CN102945618B

CN102945618B - 一种船舶自动识别终端设备在恶劣gps定位环境工作的方法

Info

Publication number: CN102945618B
Application number: CN201210493842.6A
Authority: CN
Inventors: 郭长勇; 张键; 李辉辉; 张财元; 张相波; 鹿强
Original assignee: Tianjin 712 Communication and Broadcasting Co Ltd
Current assignee: Tianjin 712 Communication and Broadcasting Co Ltd
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: CN102945618A

Abstract

本发明涉及一种船舶自动识别终端设备在恶劣GPS定位环境工作的方法。本方法通过控制GPS模块进行定位，并进行时间同步，在GPS模块完成时间同步后，选择指定信道发送AIS消息。通过本方法，使船舶自动识别终端设备可在GPS定位条件较差的情况下，仍维持正常的消息发送周期，并在GPS定位条件较差的情况下，仍能保证一定的定位次数，且设备仍可低功耗休眠，从而增加了船舶自动识别终端设备在恶劣条件下工作的稳定性。本发明有利于AIS设备在恶劣环境下仍能正常使用，是一种非常有效地保证船舶自动识别终端设备正常使用的方法，适用范围广，具有推广价值。

Description

一种船舶自动识别终端设备在恶劣GPS定位环境工作的方法

技术领域

本发明涉及船舶自动识别系统，尤其是涉及一种船舶自动识别终端设备在恶劣GPS定位环境工作的方法。

背景技术

船舶自动识别系统（AIS）通过全球定位系统（GPS）获取当前的位置信息，并将自身的船位，船速，航向等动态信息以及船名，呼号，吃水及危险货物等静态资料通过甚高频（VHF）频道向附近船舶及岸台广播。周围的船舶通过接收广播的船舶信息可以及时掌握附近海域的船舶资料，采取必要的避让行动，提高船舶航行的安全性。

由于AIS消息发送的前提是时间同步，所以在消息发送之前，设备为GPS供电，等待GPS定位后获取位置消息和时间消息，位置消息用于组织AIS消息，时间消息用于本机的时间同步。由于GPS定位时间受天气、遮蔽物等影响，GPS模块可能出现定位时间过长的现象，影响AIS消息发送周期，并使得设备功耗增加。

发明内容

本发明的目的是研发一种船舶自动识别终端设备在恶劣GPS定位环境工作的方法。本方法通过控制GPS进行定位，并进行时间同步，在GPS完成时间同步后，选择指定信道发送AIS消息。本发明充分考虑了恶劣环境对GPS定位的影响，使得船舶自动识别终端设备可在GPS定位条件较差的情况下，仍维持正常的消息发送周期，并保证GPS在定位条件较差的情况下仍能保证一定的定位次数，增加了船舶自动识别终端设备在恶劣条件下工作的稳定性。

本发明采取的技术方案是：一种船舶自动识别终端设备在恶劣GPS定位环境工作的方法，其特征在于，通过控制GPS模块进行定位，并进行时间同步，在GPS模块完成时间同步后，选择指定信道发送AIS消息，其步骤如下：

（一）.消息发送模块初始化各个参数；

（二）.若到达消息发送周期，首先初始化GPS模块，对GPS模块供电，等待GPS模块热启动定位；

（三）.若在规定时间内，GPS模块热启动成功且完成时间同步，则根据位置信息和时间信息组织AIS消息，并完成消息发送；

（四）.若GPS模块热启动超时，则利用之前定位的信息组织AIS消息，并完成发送；

（五）.ARM控制模块初始化各个参数；

（六）.当消息发送模块需要发送消息时，ARM控制模块先给GPS模块上电，等待GPS模块定位且时间同步后，通知消息发送模块发送消息；

（七）.若GPS模块热启动正常定位且时间同步完成，则GPS模块断电进入休眠；

（八）.若GPS模块热启动定位失败，但热启动定位失败次数少于阈值，则GPS模块断电进入休眠；

（九）.若环境较差，GPS模块热启动失败次数超过阈值，则GPS模块长开至定位，且时间同步为止；

（十）.GPS模块长开至定位后，GPS模块下载星历；

（十一）.星历下载完毕后，GPS模块断电进入休眠。

本发明的实现基于船舶自动识别终端设备，在ARM控制模块的控制下，ARM控制模块给GPS模块供电并等待GPS定位。获取GPS位置信息后，控制模块周期的控制射频模块通过VHF天线广播位置消息。控制面板可用于设备开关机和发送告警消息，控制面板通过LED灯指示工作状态。

消息发送控制模块在正常GPS热启动定位速度下，等待GPS定位，且时间同步完成后发送AIS消息，随后设备进入低功耗状态休眠。若GPS热启动长时间不定位，则消息发送控制模块等待超时后仍会发送AIS消息。

ARM控制模块在正常热启动定位后，关闭GPS模块进入休眠模式。若恶劣环境导致GPS热启动长时间未定位，则ARM控制模块在等待GPS热启动时间超过等待阈值时，关闭GPS模块电源进入休眠。当连续若干次GPS热启动超时后，ARM控制模块将控制GPS长开至定位为止，并等待GPS下载星历完成，以保证后续的GPS热启动成功。

本发明所产生的有益效果是：通过本方法，使船舶自动识别终端设备可在GPS定位条件较差的情况下，仍维持正常的消息发送周期，并在GPS定位条件较差的情况下，仍能保证一定的定位次数，且设备仍可低功耗休眠，从而增加了船舶自动识别终端设备在恶劣条件下工作的稳定性。

附图说明

图1为本发明船舶自动识别终端设备构成框图。

图2为本发明船舶自动识别终端设备时钟校准及补偿模块的电路原理图。

图3为本发明船舶自动识别终端设备GPS模块电路原理图。

图4为本发明消息发送控制流程图。

图5为本发明GPS控制流程图。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明：参照图1，船舶自动识别终端设备包括由时钟校准及补偿模块、消息发送模块、GPS控制模块和休眠控制模块构成的ARM控制模块、射频模块、GPS模块、时钟模块、控制面板和电源模块，所述的ARM控制模块分别与射频模块、GPS模块、时钟模块、控制面板及电源模块连接，电源模块分别与射频模块、GPS模块、时钟模块及控制面板连接。

本发明各模块的功能如下：

1）射频模块：为通用公知的模块，用于在AIS A/B信道广播静态/动态消息；

2）GPS模块：用于解析GPS位置信息，并提供UTC时间信息；

3）控制面板：用于人机接口，用户通过面板按键操作设备，通过LED灯观察当前工作状态；

4）时钟模块：用于为ARM控制芯片提供主时钟和RTC实时时钟；

5）电源模块：用于为各个模块供电；

6）ARM控制模块：用于控制整个终端设备工作，其中，时钟校准模块用于通过GPS提供的标准时间校准自身时钟；时钟补偿模块用于通过周期地修正本地时间来完成对本地时钟误差的补偿；消息发送模块用于按照AIS协议周期的发送AIS静态、动态消息；GPS控制模块用于控制GPS芯片的开关，以及解析GPS消息等；休眠控制模块用于在设备空闲时，关闭不需要的部分，降低系统功耗。

参照图2，船舶自动识别终端设备的ARM控制模块采用STM32F103RCT6控制芯片N5，时钟模块采用为控制芯片N5提供主时钟的DSA321G_12.0M无源晶振芯片N2以及采用为控制芯片N5提供RTC时钟的DST310S-32.768KHz无源晶振芯片N4，其中无源晶振芯片N2的两端分别与控制芯片N5的5脚和6脚连接，并分别通过电容C6和电容C7接地；无源晶振芯片N4的两端分别与控制芯片N5的3脚和4脚连接，并分别通过电容C8和电容C17接地。

船舶自动识别终端设备时钟模块由两部分提供，STM32F103CT6为ARM7核的设备控制芯片N5，用于控制整个船舶自动识别终端设备工作。芯片N2为DSA321G_12.0M无源晶振，为控制芯片N5提供主时钟；晶振外部接两个电容C6和电容C7到地，用于微调晶振频率。芯片N4为DST310S-32.768KHz无源晶振，为控制芯片N5提供RTC时钟，晶振外部接两个电容C8和电容C17到地，用于微调晶振频率。当船舶自动识别终端设备进入低功耗休眠模式时，主时钟停止工作，此时设备的时间同步维持由RTC实时时钟维持。当设备从休眠过程中唤醒时，主时钟启动并接替RTC时钟继续维持设备的时间同步状态。

参照图3，船舶自动识别终端设备的GPS模块采用一个用于通过GPS天线计算GPS的位置消息和时间消息的NEO-5M芯片N13，芯片N13的20脚和21脚分别通过电阻R78和电阻R77以及电阻R80和电阻R81与控制芯片N5的17脚和16脚连接，其中电阻R78和电阻R77的一端以及电阻R80和电阻R81的一端分别通过电容C100和电容C101接地；芯片N13的22脚通过电阻R82接3.3V电源，芯片N13的23脚通过三极管VT11的集电极、发射极与电阻R85相接后接3.3V电源，电阻R85与三极管VT11的基极连接后通过电阻R86连接三极管N14的集电极，再通过三极管N14的基极与控制芯片N5的11脚连接，三极管N14的发射极接地，芯片N13的3脚通过电阻R83电阻R84与控制芯片N5的15脚连接，电阻R83电阻R84通过电容C102接地，芯片N13的8脚和9脚连接后通过电阻R79和电感L17与芯片N13的11脚连接，连接后接ANT-GPS有源天线，然后接地，芯片N13的7脚、10脚、12脚、13脚、14脚和24脚接地。

船舶自动识别终端设备的GPS模块采用NEO-5M芯片N13，ARM控制模块通过串口和GPS模块进行通信。其中NEO-5M芯片N13为GPS模块负责通过GPS天线计算GPS的位置消息和时间消息。NEO-5M芯片N13的20和21管脚为GPS模块的串口，分别与STM32F103CT6控制芯片N5的16和17管脚连接，用于通过串口周期的向STM32F103CT6控制芯片N5发送GPS位置消息和时间消息。NEO-5M芯片N13的22管脚为GPS模块的备用电源，23管脚为GPS模块的主电源。主电源通过2SB1132三极管VT11和DTC114EE三极管N14与STM32F103CT6控制芯片N5管脚11连接。当STM32F103CT6控制芯片N5控制管脚11为高电平时，DTC114EE三极管N14集电极和发射极导通，进而控制2SB1132三极管VT11的集电极和发射极导通，从而给NEO-5M芯片N13的主电源供电。同理，当控制芯片N5控制管脚11为低电平时，DTC114EE三极管N14集电极和发射极截止，进而控制2SB1132的集电极和发射极截止，从而控制NEO-5M芯片N13的主电源断电。因NEO-5M芯片N13只要备用电源供电，在主电源断电的情况下，仍可保存相关定位消息，所以STM32F103CT6控制芯片N5通过控制管脚11低电平关闭NEO-5M芯片N13，降低功耗。在需要GPS模块定位时，通过STM32F103CT6控制芯片N5控制管脚11高电平打开NEO-5M芯片N13，GPS模块热启动，快速完成定位。器件ANT-GPS为有源GPS天线，NEO-5M芯片N13通过管脚9和11与有源GPS天线连接，并以此完成定位。NEO-5M芯片N13的管脚3在GPS模块定位后输出秒脉冲，用于提供精确的UTC时间，此管脚和ARM的15管脚连接，ARM端通过此秒脉冲完成本地时钟同步等操作。

参照图4，以下描述船舶自动识别终端设备消息发送控制流程：

步骤100：消息发送控制模块初始化各个参数；

步骤101：若到达消息发送周期，首先初始化GPS模块，对GPS模块供电，等待GPS模块热启动定位；

步骤102：若在规定时间内，GPS模块热启动成功且完成时间同步，则根据位置信息和时间信息组织AIS消息，并完成消息发送；

步骤103：若GPS模块热启动超时，则利用之前定位的信息组织AIS消息，并完成发送；

参照图5，以下描述船舶自动识别终端设备GPS控制流程：

步骤200：ARM控制模块初始化各个参数；

步骤201：当消息发送模块需要发送消息时，ARM控制模块先给GPS模块上电，等待GPS模块定位且时间同步后，通知消息发送模块发送消息；

步骤202：若GPS模块热启动正常定位且时间同步完成，则GPS模块断电进入休眠；

步骤203：若GPS模块热启动定位失败，但热启动定位失败次数少于阈值，则GPS模块断电进入休眠；

步骤204：若环境较差，GPS模块热启动失败次数超过阈值，则GPS模块长开至定位，且时间同步为止；

步骤205：GPS模块长开至定位后，需要GPS模块下载星历，可有效保证GPS在之后的热启动成功率；

步骤206：星历下载完毕后，GPS模块断电进入休眠。

本方法通过等待GPS热启动超时机制，保证设备在GPS热启动失败的情况下仍能进入低功耗休眠，确保设备的功耗不提升。通过判断GPS热启动超时次数并在多次不定位时GPS长开，使得GPS模块在定位环境较差时仍保证GPS定位次数。本发明有利于AIS设备在恶劣环境下仍能正常使用，是一种非常有效地保证船舶自动识别终端设备正常使用的方法，适用范围广，具有推广价值。

根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims

1.一种船舶自动识别终端设备在恶劣GPS定位环境工作的方法，其特征在于，通过控制GPS模块进行定位，并进行时间同步，在GPS模块完成时间同步后，选择指定信道发送AIS消息，其步骤如下：

（一）.消息发送模块初始化各个参数；

（四）. 若GPS模块在规定时间内热启动超时，则判定GPS模块热启动定位失败，利用之前定位的信息组织AIS消息，并完成发送；

（五）.ARM控制模块初始化各个参数；

（九）.若环境较差，GPS模块热启动定位失败次数超过阈值，则GPS模块长开至定位，且时间同步为止；

（十）.GPS模块长开至定位后，GPS模块下载星历；

（十一）.星历下载完毕后，GPS模块断电进入休眠。

2.根据权利要求1所述的一种船舶自动识别终端设备在恶劣GPS定位环境工作的方法，其特征在于，所述的船舶自动识别终端设备包括由时钟校准及补偿模块、消息发送模块、GPS控制模块和休眠控制模块构成的ARM控制模块、射频模块、GPS模块、时钟模块、控制面板和电源模块，所述的ARM控制模块分别与射频模块、GPS模块、时钟模块、控制面板及电源模块连接，电源模块分别与射频模块、GPS模块、时钟模块及控制面板连接。

3.根据权利要求2所述的一种船舶自动识别终端设备在恶劣GPS定位环境工作的方法，其特征在于，所述的ARM控制模块采用STM32F103RCT6控制芯片N5，时钟模块采用为控制芯片N5提供主时钟的DSA321G_12.0M无源晶振芯片N2以及为控制芯片N5提供RTC时钟的DST310S-32.768KHz无源晶振芯片N4，其中无源晶振芯片N2的两端分别与控制芯片N5的5脚和6脚连接，并分别通过电容C6和电容C7接地；无源晶振芯片N4的两端分别与控制芯片N5的3脚和4脚连接，并分别通过电容C8和电容C17接地。

4.根据权利要求2所述的一种船舶自动识别终端设备在恶劣GPS定位环境工作的方法，其特征在于，所述的GPS模块采用一个用于通过GPS天线计算GPS的位置消息和时间消息的NEO-5M芯片N13，芯片N13的20脚和21脚分别通过电阻R78和电阻R77以及电阻R80和电阻R81与所述的控制芯片N5的17脚和16脚连接，其中电阻R78和电阻R77的一端以及电阻R80和电阻R81的一端分别通过电容C100和电容C101接地；芯片N13的22脚通过电阻R82接3.3V电源，芯片N13的23脚通过三极管VT11的集电极、发射极与电阻R85相接后接3.3V电源，电阻R85与三极管VT11的基极连接后通过电阻R86连接三极管N14的集电极，再通过三极管N14的基极与所述的控制芯片N5的11脚连接，三极管N14的发射极接地，芯片N13的3脚通过电阻R83电阻R84与控制芯片N5的15脚连接，电阻R83电阻R84通过电容C102接地，芯片N13的8脚和9脚连接后通过电阻R79和电感L17与芯片N13的11脚连接，连接后接ANT-GPS有源天线，然后接地，芯片N13的7脚、10脚、12脚、13脚、14脚和24脚接地。