摘 要

航标是一种水上的导助航设施，是各种船舶航行安全的重要保证，是我国的海上交通运输、海洋资源的有效开发、海洋渔业的稳定发展、国防建设和维护国家主权的重要保障，但是传统的航标监控的手段过于落后，智能化的航标监控系统亟待研究建立。本文结合航标管理的现状，构建了一套自主安全、高精度、广范围的区域性航标监控系统。该系统主要包括航标终端、卫星管理中心、监控中心三各个部分。

通过对北斗卫星定位系统以及整个系统功能的分析，构建出完成整个系统各功能的模块，并对各模块的运行进行硬件和软件方面的构建。软件方面主要采用定时中断原理的嵌入式软件；硬件主要是针对实现航标终端信息采集功能和北斗卫星的通讯功能而构建，比如传感器的选用以及控制电路构建。

本系统将降低航标管理难度，减少航标管理的运行成本，提高航标监控的智能化，信息化。将有助于e-航海的实现，提高整个航运业的服务水平。

关键词： 北斗，航标 ，监控，通讯

Abstract

Navigation marks are the aid for navigation of vessels , which ensure the safe navigation of ships. It is vital for maritime transport, the effective development of marine resources, the stable development of marine fisheries ,national defense and national sovereignty. However, the traditional means of monitoring buoys is too lagging. Intelligent one needs to be studied and established. In this paper, I design a set of system for navigation-aid management with independence ,security, high-precision, wide range, after I learn the status of navigation-aid management. The system consists of three main parts : buoys, satellite management center, control center .

Through the analysis of the Bei-Dou satellite navigation system and the function of the whole system, the whole system is designed to complete the function with each module. Then the hardware and software are designed to run each module. Software mainly uses embedded software with the timer interrupt principle; Hardware is mainly aimed to achieve the collection of relevant information and the function of communication with Bei-Dou satellite navigation system，such as the choice of sensors and the design of the control circuits .

This system will lower the difficulty of navigation-aid management, reduce costs of management and improve the level of intelligention and informationization . It will contribute to realizing e-navigation and improving the level of service in shipping industry.

Keywords: Beidou, navigation mark, monitor, communication

目录

第1章 绪论 1

1.1航标监控现状 1

1.1.1 国外航标监控现状 1

1.1.2国内航标监控现状 1

1.2 AIS航标监控系统 2

1.3研究目的和意义 3

第2章 北斗卫星系统 5

2.1建设进度 5

2.2系统组成 5

2.2.1 北斗一代 5

2.2.2 北斗二代 6

2.3北斗卫星系统的优势 7

第3章 监测系统模块 9

3.1信息采集模块 9

3.1.1环境信息采集模块 9

3.1.2电源模块 9

3.1.3北斗通讯模块 10

3.1.4航标参数采集和配置模块 10

3.1.5航标载体模块 10

3.2信息传送模块 10

3.3信息处理模块 12

3.4信息反馈模块 12

第4章 系统软硬件构建 14

4.1硬件 14

4.1.1水文气象信息采集模块硬件 14

4.1.2北斗通讯定位模块硬件 15

4.1.3 航标信息采集和设置模块硬件 16

4.2软件 17

4.2.1信息采集发送模块嵌入式软件 17

4.2.2航标配置模块嵌入式软件 18

4.2.3通讯报文的设计 19

第5章 系统数据传输可行性分析 22

5.1信道性能的分析 22

5.2带宽和传输速率的分析 22

5.3时隙的占用 24

5.4短报文通讯的利用 24

5.5 本章小结 25

第6章 结论 26

6.1研究成果 26

6.2不足 26

6.3展望 26

参考文献 27

致谢 28

第1章 绪论

1.1航标监控现状

1.1.1 国外航标监控现状

在国外，特别是具有高发展水平的航运国家，已经开始逐步将航标系统自动化升级，同时为实现自动化和信息化的管理，组建了航标信息库，建立航标数据系统。世界上许多航运大国，如美国、日本、英国等国，从20世纪90年代开始通过卫星定位和通信技术的发展，逐步探索并建立了航标监控系统，为港口的安全运行提供了强有力的保障，目前系统的主要功能包括监控航标灯的运行、远程控制电源设备、故障报警。对于不同功能的航标，目前各国使用了不同的技术进行监测设备，用于实现监测和远程控制功能的设备包括：遥控终端，可编程控制器等；用于通信的设备包括：无线电台，蜂窝电话，卫星通信，无线通信，有线电话等，计算机和互联网技术正被充分应用于航标监测系统。通过这些系统的应用，在很大程度上提高了当地港口管理的效率，同时也节约了资源。特别是在美国和欧洲等国基于GPS系统建立的航标监测系统，实现了高精度、高智能的航标管理。

1.1.2国内航标监控现状

在我国,现在依然普遍采用人工定期巡检的方法进行航道里的视觉航标的管理和维护。航道局等相关部门会组建航标维护队伍,分别在白天和夜晚派出巡航船对航标进行检查，一般周期分别是一周和一个月，主要检查航标的灯质状态和位置漂移情况，但这些工作仅靠现场巡查人员的肉眼观测以获得以上相关数据,每三个月还要全面检测一次航标灯和电池等，以确保其正常运行。所以传统的航标管理模式会存在很多弊端：

1.实时性差。由于成本和人员问题，不可能每天都进行航标巡查；即使能每天都安排维护人员，但不可能24小时守护每个航标，这将不可避免地导致航标在两次巡查空隙中出现故障，航标管理部门很难及时发现问题并派遣维护人员维修故障航标,这将对整个航道的船舶造成巨大的潜在威胁。