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GMDSS原理
第一章、GMDSS的基本概念
GMDSS(GlobalMaritimeDistressandSafetySystem)的缩写,及全球海上遇险及安全系统,它是一个服从于《1979年国际海上搜救公约》的全球性通信网,是国际海事组织(IMO)为建立有效的搜救程序,并进一步完善海上通信手段而构建的一整套综合通信系统,其基本目的是为了最大限度地保障海上人命和财产的安全。
IMO:
InternationalMaritimeOrganization
一、GMDSS的功能和作用
GMDSS系统的基本作用是船舶遇险时能迅速有效地报警,岸上的搜救机构和遇险船附近的其他船舶能够立即获得遇险船的报警信息,并保证在最短时间内进行协调救助,从而加大搜救的成功率;系统还提供紧急、安全通信和播发海上安全信息,以保证船舶的航行安全;同时系统还满足传播常规业务通信的要求。
具体来说,GMDSS系统有以下7方面功能。
1.遇险报警(基本功能)
立即有效向岸基救助协调中心(RCC)和附近其他船舶发送遇险信息,包括遇险船识别、船位、时间、遇险性质及其它。
船对岸、船对船、岸对船三个方向
RCC:
RescueCo-ordinationCentre
2.搜救协调通信
接收到遇险报警后,RCC与遇险船、参与救助的船舶、飞机和其它有关搜救机构间的协调搜救通信
3.现场通信
遇险船、搜救船、飞机之间通信,多用MF/VHF频率
4.寻位
指救助船、飞机发现并找到遇险船舶、救生艇或幸存者。
EPIRB/SART.
EPIRB:
Emergencypositionindicatingradiobeacons
SART:
SearchAndRescueRadarTransponder
5.海上安全信息(MSI)的播发和接收
为保证航行安全,系统发布航行警告、气象警告和预报及其它海上紧急安全信息,通过NAVTEX,Inmarsat的EGC系统,MF(HF)NBDP方式播发,船台接收并打印。
MSI:
MaritimeSafetyInformation
NAVTEX:
NavigationalTelex
NBDP:
NarrowBandDirectPrinting
6.常规通信
除遇险、紧急、安全通信外的船舶业务和公众业务通信。
7.驾驶台对驾驶台通信
驾驶台对驾驶台通信用于狭窄水道和繁忙水道中航行的船舶间联系。
二、GMDSS组成
系统主要使用了卫星通信系统和地面通信系统,从功能来分还包括定位寻位系统和MSI播发系统。
1.卫星通信系统包括Inmarsat系统和COSPAS/SARSAT系统,主要船载设备有:
Inmarsat-A/B/C/F/M/P站,1.6GHzEPIRB,406HzEPIRB。
2.地面通信系统指MF/HF/VHF通信分系统,主要船载设备有:
MF/HF无线电话设备、VHF无线电话设备、MF/HF和VHF数字选择性呼叫终端(DSC)、窄带印字电报(NBDP)终端等。
3.定位系统由COSPAS/SARSAT极轨道卫星搜救系统和406HzEPIRB构成。
寻位系统由搜救雷达应答器(SART)和搜救船的9GHz雷达组成。
4.MSI播发系统主要包括NAVTEX系统,Inmarsat的EGC系统。
NAVTEX系统由各国主管部门指定的岸台在518KHz频率上定时播发MSI,船载台自动接收并打印。
EGC系统主要在A3海区接收MSI。
三、GMDSS海区和船载设备
1.海区的概念
*A1海区:
指VHF岸台覆盖范围内的海域,一般为25海里为半径的海域范围。
主要由各国国家公众岸台建设情况决定。
用于遇险、协调、常规通信,MSI用NAVTEX系统。
*A2海区:
指MF岸台覆盖范围内的海域(不包括A1海区),一般为150海里为半径的海域范围。
主要由各国国家公众岸台建设情况决定。
用于遇险、协调、常规通信,MSI用NAVTEX系统。
*A3海区:
Inmarsat静止卫星覆盖区(不包括A1、A2海区),一般指南北纬70度以内海域。
*A4海区:
指A1、A2、A3海区以外的海域,即南北纬70度以外到两极之间的海域。
*A3、A4海区的通信网由Inmarsat系统、HF通信系统及COSPAS/SARSAT搜救卫星系统等组成,由IMO和Inmarsat组织统一规划和管理。
MSI通过Inmarsat的EGC系统和HF的NBDP实现。
2.GMDSS设备配备要求
300总吨以上的货船和国际航线上的客船均应配置满足GMDSS要求的无线电设备,配置原则如下。
*船舶应按航行的海区提供执行GMDSS功能的设备
*船舶配置的无线电设备应至少能在两种无线电分系统中工作,以提供两种以上的通信方式,每种方式应能采用独立设备执行连续报警功能。
(可以双配相同设备、也可以配不同设备)
*每种船载设备能执行两种以上功能,并与两种以上的设备进行通信。
*设备应操作简单、可靠,且可无人值守。
*救生艇配置无线电设备的目的是用于现场通信和发出寻位信号,便于现场搜救。
A1
A1~A2
A1~A3
A1~A4
备注
VHF无线电话+DSC+DSC值守设备
√
√
√
√
MF/SSB无线电话+NBDP+DSC+DSC值守设备
√
MF/HF/SSB无线电话+NBDP+DSC+DSC值守设备
√
√
A1~A3或用Inmarsat船台
Inmarsat-B/C/F+EGC接收机
√
A1~A3或用MF/HF设备
406HzEPIRB
√
√
√
√
NAVTEX接收机
√
√
√
√
9GHzSART
√
√
√
√
每船2台
便携式VHF双向无线电话(16信道+1信道)
√
√
√
√
每船3台
四、GMDSS的实施和发展现状
1.无线电人员配置要求
*一级无线电电子员证书,操作兼电子通信技术知识
*二级无线电电子员证书
*通用操作员证书,操作
*限用操作员证书
2.GMDSS设备的有效性和维护要求
*满足要求才能离港
*船舶应有制造商说明书及维修手册,备有适当的工具、备件和测试设备。
方案:
A1、A2海区双套设备、岸上维修、海上维修之一即可
A3、A4海区至少使用双套设备、岸上维修、海上维修中的两种。
3.GMDSS发展现状
*岸台的建设
*SSAS(ShipSecurityAlertSystem)、VDR(VoyageDataRecorder)、AIS(AutomaticIdentificationSystem)、LRIT(Long-RangeIdentificationandTracking)等系统的引进。
第二章、电波传输和船用天线
任何无线电通信系统都包括发射端、无线电波传播、接收端三个环节。
一、无线电波的基本概念
1.电磁波基本概念
无线电波就是空间传播的电磁波,传播过程就是狡辩的电磁场向前波动的过程。
它具备波的反射、折射、散射、绕射、吸收等特性,传播中电磁波强度会衰减、传播方向、速度也会变化。
电磁波包括无线电波、红外线,可见光、紫外线,X射线、宇宙射线等。
2.频率、波长和速度的关系
λ=v/f
其中v为传播速度,只与传播介质有关,空气中和真空中都近似认为是每秒30万公里,λ为波长,它决定了传播特性,f为频率。
3.无线电波的波段划分
按波长分
波长
按频率分
频率
传播方式
主要应用
超长波
100-10km
超低频(VLF)
3-30KHz
地波为主
远距离通信
长波
10-1km
低频(LF)
30-300KHz
地波为主
远距离通信、导航
中波
1km-100m
中频(MF)
300KHZ-3MHz
地波为主
广播、导航、通信
短波
100-10m
高频(HF)
3-30MHz
天波为主
中长距离通信、广播
超短波
10-1m
甚高频(VHF)
30-300MHz
直射波为主
短距离通信、电视、雷达
微
波
分米波
1-0.1m
特高频(LHF)
300M-3GHz
直射波为主
通信、电视、雷达
厘米波
0.1-0.01m
超高频(SHF)
3-30GHz
直射波为主
中继通信、卫星通信、电视通信
毫米波
0.01-0.001m
极高频(EHF)
30-300GHz
直射波
二、无线电波的传播
无线电波的传播方式与其频率有关。
根据这一特性,无线电波的传播主要有以下几种:
1.地波传播:
无线电波沿地球表面传播称为地波传播。
超长波,长波、中波具有绕射特性,能随地球的曲率而围绕地球表面传播,其频率越低(波长越长),则传播距离越远,反之则近。
由于地波传播作用距离远,稳定性好,基本上不受气候条件的影响,因此被广泛应用于远距离通信、广播等。
如各广播电台的中波节目均以地波方式传送。
图1地波传播
2.天波传播:
是指电波通过距地面50—80KM以上的电离层的反射作用来实现传播的,围绕着地球表面有一层厚度约为400KM的电离层,具有对相应频率的电波反射的特性。
当电波频率较低时(如中、低频),电离层对其吸收较强,当电波频率较高时(如甚高频),则会穿透电离层而不能反射。
只有在短波波段内才能有良好的反射,如图2所示:
图2天波传播
3.视距传播:
视距传播又叫直射波或直线传播。
是指在视距范围内,电波从发射天线到接收天线的直线传播,如图3所示:
实际上,由于大气层是不均匀的介质,各处的气压、温度、湿度等等都随高度不同而变化,因此,电波在空间传播过程中也存在着折射现象。
既其空间传播路线不全是直线,而是略为向下弯曲。
同时视距传播除了直射波之外,还有一部分能量经由地面反射而形成反射波及对流层和电离层的散射传播,因此,视距传播的作用距离比理论上要大些。
不考虑发射机功率、天性特性、接收机灵敏度,只考虑地球曲面因素的视距传播距离公):
D=4.12(h1+h2),
h1,h2 为收发天线高度,单位是米。
D为通信距离,单位是公里。
三、各波段电波传播特点
1.中波传播
*白天地波传播为主,距离200海里左右,晚上因电离层原因,可以地波、天波同时传播,距离较白天远。
*因为多径效应,有衰落现象。
电波的衰落现象:
由于电波的传播往往是经过几条不同的途径到达接收点,因此,到达同一接收点的几个信号的场强之间会有相位差,当相位差正好为0°或360°时,场强叠加后增强;当相位差为180°时,场强经抵消而减弱。
在电离层高度及密度变化剧烈的时候,相位差变化也较大,于是接收的强度在不断地改变着,甚至有时接收完全停止,这就称为衰落现象
2.短波传播
*地波衰减很快,传播不远
*天波传播距离远,但不稳定
*存在衰落现象
*存在寂静区
静区现象:
在离短波发信机较近和较远区域能收到信号,而中间段却有一地区收不到信号,这个现象称为静区,短波通信中,因为工作的频率较高,地面吸收损耗大,所以依靠地波传输的距离较短,而靠天波传输时,天波要通过电离层的反射传播到地面。
且每个频率的天波能否有效地反射到地面,与电磁波射向电离层的角度有关。
恰能使电波反射回地面的射角称为临界角,小于这个角的电波就不能反射回地面,频率越高,临界角越大。
因此,用某一频率工作时,在天波最小的可达距离与地波最大可达距离之间是收不到讯号的,产生静区现象,静区的大小主要由所用的工作
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