Назначение детали ось в машиностроении. Назначение, конструкции и материалы осей и валов. Элементы конструкции валов и осей

Работа была представлена на конференции HiTB в Куала Лумпур 2013. Слайды презентации доступны по ссылке .

Из официального блога Trend Micro:

Исследователи Trend Micro обнаружили, что проблемы в безопасности АИС (Автоматическая Идентификационная Система) позволяют перехватывать связь между судами, создавать «суда-призраки», отсылать сигналы SOS или сообщения о столкновениях, или вообще отключать АИС на любом судне.

Авторы Marco Balduzzi и Kyle Wilhoit

Мне кажется, что те, кто исследовал безопасность этих систем (AIS), неплохо развлеклись получив порцию фана. Но, «безопасность» здесь ни при чём.

Системы автоматической идентификации для судов

АИС – это автоматическая система слежения, которая устанавливается и используется судами и службами навигации для идентификации и определения местоположения судов при помощи обмена данными с другими близлежащими судами, наземными АИС станциями, и спутниками. Когда используются спутники для передачи сообщений, тогда такая связь обозначается Спутниковая-АИС (С-АИС). Информация получаемая через АИС дополняет данные, полученные с радара, которые по-прежнему являются главным источником навигации водного транспорта.

АИС используется для следующих целей:
Обмен данными между портами и судами
Обмен данными между судами в открытом море
Навигация, курс, местоположение и скорость

Где применяется:
Служба управления морским движением
Избежание столкновений
Служба береговой охраны
Помощь в навигации
Операции спасения
Короткие сообщение, например, прогноз погоды

Данные (уникальный идентификационный номер, месторасположение, курс и скорость), которые эти системы слежения предоставляют, выводятся либо на экраны, либо на ECDIS. Системы автоматической идентификации помогают штурманам и разным морским службам следить за морским транспортом и его перемещением. Сердцем системы является стандартный УВЧ передатчик и спутниковая система позиционирования типа LORAN-C, GPS, или Глонасс, плюс другие дополнительные навигационные сенсоры, например, гирокомпас или датчик угловой скорости. За судами, которые оснащены АИС трансиверами и транспондерами, можно следить с суши через специальные базовые станции, расположенные вдоль берега, либо через спутники, в которых установлено оборудование для приёма и передачи АИС сигналов.

Транспондеры через встроенные УВЧ передатчики автоматически отсылают своё местоположение, скорость и навигационный статус через определённые интервалы времени. Информация берётся из навигационных сенсоров корабля, обычно, это спутниковая навигационная система или гирокомпас. Другая информация, такая как имя судна и УВЧ идентификатор, прошивается в оборудование при его установке. Сигналы принимаются АИС транспондерами установленными на других судах или наземных станциях, нампример, система регулирования движением судов. Получаемые данные затем проецируются на экраны или интерактивные карты для дальнейшего анализа и координации движения.

Вывод, к которому пришли исследователи, сводится к тому, что идентификационную систему судов довольно легко можно использовать для разного рода «пакостей». По сути, АИС – это обычное УВЧ радио, которое в открытую передаёт разного рода навигационные данные, что означает, что все проблемы безопасности связаны именно с радио. Утверждать, что АИС полностью взломана, как минимум не корректно хотя бы по той причине, что эта система разрабатывалась во времена, когда опасность перехвата этих данных была минимальна. Сейчас же с появлением програмно-определяемых систем радиосвязи задача перехвата и ретрансмиции этих сообщений сильно упростилась.

Давайте теперь проанализируем возможные сценарии злонамеренного использования этих систем, которые в своём докладе приводят исследователи.

Вероятное столкновение

Представим на минуту, что у нас есть танкер. И вот в кабине стоит штурман и, вдруг, на экран поступает сигнал о возможном столкновении с другим судном. К слову, все такие сигналы записываются в подобие “чёрного” ящика (такой же, что есть на самолётах или гоночных машинaх) и должны быть подтверждены штурманом. В этот момент штурман должен выполнить строго регламентируемые действия и сверить потенциально опасные данные с показателями других систем, как минимум, с радара, спутниковых навигационных систем, и визуально. В результате событие будет зафиксировано и тревога отменена.

Человек за бортом

Похожий сценарий с судном, на котором команда получает сигнал о другом терпящем бедствие судне. В большинстве случаев такая информация сразу передается на землю в береговую охрану, которая будет координировать все последующие действия. Они обязаны перепроверить поступившие данные и оповеститъ команду о дальнейших дествиях. В итоге почти все риски, рассмотренные исследователями в своём докладе, сводятся к минимуму.

Отключение АИС транспондеров на других судах

В некоторых случаях команде корабля разрешается полностью отключить свои идентификационные системы. В этом случае есть чёткие правила, которые описывают действия команды, например, постоянное визуальное наблюдение.

Подмена погодных данных

АИС это всего лишь один из нескольких источников данных о погоде. Данные, получаемые по этому каналу, (обычно) перепроверяются и сверяются с другими источниками.

Все остальные варианты злоупотребления этими системами относятся к онлайн сервисам, таким как marinetraffic.com, где данные предоставляются исключительно в информационных целях и поэтому врядли смогут нанести кому-либо вред.
С самого начала системы идентификации судов проектировались быть открытыми, и, всего скорей, останутся такими же в ближайшем будущем. Внедрение шифрования будет означать огромные изменения, т.к. всё оборудование на судах нужно будет менять. В виду того, что большинство рисков незначительны, я думаю, что международная морская организация врядли будет пересматривать безопасность этой системы.

В соответствии с требованиями новой главы V "Навигационная безопасность" Конвенции но охране человеческой жизни на море 1974 года (Конвенция СОЛАС-74) установка автоматической идентификационной системы (АИС) на судах должна проходить поэтапно, начиная с 1 июля 2002 года.

Требования Конвенции СОЛАС-74 с поправками по оснащению судов аппаратурой АИС сведены в табл 29 1.

Сроки оборудования судов аппаратурой АИС

Суда, не совершающие международные рейсы

Все новые суда	>500	с 01.07.2002 года
Существующие суда	>500	до 01.07.2008 года

Таблица 29.1

Таким образом, оборудование аппаратурой АИС всех судов, совершающих международные рейсы, должно быть завершено до 1 января 2005 года. Суда валовой вместимостью более 500 б.р.т, не совершающие международных рейсов, должны быть оснащены АИС до 1 июля 2008 года.

Назначение АИС

Назначение АИС

АИС прежде всего предназначена для использования на судах при решении задач предупреждения столкновений, а также для автоматического обмена с другими судами и компетентными береговыми службами навигационной, рейсовой и другой информацией, связанной с безопасностью.

В соответствии с правилом 19 СОЛАС-74 АИС должна:

Автоматически предоставлять соответствующим образом оборудованным береговым станциям, другим морским и воздушным судам информацию, включая идентификацию судна, тип, координаты, курс, скорость, эксплуатационное состояние судна и другую связанную с безопасностью информацию;

Автоматически принимать такую информацию от подобным образом оборудованных судов;

Вести сопровождение наблюдаемых судов и

Обмениваться данными с береговыми средствами.

АИС должна способствовать повышению безопасности (safety) мореплавания, эффективности судовождения и эксплуатации систем регулирования движением судов (СРДС), а также защите окружающей среды.

Указанные общие задачи решаются путем использования АИС в качестве:

Средства предупреждения столкновений в режиме судно-судно;

Средства получения компетентными береговыми службами информации о судне и грузе;

Инструмента СРДС в режиме судно-берег для управления движением судов;

Средства мониторинга и слежения за судами, а также в операциях по поиску и спасанию (SAR).

АИС выполняет следующие функции:

Автоматическую идентификацию судов (номер судна IMO, MMSI, позывной и название), прием и передачу но радиоканалам АИС навигационной информации (координаты, курс, скорость, скорость поворота и т.д.), рейсовой информации (пункт назначения, ожидаемое время прибытия, тип груза) и статической информации (название и позывной судна, габариты и осадка судна, положение антенны); выдачу этих видов информации для отображения на минимальном дисплее АИС и дисплее электронных карт;

получение координат судна и параметров его движения от внешнего источника (ГНСС, лага, компаса или интегрирующего устройства, например, электронной картографической системы);

Определение координат судна при помощи внутреннего ГНСС приемника, в том числе с использованием дифференциального режима;

Прием и выдачу статических, рейсовых данных, текстовых и двоичных сообщений на электронные карты;

Передачу по каналам АИС дифференциальных поправок ГНСС (функция базовой станции); - прием дифференциальных поправок ГНСС по каналу АИС и выдача их приемнику ГНСС внешнему и встроенному (функция мобильной станции);

Выдачу информации о состоянии АИС на пульт управления и отображения и внешнее оборудование;

Выдачу рассчитанных по координатам судов и собственным координатам пеленгов и дистанций до этих судов;

Задание (береговыми АИС) соответствующих режимов работы судовым и береговым станциям, в том числе задание районов, частот, мощности излучения, слотов, периодов докладов, количество повторений докладов, а так- же режимов работы ретрансляторов. Включение/выключение резервных береговых станций (репитеров) АИС.

Следует отметить, что АИС как средство радиосвязи является также объектом в общей системе обеспечения безопасности (security) в соответствии с Международным кодексом по охране судов и портовых средств.
Информация, передаваемая по каналам АИС, может использоваться пиратскими судами и террористами, так как она передается в широковещательном режиме без каких-либо средств защиты информации от несанкционированного доступа.

Преимущества и ограничения АИС

Преимущества и ограничения АИС

Совместное использование АИС на судах и в береговой инфраструктуре позволяет реализовать следующие преимущества в сравнении с существующими средствами навигации:

Получить надежную и достоверную идентификацию судов, исключив при этом необходимость радиотелефонного обмена;

Увеличить дальность обнаружения, особенно небольших целей; - автоматически получать от судна необходимые данные (координаты, скорость, направление движения и др.), причем с большей точностью, чем у радиолокационных станций, что позволяет уменьшить задержку в распознавании маневра судна;

Практически свести к нулю влияние помех от морской поверхности и атмосферных явлений, а также избежать влияния рефракции, имеющего место в радиолокации;

Снять ограничения в обнаружении цели за препятствиями и устранить возможность переключения сопровождения судов при их сближении.

Применение АИС в системах регулирования движением судов позволяет дополнительно получить такие преимущества:

Автоматизировать получение от судов информации, необходимой для работы СРДС (тип судна и перевозимого груза, длина, ширина, осадка, порт назначения и др.), а также другую информацию в интерес других служб;

Автоматизировать передачу судам в зоне действия СРДС навигационной и гидрометеорологической информации, предупреждений об опасных явлениях;

Реализовать возможность передачи по каналам АИС информации о судах, которые не оборудованы транспондерами, но сопровождаются радиолокационными станциями СРДС;

Повысить точность определения судовых координат путем передачи дифференциальных поправок по кана- лам АИС;

Значительно расширить зону мониторинга при использовании режима дальней связи АИС, например, по спутниковым каналам ИНМАРСАТ.

Аппаратура АИС не заменяет другое судовое навигационное оборудование. АИС следует применять только как средство, дополняющее радиолокационную станцию и другие средства наблюдения за навигационной обстановкой, а также как средство обмена информацией с береговыми службами.

Ограничения, которые необходимо учитывать при использовании АИС, связаны со следующими факторами:

Значительная часть судов может быть не оборудована АИС даже по окончанию периода внедрения (рыбопромысловые, местного плавания, маломерные, прогулочные и другие);

Судовое оборудование АИС может быть выключено по распоряжению капитана судна, если использование АИС может отрицательно повлиять на безопасность судна (например, в районах, где возможна пиратская деятельность);

В районах с очень высокой интенсивностью судоходства возможно уменьшение реальной дальности действия АИС до 10 - 12 миль;

Сильные радиопомехи, например, во время грозы, могут вызвать кратковременные нарушения в работе АИС;

Достоверность и качество принятой информации частично может зависеть от датчиков, формирующих сообщения АИС, и от правильности ввода информации на судах-целях (например, курс судна по гирокомпасу и навигационный статус).

Таким образом, установка на судне АИС не подменяет и не снимает требований к радиолокационной станции и другим навигационным средствам, а также не изменяет требований в отношении несения вахты на ходовом мостике.

Принцип действия АИС поясняется рис. 29.1. Суда, оборудованные аппаратурой АИС, находясь в открытом море или в прибрежных районах, автоматически и регулярно передают в диапазоне УКВ морской подвижной радиослужбы стандартные сообщения, содержащие информацию о судне, его координатах, курсе, опасном грузе на борту, порте назначения, времени прибытия и другие данные.

Рис. 29.1. Принцип функционирования АИС

Одновременно каждым судном, оборудованным АИС, принимается аналогичная информация от других судов, находящихся в радиусе действия, ограниченном распространением радиоволн УКВ диапазона (20 - 30 морских миль).
Принятая информация автоматически обрабатывается и отображается на судовом навигационном дисплее. Синхронизация работы всех станций АИС, как судовых, так и береговых обеспечивается глобальной навигационной спутниковой системой. По сигналам ГНСС в судовых навигационных приемниках рассчитываются текущие координаты судна и вектор скорости.

В прибрежных районах, где установлены базовые станции АИС, информация, передаваемая судами, принимается базовыми станциями и поступает в распоряжение береговых служб (СРДС, системы судовых сообщений, службы поиска и спасания, службы экологического контроля и ликвидации последствий загрязнения, пограничные и таможенные власти, различные портовые службы). Обычно, для получения целостной картины судоходства в контролируемом районе, базовые станции АИС обьединяются в сети, позволяющие интегрировать информацию от отдельных базовых станций.
Для расширения зоны действия базовой станции АИС могут устанавливаться так называемые репитерные станции АИС для расширения зоны действия береговой станции, например, при затеняющем береговом рельефе.

В прибрежных районах точность определения координат судов может быть повышена посредством передачи дифференциальных поправок в СВ диапазоне береговыми опорными станциями и радиомаяками. Дифференциальные поправки могут также передаваться береговой станцией АИС по УКВ каналам АИС в специальном сообщении.

Для существенного расширения зоны действия базовой станции АИС может использоваться режим дальней связи, когда судовые данные передаются по каналам ИНМАРСАТ-С.
В этом режиме обеспечивается автоматическая передача информации от судов в адрес береговых служб в целях мониторинга судоходства в территориальных водах, исключительных экономических зонах и районах ответственности морских спасательно-координационных центров (МСКЦ).

Аппаратура АИС может также устанавливаться на летательных аппаратах, участвующих в поисково-спасательных операциях на море, и на средствах навигационного оборудования (СНО) морских путей (плавучих и стационарных). Лоцманские службы могут использовать портативную аппаратуру АИС, доставляемую на борт судна и работающую автономно или с подключением к судовому оборудованию АИС.

Передаваемая и принимаемая информация АИС

Передаваемая и принимаемая информация АИС

АИС передает и принимает статическую, динамическую и рейсовую (или маршрутную) информацию, а также сообщения, касающиеся безопасности плавания.

Статические данные:

Идентификационный номер судна IMO (если он имеется);

Идентификационный номер морской подвижной службы MMSI;

Позывной сигнал и название судна;

Длина и ширина судна;

Тип судна;

Расположение антенн GNSS (внешнего и встроенного приемника) на судне.

Вес статические данные вводятся при установке оборудования.

Динамические данные:

Координаты судна с признаком точности и состоянием целостности (автоматически обновляются, признак точности - менее или более 10 метров);

Время в UTC, час., мин., с. (автоматически обновляются);

Курс относительно грунта (COG) (автоматически обновляется);

Скорость относительно грунта (SOG) (автоматически обновляется);

Курс судна по гирокомпасу (автоматически обновляется);

Навигационное состояние судна (на якоре, неуправляемое и другие) - выбираются вручную;

Скорость поворота (ROT) (автоматически обновляется, может быть недоступна);

Углы качки и дифферента (если они доступны).

Рейсовые данные:

Осадка судна (вводится в начале рейса, исправляется по мере необходимости);

Наличие (тип) опасного груза (вводится в начале рейса);

Порт назначения и время прибытия (вводится в начале рейса, исправляется по мере необходимости).

Сообщения по безопасности и двоичные сообщения

Сообщения по безопасности представляют собой короткие текстовые сообщения в свободном формате с использованием кодировки ASCN, подобно SMS в персональных мобильных радиотелефонах. Они могут быть адресованы как конкретному судну (или береговой станции), так и всем станциям.

Передача этих сообщений осуществляется оператором путем набора текста на пульте управления и отображения информации.

Кроме сообщений безопасности в АИС предусмотрена передача так называемых двоичных (или бинарных) сообщений. Двоичные сообщения могут использоваться для специальных приложений, одобренных ИМО.

Например, в циркуляре 236 Комитета по безопасности мореплавания даны форматы ряда двоичных сообщений, которые содержат следующую информацию:

Метеорологические и гидрологические данные по какой-либо географической точке;

Подробные сведения об опасных грузах;

Сведения о прохождении фарватера;

Сведения о приливах;

Расширенная статическая и рейсовая информация и количество человек на борту;

Данные по псевдо-АИС целям.

Планируется испытательная передача двоичных сообщений в течение 4-хгодичного периода времени. После испытательного периода будет принято решение о их дальнейшем использовании.

Следует подчеркнуть, что использование АИС в режимах передач сообщений по безопасности и двоичных сообщений ни в коей мере не подменяет функции ГМССБ по безопасности мореплавания и поиску и спасанию.

Система АИС в настоящее время продолжает развиваться и является открытой для внедрения новых информационных приложений в границах пропускной способности каналов передачи данных УКВ АИС.

Интенсивность передач

В зависимости от вида передаваемой информации и режима плавания АИС обеспечивает интервалы передач в соответствии с табл. 29.2 и 29.3.

Интервалы передач АИС

Таблица 29.2

Статическая и рейсовая информация передается в так называемом сообщении №5 "Статические данные о судне и информация о рейсе". Все тины сообщений АИС приведены в приложении. Динамическая информация передается в зависимости от скорости судна и изменения курса судна. Интервал передач задастся в соответствии с табл. 29.3. Динамическая информация передается в сообщении №1 "Сообщение о местоположении".
Если судно находится на якоре или движется с малой скоростью (менее 3-х узлов), то интервал между сообщениями динамической информации составляет 3 минуты. При повышении скорости судна интенсивность передач увеличивается. При скорости судна 23 узла и более интервал времени между соседними передачами динамической информации составляет всего 2 секунды.

Такая адаптация интервала передач к динамике судна позволяет в максимальной степени отследить перемещение и все маневры судна и в то же время не перегружать эфир излишними передачами при медленном перемещении судна.

Интервал передач динамической информации

УКВ каналы АИС

Станции АИС обмениваются данными между собой по умолчанию на двух УКВ каналах с временным разделением сигналов (ТОМА): 87В (161,975 МГц) и 88В (162,025 МГц). Станции АИС используют TDMA каналы на одинаковых частотах с разделением передач но времени. В качестве источника единого времени станции АИС используют внешний и внутренний GPS или ГЛОНАСС/GPS приемники.

Сущность временного разделения каналов заключается в том, что каждая станция АИС передает в строго определенном ей временном интервале - слоте. Длительность одного слота составляет 27,6 мс. Так как один слот занимает по времени 26,7 мс, то при скорости передачи данных 9600 бит/сек в одном слоте может быть размещено 256 бит информации.

9600 бит/сек х 26,7 мкс = 256 бит

Для точного задания начала слота используются сигналы времени ГНСС, которая обеспечивает точность синхронизации по времени не хуже 10 мкс. Таким образом, каждая станция как бы вклинивается для передачи в определенный слот.

Естественно возникает вопрос о назначении слотов для передач каждой станции. Для предотвращения конфликтов, когда в пределах УКВ радиосвязи (т. е. примерно 30 мор. миль) два судна будут использовать для своих передач один и тот же слот, используется специальный алгоритм самоорганизации выбора занимаемых слотов.
Этот алгоритм предусматривает передачу каждым судном своего расписания передач на ближайший период времени. Кроме параметров по судну в типовое сообщение включаются номера забронированных слотов, которые судно планирует использовать для последующих передач. Все другие суда анализируют панораму занятых слотов и соответственно планируют свои передачи только в свободных слотах.

Такой алгоритм называется SOTDMA - Self Organizing TDMA. Алгоритм SOTDMA используется судами в открытом море, когда все станции АИС являются равноправными.

В зоне действия базовой (береговой) станции назначения слотов для передач каждого судна осуществляем сама базовая станция. Такой алгоритм называется FATDMA - fixed access TDMA, множественный фиксированный доступ с временным разделением каналов.

Рис. 29.2. Организация радиосвязи с временным разделением каналов

В регионах, где осуществляется мониторинг береговыми станциями, могут использоваться другие частотные каналы АИС, если каналы 87В и 88В заняты иными службами.

Кроме двух TDMA каналов станция АИС одновременно работает на канале DSC (канал 70). По этому каналу производится назначение рабочих каналов АИС со стороны береговой станции.

Минутный интервал представляет собой кадр (или фрейм), включающий 2250 слотов.

26,7 мкс х 2250 = 60 сек

Для повышения надежности системы и повышения пропускной способности используются два канала АИС, обеспечивая передачу/прием по 2250 слот/мин па каждом канале.

Таким образом, пропускная способность АИС на двух УКВ каналах составляет 4500 слот/мин.

2250 слот/мин х 2 = 4500 слот/мин.

Принцип временного разделения передач отдельных судов поясняется рис.29.2.

Функционирование АИС основываются на модели взаимодействия открытых информационных систем (Open System Interconnection, OSI), разработанной международной организацией но стандартизации (International Standard Organisation, ISO). Данному стандарту отвечают большинство компьютерных и информационных систем.

В модели ISO/OSI предусмотрено семь уровней и определен порядок информационного обмена на каждом уровне. В АИС определены требования к четырем уровням: физическом)", канальному, сетевому и транспортному.

Работа АИС на различных уровнях (для РЭ)

Работа АИС на различных уровнях (для РЭ)

Физический уровень

На физическом уровне определяются требования к характеристикам приемопередатчика: виду модуляции сигнала, частотам, излучаемой мощности и т.п. Это чисто аппаратный уровень. Требования к АИС на физическом уровне сведены в табл. 29.4.

Передача данных осуществляется в УКВ диапазоне морской подвижной службы. Передача данных по умолчанию должна осуществляться на каналах AIS 1 и AIS 2, если иначе не определено компетентными властями. В территориальных водах рабочие каналы могут назначаться базовой станцией АИС.

Транспондер для повышения пропускной способности и повышения надежности работает на двух параллельных каналах. Два отдельных TDMA приемника используются одновременно для параллельного приема информации по двум независимым частотным каналам. Для передачи используется один TDMA передатчик попеременно на двух независимых частотных каналах.

АИС должна иметь возможность работы на каналах 25 кГц или 12,5 кГц. Канал с полосой 25 кГц используется в открытом море, в то время как каналы с полосами 25 кГц или 12,5 кГц используются в территориальных водах.

В передатчике осуществляется частотная манипуляция с предварительной низкочастотной фильтрацией модулирующего сигнала (Gaussian minimum shift keying, GMSK/FM). Формирование GMSK/FM сигнала поясняется на рис. 29.3.

Требования к АИС на физическом уровне

Название параметра	Значение
Диапазон частот, МГц	156,025 - 162,025
Разнос между каналами, кГц	12,5/25
AIS 1 (канал 1 по умолчанию, ch 87B, 2087), МГц	161,975
AIS 2 (канал 2 по умолчанию, ch 88B, 2088), МГц	162,025
Ширина полосы частотного канала	Узкая (12,5 кГц)/ Широкая (25 кГц)
Скорость передачи данных, бит/сек	9600
Обучающая последовательность, бит	24
Время установки передатчика (мощность передачи в пределах 20% от конечного значения, стабильность частоты в пределах 1,0 кГц от конечного значения), мс	≤ 1,0
Выходная мощность передатчика, Вт	2/12,5
Кодирование данных	NRZI
Модуляция	Адаптированная к полосе GMSK/FM
Индекс частотной модуляции: при узкой полосе (12,5 кГц) при широкой полосе (25 кГц)
Стабильность частоты передатчика	±3ppm(±3 x 10‾ 6)

Таблица 29.4

На рис. 29.3 представлены схема GMSK/FM модулятора и временные диаграммы сигналов. Данные представляются так называемым "инверсным кодом без возвращения к нулю" (Non return to zero, inverse NRZI). Код NRZI меняет уровень сигнала на противоположный при передаче "единицы" данных.
При передаче "нуля" уровень сигнала не изменяется. Далее сигнал NRZI проходит через фильтр нижних частот (ФНЧ) с амплитудночастотной характеристикой, близкой по форме к гауссовой кривой. Этим и определяется название сигнала.

Сглаживание сигнала необходимо для уменьшения ширины полосы частот, занимаемой радиосигналом. Такой фильтр также минимизирует межсимвольные искажения сигнала.

Pиc. 29.3. Формирование GMSK/FM rusnana: а) структурная схема б) временные диаграммы

После ФНЧ модулирующий сигнал поступает па генератор, управляемый напряжением (ГУН) для формирования частотно-манипулированпого радиосигнала. Частота радиосигнала на выходе ГУН отклоняется в ту или иную сторону от средней частоты f0 .
Девиация частоты, т.е. максимальное отклонение от среднего значения частоты составляет Δf=2,4 кГц при широкой полосе (25 кГц) и Δf = 1,2 кГц при узкой полосе (12,5 кГц) Такая девиация частоты обеспечивается при индексе модуляции 0,5 при работе на 25 кГц канале и 0,25 при работе на 12,5 кГц канале. На выходе ГУН, таким образом, формируется сигнал GMSK/FM, излучаемый в эфир после требуемого усиления.

Скорость передачи данных составляет 9600 бит/сек ± 50 ррт.

Помехоустойчивое кодирование для прямого исправления ошибок не используется.

Время нарастания и спада сигнала радиопередатчика не должно превышать 1 мс после включения сигнала на передачу.

Время переключения каналов должно быть меньше 25 мс.

Время, отводимое для переключения с передачи на прием и наоборот не должно превышать времени нарастания или времени спада. Должна иметься возможное!ь приема сообщения от слота следующего непосредственно или предшествующего собственной передаче.

Передатчик АИС имеет возможность для установки двух уровней номинальной мощности (высокая мощность, низкая мощность) как требуют некоторые приложения. Операции транспопдера но умолчанию должны использовать высокий уровень мощности Изменения уровня мощности должны осуществляться только средствами, принятыми для управления каналами.

Номинальные уровни для двух значений мощности составляют 2 Вт и 12,5 Вт. Отклонения должны быть в пределах +20%.

Оборудование АИС не должно выходить из строя в результате отсоединения или закорачивания антенного разъема. При этом отсоединение антенного разъема сопровождается звуковым сигналом.

Канальный уровень

На канальном уровне определяется порядок преобразования данных в пакеты передачи и сама процедура передачи пакетов данных в УКВ АИС канале связи.

Доступ к каналу УКВ передачи информации обеспечивается с использованием технологии МДВР (TDMA) - множественного доступа с временным разделением с использованием общей шкалы времени.

Для передач станции АИС отводится временной интервал - слот длительностью 26,7 мс. 2250 слотов составляют фрейм или кадр продолжительностью 60 секунд. Состав фрейма и слота представлен на рис. 29.4.

Временная синхронизация для всех станций осуществляется от единого источника UTC с помощью приемника GPS/GLONASS. Точность синхронизации составляет 10 мкс.

Формат слота представлен в табл. 29.5.

Выход передатчика на требуемую мощность и (стабильность частоты осуществляется в течение периода нарастания, который но длительности соответствует 8-ми битовым интервалам.

Передача данных всегда начинается с 24-битовой обучающей последовательности (преамбулы) для синхронизации работы демодулятора. Преамбула состоит из чередующихся "единиц" и "нулей" (0 1 0 1 0 1....).

Формат слота

Таблица 29.5

Флаг начала отмечает начало передачи собственно информационных данных. Длина пакета данных составляет 168 бит. Для проверки правильности приема данных используется проверочный код CRC длиной 16 бит. Данный код образуется в процессе обработки принятых данных.
Если сформированное значение CRC совпадает с принимаемым кодом CRC, то данные приняты без ошибок. В противном случае считается, что данные приняты с ошибкой.

Рис. 29.4. Состав фрейма (кадра) и слота

Флаг конца означает конец передачи. До начала следующего слота резервируется еще некоторый буферный интервал, который необходим для предотвращения перекрытия слотов от разных станций.

Буферный интервал распределяется следующим образом:

Избыточные биты (свыше 168) в сообщениях переменной длины: 4 бита;

Задержка сигнала по дальности: 12 бит;

Задержка репитерных станций: 2 бита;

Ошибка синхронизации: 6 бит.

Итого в наихудшем случае возможно смещение конца передачи на 24 битовых интервала, который и принят в качестве длительности буфера.

Станции АИС, как правило, синхронизируются непосредственно по временной шкале UTC. Станции, которые не могут получить прямой доступ к UTC, но могут принимать другие станции с индикацией прямого UTC, должны синхронизироваться по этим станциям. Это так называемый режим семафора. При этом станция меняет свое состояние синхронизации на косвенное UTC

Для одной непрерывной передачи станцией может использоваться как максимум пять последовательных слотов. При этом требуется только однократное дополнение (нарастание, обучающая последовательность флажки, CRC, буфер) для передачи длинного пакета.

Подвижные станции, которые не могут получить прямую или косвенную UTC синхронизацию, но могут принимать передачи от базовых станций, должны синхронизироваться по базовой станции.

Временное разделение каналов

Информационный взаимообмен станций АИС осуществляется на основе множественного доступа с временным разделением (Time division multiple access, TDMA). Каждая станция может передавать в строго фиксированпом временном интервале - слоте.
Для того, чтобы избежать передач двух и более станций в одном слоте применяются специальные алгоритмы планирования слотов для передачи каждой станцией.

Выбор слота на временной шкале осуществляется в соответствии со следующими четырьмя алгоритмами:

SOTDMA -self organising TDMA, самоорганизующийся множественный доступ с временным разделением каналов;

ITDMA - incremental TDMA, множественный доступ с приращением и временным разделением каналов;

RATDMA - random access TDMA, случайный множественный доступ с временным разделением каналов;

FATDMA - fixed access TDMA, множественный фиксированный доступ с временным разделением каналов;

SOTDMA является основным алгоритмом, используемым судовыми станциями в открытом море. Находясь в открытом море, все судовые станции АИС являются равноправными, и каждая станция сама резервирует номера следующих слотов для своей передачи на основании наблюдения передач от всех других станций. Пропускная способность канала обмена данными на двух каналах АИС достаточна для обмена в наиболее интенсивных районах судоходства - Дуврском и Сингапурском проливах.
Причем работоспособность всей системы АИС не нарушается даже при дефиците свободных слотов в пределах УКВ связи. В этом случае при необходимости учащения передачи судовая станция АИС считает свободными слоты, занимаемые наиболее удаленными станциями.

Алгоритмы ITDMA и RATDMA используются в переходном режиме, когда судно изменяет динамические или рейсовые характеристики и возникает необходимость ускорения темпа передач.

Алгоритм FATDMA используется только базовыми береговыми станциями для своих фиксированных передач.

Принцип выбора слота для передачи

Станции АИС после включения в работу до начала передачи в течение минутного кадра принимают и анализируют сообщения в канале АИС для определения свободных слотов и выбора потенциальных слотов для своей передачи в следующем минутном кадре. Первый слот в начале передачи выбирается с использованием протокола RATDMA. Последующие слоты в данном минутном кадре выбираются посредством протокола ITDMA. О выбранных слотах объявляется в первом переданном станцией сообщении.

Если судно не меняет свой режим движения и продолжает передавать регулярные сообщения с неизменным периодом повторения, то далее используется протокол SOTDMA, обеспечивающий резервирование слогов в предстоящих 3-7 кадрах. Если же период повторения сообщений должен измениться, например, когда судно меняет курс, то станция кратковременно переходит на протокол ITDMA, а затем возвращается к SOTDMA с новым периодом повторения.

Если судну необходимо передать нерегулярное сообщение, то станция использует протокола RATDMA для выбора первого слота под это сообщение. Последующие слоты для передачи этого сообщения выбираются посредством протокола ITDMA. Выбранный ранее порядок передачи регулярных сообщений, например, позици- онных, при этом не нарушается.

Принцип выбора слотов для передачи сообщений АИС с использованием протоколов TDMA поясняется рис. 29.5.

Рис.29.5. Выбор слотов для передачи

Например, судно должно регулярно передавать позиционное сообщение, содержащее динамическую информацию, с периодом повторения 6 секунд. Частота передачи сообщения RR для данного примера равна 10, т. е. сообщение должно повторяться 10 раз в течение минутного кадра, состоящего из 2250 слотов. Номинальное приращение N1, равное 225, означает, что данное сообщение должно повторяться, в среднем, каждые 225 слотов. Слот для передачи сообщения должен случайным образом выбираться из 45 слотов, лежащих в интервале выбора SI, но не занятых другими станциями.
Таким образом, фактический интервал передачи сообщений каждой судовой станции АИС изменяется случайным образом вокруг среднего значения, определяемого параметрами движения судов и установленного стандартами.

Принятые алгоритмы TDMA обеспечивают устойчивость канала АИС к перегрузкам, когда почти все слоты в минутном кадре заняты. Алгоритм выбора слотов в подобной ситуации будет следующим.
Если какое-либо судно А не находит свободного слота для передачи своего сообщения в интервале выбора, то оно выбирает для передачи слот, в котором уже ведет передачу наиболее удаленное от него судно В. Тем самым для других судов, находящихся поблизости, передача наиболее удаленного судна В будет подавлена в данном слоте. Однако, станция А может подавить сигнал судна В только один раз за минутный кадр.
Для передачи следующего сообщения в данном кадре судно А должно выбрать слот, где ведет передачу другое удаленное судно С. Аналогично ведут себя и другие суда вблизи судна А.

В результате, при перегрузке канала связи АИС на 400-500% (когда для нормальной работы всех станций потребовалось бы в 4-5 раз увеличить число слотов в кадре) реальная дальность приема каждой судовой станцией сообщений от других станций уменьшается до 8-10 миль, то есть до дальности уверенного радиолокационного сопровождения судов-целей средних размеров.
Следовательно, в районах с высокой интенсивностью судоходства реальная дальность действия АИС может быть меньше, чем дальность обычной радиосвязи па УКВ, определяемая высотами установки антенн.

Специфические особенности канала связи АИС накладывают существенные ограничения на технические характеристики передающих и приемных устройств. Мощность передатчика АИС стандартизована на уровне 12,5 Вт в режиме полной мощности и 2 Вт в режиме пониженной мощности. Предусмотрено ступенчатое переключение мощности передатчика (пониженная/полная) по сигналу базовой станции. Пониженная мощность может использоваться, например, на акватории порта, чтобы уменьшить перегрузку канала связи на подходных фарватерах.

Режимы работы АИС

АИС может работать в следующих режимах:

В автономном непрерывном режиме для работы во всех регионах;

В назначенном режиме для работы в районе, находящемся в зоне мониторинга и ответственности береговой СРДС, когда администрация может устанавливать интервал передачи данных, предписывать частоты, мощность передатчика, номера слотов, синхронизирующие последовательности для использования в назначенных регионах;

В режиме запроса, когда данные передаются в ответ по запросу от судна или береговой СРДС.

Станция, работающая автономно, определяет свое расписание передач координат и автоматически разрешает конфликты расписания с другими станциями. Этот режим является режимом по умолчанию и используется, как правило, в открытом море.
В автономном режиме судовая станция передает рапорта о координатах судна и другие параметры в формате сообщения 1. Перечень всех сообщений приведен в приложении.
Станция, работающая в назначенном режиме, должна использовать расписание передач, которое задано базовой станцией компетентных властей или станцией-ретранслятором. В назначенном режиме судовая станция не меняет темп передачи сообщений при изменении курса и скорости судна. В назначенном режиме судно пере- дает сообщение 2.

В опросном режиме станция автоматически отвечает на сообщения прерываний (Сообщение 15) от судна или компетентных властей.

Переключения с одного режима на другой делаются автоматически и не требуют какого-либо вмешательства оператора.

Сетевой уровень

На сетевом уровне решается задача установления маршрута следования пакетов данных. Под пакетом понимается последовательность данных, передаваемых в одном слоте. Применительно к АИС на этом уровне определяется на каком частотном канале передаются пакеты данных.

Для повышения надежности в АИС используются дна частотных канала: АИС1 и АИС2. По умолчанию используются каналы УКВ диапазона морской подвижной службы 87 (161,975 МГц) и 88 (162,025 МГц).
Передачи на этих каналах производятся поочередно. Например, если при скорости более 23 узлов судно должно автоматически передавать рапорта с периодичностью 2 секунды, то тогда периодичность передач на каждом из каналов составит 4 секунды. В открытом море использованию частотных каналов 87 и 88 ничто не препятствует. Однако в прибрежной акватории эти каналы могут быть заняты другими службами.
Если данные каналы не могут использоваться АИС, то береговые компетентные администрации могут назначать другие частотные каналы и соответствующие им параметры для работы АИС. Эти назначения действуют в определенном регионе, ограниченном прямоугольником (см. рис. 29.6).

Назначения каналов могут осуществляться:

С помощью АИС в сообщении 22;

С помощью ЦИВ на 70-канале;

Вручную оператором;

От судовой ЭКНИС.

В назначении передаются следующие параметры:

Частота каналов АИС1 и АИС2 и номинальная ширина полосы частот,

Режим приема/передачи. При этом передача может вестись на обоих каналах (ТхА/ТхВ) или только на каком-то одном канале (ТхА или ТхВ). Прием всегда ведется по обоим каналам одновременно;

Выходная мощность 2/12,5 Вт;

Координаты NE-угла и SW-угла;

Ширина переходной зоны (1 ... 8 морских миль с шагом 1 миля, по умолчанию 5 миль).

Управление каналами является функцией компетентных властей. Все назначения работы в районах автоматически сохраняются в памяти АИС. Назначения имеют привязку по дате и времени их записи, а также по способу их получения.
Альтернативно назначение может быть произведено по каналу ЦИВ, ручным вводом с помощью минимального дисплея с клавиатурой (для опытных пользователей; без необходимости этого делать не следует) или через интерфейс представления данных от судовой ЭКНИС.

При заходе в регион с другими назначениями судовая АИС автоматически перестраивается на работу с принятыми в лом регионе параметрами. При планировании регионов береговые власти должны придерживаться правил относительно взаимного расположения регионов.
Варианты приемлемого и неприемлемого взаимного расположения регионов показаны на рис. 29.7. Протяженность региона следует выбирать в диапазоне 20 ... 200 морских миль.

В районах действия береговых станций судовая станция АИС работает в назначенном режиме. При этом береговая станция назначает частотные каналы и мощность передатчика, а также передает границы географического района в виде прямоугольника, где действуют эти назначения. Для такого назначения используется сообщение 22.

АИС постоянно контролирует наличие в памяти любой ближайшей границы регионального района на дистанции до 500 миль от текущего местоположения, а также любые назначения, записанные в течение последних 5-ти недель.
АИС должна игнорировать новые назначения (введенные через интерфейс представления данных), если границы регионального района нового назначения частично или полностью перекрывают или совпадают с границами района любого хранимого в памяти назначения, принятого в сообщении № 20 от базовой станции или командой ЦИВ в течение последних 2-х часов.

Рис.29.7. Взаимное расположение регионов с назначениями со стороны береговых станций

АИС должна принимать сообщение 22 или команду ЦИВ только в том случае, если она находится в районе, определенном одним из хранимых в памяти назначений. В этом случае установка назначения может бьпь составлена путем комбинации принятых параметров с параметрами, которые используются в текущий момент.

Новые назначения должны записываться на одно из восьми свободных мест в памяти. При отсутствии свободного места, новое назначение должно записываться на место самого раннего (по времени записи) назначения.

Транспортный уровень

На транспортном уровне определяется каким образом должны преобразовываться данные в пакеты передачи. Некоторые данные требуют для передачи более одного слота. В таком случае они разбиваются на отдельные пакеты и каждый пакет передается в отдельном слоте. Если длина данных требует передачу, которая занимает более чем пять слотов, то АИС не должна передавать данные, и это должно отображаться негативным подтверждением в интерфейсе передачи данных.

Взаимообмен информацией с АИС и "внешним миром", т.е. с другой аппаратурой и человеком осуществляется через презентационный интерфейс. Каналы презентационного интерфейса показаны на рис. 29.8. Связь АИС с более высокими уровнями модели ISO/OSI осуществляется именно через презентационный интерфейс. Информационный взаимообмен на более высоких уровнях не затрагивает особенностей АИС.

Презентационный интерфейс

Презентационный интерфейс состоит из следующих каналов:

Канал 1 (СН1) - для подключения к внешнему судовому навигационному приемнику ГНСС;

Канал 2 (СН2) - для подключения к гирокомпасу;

Канал 3 (СНЗ) - для подключения к датчику угловой скорости.

Подключения АИС к внешнему приемнику ГНСС и гирокомпасу обязательны. Подключение к внешнему датчику скорости угла поворота судна - необязательно.

Для обмена информацией с внешними устройствами предусмотрены двунаправленные каналы:

Канал 4 (СН4) - для подключения к электронной картографической навигационной системе (ЭКНИС);

Канал 5 (СН5) - для подключения к лоцманскому персональному компьютеру;

Канал б (СН6) - для подключения к дополнительному навигационному дисплею (не обязательный);

Канал 8 (СН8) - для подключения к аппаратуре дальней связи;

Канал 9 (СН9) - для ввода дифференциальных поправок от внешнего приемника дифпонравок и для выдачи дифпоправок, принятых по каналу АИС (не обязательный);

Канал Ю(СНЮ) - для вывода сигнала неисправности на внешние устройства сигнализации.

Рис.29-8. Презентационный интерфейс АИС

Работа АИС с аппаратурой дальней связи

Работа АИС с аппаратурой дальней связи

Непосредственный обмен данными по УКВ каналам АИС возможен в пределах УКВ радиосвязи, т.е. приблизительно 30 морских миль. Береговые станции системы управления движением судов по УКВ каналам имеют возможность осуществлять мониторинг соответственно в пределах такой же дальности.
Имеющие иногда место аномальные распространения УКВ радиоволн путем отражений от ионосферных слоев, когда дальность связи может доходить до нескольких сотен морских миль, не могут приниматься во внимание из-за своего непостоянного характера.
Для увеличения дальности мониторинга, например, для контроля судов в исключительной экономической зо- не или исключительной танкерной зоне, аппаратура АИС может подключаться к радиосистемам дальней связи.

К радиосистемам дальней связи относятся следующие системы:

Коротковолновая система связи,

Спутниковые системы связи.

Наиболее удобной системой для реализации режима дальней связи является ИНМАРСАТ-С. Судовые станции ИНМАРСАТ-С являются одним элементов оборудования ГМССБ, причем эти станции наиболее распространены в качестве станций спутниковой связи.
Они обеспечивают передачу телексных сообщений в режиме накопления с последующей передачей (так называемый режим store and forward). Без ограничений функциональных возможностей по работе в системе ГМССБ они могу г использоваться также для передач данных но судну по запросу береговых служб, участвуя таким образом в системе дальней связи АИС.

Рис. 29.9. Работа АИС в режиме дальней связи

Принцип работы АИС в режиме дальней связи поясняется рис. 29.9. Аппаратура АИС подключается к судовой спутниковой станции ИНМАРСАТ-С. Для такого подключения используется двунаправленный интерфейс в соответствии с требованиями стандарта МЭК-61162.
Судовая станция ИНМАРСАТ-С передает сообщение через геоста- ционарный спутник, который выполняет роль активного ретранслятора. Сообщение принимается береговой земной станцией и далее по береговым линиям связи доставляется на нужную станцию регулирования движением судов.

Работа в режиме дальней связи осуществляется параллельно с функционированием АИС на УКВ каналах обмена данными. Режим дальней связи не предполагает непрерывного слежения за судном в реальном режиме времени, а предусматривает передачу данных по судну с интервалами от 2-4 раз в час до 2-х раз за сутки.
Таким образом, работа в режиме дальней связи не создает какой-либо заметной нагрузки и не мешает обмену данными на каналах АИС.

При работе с аппаратурой дальней связи судовая АИС должна передавать ответные сообщения только на запросы базовой станции.

В оборудовании АИС должны быть предусмотрены средства установки пользователем режимов автоматического или ручного формирования ответных сообщений на запросы дальней связи.
В обоих случаях на экране дисплея должна появляться индикация запроса. Она должна высвечиваться до момента отправки ответного сообщения (в автоматическом режиме или вручную) или до момента сброса индикации оператором.

Для запроса АИС через аппаратуру дальней связи в качестве адреса должны использоваться либо идентификатор MMSI, либо указание географического района "всем судам", обозначаемого границами северо-восточного и юго-западного углов прямоугольника в проекции Меркатора.

Первоначально запрос должен выполняться в географическом районе "всем судам".

Во избежание повторной передачи ответных сообщений в географическом районе на запросы других береговых станций, судовая АИС должна сохранять в памяти идентификаторы MMSI береговых станций, запросы от которых принимались в течение последних 24 часов.

В настоящее время режим дальней связи не является обязательным для всех судов. Однако он является одним из наиболее перспективных технических решений задачи мониторинга судов в глобальном масштабе.

Судовая аппаратура АИС

Судовая аппаратура АИС

Типы станций АИС

Станции АИС устанавливаются на подвижных и стационарных объектах.

К подвижным (или мобильным) станциям относятся:

Судовые станции класса А;

Судовые станции класса В;

Воздушные станции на поисково-спасательных судах;

Станции, устанавливаемые на навигационных объектах;

Портативные носимые станции, используемые лоцманами на борту судна.

К стационарным станциям относятся:

Базовые станции;

Репитерные станции.

Станции класса А полностью отвечают всем международным требованиям и должны устанавливаться на конвенционных судах в соответствии с требованиями Главы 5 СОЛАС. Станции класса В не имеют минимального дисплея для отображения информации, не требуют ввода рейсовой информации. Такие станции предназначены для установки на не конвенционных судах (прогулочные, яхты, рыболовецкие суда).

Станции АИС могут устанавливаться на воздушных судах для поисково-спасательных операций.

Станции, устанавливаемые на навигационных объектах (СНО) выполняют роль радиомаяка и передают специальное сообщение 21, содержащее собственный идентификатор, тип СНО, признак точности, местоположение, вид навигационного датчика.

К базовым станциям относят АИС, устанавливаемые на береговых станциях, участвующих в системе регулирования движением судов (СРДС). Базовые станции обеспечивают мониторинг, т.е. наблюдение судов в определенной прибрежной зоне, могут передавать специальные бинарные сообщения, содержащие информацию о судах, которые не оборудованы АИС, но сопровождаются береговыми РЛС, а также выполняют многие другие функции.

Для расширения зоны действия береговой базовой станции, например для мониторинга акватории, скрытой береговым рельефом, используют ретрансляторы - репитерные станции.

Состав судовой аппаратуры АИС

Состав судовой аппаратуры АИС

Станция АИС (или транспондер) состоит из двух функциональных узлов: основного блока и пули а управления и отображения (ПУО).

Основной блок обеспечивает все функции АИС и может работать автономно без ПУО. ПУО предназначен для взаимодействия с оператором. ПУО получает от основного блока команды управления и передает основному блоку команды ручного ввода. Обмен между основным блоком и ПУО осуществляется через последовательный интерфейс RS-422 со скоростью 9600 бит/сек.

Структурная схема судовой АИС класса А приведена на рис. 29.10.

В состав основного блока судовой станции АИС класса А входят:

Два приемника каналов AIS-1 и AIS-2 с декодерами TDMA с возможностью переключения на региональные каналы;

Передатчик, переключаемый на каналы AIS-1 и AtS-2 и на региональные каналы;

Приемник и декодер ЦИВ (канал 70);

Антенный переключатель прием/передача;

Встроенный приемник ГНСС;

Кодеры сигналов ЦИВ и TDMA;

Микропроцессорный контроллер, управляющий работой аппаратуры;

Встроенное устройство интегрального контроля работоспособности (BUT - Built-in Integrity Test).

Рис. 29.10. Структурная схема судовой АИС класса А

Минимальный (текстовый) дисплей и клавиатура обеспечивают возможность ввода в аппаратуру АИС статической и рейсовой информации, а также ввода и отображения текстовых сообщений, связанных с безопасностью мореплавания. Конструктивно минимальный дисплей и клавиатура выполняются в виде отдельного малогабаритного прибора либо объединяются с основным прибором АИС.
Минимальный дисплей должен отображать данные не менее чем по трем судам, включая пеленг, дальность и название судна-цели. Другие данные о судне могут быть отображены с помощью горизонтальной "прокрутки" текста.
При этом данные о пеленге и дальности сохраняются на экране. Путем вертикальной "прокрутки" можно отобразить данные о других судах-целях. При сопряжении аппаратуры АИС с судовым навигационным дисплеем все функции ввода и отображения информации реализуются на сопрягаемом дисплее.

Встроенный приемник ГНСС обеспечивает временную синхронизацию аппаратуры АИС и является резервным источником информации о местоположении судна. Основным источником информации о местоположении судна в АИС является внешний судовой приемник ГНСС, используемый в навигационных целях и сопрягаемый с АИС.
Дифференциальные поправки, передаваемые береговыми опорными станциями ДГНСС в радиомаячном диапазоне, могут передаваться от внешнего приемника дифференциальных поправок во внутренний приемник ГНСС. Дифференциальные поправки могут также передаваться береговой станцией по каналу связи АИС и передаваться во внутренний приемник ГНСС.

АИС использует информацию о координатах от внешнего и встроенного приемников ГНСС. АИС постоянно передает информацию о текущих координатах и времени. При передаче информации о местоположении судовая станция АИС автоматически выбирает доступный источник информации с высшим приоритетом в соответствии с табл. 29.6.

Оборудование АИС должно автоматически выбирать источник определения местоположения с высшим приоритетом. Если источник изменяется, АИС должна автоматически переключаться на источник, имеющий более высокий приоритет (после 5 с при уменьшении приоритета, и после 30 с при увеличении приоритета).

В течение этого периода времени должно использоваться последнее достоверное значение местоположения.

При смене источника определения местоположения, должно быть немедленно передано сообщение № 5 (см. приложение) и соответствующее предложение "ALR" выдано на интерфейс представления данных.

Из табл. 29.6 следует, что станция АИС отдает предпочтение приемникам ГНСС, работающим в дифференциальном режиме. При передаче координат с учетом дифференциальных поправок станция АИС включает в сообщение о местоположении признак высокой точности.
При использовании внутреннего приемника ГНСС, работающего в дифференциальном режиме, предпочтение отдается использованию поправок, полученных от базовой станции АИС. Если и внутренний и внешний приемники ГНСС работают в обычном режиме, предпочтение отдается внешнему приемнику.

Приоритет в выборе источника определения местоположения

Приоритет	Источник определения местоположения	Признак точности	Время	Флаг RAIM	Координаты широта/долг.
1	Внешний приемник ДГНСС 1) (приемник ГНСС в диффрежиме работы)	1	UTC,c	1/0 4)	Внешние данные
2	Внутренний приемник ДГНСС(внутренний приемник ГНСС в диффрежиме работы с использованием поправок, предаваемых в сообщении №17) 2)	1	UTC,c	1/0 4)	Внутренние данные
3	Внутренний приемник ДГНСС(внутренний приемник ГНСС в диффрежиме работы с использованием поправок, передаваемых радиомаяком) 3)	1	UTC,c	1/0 4)	Внутренние данные
4	Внешняя электронная система местоопределения 1)	0	UTC,c	1/0 4)	Внешние данные
5	Внутренний приемник ГНСС (в стандартном режиме работы) 2)	0	UTC,c	1/0 4)	Внутренние данные
6	Не используются средства местоопределения: а. ручной ввод Ь. счисление с. нет информации о местоположении	0	61 62 63	0	Ручной ввод Счисление Не доступно 181/91

Таблица 29.6

Примечания к табл. 29.6:

1) для любой конфигурации АИС.

2) если вутренний приемник ГПСС используется как резервный для определения местоположения.

3) если вутренний приемник ГНСС работает в дифференциальном режиме с использонапием поправок, передаваемых радиомаяком.

4) если средства RAIM доступны - 1, если не доступны - 0.

Если работоспособность источника информации о местоположении изменяется, то АИС автоматически переключается на другой доступный источник с максимально высоким приоритетом.
При смене источника навигационной информации должно быть немедленно передано сообщение, содержащее статическую и рейсовую информацию, и выдана соответствующая информация на судовой дисплей АИС. Данные о путевом угле и скорости (относительно грунта) должны получаться от используемого источника информации о местоположении.

Параметр (флаг) RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring, Автономный контроль целостности приема) автоматически рассчитывается в соответствии со специальным алгоритмом определения достоверности координат.
При хорошем разведении спутников навигационные данные считаются достоверными и отвечают требуемой точности. В этом случае параметр RAIM устанавливается в состояние "present" (или RAIM = 1). Если же RAIM = not present (или RAIM = 0), то навигационные данные имеют ограниченную точность.

Среди судовых станций класса А выделяется аппаратура ограниченного класса А, устанавливаемая но решению национальных или местных морских Администраций на судах, где установка АИС прямо не предусмотрена в требованиях Главы 5 SOLAS. Это могут быть малые рыболовные суда, оперирующие во внутренних морских подах, лоцманские, буксирные и другие тины судов.
Для станций АИС ограниченного класса А допускаются некоторые отступления от международных требований и стандартов в отношении сопрягаемых судовых приборов, использования режимов ЦИВ, управления частотными каналами и дальней связи.

Для неконвенционных судов используются судовые станции АИС класса В. Судовые станции класса В представляют собой упрощенную аппаратуру, устанавливаемая на прогулочных, спортивных и других судах, не попадающих под требования Конвенции SOLAS, например, на речных судах, выходящих в прибрежные морские воды.
Использование мобильных станций класса В на соответствующих судах позволяет уменьшить загруженность канала связи АИС, а также затраты судовладельцев на оборудование судов.

Основными отличиями судовых станций класса В являются:

Меньшая частота передачи динамической информации (период от 30 до 5 секунд);

Использование стандартных сообщений, отличающихся по формату от сообщений станций класса А;

Использование внутреннего приемника ГНСС, как в целях АИС, так и в навигационных целях;

Возможное отсутствие части режимов работы и функций (режим дальней связи через Ипмарсат-С, режим управления частотными каналами, назначенный режим работы и другие).

Особым видом судовых станций АИС является портативная (носимая) аппаратура, доставляемая на борт судна и используемая лоцманами. Лоцманская аппаратура АИС выполняется в двух вариантах.
Если па судне установлен полный комплект оборудования АИС, лоцманская аппаратура выполняется в виде портативного компьютера (ноутбука) с электронной картой района лоцманского обслуживания, который подключается к судовой станции АИС.

Второй тип лоцманской аппаратуры предназначен для использования на судах, не оснащенных АИС, и включает все необходимые элементы судовой станции. Приемопередающая часть аппаратуры оформлена в виде прибора защищенного исполнения, снабжена встроенными в крышку антеннами ГНСС и УКВ и устанавливается на крыле мостика или на верхнем мостике.
Индикаторная часть аппаратуры в виде портативного компьютера (ноутбука) размещается на ходовом мостике и взаимодействует с приемопередающей частью посредством беспроводного канала связи.
В качестве источника информации о местоположении используется встроенный приемник ГНСС в дифференциальном режиме. Связь с гирокомпасом и датчиком угловой скорости в большинстве случаев отсутствует.

Ввод данных по судну

Кроме данных автоматически поступающих от датчиков информации (координаты, курс и другие динамические данные) АИС передает также статические и рейсовые параметры судна. Статические данные (MMSI, название и позывной сигнал судна) вводятся при установке аппаратуры АИС на судне и в дальнейшем оператором без особых требований изменяться не должны.
Эти параметры следует только контролировать, обращая внимание на полное соответствие MMSI, позывного сигнала, названия судна, указанным в лицензии на радиооборудование. Не следует перед названием судна приписывать символы типа M/V, F/V, RMS, FPV или какие- либо другие приставки.
Использование таких приставок в автоматических базах данных береговых служб может привести к недоразумениям.

Особое внимание следует обратить на корректность указания точки расположения антенны ГНСС, т.е. параметров А, В, С, D (рис. 29.11). Расстояния А, В, С, D задаются в метрах и соответствуют положению антенны относительно носа, кормы, левого и правого борта судна как это показано на рис. 29.11.
Необходимо помнить, что в АИС для получения информации о текущих координатах используются два приемника ГНСС - внешний и встроенный приемник.
Каждый из этих приемников имеет свою собственную антенну. Приоритет использования координат от того или иного приемника указан в табл. 29.6. В первую очередь используются координаты от внешнего приемника ГНСС, а при невозможности получения данных от внешнего приемника координаты поступают от встроенного приемника.

Рис. 29.11. Параметры точки привязки антенны ГНСС

В АИС должны быть правильно введены две разные точки привязки антенн внешнего и встроенного приемника ГНСС.

Ввод параметров А, В, С, D осуществляется в разных меню операторского пульта управления. Не следует их изменять без подробного ознакомления с инструкцией пользователя АИС и достоверной информации о расположении антенн внешнего и встроенного приемников ГНСС. Точки привязки антенн приемников ГНСС должны быть указаны в техническом проекте на установку оборудования АИС.

Некоторые данные АИС защищены паролем, задаваемым оператором. Пароль следует хранить в надежном месте.

Рейсовые параметры (тип судна и перевозимого груза и осадка судна) вводятся в начале каждого рейса и корректируются по мере необходимости. Тип судна и характер перевозимого груза задаются двузначным чис- лом по таблицам 29.7 - 29.9

Типы судов и перевозимых грузов

Первая цифра	Вторая цифра
0 - не используется	0 - Все суда данного типа
1 - Резерв для будущего использования	1 - Суда, перевозящие опасные грузы, вредные поллютанты категории опасности «А»
2 - Суда - экранопланы (WIG)	2 - Суда, перевозящие опасные грузы, вредные поллютанты категории опасности «В»
3 - См табл. 29.8	3 - Суда, перевозящие опасные грузы, вредные поллютанты категории опасности «С»
4 - Высокоскоростные суда	4 - Суда, перевозящие опасные грузы, вредные поллютанты категории опасности «D»
5 - См. табл. 29.9	5 - Резерв для будущего и спользования
6 - Пассажирское судно	6 - Резерв для будущего и спользования
7 - Грузовое судно	7 - Резерв для будущего и спользования
8 - Танкер	8 - Резерв для будущего и спользования
9 - Другие типы судов	9 - Нет дополнительной информации

Таблица 29.7

Другие типы судов

Первая цифра	Вторая цифра	Тип судна
3	0	Рыболовецкое
3	1	Буксирующее
3	2	Буксирующее, длина буксира превышает 200 м или ширина превышает 25 м.
3	3	Занятое дноуглубительными или подводными операциями.
3	4	Занятое водолазными работами.
3	5	Занятое военными операциями.
3	6	Парусное судно
3	7	Прогулочное судно
3	8	Резерв для будущего использования
3	9	Резерв для будущего использования.

Таблица 29 8

Специальные суда

Первая цифра	Вторая цифра	Тип судна
5	0	Лоцманские катера
5	1	Поисково-спасательные суда
5	2	Буксиры
5	3	Суда портовой службы
5	4	Суда с оборудованием для очистных операций и не фтесборщики
5	5	Суда служб надзора
5	6
5	7	Резерв - для обозначения местных судов
5	8	Медицинский транспорт (определен Женевской конвенцией 1 949г.)
5	9	Суда в соответствии с Резолюцией N 18 (Mob -83)

Таблица 29.9

Например, для грузового судна, не перевозящего опасных грузов, следует установить код 70.

Диагностика неисправностей

В аппаратуре АИС предусмотрены средства встроенного контроля работоспособности (BIIT). Эти средства обеспечивают постоянный контроль правильности функционирования АИС одновременно с выполнением стандартных функций.
В случае обнаружения серьезного функционального сбоя или неисправности в работе оборудования АИС должна срабатывать тревожная сигнализация и информация о неисправности с индикацией кода неисправности должна отображаться на минимальном дисплее Коды неисправностей приведены в табл. 29.10.

Коды неисправностей АИС

Текст сообщения	№ сообщ.	Реакция системы на сообщение
AIS: Tx malfunction (He работает передатчик)	001	Прекратить передачу
AIS: Antenna SWR exceeds limit (Значение коэффициента стоячей волны (КСВН) превышает допустимое)	002	Продолжить работу
AIS: Rx channel 1 malfunction(Неисправность канала 1 приемника)	003
AIS: Rx channel 2 malfunction(Неисправность канала 2 приемника)	004	Прекратить передачу в неисправном канале
AIS: Rx channel 70 malfunction(Неисправность канала 70 приемника)	005	Прекратить передачу в неисправном канале
AIS: General failure (Общий сбой)	006	Прекратить передачу
AIS: MKD connection lost(Нет связи с МКД)	008	Продолжать работу и установить состояние DTE в «1»
AIS: External EPFS lost(Нет данных от внешнего приемника ГНСС)	025	Продолжить работу
AIS: No sensor position in use (He используются средства определения координат)	026	Продолжить работу
AIS: No valid SOG information(Недостоверная информация о путевой скорости)	029
AIS: No valid COG information(Недостоверная информация о путевом угле)	030	Продолжить работу, используя данные по умолчанию
AIS: Heading lost/invalid(Потеря/недостоверная информация о курсе)	032	Продолжить работу, используя данные по умолчанию
AIS: No valid ROT information(Потеря/недостоверная информация о скорости поворота)	035	Продолжить работу, используя данные по умолчанию

Таблица 29.10

Для обеспечения независимого и простого способа включения внешней тревожной сигнализации, оборудование АИС имеет сигнальное реле с нормально замкнутыми свободными от "земли" контактами.

При выключении питания сигнальное реле также должно активироваться.

После подтверждения оператором тревожной сигнализации средствами минимального дисплея (внутреннее подтверждение), или после получения соответствующего АСК предложения (внешнее подтверждение) сигнальное реле должно переходить в исходное состояние.

В случае, если в работе оборудования АИС происходят менее существенные изменения, которые не оказывают влияние на общую работоспособность, то на минимальном дисплее отображается соответствующая индикация без включения сигнализации и требования подтверждения.
Коды таких изменений представлены в табл. 29.11. Примером таких сообщений могут быть сообщения, связанные с переключением источника получения координат судна от внешнего приемника ГНСС на внутренний или наоборот.

Коды изменений функционирования АИС

Текст сообщения	№ сообщ.	Реакция оборудования
Потеря времендай шкалы UTC	007	Продолжить работу с использованием непрямого доступа к UTC или синхронизацией по станции-семафору
Используется внешний приемник ДГНСС (приемник ГНСС в дифференциальном режиме работы)	021	Продолжать работу
Используется внешний приемник ГНСС	022	Продолжать работу
Используется внутренний приемник ДГНСС (приемник ГНСС в дифференциальном режиме работы с использованием поправок, передаваемых радиомаяком)	023	Продолжать работу
Используются внутренний приемник ДГНСС (приемник ГНСС в дифференциальном режиме работы с использованием поправок, передаваемых в сообщении 17)	024	Продолжать работу
Используется внутренний приемник ГНСС (в стандартном режиме работы)	025	Продолжать работу
Используется внешний источник SOG/COG	027	Продолжать работу
Используется внутренний источник SOG/COG	028	Продолжать работу
Фактическое значение курса	031	Продолжать работу
Используется индикатор угловой скорости поворота	033	Продолжать работу
Используется другой датчик угловой скорости поворота	034	Продолжать работу
Изменены параметры сообщения управления каналом	036	Продолжать работу

Таблица 29.11

Совместное использование АИС с системой электронных карт

Совместное использование АИС с системой электронных карт

Отображение информации АИС является одной из ключевых проблем, определяющих эффективность ее практического использования как на судах, так и в береговых службах. Проблема отображения информации АИС окончательно не разрешена и не нашла соответствующего отражения в нормативных документах и стандартах по АИС, за исключением требований общего характера.
Так, в Стандарте МЭК-61993-2 установлены требования только к минимальному дисплею для судовых мобильных станций класса А. Наглядное графическое отображение информации, которое необходимо для эффективного использования АИС, в действующих нормативно-технических документах не регламентируется. Поэтому сегодня разработчики программных продуктов используют различные графические символы для индикации данных АИС.

Информация АИС в графическом виде может отображаться па следующих типах дисплейных устройств:

На индикаторе судовой РЛС или дисплеях с функциями радиолокационной прокладки (САРП);

На дисплее электронной картографической навигационной информационной системы (ЭКНИС);

На дисплеях интегрированных навигационных систем (INS - Integrated Navigation System) или интегриро- ванных систем мостика (IBS - Integrated Bridge System);

На специализированных дисплеях операторов СУДС, систем судовых сообщений и других береговых служб.

Поскольку основным назначением АИС при использовании на борту судна является предупреждение столкновений, то отображение информации АИС на судах целесообразно, в первую очередь, на дисплеях, традиционно применяемых в целях предупреждения столкновений - РЛС и САРП. Однако, по ряду причин техни- ческого характера, отображение информации АИС возможно только на современных индикаторах РЛС/САРП, полностью отвечающих требованиям Резолюций IMO MSC 64(67) и А.823(19), а также Стандартов IEC 60872, 60936 и 61162. Кроме того, пользовательский интерфейс таких индикаторов должен включать специфические функции, относящиеся к управлению информацией АИС и/или к интегрированному (комбинированному) отображению информации АИС и радиолокационной информации. Подобные устройства стали появляться на рынке морской радиоэлектроники с 2002 г. и пока не получили широкого распространения на морских судах.

Поэтому, одним из доступных средств для отображения информации АИС на борту судна па сегодняшний день может быть электронная картографическая навигационная информационная система.

Эксплуатационные требования к электронным картографическим навигационным информационным системам (ЭКНИС) определены в Резолюциях IMO А.817(19) и MSC.86(70). Главной функцией ЭКНИС является помощь в обеспечении навигационной безопасности мореплавания.
ЭКНИС представляет собой навигационную информационную систему, которая с соответствующими дублирующими устройствами может рассматриваться в качестве средства, отвечающего требованию в от ношении откорректированной карты по правилу V/20 Конвенции СОЛАС-74.
Указанная цель достигается путем объединения информации, поступающей от системной электронной навигационной карты (СЭНК) с данными о местоположении судна. В случае необходимости на дисплее может отображаться и дополнительная навигационная информация, в качестве которой прежде всего следует выделить радиолокационную информацию и данные АИС.
Информация ЭКНИС и дополнительная информация должны отображаться в общей координатной системе, не должны искажать информацию СЭНК и быть четко от неё отличимы.

На современных судах информация АИС совместно с радиолокационной информацией можег отображался на дисплеях интегрированных навигационных систем (INS) или интегрированных систем мое гика (IBS), которые получают все более широкое распространение. При совместном отображении информации АИС и информации от РЛС/САРП рекомендуется соблюдать следующие основные принципы, приведенные в руководствах IMO и IALA (International Association of Marine Aids to Navigation and Lighthouse Authorities).

Символы АИС не должны ухудшать наблюдение эхо-сигналов и символов радиолокационного сопровожде- ния. Символы АИС и радиолокационного сопровождения должны четко различаться друг от друга (insei ом, формой или размерами);

Данные по цели, получаемые от АИС и в результате радиолокационного сопровождения, должны четко различаться между собой. Источник данных (АИС или САРП) должен быть индицирован; свойства векторов целей (время экстраполяции, векторы относительного или истинного движения), отображаемых по данным АИС и РЛС/САРП, должны быть идентичны;

Установленный режим индикации (ориентация изображения по курсу или по меридиану, неподвижный или движущийся символ собственного судна) должен распространяться как на цели, сопровождаемые РЛС/САРП, так на цели АИС;

Если установлены зоны ограничения автоматического захвата для РЛС/САРП, то эти зоны должны действовать для активации целей АИС. При вхождении в зону автоматического захвата "спящая" цель АИС должна становиться "активной",

Установленные оператором предельные значения СРА/ТСРА (Closest Point of Approach/Time to Closest Point of Approach) должны распространяться как на цели, сопровождаемые РЛС/САРП, так на цели АИС Сигнализация об опасной цели должна действовать по каждому источнику информации независимо от того, выполняются ли условия опасного сближения по другому источнику информации;

Для целей, сопровождаемых РЛС/САРП и но которым обеспечивается информация АИС, может быть предусмотрен автоматический выбор вида информации, чтобы избежать отображения двух символов одной и той же цели. Оператор должен иметь возможность изменения предустановленных критериев автоматического выбора,

Если выполняются критерии автоматического выбора вида информации по целям, должны индицироваться символы и данные АИС. При этом наличие радиолокационного сопровождения и соответствующих данных должно быть индицировано и данные должны быть доступны.

Признанным лидером в разработке ЭКНИС является компания Transas Marine Ltd Одним из последних продуктов компании является электронная картографическая система Navi-Sailor 3000 (NS).
Являясь интегрированной средой, NS позволяет вести обработку множества данных, поступающих от различных внешних датчиков. Одним из таких датчиков может быть комплект АИС. При сопряжении его с NS имеются следующие возможности:

Принимать и отображать данные о судах, использующих АИС (координаты, название, MMSI, IMO №, навигационный статус судна, тип судна и характер груза, курс, скорость и т.д.); принимать и отображать дополнительную иформацию, передаваемую судовыми и береговыми АИС;

Передавать данные о собственном судне (координаты, название, MMSI, IMO №, навигационный статус судна, тип судна и характер груза, курс, скорость и т.д.);

Передавать сообщения с различным статусом другим объектам АИС;

Передавать информацию об АИС целях, визуализируемых в NS, другим объектам системы АИС.

Рис 29 12. Область карты программного комплекса Fleet Manager IZB

Цели, принятые от АИС, отображаются и обрабатываются в системе NS с уникальными идентификаторами (MMSI, IMO №, название, позывной сигнал). По своей характеристике цели имеют различную форму.
Так, вытянутый треугольник обозначает любую неопасную цель, информация о которой обновлялась менее 40 секунд назад. Равносторонний треугольник обозначает опасную цель (оба значения СРА и ТСРА менее установленных).
Ромб - любая цель, обновление информации от которой отсутствует в течение 40 секунд и т.д. Все цели окрашены в зелёный цвет. На картах крупных масштабов цели отображаются в виде контура судна.
Для оперативного получения более подробной информации об определенной цели используется свободный курсор. С его помощью отображается специальный формуляр с данными по АИС цели.
В NS предусмотрена работа с АИС как средством приема и передачи служебной информации. Прием и отображение служебных сообщений от других станций производится автоматически. Существует возможность отравлять как текстовые сообщения, так и сообщения о целях. Статус сообщения (Normal или Safety) присваивается оператором в зависимости от важности передаваемого сообщения.

Другим продуктом, получившим признание и широкое распространение на рынке ЭКНИС, является программный комплекс Fleet Manager IZB, разработанный компанией INT Co., Ltd. Комплекс состоит из серверной и клиентской части.
В составе сервера функционирует пополняемая база данных судов и позиций и набор специализированных программ (интерфейсных модулей), позволяющих работать с информацией, поступающей по различным каналам (АИС, ЦИВ, ИНМАРСАТ и т.д.). Оператор взаимодействует с системой с помощью клиентского рабочего места.

Главное окно программного комплекса наряду с основной областью карты (рис. 29.12) включает главное меню, панель инструментов, панель дополнительной информации и панель статуса и управления.
В области карты специальными графическими символами отображаются цели АИС. При этом отвечающая цель АИС выводится в виде ромба с вектором скорости и траекторией пройденного пути.
Группа целей отображается в виде треугольников с указанием количества целей в группе. Оперативную информацию о выбранной цели (название, MMSI, позывной сигнал, гип судна, номер IMO, пункт назначения и время прибытия, текущие координаты, характеристики судна и т.д.) можно получить из панели дополнительной информации.
Главное меню с панелью инструментов и панелью статуса и управления позволяют задавать режимы работы программы, корректировать базу данных судов, создавать закладки на определенные районы карты, настраивать фильтры для отображения судов и позиций и т.д.

Несомненным преимуществом рассматриваемого комплекса является возможность совместного использования программных модулей, позволяющих обрабатывать данные АИС, контролировать обьем информации, хранимой в базе данных позиций, создания, отправки и получения сообщений, создания программ симуляции от внешних сенсоров и т.п.

Использование АИС в системах регулирования движением судов

Использование АИС в системах регулирования движением судов

В соответствии с Резолюцией IMO MSC.74(69) основными береговыми службами, использующими АИС в режиме работы "судно-берег", являются системы регулирования движением судов (СРДС), а также системы судовых сообщений, обеспечивающие получение прибрежными государствами информации о судне и его грузе.

Использование АИС в качестве технического средства СРДС позволяет реализовать следующие преимущества:

Возможность автоматической идентификации контролируемых судов, что исключает необходимость в радиопеленгаторах и/или голосовом радиообмене в целях идентификации;

Автоматизацию получения от судов информации, необходимой для работы СРДС (тин судна, длина, ширина, осадка, порт назначения, маршрут движения и т.д.);

Автоматизацию передачи судам информации о навигационной обстановке в районе действия СРДС, гидрометеорологической информации и предупреждений об опасных явлениях;

Возможность автоматизированной передачи по каналам АИС информации о судах, не оборудованных транснондерами, но сопровождаемыми РЛС СРДС;

Значительное снижение погрешностей определения координат и элементов движения контролируемых су- дов по сравнению с радиолокационным сопровождением;

Исключение других специфических ограничений и недостатков, свойственных радиолокационному сопровождению (влияние затенения, ложных эхосигналов и помех, возможность потери и переключения сопро- вождения, увеличение погрешностей при маневре цели и т. д.);

Возможность существенного расширение района действия СРДС при значительном сокращении строитель- ных затрат и эксплуатационных расходов.

Обеспечение автоматической идентификации и автоматизация взаимного обмена информацией между центром СРДС и судами средствами АИС способствует снижению объема радиотелефонного обмена, а в некоторых случаях позволяет полностью его исключить (например, для паромов и других судов местного сообщения). Как следствие, снижается дополнительная нагрузка на судоводителей и операторов СРДС, что способствует повышению уровня безопасности судоходства.

Использование АИС и СРДС как центра, обрабатывающего и распределяющего принятую от судов информацию АИС, позволяет исключить параллельную передачу радиотелефонной информации с судна в адрес дру- гих портовых служб (лоцманская служба, портовые власти, агентские, буксирные, стивидорные, бункеровочныс и другие компании, занятые обслуживанием судов в порту).
Кроме того, внедрение АИС в крупнейших портах мира (Сингапур, Роттердам, Гонконг, Гамбург и других) позволяет разрешить серьезные проблемы с перегрузкой УКВ каналов морской подвижной службы, способствуя тем самым повышению эффективности работы портов.

Важное значение для обеспечения безопасности судоходства в акваториях портов и в прибрежных водах имеет передача центром СРДС через базовые станции АИС двоичных (бинарных) сообщений, например, сообщение №8, содержащих информацию о судах, не оборудованных АИС, но сопровождаемых береговыми РЛС в составе СРДС.
В результате такой операции судно, которое не оборудовано станцией АИС, тем не менее, отображается на индикаторах АИС всех других судов. Вся необходимая информация по такому судну передается в составе бинарного сообщения береговой базовой станцией.

Для реализации этой функции аппаратура обработки радиолокационной информации должна быть связана с общей базой данных АИС и радиолокационного сопровождения, а также с контроллером базовых станций АИС.
Вторым видом бинарных сообщений АИС, связанным с деятельностью СРДС, является информация о плане перехода в районе действия СРДС (маршруте движения судна), который сообщается судном Центру СРДС или предлагается центром СРДС судну.

Применение АИС в СРДС позволяет компенсировать ограничения и недостатки традиционного радиолокационного контроля и сопровождения и тем самым существенно повысить эффективность и качество получаемой информации о движении судов в районе действия СРДС. Достоинства и преимущества АИС в данном аспекте во многом аналогичны применению АИС на судах.

Принцип функционирования АИС совместно с береговыми службами поясняется рис. 29.13.

Рис.29.13. Функционирование АИС совместно с береговыми службами

Дополнительно применение АИС в СРДС позволяет существенно расширить зону эффективного контроля движения судов, оборудованных АИС, без увеличения числа береговых РЛС.

Особенно важно это достоин- ство АИС для изрезанного побережья и архипелагов, где одна базовая станция АИС может перекрыть акваторию, требующую нескольких РЛС для полного обеспечения радиолокационного контроля. Соответственно, значительно снижаются капиталовложения и затраты на эксплуатацию СРДС.
Вместе с тем, применение АИС не исключает установки РЛС для контроля за наиболее сложными участками расширяемого района действия СРДС, особенно при наличии в структуре судоходства судов, не подлежащих оснащению АИС.
На участках района действия СРДС, не контролируемых с помощью РЛС, получение информации о судах, не оборудованных АИС, обеспечивается использованием элементов систем судовых сообщений - регулярные доклады но радиотелефонным каналам в центр СРДС в определенных точках маршрута или на рубежах.

Тем не менее, не все центры СРДС в обязательном порядке имеют в своем составе АИС. Общая позиция IALA в отношении внедрения АИС в СРДС достаточно ясно выражена в "Руководстве по СРДС" (VTS Manual 2002):

"Чтобы избежать ситуации, при которой суда, оборудованные АИС, будут неоправданно предполагать, что центр СРДС способен принимать их сообщения, Администрация СРДС должна рассмотреть вопрос о публикации статуса СРДС в отношении АИС. Там, где это приемлемо, заранее должна быть опубликована дата, когда Администрация планирует внедрить АИС в СРДС".

Автоматическая идентификационная система

Дисплей судовой АИС (Класс А)

АИС (Aвтоматическая идентификационная система, (англ. AIS Automatic Identification System ) – в судоходстве система служащая для идентификации судов, их габаритов, курса и других данных с помощью радиоволн ОВЧ/УКВ- диапазона.

В последнее время появилась тенденция трактовать АИС как Aвтоматическая информационная система, (англ. AIS Automatic Information System ), что связано с расширением функциональности системы по сравнению с ординарной задачей идентификации судов.

В соответствии с Конвенцией SOLAS 74/88 является обязательным для судов водоизмещением свыше 300 регистровых тонн совершающих международные рейсы, судов водоизмещением более 500 регистровых тонн не совершающих международные рейсы и всех пассажирских судов. Суда и яхты с меньшим водоизмещением могут быть оборудованы прибором класса Б. Передача данных осуществляется на международных каналах связи AIS 1 и AIS 2 в протоколе SOTDMA (англ. Self Organising Time Division Multiple Accsess ). Применяется частотная модуляция с манипуляцией GMSK.

Назначение

АИС предназначена для повышения уровня безопасности мореплавания, эффективности судовождения и эксплуатации центра управления движением судов (ЦУДС), защиты окружающей среды, обеспечивая выполнение следующих функций:

• как средство предупреждения столкновений в режиме судно-судно;
• как средство получения компетентными береговыми службами информации о судне и грузе;
• как инструмент ЦУДС в режиме судно-берег для управления движением судов;
• как средство мониторинга и слежения за судами, а также в операциях по поиску и спасанию (SAR).

Компоненты АИС

АИС система включает в себя следующие компоненты:

• УКВ передатчик,
• один - два УКВ приемника,
• приемник глобальной спутниковой навигации (например, GPS , ГЛОНАСС), для России модуль ГЛОНАСС в приборе АИС является строго обязательным, основным источником координат. GPS - вспомогательным и может браться от приемника GPS по шине NMEA;
• модулятор/демодулятор (преобразователь аналоговых данных в цифровые и наоборот),
• контроллер на основе микропроцессора
• оборудование ввода-вывода информации на элементы управления

Принцип действия АИС

System Overview from US Coast Guard

Действие АИС основано на приеме и передачи сообщений по УКВ волнам. Передатчик АИС работает на более длинных волнах, чем радары, что позволяет производить обмен информацией не только на прямых расстояниях, но и местности, имеющей препятствия в виде не очень больших объектов, а также при плохих погодных условиях. Хотя достаточно одного радиоканала, некоторые АИС системы передают и получают по двум радиоканалам для того, чтобы избежать проблем интерференции и не нарушать коммуникацию других объектов. Сообщения АИС могут содержать:

• идентификационную информацию об объекте,
• информацию о состоянии объекта, получаемую автоматически с элементов управления объектом (в том числе с некоторых электрорадионавигационных приборов),
• информацию о географических и временной координатах, которые АИС получает от глобальной навигационной спутниковой системы,
• информацию, вводимую вручную обслуживающим персоналом объекта (связанные с безопасностью).

Предусмотрена передача дополнительной текстовой информации между терминалами АИС (пейджинг). Передача такой информации возможна как в адрес всех терминалов в радиусе действия, так и одному определенному терминалу.

В целях обеспечения унификации и стандартизации АИС в Международном Регламенте Радиосвязи закреплено для использования в целях АИС два канала: AIS-1 (87В - 161,975 МГц) и AIS-2 (88В - 162,025 МГц), которые должны использоваться повсеместно, за исключением регионов с особым частотным регулированием.

Скорость передачи цифровой информации в канале АИС выбрана 9600 бит/с.

Работа каждой станции АИС (мобильной или базовой) жестко синхронизирована по времени UTC с погрешностью не более 10 мкс от встроенного приемника ГНСС (в РФ по сигналам комбинированного приемника ГНСС ГЛОНАСС/GPS). Для передачи информации используются непрерывно повторяющиеся кадры длительностью 1 минута, которые разбиваются на 2250 слотов (временных интервалов) длительностью по 26,67 мс.

Для текста используется 6-битовые коды ASCII.

Отображение информации об окружающей обстановке у современных АИС возможно в 2 режимах - как текстовом в виде таблицы с перечнем расположенных рядом судов и их данных, так и в виде упрощенной схематической карты, с изображением взаимного расположения судов и расстояний до них (рассчитывается автоматически по переданным ими географическим координатам.) АИС входит в перечень оборудования, обеспечиваемого бесперебойным питанием от аккумуляторов в обязательном порядке.

Структура сообщения

Статическая информация

• Номер MMSI
• Номер Международной морской организации (IMO)
• Радиопозывной и название плавучего средства
• Габариты
• Тип плавучего средства
• Данные о месте антенны (от ГНСС Глонасс или GPS)

Данные передаются каждые 6 минут

Динамическая информация

• Местоположение (широта и долгота)
• Время (UTC)
• Возраст информации (как давно обновлялась)
• Курс истинный (относительно грунта), курсовой угол
• Скорость истинная
• Угол крена, дифферента
• Угол килевой качки
• Угловая скорость поворота
• Навигационный статус (к примеру: Не могу управляться или Ограничен в возможности маневрировать)

и прочая информация от репитеров и датчиков электрорадионавигационных приборов и систем

Другая информация

• Пункт назначения
• Время прибытия (ЕТА)
• Осадка судна
• Информация о грузе (класс\категория груза)
• Количество людей на борту
• Сообщения для предупреждения и обеспечения безопасности грузоперевозки

Пропускная способность каждого канала - до 2000 сообщений в минуту.

Интервалы передачи сообщений

Нормативные документы

• IEC 62320-1:2007 Оборудование и системы морской навигации и радиосвязи. Автоматические системы идентификации (AIS).
• IEC 61993-2(2001-12) Maritime navigation and radiocommunication equipment and systems - Automatic identification systems (AIS)
• Резолюция ИМО MSC.43(64) «Руководство и критерии к системам судовых сообщений».
• Резолюция ИМО MSC.74(69) Приложение 3 «Рекомендации по эксплуатационным требованиям к универсальной судовой АИС».
• Резолюция ИМО MSC.74(69) «Эксплуатационные требования к комбинированному судовому приемному оборудованию системы ГЛОНАСС/GPS».
• Стандарт МЭК 61993-2 Часть 2 «Судовое оборудование универсальной автоматической идентификационной системы (АИС) класса А. Технические и эксплуатационные требования, методы и требуемые результаты испытаний».
• Стандарт МЭК 61993-1 «Судовые автоматические транспондеры, использующие режим ЦИВ в УКВ диапазоне морской подвижной службы».
• Рекомендации МСЭ-Р М.1371-1 «Технические характеристики универсальной судовой автоматической идентификационной системы (АИС), использующей множественный доступ с временным разделением в УКВ полосе частот морской подвижной службы».
• Резолюция ИМО А.917(22) «Руководство по использованию судовой АИС
• и т.д.

Система AIS (Automatic Identification System) - программно аппаратный комплекс, обеспечивающий безопасность судоходства и обмен навигационными данными между судами и береговыми службами. Такой подход существенно упрощает судовождение, так как все участники процесса обеспечены актуальной информацией о местоположении, скорости, курсе, маршруте и характеристиках судов в зоне действия системы - до 40 морских миль. Предусмотрен обмен на частоте УКВ диапазона частот с периодичностью от 5 до 30 раз в минуту во время хода, и раз в три минуты во время стоянки.

Оборудование АИС класса А и Б. На рынке представлены два типа оборудования, аппаратура класса А имеет высокий приоритет перед оборудованием класса Б при радиообмене информацией и предназначена для использования на всех пассажирских судах и на всех грузовых от 500 регистровых, а на международных рейсах от трехсот регистровых тонн. Устройства класса Б используются в том числе и на маломерных судах, например для катера или для яхты и могут не быть оснащенными дисплеем и интегрируются в судовую сеть, источником данных о местоположении является встроенный приемник GNSS.

Как показала многолетняя практика, в вопросе предотвращения столкновения судов система АИС является более эффективной даже по сравнению с радарами, обеспечивает большую точность, информативность и устойчивость работы в целом. Таким образом, по решению "Конвенции но охране человеческой жизни на море от 1974 года (Конвенция СОЛАС-74)" в период с 2002 года по 2008 год все пассажирские суда и танкеры, а так же суда международных рейсов свыше 300 тонн и не совершающих свыше 500 тонн оборудованы подобными системами.

Мы продаем, устанавливаем и обслуживаем судовое оборудование навигации и связи на всей территории России. Если у вас возникли вопросы по подбору аппаратуры АИС для своего катера, яхты или регистрового судна, а также по совместимости устройств, пожалуйста, свяжитесь с нами любым удобным способом и мы обязательно поможем вам!

AIS - Automatic Identification System , то есть Автоматическая Идентификационная Система.

Мир АИС (Автоматическая идентификационная система) очень запутанный, и возникает много вопросов, таких как «что такое АИС?», «Зачем мне это нужно?» и «какой тип АИС подходит для моего корабля? ".

Автоматическая система идентификации (АИС) - это автоматическая система слежения, которая отображает информацию о других судах находящихся поблизости. Это широковещательная система транспондеров, которая работает на морской частоте VHF. Ваше собственное судно также отображается на экранах других судов находящихся поблизости, при условии, что ваше судно оборудовано АИС. Если АИС не установлен или не включён, обмен данными с судами отсутствует. АИС на борту должен быть включён постоянно, если только капитан не сочтёт, что его необходимо отключить по соображениям безопасности. Режим работы АИС является непрерывным и автономным.

Зачем нам АИС?

Он устанавливается на судах для идентификации судов и навигационных знаков. Тем не менее, это только помощь для навигации и не должно использоваться для предотвращения столкновений. Службы движения судов (VTS) на берегу используют АИС для идентификации, обнаружения и мониторинга судов.

Требования к СОЛАС (SOLAS )

В соответствии с положениями V- 19.2.4 «Конвенции об охране человеческой жизни на море (СОЛАС)» требуется, чтобы все суда размером 300GT и выше выполняющие международные рейсы, так же все пассажирские суда независимо от их размера должны быть оборудованы АИС системой.

Типы АИС

Класс A : для всех судов 300 GT и выше задействованных в международных рейсах, а также для всех пассажирских судов

Класс B : Обеспечивает ограниченную функциональность и предназначен для судов, не класса СОЛАС. Используется в основном для судов, таких как прогулочные катера.

АИС работает главным образом на двух выделенных частотах или каналах ОВЧ:

АИС 1: работает на 161,975 МГц - канал 87B (симплекс, для корабля)

АИС 2: 162,025 МГц - канал 88B (дуплекс для судна на берег)

Он использует технологию самоорганизующейся технологии множественного доступа с временным разделением (STDMA) для удовлетворения высокой скорости вещания. Эта частота имеет ограничение прямой видимости, которая составляет около 50 километров или около того.

Как работает АИС? Как мы получаем все эти данные?

Первоначально АИС использовалась наземно, то есть сигнал был отправлен с лодки на сушу и имел диапазон примерно 30 километров (с учётом кривизны Земли). Когда корабли начали ходить все дальше и дальше от земли, они начали посылать сигнал на низкоорбитальные спутники, которые затем передавали информацию обратно на землю. Это означало, что корабли могли ходить, настолько далеко, насколько им нравится, и у нас всегда была информация где они находятся.

Система АИС состоит из одного УКВ-передатчика, двух приёмников УКВ-приёмников МДВР, одного приёмника УКВ-УКВ и стандартного морского электронного канала связи для систем отображения на борту судна и датчиков. Информация о положении и времени обычно берётся с интегрированного или внешнего приёмника GPS. Другая информация, передаваемая АИС, электронным образом получена из судового оборудования через стандартные протоколы передачи данных.

Хотя требуется только один канал, каждая станция передаёт и принимает по двум радиоканалам во избежание помех и для предотвращения потери связи с кораблями. Отчёт о местоположении с одной станции АИС помещается в один из 2250 временных интервалов, передаваемые каждые 60 секунд. Станции АИС непрерывно синхронизируются друг с другом, чтобы избежать перекрытия слотов передачи.

Его довольно легко установить, так как АИС обычно интегрируется в морские системы судов или подключается к многофункциональным дисплеям, установка автономной системы так же проста.

Передаваемые данные:

1. Статическая информация (каждые 6 минут и по запросу):

• Номер MMSI
• Номер ИМО
• Длина, ширина и тип судна

2. Динамическая информация (зависит от скорости и изменения курса)

• Положение судна с указанием точности
• Временная отметка (в формате UTC)
• Курс (COG)

3. Информация, связанная с рейсом (каждые 6 минут, когда данные изменяются или по запросу)

• Судовой проект
• Тип груза
• Назначение и ETA
• План маршрута (путевые точки)

4. Краткие сообщения, связанные с безопасностью

Текстовое сообщение в бесплатном формате, адресованное одному или нескольким пользователям или всем станциям в этом районе.

АИС в качестве средства наблюдения

В прибрежных водах береговые службы могут создавать автоматизированные станции АИС для наблюдения за движением судов через этот район. Береговые станции также могут использовать каналы АИС с берега для отправки передач, для отправки информации о приливах и погодных условиях.