便携式AIS航标检测仪的开发与使用

任虹 钟韬

摘要：标准IALA航标AIS ATON设备的安装，为航标远程监管提供了极大便利，同时也增大了航标AIS日常维护和现场检修的工作量。航标海上安装及现场巡检受天气条件限制，工作时间有限，对于AIS航标重要技术参数的检测，非常不利。为此，迫切需要开发一种便携式无线AIS航标检测仪，使基层航标工作人员能够及时查看当前AIS航标设备的工作情况，为其安装及巡检工作提供方便。

关键词：AIS 航标 检测 便携

0引 言

近年来，大量标准IALA航标AIS ATON设备部署安装，给船舶进港航行提供了安全保障，也给监管部门对航标远程监测带来方便。但AIS航标设备的测试手段却无法跟上其安装普及速度，给AIS航标的维护和检修工作带来了许多新的挑战。由于AIS航标安装位置远近不同，巡检工作受外界气象条件影响很大，且海上工作环境恶劣，使得航标维护人员在相对有限的时间内，暂无有效手段在第一时间得到AIS航标维护后信息反馈情况。针对上述问题，笔者从航标维护一线人员实际需求出发，开发了一种手持式无线AIS航标检测仪。该航标检测仪，可以测试AIS航标的发射功率、频率偏移、设置参数、发射语句和发射时隙等信息，从而为AIS航标提供更多性能检测手段和技术保障。

1 AIS航标简介

AIS是“Automatic Identification System”（自动识别系统）的简称。它是一种通过TDMA（时分多址）技术工作的无线通信系统。主要用于船舶自身的导航、船舶之间的避碰以及陆地监管部门的实时船位监控。目前，AIS的主要终端产品共分三类：

船载AIS应答器（A类和B类两种）

AIS基站应答器（C类）

航标AIS终端（N类）

AIS的通信模式分SOTDMA、RATDMA、ITDMA、FATDMA、CSTDMA等五种，不同的通信设备在不同的场合，所选择的通信模式各不相同。

航标AIS终端的通信模式主要分RATDMA和FATDMA。需要指出的是，RATDMA可以离开基站独立工作，而FATDMA必须依赖基站才能工作。后者每次信息发送的时隙位置都是固定的，需要由基站协助广播时隙保留指令，避免因周围船载AIS或其他AIS航标在相同时隙发送信息而造成时隙冲突。

根据IALA及IEC的定义，航标AIS终端可分为三个类型：I型、II型、III型。见表1：

2 AIS航标检测仪开发设计

AIS航标检测仪的开发，采用当前最先进的软件无线电技术、TDMA时分多址技术、高精度测试技术，以及射频收发技术。通过精确测试和计算发射时隙，可以检验航标AIS的时隙设置和相关基本数据是否正确。

在硬件模具设计上，充分考虑到AIS航标检测现场海上环境因素，在各种温度、湿度、盐雾等恶劣条件下均能正常使用。检测仪内部均采用高性能元器件，可以在-20℃～70℃环境条件下使用。对射频器件，进行防漂移补偿，保证时隙信息的准确性。因设备采用便携锂电供电，功耗也是器件选择和电路设计的另一重要考虑因素。

电路设计尽量选择最简、最优方案，力求稳定、低耗。在本检测仪硬件部分主要包括键盘，显示器、天线、锂电及内部CPU主板和接收模块等核心模块，同时，为了测试准确功率参数，额外配置了功率衰减器等外围扩展模块。硬件设计架构图如下图1所示：

AIS航标检测仪设备整体软件部分分为设备本身嵌入式软件及PC端读码软件两部分：

嵌入式软件开发平台为 MDK，使用C语言编译。整体设计思想为以射频信号解码为主线，兼顾流畅的操作流程和稳定的数据显示。只需要通过按键5～10下即可完成航标AIS检测功能。软件设计模块，主要包括了软件的界面菜单设计，AIS数据解析，射频模拟信号D/A转换，以及PC平台连接及打印设置这4个部分组成。设计流程如下图2所示：

PC端读码软件为串口通信，兼容目前主流的WINDOWS 10 操作系统，使用简单、便捷，不需要键盘输入即可完成航标AIS读码及数据保存操作，同时提供历史保存数据的查询及打印功能。

3 AIS航标检测仪使用

AIS航标检测仪和AIS航标的连接，有两种方式：一种方式是利用无线通信技术，直接盲搜AIS航标的信息，这需要在AIS检测仪上安装便携式VHF天线，这种方式检测出AIS航标发射功率值误差较大；另外一种方式是通过射频电缆和功率衰减器将AIS航标和AIS检测仪连接起来，可以精确检测出AIS航标发射功率，连接方式如图3所示。

在AIS航标检测仪上有一块128*64的LCD显示屏，用来显示AIS航标发送过来的详细信息。相应的操作按键，当按下ON键1秒钟之后，检测仪开机，再按就关机了。←、→、↓、↑方向键，ESC和ENTER键用来进行菜单选择，执行所选的操作，及确认/取消所选操作。F1和F2键在主菜单里可以打开、关闭LCD背光。此外这两个键还有其他复用功能。

在AIS航标检测仪的主菜单界面，可以看到如下图4所示的主菜单图：

其中，每个菜单选项都有其特定的意义：

TEST AIS：AIS设备测试；

TEST ATON：AtoN AIS航标设备检测；

TEST NMEA：NMEA信息接收和显示；

VIEW PROFILES：查看测试记录；

SETTINGS：检测仪参数设置；

MANUFACT SETTINGS：恢复出厂设置。

本文主要介绍其中的ATON AIS航标测试功能。检测前先输入被测AIS AtoN设备的MMSI码，这样可以过滤掉其他AtoN设备的信息，有助于在港口地区通过天线方式进行测试。用←、→键选择数字↓、↑键改变数值，MMSI码输入后按ENTER键确认。如MMSI码为000000000，则表示接收全部AIS航标设备的消息。

在点击ENTER键之后，进行检测。当检测仪接收到AIS 21号报文并成功解析后，会出现如下图5 所示的ATON测试结果，表示此次AIS航标检测完成。若15分钟测试周期内未收到所需要的数据，则检测仪自动切换到主菜单。

其中：Rx X，X -（A或 B）：AIS消息（报文）接收频道；ID X，X -（1～26）：M.1371-4规范的AIS报文号；994122131（示例）：AtoN设备的MMSI码；dF +142 Hz：AtoN设备的发射机频道的标称频偏；RSSI 40.94 dBm：AtoN设备的发射功率；Slot： 411：AtoN已发消息的时隙号；ATON TEST：AtoN 名称。在测试结果出现之后，按F1键可以对检测数据进行保存并本次检测。内置Flash模块可以保存最近10条检测数据，通过USB数据线与电脑端专用AIS航标检测软件连接，可导出检测数据用于打印及留存。

下图6所示AIS航标检测仪的实物测试结果和PC端导出数据对比图。

从上述AIS航标检测结果对比可以看出，AIS航标检测仪能够精确检测航标AIS发送的MSG21报文，同时能够检测出包括航标AIS发射频偏、发射功率、发射时隙等射频参数，满足功能需求和实际使用需要。

4 结束语

AIS航标检测仪是针对目前AIS航标维护和检测的困难，为了方便基层航标维护人员对航标AIS进行高效便捷的维护和检测而开发出来的一款便携式检测设备。AIS航标检测仪的主要特点有以下几点：

1）主板与VHF射频部分集成在一个壳体内，集成化程度高，维护简便。

2）设备外壳采用ABS材料，不易受海水腐蚀。整体坚固，可以承受强力冲击和碰撞。

3）平均耗电低，电池可连续工作8个小时以上，并可以通过充电宝等USB方式供电。

4）体积小，水密性好，操作简单，日常保养简单。

由于优秀的性能，良好的水密性，较小的体积，使得这款AIS航标检测仪设备，能够适用于各类型AIS航标的检测工作。其运用先进的TDMA技术、高精度射频收发技术、高准确性时隙同步技术，可广泛用于上标前对AIS航标的检验，也可以用于平时的日常维护、检修等，对航标AIS广泛普及安装有着重要的意义。目前该AIS航标检测仪已经在东海海区各航标维护单位使用，给AIS航标一线工作人员的海上巡检带来方便，使得有限的海上工作时间内能够高效完成工作计划，提高工作效率，保障人员安全。

参考文献：

[1] 史健.AIS系统的构成及信息处理[J].中国水运（下半月），2010，10（10）：91-92.

[2] 区锐相.航标无线监控系统及其软硬件设计[D].广东工业大学，2010.

[3] 周毅.AIS信息解码和显示[J].航海技术，2006（02）.

[4] 邱兵.TDMA技术以及应用特征分析[J].科技传播，2012（15）.

[5] 黄丽卿，胡稳才，邵哲平.AIS输出数据包的解包技术研究[J].集美大学学报（自然科学版），2005（01）.