工作在VHF频段的AIS船舶自动识别系统

海上航行中，船舶之间常常需要掌握彼此之间的动、静态消息，避免船舶在航行过程中发生碰撞事故。因此实现船舶的自动识别是海上航行安全、海上交通管理和航海技术发展的重要问题。

一、AIS简介    

船舶自动识别系统（AIS）作为一种新型的助航设备，安装了AIS的船舶能够在不需要船舶驾驶员介入的情况下，周期性的在海上通过VHF频道自动广播船舶的运动信息，如经纬度、航速、航向等和静态信息如海上移动业务标识MMSI码、船名、呼号等。

其他船只要安装了AIS设备就可以自动接收这些船舶信息并显示，方便过往船只提前规划航道，避免发生碰撞。下面用一个图来描述AIS在航行中的作用。

AIS网络包括岸基AIS、船载AIS、星载AIS，根据AIS的不通应用，可将AIS分为移动站和固定站两大类。

其中，移动站包括：

1. 完全符合规范的通用船载类AIS（A类AIS）

2. 不完全符合规范的船载类AIS（B类AIS）

3. 装备在搜救的飞机上，协助开展搜救的AIS；

4. 装备在航标上，作为一个虚拟航标的AIS。

固定站包括：

1. AIS基站，是组建AIS网络的关键部分

2. AIS单工转发器

3. AIS双工转发器

二、船载A类型AIS和B类AIS    

目前，船载AIS设备分为A类AIS和B类AIS两种类型，A类AIS采用SOTDMA（自组织时分多址）接入方式，根据IMO规定，所有300吨及以上的国际航行船舶和500吨及以上的非国际航行的货船应配备A类AIS。

B类AIS是安装在中小型船舶上的，主要釆用CSTDMA和SOTDMA两种协议接入方式，其优点是配置简单，价格低廉。A类与类的不同之处主要体现在以下几方面，如通信协议、报文格式、报文更新速率和静态电文等。

A类AIS	接收与发射AIS信息
	安装在符合IMO AIS运输规定下的船只
	超过300吨的国际航线商用船只强制安装A级AIS
B类AIS	接收与发射AIS信息
	IMO未强制规范必须安装AIS的船只
	适用于休闲用途的船只，用于提高海上航行安装

 

三、AIS通信过程    

AIS工作频段在航海VHF频段，国际电信联盟1997年无线电大会指定了161.975MHz(87B频道)和162.025MHz(88B频道)两个VHF频率作为AIS频道。

系统采用两个TDMA接收机分别在这两个信道上同时接受信息，并通过一个TDMA发射机在这两个信道上交替发射信息(此处可以理解为两收一发，收信道分别接受两个频点信息，发信道通过两个频点交替发送AIS信息)。

就完成通信而言，一个无线电通信频道已经足够了，但是为了防止干扰和转换频道时造成的通信损失，每个AIS站均同时在两个频道进行收发。

AIS采用VHF频段，其通信覆盖距离与其他VHF设备一样，都是电波直线传播，天线的高度决定通信传播距离，在海上通常为20海里左右。在地面障碍物不高的情况下，视距上能看到AIS站的情况下，可以借助中继站，扩大通信范围。

四、AIS信息内容    

ITU-RM.1371-4*标准中规定了AIS有27种不同类型的消息报文，分别发挥着不同作用从功能角度分，可以分为四种消息类型：静态信息、动态信息、航行信息、安全相关的短电文。

不同类型的信息广播频率都不一样。AIS动态信息由于需要及时更新，以避免发生事故，器更新率一般较高，而航行信息与静态信息在航行中一般变化较小，则其更新率较低；安全相关信息一般在需要时才会对外发布。

1.静态信息

• IMO：识别编码

• MMSI：海上移动业务识别码（船舶全球唯一识别码）

• 呼号和船名

• 船长、船宽及船舶类型

• 定位仪天线在船上的位置

• 船吃水深度

• 装载货物信息

2.动态消息

• 船的经纬度

• UTC时间（GPS接收机设备产生）

• 真航向

• 对地航速

• 航向状态（例如抛锚等，人工输入）

• 转向速率

• 船舶横倾角（基本电文中无该数据）

• 纵、横摇  （基本电文中无该数据）

3.航行相关信息

• 航行目的地

• 预计到达时间

• 船只位置

• 世界标准时间

4. 与安全有关的短消息

• 基于安全因素向周围发布的安全信息

五、AIS工作模式    

A类AIS的工作模式有三种：

1. 自主模式：该模式为船舶默认的工作态，可以在所有海域使用

2. 分配模式：由沿岸管理部门控制

3. 轮询模式：当响应其他船舶或基站的呼叫时，使用轮询模式。

通常情况下，船载AIS工作在自主模式下，以下是自主模式工作时的消息发送标准：

静态信息：6min以内或则接收到发送消息时

动态消息：根据航速不同，发送的时间间隔也不同，具体报告间隔如下表

 

船舶航行状态(船速)	报告间隔
停泊（抛锚）	3min
船速0-14节	12s
船速0-14节且改变航向	4s
船速14-23节	6s
船速14-23节且改变航向	2s
船速>23节	3s
船速>23节且改变航向	2s

 

六、AIS的通信协议    

AIS系统采用的TDMA通信协议，系统运行时不停的检测TDMA信道的活动状态，根据信道的占用情况预约本台的发射时隙。进入TDMA网络的AIS设备一般采用自组织的时分多址（SOTDMA）协议进行工作，采用这个方式传输的AIS设备可以自主解决发射冲突，自主接收其他台站的信息。

在AIS网络中，一帧60s被分为2250个时隙，每个时隙长度为26.67ms,每个时隙可以发送一条256bit的信息，当信息长度大于256bit时，将占用2个或多个时隙。理论上在同一区域能同时容纳200-300艘船舶信息，当船只数大于系统容量时，远距离的目标就会被忽略，以此保证AIS系统对近距离目标的优先权。

七、航海技术中AIS的应用    

如果将AIS显示的信息单独的显示在一个设备上，会造成显示设备过多，从而分散船员的注意力，最有效的方式是将AIS数据与雷达或ECDIS集成起来，从多个来源获得不通信息。

随着电子航海地图的发展，把AIS信息叠加显示到电子海图上，进行综合显示，对于AIS综合信息显示系统，首先要能在电子地图上以矢量方式标注本船信息和船周围20海里内的目标船，并且能以位子的形式准确的显示本船的静态和动态信息。