系统AIS信息，并进行解密处理。

16.根据权利要求15所述的岸基信息接收设备，其特征在于，包括：

甚高频VHF接射机，用于通过VHF接收加密AIS信息；

解密单元，用于根据预先配置的初始密钥并基于RC4算法或者高级加密标准AES对所述加密AIS信息进行解密处理；

解码器，用于对解密后的AIS信息进行解码处理。

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