船舶通信导航技术及发展趋势研究

李亚洲

中海电信有限公司大连分公司 辽宁 大连 116001

引言

全球化背景下，海洋运输承担着国际贸易的主要货物流动，而船舶通信导航技术是保障航运安全和效率的核心。随着电子、信息和通信技术的快速发展，船舶通信导航技术经历了显著变革，从无线电到卫星通信，从罗盘到GPS。但面对不断增长的海上运输需求，现有技术已难以满足航运业对效率和安全的高标准，因此，探索新技术以提升通信导航性能成为航运业的关键任务。

1 船舶通信导航技术概述

1.1 船舶通信导航技术概念

通信技术通过各种不同通讯方式，对信息进行采集、处理和传递，实现数据信息的交换和重现。而船舶通信技术则是为了满足船舶在海上的任务和使命，通过利用船舶作为承载平台以及海上环境的特点，综合运用各种通信手段建立通信系统[1]。

在海上航行中，船舶需要使用多种通信技术进行信息传递，包括国家网络通信技术、电子邮件、卫星手机通讯、声号及旗号通信等。这些技术能够提供高质量的信号发射，实现海量信息的传递、存储和传输[2]。同时，为确保航行的安全、便捷、经济和高效，船舶还需要依靠多种导航技术，比如卫星导航系统、无线电导航系统、天文导航系统、地理导航系统、推位导航系统以及惯性导航系统等，以便定位准确，并为航行提供精确的形态、速度等信息。这些技术的综合应用可以提高航行的效率、可靠性和安全性，确保船舶顺利、安全地完成航行任务。因此，海上航行中的通讯和导航技术对于保障航行安全、提高航行效率和降低航行成本具有重要作用[3]。

1.2 船舶通信导航技术的特点

①海上船舶通信导航技术基本依赖于卫星与短波传递信息。船舶的信息传递所需范围较广距离较远，甚至需要进行国际通信，因此无线设备是必不可少的。②由于船舶处于特殊的水运环境，其通信导航技术对高频覆盖、强大的复杂度和高度集成的要求非常严格。③船舶通信导航设备进行连接无须其他额外的设备，各项设备工作相互独立，同时又能够互相支持协作，如此使得船舶通信导航技术的安全性得以保证。所以，不断发展船舶通信导航技术，对于保障海上航行的安全和顺利进行具有重要意义。

1.3 船舶通信导航技术的重要性

船舶导航技术是航运过程中不可或缺的一项技术，它能够确保整个运输过程的安全和可靠性，帮助船舶确定最佳航线，同时防止船舶误入危险海域或偏离正确航线。在航行过程中，船舶导航技术还能评估途经线路的安全情况，一旦发现危险，便会立即向接收站发送紧急信号并向船舶发送危险警告提醒，以确保船只的安全[4]。此外，船舶通信导航技术还能自动生成航行日志，并对运行数据进行分析和总结，为之后航行提供数据信息，并确保航行路线的安全精准性，保证航运整个过程顺利完成，因此船舶导航技术对整个航运行业都是至关重要的。

2 船舶通信与导航技术的发展演进

船舶通信技术的发展可以追溯到20世纪末期，当时各种通信技术得到了迅速发展和广泛应用，比如数字选择性呼叫技术以及卫星通信技术等。为了提高海上航行的安全性和便利性，船舶行业引进了这些完善的通信技术。国际社会越来越注重海上航行安全，20世纪70年代，国际海事组织针对航海提出了全球海上遇险与安全系统（GMDSS），该系统以船舶通信导航技术为基础，可以迅速应对遇险船舶救援问题。一旦船舶发出报警信号，岸基搜救中心会立即行动，协调指导进行救援行为，确保船员生命财产安全不受损害。此外，岸基搜救中心还能够将海上安全信息传递给船舶，以便船舶在海上安全航行。现代船舶通信技术不断完善和发展，基于这些技术不断推陈出新，为海上航行带来了便利和安全保障。由此，随着对航行安全的需求越来越高，船舶通信与导航技术得到了快速发展。以前，海上遇险报警与紧急救援的唯一选择是落后的摩尔斯电报通信技术，但现在通过全球海上遇险与安全系统（GMDSS）和安全通信体系的全面建立，船舶航行安全得到了有效保障。船舶导航技术的发展也历经不断改进和演进。由最初精度较低的天体定位导航技术，到后来采用的无线电定位导航，但在海上使用效果仍不理想。所以目前采用不同导航技术结合的方式，以提高精度和降低成本。同时，利用电子海图技术对船舶航向、船位、船速、AIS等数据进行采集分析，也有效提高了航行安全。国际海事组织始终在推进船舶通信和导航技术的革新发展，开启了GMDSS的审核与现代化规划，并努力推动E-Navigation计划，这是今后船舶通信和导航技术的核心发展方向。

3 北斗卫星在船舶航行技术中的应用分析

3.1 精确定位

北斗卫星系统采用主动式导航，可为船舶提供快速精确的定位服务。海上船舶向陆地控制中心发送定位请求后，陆地中心会通过精确的测算确定船舶位置，并将数据传输给卫星进行处理。该系统的定位精度可达10m，与GPS系统相当，可为船舶提供高精度的定位服务以及快速的全天候定位服务。此外，北斗导航仪与电子海图系统（ECDIS）相结合，可以记录航行轨迹并提醒偏航和避碰警报，从而提高海上航行的安全性[5]。在如冰区或大雾的恶劣天气条件下，北斗卫星系统对船舶的定位尤为重要，能够提供更加精准的导航信息，有效避免事故的发生。

3.2 精密授时

北斗卫星系统采用我国科学院国家授时中心提供的铯原子时钟作为时间标准，提供单向和双向授时功能，且无定时服务数量无限制。系统能够向船舶终端发送定时信息，实现误差校正，提供高达20～100ns的高精度时间服务。因此，北斗卫星系统为船舶提供了准确的时间标准，保障了船舶运行的安全性和稳定性。

3.3 借助北斗卫星系统实施通信

北斗卫星系统不仅可以为船舶提供高精度的定位服务，还具备船舶间及船舶与陆地控制中心间的通信功能。用户可以通过船载北斗导航仪发送请求，主动联系其他目标，响应速度快，仅需1s便可完成短信发送，每次通信传输可达120个汉字。在应急救生通信方面，北斗卫星系统具有重要的应用价值。

3.4 北斗卫星系统实现数字航标的构建

数字航标的建设离不开计算机系统、ECDIS、卫星导航技术以及AIS等多种技术。在全球范围内，数字航标的建设以GIS系统为基础，并逐渐采用新兴的卫星系统北斗作为主要技术。在数字航标网络建立过程中，可以运用北斗各个模块之间的通信功能与航标传感器进行联网设置。设计方案应当综合各个领域的地理环境、位置功能以及实际需求，来获得数字航标的地理位置信息和运行信息，并通过网络将信息传输至所有AIS接收机，实现海上网络的互动连接。这样的数字航标网络可以有效提升航行的安全性和效率性，为航行提供更加精准的导航服务。

3.5 北斗卫星系统实现动态监控

北斗卫星系统利用ECDIS和AIS等技术可以有效实现航行有效监控。当船舶在卫星系统的覆盖范围内，公司可以使用船载AIS发送的信息来监控其活动。即使船舶脱离覆盖范围，也可以通过船载北斗导航设备传输的船舶地理位置进行有效监控。这种监控方式有助于提高航行的安全，使航行更加平稳，同时也能及时发现和解决可能出现的问题，保障船舶和人员的安全。

4 船舶通信导航技术未来发展趋势

4.1 朝向高精度、微型化方向发展

现代产品的设计和生产趋向数字化、智能化、低功耗和轻型化、小型化、易用性和可靠性，以满足产品性能的要求。在这些方面，不断追求卓越，精益求精，以最短时间高效且可靠地研制出各类基础科学研究成果，并开发具有一定水平的创新产品。在船舶通信和导航技术领域，也在不断完善和发展，趋向微型化和高精度方向。例如，美国军方研制的芯片级原子钟仅有15cm³的大小，缩小到1/100，能源消耗量减少到1/10。这种高精度、微型化的船舶通信和导航技术具有卓越的性能和长期稳定性，易于实现和应用，能够最大限度地发挥技术的功能。

4.2 朝向数字化、宽带化方向发展

首先，通信导航技术正朝向数字化、宽带化方向积极发展，无线通信技术的进步使得手机从大哥大到5G手机，体积和重量越来越小，功能越来越丰富，适用范围也更加广泛。其次，船舶通信导航技术通过光纤、光交换、波分等技术实现高速信息传递，同时，随着纳米技术、量子信息技术、计算机技术和生物技术等的发展和应用，船舶通信导航技术也将迎来更广阔的发展空间和更多的应用前景。因此，我们可以看到船舶通信导航技术正处于一个高速发展的时期，今后也将引进许多全新的技术，推动航运行业持久稳定的发展。

4.3 朝向智能化、综合化、一体化方向发展

未来船舶通信导航技术将融合不同的手段和网络，实现智能化和综合化的发展目标。例如，船舶通信导航技术可以结合互联网、广播电视网和电信网等，让使用者可以通过一条线路实现多种功能。同时，新兴技术如智慧地球技术、大数据技术、云计算以及物联网等也将进一步丰富网络功能。随着信息安全和智能网络技术的发展，自组织网络和智能网络系统的完善，为船舶通信一体化、综合化和智能化的目标奠定坚实基础。通过整合航行信息、测速及测深数据、无线电和传统管道等信息，并与船舶监控网络系统、数据传输、组合导航、移动通信、船舶监控网络和船舶操控环节等连接，实现系统的一体化建设目标。

5 船舶通信导航技术动态

5.1 国际上船舶通信导航技术现代化动态

为促进GMDSS现代化发展与E-Navigation战略的有效落实，大部分国家与地区均在航运行业给予高度支持。其中包括国际海事组织、国际电信联盟以及国际灯塔协会等。法国率先提出建立发展VDES系统的计划，并要求其他国家地区全身心研发AIS系统与独特运用报文等技术，同时制定一系列标准以促进目标的完成。如今，各个国家均已开展诸多技术研究，并获得了良好的成果。例如，荷兰的ISIS公司利用研究星载AIS转发器，研发出速率高、功耗低的VDES系统发射设备。此外，欧洲航天局还对VDES系统的具体性能进行了详细的研究，并进行了一定的检验。

5.2 国内船舶通信导航技术现代化业界动态

中国也在积极推动船舶通信导航技术的发展。在某些研究领域，我国交通通信信息中心负责国内的全球海上遇险和安全系统审核以及现代化方案研究。研究核心是GMDSS的审核与现代化方案目标，已取得丰富的研究成果，为中国通信导航技术现代化发展打下了稳定的基础。此外，许多船舶公司也在电气系统方面展开了一定的研究与设计工作，为今后我国船舶通信导航技术的飞速发展提供了充足的技术支持。在技术应用领域，许多船舶设计公司、军用舰船以及民用船舶正努力探究通信导航系统小型化设计、聚集化管理以及联网相通等方式，这些研究为今后我国船舶通信导航技术的现代化发展奠定了技术基础。

6 结束语

随着科技的不断进步，船舶通信导航技术已经取得了良好的成绩，使得信息的快速、准确传递得以保证。未来，这一技术将继续发展并融合智慧地球、物联网、云计算以及大数据等技术，使应用功能更加完善，促进智能化、一体化迅速发展。同时，这一技术也将加速数字化、宽带化进程，推动高精度的微技术发展，进而实现船舶通信导航的智能化、一体化发展。总之，未来的船舶通信导航技术将更加先进、完善，为全球航运业的数字化和智能化转型提供更好的技术支持。