2024年9月17日发(作者：机芳洲)

第１４卷　

第９期　

２０１４笠　

中　国水运　

ＶｏＩ．１４　

Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　

Ｎｏ．９　

２０１４　

９月　

Ｃｈ　ｉ　ｎａ　Ｗａｒｅｒ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　

基于北斗■代定位系统的ＡＩＳ航标终端设备研究　

于盈，孙亚龙　

（交通运输部北海航海保障中心大连航标处，辽宁大连１１６００１）　

摘　要：基于航海保障领域对中国北斗二代卫星导航系统和ＡＩＳ航标应用技术的迫切需求，重点研究了符合　

ＩＥＣ６２３２０—２标准要求的ＡＩＳ航标终端设备，该设备基于北斗二代定位系统，具有标准Ｉ型ＡＩＳ航标所有功能。该　

没备由北斗二代导航定位（兼容ＧＰＳ导航定位）模块和ＡＩＳ通信收发机组成，能够自动在ＡＩＳ信道上发送符合ＩＴｕ—Ｒ　

Ｍ．１３７１标准协议规定的２１号ＡＩＳ航标电文。基站接收后，能够发送到系统中心利用相应软件系统进行显示，其　

他船舶接收后能够直接在ＥＣＳ和ＡＩＳ显示终端上进行显示，可在雾天和夜间能见度不良情况下为船舶导航，可有　

效提高船舶航行安全。　

关键词：北斗二代；ＡＩＳ航标终端设备；软件控制系统　

中图分类号：Ｕ６６６　

引言　

文献标识码：Ａ　文章编号：１００６－７９７３（２０１４）０９－０１８２－０２　

一

、

系统总体框架图如图１所示。　

目前，国内ＡＩＳ航标已进入实际应用阶段，但多为基于　

ＧＰＳ的ＡＩＳ航标终端设备Ｉ】　】。随着北斗二代导航系统进入　

实际应用阶段【３Ｉ，研究和应用基于北斗二代导航技术的ＡＩＳ　

航标终端设备提到了中国各航海保障中心的计划日程。根据　

大连航标处航标管理现状，在重点满足航标监控基础上，利　

用我国自主研制的北斗定位导航系统获取航标位置数据，并　

２１号航标电文发　

送模块　

兼容ＧＰＳ系统，极大地提高了位置获取的有效性和可用性。　

提高航标监控的完好性。同时利用ＡＩＳ链路监测航标实时位　

置，使过往船舶可实时感知航标漂移，提高了船舶航行安全，　

且没有任何通信费用。　

研究的基于北斗二代导航系统的ＡＩＳ航标终端设备由北　

斗二代导航定位（兼容ＧＰＳ导航定位）模块和ＡＩＳ通信收　

一■■Ｉ　～＿一一　

能，其结构框图如图２所示。　

目标鼻■鼍量与　

墨蓐亿鼍置薯袭　

ｓ’霆　接收　

ｉ：　嫠接收　

图１　系统总体框架图　

２北斗二代／ＧＰＳ定位导航接收机的选择和控制研究　

北斗二代／ＧＰＳ定位导航接收机需要独立支持北斗二代　

定位数据和北斗／ｏＰＳ兼容的北斗二代定位数据，基于上述　

考虑，购置了多家北斗二代定位模块进行测试，并最终选定　

发机组成，能够自动在ＡＩＳ信道上发送符合ＩＴｕ—ＲＭ．１３７１　

标准协议规定的２　１号ＡＩＳ航标电文。基站接收后，能够发　

送到系统中心利用相应软件系统进行显示，其他船舶接收后　

能够直接在ＥＣＳ和ＡＩＳ显示终端上进行显示。　

在本文研究中，首先研究了ＡＩＳ航标终端设备总体框架；　

并对北斗二代／ＧＰＳ定位导航接收机的选择和控制进行了研　

究，设计了ＡＩＳ航标终端设备的硬件结构和软件控制系统，　

了一款。该北斗二代／ＧＰＳ模块支持高性能双模接收定位功　

一■　曩目■儡■一一量　

啸　

标终端地址　

。　

最终实现系统各项功能，并通过安装试用达到项目预期要求。　

二、基于北斗二代的ＡＩｓ设备系统研究　

Ｉ．总体框架研究　

矗　

显示分布圈　

．

帅｝＼　

。

幢嗣通信链藉上　

鲁节点参敷和杖志　

，｝　

启动报警监测　

卜　——监一ｌ　链路节　点状况｝＋　

．１一　

基于北斗二代的ＡＩＳ航标终端设备包括主控模块、北斗　

二代／ＧＰＳ兼容定位模块、ＡＩＳ核心处理芯片及ＡＩＳ发射和　

接受信道模块等。其中：主控模块负责接收来自外部的控制　

指令和配置信息；北斗二代／ＧＰＳ兼容定位模块负责提供基　

于北斗／ＧＰＳ的双模位置定位数据；ＡＩＳ核心芯片负责处理　

≥　

ＡＩＳ协议中的ＶＤＬ数据控制和收发管理；ＡＩＳ发射模块负责　

将数字信息调制到ＶＨＦ载频上进行发射；ＡＩＳ接收模块可以　

接收各种遥测信号，并进行特殊业务处理。　

收稿日期：２０１４－０６—１０　

图２北斗二代／ＧＰＳ模块机构框图　

作者简介：于盈（１９７９一），女，交通运输部北海航海保障中心大连航标处工程师。　

孙亚龙（１９６５一），男，交通运输部北海航海保障中心大连航标处助理工程师。　

第９期　于盈等：基于北斗二代定位系统的ＡＩＳ航标终端设备研究　１８３　

该模块在支持双模定位基础上，还可以接收外来控制指　

令配置模块工作模式，并支持差分功能。　

３．ＡＩＳ航标终端设备硬件结构研究　

１时隙同步管理横块　

功能　按照ＦＡＴＩ３￣Ａ模７℃和！Ｔｆ时间管理　步ｌＪ『Ｉ隙　

输入参数：当前时问　

输出参数：笈射时隙　

５．与上位机通信、电文打包解包模块　

功能：　位机通储．接收控制雕豫瞎息、｛　

乜解乜电文　

输入参数：电　、通信输出参数：电文、通　

ＡＩＳ航标终端硬件关键核心芯片是ＡＲＭ主控芯片和　

ＡＩＳ７０３２核心芯片，并通过搭建得发射电路将ＡＩＳ２　１号电　

文发射出去。其中，丰硬件板电路总体图如图３所示。其发　

射电路是整个终端没备的难点和关键点，发射电路原理图如　

图４所示。该电路采用压控振荡器、分频器和载波调制等模　

块将发射信号进行调制到ＶＨＦ的８７Ｂ和８８Ｂ信道上发射出　

去。　

２．传感器信息解码模块　

功能：北＂－ｔ－￣６ＰＳ位置信息输入参　

数：无　

输出参数：时，分．秒，经度，纬　

『筵，实际航速，实际航向．¨期　

４．电文发射横　‘　

功能：雕冠、控ｇａｑｃ￣ｌｏａ２，４＂２宴现叔通道收发　

输入参数：笈射内容．笈射内容长度．发射通道　

输出参数：芯片状态．信ｑ强度　

图５软件模块结构图　

在整个软件控制过程中，主要参照ＩＴｕ—Ｒ　Ｍ．１３７１—４标　

准进行开发没计，对系统主控、协议解析和２　１号电文进行　

了详细处理，　

三、系统实现的主要功能　

（１）ＡＩｓ航标配置功能　

可接收基于ＰＣ机的外部参数配置，具体可配置航标的　

特性类型、名称、设计位置、灯色、安装尺寸、工作模式等。　

（２）ＡＩＳ航标北斗／ＧＰＳ双模位置数据获取功能　

本终端可接收和解析北斗定位模块发送来的位置相关信　

息数据，并提取实时位置数据，为航标２１　电文的发射提　

图３电路板图　

供数据参数。　

（３）时隙同步功能　

触　潍　．　一　

该功能可接收北斗模块的ＵＴＣ始终同步脉冲，组织该终　

端按照ＦＡＴＤＭＡ的模式进行２　１号电文收发。　

（４）２１号电文封装打包功能　

息信能储也瞥模存理眦裂　存掉隙数搏　功怠输位　：时参，入簧　：应　，　

该功能将航标各种配置信息和时间位置信息按照ＩＴｕ—Ｒ　

Ｍ．１３７１—４标准规定的２　１号电文格式进行数据发送。　

四、结论　

块储信奉总号；；号　．　

：ｕ　

经过近一年的研究和试验，该终端设备已安装在大连航　

标处大连港水域的灯浮标上，基于北斗／ｏＰＳ双模位置接收　

标　航号　

配　标电　

霞　类文　

信　结　

机获得航标位置数据，提高了航标监测的有效性、可用性和　

完好性；实时发布航标漂移位置，有效保障船舶航行安全；　

在ＡＩＳ公共信道进行通信，不需支付通信费，维护成本低廉，　

目前，使用效果良好，实现预期设计目的，提高了航海保障　

能力。　

图４发射电路原理图　

４．ＡＩＳ航标终端设备软件控制系统研究　

参考文献　

【１１林智坚，郭旭．浅谈ＡＩＳ航标基本布设原则及注意事项…．　

珠江水运，２０１３，（１）：１６４—１６６．　

ＡＩＳ航标终端设备功能的实现是以软件业务处理进行实　

现的。ＡＩＳ航标终端设备软件总体结构上主要包括ＡＲＭ主　

Ｉ２ｌ方耿舜，张杏谷，郑佳春．基于ＡＩＳ技术的数字航标系统　

的研究　．中国水运（下半月刊），２…２，（１２）：７３—７４．　

【３】刘基余．北斗卫星导航系统的现况与发展Ｕ】．遥测遥控．　

２（）１３．３４（３）：１—８．　

控模块、时隙同步管理模块、与上位机通信和参数配置模块、　

位置传感器信息解码模块、信息存储模块和电文收发模块。　

系统软件模块结构图如图５所示。　

2024年9月17日发(作者：机芳洲)

第１４卷　

第９期　

２０１４笠　

中　国水运　

ＶｏＩ．１４　

Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　

Ｎｏ．９　

２０１４　

９月　

Ｃｈ　ｉ　ｎａ　Ｗａｒｅｒ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　

基于北斗■代定位系统的ＡＩＳ航标终端设备研究　

于盈，孙亚龙　

（交通运输部北海航海保障中心大连航标处，辽宁大连１１６００１）　

摘　要：基于航海保障领域对中国北斗二代卫星导航系统和ＡＩＳ航标应用技术的迫切需求，重点研究了符合　

ＩＥＣ６２３２０—２标准要求的ＡＩＳ航标终端设备，该设备基于北斗二代定位系统，具有标准Ｉ型ＡＩＳ航标所有功能。该　

没备由北斗二代导航定位（兼容ＧＰＳ导航定位）模块和ＡＩＳ通信收发机组成，能够自动在ＡＩＳ信道上发送符合ＩＴｕ—Ｒ　

Ｍ．１３７１标准协议规定的２１号ＡＩＳ航标电文。基站接收后，能够发送到系统中心利用相应软件系统进行显示，其　

他船舶接收后能够直接在ＥＣＳ和ＡＩＳ显示终端上进行显示，可在雾天和夜间能见度不良情况下为船舶导航，可有　

效提高船舶航行安全。　

关键词：北斗二代；ＡＩＳ航标终端设备；软件控制系统　

中图分类号：Ｕ６６６　

引言　

文献标识码：Ａ　文章编号：１００６－７９７３（２０１４）０９－０１８２－０２　

一

、

系统总体框架图如图１所示。　

目前，国内ＡＩＳ航标已进入实际应用阶段，但多为基于　

ＧＰＳ的ＡＩＳ航标终端设备Ｉ】　】。随着北斗二代导航系统进入　

实际应用阶段【３Ｉ，研究和应用基于北斗二代导航技术的ＡＩＳ　

航标终端设备提到了中国各航海保障中心的计划日程。根据　

大连航标处航标管理现状，在重点满足航标监控基础上，利　

用我国自主研制的北斗定位导航系统获取航标位置数据，并　

２１号航标电文发　

送模块　

兼容ＧＰＳ系统，极大地提高了位置获取的有效性和可用性。　

提高航标监控的完好性。同时利用ＡＩＳ链路监测航标实时位　

置，使过往船舶可实时感知航标漂移，提高了船舶航行安全，　

且没有任何通信费用。　

研究的基于北斗二代导航系统的ＡＩＳ航标终端设备由北　

斗二代导航定位（兼容ＧＰＳ导航定位）模块和ＡＩＳ通信收　

一■■Ｉ　～＿一一　

能，其结构框图如图２所示。　

目标鼻■鼍量与　

墨蓐亿鼍置薯袭　

ｓ’霆　接收　

ｉ：　嫠接收　

图１　系统总体框架图　

２北斗二代／ＧＰＳ定位导航接收机的选择和控制研究　

北斗二代／ＧＰＳ定位导航接收机需要独立支持北斗二代　

定位数据和北斗／ｏＰＳ兼容的北斗二代定位数据，基于上述　

考虑，购置了多家北斗二代定位模块进行测试，并最终选定　

发机组成，能够自动在ＡＩＳ信道上发送符合ＩＴｕ—ＲＭ．１３７１　

标准协议规定的２　１号ＡＩＳ航标电文。基站接收后，能够发　

送到系统中心利用相应软件系统进行显示，其他船舶接收后　

能够直接在ＥＣＳ和ＡＩＳ显示终端上进行显示。　

在本文研究中，首先研究了ＡＩＳ航标终端设备总体框架；　

并对北斗二代／ＧＰＳ定位导航接收机的选择和控制进行了研　

究，设计了ＡＩＳ航标终端设备的硬件结构和软件控制系统，　

了一款。该北斗二代／ＧＰＳ模块支持高性能双模接收定位功　

一■　曩目■儡■一一量　

啸　

标终端地址　

。　

最终实现系统各项功能，并通过安装试用达到项目预期要求。　

二、基于北斗二代的ＡＩｓ设备系统研究　

Ｉ．总体框架研究　

矗　

显示分布圈　

．

帅｝＼　

。

幢嗣通信链藉上　

鲁节点参敷和杖志　

，｝　

启动报警监测　

卜　——监一ｌ　链路节　点状况｝＋　

．１一　

基于北斗二代的ＡＩＳ航标终端设备包括主控模块、北斗　

二代／ＧＰＳ兼容定位模块、ＡＩＳ核心处理芯片及ＡＩＳ发射和　

接受信道模块等。其中：主控模块负责接收来自外部的控制　

指令和配置信息；北斗二代／ＧＰＳ兼容定位模块负责提供基　

于北斗／ＧＰＳ的双模位置定位数据；ＡＩＳ核心芯片负责处理　

≥　

ＡＩＳ协议中的ＶＤＬ数据控制和收发管理；ＡＩＳ发射模块负责　

将数字信息调制到ＶＨＦ载频上进行发射；ＡＩＳ接收模块可以　

接收各种遥测信号，并进行特殊业务处理。　

收稿日期：２０１４－０６—１０　

图２北斗二代／ＧＰＳ模块机构框图　

作者简介：于盈（１９７９一），女，交通运输部北海航海保障中心大连航标处工程师。　

孙亚龙（１９６５一），男，交通运输部北海航海保障中心大连航标处助理工程师。　

第９期　于盈等：基于北斗二代定位系统的ＡＩＳ航标终端设备研究　１８３　

该模块在支持双模定位基础上，还可以接收外来控制指　

令配置模块工作模式，并支持差分功能。　

３．ＡＩＳ航标终端设备硬件结构研究　

１时隙同步管理横块　

功能　按照ＦＡＴＩ３￣Ａ模７℃和！Ｔｆ时间管理　步ｌＪ『Ｉ隙　

输入参数：当前时问　

输出参数：笈射时隙　

５．与上位机通信、电文打包解包模块　

功能：　位机通储．接收控制雕豫瞎息、｛　

乜解乜电文　

输入参数：电　、通信输出参数：电文、通　

ＡＩＳ航标终端硬件关键核心芯片是ＡＲＭ主控芯片和　

ＡＩＳ７０３２核心芯片，并通过搭建得发射电路将ＡＩＳ２　１号电　

文发射出去。其中，丰硬件板电路总体图如图３所示。其发　

射电路是整个终端没备的难点和关键点，发射电路原理图如　

图４所示。该电路采用压控振荡器、分频器和载波调制等模　

块将发射信号进行调制到ＶＨＦ的８７Ｂ和８８Ｂ信道上发射出　

去。　

２．传感器信息解码模块　

功能：北＂－ｔ－￣６ＰＳ位置信息输入参　

数：无　

输出参数：时，分．秒，经度，纬　

『筵，实际航速，实际航向．¨期　

４．电文发射横　‘　

功能：雕冠、控ｇａｑｃ￣ｌｏａ２，４＂２宴现叔通道收发　

输入参数：笈射内容．笈射内容长度．发射通道　

输出参数：芯片状态．信ｑ强度　

图５软件模块结构图　

在整个软件控制过程中，主要参照ＩＴｕ—Ｒ　Ｍ．１３７１—４标　

准进行开发没计，对系统主控、协议解析和２　１号电文进行　

了详细处理，　

三、系统实现的主要功能　

（１）ＡＩｓ航标配置功能　

可接收基于ＰＣ机的外部参数配置，具体可配置航标的　

特性类型、名称、设计位置、灯色、安装尺寸、工作模式等。　

（２）ＡＩＳ航标北斗／ＧＰＳ双模位置数据获取功能　

本终端可接收和解析北斗定位模块发送来的位置相关信　

息数据，并提取实时位置数据，为航标２１　电文的发射提　

图３电路板图　

供数据参数。　

（３）时隙同步功能　

触　潍　．　一　

该功能可接收北斗模块的ＵＴＣ始终同步脉冲，组织该终　

端按照ＦＡＴＤＭＡ的模式进行２　１号电文收发。　

（４）２１号电文封装打包功能　

息信能储也瞥模存理眦裂　存掉隙数搏　功怠输位　：时参，入簧　：应　，　

该功能将航标各种配置信息和时间位置信息按照ＩＴｕ—Ｒ　

Ｍ．１３７１—４标准规定的２　１号电文格式进行数据发送。　

四、结论　

块储信奉总号；；号　．　

：ｕ　

经过近一年的研究和试验，该终端设备已安装在大连航　

标处大连港水域的灯浮标上，基于北斗／ｏＰＳ双模位置接收　

标　航号　

配　标电　

霞　类文　

信　结　

机获得航标位置数据，提高了航标监测的有效性、可用性和　

完好性；实时发布航标漂移位置，有效保障船舶航行安全；　

在ＡＩＳ公共信道进行通信，不需支付通信费，维护成本低廉，　

目前，使用效果良好，实现预期设计目的，提高了航海保障　

能力。　

图４发射电路原理图　

４．ＡＩＳ航标终端设备软件控制系统研究　

参考文献　

【１１林智坚，郭旭．浅谈ＡＩＳ航标基本布设原则及注意事项…．　

珠江水运，２０１３，（１）：１６４—１６６．　

ＡＩＳ航标终端设备功能的实现是以软件业务处理进行实　

现的。ＡＩＳ航标终端设备软件总体结构上主要包括ＡＲＭ主　

Ｉ２ｌ方耿舜，张杏谷，郑佳春．基于ＡＩＳ技术的数字航标系统　

的研究　．中国水运（下半月刊），２…２，（１２）：７３—７４．　

【３】刘基余．北斗卫星导航系统的现况与发展Ｕ】．遥测遥控．　

２（）１３．３４（３）：１—８．　

控模块、时隙同步管理模块、与上位机通信和参数配置模块、　

位置传感器信息解码模块、信息存储模块和电文收发模块。　

系统软件模块结构图如图５所示。