【正文】 網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，AIS的技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)形成，在航運界對助航設(shè)備的要求越來越高的情況下，船舶自動識別系統(tǒng)應(yīng)運而生。基于AIS的船舶避碰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計對駕駛員參考到的數(shù)據(jù)有著十分重要的意義，因此這個問題的提出并設(shè)計對航海有著重大的幫助。 課題的提出為保證船舶的安全營運，現(xiàn)代航海技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用并保持持續(xù)快速的發(fā)展，如雷達(dá)ARPA、AIS、ECDIS的綜合運用；基于高精度定位等各類傳感器技術(shù)的應(yīng)用；基于網(wǎng)絡(luò)的本船內(nèi)部及遠(yuǎn)程實時或近于實時的監(jiān)控等等，對防范船舶碰撞、觸礁、觸淺等海事的發(fā)生發(fā)揮了重要作用。AIS作為一項最新技術(shù)在最近幾年得到迅速發(fā)展，由理論研究階段進(jìn)入到使用階段。AIS能自動與目標(biāo)船舶/岸臺建立通信，并保證通信的可靠性，幫助船舶有效導(dǎo)航，改善航行安全，增強(qiáng)對覆蓋區(qū)域船舶的識別和監(jiān)控；為船舶航行提供新的觀測手段。設(shè)置AIS的目的是為了自動船舶識別、避免船舶碰撞、協(xié)助目標(biāo)跟蹤、減少話音報告、簡化信息交換并提供附加信息以幫助了解船舶交通狀況。 Data Acquisition 目錄第1章 緒 論 5 課題的目的和意義 5 課題的提出 5 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 5 論文的構(gòu)架 6第2章 AIS簡介 7 AIS的由來 7 AIS的功能 7 AIS的工作過程 7 AIS的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及特點 8 AIS工作模式 9 AIS協(xié)議數(shù)據(jù)格式與內(nèi)容 10第3章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案設(shè)計 13 基于AIS船舶避碰系統(tǒng)的提出 13 13 基于AIS船舶避碰系統(tǒng)的功能 13 基于AIS船舶避碰系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 14 15 DSP芯片模塊的設(shè)計 16 AIS的關(guān)鍵技術(shù)研究 16 船舶避碰系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 16 主要模塊劃分 17 AIS信息的采集 17 DSP和FPGA的接口設(shè)計 18 DSP和FPGA與其他外圍電路的接口設(shè)計 19第4章 模塊電路的設(shè)計 20 鑒頻電路的設(shè)計 20 FSK調(diào)制解調(diào)電路的設(shè)計 21 基本原理 21 FSK信號調(diào)制方式的實現(xiàn) 22 FSK信號解調(diào)方法的實現(xiàn) 23 FSK和DSP接口電路的設(shè)計 24 RS485接口電路的設(shè)計 24 RS485接口標(biāo)準(zhǔn)概述 24 RS485的特性及原理 24 RS485系統(tǒng)調(diào)試期間出現(xiàn)的問題 25 RS485與DSP接口電路設(shè)計 26第5章 基于AIS船舶避碰系統(tǒng)軟件設(shè)計 27 27 初始化程序設(shè)計 31 DSP運算主程序 32 DSP中斷服務(wù)子程序 32 接受數(shù)據(jù)中斷服務(wù)子程序 35 發(fā)送數(shù)據(jù)中斷服務(wù)子程序 35小結(jié) 37致謝 38第1章 緒 論 課題的目的和意義船舶自動識別系統(tǒng)(Automatic Identification System，簡稱AIS )是一種以自組織時分多址為核心技術(shù)的船與船，船與岸臺之間通信導(dǎo)航系統(tǒng)。 securityrelated short message: important navigational warnings or important meteorological warnings to the overall research and analysis.This article first analyzes the structure of the data from the ship sensor information data extracted mainly DGPS data, Gyro Data, Log data can be obtained by the shiptoground course, ground speed, GPS location from the Gyro can be turned to the rate of speed by the Log data can be of these data, further more accurate and reliable the received data, the design of the module circuit: Kamfrequency circuit design, using a mutual inductance coupling frequency circuit, with FSK modulation and demodulation circuits are explained, and its related principles were C5402DSP chip, and its function, module flow chart for a detailed article also uses RS485 interface circuit and the LCD display circuit , the software design process, and pile some of the relevant procedures.Keywords: Collision avoidance。 dynamic information: accurate and plete location of the land routes of ships, and ground speed, the bowto speed and steering。最后還進(jìn)行軟件流程的設(shè)計，并編譯部分相關(guān)的程序。采用了C5402DSP芯片，并對它的功能，模塊流程圖進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。針對接收到的數(shù)據(jù)，設(shè)計了模塊電路：鑒頻電路的設(shè)計，采用了互感耦合鑒頻器。由Gyro數(shù)據(jù)還可以得到轉(zhuǎn)向率，由Log數(shù)據(jù)可以得到航速。本文先對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，從本船傳感器提取的信息數(shù)據(jù)主要有DGPS數(shù)據(jù)、Gyro數(shù)據(jù)、Log數(shù)據(jù)等。本文首先對AIS及基于AIS船舶避碰系統(tǒng)進(jìn)行簡介，對AIS的基本組成、基本功能，AIS的工作過程、通信協(xié)議、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、本課題國內(nèi)外研究動態(tài)等進(jìn)行綜述?；贏IS的船舶避碰數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計摘要AIS ( Automatic Identification System)是工作在VHF海上頻段的船舶和岸基廣播數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。它是一種可在船與船之間以及船與岸之間交換數(shù)字信息的工具。研究了基于AIS的船舶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從靜態(tài)信息：船長及寬度、船舶類別及AIS定位儀天線在船舶所處位置等；動態(tài)信息：精確及完整的船舶位置對地航線、對地速度、船首向和轉(zhuǎn)向速度等；航行相關(guān)信息：船舶吃水、目的地、計劃航行路線等；安全相關(guān)的短信息：重要的航行警告或重要的氣象警告等進(jìn)行整體的研究及分析。由DGPS數(shù)據(jù)可以得到船舶對地航向、對地航速、GPS位置信息。對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，可進(jìn)一步得到更準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)。解碼電路的設(shè)計，用FSK調(diào)制解調(diào)電路進(jìn)行說明，并對其相關(guān)的原理進(jìn)行了介紹。本文還采用了RS485接口電路和LCD顯示電路的設(shè)計。關(guān)鍵詞：船舶避碰；AIS；數(shù)據(jù)采集AbstractAIS (Automatic Identification System) is a work in VHF marine band radio to ships and shorebased data transmission is in between vessels and between vessels and shore exchange of digital information article first AIS and AISbased collision avoidance system profile, the basic ponents of the AIS, the basic function, AIS of the work process, munication protocols, technical standards, application research of this topic are AIS shipbased data acquisition system, from static information: the captain and the width of the AIS ship type and ship locator antenna location, etc.。 navigation information: draft,ships,destination,plannednavigationroutes。 AIS。船舶自動識別系統(tǒng)工作在海上VHF頻段，運用SOTDMA方式發(fā)射船舶數(shù)據(jù)，將本船的信息：海上移動識別碼，船名，靜態(tài)信息及動態(tài)信息等，經(jīng)接口電路轉(zhuǎn)換后送信息處理器，經(jīng)處理后的信息通過接口電路通過VHF發(fā)信機(jī)發(fā)送到VHF信道，在此信道守聽的目標(biāo)船就可以接受。AIS具有補充現(xiàn)有船舶導(dǎo)航存在的缺陷，減少船舶碰撞事故；提高搜救遇險船舶的速度；增強(qiáng)雷達(dá)，船舶交通管理系統(tǒng)的功能。目前，AIS已在越來越多的海船上配置，作為雷達(dá)的補充，用作船舶之間避碰和自動交換信息的重要助航工具。AIS作為IMO要求必須配備的助航設(shè)備，具有很強(qiáng)的信息傳輸功能，有利于港口交通管理和船舶航行安全。如何接受并采集到正確的信息數(shù)據(jù)則成為防范船舶碰撞首當(dāng)其沖的問題，這也是本文針對這一問題所進(jìn)行的一系列的研究，并設(shè)計相應(yīng)的方案。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀上個世紀(jì)，VHF通信技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于船舶通信領(lǐng)域。船舶自動識別系統(tǒng)首先被用于航海避碰。獲得船舶自動識別系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)對于船舶避碰非常重要。AIS系統(tǒng)提供了前所未有的船舶標(biāo)識信息和高實時性的精確的船舶運動參數(shù)（船位、對地航向、對地航速以及船首向等）。從信息技術(shù)的角度看，AIS系統(tǒng)可以認(rèn)為是計算機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在航海領(lǐng)域的應(yīng)用，是信息高速公路向海洋的延伸，是航海技術(shù)一項革命性進(jìn)步。首先是IMO通過的自2007年7月1日起至2008年7月1日止的AIS設(shè)備強(qiáng)制裝載規(guī)定。其次，隨著中國經(jīng)濟(jì)高速增長，建立了較好的信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和資本累積，使我們有條件、有能力開發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的船用電子設(shè)備。最后，研發(fā)AIS設(shè)備在中國加入WTO后，有利于我們的產(chǎn)品進(jìn)去國際市場，保障我們的產(chǎn)品在一個較為公平的市場環(huán)境下與國際產(chǎn)品競爭。第一部分從AIS的由來、工作過程、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及特點、工作模式及協(xié)議數(shù)據(jù)格式切入介紹。第三部分提出了各個模塊電路的設(shè)計，鑒頻電路采用互感耦合鑒頻器進(jìn)行設(shè)計，解碼電路的設(shè)計，顯示電路LCD的設(shè)計以及RS485接口電路的設(shè)計，并對測試過程可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析。第2章 AIS簡介 AIS的由來目前，航運事業(yè)發(fā)展迅速。為了改變這種狀況，瑞典提出了AIS系統(tǒng)。 AIS的功能(1)系統(tǒng)可在無人介入的情況下，主動連續(xù)地向合適配備的岸臺、其他船舶或航空器提供信息，包括船舶識別、類型、位置、航向、航速、航行狀態(tài)和其他與安全有關(guān)的信息；(2)系統(tǒng)能自動接受處理來自他船的操縱和船位信息；(3)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)測試設(shè)備(BITE)；(4)能與AIS岸臺交換數(shù)據(jù)；(5)能識別船只、檢測和跟蹤船舶；(6)大大簡化了信息的交流量和交流次數(shù)；(7)提供其他輔助信息以避免碰撞發(fā)生?；谝粋€可由控制站操作員調(diào)整的時間表，基站對所有的船在70信道上發(fā)出一個電信號。只有安裝了AIS系統(tǒng)的船對呼叫產(chǎn)生應(yīng)答(不是己經(jīng)登錄到系統(tǒng)的船)。AIS電腦將決定在工作信道上進(jìn)入船舶的系統(tǒng)或者是在70信道上監(jiān)視船舶。AIS基站將一組數(shù)字和信道按順序分配給船臺。在適當(dāng)?shù)臅r間，基站會將其他所有的船在系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通知給船臺。隨著船沿著自己的航線距離傳送塔的遠(yuǎn)近不同，船臺的高低功率也可以自動或者手動切換。AIS操作者能把船舶在組和組之間調(diào)換，并可以改變每組的時間間隔。系統(tǒng)確認(rèn)70信道必須和國際電信聯(lián)盟無線電分委會推薦的載入信道相一致。在船舶工作的雙工信道向基站報告信息的同時，基站處于重復(fù)模式并同時將收到的傳播信息，如位置、航線、航速等像發(fā)送船一樣廣播出去。如果配備了電子海圖顯示和信息系統(tǒng)(ECDIS)的話，就不但能夠看見控制區(qū)域內(nèi)自己的位置，而且能看到所有其它的船。船與岸，船與船，岸與船的信息傳遞已經(jīng)實現(xiàn)了。AIS電腦從自己的操作員或者船臺得到發(fā)送指令后會將信息打包成合適的尺寸和次數(shù)并發(fā)送出去。在這種方式下，如果船舶在控制區(qū)域內(nèi)，他們能夠互相收發(fā)信息。然而，如果船舶離開了基站的跟蹤區(qū)域，它就會自動利用一個船一船調(diào)制解調(diào)器來直接實現(xiàn)與其他船的通信，而不用通過岸塔。AIS控制臺建立的位置是為了讓經(jīng)過授權(quán)的岸臺用戶來觀察，而不是控制整個的或任何部分的控制區(qū)域。被選擇的船舶的所有可能信息都會在屏幕上顯示出來。操作者自己的信息，跟所有被選擇的船一樣，包括航程、航線的數(shù)據(jù)，在任何時間都可以提供。這就給船長或者領(lǐng)航員提供了諸如航線背離信息之類的重要指導(dǎo)數(shù)據(jù)。航線背離信息以英尺或者分米做最小單位來表示。如果船舶不在系統(tǒng)內(nèi)，它會自動登錄并在信道70上追蹤。 如果AIS系統(tǒng)在經(jīng)過1O次循環(huán)呼叫后沒有收到船舶的回應(yīng)位置報告，這艘船在屏幕上將顯示成黑色。如果船舶超出了行程或者離開了控制區(qū)域，系統(tǒng)將把它們清除。清除的船舶如果重新回到行程或者控制區(qū)域，將會在系統(tǒng)下一次輪詢的時候自動登錄到系統(tǒng)。 AIS的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及特點《在VHF海上移動頻段采用時分多址(TDMA)技術(shù)的通用船載自動識別系統(tǒng)(AIS)的技術(shù)特性》(簡稱“AIS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”)，是ITU 。它根據(jù)開放系統(tǒng)互聯(lián)模型(OSI )利用物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層說明了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。標(biāo)準(zhǔn)