海上无线电监测系统设计研究

时间:2022-10-29 05:34:14

海上无线电监测系统设计研究

摘要:文中以我国海岸线区域的无线电频谱的使用为研究对象,针对海上电台的使用现状、海上监测与陆基监测的技术比较、海上无线电干扰类型和海上频率监管范围等四个方面进行了初步的分析,探索建立以海岸监测站为基点的海上无线电监测系统来突破当前海上无线电监管的问题。

关键词:AIS船舶信息数据库;海上无线电监测;无线电管理

1引言

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。

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(尤其是海上)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。

2.5海上无线电监测系统建设的必要性

从上面来看,无线电管理工作有其特殊性,工作开展严重依赖技术手段。海上无线电管理薄弱很重要的原因是技术监管手段不足、监管技术设备缺乏、监管对象更复杂。当前,我国无线电基础设施主要服务于城市经济建设,针对水上通信尤其是海上通信的无线电基础设施建设相对滞后。陆基上使用通用型的无线电监测设备对于海上无线电监测心有余而力不足,无法满足海上无线电管理的业务需求。主要表现在海上无线电监测定位后无法获得船舶信息,从而无法确定违法台站和取证定性。在海上无线电业务应用方面,海事部门已经建立起立船舶航行交通管理系统(VTS)、船舶自动识别系统(AIS)、船舶报告制度等技术设施来保障传播的交通安全。强化海上无线电管理,对上述的业务应用起着充分的保护性作用。

3系统的设计思路与工作方法

为保护海上无线电通信秩序,强化干扰查处的技术手段,需要建设适合海上的专业无线电监测系统,进而构建覆盖海岸沿线一带的海岸无线电监测网。尝试研究海上无线电信号监听与监测、无线电测向与电子海图、船舶自动识别系统AIS等技术的融合,发挥AIS技术在无线电干扰查处、测向定位等监测工作中的作用,解决无线电监测与测向技术在海上应用的技术难题。

3.1海上监测的频率范围

根据国家有关水上无线电业务频率规划,属于无线电管理日常重点监管水上无线电业务对应频段的,则主要集中156-1646.5MHz这个范围。而在短波频段,国家已经建立专业的短波监测网来进行专项管理。9200-9500MHz频段则属SHF微波频段,国家也已经实现了专项管理。因此,海上无线电管理的建设重点,主要兼顾考虑156-1646.5MHz这个范围,强化对这个频段的监管和监测。

3.2系统建设的设计目标

作为专业化无线电监测网,应当充分融合国际前沿的水上无线电监测技术理念,针对我国当前海岸地域特色及海域监管对象为关注点,综合分析监管需求,深入调研,积极探索出符合适应当地当前经济发展需求的新型无线电监管模式。海岸无线电监测网的建设,应当在强化船舶电台的有照设台、有序使用、安全使用,增强对专用频段的干扰排查能力、促进专用频段的利用率、消除通信隐患、推动综合执法等方面起着重大的经济效益和社会效益。海岸无线电监测网的建设,主要集中156-1646.5MHz这个范围的频率监测,应当重点突出对VHFCH16156.800MHz信道的保护性监听需求,及时通过各种技术手段排除对该信道的任何非法占用。海岸无线电监测网的建设,应当在信息化和自动化方面有所突出,具有较高的可操作性和可视化能力,能够基于GIS实现各类业务的功能管理,在时间成本和人工成本上的优势突出,能够大幅提升无线电管理工作效率,减少人员不必要重复性工作负荷。海岸无线电监测网的建设,应当充分考虑与当地现有陆基无线电监测网的平台融合能力,能够充分利用已有的技术设施,最大限度节约有限的资金投入,避免投资浪费。

3.3系统建设主要内容

通过建设一批海上无线电监测系统,组建海岸无线电监测网,进一步拓展对海基台站的统一管理、定位识别、智能管制等功能,用技术手段来填补辖区近海海域的无线电监管空白,实现监测区域的数据自动采集和分析处理,强化监管力度。系统建设的主要内容包括以下几个方面:(1)建立起统一的监测指挥管理平台,可实现对所有海上监测站点统一管控,实现方便、快捷的操作应用。同时可以结合GIS地理信息系统、实时监测系统、AIS船舶台站信息采集系统、船舶数据库系统等进行管理信息系统间的协同工作,为监管执法、台站核查、频率指配、电磁态势分析等工作提供支撑。基于统一的底层数据库接口,采用智能联动触发技术,在统一的控制界面上实现了监测业务与执法业务的一体化建设,完成不同系统之间的数据交换与共享,实现了无线电监管智能化。(2)实现自动化数据采集与分析处理,可大幅提升管理工作效率,降低现场监管成本。(3)构建详实、可靠的船舶台站数据库,强化对船舶设台使用的技术监管,促进频率资源的合法、合理、有效的使用,进一步完善台站数据库数据,为无线电电磁环境评估提供可靠的基础分析数据,并可日后方便的进行查询、调用。(4)支持多通道监听警示发射功能,能够针对目前海岸线普遍使用的150MHz对讲机,主动实现对多路通信对象及其通话内容的同时解调/解码和监听,对船舶航行安全和遇险救援安全频道提供保护性监听,支持主动警示发射。(5)船舶智能识别定位功能。采用AIS船舶信息数据采集单元与大孔径测向天线阵相结合的计算识别定位技术,能够提供小半径范围的违规船台锁定追踪,有效突破海上船舶运行轨迹复杂,电台即时使用等造成传统技术定位难的不利因素。(6)结合GIS技术和AIS技术,以警示管制为手段,实现对辖区任意管制海域的所有船舶的自动动态跟踪与智能告警,并支持管制区域的手动经纬度精确设定。

3.4海岸监测网的架构设计

海岸监测网将由海岸监测中心、若干个海岸监测站组成(图1),通过有线或无线网络实现互联互通,数据在控制中心集中保存,形成覆盖整个海岸线的专用监测网络。海岸监测中心可设立在现有的无线电监测控制中心(或新建),主要由若干控制终端、服务器以及网络通信设备组成,能够基于GIS平台,集远程海岸监测站的设备操控、海上无线电信号监测、监听、测向定位、警示管制等工作于一体的综合性监管平台,保障CH16的使用安全。海岸监测站为无人值守远程站,主要由无线电监测测向单元、海上多通道监听警示单元、AIS船舶信息采集单元、远程控制单元等子系统组成,通过与海岸无线电监测中心的联网实现各个单元间的协同工作。

3.5系统建设功能总体设计

(1)海上无线电信号监测监听功能。能够完成对至少包含156-1646.5MHz这个频率范围内信号的固定频率测量、中频分析、频段扫描、信道扫描等监测功能,能够提供包括频率、场强测量、频谱分析、干扰分析、占用度统计等基本的测量和分析。能够同时完成对多路模拟调制音频信号的解调输出,实现多路信道信号同时监听与录音。(2)建立AIS船舶信息数据库。由于海上无线电电台的发射是非连续性的、运动中的,非法发射常常给非法电台的快速定位以及查处带来极大的不便。虽然海事或渔政部门能够提供完整的AIS信息,但是涉及跨部门的沟通与协调配合,在时效上无法保证。因此,通过长期的信息采集和数据积累,建立起独立于海事部门的、适合本级无线电管理使用的专用AIS船舶信息数据库十分必要,工作时效可控,是实现监测过程中的快速比对、快速查处、警示广播的基础。AIS船舶信息采集内容应当包括:船舶的船名、MMSI、航速、航行状态、经纬度位置等关键信息,提供对采集数据的预处理,在保证信息准确的情况下减小数据量。提供信息查询显示、轨迹回放、实时轨迹显示、违规船舶信息记录等功能。(3)电子地图平台应用。能集成GE、海图等格式的电子地图平台,完成如信号接收范围内所有船舶位置、运行轨迹的显示,可提供非法发射船舶的交叉定位以及识别定位等显示功能。(4)信号测向与识别定位。在海上,由于船舶的状态可能处于抛锚状态、也有可能处于连续航行状态,因此相比陆地的信号测向,其表现得更为复杂,进一步加大了测向困难程度。除了传统的信号测向定位外,系统应还支持识别定位功能。即能进一步利用交会测向原理,结合采集的AIS船舶信息,通过交会区域的动态自动筛选过滤,判定非法信号的发射船舶,通过该船舶MMSI等信息进而获得非法发射的方位信息。(5)非法发射查处报告与监测报告自动生成。可以生成包括频谱记录、设备技术检测、查处结论等在内详实的非法发射查处报告,为后续的重点干扰查处提供参考依据。能够自动生成符合无委需求的标准海上监测报告。(6)敏感海域警示。结合无线电管制需求,能够在电子地图上设定敏感海域。能够对靠近敏感海域的船舶进行预警,对已经进入敏感海域的船舶进行警示广播。提供历史记录回放功能。(7)异常信息短信报警。在控制中心配置一套短信报警平台,出现如非法信号、重点监管区域船舶异常进出等信息时,系统通过短信报警平台,自动向设定的手机发送通知短信,以便用户及时了解并进行处理。

4结束语

本文以我国海岸线区域的无线电频谱的使用为研究对象,针对海上电台的使用现状、海上监测与陆基监测的技术比较、海上无线电干扰类型和海上频率监管范围等四个方面进行了初步的分析,探索建立以海岸监测站为基点的海上无线电监测系统来突破当前海上无线电监管的问题。并且文中对系统的建设过程、架构设计、总体功能等方面也进行一定程度的阐述。本方案的适时提出,希望对国内无线电管理行业的海上监测系统建设,以及今后的无线电监测技术设施升级改造有一定的参考价值,可为无线电管理相关行业的技术人员提供一个思考方向。

参考文献

[1]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

作者:宋峰 单位:深圳市科立讯数据技术有限公司

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