第二节 AIS 系统的工作原理

第二节AIS系统的工作原理

通用船载自动识别系统应答器（AIS）是一种利用海上VHF频段的船载航行信息交换设备，

它不仅能自动发出本船的相关信息，而且还可以接收周围其它船舶所发出的信息，采用的主要技

术是“自组织时分多址接续（SOTDMA）”方式进行信息交换。

一、AIS系统的组成

图8-3所示是一个典型的AIS系统组成图，它由两大分系统组成，一个是岸基AIS系统，

再是船用AIS设备，岸基AIS系统比较复杂，典型的AIS岸基系统是由一定数量的AIS基站和

AIS中心组成，系统通过各种方式与VTS中心，船舶报告系统、港口信息网、海事系统以及船

舶调度等网络相连接，同时也可以与相关航运公司联系，提供相应的信息服务，使上述主管部门

及时得到所有船舶的动态，使航运公司了解到本公司船舶的位置。

AIS中心也可以与互联网相连，使用户范围进一步扩大，通过设置一定的权限范围，各用户

可以在自己的权限范围内查看相应的船舶信息，得到相应的服务。

AIS中心之间可以相互连接，进行信息交换，各AIS中心连接成网，在一个国家和地区范围

内，就可以实时了解沿岸所有船舶的动态，这对船舶航行管理、船舶追踪以及防止海洋污染具有

非常重要的意义。

AIS船用设备，我们将在下面做详细讨论。

图8-3AIS岸基系统组成示意图

AIS综合显示

雷达/ARPA

电子海图

（ECDIS）

船用AIS设备航行记录仪VDR

GPS/DGPS

电罗经计程仪

船用AIS及相关设备

岸基AIS及相关设备

AIS基站AIS基站

AIS中心

VTS中心

海事信息网

船位报告系统

港口信息网航运公司

互联网

船舶调度及信

息系统

图8-4AIS系统组成示意图

二、AIS船用设备的组成

一个典型的AIS船用设备是由一台VHF发射机、二台VHFTDMA接收机、一台VHFDSC

接收机、一台内置GPS接收机（作为备用）以及AIS信息处理器、电源和各种必要的外围设备

接口组成，如图8-5和8-6所示。

GPS

接收机

AISVHF

信息处理器收发机

电源

外围设备接口

图船用设备组成示意图

8-5AIS

差分

【ITU 823-3】

VHF差分

【ITU 823-3】可选

IEC 61162-2可

按IEC 61162-1

配置

IEC 61162-3

IEC 61162-2

IEC 61162-2

(D)GNSS

位置 时间

TDMA解码

TDMA解码

TDMA接收机

TDMA接收机

DSC接收机

(CH 70)

VHF

天线

{}

传感器

DSC解码

RX/TX控制

控制器

}

外部键盘

及显示*1)

TDMA编码

发射机

DSC编码

引航/辅

助设备

远程界面

IEC 61162-2

BIIT

监视系统

最小键盘

与显示

键盘/显示 *2）

报警电路

（NC继电器）

电源供给

电源输入

图8-6船用AIS设备组成原理图

VHF收发由系统信息处理器控制，用VHFCH87B、88B两个国际专用频道自动发射本船的

相关信息，接收周围其它船舶的AIS信息，频带为25KHZ。

AIS工作的特点是同时在这两个频率上接收信息，而发射信息一般是在这两个频率上交替进

行，在人工的干预下，也可以用其它的方式发射。此外，主管部门还可以指配AIS的区域性频

率，AIS设备应在指定的区域性频率上工作。

VHFDSC接收机的主要目的是接收岸台的频率控制信息，实现AIS工作频率在不同区域的

自动切换，当接收到岸台的频率信息后，AIS设备将自动地将频率转换到岸台的工作频率上，例

如，当我们到达美国水域时，AIS设备就在DSC信息的控制下，自动地将工作频率从通用频道

转换到28B频道。

船舶AIS的GPS信号通常情况下是由船舶GPS接收机提供，AIS设备自带的GPS接收机主

要是作为备用设备接收GPS信号，当船舶GPS由于其它原因不能提供信号时，AIS设备自带的

GPS接收机才开始工作，其主要作用是确定本船船位，同时接收GPS时钟信号，而使每个AIS

设备时间一致，实现帧同步。

AIS信息处理器是AIS的核心部分，用于存储本船识别码、船名、呼号、船型等静态信息与

船舶吃水、危险货类、航线等航行相关的信息；处理、存储本船动态信息；将存储的本船最新动

态信息、必要的静态信息以及与航行相关的其他信息进行编码后送发射机；对接收来自周围其他

船舶的航行数据进行解码并存储解码后的数据；并对接收到的相关数据进行计算得出CPA、

TCPA、距离和方位；将本船和其他船舶数据以及计算出的数据信息送信息显示器显示。

AIS的接口主要作用是连接外围设备，目前主要连接的设备有GPS、电罗经、计程仪等设备，

目的是获取本船的船位、航向、航速等重要信息，通过接口可以扩充的设备还有电子海图

（ECDIS）、雷达、远距离识别和跟踪设备、声光报警设备以及外接计算机，主要是实现综合导

航和远距离跟踪和控制等功能，外接计算机主要供引水员使用。

电源部分主要为AIS设备提供所需的电源，目前一般使用直流电源。

三、工作原理

船舶配备了AIS设备以后，设备一方面需要向外发送本船的相关信息，同时也要接收在VHF

有效作用距离之内其他船舶的信息。接收到的信息一方面用文字的方式表示出来，另一方面可以

形象地用雷达图表示，AIS船舶全部用三角符号“△”表示，直观地显示船舶的相对位置，和运

动方向，在电子海图上，可以用矢量线表示船舶的速度，必要时利用尾迹线表示船舶航行的痕迹，

船位数据取自GPS乃至差分GPS，其精度很高。要是在AIS设备上选择一个目标或者在电子海

图中从船舶标志处用鼠标点击一下，便可瞬时显示对应的船名、呼号、MMSI注册号以及航向、

航速、CPA、TCPA等重要的航行信息，驾驶员了解了这些信息后，就可以非常方便地判断周围

其它船舶的运动情况，确保航行安全，同时在进行相互通信可以直呼其船名，信息交流非常方便。

AIS工作在VHF航海频段，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)频道二个VHF频率作为AIS工作频道。就完成通信而言，一个无线电频道

已经足够了，但是为了防止干扰和转换频道时造成通信损失，每个AIS站均使用二个频道进行

收发。

除人工干预外，AIS应答器都工作在自主连续模式，发射方式是9.6KbGMSKFM带宽25KHz

或者12.5KHz数据采用HDL包协议。

根据船—船通信这样的实际条件，AIS使用了自组织时分多址技术（SOTDMA）这一核

心技术。根据IMO的AIS性能标准对要求船舶报告的容量的要求，系统每分钟应有2000个时

隙，但实际上，系统的设计是每分钟4500时隙，每一帧60秒，即每60秒钟建立2250个时隙，

每个时隙约26.67ms,可传输256bits的信息，每个AIS站的船舶报告根据信息的容量自动选择一

到三个时隙，分一帧和数帧发射或接收AIS信息。系统实时动态地调整信道分配

AIS系统的一帧（60秒）

01234222222

……

474849

图8-7AIS帧结构图

具体工作中，在一个AIS站开始发送之前先要对当时信道的使用状态观察一段时间，搞清

时隙使用情况，然后可以选择未占用的时隙，标明需占用的帧数，再发送数据，各AIS站持续

地保持同步，可避免发送时间重叠，新加入AIS站也不会发生冲突。在数据链负荷超过理论值

的90%时，新加入的站可以占用距离最远的台所遥的时隙，从而保证系统有很的过载能力。

GPS卫星

当前帧下一帧

1 min1 min

UTC时间

预留时隙

时隙0时隙2249

VHF信道

图8-8AIS自组织通信原理示意图

自组织分时多址技术可以自动解决本台与其他台的竞争问题，即使系统过载、通信仍能保持

完好；系统每分钟可以处理2000个以上报告，本船接收到的数据间隔2秒可以更新一次。

AIS对DSC向下兼容，因此岸基的GMDSS系统可以对装备AIS的船舶进行识别、跟踪和

控制。

AIS采用VHF频段，它的覆盖距离与其他VHF设备一样，电波直线传播。距离取决于天线的高

度，在海上通常为20海里左右。由于其波长较雷达长，波的绕射以及衍射作用较强，所以“可

视距离”较雷达要好，在地面上的障碍物不太高的情况下，能“看到”障碍物或岛屿背面的AIS

站。借助于中继站，可以显著扩大船台和VTS站的覆盖范围。