一種集成式多功能E航標的研究

蔣瑋，秦艷丹，王曉峰

（中交上海航道勘察設計研究院有限公司，上海200120）

雷達應答器與AIS航標都是常用的無線電航標。雷達應答器與船舶上的雷達共同發生作用時，形成一個輔助助航系統。AIS航標與岸基設施和船載設備共同作用，具有識別船舶、幫助跟蹤目標、簡化和促進信息交換等功能，是一種新型的數字助航系統。

航標使用部門在一個標位上需要同時應用AIS航標、北斗遙測終端和雷達應答器這3種無線電導助航設備。在實際使用中這些設備出自不同廠商，是獨立的產品。每個設備都有電源電纜、發射天線和信號接口，同時使用會使安裝平臺結構復雜。各設備的信息傳輸自成體系，不僅不便于維護管理，也使航海者必須面對多種設備的信息界面，降低了導助航服務效率。因此，將雷達應答器與AIS航標的功能進行集成同時融入北斗模塊，形成集成式一體化設備，可簡化航標加強航運監管，為智慧海事與E航海建設提供支持，未來也會成為航標技術發展的需要。

1 國內設備現狀

1.1 雷達應答器

雷達應答器的工作原理為：詢問雷達發射的信號經racon天線接收后，送到接收機進行信號處理，然后再由發射機向詢問雷達發射一組經編碼調制的應答信號，其頻率與詢問雷達的頻率相同，此信號被詢問雷達接收后，在屏幕上與信標的方位距離相應之處顯示出信標的特定編碼信號[1]。目前我國雷達應答器的主要產品型號如表1所示。

表1 HY雷達應答器主要型號Table 1 Main models of HY racon

表中X波段頻率9 300~9 500 MHz、S波段頻率2 900~3 100 MHz。X波段水平極化，S波段垂直和水平極化；旁瓣抑制：高級SLS；接受靈敏度：-50 dBm；HY雷達應答器直徑270 mm，高450 mm，重約7 kg。

1.2 AIS

船舶自動識別系統AIS（Automatic Identification System）是一種船舶導航設備，它由AIS航標、AIS船臺、AIS岸臺、電子海圖、機載AIS、AIS基站等部分組成[2]。AIS系統關系如圖1所示。

圖1 AIS系統關系圖Fig.1 AIS system diagram

AIS航標可分為依靠AIS岸臺發射信號生成的虛擬航標和通過實體AIS航標發射信號生成的AIS實體航標[3]。AIS實體航標其實就是在一個實體航標上安裝AIS應答器，這些AIS航標同時具備航標遙測的功能，能在海區中心及時了解航標的工作狀態[4]。同時，AIS航標遙測遙控系統可實時監控航標設備的工作電流、工作電壓、開關狀態等功能，方便航標管理部門管理維護。

目前我國生產AIS實體航標的廠商較多，技術均成熟。以某AIS航標通信管理終端為例，主要技術指標如表2所示。

表2 AIS終端主要技術指標Table 2 Main technical indexes of AIS terminal

1.3 北斗衛星導航系統

北斗系統基本組成包括：空間段、地面控制段和用戶段。目前國內廠家生產的北斗遙測遙控終端通過北斗短報文的方式向航標管理中心發送航標燈器的實時工作參數和位置參數。產品外殼采用PVC材料，全密封設計，以適合海上惡劣氣候條件。

北斗終端采用北斗通信衛星數據通訊，具有通訊距離遠、受環境電磁干擾小的特點，同時定位精度高，可靠性高。

2 國外設備現狀

2.1 歐盟雷達應答器設備

歐盟國家雷達應答器設備使用較多的型號為：HEKLEO-SX、ITR04EX和Sea-Watch 300等。

3款設備中，HEKLEO-SX頻率范圍：X波段頻率9 300~9 500 MHz、S波段頻率2 900~3 100 MHz。X波段水平極化，S波段垂直和水平極化；接受靈敏度：X波段-40 dBm、S波段-35 dBm；雷達應答器直徑280 mm，高740 mm，重約9 kg。整體聚乙烯外罩。

ITR04EX頻率范圍：X波段頻率9 300~9 500 MHz、S波段頻率2 900~3 100 MHz。X波段水平極化，S波段垂直和水平極化；旁瓣抑制：X和S波段獨立；接受靈敏度：-72 dBm；雷達應答器尺寸246 mm伊270 mm伊734 mm，重約30 kg。外殼采用316不銹鋼和抗沖擊合成物天線。

Sea-Watch 300頻率范圍：X波段頻率9 300~9 500 MHz。接受靈敏度：X波段-40dBm、S波段-35 dBm；雷達應答器尺寸379 mm伊268 mm伊856 mm，重約16 kg，帶拉手18.3 kg；天線分體式，輕殼機芯4.5 kg。

2.2 英國雷達應答器設備

PHalcon 2000頻率范圍：X波段頻率9 300~9 500 MHz、S波段頻率2 900~3 100 MHz。X波段水平極化，S波段垂直和水平極化；旁瓣抑制：X和S；接受靈敏度：-40 dBm；雷達應答器直徑350 mm，高705 mm，重約20 kg。

2.3 美國雷達應答器設備

SeaBeacon2 System6頻率范圍：X波段頻率9 300~9 500 MHz、S波段頻率2 900~3 100 MHz。X波段水平極化，S波段垂直和水平極化；旁瓣抑制：X和S；接受靈敏度：-50 dBm；雷達應答器直徑約353 mm，高807 mm（尺寸隨不同的配置而不同），重約13.6 kg。

3 國內外設備對比研究

目前，因有統一的國際標準，國內外雷達應答器設備的技術指標基本上是相同的。與國外產品相比，國內設備存在以下問題：

1）國外產品天線罩采用模具制作，座子采用鋁合金或不銹鋼。國內產品天線罩和座子采用玻璃鋼材料，加工比較粗糙，外表涂漆不夠美觀[5]；

2）設備密封設計不夠規范，導致密封條失效；

3）電纜在內接口處的密封用硅膠涂抹，不夠美觀；

4）封閉螺釘太靠近座子體，扳手操作空間太小，易損傷座子體；

5）屏蔽方式采用金屬薄膜貼座子內壁，工藝差，影響美觀；

6）電路設計工藝有待更新；

7）雷達應答器的射程較近，信號強度較弱；

8）雷達信號顯示清晰度較低；

9）國外產品有故障報警和雷達消隱功能，電源接口帶接地，數據接口可供設置和通信。國內產品暫無上述功能。

4 E航標應用研究

雷達應答器能自動地對船舶雷達發出的“問詢”信號發出回答信號，信號帶有特定的航標識別碼[6]。AIS航標和北斗遙測終端能夠發送航標工作狀態及航標位置等多種信息。

新型集成式多功能E航標產品可采用一個綜合設備的設計方法，將3種功能設備的結構、數據信息管理和控制組合在一起，使3種設備成為一個設備。在管理和控制方面，統一工作狀態檢測、信號采集、信號發送的管理；在結構上，設計用1個機架和1個外殼裝配所有設備的部件，免除了重復的外接線纜和多個機殼的安裝。在保證各功能模塊獨立可靠工作的前提下，實現模塊間數據信息的共享。

集成式E航標可設立一個電腦總控單元，統一管理各功能部分的工作狀態設置和更改，統一管理對外聯系，保障4功能部分的工作都是獨立的；采用一個電纜輸入，內部多路分配管理。保證各功能部分正常工作，供電互不影響；統一收集與儲存信息，各功能部分的數據集中儲存，根據指令通過AIS或北斗發送[7]。集成式E航標功能圖如圖2所示。

圖2 集成式E航標功能框圖Fig.2 Function block diagram of integrated E-navigation

集成式E航標對比現有產品的優勢，體現在：1）雷達應答器、AIS航標和北斗遙測遙控等設備和天線集成在同一外殼中；2）各設備之間不會產生干擾；3）無需外部天線的布線措施，消除潛在的連線問題；4）單電源或雙電源選件，提供額外冗余[8]。

5 結語

北斗、AIS航標、雷達應答器都已推廣使用，產品也比較成熟，所以基于AIS及北斗衛星導航系統的雷達應答器在技術上是可以實現的。將幾種功能的電子航標集中在一起，使用一個機殼，統一控制，發送多種航標信息，可方便用戶管理，方便航海者使用。集成式多功能E航標的設計打破了原有功能分散的局限性，為今后航標新技術的發展研究提供了新的方式和思路。