船舶通信导航技术及发展趋势

华玮

【摘 要】船舶通信导航技术主要以船舶作为载体平台，以水上航行空间作为应用环境，全程服务于船舶所有航行操作任务，为船舶达到目的地服务。船舶通信导航技术涉及各种通信导航手段，例如航位推算、无线电信号发送接收、地图匹配、卫星定位、惯性解算等等，也包括它们之间的技术组合，实现了对船舶动态与位置的相关参数分析。本文分别探讨了船舶通信与导航技术，并分析了它的未来发展趋势。

【关键词】船舶通信技术；导航系统；发展趋势

船舶通信技术应用是导航技术实施的先导，而导航技术则保证通信技术达到船舶航行各种要求，客观讲两者技术是相辅相成，缺一不可的。应该对两种技术进行一一分析，然后再思考它们的未来发展趋势[1]。

一、船舶通信技术

船舶通信技术运用到了大量通信手段，主要实现了对信息的有效采集、处理、传输、交换与重现，它以船舶作为基本承载平台，相比于内陆通信技术有很大区别，主要应用于海洋船舶通信，它的具体技术特点包括以下以下3点。

第一，它的对外联络技术只通过无线通信进行，可实现无限远距离全球通信，或通过卫星与短波来实现通信。

第二，它的通信频段覆盖面积较广，所涉及设备多且整体系统内容相当复杂，而且由于受限于安装技术与使用环境，其天线包括其它设备全部通过高度集成形成。

第三，该技术并没有固定的基础设施依托，它的内外部通信与导航都能够自成一体。从应用领域来看，船舶通信技术是最早被应用于军事领域的，从上世纪50年代开始，该技术就被各个西方强国海军引入到水面舰艇中，应用于舰艇内外部集成技术领域。到了90年代，综合通信系统ICS出现，美国的“宙斯盾”驱逐舰就采用了这一通信技术系统。而在我国上世纪70年代，水面舰艇通信系统设计则完全采用了“单机单控”模式，但它的业务承载能力略显单一，且通信资源管控水平也相对偏低。但从整体来看，海军采用船舶通信技术引领了世界通信领域的发展，进入21世纪以后，该技术逐渐渗透到民用船舶通信领域，虽然军用与民用船舶通信系统在核心技术上基本相仿，但它所表现出的职能则完全不同[2]。

二、船舶导航技术

船舶导航技术主要为海上船舶提供航位推算、惯性解算、地图匹配、卫星定位以及无线电信号灯多种技术组合应用，帮助船舶本身确立载体动态状态与位置参数。

船舶导航技术主要应用到了航海功能软件，它可以进行航路监视，避免船舶偏航或穿越非安全区，如果一旦发生此类情况会对船舶发出警告指示，并附带一些其它应急措施。另外，就是航行记录，它能够全程记录船舶航行的所有相关数据，并自动生成航海日记，供船员随时需要随时提取使用。

再者，它的自动避碰功能软件与气象信息处理软件也很发达。在它的综合导航系统中，则主要提供高精度的船位、航向与航速数据测试，另外也对海洋气象与水深进行数据分析，为船舶航行安全提供数据保障。另外它的雷达图像与ARPA信息系统能够与电子海图重叠显示，可以测量从目标到本船的实际距离、方位，甚至包括对任意两点方位与距离的测量。而导航系统还能对船舶货物装载与船体稳定性、强度等等重要硬件参数进行计算和显示。

三、船舶通信导航技术发展趋势

（一）导航系统将向微型化、高精度方向发展

依据产品的一般性要求，各种惯导都会在可靠性、易用性、小型化、轻型化、低功耗、智能化、数字化等各个方面精益求精，最快最稳妥地将各基础领域的研究成果应用到惯导产品的开发中来。美军芯片级原子钟的体积将比传统原子钟缩小100倍，仅15cm3大小，功耗也将降低10倍，精度提高数个数量级。微尺度速率积分陀螺将取代目前惯导装置中的陀螺仪。导航级惯性微陀螺仪未来体积只有1cm3，功耗5mW，角随机游走每小时0.001°，漂移率每小时0.001°。芯片级组合原子导航仪将提供高精度的运动探测能力和快速启动能力，尺寸不超过20cm3，功率不超过1W，其性能远高于现有设备，具备優越的长期稳定性，启动时间大幅提高。

（二）通信网络向宽带化、数字化方向快速发展

一是无线通信向宽带化、数字化快速发展。宽带化、数字化一直是无线通信的发展重点。比如手机，从20世纪80年代的“大哥大”到现在的3G手机，体积越来越小，本事却越来越大，从打电话发展到高速上网、视频聊天，这正是宽带化、数字化带来的好处，下一代移动通信的带宽将更宽，业务将更丰富。二是光纤通信向高速率、远距离方向快速发展。重点是发展密集波分复用、光交换、新型光纤等技术，实现超高速率、超长中继距离通信。此外，未来随着纳米技术、高温超导技术、光路集成技术的发展成熟，以及生物计算机、量子信息等前沿高新技术的突破和应用，将可能引发现有通信技术格局的重大变革，通信发展也将产生质的、断代式的飞跃。

（三）船舶通信导航网络向一体化、综合化、智能化快速发展

一是推动不同手段、不同网络之间的互联互通、融合集成，实现网络功能综合化、智能化。例如电信网、广播电视网和互联网的“三网融合”，用户只需一条线路，就可以打电话、看电视和上网，还有，近年来新兴的物联网、云计算、大数据、智慧地球等技术，促使网络功能不断拓展深化。为了适应这一发展趋势，要重点发展宽带网络、高速数字接入网、自组织网、智能网和信息安全等技术。

二是将传统的惯导、卫导、天文、无线电、测深、测速、地理等信息单元的信息集合在一起，融合处理成高精度、高可靠、高适应性的导航和控制信息，直接链接到舰船操控环节、船舶监控网、作战指挥网，实现移动通信、导航、组合导航与数据船桥等一体化应用，使得船舶的智能化、灵活性、经济性和生存能力得到根本性的改善。

四、结语

本文介绍了船舶通信技术的技术内涵，并对军用舰船通信系统、民用船舶通信系统、船舶导航技术的发展现状进行了研究。最后，本文对船舶通信导航技术的发展趋势进行了探讨，一体化、智能化的综合通信导航网络将成为船舶通信导航技术的发展方向。

【参考文献】

[1]高志成，刘庆生.AIS设备在船舶避碰中的应用[C]//

中国航海学会海洋船舶驾驶专业委员会2003海上航行安全专题研讨会，2003：267-269.

[2]吴简彤，原金升，殷冬梅.GPS电子地图导航系统研究[J].导航，2000（1）：7-12.