專利名稱：利用數(shù)字選擇性呼叫技術(shù)的船舶跟蹤系統(tǒng)岸基詢呼器的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種應用數(shù)字選擇性呼叫(DSC)技術(shù)于船舶跟蹤系統(tǒng)的裝置，特別是有關該系統(tǒng)的岸基分系統(tǒng)的航行數(shù)據(jù)處理終端及其與船載分系統(tǒng)的航行數(shù)據(jù)處理終端的通信協(xié)議。
目前已知的船舶跟蹤系統(tǒng)是由中心站(岸基分系統(tǒng))和移動站(船載分系統(tǒng))構(gòu)成。其中，中心站主要包括中心計算機、岸基航行數(shù)據(jù)處理終端和岸基無線電收發(fā)信機；移動站主要包括船載定位儀、船載航行數(shù)據(jù)處理終端和船載無線電收發(fā)信機。其功能是1)船載航行數(shù)據(jù)處理終端采集船載定位儀輸出的船舶動態(tài)數(shù)據(jù)，按一定的通信協(xié)議編碼和調(diào)制，并通過船載無線電收發(fā)信機向中心站傳送；2)中心站的岸基無線電收發(fā)信機將收到的航行數(shù)據(jù)報文傳送給岸基航行數(shù)據(jù)處理終端進行解調(diào)、譯碼等預處理，之后傳送給中心計算機，完成本顯示、圖形顯示、打印、生成船舶動態(tài)信息數(shù)據(jù)庫等。
在上述系統(tǒng)的船載分系統(tǒng)(移動站)中，盡管船載定位儀和船載無線電收發(fā)信機是船舶電臺額定配備的設備，但船載航行數(shù)據(jù)處理終端是系統(tǒng)開發(fā)者自行研制的設備，其實現(xiàn)方案、技術(shù)指標以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和通信的協(xié)議均由開發(fā)者制訂。因此，已知的各類船舶跟蹤系統(tǒng)之間各成體制，指標不一，兼容性差，造成推廣困難。此外，系統(tǒng)為各受管船加裝船載航行數(shù)據(jù)處理終端，，不僅給船東增加了設備費和安裝工程費等經(jīng)濟負擔，還降低了系統(tǒng)的可靠度。
數(shù)字選擇性呼叫技術(shù)(DSC)是數(shù)字通信技術(shù)和微處理器技術(shù)的結(jié)合，它具有一定的“智能”，可自動識別各種目的的呼叫并作出相應的響應；通過連接定位儀的接口，可方便獲得船舶的航行信息；多種檢錯和糾錯方式所提供的抗干擾能力使之特別適合海上移動通信；更由于DSC船載設備是GMDSS船舶電臺必備的核心設備。顯然，將數(shù)字選擇性呼叫技術(shù)應用于船舶動態(tài)跟蹤領域是很合適的。
本實用新型的目在于提供一種利用數(shù)字選擇性呼叫技術(shù)的船舶跟蹤系統(tǒng)岸基詢呼器，它可作為岸基航行數(shù)據(jù)處理終端，其通信協(xié)議與船載DSC終端所采用的通信協(xié)議相一致，均符合CCIR有關建議的規(guī)定，因而能與船載DSC終端建立通信交換信息，以構(gòu)成利用DSC技術(shù)的船舶跟蹤系統(tǒng)。
本實用新型設有DSC數(shù)據(jù)處理電路，DSC數(shù)據(jù)處理電路的通信口外接PC機。設有調(diào)制電路，調(diào)制電路的信號輸入端接DSC數(shù)據(jù)處理電路I/O口數(shù)據(jù)信號輸出端，調(diào)制電路的信號輸出端外接發(fā)信機音頻輸入口。設有解調(diào)電路，解調(diào)電路的信號輸入端外接收信機的音頻輸出口，解調(diào)電路的信號輸出端接DSC數(shù)據(jù)處理電路的I/O口的數(shù)據(jù)信號輸入端。設有控制邏輯電路，控制邏輯電路的輸入端接DSC數(shù)據(jù)處理電路I/O口的控制信號輸出端，控制邏輯電路的調(diào)制控制輸出端接調(diào)制電路的受控端，控制邏輯電路的解調(diào)控制輸出端接解調(diào)電路的受控端，控制邏輯電路的收發(fā)信控制輸出端外接收發(fā)信機的受控端。
DSC數(shù)據(jù)處理單電路由單片機或中央處理器(CPU)及其外圍器件組成，其主要功能是1)接受來自PC機的詢呼指令和詢呼信息，將詢呼信息按DSC格式進行編碼，生成詢呼報文，并將此報文按規(guī)定速率發(fā)送給調(diào)制器進行調(diào)制；2)從解調(diào)電路接受經(jīng)解調(diào)處理的由船載DSC終端發(fā)來的DSC報文，將此報文譯碼，生成包括船舶所在位置經(jīng)緯度及定位時間在內(nèi)的可供PC機使用的數(shù)據(jù)，傳送給PC機。
調(diào)制電路和解調(diào)電路用于實現(xiàn)頻移鍵控(FSK)方式的調(diào)制和解調(diào)。
調(diào)制電路接受來自DSC數(shù)據(jù)處理電路的詢呼報文數(shù)據(jù)信號，對此信號作FSK調(diào)制之后，送到發(fā)信機進行發(fā)射。
解調(diào)電路接受來自收信機的包含有船舶應答的DSC報文信息的FSK信號，將此信號解調(diào)為TTL電平信號之后，送入DSC數(shù)據(jù)處理電路進行譯碼。
控制邏輯電路用于1)選定合適的調(diào)制電路和解調(diào)電路，以及與它們相連的收發(fā)信機；2)對收發(fā)信機的工作狀態(tài)作必要的控制。控制邏輯電路的功能包括控制邏輯的產(chǎn)生和控制的執(zhí)行。
實時的船舶動態(tài)跟蹤技術(shù)是當前航海科研的熱點，已知諸多的系統(tǒng)或方案中，絕大部分都必須給受跟蹤的船舶加裝自行研制的通信終端及其導航數(shù)據(jù)接口，不僅給船東增加了設備費和安裝工程費等經(jīng)濟負擔，還降低了系統(tǒng)的可靠度，更大的問題還在于由于各成體制，指標不一，通用性受影響，造成推廣困難。本實用新型有利于構(gòu)成利用DSC技術(shù)的船舶跟蹤系統(tǒng)，實現(xiàn)對海上船舶群船位的動態(tài)跟蹤管理，其通信協(xié)議和信號特征符合CCIR建議493-4的規(guī)定，并能升級與新的有關建議相兼容，以下以符合CCIR建議493-4格式的詢呼報文為例對系統(tǒng)的通信協(xié)議和信號特征作一介紹。
1.詢呼報文的典型格式詢呼報文為一具有比特同步(200BITS點圖)和幀同步(定相)前置結(jié)構(gòu)，并以差錯檢驗符結(jié)尾的數(shù)據(jù)包，信息編碼采用十單元水平一致檢錯碼。符合CCIR建議493-3的詢呼報文典型格式具有如下表的信息內(nèi)容。
格 式地址類別 自識別 遙指令 電 文結(jié)束符岸基對電臺船臺船舶岸臺船位無要求呼叫呼 叫MMSI安全MMSI報告信息 應答船臺對電臺岸臺船舶船臺船位經(jīng)緯度應答應答呼 叫MMSI安全MMSI報告時 間確認2.發(fā)射種類、頻移、波特率在MF和HF信道上，采用J2B發(fā)射種類，調(diào)制副載波中心頻率為1700Hz，頻移170Hz(±85Hz)，波特率100Bd，是相位連續(xù)的頻移鍵控(CP-FSK)。
在VHF信道上，采用G2B發(fā)射種類，調(diào)制副載波中心頻率為1700Hz，頻移800Hz(±400Hz)，波特率1200Bd，對副載波有6dB/倍頻程的預加重，調(diào)制系數(shù)2.0±10％。
3.報文傳輸除點圖及定相信息外，所有報文數(shù)據(jù)都以時間分集方式發(fā)射兩次(間隔四個字符單元)，以此實現(xiàn)前向糾錯(FEC)。對于HF和MF信道，時分間隔為400ms；對于VHF信道，時分間隔為33.33ms。
4.系統(tǒng)的跟蹤監(jiān)測范圍通信的信道條件是決定船舶跟蹤系統(tǒng)監(jiān)測范圍的最重要的因素。
在DSC船舶跟蹤系統(tǒng)可使用的VHF、MF、HF三個通信頻段中，VHF信道條件可滿足對近程海區(qū)(30海里范圍)的可靠覆蓋；MF信道條件可滿足對中程海區(qū)(150海里范圍)的可靠覆蓋。
對于分布在(150海里范圍之外)遠程海區(qū)中不同地理位置的船舶則可選擇適當?shù)腍F頻率進行詢呼。
HF信道是典型的衰落信道，因而會影響遠程覆蓋的可靠性，必須采取相應的差錯控制技術(shù)來改善通信效果。在DSC船舶跟蹤系統(tǒng)中，詢呼和應答通信的報文均采用符合CCIR建議的DSC格式，因而本身就具有了“水平一致檢?！?、“垂直群檢?！?、“二重時間分集”等多種檢錯和糾錯手段。理論與實踐均已證明，DSC技術(shù)是目前應用于海上移動通信的誤碼率最低的一種數(shù)據(jù)通信技術(shù)，可以獲得較好的傳輸效果。
為進一步提高在HF頻段上遠程詢呼的可靠度，在特殊情況下，還可執(zhí)行連續(xù)多次的詢呼。這種連續(xù)的詢呼可以在同一頻率上進行，也可布在幾個不同的頻率上，即所謂的“單頻呼叫嘗試”和“多頻呼叫嘗試”。CCIR所進行的試驗表明采用“單頻呼叫嘗試”或“多頻呼叫嘗試”可以將HF頻段上的遠程無差錯接收概率提高到90％以上。


圖1為本實用新型的組成框圖。
圖2為本實用新型的一種實用DSC數(shù)據(jù)處理電路原理圖。
圖3為本實用新型的一種實用調(diào)制電路、解調(diào)電路和控制邏輯電路原理圖。
如圖1所示，DSC數(shù)據(jù)處理電路(1)的通信口外接PC機，從PC機接收初始詢呼與控制信息，DSC數(shù)據(jù)處理電路(1)的I/O口數(shù)據(jù)信號輸出端接調(diào)制電路(2)的信號輸入端，調(diào)制電路(2)的信號輸出端外接發(fā)信機的音頻輸入口。解調(diào)電路(3)的信號輸入端外接收信機的音頻輸出口，解調(diào)電路(3)的信號輸出端接DSC數(shù)據(jù)處理電路(1)的I/O口數(shù)據(jù)信號輸入端。DSC數(shù)據(jù)處理電路(1)對接收信號作DSC譯碼之后，經(jīng)其外接PC機的通信口輸出給PC機。DSC數(shù)據(jù)處理電路(1)的控制信號輸出端接控制邏輯電路(4)的輸入端，控制邏輯電路(4)的調(diào)制控制輸出端接調(diào)制電路(2)的受控端，控制邏輯電路(4)的解調(diào)控制輸出端接解調(diào)電路(3)的受控端。
如圖2所示，由U1(8098單片機)承擔數(shù)據(jù)處理任務，通過地址總線、數(shù)據(jù)總線與譯碼器U2(74LS138)、鎖存器U3、U4(74LS373)、EPROM U5(2764)、RAM U6(6264)、反相驅(qū)動器U7(7406)，以及石英晶體OSC1(6MHz)等連接，分別實現(xiàn)地址譯碼、地址總線鎖存、程序存儲、數(shù)據(jù)暫存、8098復位和系統(tǒng)時鐘等功能，其中U7和S1構(gòu)成系統(tǒng)復位電路。U1的引腳17～32(A15～A8，AD7～AD0)是數(shù)據(jù)/地址復用總線，U1的引腳25～32直接作為8位的數(shù)據(jù)總線，與程序存儲器U5(EPROM 2764)和數(shù)據(jù)存儲器U6(RAM 6264)的數(shù)據(jù)總線相連。為了分離出地址總線，將U1的引腳17～24與鎖存器U3(74LS373)的輸入端相連，將引腳25～32與鎖存器U4(74LS373)的輸入端相連，將引腳34(地址鎖存信號ALE)與U3和U4的鎖存控制端引腳11相連；U3和U4在ALE信號的控制下，分別分離出地址總線的高8位和低8位，并加以鎖存。經(jīng)分離出來的16位地址總線中，低13位(A12～A0)與U5和U6的地址總線相連，作為U5和U6的尋址信號；最高的3位(A15～A13)則與地址譯碼器U2(74LS138)的輸入端(引腳3～1)相連，地址譯碼器的輸出經(jīng)U2的引腳13、14分別與U5的引腳20和U6的引腳20相連，作為U5和U6的片選信號。
U1的引腳33(RD端)與U5的引腳22(OE端)相連，作為U5和U6的“讀出”控制信號，U1的引腳14(WR端)與U6的引腳27(WE端)相連，作為U6的“寫入”控制信號。
U1具有串行通信的功能，其引腳1和引腳2分別作為數(shù)據(jù)接收端(RXD)和數(shù)據(jù)發(fā)送端(TXD)，從而構(gòu)成串行通信口，信號電平為TTL電平。
PC機串行通信口發(fā)送端經(jīng)CZ1的引腳3接EIA-TTL電平轉(zhuǎn)換器U9(1489)，將數(shù)據(jù)信號的EIA電平轉(zhuǎn)換為TTL電平，送入U1的引腳1。
U1引腳2發(fā)送的TTL電平的信號經(jīng)TTL-EIA電平轉(zhuǎn)換器U8(1488)轉(zhuǎn)換為EIA電平后，經(jīng)CZ1的引腳1送往PC機串行通信口的接收端，實現(xiàn)與PC機交換數(shù)據(jù)和控制信息的功能。U1的高速I/O口的HSO0引腳、HSI0引腳和HSO1、HSO2引腳分別經(jīng)連接器CZ2與調(diào)制電路、解調(diào)電路和控制邏輯電路連接，其中通過HSO0引腳將DSC詢呼報文傳送給調(diào)制電路，經(jīng)調(diào)制后送發(fā)信機執(zhí)行對船舶的詢呼；通過HSI0引腳讀入經(jīng)解調(diào)的DSC應答報文；通過HSO1、HSO2引腳發(fā)送用于控制調(diào)制電路、解調(diào)電路和通信設備的控制信號。開關S1、電容C3、電阻R1、R2、R3以及反相器U7A和U7B(7406)組成的復位電路與U1的引腳48(Reset端)相連。電容C1、C2和6MHz晶體組成的振蕩電路與U1的引腳35、36相連。
圖3中，U11(XR2206)和U12(XR2211)及其外圍元件分別構(gòu)成中心頻率為1700Hz，頻移±85Hz的調(diào)制電路和解調(diào)電路，U11的引腳9經(jīng)連接器CZ2與DSC數(shù)據(jù)處理電路U1的HSO0引腳連接，將DSC數(shù)據(jù)處理電路發(fā)出的DSC報文數(shù)據(jù)經(jīng)CZ2輸入到U11的引腳9作為FSK調(diào)制的鍵控信號，U11的引腳2(FSK信號從U11的引腳2輸出)接雙向模擬開關U13A的第2腳，雙向模擬開關U13A的第1腳接隔離變壓器T1，T1的輸出端經(jīng)連接器CZ3接MF/HF發(fā)信機。另外，CT1作為定時電容，RT1、RT2為定時電阻，R4、R5、R19和C13用于調(diào)整FSK信號的幅值，R6、R7用于調(diào)整FSK信號的波型。
從MF/HF收信機返回的包含船舶應答的DSC信息的FSK信號經(jīng)連接器CZ3和隔離變壓器T2輸入到U12的引腳2，U12的引腳7接雙向模擬開關U13C的第4腳，雙向模擬開關U13C的第3腳接CZ2，解調(diào)所得的數(shù)據(jù)經(jīng)U13C和CZ2送給DSC數(shù)據(jù)處理電路。另外，CT2用作FSK載波的定時電容，RT3用作定時電阻，R8、R9分別作為U12內(nèi)部FSK比較器的正反饋電阻和輸入電阻，R11作為U12內(nèi)部FSK比較器輸出端的上拉電阻，R10用于設定U12內(nèi)部鎖相環(huán)的帶寬，C7用于設定U12內(nèi)部鎖相環(huán)的阻尼系數(shù)，C6用于設定FSK的數(shù)據(jù)傳輸速率。
集成電路U15(SC3101)等電路給出與VHF收/發(fā)信機相連的調(diào)制電路和解調(diào)電路，它具有調(diào)制和解調(diào)兩重功能。從DSC數(shù)據(jù)處理電路送出的數(shù)據(jù)信號經(jīng)連接器CZ2的引腳2引入調(diào)制和解調(diào)單元，作為調(diào)制鍵控信號連接到U15的引腳14，調(diào)制好的FSK信號從U15的引腳8送出，通過模擬雙向電子開關U3B(4066)、耦合電容C10、匹配電阻R17和1∶1的音頻隔離變壓器T3，在連接器CZ1的輸出端口上的引腳AF/SND處，與VHF發(fā)信機的音頻輸入端相連。從VHF收信機的音頻輸出端送出的等待解調(diào)的FSK信號由連接器CZ1的輸出端口上的引腳AF/RCV處引入調(diào)制與解調(diào)單元，經(jīng)1∶1音頻隔離變壓器T4、匹配電阻R14、耦合電容C9連接到U15的引腳4，解調(diào)后所得到的數(shù)據(jù)信號從U15的引腳8送出，通過模擬雙向電子開關U3D(4066)以及連接器CZ2的引腳1送往DSC數(shù)據(jù)處理電路。另外，石英晶體OSC2(4.4346MHz)用作U15的基準時鐘，電位器P1用于調(diào)節(jié)載波檢測門限，電位器P2用于接收信號的偏壓調(diào)整。
控制邏輯電路用于選定合適的調(diào)制電路和解調(diào)電路，以及與之相連的收/發(fā)信機，并且對收/發(fā)信機作必要的控制，其功能包括控制邏輯的產(chǎn)生和控制的執(zhí)行。其中控制邏輯的產(chǎn)生由反相器U14(7406)以及二極管D1～D4完成；模擬雙向電子開關U13(4066)以及光耦合固態(tài)繼電器O1、O2則作為控制執(zhí)行元件。
連接器CZ2的引腳3、4將來自DSC數(shù)據(jù)處理單元的控制命令引入調(diào)制和解調(diào)單元，經(jīng)控制邏輯電路的譯碼后，進一步通過U13和光耦合固態(tài)繼電器O1、O2執(zhí)行各種具體控制。
權(quán)利要求1.利用數(shù)字選擇性呼叫技術(shù)的船舶跟蹤系統(tǒng)岸基詢呼器，其特征在于1)設有DSC數(shù)據(jù)處理電路，DSC數(shù)據(jù)處理電路的通信口外接PC機；2)設有調(diào)制電路，調(diào)制電路的信號輸入端接DSC數(shù)據(jù)處理電路的I/O口數(shù)據(jù)信號輸出端，調(diào)制電路的信號輸出端外接發(fā)信機音頻輸入口；3)設有解調(diào)電路，解調(diào)電路的信號輸入端外接接收機音頻輸出口，解調(diào)電路的信號輸出端接DSC數(shù)據(jù)處理電路的I/O口數(shù)據(jù)信號輸入端；4)設有控制邏輯電路，控制邏輯電路的輸入端接DSC數(shù)據(jù)處理電路的I/O口控制信號輸出端，控制邏輯電路調(diào)制控制輸出端接調(diào)制電路的受控端，控制邏輯電路的解調(diào)控制輸出端接解調(diào)電路的受控端，控制邏輯電路的收發(fā)信控制輸出端接收發(fā)信機的受控端。
2.如權(quán)利要求1所述的利用數(shù)字選擇性呼叫技術(shù)的船舶跟蹤系統(tǒng)岸基詢呼器，其特征在于1)DSC數(shù)據(jù)處理電路由單片機經(jīng)地址總線、數(shù)據(jù)總線與譯碼器、鎖存器、EPROM、RAM、反相驅(qū)動器以及石英晶體連接，單片機的串行口發(fā)送端接TTL-EIA電平轉(zhuǎn)換器的輸入端，TTL-EIA電平轉(zhuǎn)換器的輸出端經(jīng)連接器外接PC機的串行通信電纜；由PC機串行口發(fā)送端經(jīng)連接器接EIA-TTL電平轉(zhuǎn)換器的輸入端，EIA-TTL電平轉(zhuǎn)換器的輸出端接單片機串行口的接收端；單片機的高速I/O口的HSO0引腳接調(diào)制電路的詢呼報文輸入端，HSIO引腳接解調(diào)電路的應答報文輸出端，HSO1、HSO2引腳接控制邏輯電路的輸入端；2)調(diào)制電路的詢呼報文輸入端接DSC數(shù)據(jù)處理電路單片機的高速I/O口的DSC報文數(shù)據(jù)輸出端，調(diào)制電路的FSK調(diào)制的鍵控信號輸出端接雙向模擬開關的一端，雙向模擬開關的另一端接隔離變壓器的輸入端，隔離變壓器的輸出端經(jīng)連接器外接MF/HF或VHF發(fā)信機；3)解調(diào)電路的輸入端接隔離變壓器的輸出端，隔離變壓器的輸入端接連接器，連接器外接MF/HF或VHF收信機的船舶應答的DSC信息的FSK信號輸出端，解調(diào)電路的TTL電平的DSC數(shù)據(jù)信號輸出端接雙向模擬開關的一端，雙向模擬開關的另一端經(jīng)連接器接DSC據(jù)處理電路單片機的高速I/O口的HSI0引腳；4)門電路組成的控制邏輯電路的控制信號輸入端經(jīng)連接器接DSC數(shù)據(jù)處理電路單片機的高速I/O口的HSO1、HSO2引腳，控制邏輯電路的FSK解調(diào)參數(shù)選擇信號輸出端接雙向模擬開關的控制端，雙向模擬開關的另一端接解調(diào)電路的FSK解調(diào)參數(shù)選擇控制端，控制邏輯電路的控制信號選擇輸出端接雙向模擬開關的一端，雙向模擬開關的另一端接調(diào)制電路的控制信號輸入端。
3.如權(quán)利要求2所述的利用數(shù)字選擇性呼叫技術(shù)的船舶跟蹤系統(tǒng)岸基詢呼器，其特征在于DSC數(shù)據(jù)處理電路的單片機(8098)的引腳17～32為數(shù)據(jù)/地址復用總線，引腳25～32為8位數(shù)據(jù)總線，與程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的數(shù)據(jù)總線相接，引腳17～24和25～32分別與鎖存器的輸入端相接，引腳34分別與鎖存器的鎖存控制端相接；鎖存器的16位地址總線的低13位與EPROM和RAM的地址總線相連，作為EPROM和RAM的尋址信號，最高的3位與地址譯碼器的輸入端相連，地址譯碼器的輸出端分別與EPROM的CE端和RAM的CS1端相連，作為EPROM和RAM的片選信號，單片機的RD端與EPROM的DE端相連，作為EPROM和RAM的“讀出”控制信號，單片機的WR端與RAM的WE端相連，作為RAM的“寫入”控制信號；單片機的Reset端與復位電路的輸出端相連，XTAL1和XTAL2端與晶振電路的輸出端相連。
專利摘要利用數(shù)字選擇性呼叫技術(shù)的船舶跟蹤系統(tǒng)岸基詢呼器，涉及應用DSC技術(shù)于船舶跟蹤系統(tǒng)的裝置。調(diào)制電路輸入端接DSC數(shù)據(jù)處理電路(1)的I/O口，解調(diào)電路輸入端外接，輸出端接電路(1)的I/O口?？刂七壿嬰娐返妮斎攵私与娐?1)的I/O口，控制邏輯電路的控制輸出端接調(diào)制電路的受控端，F(xiàn)SK解調(diào)參數(shù)選擇信號輸出端按解調(diào)電路的FSK解調(diào)參數(shù)選擇控制端?？勺鳛榘痘叫袛?shù)據(jù)處理終端，組成利用DSC技術(shù)的船舶跟蹤系統(tǒng)。
文檔編號G08G3/00GK2261656SQ9624555
公開日1997年9月3日 申請日期1996年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月5日
發(fā)明者王飛舟 申請人:集美航海學院