崔國(guó)友，韓小明

(1.上海航保修理廠，上海 200083;2.上海埃威航空電子有限公司，上海 200233)

現(xiàn)有的船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、航行告警接收機(jī)［1］和氣象傳真接收機(jī)［2-3］大多是單一設(shè)備，體積大、功能單一，且不具備外部的數(shù)據(jù)通訊接口，彼此之間的信息不能互聯(lián)共享。隨著計(jì)算機(jī)信息和控制技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代船舶信息自動(dòng)化和集成化程度的日益提高，針對(duì)目前的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了基于嵌入式服務(wù)器的多模航行信息接收系統(tǒng)，不但可以很好的替代上述的單一設(shè)備，而且還具有良好、便利的擴(kuò)展性能。操作和打印，另外1臺(tái)顯示器除不能進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置外，其他功能與主顯示器相同;顯示器與主機(jī)之前采用100 M以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，另外預(yù)留有其它接口可以很方便地與船上的綜導(dǎo)臺(tái)、雷達(dá)等設(shè)備進(jìn)行通訊。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由主機(jī)單元和顯示器單元2部分組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示，其中主機(jī)單元主要包括嵌入式服務(wù)器、射頻接收模塊和熱敏打印模塊，顯示器單元包括2個(gè)顯示器，可以根據(jù)操作需要放置在不同的地方，其中1臺(tái)顯示器可以設(shè)置為主顯示器，主顯示器可以進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、信息察看、

2 系統(tǒng)工作原理

主機(jī)的射頻接收模塊含有3部分的接收電路，通過(guò)軟件無(wú)線電解碼技術(shù)可以工作在多種模式下，分別接收船舶識(shí)別 (AIS)、航行告警 (NAVTEX)和氣象傳真 (FAX)的射頻信號(hào)，AIS工作在VHF頻段 (161.975 MHz、162.025 MHz)，且有發(fā)射功能，使用1根甚高頻天線，NAVTEX(518 kHz、4 209.5 kHz)和FAX(110 kHz～27 MHz)使用1根中高頻天線。

主機(jī)嵌入式服務(wù)器模塊接收來(lái)自航行告警、船舶識(shí)別和氣象傳真的信息，實(shí)現(xiàn)協(xié)議解析、接口控制，以及與顯示器和熱敏打印機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互功能。顯示器可以根據(jù)需要顯示電子海圖導(dǎo)航、船舶信息、航行告警和氣象傳真圖像，也可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查看和打印等操作。

3 嵌入式服務(wù)器設(shè)計(jì)

主機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊的性能對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行至關(guān)重要，不但要穩(wěn)定可靠，而且要能快速響應(yīng)客戶(hù)端的請(qǐng)求指令，為此設(shè)計(jì)了AIS數(shù)據(jù)、NAVTEX報(bào)文和FAX圖像的數(shù)據(jù)庫(kù)，更重要的是內(nèi)建了嵌入式服務(wù)器［4］，實(shí)現(xiàn)了圖文的多客戶(hù)端分發(fā)，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)多客戶(hù)端圖文調(diào)閱請(qǐng)求的快速響應(yīng)。

主機(jī)的嵌入式服務(wù)器的功能框圖如圖2所示。

圖2 嵌入式服務(wù)器的功能框圖

為了增強(qiáng)系統(tǒng)通訊的可靠性和快速響應(yīng)的能力，在協(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)特別設(shè)計(jì)了下面的多種通訊協(xié)議方式。

UDP組播通訊主要用于推送各個(gè)服務(wù)的健康狀態(tài) (心跳包)、船舶識(shí)別報(bào)文、航行告警最新信息、氣象傳真最新傳真圖以及導(dǎo)航報(bào)文。

UDP單播通訊主要用于顯示端或系統(tǒng)控制服務(wù) (線程)可以與主機(jī)的船舶識(shí)別信息處理線程、航行告警信息處理線程、氣象傳真信息處理線程、打印服務(wù)以及監(jiān)控模塊進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，發(fā)送必要的指令以獲得需要的信息。

UDP分塊傳輸可以傳輸比較大的數(shù)據(jù)，傳輸?shù)膱?bào)文分為報(bào)文頭和報(bào)文凈載荷 (數(shù)據(jù))，接收端應(yīng)該根據(jù)收到的報(bào)文頭重新組裝，以得到原始的數(shù)據(jù)。在必要時(shí)可以發(fā)送重傳指令要求發(fā)送端重新發(fā)送某個(gè)數(shù)據(jù)包。

TCP通訊主要用于獲取主機(jī) (顯示端)的IP地址和通訊端口，此通訊方式下，需要對(duì)每一個(gè)命令做出回應(yīng)，以得到一個(gè)明確的命令收妥確認(rèn)。

嵌入式服務(wù)器的程序中包括了自檢程序、看守程序、協(xié)議處理程序、監(jiān)視程序和各個(gè)功能的子程序。

編程語(yǔ)言為C語(yǔ)言，可以最大程度地發(fā)揮其作為系統(tǒng)編程語(yǔ)言的特點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是代碼易維護(hù)，結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，程序執(zhí)行速度快，缺點(diǎn)是代碼的編寫(xiě)量稍顯過(guò)大，對(duì)編程人員的要求較高，但對(duì)本項(xiàng)目來(lái)講，瑕不掩瑜。

圖3為嵌入式服務(wù)器的流程示意圖。

圖3 嵌入式服務(wù)器流程示意圖

4 航行信息的顯示處理

顯示器可以顯示S57格式的電子海圖，可以在海圖上實(shí)時(shí)顯示AIS船舶信息，可以顯示和打印航行告警信息、氣象傳真圖像，操作方式為觸摸屏方式，操作便捷、靈活。

電子海圖界面如圖4所示，可以直接察看AIS船舶信息。

圖4 電子海圖界面圖

圖5是航行告警信息，可以進(jìn)行信息查看和打印操作。

圖5 航行告警信息圖

圖6是接收到的氣象傳真圖，可以根據(jù)需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、反色、放大、縮小和打印等操作。

5 結(jié)束語(yǔ)

圖6 氣象傳真圖像

通過(guò)采用嵌入式服務(wù)器技術(shù)，在相應(yīng)的硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)的支持下，使傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)收發(fā)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆淞艘訲CP/IP為底層通訊協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和管理系統(tǒng)。在此技術(shù)下，各個(gè)顯示器則成為了客戶(hù)端，服務(wù)器配置程序?yàn)榭蛻?hù)端提供了一個(gè)基于C/S模式的通訊接口，可接收客戶(hù)端請(qǐng)求、解析客戶(hù)端請(qǐng)求、向客戶(hù)端發(fā)送響應(yīng)信息。嵌入式服務(wù)器采用動(dòng)態(tài)管理技術(shù)，可靈活地實(shí)現(xiàn)與多個(gè)客戶(hù)端進(jìn)行交互，例如數(shù)據(jù)查詢(xún)、實(shí)時(shí)狀態(tài)查詢(xún)等。本系統(tǒng)解決了目前船載信息設(shè)備功能單一的問(wèn)題，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)推廣價(jià)值。

［1］GB/T 18766-2009，奈伏泰斯系統(tǒng)技術(shù)要求 ［S］.

［2］GB/T 18913-2002，船舶與海上技術(shù)船用氣象圖傳真接收機(jī) ［S］.

［3］胡廣書(shū).數(shù)字信號(hào)處理一理論、算法與實(shí)現(xiàn)［M］.北京:清華大學(xué)出版杜，2003.

［4］高云鵬.嵌入式Web服務(wù)器的研究與實(shí)現(xiàn) ［D］.北京:北京郵電大學(xué)，2004.