CN2261656Y - 利用数字选择性呼叫技术的船舶跟踪系统岸基询呼器 - Google Patents

Abstract

利用数字选择性呼叫技术的船舶跟踪系统岸基询呼器，涉及应用DSC技术于船舶跟踪系统的装置。调制电路输入端接DSC数据处理电路(1)的I/O口，解调电路输入端外接，输出端接电路(1)的I/O口。控制逻辑电路的输入端接电路(1)的I/O口，控制逻辑电路的控制输出端接调制电路的受控端，FSK解调参数选择信号输出端按解调电路的FSK解调参数选择控制端。可作为岸基航行数据处理终端，组成利用DSC技术的船舶跟踪系统。

Description

利用数字选择性呼叫技术的船舶跟踪系统岸基询呼器

本实用新型涉及一种应用数字选择性呼叫(DSC)技术于船舶跟踪系统的装置，特别是有关该系统的岸基分系统的航行数据处理终端及其与船载分系统的航行数据处理终端的通信协议。

目前已知的船舶跟踪系统是由中心站(岸基分系统)和移动站(船载分系统)构成。其中，中心站主要包括中心计算机、岸基航行数据处理终端和岸基无线电收发信机；移动站主要包括船载定位仪、船载航行数据处理终端和船载无线电收发信机。其功能是

1)船载航行数据处理终端采集船载定位仪输出的船舶动态数据，按一定的通信协议编码和调制，并通过船载无线电收发信机向中心站传送；

2)中心站的岸基无线电收发信机将收到的航行数据报文传送给岸基航行数据处理终端进行解调、译码等预处理，之后传送给中心计算机，完成本显示、图形显示、打印、生成船舶动态信息数据库等。

在上述系统的船载分系统(移动站)中，尽管船载定位仪和船载无线电收发信机是船舶电台额定配备的设备，但船载航行数据处理终端是系统开发者自行研制的设备，其实现方案、技术指标以及数据转换和通信的协议均由开发者制订。因此，已知的各类船舶跟踪系统之间各成体制，指标不一，兼容性差，造成推广困难。此外，系统为各受管船加装船载航行数据处理终端，，不仅给船东增加了设备费和安装工程费等经济负担，还降低了系统的可靠度。

数字选择性呼叫技术(DSC)是数字通信技术和微处理器技术的结合，它具有一定的“智能”，可自动识别各种目的的呼叫并作出相应的响应；通过连接定位仪的接口，可方便获得船舶的航行信息；多种检错和纠错方式所提供的抗干扰能力使之特别适合海上移动通信；更由于DSC船载设备是GMDSS船舶电台必备的核心设备。显然，将数字选择性呼叫技术应用于船舶动态跟踪领域是很合适的。

本实用新型的目在于提供一种利用数字选择性呼叫技术的船舶跟踪系统岸基询呼器，它可作为岸基航行数据处理终端，其通信协议与船载DSC终端所采用的通信协议相一致，均符合CCIR有关建议的规定，因而能与船载DSC终端建立通信交换信息，以构成利用DSC技术的船舶跟踪系统。

本实用新型设有DSC数据处理电路，DSC数据处理电路的通信口外接PC机。设有调制电路，调制电路的信号输入端接DSC数据处理电路I/O口数据信号输出端，调制电路的信号输出端外接发信机音频输入口。设有解调电路，解调电路的信号输入端外接收信机的音频输出口，解调电路的信号输出端接DSC数据处理电路的I/O口的数据信号输入端。设有控制逻辑电路，控制逻辑电路的输入端接DSC数据处理电路I/O口的控制信号输出端，控制逻辑电路的调制控制输出端接调制电路的受控端，控制逻辑电路的解调控制输出端接解调电路的受控端，控制逻辑电路的收发信控制输出端外接收发信机的受控端。

DSC数据处理单电路由单片机或中央处理器(CPU)及其外围器件组成，其主要功能是

1)接受来自PC机的询呼指令和询呼信息，将询呼信息按DSC格式进行编码，生成询呼报文，并将此报文按规定速率发送给调制器进行调制；

2)从解调电路接受经解调处理的由船载DSC终端发来的DSC报文，将此报文译码，生成包括船舶所在位置经纬度及定位时间在内的可供PC机使用的数据，传送给PC机。

调制电路和解调电路用于实现频移键控(FSK)方式的调制和解调。

调制电路接受来自DSC数据处理电路的询呼报文数据信号，对此信号作FSK调制之后，送到发信机进行发射。

解调电路接受来自收信机的包含有船舶应答的DSC报文信息的FSK信号，将此信号解调为TTL电平信号之后，送入DSC数据处理电路进行译码。

控制逻辑电路用于1)选定合适的调制电路和解调电路，以及与它们相连的收发信机；2)对收发信机的工作状态作必要的控制。控制逻辑电路的功能包括控制逻辑的产生和控制的执行。

实时的船舶动态跟踪技术是当前航海科研的热点，已知诸多的系统或方案中，绝大部分都必须给受跟踪的船舶加装自行研制的通信终端及其导航数据接口，不仅给船东增加了设备费和安装工程费等经济负担，还降低了系统的可靠度，更大的问题还在于由于各成体制，指标不一，通用性受影响，造成推广困难。本实用新型有利于构成利用DSC技术的船舶跟踪系统，实现对海上船舶群船位的动态跟踪管理，其通信协议和信号特征符合CCIR建议493-4的规定，并能升级与新的有关建议相兼容，以下以符合CCIR建议493-4格式的询呼报文为例对系统的通信协议和信号特征作一介绍。

1.询呼报文的典型格式

询呼报文为一具有比特同步(200BITS点图)和帧同步(定相)前置结构，并以差错检验符结尾的数据包，信息编码采用十单元水平一致检错码。符合CCIR建议493-3的询呼报文典型格式具有如下表的信息内容。

    格  式    地址    类别   自识别  遥指令  电  文    结束符岸基    对电台    船台    船舶    岸台    船位    无        要求呼叫    呼  叫    MMSI    安全    MMSI    报告    信息      应答船台    对电台    岸台    船舶    船台    船位    经纬度    应答应答    呼  叫    MMSI    安全    MMSI    报告    时  间    确认

2.发射种类、频移、波特率

在MF和HF信道上，采用J2B发射种类，调制副载波中心频率为1700Hz，频移170Hz(±85Hz)，波特率100Bd，是相位连续的频移键控(CP-FSK)。

在VHF信道上，采用G2B发射种类，调制副载波中心频率为1700Hz，频移800Hz(±400Hz)，波特率1200Bd，对副载波有6dB/倍频程的预加重，调制系数2.0±10％。

3.报文传输

除点图及定相信息外，所有报文数据都以时间分集方式发射两次(间隔四个字符单元)，以此实现前向纠错(FEC)。对于HF和MF信道，时分间隔为400ms；对于VHF信道，时分间隔为33.33ms。

4.系统的跟踪监测范围

通信的信道条件是决定船舶跟踪系统监测范围的最重要的因素。

在DSC船舶跟踪系统可使用的VHF、MF、HF三个通信频段中，VHF信道条件可满足对近程海区(30海里范围)的可靠覆盖；MF信道条件可满足对中程海区(150海里范围)的可靠覆盖。

对于分布在(150海里范围之外)远程海区中不同地理位置的船舶则可选择适当的HF频率进行询呼。

HF信道是典型的衰落信道，因而会影响远程覆盖的可靠性，必须采取相应的差错控制技术来改善通信效果。在DSC船舶跟踪系统中，询呼和应答通信的报文均采用符合CCIR建议的DSC格式，因而本身就具有了“水平一致检校”、“垂直群检校”、“二重时间分集”等多种检错和纠错手段。理论与实践均已证明，DSC技术是目前应用于海上移动通信的误码率最低的一种数据通信技术，可以获得较好的传输效果。

为进一步提高在HF频段上远程询呼的可靠度，在特殊情况下，还可执行连续多次的询呼。这种连续的询呼可以在同一频率上进行，也可布在几个不同的频率上，即所谓的“单频呼叫尝试”和“多频呼叫尝试”。CCIR所进行的试验表明：采用“单频呼叫尝试”或“多频呼叫尝试”可以将HF频段上的远程无差错接收概率提高到90％以上。

图1为本实用新型的组成框图。

图2为本实用新型的一种实用DSC数据处理电路原理图。

图3为本实用新型的一种实用调制电路、解调电路和控制逻辑电路原理图。

如图1所示，DSC数据处理电路(1)的通信口外接PC机，从PC机接收初始询呼与控制信息，DSC数据处理电路(1)的I/O口数据信号输出端接调制电路(2)的信号输入端，调制电路(2)的信号输出端外接发信机的音频输入口。解调电路(3)的信号输入端外接收信机的音频输出口，解调电路(3)的信号输出端接DSC数据处理电路(1)的I/O口数据信号输入端。DSC数据处理电路(1)对接收信号作DSC译码之后，经其外接PC机的通信口输出给PC机。DSC数据处理电路(1)的控制信号输出端接控制逻辑电路(4)的输入端，控制逻辑电路(4)的调制控制输出端接调制电路(2)的受控端，控制逻辑电路(4)的解调控制输出端接解调电路(3)的受控端。

如图2所示，由U₁(8098单片机)承担数据处理任务，通过地址总线、数据总线与译码器U₂(74LS138)、锁存器U₃、U₄(74LS373)、EPROM U₅(2764)、RAM U₆(6264)、反相驱动器U₇(7406)，以及石英晶体OSC₁(6MHz)等连接，分别实现地址译码、地址总线锁存、程序存储、数据暂存、8098复位和系统时钟等功能，其中U₇和S₁构成系统复位电路。U₁的引脚17～32(A₁₅～A₈，AD₇～AD₀)是数据/地址复用总线，U₁的引脚25～32直接作为8位的数据总线，与程序存储器U₅(EPROM 2764)和数据存储器U₆(RAM 6264)的数据总线相连。为了分离出地址总线，将U₁的引脚17～24与锁存器U₃(74LS373)的输入端相连，将引脚25～32与锁存器U₄(74LS373)的输入端相连，将引脚34(地址锁存信号ALE)与U₃和U₄的锁存控制端引脚11相连；U₃和U₄在ALE信号的控制下，分别分离出地址总线的高8位和低8位，并加以锁存。经分离出来的16位地址总线中，低13位(A₁₂～A₀)与U₅和U₆的地址总线相连，作为U₅和U₆的寻址信号；最高的3位(A₁₅～A₁₃)则与地址译码器U₂(74LS138)的输入端(引脚3～1)相连，地址译码器的输出经U₂的引脚13、14分别与U₅的引脚20和U₆的引脚20相连，作为U₅和U₆的片选信号。

U₁的引脚33( RD端)与U₅的引脚22( OE端)相连，作为U₅和U₆的“读出”控制信号，U₁的引脚14( WR端)与U₆的引脚27( WE端)相连，作为U₆的“写入”控制信号。

U₁具有串行通信的功能，其引脚1和引脚2分别作为数据接收端(RXD)和数据发送端(TXD)，从而构成串行通信口，信号电平为TTL电平。

PC机串行通信口发送端经CZ1的引脚3接EIA-TTL电平转换器U₉(1489)，将数据信号的EIA电平转换为TTL电平，送入U₁的引脚1。

U₁引脚2发送的TTL电平的信号经TTL-EIA电平转换器U₈(1488)转换为EIA电平后，经CZ1的引脚1送往PC机串行通信口的接收端，实现与PC机交换数据和控制信息的功能。U₁的高速I/O口的HSO0引脚、HSI0引脚和HSO1、HSO2引脚分别经连接器CZ2与调制电路、解调电路和控制逻辑电路连接，其中通过HSO0引脚将DSC询呼报文传送给调制电路，经调制后送发信机执行对船舶的询呼；通过HSI0引脚读入经解调的DSC应答报文；通过HSO1、HSO2引脚发送用于控制调制电路、解调电路和通信设备的控制信号。开关S₁、电容C₃、电阻R₁、R₂、R₃以及反相器U₇：A和U₇：B(7406)组成的复位电路与U₁的引脚48(Reset端)相连。电容C₁、C₂和6MHz晶体组成的振荡电路与U₁的引脚35、36相连。

图3中，U₁₁(XR2206)和U₁₂(XR2211)及其外围元件分别构成中心频率为1700Hz，频移±85Hz的调制电路和解调电路，U₁₁的引脚9经连接器CZ2与DSC数据处理电路U₁的HSO0引脚连接，将DSC数据处理电路发出的DSC报文数据经CZ2输入到U₁₁的引脚9作为FSK调制的键控信号，U₁₁的引脚2(FSK信号从U₁₁的引脚2输出)接双向模拟开关U₁₃：A的第2脚，双向模拟开关U₁₃：A的第1脚接隔离变压器T₁，T₁的输出端经连接器CZ3接MF/HF发信机。另外，CT1作为定时电容，RT1、RT2为定时电阻，R₄、R₅、R₁₉和C₁₃用于调整FSK信号的幅值，R₆、R₇用于调整FSK信号的波型。

从MF/HF收信机返回的包含船舶应答的DSC信息的FSK信号经连接器CZ3和隔离变压器T₂输入到U₁₂的引脚2，U₁₂的引脚7接双向模拟开关U₁₃：C的第4脚，双向模拟开关U₁₃：C的第3脚接CZ2，解调所得的数据经U₁₃：C和CZ2送给DSC数据处理电路。另外，CT2用作FSK载波的定时电容，RT3用作定时电阻，R₈、R₉分别作为U₁₂内部FSK比较器的正反馈电阻和输入电阻，R₁₁作为U₁₂内部FSK比较器输出端的上拉电阻，R₁₀用于设定U₁₂内部锁相环的带宽，C₇用于设定U₁₂内部锁相环的阻尼系数，C₆用于设定FSK的数据传输速率。

集成电路U₁₅(SC3101)等电路给出与VHF收/发信机相连的调制电路和解调电路，它具有调制和解调两重功能。从DSC数据处理电路送出的数据信号经连接器CZ2的引脚2引入调制和解调单元，作为调制键控信号连接到U₁₅的引脚14，调制好的FSK信号从U₁₅的引脚8送出，通过模拟双向电子开关U₃：B(4066)、耦合电容C₁₀、匹配电阻R₁₇和1∶1的音频隔离变压器T₃，在连接器CZ1的输出端口上的引脚AF/SND处，与VHF发信机的音频输入端相连。从VHF收信机的音频输出端送出的等待解调的FSK信号由连接器CZ1的输出端口上的引脚AF/RCV处引入调制与解调单元，经1∶1音频隔离变压器T₄、匹配电阻R₁₄、耦合电容C₉连接到U₁₅的引脚4，解调后所得到的数据信号从U₁₅的引脚8送出，通过模拟双向电子开关U₃：D(4066)以及连接器CZ2的引脚1送往DSC数据处理电路。另外，石英晶体OSC2(4.4346MHz)用作U₁₅的基准时钟，电位器P₁用于调节载波检测门限，电位器P₂用于接收信号的偏压调整。

控制逻辑电路用于选定合适的调制电路和解调电路，以及与之相连的收/发信机，并且对收/发信机作必要的控制，其功能包括控制逻辑的产生和控制的执行。其中控制逻辑的产生由反相器U₁₄(7406)以及二极管D₁～D₄完成；模拟双向电子开关U₁₃(4066)以及光耦合固态继电器O₁、O₂则作为控制执行元件。

连接器CZ2的引脚3、4将来自DSC数据处理单元的控制命令引入调制和解调单元，经控制逻辑电路的译码后，进一步通过U₁₃和光耦合固态继电器O₁、O₂执行各种具体控制。

Claims (3)

1.利用数字选择性呼叫技术的船舶跟踪系统岸基询呼器，其特征在于

1)设有DSC数据处理电路，DSC数据处理电路的通信口外接PC机；

2)设有调制电路，调制电路的信号输入端接DSC数据处理电路的I/O口数据信号输出端，调制电路的信号输出端外接发信机音频输入口；

3)设有解调电路，解调电路的信号输入端外接接收机音频输出口，解调电路的信号输出端接DSC数据处理电路的I/O口数据信号输入端；

4)设有控制逻辑电路，控制逻辑电路的输入端接DSC数据处理电路的I/O口控制信号输出端，控制逻辑电路调制控制输出端接调制电路的受控端，控制逻辑电路的解调控制输出端接解调电路的受控端，控制逻辑电路的收发信控制输出端接收发信机的受控端。

2.如权利要求1所述的利用数字选择性呼叫技术的船舶跟踪系统岸基询呼器，其特征在于

1)DSC数据处理电路由单片机经地址总线、数据总线与译码器、锁存器、EPROM、RAM、反相驱动器以及石英晶体连接，单片机的串行口发送端接TTL-EIA电平转换器的输入端，TTL-EIA电平转换器的输出端经连接器外接PC机的串行通信电缆；由PC机串行口发送端经连接器接EIA-TTL电平转换器的输入端，EIA-TTL电平转换器的输出端接单片机串行口的接收端；单片机的高速I/O口的HSO0引脚接调制电路的询呼报文输入端，HSIO引脚接解调电路的应答报文输出端，HSO1、HSO2引脚接控制逻辑电路的输入端；

2)调制电路的询呼报文输入端接DSC数据处理电路单片机的高速I/O口的DSC报文数据输出端，调制电路的FSK调制的键控信号输出端接双向模拟开关的一端，双向模拟开关的另一端接隔离变压器的输入端，隔离变压器的输出端经连接器外接MF/HF或VHF发信机；

3)解调电路的输入端接隔离变压器的输出端，隔离变压器的输入端接连接器，连接器外接MF/HF或VHF收信机的船舶应答的DSC信息的FSK信号输出端，解调电路的TTL电平的DSC数据信号输出端接双向模拟开关的一端，双向模拟开关的另一端经连接器接DSC据处理电路单片机的高速I/O口的HSI0引脚；

4)门电路组成的控制逻辑电路的控制信号输入端经连接器接DSC数据处理电路单片机的高速I/O口的HSO1、HSO2引脚，控制逻辑电路的FSK解调参数选择信号输出端接双向模拟开关的控制端，双向模拟开关的另一端接解调电路的FSK解调参数选择控制端，控制逻辑电路的控制信号选择输出端接双向模拟开关的一端，双向模拟开关的另一端接调制电路的控制信号输入端。

3.如权利要求2所述的利用数字选择性呼叫技术的船舶跟踪系统岸基询呼器，其特征在于DSC数据处理电路的单片机(8098)的引脚17～32为数据/地址复用总线，引脚25～32为8位数据总线，与程序存储器和数据存储器的数据总线相接，引脚17～24和25～32分别与锁存器的输入端相接，引脚34分别与锁存器的锁存控制端相接；锁存器的16位地址总线的低13位与EPROM和RAM的地址总线相连，作为EPROM和RAM的寻址信号，最高的3位与地址译码器的输入端相连，地址译码器的输出端分别与EPROM的 CE端和RAM的 CS1端相连，作为EPROM和RAM的片选信号，单片机的 RD端与EPROM的 DE端相连，作为EPROM和RAM的“读出”控制信号，单片机的 WR端与RAM的 WE端相连，作为RAM的“写入”控制信号；单片机的Reset端与复位电路的输出端相连，XTAL1和XTAL2端与晶振电路的输出端相连。

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