海上无线电监测系统设计与实现

海上无线电监测系统设计与实现

吕荣利

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摘要：随着经济的发展，我国海岸线漫长，往来的渔船和贸易船舶众多，海岸沿线及近海海域到处充斥着各种岸台、单边带电台、专用超短波无线电话机等设备，同时还混有公众移动通信、广播电视接收等设备。这些设备的频繁使用加剧沿岸及近海海域的电磁环境复杂程度。

关键词：海上；无线电；监测系统；设计；实现

引言

我国是海洋大国，拥有漫长的海岸线和三百万平方公里专属经济区，海上执法任务繁重，海洋安全保障能力有待进一步加强。然而随着无线电技术广泛应用于海事监管、渔业、海上运输、海洋环保、海上搜救、海上工程、海上油气平台等行业运行及监管，无线电通信已成为当今海上作业的“千里眼”、“顺风耳”，在船舶航行、管理中发挥着导航、遇险安全通信的关键作用，海上无线电安全保障工作的重要性日益凸显。

1海上无线电安全的重要性

加强海上无线电安全，是当前我国无线电管理的重要任务。监管有助于我国在开展谈判、海上执法时掌握相应的有利证据，具有十分重要的战略价值。其次，有助于保障经济发展。我国的东海、南海拥有大量渔业、石油、天然气等资源，可开发价值极大，同时是我国对外交往的海上大通道、经济发展的海上生命线，攸关国家核心利益。无线电是海上航行、海上资源开发的主要通信手段，也是保障海上安全的主要信息来源和信息交流手段，因此，加强海上无线电安全就是加强海上航行、海上作业平台的安全保障，大大有助于国家经济贸易发展。

最后，有助于加强国家整体安全。在习近平总书记提出的国家总体安全观中，军事安全、经济安全、社会安全、科技安全、信息安全、生态安全、资源安全都与无线电安全息息相关。就海上安全而言，现代海上船舶安全航行、海上平台维护运转、海上军事行动等几乎完全依赖于海上无线电通信所提供的信息。海上无线电安全直接影响海上无线电通信的质量和效率，进而影响海上交通安全、效率及人员、船舶、平台的安全，影响对外贸易、海洋经济及现代海军能力的发展，直接关系国家主权和核心利益。

2海上无线电管理现状分析

2.1海上台站使用较为混乱

据了解，海上擅自设台与使用的现象，在沿海比较严重。主要集中在船台购置、申报管理不严谨，电台使用人的法律意识薄弱，无强烈的主动申报意愿。同时非法电台滥用，用户普遍存在侥幸心理，认为“惯例即合法，法不责众”。据统计资料显示，我国沿海某地市的交通航运船舶办证率通常不足20%，而渔业生产船舶的办证率也不会超过30%。也就是说将近三分之二的电台使用游离于监管之外，监管任务十分迫切。

2.2遇险和安全频率经常受到干扰

国际遇险呼救频道CH16和通航管理的CH9，均是比较重要的频道，其被干扰会给船舶航行安全和遇险救助工作带来隐患。根据公开资料统计，我国水上无线电干扰源的频率主要集中在VHF频段的国际海上公共频点，遇险、安全、调度等专用频段常常会被非法占用。

2.3海上监测相关技术比较缺乏

我国大部分的无线电监测设施都是基于陆基平台来进行建设，按照适用陆基传播的传播模型来对信号进行分析，对陆地信号源发射来进行检测、截获、识别与分析，建立的样本也是根据陆基测试结果进行采集的。而水上电波传播与陆基电波传播的特性相差比较大，地形地貌及传输途径迥异，在对监测测向设备的性能适应性选择、天线适应性选择等方面要求也比较特殊，现有的国内外常用的无线电监测测向设备大多无法满足水上无线电监测的特殊任务需求。

2.4海上频率监管信息量不足

海事、渔业生产等有关无线电管理部门在进行海上通航安全、船舶交通秩序管理及遇险安全通信等。虽然近海海域水上的电台数量众多，频率使用频繁，大量的干扰事件时有发生，但由于无线电管理的重点放在陆基台站的监管上，加上水上电台的监管存在管理交叉问题，对其监管重视程度不够高。笔者认为，在监管目标定位、监管全局性掌控、监管技术成熟度方面，各级无线电管理机构的作用应更主动，应有能力为海事、渔业生产等部门提供专业化，具有补充性的建议与共享信息。

3海上无线电监测系统设计

3.1系统架构

无线电监测系统的设计结构按照分级、分步数据采集和集中数据处理的原则进行， 即系统中各个传感器模块独立完成各自任务，如AIS 系统信号采集记录、雷达应答器的莫尔斯码自动识别和信号强度测试、北斗导航卫星信号及差分修改信号质量监测及GMDSS播发信号质量等。无线电监测综合采集管理软件通过调用前端传感器数据，进行数据分析和处理，并以图表等直观形式进行展现。

3.2子系统设计

海上无线电监测系统设计从海上无线电导航业务角度出发，根据实际无线电信号播发设备分为以下若干个子系统单元，包括：AIS监测子系统、雷达航标监测子系统、GNSS及信标差分修正信号监测子系统及GMDSS信号监测子系统。各个子系统单元包括了硬件数据采集及本单元信号处理软件，各个子系统将采集处理后的数据送至软件平台数据处理层进程二次数据整合处理，处理后的数据送至前端页面层进行展示及与用户进行交互。

AIS监测子系统。船舶自动识别系统（以下简称AIS），是指一种应用于船和岸、船和船之间的海事安全与通信的新型助航系统，常由VHF通信机、GPS定位仪和与船载显示器及传感器等相连接的通信控制器组成，能自动交换船位、航速、航向、船名、呼号等重要信息。船载AIS使用SOTDMA通信协议，该协议将1min 等效为一帧，每帧分为2250个时隙，一个时隙的时间宽度为26.67ms，每艘船每次利用一个或两个连续时隙来广播信号。

GNSS及信标差分修正信号监测子系统。GNSS及信标差分修正信号监测子系统包括实时GPS卫星定位系统定位数据监测、北斗卫星定位系统定位数据监测及GPS和北斗系统无线电指向标伪距差分修正信号实时监测功能。GNSS及信标差分修正信号监测子系统采集GNSS接收机观测的原始北斗、GPS卫星信号数据，以及信标接收机接收的RTCM数据，软件将采集来的GNSS原始数据和RTCM数据进行差分结果解算，同时分别输出BD、GPS及多系统融合差分定位结果。

GMDSS无线电信号监测子系统。GMDSS系统全称是全球海上遇险与安全系统，是指国际海事组织（IMO）提出并实施的用于海上遇险、安全和日常通信的海上无线电通信系统。由于该系统涉及多个无线电信号频段，包含多种调制方式，各个频段发送的数据也各不相同，包括MF频段、HF频段、VHF频段及微波频段，因此对该系统的无线电监测采用频频谱监测和解调解码数据监测相结合的方式。该系统能监测VHF/MF/HF信号场强、信噪比，标识有效信号的峰值，实时自动记录每一个测试点坐标以及相关测试数值；同时监测三个频段信号，显示记录的频点、强度、经纬度及标准时间，图形化分析随距离变化的信号强度变化。

3.3后端数据处理设计

数据处理端采用Java语言进行开发设计，使用SpringBoot作为开发基础框架，SpringBoot基于Spring设计。通过对应的配置和协议连接设备，从设备获取数据，按时间划分保存在文件中。通过WebSocket连接客户端，客户端可以打开接收对应设备信息的配置以接收设备的实时推送数据。

数据处理端满足对AIS基站、AIS时隙测试仪、GPS、北斗、雷达信号处理、无线电监测等的设备操作和数据存储、管理，连接设备后获取数据进行本地存储并使用WebSocket推送数据给显示前端端，从前端获得操作命令，编码后传给设备调控设备配置。

结语

加快推进海上无线电监管模式，不仅是服务“海洋强省”的基本要求，也是捍卫领土、领海主权的主要责任。舟山群岛地处东海前哨，扼守东南门户，军事和经济地位尤为突出，只有不断强化海上无线电监管，建立一套完整的海上频谱数据库，才能更好地服务国家发展战略。

参考文献

[1]金鹏,熊瑾煜,张晓勇.海上无线电监测浮标的覆盖范围研究[J].舰船电子工程,2017．

[2]刘英，李冬．水上无线电监测测向系统技术研究[J]．中国无线电，2009(1):40-43

[3]王成,中国沿海无线电信标差分（BDS+GPS）系统设计与实现[J].航海,2015.