AIS船舶自动识别系统原理

一、AIS简介：
海上航行中，船舶之间常常需要掌握彼此之间的动、静态消息，避免船舶在航行过程中发生碰撞事故。因此实现船舶的自动识别是海上航行安全、海上交通管理和航海技术发展的重要问题。
船舶自动识别系统（AIS）作为一种新型的助航设备，安装了AIS的船舶能够在不需要船舶驾驶员介入的情况下，周期性的在海上通过VHF频道自动广播船舶的运动信息。向其他过往船只发送本船的运动信息与轨迹，以提示其他过往船只提前规划航道，避免发生碰撞。下面用一个图来描述AIS在航行中的作用。

船载AIS种类包括A类（Class A）AIS、B（Class B）类AIS和AIS接收器
A类AIS 接收与发射AIS信息
安装在符合IMO AIS运输规定下的船只
超过300吨的国际航线商用船只强制安装A级AIS
B类AIS 接收与发射AIS信息
IMO未强制规范必须安装AIS的船只
适用于休闲用途的船只，用于提高海上航行安装
AIS接收器只限于接收AIS信息
无法传递AIS信息
用于不需要发送自身船只信息的休闲或其他用途的船只

二、AIS通信过程
我们以最常用的A类型的AIS为研究对象进行讨论。AIS工作频段在航海VHF频段，国际电信联盟1997年无线电大会指定了161.975MHz(87B频道)和162.025MHz(88B频道)两个VHF频率作为AIS频道。系统采用两个TDMA接收机分别在这两个信道上同时接受信息，并通过一个TDMA发射机在这两个信道上交替发射信息(此处可以理解为两收一发，收信道分别接受两个频点信息，发信道通过两个频点交替发送AIS信息)。
就完成通信而言，一个无线电通信频道已经足够了，但是为了防止干扰和转换频道时造成的通信损失，每个AIS站均同时在两个频道进行收发。
AIS采用VHF频段，其通信覆盖距离与其他VHF设备一样，都是电波直线传播，天线的高度决定通信传播距离，在海上通常为20海里左右。在地面障碍物不高的情况下，视距上能看到AIS站的情况下，可以借助中继站，扩大通信范围。
三、AIS信息内容
A类AIS消息可以分为静态信息和动态信息（点迹信息）、航行相关信息以及与安全有关的短电文等四种
1.静态信息
IMO：识别编码
MMSI：海上移动业务识别码
呼号和船名
船长、船宽及船舶类型
定位仪天线在船上的位置
船吃水深度
装载货物信息
2.动态消息
船的经纬度
UTC时间（GPS接收机设备产生）
真航向
航向状态（例如抛锚等，人工输入）
转向速率
船舶横倾角（基本电文中无该数据）
纵、横摇（基本电文中无该数据）
3.航行相关信息
航行目的地
预计到达时间
船只位置
世界标准时间
4. 与安全有关的短消息

四、AIS工作模式：
A类AIS的工作模式有三种：
1.自主模式：该模式为船舶默认的工作态，可以在所有海域使用
2.分配模式：由沿岸管理部门控制
3.轮询模式：当响应其他船舶或基站的呼叫时，使用轮询模式。
通常情况下，船载AIS工作在自主模式下

以下是自主模式工作时的消息发送标准：

a:静态信息：6min以内或则接收到发送消息时
b:动态消息：根据航速不同，发送的时间间隔也不同，具体报告间隔如下表

船舶航行状态(船速) 报告间隔
停泊（抛锚） 3min
船速0-14节 12s
船速0-14节且改变航向 4s
船速14-23节 6s
船速14-23节且改变航向 2s
船速>23节 3s
船速>23节且改变航向 2s

五、AIS的通信协议
AIS系统采用的TDMA通信协议，系统运行时不停的检测TDMA信道的活动状态，根据信道的占用情况预约本台的发射时隙。进入TDMA网络的AIS设备一般采用自组织的时分多址（SOTDMA）协议进行工作，采用这个方式传输的AIS设备可以自主解决发射冲突，自主接收其他台站的信息。

在AIS网络中，一帧60s被分为2250个时隙，每个时隙长度为26.67ms,每个时隙可以发送一条256bit的信息，当信息长度大于256bit时，将占用2个或多个时隙。理论上在同一区域能同时容纳200-300艘船舶信息，当船只数大于系统容量时，远距离的目标就会被忽略，以此保证AIS系统对近距离目标的优先权。

六、目前航海技术中对AIS的应用介绍
如果将AIS显示的信息单独的显示在一个设备上，会造成显示设备过多，从而分散船员的注意力，最有效的方式是将AIS数据与雷达或ECDIS集成起来，从多个来源获得不通信息。随着电子航海地图的发展，把AIS信息叠加显示到电子海图上，进行综合显示，对于AIS综合信息显示系统，首先要能在电子地图上以矢量方式标注本船信息和船周围20海里内的目标船，并且能以位子的形式准确的显示本船的静态和动态信息。

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