專利名稱：利用數字選擇性呼叫技術的船舶跟蹤系統岸基詢呼器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用數字選擇性呼叫(DSC)技術于船舶跟蹤系統的裝置，特別是有關該系統的岸基分系統的航行數據處理終端及其與船載分系統的航行數據處理終端的通信協議。
目前已知的船舶跟蹤系統是由中心站(岸基分系統)和移動站(船載分系統)構成。其中，中心站主要包括中心計算機、岸基航行數據處理終端和岸基無線電收發信機；移動站主要包括船載定位儀、船載航行數據處理終端和船載無線電收發信機。其功能是1)船載航行數據處理終端采集船載定位儀輸出的船舶動態數據，按一定的通信協議編碼和調制，并通過船載無線電收發信機向中心站傳送；2)中心站的岸基無線電收發信機將收到的航行數據報文傳送給岸基航行數據處理終端進行解調、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、生成船舶動態信息數據庫等。
在上述系統的船載分系統(移動站)中，盡管船載定位儀和船載無線電收發信機是船舶電臺額定配備的設備，但船載航行數據處理終端是系統開發者自行研制的設備，其實現方案、技術指標以及數據轉換和通信的協議均由開發者制訂。因此，已知的各類船舶跟蹤系統之間各成體制，指標不一，兼容性差，造成推廣困難。此外，系統為各受管船加裝船載航行數據處理終端，，不僅給船東增加了設備費和安裝工程費等經濟負擔，還降低了系統的可靠度。
數字選擇性呼叫技術(DSC)是數字通信技術和微處理器技術的結合，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，將數字選擇性呼叫技術應用于船舶動態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字選擇性呼叫技術的船舶跟蹤系統岸基詢呼器，它可作為岸基航行數據處理終端，其通信協議與船載DSC終端所采用的通信協議相一致，均符合CCIR有關建議的規定，因而能與船載DSC終端建立通信交換信息，以構成利用DSC技術的船舶跟蹤系統。
本實用新型設有DSC數據處理電路，DSC數據處理電路的通信口外接PC機。設有調制電路，調制電路的信號輸入端接DSC數據處理電路I/O口數據信號輸出端，調制電路的信號輸出端外接發信機音頻輸入口。設有解調電路，解調電路的信號輸入端外接收信機的音頻輸出口，解調電路的信號輸出端接DSC數據處理電路的I/O口的數據信號輸入端。設有控制邏輯電路，控制邏輯電路的輸入端接DSC數據處理電路I/O口的控制信號輸出端，控制邏輯電路的調制控制輸出端接調制電路的受控端，控制邏輯電路的解調控制輸出端接解調電路的受控端，控制邏輯電路的收發信控制輸出端外接收發信機的受控端。
DSC數據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，并將此報文按規定速率發送給調制器進行調制；2)從解調電路接受經解調處理的由船載DSC終端發來的DSC報文，將此報文譯碼，生成包括船舶所在位置經緯度及定位時間在內的可供PC機使用的數據，傳送給PC機。
調制電路和解調電路用于實現頻移鍵控(FSK)方式的調制和解調。
調制電路接受來自DSC數據處理電路的詢呼報文數據信號，對此信號作FSK調制之后，送到發信機進行發射。
解調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，將此信號解調為TTL電平信號之后，送入DSC數據處理電路進行譯碼。
控制邏輯電路用于1)選定合適的調制電路和解調電路，以及與它們相連的收發信機；2)對收發信機的工作狀態作必要的控制。控制邏輯電路的功能包括控制邏輯的產生和控制的執行。
實時的船舶動態跟蹤技術是當前航海科研的熱點，已知諸多的系統或方案中，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據接口，不僅給船東增加了設備費和安裝工程費等經濟負擔，還降低了系統的可靠度，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成利用DSC技術的船舶跟蹤系統，實現對海上船舶群船位的動態跟蹤管理，其通信協議和信號特征符合CCIR建議493-4的規定，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的通信協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)前置結構，并以差錯檢驗符結尾的數據包，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容。
格 式地址類別 自識別 遙指令 電 文結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緯度應答應答呼 叫MMSI安全MMSI報告時 間確認2.發射種類、頻移、波特率在MF和HF信道上，采用J2B發射種類，調制副載波中心頻率為1700Hz，頻移170Hz(±85Hz)，波特率100Bd，是相位連續的頻移鍵控(CP-FSK)。
在VHF信道上，采用G2B發射種類，調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，調制系數2.0±10％。
3.報文傳輸除點圖及定相信息外，所有報文數據都以時間分集方式發射兩次(間隔四個字符單元)，以此實現前向糾錯(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.系統的跟蹤監測范圍通信的信道條件是決定船舶跟蹤系統監測范圍的最重要的因素。
在DSC船舶跟蹤系統可使用的VHF、MF、HF三個通信頻段中，VHF信道條件可滿足對近程海區(30海里范圍)的可靠覆蓋；MF信道條件可滿足對中程海區(150海里范圍)的可靠覆蓋。
對于分布在(150海里范圍之外)遠程海區中不同地理位置的船舶則可選擇適當的HF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來改善通信效果。在DSC船舶跟蹤系統中，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“水平一致檢校”、“垂直群檢校”、“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技術是目前應用于海上移動通信的誤碼率最低的一種數據通信技術，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，還可執行連續多次的詢呼。這種連續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數據處理電路原理圖。
圖3為本實用新型的一種實用調制電路、解調電路和控制邏輯電路原理圖。
如圖1所示，DSC數據處理電路(1)的通信口外接PC機，從PC機接收初始詢呼與控制信息，DSC數據處理電路(1)的I/O口數據信號輸出端接調制電路(2)的信號輸入端，調制電路(2)的信號輸出端外接發信機的音頻輸入口。解調電路(3)的信號輸入端外接收信機的音頻輸出口，解調電路(3)的信號輸出端接DSC數據處理電路(1)的I/O口數據信號輸入端。DSC數據處理電路(1)對接收信號作DSC譯碼之后，經其外接PC機的通信口輸出給PC機。DSC數據處理電路(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)的調制控制輸出端接調制電路(2)的受控端，控制邏輯電路(4)的解調控制輸出端接解調電路(3)的受控端。
如圖2所示，由U1(8098單片機)承擔數據處理任務，通過地址總線、數據總線與譯碼器U2(74LS138)、鎖存器U3、U4(74LS373)、EPROM U5(2764)、RAM U6(6264)、反相驅動器U7(7406)，以及石英晶體OSC1(6MHz)等連接，分別實現地址譯碼、地址總線鎖存、程序存儲、數據暫存、8098復位和系統時鐘等功能，其中U7和S1構成系統復位電路。U1的引腳17～32(A15～A8，AD7～AD0)是數據/地址復用總線，U1的引腳25～32直接作為8位的數據總線，與程序存儲器U5(EPROM 2764)和數據存儲器U6(RAM 6264)的數據總線相連。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分別作為數據接收端(RXD)和數據發送端(TXD)，從而構成串行通信口，信號電平為TTL電平。
PC機串行通信口發送端經CZ1的引腳3接EIA-TTL電平轉換器U9(1489)，將數據信號的EIA電平轉換為TTL電平，送入U1的引腳1。
U1引腳2發送的TTL電平的信號經TTL-EIA電平轉換器U8(1488)轉換為EIA電平后，經CZ1的引腳1送往PC機串行通信口的接收端，實現與PC機交換數據和控制信息的功能。U1的高速I/O口的HSO0引腳、HSI0引腳和HSO1、HSO2引腳分別經連接器CZ2與調制電路、解調電路和控制邏輯電路連接，其中通過HSO0引腳將DSC詢呼報文傳送給調制電路，經調制后送發信機執行對船舶的詢呼；通過HSI0引腳讀入經解調的DSC應答報文；通過HSO1、HSO2引腳發送用于控制調制電路、解調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成中心頻率為1700Hz，頻移±85Hz的調制電路和解調電路，U11的引腳9經連接器CZ2與DSC數據處理電路U1的HSO0引腳連接，將DSC數據處理電路發出的DSC報文數據經CZ2輸入到U11的引腳9作為FSK調制的鍵控信號，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的輸出端經連接器CZ3接MF/HF發信機。另外，CT1作為定時電容，RT1、RT2為定時電阻，R4、R5、R19和C13用于調整FSK信號的幅值，R6、R7用于調整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，解調所得的數據經U13C和CZ2送給DSC數據處理電路。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內部FSK比較器的正反饋電阻和輸入電阻，R11作為U12內部FSK比較器輸出端的上拉電阻，R10用于設定U12內部鎖相環的帶寬，C7用于設定U12內部鎖相環的阻尼系數，C6用于設定FSK的數據傳輸速率。
集成電路U15(SC3101)等電路給出與VHF收/發信機相連的調制電路和解調電路，它具有調制和解調兩重功能。從DSC數據處理電路送出的數據信號經連接器CZ2的引腳2引入調制和解調單元，作為調制鍵控信號連接到U15的引腳14，調制好的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的FSK信號由連接器CZ1的輸出端口上的引腳AF/RCV處引入調制與解調單元，經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，解調后所得到的數據信號從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數據處理電路。另外，石英晶體OSC2(4.4346MHz)用作U15的基準時鐘，電位器P1用于調節載波檢測門限，電位器P2用于接收信號的偏壓調整。
控制邏輯電路用于選定合適的調制電路和解調電路，以及與之相連的收/發信機，并且對收/發信機作必要的控制，其功能包括控制邏輯的產生和控制的執行。其中控制邏輯的產生由反相器U14(7406)以及二極管D1～D4完成；模擬雙向電子開關U13(4066)以及光耦合固態繼電器O1、O2則作為控制執行元件。
連接器CZ2的引腳3、4將來自DSC數據處理單元的控制命令引入調制和解調單元，經控制邏輯電路的譯碼后，進一步通過U13和光耦合固態繼電器O1、O2執行各種具體控制。
權利要求1.利用數字選擇性呼叫技術的船舶跟蹤系統岸基詢呼器，其特征在于1)設有DSC數據處理電路，DSC數據處理電路的通信口外接PC機；2)設有調制電路，調制電路的信號輸入端接DSC數據處理電路的I/O口數據信號輸出端，調制電路的信號輸出端外接發信機音頻輸入口；3)設有解調電路，解調電路的信號輸入端外接接收機音頻輸出口，解調電路的信號輸出端接DSC數據處理電路的I/O口數據信號輸入端；4)設有控制邏輯電路，控制邏輯電路的輸入端接DSC數據處理電路的I/O口控制信號輸出端，控制邏輯電路調制控制輸出端接調制電路的受控端，控制邏輯電路的解調控制輸出端接解調電路的受控端，控制邏輯電路的收發信控制輸出端接收發信機的受控端。
2.如權利要求1所述的利用數字選擇性呼叫技術的船舶跟蹤系統岸基詢呼器，其特征在于1)DSC數據處理電路由單片機經地址總線、數據總線與譯碼器、鎖存器、EPROM、RAM、反相驅動器以及石英晶體連接，單片機的串行口發送端接TTL-EIA電平轉換器的輸入端，TTL-EIA電平轉換器的輸出端經連接器外接PC機的串行通信電纜；由PC機串行口發送端經連接器接EIA-TTL電平轉換器的輸入端，EIA-TTL電平轉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引腳接調制電路的詢呼報文輸入端，HSIO引腳接解調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)調制電路的詢呼報文輸入端接DSC數據處理電路單片機的高速I/O口的DSC報文數據輸出端，調制電路的FSK調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連接器外接MF/HF或VHF發信機；3)解調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，解調電路的TTL電平的DSC數據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連接器接DSC據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連接器接DSC數據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解調參數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電路的FSK解調參數選擇控制端，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制電路的控制信號輸入端。
3.如權利要求2所述的利用數字選擇性呼叫技術的船舶跟蹤系統岸基詢呼器，其特征在于DSC數據處理電路的單片機(8098)的引腳17～32為數據/地址復用總線，引腳25～32為8位數據總線，與程序存儲器和數據存儲器的數據總線相接，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。
專利摘要利用數字選擇性呼叫技術的船舶跟蹤系統岸基詢呼器，涉及應用DSC技術于船舶跟蹤系統的裝置。調制電路輸入端接DSC數據處理電路(1)的I/O口，解調電路輸入端外接，輸出端接電路(1)的I/O口。控制邏輯電路的輸入端接電路(1)的I/O口，控制邏輯電路的控制輸出端接調制電路的受控端，FSK解調參數選擇信號輸出端按解調電路的FSK解調參數選擇控制端。可作為岸基航行數據處理終端，組成利用DSC技術的船舶跟蹤系統。
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 優先權日1996年11月5日
發明者王飛舟 申請人:集美航海學院