Передача и прием информации станциями АИС

Управление каналами АИС обеспечивается тремя способами: передачей береговыми станциями АИС специального сообщения, командой с цифровым избирательным вызовом (ЦИВ), передаваемой базовыми станциями данного района или ручным переключением в судовой аппаратуре. Очевидно, что региональные каналы должны быть внесены в память судовой аппаратуры или должна предоставляться соответствующая информация в извещениях судоводителям.

Работа каждой станции АИС (судовой или береговой) жестко синхронизирована по всемирному координированному времени (UTC) с погрешностью не более 10 мкс от встроенного приемника ГНСС (синхронизация АИС, используемых в Российской Федерации, осуществляется по сигналам встроенного комбинированного приемника ГНСС ГЛОНАСС/GPS). В случае отказа встроенного приемника ГНСС используются резервные варианты синхронизации по сигналам других станций АИС, обычно — береговых. Для передачи информации используются непрерывно повторяющиеся кадры длительностью 1 минута, которые разбиваются на 2250 слотов (временных интервалов) длительностью по 26,67 мс.

Работа станций АИС на двух частотных каналах (международных или региональных) позволяет повысить надежность канала связи АИС и увеличить его пропускную способность. Передатчик каждой станции АИС излучает поочередно на обеих частотах, а два приемника параллельно принимают и суммируют сообщения других станций на обеих частотах. Таким образом, обеспечивается возможность передачи за 1 минуту 4500 наиболее коротких сообщений, занимающих 1 слот. Некоторые виды сообщений могут занимать несколько последовательных слотов — от 2 до 5. Скорость передачи цифровой информации в канале АИС выбрана 9600 бит/с, что обусловлено использованием как широкополосных международных каналов (с разносом частот между каналами 25 кГц), так и узкополосных каналов, выделяемых на региональной основе (с разносом частот 12.5 кГц). В принципе, если бы в АИС использовались только широкополосные каналы с разносом частот 25 кГц. скорость передачи информации и потенциальная пропускная способность системы могла быть вдвое выше. Тем не менее, выбранная скорость передачи заметно выше, чем при передаче информации по протоколу ЦИВ (1200 бит/с), и достаточна для обмена информацией. Принцип передачи данных в слотах канала АИС поясняется на рисунке 2.

Синхронизация

Старт- флаг

Данные

Контрольная

Стоп-флаг

24 бит

8 бит

158 бит

сумма 16 бит

8 бит

1 . ч- Ч 1

  • 1 ! ! • •
  • 11 ! !

/1 1 • Излучение ; ;

/1 1 ! станции А 1 ;

/ Излучение

/ станции В

1 I 1 I 1 ъ

То

;i 1 1 I 1 ; 1 1 1 i 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ; 1 1 ; 1 ; п I

Н 2 31 4! S S 7 S 0 10 11 12 13 14 IS 1S 17 10 10 20 21' 22 23' 24' 25! 25

? ; ; ! ! ! !

Ti Тз Тз Та Ts Ts Тт

Слот N (26,67 мс = 256 бит)

I I I I I • 1 2 3 4 5 *(мс)

То

Слот N +1

То - начало слота включение передатчика

Ti = 0,832 мс - начало сигнала синхронизации

Ъ = 3,228 мс - начало стартового флага

Тз = 4,160 мс- начало передачи данных

Та = 21,332 - конец передачи данных

Ts = 23,196 мс - начало стопового флага

То = 24,128 мс - выключение передатчика

Тт = То + 1 мс - прекращение излучения

Рис. 2. Передача данных в слотах канала АИС

При скорости передачи 9600 бит/с в каждом слоте длительностью 26,67 мс теоретически можно передать 256 бит информации. Практически, пакет данных, передаваемых в слоте, имеет максимальную длину 168 бит и дополняется сигналом синхронизации, флагами начала и окончания данных, контрольной суммой битов.

Для обеспечения одновременной работы многих судовых и береговых станций АИС на одном частотном канале используется метод множественного доступа с временным разделением (TDMA — Time Division Multiplied Access), поясняемый рисунком 3.

Кадр » 60 секунд « 2250 слотов

Судно А

Судно В

Рис. 3. Принцип множественного доступа с временным разделением (TDMA) к каналу связи АИС

Благодаря общей синхронизации всех станций АИС по сигналам ГНСС, минутный кадр передачи — приема информации делится на 2250 временных интервалов (слотов). Каждая станция АИС выбирает для передачи своей информации один слот или несколько последовательных слотов, не занятых другими станциями. В передаваемые сообщения включается служебная информация о слотах, которые каждая станция АИС резервирует для передачи следующего сообщения. В результате этого станции АИС автоматически синхронизируются, не создавая помех взаимной работе в зоне радиовидимости.

Расчет реальной пропускной способности канала связи АИС выполняется с учетом особенностей данного района плавания и вероятного количества судов различного вида (стоящих на якоре, движущихся, высокоскоростных, маневрирующих и т.д.). Например, если в радиусе действия станции АИС находится 40 движущихся судов, передающих сообщение о местоположении размером в один слот и с интервалом 2 секунды, то в минутном кадре окажутся занятыми 1200 слотов из 4500 (для двух частотных каналов). Расчет, выполненный для районов с наибольшей интенсивностью судоходства, показал, что в теоретическом радиусе действия станции АИС, равном 40 миль, необходимо обеспечить возможность передачи 2400-3200 сообщений в минуту от различных судов. Тем не менее, некоторые морские администрации и специалисты выражают обеспокоенность, что пропускная способность АИС вскоре может оказаться недостаточной с учетом реальной и перспективной интенсивности судоходства, а также возможности установки АИС на средства навигационного оборудования (СНО), прогулочных и маломерных судах.

Основополагающий принцип универсальной АИС состоит в том, что любая станция, включившись в работу или оказавшись в радиусе действия других работающих станций, должна найти для себя свободные слоты (не занятые другими станциями) и использовать их для своей передачи. Метод, позволяющий в зоне радиовидимости всем станциям АИС находить свободные слоты для передачи и избежать блокирования системы при перегрузках, является специальный метод доступа к каналу ОВЧ (УКВ) связи — TDMA (Time Division Multiple Access), в русскоязычной терминологии множественный доступ с временным разделением (МДВР).

Станции АИС после включения в работу до начала передачи в течение минутного кадра принимают и анализируют сообщения в канале АИС для определения свободных слотов и выбора потенциальных слотов для своей передачи в следующем минутном кадре.

Принцип выбора слотов для передачи сообщений АИС с использованием протоколов TDMA поясняется на рисунке 4.

SI = 0,2 * N1 - интервал выбора Тк - длительность кадра (60 с)

N1 = 2250 : RR - номинальное приращение Тп - период повторения сообщения

RR = Тк : Тп - частота передачи сообщения

Рис. 4. Принцип выбора слота для передачи

Например, судно должно регулярно передавать позиционное сообщение, содержащее динамическую информацию, с периодом повторения 6 секунд. Частота передачи сообщения RR для данного примера равна 10, то есть, сообщение должно повторяться 10 раз в течение минутного кадра, состоящего из 2250 слотов. Номинальное приращение N1, равное 225. означает, что данное сообщение должно повторяться, в среднем, каждые 225 слотов. Слот для передачи сообщения должен случайным образом выбираться из 45 слотов, лежащих в интервале выбора SI, но не занятых другими станциями. Таким образом, фактический интервал передачи сообщений каждой судовой станции АИС изменяется случайным образом вокруг среднего значения, определяемого параметрами движения судов и установленного стандартами.

Алгоритмы TDMA также обеспечивают устойчивость канала АИС к перегрузкам, когда почти все слоты в минутном кадре заняты, и некоторая станция А не может выбрать свободный слот для передачи своего сообщения в интервале выбора. В этом случае, станция А выбирает для передачи слот, в котором уже ведет передачу наиболее удаленная от нее станция В. Тем самым, для других станций, находящихся вблизи станции А, передача станции В будет подавлена в данном слоте сигналом станции А. Однако, станция А может подавить сигнал станции В только один раз за минутный кадр. Для передачи следующего сообщения в данном кадре станция А должна выбрать слот, где ведет передачу другая удаленная станция С. Аналогично ведут себя и другие станции, окружающие станцию А.

В результате, при перегрузке канала связи АИС на 400-500% (когда для нормальной работы всех станций потребовалось бы в 4-5 раз увеличить число слотов в кадре) реальная дальность приема каждой судовой станцией сообщений от других станций уменьшается до 8-10 миль, то есть до дальности уверенного радиолокационного сопровождения судов-целей средних размеров. Следовательно, в районах с высокой интенсивностью судоходства реальная дальность действия АИС всегда меньше, чем дальность обычной радиосвязи на

ОВЧ, определяемая высотами установки антенн. Специфические особенности канала связи АИС накладывают существенные ограничения на технические характеристики передающих и приемных устройств. Мощность передатчика АИС стандартизована на уровне 12,5 Вт (в режиме полной мощности) и 2 Вт (в режиме пониженной мощности). Предусмотрено автоматическое переключение мощности передатчика (пониженная/полная) по сигналу береговой станции. Пониженная мощность может использоваться, например, на акватории порта, чтобы уменьшить перегрузку канала связи на подходных фарватерах. Ввиду необходимости работы в коротких временных интервалах (слота) длительностью 26,67 мс, время нарастания излучаемой мощности до уровня 80% от максимальной, а также спада мощности не должно превышать 1 мс.

Канал связи АИС, включающий среду распространения радиоволн, передающее устройство и приемное устройство, в нормативных документах получил условное название VDL (VHF Data Link — канал передачи данных). В канале связи АИС используется частотная модуляция с Гауссовской минимизацией сдвига (FM/GMSK — Frequency Modulation/Gaussian Minimum Shift Keying). В упрощенном представлении это означает, что на время передачи одного бита информации излучаемая частота несколько понижается, если передается «нуль», или несколько повышается, если передается «единица». Кодировка передаваемых символов (букв, цифр и других знаков, из которых формируется сообщение) осуществляется по шести битовому коду, в котором каждый из 64 возможных символов кодируется последовательной серией из шести «нулей» и «единиц».

Точность представляемой информации станциями АИС

Точность данных передаваемых станцией АИС определяется сопрягаемой судовой аппаратурой навигации (GPS, GPS/ГЛОНАСС, гирокомпаса, лага, датчика скорости поворота или др.). При подключении к АИС навигационного приемоиндикатора ГНСС с приемником дифференциальных поправок в зоне действия станции дифференциальных поправок точность определения местоположения увеличивается на порядок.

В системе АИС с высокой точностью определяются положение носа и кормы судна, положение правого и левого бортов судна, поскольку при пусконаладке аппаратуры учитывается местоположение антенны ГНСС относительно размеров судна.

Береговая станция АИС может передавать дифференциальные поправки к спутниковым навигационным системам, при этом точность определения местоположения судовым приемником ГНСС увеличится.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >