基于嵌入式服务器的多模航行信息接收系统设计

崔国友，韩小明

(1.上海航保修理厂，上海 200083;2.上海埃威航空电子有限公司，上海 200233)

现有的船舶自动识别系统、航行告警接收机［1］和气象传真接收机［2-3］大多是单一设备，体积大、功能单一，且不具备外部的数据通讯接口，彼此之间的信息不能互联共享。随着计算机信息和控制技术的快速发展，现代船舶信息自动化和集成化程度的日益提高，针对目前的现状，设计了基于嵌入式服务器的多模航行信息接收系统，不但可以很好的替代上述的单一设备，而且还具有良好、便利的扩展性能。操作和打印，另外1台显示器除不能进行系统参数设置外，其他功能与主显示器相同;显示器与主机之前采用100 M以太网进行通讯，另外预留有其它接口可以很方便地与船上的综导台、雷达等设备进行通讯。

图1 系统组成框图

1 系统组成

系统主要由主机单元和显示器单元2部分组成，系统框图如图1所示，其中主机单元主要包括嵌入式服务器、射频接收模块和热敏打印模块，显示器单元包括2个显示器，可以根据操作需要放置在不同的地方，其中1台显示器可以设置为主显示器，主显示器可以进行系统参数设置、信息察看、

2 系统工作原理

主机的射频接收模块含有3部分的接收电路，通过软件无线电解码技术可以工作在多种模式下，分别接收船舶识别 (AIS)、航行告警 (NAVTEX)和气象传真 (FAX)的射频信号，AIS工作在VHF频段 (161.975 MHz、162.025 MHz)，且有发射功能，使用1根甚高频天线，NAVTEX(518 kHz、4 209.5 kHz)和FAX(110 kHz～27 MHz)使用1根中高频天线。

主机嵌入式服务器模块接收来自航行告警、船舶识别和气象传真的信息，实现协议解析、接口控制，以及与显示器和热敏打印机进行数据交互功能。显示器可以根据需要显示电子海图导航、船舶信息、航行告警和气象传真图像，也可进行历史数据查看和打印等操作。

3 嵌入式服务器设计

主机数据处理模块的性能对于整个系统的运行至关重要，不但要稳定可靠，而且要能快速响应客户端的请求指令，为此设计了AIS数据、NAVTEX报文和FAX图像的数据库，更重要的是内建了嵌入式服务器［4］，实现了图文的多客户端分发，并实现了对多客户端图文调阅请求的快速响应。

主机的嵌入式服务器的功能框图如图2所示。

图2 嵌入式服务器的功能框图

为了增强系统通讯的可靠性和快速响应的能力，在协议设计时特别设计了下面的多种通讯协议方式。

UDP组播通讯主要用于推送各个服务的健康状态 (心跳包)、船舶识别报文、航行告警最新信息、气象传真最新传真图以及导航报文。

UDP单播通讯主要用于显示端或系统控制服务 (线程)可以与主机的船舶识别信息处理线程、航行告警信息处理线程、气象传真信息处理线程、打印服务以及监控模块进行点对点通讯，发送必要的指令以获得需要的信息。

UDP分块传输可以传输比较大的数据，传输的报文分为报文头和报文净载荷 (数据)，接收端应该根据收到的报文头重新组装，以得到原始的数据。在必要时可以发送重传指令要求发送端重新发送某个数据包。

TCP通讯主要用于获取主机 (显示端)的IP地址和通讯端口，此通讯方式下，需要对每一个命令做出回应，以得到一个明确的命令收妥确认。

嵌入式服务器的程序中包括了自检程序、看守程序、协议处理程序、监视程序和各个功能的子程序。

编程语言为C语言，可以最大程度地发挥其作为系统编程语言的特点，优点是代码易维护，结构性强，程序执行速度快，缺点是代码的编写量稍显过大，对编程人员的要求较高，但对本项目来讲，瑕不掩瑜。

图3为嵌入式服务器的流程示意图。

图3 嵌入式服务器流程示意图

4 航行信息的显示处理

显示器可以显示S57格式的电子海图，可以在海图上实时显示AIS船舶信息，可以显示和打印航行告警信息、气象传真图像，操作方式为触摸屏方式，操作便捷、灵活。

电子海图界面如图4所示，可以直接察看AIS船舶信息。

图4 电子海图界面图

图5是航行告警信息，可以进行信息查看和打印操作。

图5 航行告警信息图

图6是接收到的气象传真图，可以根据需要进行旋转、反色、放大、缩小和打印等操作。

5 结束语

图6 气象传真图像

通过采用嵌入式服务器技术，在相应的硬件平台和软件系统的支持下，使传统的数据收发系统转变为具备了以TCP/IP为底层通讯协议，网络技术为核心的基于网络数据传输和管理系统。在此技术下，各个显示器则成为了客户端，服务器配置程序为客户端提供了一个基于C/S模式的通讯接口，可接收客户端请求、解析客户端请求、向客户端发送响应信息。嵌入式服务器采用动态管理技术，可灵活地实现与多个客户端进行交互，例如数据查询、实时状态查询等。本系统解决了目前船载信息设备功能单一的问题，具有较大的经济效益和市场推广价值。

［1］GB/T 18766-2009，奈伏泰斯系统技术要求 ［S］.

［2］GB/T 18913-2002，船舶与海上技术船用气象图传真接收机 ［S］.

［3］胡广书.数字信号处理一理论、算法与实现［M］.北京:清华大学出版杜，2003.

［4］高云鹏.嵌入式Web服务器的研究与实现 ［D］.北京:北京邮电大学，2004.