一种集成式多功能E航标的研究

蒋玮，秦艳丹，王晓峰

（中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海200120）

雷达应答器与AIS航标都是常用的无线电航标。雷达应答器与船舶上的雷达共同发生作用时，形成一个辅助助航系统。AIS航标与岸基设施和船载设备共同作用，具有识别船舶、帮助跟踪目标、简化和促进信息交换等功能，是一种新型的数字助航系统。

航标使用部门在一个标位上需要同时应用AIS航标、北斗遥测终端和雷达应答器这3种无线电导助航设备。在实际使用中这些设备出自不同厂商，是独立的产品。每个设备都有电源电缆、发射天线和信号接口，同时使用会使安装平台结构复杂。各设备的信息传输自成体系，不仅不便于维护管理，也使航海者必须面对多种设备的信息界面，降低了导助航服务效率。因此，将雷达应答器与AIS航标的功能进行集成同时融入北斗模块，形成集成式一体化设备，可简化航标加强航运监管，为智慧海事与E航海建设提供支持，未来也会成为航标技术发展的需要。

1 国内设备现状

1.1 雷达应答器

雷达应答器的工作原理为：询问雷达发射的信号经racon天线接收后，送到接收机进行信号处理，然后再由发射机向询问雷达发射一组经编码调制的应答信号，其频率与询问雷达的频率相同，此信号被询问雷达接收后，在屏幕上与信标的方位距离相应之处显示出信标的特定编码信号[1]。目前我国雷达应答器的主要产品型号如表1所示。

表1 HY雷达应答器主要型号Table 1 Main models of HY racon

表中X波段频率9 300~9 500 MHz、S波段频率2 900~3 100 MHz。X波段水平极化，S波段垂直和水平极化；旁瓣抑制：高级SLS；接受灵敏度：-50 dBm；HY雷达应答器直径270 mm，高450 mm，重约7 kg。

1.2 AIS

船舶自动识别系统AIS（Automatic Identification System）是一种船舶导航设备，它由AIS航标、AIS船台、AIS岸台、电子海图、机载AIS、AIS基站等部分组成[2]。AIS系统关系如图1所示。

图1 AIS系统关系图Fig.1 AIS system diagram

AIS航标可分为依靠AIS岸台发射信号生成的虚拟航标和通过实体AIS航标发射信号生成的AIS实体航标[3]。AIS实体航标其实就是在一个实体航标上安装AIS应答器，这些AIS航标同时具备航标遥测的功能，能在海区中心及时了解航标的工作状态[4]。同时，AIS航标遥测遥控系统可实时监控航标设备的工作电流、工作电压、开关状态等功能，方便航标管理部门管理维护。

目前我国生产AIS实体航标的厂商较多，技术均成熟。以某AIS航标通信管理终端为例，主要技术指标如表2所示。

表2 AIS终端主要技术指标Table 2 Main technical indexes of AIS terminal

1.3 北斗卫星导航系统

北斗系统基本组成包括：空间段、地面控制段和用户段。目前国内厂家生产的北斗遥测遥控终端通过北斗短报文的方式向航标管理中心发送航标灯器的实时工作参数和位置参数。产品外壳采用PVC材料，全密封设计，以适合海上恶劣气候条件。

北斗终端采用北斗通信卫星数据通讯，具有通讯距离远、受环境电磁干扰小的特点，同时定位精度高，可靠性高。

2 国外设备现状

2.1 欧盟雷达应答器设备

欧盟国家雷达应答器设备使用较多的型号为：HEKLEO-SX、ITR04EX和Sea-Watch 300等。

3款设备中，HEKLEO-SX频率范围：X波段频率9 300~9 500 MHz、S波段频率2 900~3 100 MHz。X波段水平极化，S波段垂直和水平极化；接受灵敏度：X波段-40 dBm、S波段-35 dBm；雷达应答器直径280 mm，高740 mm，重约9 kg。整体聚乙烯外罩。

ITR04EX频率范围：X波段频率9 300~9 500 MHz、S波段频率2 900~3 100 MHz。X波段水平极化，S波段垂直和水平极化；旁瓣抑制：X和S波段独立；接受灵敏度：-72 dBm；雷达应答器尺寸246 mm伊270 mm伊734 mm，重约30 kg。外壳采用316不锈钢和抗冲击合成物天线。

Sea-Watch 300频率范围：X波段频率9 300~9 500 MHz。接受灵敏度：X波段-40dBm、S波段-35 dBm；雷达应答器尺寸379 mm伊268 mm伊856 mm，重约16 kg，带拉手18.3 kg；天线分体式，轻壳机芯4.5 kg。

2.2 英国雷达应答器设备

PHalcon 2000频率范围：X波段频率9 300~9 500 MHz、S波段频率2 900~3 100 MHz。X波段水平极化，S波段垂直和水平极化；旁瓣抑制：X和S；接受灵敏度：-40 dBm；雷达应答器直径350 mm，高705 mm，重约20 kg。

2.3 美国雷达应答器设备

SeaBeacon2 System6频率范围：X波段频率9 300~9 500 MHz、S波段频率2 900~3 100 MHz。X波段水平极化，S波段垂直和水平极化；旁瓣抑制：X和S；接受灵敏度：-50 dBm；雷达应答器直径约353 mm，高807 mm（尺寸随不同的配置而不同），重约13.6 kg。

3 国内外设备对比研究

目前，因有统一的国际标准，国内外雷达应答器设备的技术指标基本上是相同的。与国外产品相比，国内设备存在以下问题：

1）国外产品天线罩采用模具制作，座子采用铝合金或不锈钢。国内产品天线罩和座子采用玻璃钢材料，加工比较粗糙，外表涂漆不够美观[5]；

2）设备密封设计不够规范，导致密封条失效；

3）电缆在内接口处的密封用硅胶涂抹，不够美观；

4）封闭螺钉太靠近座子体，扳手操作空间太小，易损伤座子体；

5）屏蔽方式采用金属薄膜贴座子内壁，工艺差，影响美观；

6）电路设计工艺有待更新；

7）雷达应答器的射程较近，信号强度较弱；

8）雷达信号显示清晰度较低；

9）国外产品有故障报警和雷达消隐功能，电源接口带接地，数据接口可供设置和通信。国内产品暂无上述功能。

4 E航标应用研究

雷达应答器能自动地对船舶雷达发出的“问询”信号发出回答信号，信号带有特定的航标识别码[6]。AIS航标和北斗遥测终端能够发送航标工作状态及航标位置等多种信息。

新型集成式多功能E航标产品可采用一个综合设备的设计方法，将3种功能设备的结构、数据信息管理和控制组合在一起，使3种设备成为一个设备。在管理和控制方面，统一工作状态检测、信号采集、信号发送的管理；在结构上，设计用1个机架和1个外壳装配所有设备的部件，免除了重复的外接线缆和多个机壳的安装。在保证各功能模块独立可靠工作的前提下，实现模块间数据信息的共享。

集成式E航标可设立一个电脑总控单元，统一管理各功能部分的工作状态设置和更改，统一管理对外联系，保障4功能部分的工作都是独立的；采用一个电缆输入，内部多路分配管理。保证各功能部分正常工作，供电互不影响；统一收集与储存信息，各功能部分的数据集中储存，根据指令通过AIS或北斗发送[7]。集成式E航标功能图如图2所示。

图2 集成式E航标功能框图Fig.2 Function block diagram of integrated E-navigation

集成式E航标对比现有产品的优势，体现在：1）雷达应答器、AIS航标和北斗遥测遥控等设备和天线集成在同一外壳中；2）各设备之间不会产生干扰；3）无需外部天线的布线措施，消除潜在的连线问题；4）单电源或双电源选件，提供额外冗余[8]。

5 结语

北斗、AIS航标、雷达应答器都已推广使用，产品也比较成熟，所以基于AIS及北斗卫星导航系统的雷达应答器在技术上是可以实现的。将几种功能的电子航标集中在一起，使用一个机壳，统一控制，发送多种航标信息，可方便用户管理，方便航海者使用。集成式多功能E航标的设计打破了原有功能分散的局限性，为今后航标新技术的发展研究提供了新的方式和思路。