船载电子海图ECS系统的设计与实现

论文摘要

历经了百年发展的航海电子设备已经到了一个“繁荣”的时期,同时船舶的数量也达到了空前的水平。这些随着科技的进步不断诞生的新型航海电子设备为提高航海的安全,以及海事管理者的管理效率带来了巨大的便利。国际海事组织（IMO）、国际航道测量组织（IHO）、国际航标协会（IALA）近年来提出了船舶智能导航（E-NAVIGATION）战略计划,IMO将船舶智能导航列为高优先议题。本文所研究的船载电子海图系统（ECS）就在这个背景下应运而生。该系统融合自动识别系统（AIS）、船舶导航、电子海图技术及智能避碰预警。本论文对ECS系统的介绍可分为以下部分:（1）介绍了ECS系统的产生背景和意义、发展现状、主要功能以及系统框图等。（2）从原理上对ECS系统中涉及到的关键技术做了较为详细的论述:说明了自组织时分多址（SOTDMA）的通信原理、SOTDMA的时隙预约算法和相关接入技术;阐述了GMSK数字调制方式酌基本原理和实现方法;分析了高级数据链路控制（HDLC）通信链路控制技术,并介绍了非归零（NRZI）码的编码原理及优点;船舶避碰技术的关注点;电子海图数据的优化和处理;抗干扰技术;VDR功能;船名快速识别方法。（3）提出了一种ECS系统的具体设计方案。在硬件上,给出了硬件实现框图和一些核心电路原理图,介绍了各个组成部分的功能和接口。在软件上,系统分为两层结构（底层AIS基带程序和上位机应用程序）。本文还给出了部分应用的示例代码和功能介绍。（4）本文对所提出并实现的ECS系统进行了环境试验和电磁兼容试验,结果满足预期要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 英语缩略语表
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 论文研究的主要内容和章节安排
• 第二章 船载电子海图ECS 系统概述
• 2.1 ECS 系统定义
• 2.2 ECS 系统构成
• 2.2.1 ECS 系统的硬件构成
• 2.2.2 ECS 系统的软件构成
• 2.2.3 AIS 系统
• 2.2.4 电子海图显示和信息系统
• 2.2.5 智能避碰、卫星海上遇险和安全系统
• 2.3 ECS 系统的主要性能和功能要求
• 2.3.1 海图信息
• 2.3.2 位置监视
• 2.4 ECS 系统的技术特点及要求
• 2.4.1 ECS 系统内置AIS 技术特点及要求
• 2.4.2 ECS 系统接口技术要求
• 2.4.3 ECS 系统通讯技术要求
• 2.4.4 ECS 系统软件技术要求
• 2.5 本章小结
• 第三章 实现ECS 系统的关键技术
• 3.1 SOTDMA 技术原理
• 3.1.1 时分多址（TDMA）技术原理
• 3.1.2 自组织时分多址（SOTDMA）技术原理
• 3.2 GMSK 调制技术
• 3.3 信息传输结构、内容以及编码技术
• 3.3.1 HDLC 协议
• 3.3.2 AIS 数据包格式
• 3.3.3 AIS 系统信息内容
• 3.3.4 AIS 信息的检错处理
• 3.3.5 AIS 信息的编码方法
• 3.4 船舶避碰技术
• 3.4.1 避碰信息优化安全距离
• 3.4.2 船舶碰撞危险度
• 3.4.3 会遇碰撞危险度
• 3.5 电子海图技术
• 3.5.1 电子海图数据组织结构
• 3.5.2 电子海图数据处理
• 3.6 抗干扰技术
• 3.7 简易VDR 功能实现技术
• 3.8 船名快速识别方法
• 3.9 本章小结
• 第四章 ECS 系统的硬件设计
• 4.1 系统硬件构成原理
• 4.2 主控模块的硬件设计
• 4.2.1 ARM 核简介
• 4.2.2 LPC2366 处理器介绍
• 4.2.3 LPC2366 处理器的引脚分配
• 4.3 调制解调模块硬件设计
• 4.3.1 基于CMX7042 的GMSK 调制解调技术
• 4.3.2 C-BUS 通讯总线及实现
• 4.3.3 CMX7042 接收电路分析及幅度调整电路
• 4.3.4 CMX7042 的Carrier-Senese 模式及配置过程
• 4.4 外围接口电路的硬件实现
• 4.4.1 串口电路实现
• 4.4.2 片外数据存储器
• 4.4.3 GPS 芯片
• 4.5 计算机控制模块
• 4.6 外部接口电路
• 4.6.1 音频控制模块
• 4.6.2 电源模块
• 4.7 触摸显示屏
• 4.8 本章小结
• 第五章 ECS 系统的程序设计
• 5.1 底层软件设计
• 5.1.1 ADS 集成开发环境和H-JTAG 仿真器的应用
• 5.1.2 ECS 系统AIS 基带部分底层的软件结构
• 5.1.3 ECS 系统AIS 基带部分底层程序设计
• 5.2 上位机应用程序设计
• 5.2.1 软件功能模块
• 5.2.2 导航显示参数
• 5.2.3 船舶信息显示
• 5.2.4 预警系统
• 5.2.5 遇险广播
• 5.3 本章小结
• 第六章 实验测试结果
• 6.1 环境试验
• 6.2 电磁兼容试验
• 6.2.1 传导骚扰
• 6.2.2 外壳端口辐射骚扰
• 6.2.3 静电放电抗扰度试验
• 6.2.4 射频电磁场辐射抗扰度试验
• 6.2.5 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验
• 6.2.6 浪涌抗扰度试验
• 6.2.7 射频场感应的传导骚扰抗扰度试验
• 6.2.8 低频传导抗扰度
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文