CN106788668A - 一种船载北斗ais组合接收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种船载北斗AIS组合接收系统，该组合接收系统包括北斗单元、北斗天线、AIS单元、AIS天线、显控单元和电源单元，所述北斗天线连接在北斗单元，所述北斗单元分别与AIS单元和显控单元连接，所述AIS单元与显控单元连接，所述AIS天线连接在AIS单元，所述电源单元分别与北斗单元、AIS单元和显控单元连接。本发明的船载北斗AIS组合接收系统具有占用空间小、设备成本低以及在GPS信号不可用时能够正常工作的优点。

Description

一种船载北斗AIS组合接收系统
技术领域
本发明涉及船舶导航及安全领域，尤其是涉及一种船载北斗AIS组合接收系统。
背景技术
北斗卫星导航定位系统是由我国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，是全球四大卫星导航系统之一，北斗卫星导航系统具有导航、定位、授时和通信四大功能，北斗导航系统广泛应用在国防安全、交通运输、海洋渔业、安全生产、减灾救灾、测绘、电信和大众消费等领域。雷达是传统导航设备，用来定位、避碰和导航。
自动识别系统(Automatie Identifieation system AIS)，是一种利用现代通信和信息技术对周围船舶进行识别和对其运动状态进行跟踪的系统。该技术最早出现在20世纪90年代，由发达国家率先发起，以信息技术为先导，以多门类高科技为支柱，在后来的发展中，由于几个国际组织的积极参与，特别是国际海事组织(IMO)、国际航标协会(IALA)和国际电信联盟(ITU-R)的共同努力与协作，大力地促进了这项既保证航海安全又提高航运效益的新技术的发展，经过反复的调查研究和开发试验，制定了一系列国际法规和技术标准。目前此系统各项技术已经成熟，并在2008年7月1日己全面实施。
目前，船载全球卫星导航接收机与AIS接收机独立工作，而且位置与时间是AIS接收机必需信息。现阶段船载AIS接收机均由GPS获得位置及时间信息，GPS是美国为陆海空三大领域提供的实时、全天候和全球性的导航定位，它除了进行导航定位服务外，还用于情报收集、核爆监控和应急通讯等一些军事用途。但是，在特殊情况下，GPS信号不可用导致AIS接收机的功能无法实现，从而影响使用；同时AIS接收机和GPS导航系统均为单独的设备，不仅占用较大的空间，同时设备的成本也比较高。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种船载北斗AIS组合接收系统，不仅能够在GPS信号不可用时为船舶提供AIS自动识别、北斗卫星导航定位以及高精度电子海图显示功能，同时能实现船舶识别避碰、信息交换、船舶定位、船舶导航和航线规划等功能，而且设备的占用体积小且设备成本较低。
为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
一种船载北斗AIS组合接收系统，该组合接收系统包括北斗单元、北斗天线、AIS单元、AIS天线、显控单元和电源单元，所述北斗天线连接在北斗单元，所述北斗单元分别与AIS单元和显控单元连接，所述AIS单元与显控单元连接，所述AIS天线连接在AIS单元，所述电源单元分别与北斗单元、AIS单元和显控单元连接；
所述北斗单元包括射频通道模块和基带处理模块，所述射频通道模块将北斗天线输送至的射频信号做频率转换后输出至基带处理模块，所述基带处理模块对频率转换后的信号进行接收、跟踪、测量和定位并将最终定位结果分别输送至显控单元和AIS单元；
所述AIS单元包括VHF接收模块、VHF发射模块和微处理器模块，所述VHF接收模块将VHF信号转换成低频信号，并将低频信号采样和解调成数字信号，同时对数字信号进行解析，所述VHF发射模块将显控单元输送至的VDM报文信号做调制、功率放大和带通滤波处理，在2个独立预设频道上交替进行TDMA发射，所述微处理器模块协调VHF接收模块和基带处理模块之间、VHF发射模块和基带处理模块之间的数据交换；
所述显控单元包括显示器、键盘和显控模块，所述显控模块包括核心处理器和底板，在所述底板上设有若干功能接口，所述显控模块通过所述功能接口分别与电源单元、北斗单元、AIS单元、显示器和键盘连接。
在上述的本发明一种船载北斗AIS组合接收系统中，所述北斗天线输送至射频通道模块的射频信号包括BD2 B1、GPS L1和GLONASS R1三个频点的信号。
在上述的本发明一种船载北斗AIS组合接收系统中，所述射频通道模块输出到基带处理模块的信号为中频信号，所述中频信号的频率范围为46.42±1.023MHz。
在上述的本发明一种船载北斗AIS组合接收系统中，VHF发射模块包括VHF发射机、GMSK调制器、放大器和滤波器，所述GMSK调制器将微处理器模块输送至的基带信号调制到载波，调制完毕的载波信号输送至放大器做信号放大处理，再经滤波器滤波后通过VHF发射机发送至AIS天线。
在上述的本发明一种船载北斗AIS组合接收系统中，VHF接收模块包括两个独立通道，所述的两个独立通道分别两个预设频道的上独立运行，每个通道均包括VHF接收机、A/D转换器和GMSK解调器，所述A/D转换器与VHF接收机连接，所述GMSK解调器与A/D转换器连接，所述微处理器模块与GMSK解调器连接，所述VHF接收机将AIS天线接收的信号经过频率转换后输送至A/D转换器，所述A/D转换器将VHF接收机输送至的基带信号以9600bps的速率输出至GMSK解调器，所述的基带信号数据按bit依次串行进入GMSK解调器，所述GMSK解调器将A/D转换器输送至的基带信号经滤波成形后得到的数据通过atan（）函数求角度，然后差分求得频率，低通滤波后，再通过位同步和帧同步进行同步处理，依次以9600bps的速率将解调结果通过微处理器模块输出至显控单元。
进一步地，所述VHF接收机进行频率转换的方式包括滤波、低噪声放大和解调。
在上述的本发明一种船载北斗AIS组合接收系统中，所述预设频道的运行带宽为12.5kHz/25kHz，其中一个预设频道频率为161.975MHz，另一个预设频道频率为162.025MHz。
在上述的本发明一种船载北斗AIS组合接收系统中，所述显控模块包括北斗定位功能监测模块、AIS接收功能监测模块和AIS发射功能监测模块。
在上述的本发明一种船载北斗AIS组合接收系统中，所述电源单元向显控单元和AIS单元的供电电压为12V，所述电源单元向北斗单元的供电电压为3.3V。
在上述的本发明一种船载北斗AIS组合接收系统中，在所述显控模块上连接有蜂鸣器。
基于上述技术方案，相比于现有技术本发明具有以下优点：
一、本发明船载北斗AIS组合接收系统的独特结构，使得设备的占用空间大大减小，同时节省了设备成本。
二、本发明船载北斗AIS组合接收系统，由于使用了北斗系统替代了GPS系统，使得在GPS信号不可用时，仍然能够正常实现运转，具有较高的系统稳定性。
三、本发明船载北斗AIS组合接收系统的显控单元，能够实现多种功能：通过通用端口（RS232/422异步端口）与外部设备通信功能；通过LED显示屏显示功能；通过键盘支持信息输入功能；定位信息显示功能；卫星状态显示功能；航路规划，航行状态显示功能；船舶自动识别功能；目标靠近报警功能；目标船信息显示功能；海图显示功能；主机各模块功能监测功能包括北斗定位功能模块监测、AIS接收功能监测和AIS发射功能监测。
附图说明
图1是本发明船载北斗AIS组合接收系统的组成示意图。
图2是本发明船载北斗AIS组合接收系统中北斗单元工作流程图。
图3是本发明船载北斗AIS组合接收系统中AIS单元工作流程图。
图4是本发明船载北斗AIS组合接收系统中显控单元工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例来对本发明船载北斗AIS组合接收系统做进一步地详细阐述，以求更为清楚明了地理解其结构类型和使用方式，但不能以此来限定本发明的保护范围。
如图1所示，本发明是一种船载北斗AIS组合接收系统，该组合接收系统包括北斗单元1、北斗天线2、AIS单元3、AIS天线4、显控单元5和电源单元6。所述北斗天线2连接在北斗单元1，所述北斗单元1分别与AIS单元3和显控单元5连接，所述AIS单元3与显控单元5连接，所述AIS天线4连接在AIS单元3，所述电源单元6分别与北斗单元1、AIS单元3和显控单元5连接，所述电源单元6向显控单元5和AIS单元3的供电电压为12V，所述电源单元6向北斗单元1的供电电压为3.3V。
如图2所示，所述北斗单元1包括射频通道模块7和基带处理模块8，所述射频通道模块7和基带处理模块8均与电源单元6连接，所述射频通道模块7将北斗天线2输送至的射频信号做频率转换后输出至基带处理模块8，频率转换的方式包括滤波、低噪声放大和解调，同时射频信号向显控单元输出其内部的PLL锁定指示信号，用来判断通道工作状态，实现北斗单元1状态检测，所述北斗天线2输送至射频通道模块7的射频信号包括BD2 B1、GPSL1和GLONASS R1三个频点的信号，所述射频通道模块7输出到基带处理模块8的信号为中频信号，所述中频信号的频率范围为46.42±1.023MHz，所述基带处理模块8对频率转换后的信号进行接收、跟踪、测量和定位并将最终定位结果分别输送至显控单元5和AIS单元3。
所述射频通道模块7包括低噪声放大器9、滤波装置10、射频集成电路11、系统芯片12和晶振13，所述低噪声放大器9、滤波装置10和射频集成电路11依次连接，射频集成电路11与系统芯片12相互连接，其中射频集成电路11向系统芯片12传输时钟信号和数据信号，系统芯片12向射频集成电路11传输控制信号，所述晶振13与射频集成电路11连接，所述射频通道模块7通过串口14与基带处理模块8相连接，所述射频通道模块7向外发射有秒脉冲15，在所述基带处理模块8上设有多个串口14，在所述北斗单元1上还设有复位键16和IO接口17。
如图3所示，所述AIS单元3包括VHF接收模块18、VHF发射模块19和微处理器模块20，所述VHF接收模块18将VHF信号转换成低频信号，并将低频信号采样和解调成数字信号，同时对数字信号进行解析，所述VHF发射模块19将显控单元5输送至的VDM报文信号做调制、功率放大和带通滤波处理，在两个独立预设频道上交替进行TDMA发射，所述预设频道的运行带宽为12.5kHz/25kHz，其中一个预设频道频率为161.975MHz，另一个预设频道频率为162.025MHz，所述微处理器模块20协调VHF接收模块18和基带处理模块8之间、VHF发射模块19和基带处理模块8之间的数据交换。
VHF发射模块19包括VHF发射机21、GMSK调制器22、放大器23和滤波器24，所述GMSK调制器22将微处理器模块20输送至的基带信号调制到载波，调制完毕的载波信号输送至放大器23做信号放大处理，再经滤波器24滤波后通过VHF发射机21发送至AIS天线4。
VHF接收模块18包括两个独立通道，所述的两个独立通道分别两个预设频道的上独立运行，每个独立通道均包括VHF接收机25、A/D转换器26和GMSK解调器27，所述A/D转换器26与VHF接收机25连接，所述GMSK解调器27与A/D转换器26连接，所述微处理器模块20通过与GMSK解调器27连接，所述微处理器模块20通过UART实现与北斗单元1、显控单元5、GMSK调制器22和GMSK解调器27之间的信息传输，所述VHF接收机2525将AIS天线4接收的信号经过频率转换后输送至A/D转换器26，所述VHF接收机25进行频率转换的方式包括滤波、低噪声放大和解调，所述A/D转换,26将VHF接收机25输送至的基带信号以9600bps的速率输出至GMSK解调器27，所述的基带信号数据按bit依次串行进入GMSK解调器27，所述GMSK解调器27将A/D转换器26输送至的基带信号经滤波成形后得到的数据通过atan（）函数求角度，然后差分求得频率，低通滤波后，再通过位同步和帧同步进行同步处理，依次以9600bps的速率将解调结果通过微处理器模块20输出至显控单元5。
如图4所示，所述显控单元5包括显示器28、键盘29和显控模块30，所述显控模块30包括核心处理器31和底板32，在所述底板32上设有若干功能接口，所述显控模块30通过所述功能接口分别与电源单元6、北斗单元1、AIS单元3、显示器28和键盘29连接，所述显控模块30包括北斗定位功能监测模块、AIS接收功能监测模块和AIS发射功能监测模块，在所述显控模块上连接有蜂鸣器33。
在所述底板32上扩充了多个通用端口（RS232/422异步端口），实现了与外部设备的通信功能；显控模块30与显示器28相连接，显示器28可以是LED显示屏，通过显控模块30向显示器28传输信号和供电，并利用嵌入式Linux系统在显示器28上显示；在底板32上设有USB接口并通过USB接口与键盘29连接，实现通过键盘29输入信息的功能；利用北斗单元1探测定位信息并将定位信息传输至显控模块30，显控模块30将定位信息传输至显示器28并在电子海图中加以显示；利用北斗单元1将卫星星历传输至显控模块30，显控模块30将卫星状态信息传输至显示器28并加以显示；通过北斗单元1传输至显控单元5的位置、航速以及航向的信息，结合电子海图在显示器28上显示航路规划和航行状态信息；通过AIS单元3接收其他船只的AIS报文信息，得到其他船只的动静态信息，从而实现船舶的自动识别，并能够在显示器28上显示接收到报文信息的其他船只状态；显控单元5结合AIS单元3传输至的其他船只信息以及北斗单元1传输至的本船信息，通过核心处理器31分析是否发出报警信息。
所述核心处理器31与电源单元6相连接，所述底板32上设有2*35双排插针34，在双排插针34上设有USB接口，所述键盘29通过USB接口连接在双排插针34上，所述双排插针34通过TFT接口转换为LVDS接口与显示器28相连接，所述蜂鸣器33连接在双排插针34上，在核心处理器31上还连接有512MB DDR2和2GB NandFlash，并与4路UART进行信息传输；所述双排插针34上还设有USB调试接口35、8GB SD卡36、RTC和100M网口37，同时扩展有四个RS422串口38。
毫无疑问，本发明船载北斗AIS组合接收系统除了上述实施例中讲述的类型和方式以外，还包括其他类似的结构组成方式和固定连接方式。总而言之，本发明船载北斗AIS组合接收系统还包括其他对于本领域技术人员显而易见的变换和替代。

Claims (10)

1.一种船载北斗AIS组合接收系统，其特征在于，该组合接收系统包括北斗单元、北斗天线、AIS单元、AIS天线、显控单元和电源单元，所述北斗天线连接在北斗单元，所述北斗单元分别与AIS单元和显控单元连接，所述AIS单元与显控单元连接，所述AIS天线连接在AIS单元，所述电源单元分别与北斗单元、AIS单元和显控单元连接；
所述北斗单元包括射频通道模块和基带处理模块，所述射频通道模块将北斗天线输送至的射频信号做频率转换后输出至基带处理模块，所述基带处理模块对频率转换后的信号进行接收、跟踪、测量和定位并将最终定位结果分别输送至显控单元和AIS单元；
所述AIS单元包括VHF接收模块、VHF发射模块和微处理器模块，所述VHF接收模块将VHF信号转换成低频信号，并将低频信号采样和解调成数字信号，同时对数字信号进行解析，所述VHF发射模块将显控单元输送至的VDM报文信号做调制、功率放大和带通滤波处理，在2个独立预设频道上交替进行TDMA发射，所述微处理器模块协调VHF接收模块和基带处理模块之间、VHF发射模块和基带处理模块之间的数据交换；
所述显控单元包括显示器、键盘和显控模块，所述显控模块包括核心处理器和底板，在所述底板上设有若干功能接口，所述显控模块通过所述功能接口分别与电源单元、北斗单元、AIS单元、显示器和键盘连接。
2.根据权利要求1所述的一种船载北斗AIS组合接收系统，其特征在于，所述北斗天线输送至射频通道模块的射频信号包括BD2 B1、GPS L1和GLONASS R1三个频点的信号。
3.根据权利要求1所述的一种船载北斗AIS组合接收系统，其特征在于，所述射频通道模块输出到基带处理模块的信号为中频信号，所述中频信号的频率范围为46.42±1.023MHz。
4.根据权利要求1所述的一种船载北斗AIS组合接收系统，其特征在于，VHF发射模块包括VHF发射机、GMSK调制器、放大器和滤波器，所述GMSK调制器将微处理器模块输送至的基带信号调制到载波，调制完毕的载波信号输送至放大器做信号放大处理，再经滤波器滤波后通过VHF发射机发送至AIS天线。
5.根据权利要求1所述的一种船载北斗AIS组合接收系统，其特征在于，VHF接收模块包括两个独立通道，所述的两个独立通道分别两个预设频道的上独立运行，每个通道均包括VHF接收机、A/D转换器和GMSK解调器，所述A/D转换器与VHF接收机连接，所述GMSK解调器与A/D转换器连接，所述微处理器模块与GMSK解调器连接，所述VHF接收机将AIS天线接收的信号经过频率转换后输送至A/D转换器，所述A/D转换器将VHF接收机输送至的基带信号以9600bps的速率输出至GMSK解调器，所述的基带信号数据按bit依次串行进入GMSK解调器，所述GMSK解调器将A/D转换器输送至的基带信号经滤波成形后得到的数据通过atan（）函数求角度，然后差分求得频率，低通滤波后，再通过位同步和帧同步进行同步处理，依次以9600bps的速率将解调结果通过微处理器模块输出至显控单元。
6.根据权利要求1或5所述的一种船载北斗AIS组合接收系统，其特征在于，所述频率转换的方式包括滤波、低噪声放大和解调。
7.根据权利要求1所述的一种船载北斗AIS组合接收系统，其特征在于，所述预设频道的运行带宽为12.5kHz/25kHz，其中一个预设频道频率为161.975MHz，另一个预设频道频率为162.025MHz。
8.根据权利要求1所述的一种船载北斗AIS组合接收系统，其特征在于，所述显控模块包括北斗定位功能监测模块、AIS接收功能监测模块和AIS发射功能监测模块。
9.根据权利要求1所述的一种船载北斗AIS组合接收系统，其特征在于，所述电源单元向显控单元和AIS单元的供电电压为12V，所述电源单元向北斗单元的供电电压为3.3V。
10.根据权利要求1所述的一种船载北斗AIS组合接收系统，其特征在于，在所述显控模块上连接有蜂鸣器。
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