B类AIS的DSC应用研究

Ｂ类ＡＩＳ的ＤＳＣ应用研究

Ｂ类ＡＩ Ｓ的ＤＳＣ应用研究

Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＳＣ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｃｌａｓｓ——Ｂ ＡＩＳ ＲＴＵ

周佳铭’ 苏伟达’ 李汪彪 吴允平’ 郑 俊 蔡声镇 胡文倩’ 汪 培’

（１福建师范大学光电与信息工程学院，福建福州３５０００７；２福建师范大学软件学院，福建福州３５０１０８）

摘要

提出了基于ＡＲＭ的ＣＬＡＳＳ Ｂ类ＣＳＴＤＭＡ制式ＡＩＳ基带收发信机的设计方案，具体介绍了在Ｂ类的ＣＳＴＤＭＡ制式

ＡＩＳ中实现ＤＳＣ功能的方法和设计，重点解析了ＤＳＣ的通信协议，以及实现ＤＳＣ功能的难点。

关键词：Ｂ类ＡＩＳ，ＣＳＴＤＭＡ制式，ＤＳＣ，ＡＲＭ

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ＡＲＭ—ｂａｓｅｄ ＣＬＡＳＳ Ｂ ＣＳＴＤＭＡ ｓｔａｎｄａｒｄ ＡＩＳ ｂａｓｅｂａｎｄ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｎｔｒｏ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ

ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＤＳＣ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｌａｓｓ Ｂ ＣＳＴＤＭＡ ｓｔａｎｄａｒｄ ＡＩＳ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｐａｒｓｉｎｇ ＤＳＣ ｃｏｍｍｕｎｉ—

ｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ ｆｏｒ ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ＤＳＣ ｆｕｎｃｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＲＭ，Ｂ ｔｈｅ ｃｌａｓｓ ＣＳＴＤＭＡ ｓｔａｎｄａｒｄ，ＡＩＳ，ＤＳＣ

船舶自动识别系统ＡＩＳ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ） 为主控制器模块、外围扩展模块、电源模块、ＧＰＳ模块以及无线

在舰船飞机之敌友识别器基础上发展形成的一种新型船舶航行

收发模块。其中主控制器模块采用飞利浦公司的ＡＲＭ７系列芯

辅助系统…。

片ＬＰＣ２３６８；外围扩展模块中的ＥＥＰＲＯＭ用于保存本船信息

ＡＩＳ系统分为ＡＩＳ船台系统和ＡＩＳ岸台系统，其中ＡＩＳ船

ＭＭＳＩ号、船舶大小、船舶类型、船舶名称、呼号等静态信息、自

台系统又分为Ａ类和Ｂ类。Ａ类使用ＳＯＴＤＭＡ（Ｓｅｌｆ—Ｏｒｇａ—

有协议信息以及２２报文区域管理信息等重要信息数据；ＧＰＳ

ｎｉｚｅｄ Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）协议，主要应用于３００

模块能够提供定位数据、船速和ＵＴＣ时间等信息；无线收发模

吨及以上的国际航行船舶、５００吨及以上的非国际航行货船；Ｂ 块中使用芯片ＣＭＸ７０４２进行数据的调制和解调，本振电路利

类使用ＣＳＴＤＭＡ（Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃ—

用压控振荡器和混频器来为ＣＭＸ７０４２提供ＡｌＳ信道的载波。

ｃｅｓｓ）协议，主要以中小型船舶应用为主。船台和船岸之间的交

互信息分为静态信息和动态信息以及信道管理信息，遵循国际

耶天线

堑驾一ＲＳ２３２，

ＩＩＣ ｒ一——一

＝＝二＝Ｊ ＥＥＰＲＯＭ

电信联盟的无线电通讯建议ＩＴＵ—Ｒ Ｍ．１３７１，其中，静态信息包

４ 调制解调芯片 ｌＢＩ＿ｓ＿

Ｉ＝＝Ｊ复位电路

ＣＭＸ７０４２ 一

＜ｌ 一

括船名、呼号、ＭＭＳＩ码、船长、船宽、吃水、船舶类型等，动态信

ＧＰＳ．￣— ； ■＝

＿＿——｛电源模块

息包括航向、航速、目的港等 ］。正是这些信息提供了水上交通

’

Ｉ

ＲＳ

Ｉ

ＧＰｓ漠块 ＝：竺＝

—

２３２厂 囊ｎ一

的当前状况，了解了船一船之间的相互位置等，为保障航行安全

提供了技术支撑。

图１ Ｂ类ＣＳＴＤＭＡ制式ＡＩＳ终端的结构框图

ＤＳＣ是国际无线电咨询委员会建议的一种用于海上移动

２ ＤＳＣ在Ｂ类ＡＩＳ中的功能实现

业务的系统，也是船舶在遇险报警和普遍呼叫时通过中高频波

ＤＳＣ作为ＡＩＳ信道管理信息的辅助传输信道，ＡＩＳ基站会

段发射的一个通用呼叫系统，不仅为船舶提供了岸台之间无线

主动在信道上发送格式报文。为了提高效率，基站在ＤＳＣ频道

电通信功能，又为遇险报警提供了技术平台［３３。除此之外，为了

发送报文是有规定的，除非海事主管部门规定的监测时间表，均

保证当Ａ类／Ｂ类ＡＩＳ终端的Ａ通道和／或Ｂ通道不可用时，

采用默认的监测时间表。因此，Ｂ类ＡＩＳ终端可利用时间共享

ＡＩＳ仍能接收信道管理消息，国际电信联盟常设机构之一国际

ＴＤＭＡ信道的方法侦听这些ＤＳＣ报文，并按照ＤＳＣ报文格式

无线电咨询委员会还建议采用数字选择性呼叫ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ

从中提取出信道管理信息，并进一步完成信道设置。

Ｓｅｌｅｅｔｉｖｅ Ｃａｌｌｉｎｇ）的通信功能来完成ＡＩＳ信道管理信息的传

为了提高传输信息的可靠性和纠错检错能力，ＤＳＣ采用了

递。ＩＴＵ—Ｒ Ｍ．１３７１标准协议规定，ＡＩＳ终端可利用ＤＳＣ完成

群计数码的编码格式以及时间分集的抗干扰技术。其中群计数

ＡＩＳ的信道管理功能，强制Ａ类ＡＩＳ必需配备ＤＳＣ接收机，即

码的特点是每个字节由１０个二进制码元组成，分为信息码和监

必须有ＤＳＣ功能，Ｂ类ＡＩＳ终端的ＤＳＣ接收机是可选配置。

督码，前７位为信息码，后３位为监督码，信息码与正常的二进

本文采用了一种时间共享ＴＤＭＡ信道的方法，交替将两个

制数字表达是相反的，最左位为最低数字位，最右位为最高数字

ＴＤＭＡ接收机中的空闲一个设置在ＤＳＣ信道上，从而使Ｂ类

位；而时间分集的抗干扰技术则是在两个时间上发送同一信息，

ＡＩＳ终端无需配置专用ＤＳＣ接收机也能实现ＤＳＣ接收及信道

以克服中短波信道的传播过程的脉冲干扰和多径效应等影响因

管理的功能。

素。ＤＳＣ采用二重时间分集，呼叫序列由第一次发送的电文和

１ Ｂ类ＡｌＳ ＣＳＴＤＭＡ制式终端的结构框图

第二次发送的电文两部分组成，第一次发送称为直接发送，用

Ｂ类ＣＳＴＤＭＡ制式ＡＩＳ终端的结构框图如图１所示。可分

ＤＸ表示，第二次发送称为重复发送，用ＲＸ表示，以ＤＳＣ序列

教育部重点项目（２１２０８７）；福建省科技厅重大项目（２０１１Ｈ６００９）；福建省高校新世纪优秀人才支持计划（ＪＡ１１０３７）；福建省

教育厅项目（ＪＡ１００７８）

《工业控制计算机｝２０１３年第２６卷第２期 ２１

中的定相序列为例，其具体结构如表１，ＤＸ位置上连续６字节

的１２５表示第一次发送的定相序列，ＲＸ位置上依次８字节的 确认ＧＰＳ有效后，继续确定当前时间与ＤＳＣ监控时段的关系。

时段内，这种情况下则认为当前退出ＤＳＣ监控时间段。其次，在

由此，当时间进入ＤＳＣ监测时间段时，控制切换空闲的

１ １ １—１０４表示第二次发送的定相序列，定相序列两次发送间隔

一

个字节的时间并且均用于字节同步，字节同步是指确定序列 ＴＤＭＡ接收机之一到ＤＳＣ频段，实现ＤＳＣ报文的接收。同时，

当时间退出ＤＳＣ监控时间段时，将已设置成ＤＳＣ频段的ＴＤ—

ＭＡ接收机切换回ＡＩＳ频段，恢复ＡＩＳ报文的接收功能。

３ｌ２ ＤＳＣ报文解析

ＤＳＣ报文解析主要经过格式转换、定相、校验以及解包几

个步骤。具体解析流程如图３所示。

信息的起始位置，定相序列后的Ａ、Ｂ、Ｃ表示之后的其他信息，

这些信息会在ＤＸ和ＲＸ位置上发送相同两次 。

表１定相序列结构

ＤＸ ＤＸ ＤＸ ＤＸ ＤＸ ＤＸ Ａ Ｂ Ｃ

１２５ １２５ ｌ２５ ｌ２５ １２５ １２５

Ｒｘ ＲＸ Ｒ）（ Ｒｘ Ｒｘ

ｌ１１ ｌ０９ １０７ ｌ０４

国际电信联盟的无线电通讯建议ＩＴＵ－Ｒ Ｍ．８２５和ＩＴＵ－Ｒ

Ｍ．４９３—１１对ＤＳＣ呼叫序列的格式作了具体要求，其格式如表

３—２所示，包括点阵、定相序列、格式符、呼叫地址、类别、自识

别、电文内容、序列结束符以及纠错检验符。

．

表２ ＤＳＣ的序列格式

Ａ Ｉ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ Ｆ ＤＸ，ＲＸ Ｇ

ＲＸ］字节 Ｒｘ８字节

点阵 定相序列 格式符｝呼叫地址Ｉ类别 自识别 电文内容 序列结束符 纠错检验符

Ｄｘ６宁节 ２字节Ｉ ５字节｛１字节 ５字节 不定 ＤＸ３字节 ｌ字节

其中，点阵是一段０和１交替的数码，作为呼叫序列的起始

标志，以此来确认ＤＳＣ的呼叫，ＣＭ×７０４２解读到点阵就会启动

开始信息接收；定相序列的格式如表１所示，用于完成字节同

步；格式符用来说明序列的性质，Ｂ类船台只处理格式符类型为

所有船舶呼叫、单呼和一定海域范围内呼叫；呼叫地址是用于识

别呼叫的对象；类别是用于说明本数据序列的类别，Ｂ类船台只

处理常规类别的ＤＳＣ呼叫；自识别指示的是发射ＤＳＣ序列的

台站的ＭＭＳｌ码；电文内容是ＤＳＣ序列的信息部分，包含至多

四组的消息，每组消息由功能代码、功能扩展符以及扩展符号值

构成；序列结束符用于指示序列的结束，它在ＤＸ位置上由连续

３字节十进制数１２７表示，在ＲＸ位置上由１字节十进制数１２７

表示；纠错检验符是对ＤＸ和ＲＸ位置上除点阵和定相序列外的

序列信息的垂直校验，它位于序列的最后一个字节［ ］。

通常，Ｂ类终端只接收处理特定报文内容。报文内容的功能

代码从１００—１２７，在这些功能报文中，代码１Ｏ４最为重要，它是

船舶交通管理系统（ＶＴＳ）扩展消息，其功能扩展符从００－９９，其

中，扩展符Ｏ１设定发射机功率、扩展符０９设定信道管理中接收

和发送的主通道、扩展符１０设定信道管理中接收和发送的次通

道、扩展符１１设定信道管理中接收的次通道，扩展符１２和１３ 因为终端处于ＤＳＣ侦听过程，ＭＣＵ在接收到ＣＭＸ７０４２

号分别规定信道管理区域和使用墨卡托投射矩形区域。Ｂ类终 传送来的信息后，会首先依据ＤＳＣ报文格式对信息进行格式转

端只需完成功能代码为１０４报文中功能扩展符为０１、０９、１０、 换，将原有的１０个二进制码元转化为８个二进制码元，其中最

图３ ＤＳＣ报文解析流程

１ １、１２和１３的报文解析操作即可［７３ ｏ 高位表示错误指示位，后７位仍然表示信息码，对于指示位错误

３ ＤＳＣ应用于Ｂ类ＡＩＳ的软件设计

３．１ ＤＳＣ侦听

由于在ＤＳＣ频

开始

Ｔ

的字节则认为是无效信息；接着分别对Ｄ×和ＲＸ位置的序列进

行定相处理；定相成功后，便对电文内容进行垂直校验，垂直校

道发送报文有严格

的时间规定，因此，

ＤＳＣ侦听过程与当

前时间休戚相关。具

Ｇ ｓ是否有靛 Ｎ

验的结果与ＤＳＣ序列中的纠错检验符进行对比，若一致说明该

序列包正确，提取出ＤＳＣ的电文内容，进行后续的解包处理，若

Ｙ

１ｌＬ———一一

确定当前时间与Ｄｓｃ监 当前退，ｍＩｊｑＤＳ ＣＡ测时段 ＇

测时段的关系

Ｔ

不一致说明该序列包不正确，应予以丢弃。

在解包的过程中，首先判断格式区分符类型，若是对所有船

舶的呼叫，则继续解包。若是单呼（即对个别船台的呼叫），则只

体侦听ＤＳＣ流程如 有和本机ＭＭＳＩ号码一致的呼叫地址数据，才继续后续解包处

图２所示。首先，只

有当ＧＰＳ有效时，

终端才可以获得准

就无法得知当前时

间，进而无法判断当

当前进 ｓｃ监测时

段内？

Ｎ

Ｎ

Ｙ

肖前退出Ｄｓｅ监测，

时段？

、

理，不一致说明不是对本机的呼叫，停止解包。若是群呼（即对一

个特定海域的船只进行呼叫），则本机的位置只有在由呼叫地址

表示的矩形区域内，才继续后续解包处理，若不在该矩形区域

Ｔ Ｙ

控制切换空闲的Ｉ＇ＤＭＡ￣

厢币丽 凄叹杌讶

确的时间数据，否则

收机之一到Ｄｓｃ频段

｛ ＡＩＳ；频段

丫

内，停止解包；然后判断呼叫的类别，若类别为常规的则继续解

包，否则停止解包；最后对报文内容－进行解析，其中只解析功能

代码为１０４的船舶交通管理系统（ＶＴＳ）扩展消息，提取出信道

（下转第２４页）

结束

前是否在ＤＳＣ监控

图２ ＤＳＣ侦听流程图

２４ 基于ＣＢＴＣ的车地通信系统研究与分析

（ ’＋ （ｐ－２） ＼，／ ７＋丢＋ Ｖ ） （１７）

称为ｔｏ的置信度为１一仅的预测区间。

上述计算过程比较复杂，考虑到节点的计算能力以及能耗，

做了一些简化工作。当置信度满足１一仪＝０．９９６时，查表得到，

ｔ，￣／２ ３。Ｐ＝８时，时间波动不大，置信度可以约等于１，预测区间

简化为（Ｔ。一３叮，Ｔ。＋３叮）。盯是盯的无偏估计，进一步简化为（Ｔ 一

３盯，Ｔ ＋３盯）。假如节点的接收新的时间数据处于预测区间内，则

Ｑ（ｍ，ｎ）：∑８２，＝∑（Ｔ－ｍｒ，一ｎ） （１０）

认为该数据是可靠的，及时刷新线性回归表，否则丢弃该数据采

样点。该算法复杂度较低，其主要计算因子在时钟漂移补偿中已

经得到了计算，较大程度地避免了复杂的计算，减轻了ＭＣＵ处

理的负荷，降低了节点的能量开销，同时有效地滤除了异常数据

采样点，使得时间漂移估计值对时间漂移进行补偿取得较精确

的效果。

ＴＯ￣Ｎ（ｍｔ＋ｎ，［吾＋ ） （１１）

３结束语

ＣＢＴＣ的列车控制系统中，列车与地面进行连续、双向的通

可以证明千０以及Ｔｏ相互独立，其中，ｓ ＝艺（卜－ｔ） 。

信，必须考虑到实际通信环境的地理特征以及通信延时等。本文

就城市轨道交通中常见的矩形隧道和拱形隧道中电磁波传输特

性分别展开研究，建立可靠的通信模型；针对经典的双向时间同

步机制，做出了时钟漂移补偿以及异常数据的过滤的改进，有效

一 ：

＇［７＋吾＋ ］ ） （１２）

减小网络延时，进而保证列车的安全运行。

参考文献

［１］凌祝军ＣＢＴＣ系统中的联锁技术研究［Ｊ］．铁路通信信号，２００９，４５

Ｑｅ＝∑ ２＝∑（ 一 ） （１３）

（９）：１２—１４

［２］王磊，田启铭，石枫华．市政公用工程管理和实务［Ｊ］中国建筑工业

出版社，２０１１：８０—８８

：

（ｐ一２） （１４）

［３］张申．隧道无线电射线传输规律的研究［Ｊ］．电波科学学报，２００２，４

（１７）：１１４—１１８

［４］ＹＡＭＡＧＵＣＨｌ Ｙ， ＡＢＥ Ｔ． ＳＥＫＩＧＵＣＨＩ Ｔ． Ａｔｔｅｎｎｕａｔｉｏｎ Ｃｏｎ—

Ｅ（鲁） 一２ （１５）

ｓｔａｎｔｓ ｏｆ ＵＨＦ Ｒａｄｉｏ Ｗａｖｅｓ ｉｎ Ａｒｃｈｅｓ Ｔｕｎｎｅｌｓ ｆＪ１． ＩＥＥＥ

Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ ＥＭＣ，１９８９，３１（１）：８７－９１

则ａ －，＇：１ｅ

，（、 ＾一

，

仃是盯。的无偏估计，于是对于给定置信度１一

［５］徐朝农，徐勇军，邓志东．线性传感器网络时间同步协议［Ｊ］．软件学

报，２００９：２０（１１）：２６６—２７７

［６］盛骤，谢式千，潘承毅．概率论与数理统计［Ｍ］北京：高等教育出版

（ ７＝ ‘ （ｐ一２ ｝＝ 一 ｃ、６

社，１９８９：２６４—２７９

尸

［７］Ｍａｒｏｔｉ Ｍ，Ｋｕｓｙ Ｂ，Ｓｉｍｏｎ Ｇ．Ｔｈｅ Ｆｌｏｏｄｉｎｇ Ｔｉｍｅ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａ—

ｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ［Ｍ】．ＷＣＮＣ２００４，Ａ ｔｌａｎｔａ，ＧＡ，２００４

［收稿日期：２０１２．１１＿７］

（上接第２１页） ２００８（８）：３４－３５

管理区域边界、主通道、次通道、接收模式和功率的配置信息，按

［２］龚涛，窦建龙，赵学军，等．基于导航技术的ＡＩＳ系统［Ｊ］数字通信世

照配置信息要求进行信道功能设置，从而实现Ｂ类ＡＩＳ终端

界，２０１１（８）：７６—７７

ＤＳＣ辅助通道的信道管理。

［３］田岩岩．ＤＳＣ技术建议ＩＴＵ—Ｒ Ｍ．４９３—１ １的研究与仿真［Ｄ］．大连：

４结束语

大连海事大学，２００７：４

本文设计经过大量实际调试已通过测试，具有较好的应用

［４］刘锐．ＤＳＣ通信协议研究及在ＤＳＰ应用板上的实现［Ｄ］．大连：大连

前景。本文采用的时间共享ＴＤＭＡ信道的方法还存在不足：其

海事大学，２ｏＯ８：６—１２

虽然可以降低设计成本，但会遗漏被ＤＳＣ占用的时段的ＡＩＳ信

［５］ＩＴＵ—Ｒ Ｍ．８２５—２，用于船只业务和船一船识别的使用数字选择呼叫

道上的信息。如何克服这一问题还有待进一步的研究。ＡＩＳ与多

技术的转发器系统的特征［Ｓ］．日内瓦：１９９７

［６］ＩＴＵ—Ｒ Ｍ．４９３—１１，用于海上移动业务的数字选择性呼叫系统［Ｓ］．

种技术紧密结合是一种趋势，其顺应了当前科技智能化、全球化

日内瓦：２００４

和多元化的潮流，也是ＡＩＳ今后发展的方向。

［７］Ｒ—ＲＥＣ—Ｍ．１３７１—４—２０１００４一ｌ，在ＶＨＦ水上移动频带内使用时分

多址的自动识别系统的技术特性［Ｓ］．日内瓦＝２０１０

参考文献

［收稿日期：２０１２．１１ ２１］

［１］韩伟．ＡＩＳ（ＣＬＡＳＳＢ）船台在应用中需要关注的问题［Ｊ］．中国海事