专利名称：一种ais船舶自主定位导航系统的制作方法
技术领域：
本发明属于定位导航领域，涉及陆基定位技术、电波测量的交叉应用学科，具体涉及一种高可用性新体制AIS(Automatic identification System)船舶自主定位导航系统。
背景技术：
目前，海上船舶导航主要依靠GNSS卫星导航系统，但GNSS卫星导航系统的脆弱性使MO成员国一致认为为了保证航行安全，将来的船舶应强制配备天基和陆基双备份定位导航系统。目前Loran系统是陆基导航系统之一，但该系统终端价格昂贵，安装船舶较少。而随着美国Loran系统的关闭，其在国际范围内退出定位应用领域亦基本确定，因此为了满足国际当前船舶导航双备份系统的需求，迫切需要新的陆基定位系统的研究。随着 2000年6月，IMO海上安全委员会(MSC)第73次会议通过了新修订的SOLAS公约第V章关于强制安装船舶自动识别系统(AIS)的决议。目前世界主要沿海区域已经基本覆盖AIS岸站系统，而所有船舶已基本都安装了终端设备，因此，研究一种利用现有AIS系统进行船舶定位的技术既具有广泛的应用基础，又满足当前双备份系统的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用AIS系统进行船舶定位的高可用性新体制导航系统，该系统利用现有的AIS基站电波测量船舶到不同基站的距离，并根据测得的距离和AIS 基站的精确位置进行船舶定位，从而实现陆基导航。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下
一种AIS船舶自主定位导航系统，包括高精度时间同步的AIS岸基参考站系统、船舶 AIS导航终端设备和多个高精度同步原子钟，所述AIS岸基参考站系统包括多个AIS岸基参考站，并自组织共享和独占一个高精度同步原子时钟，通过共享或独占AIS无线信道或发送导航电文和测量载波；所述船舶AIS导航终端设备包括无线接收�？�、信号测量处理�？楹椭骺啬？椋尴呓邮漳？橛糜诮邮崭髦值己降缥暮筒饬吭夭ㄐ藕牛⒔庑┬藕糯透藕挪饬看砟？椋藕挪饬看砟？槎越邮盏降男藕沤性夭ú饬�、电文提�。⒗貌饩喽ㄎ辉斫卸ㄎ唤馑悖⒔ㄎ唤峁峤桓骺啬？椋骺啬？槎越邮盏降亩ㄎ唤峁惺涑鲇τ�。上述信号测量处理�？榘ˋIS基站电文提取�？�、锁相跟踪测量�？楹投ㄎ唤馑愦砟？椋喔俨饬磕？槔梦尴叩绮ㄏ辔桓俨饬坎煌珹IS基站到用户船舶AIS 终端设备的距离；AIS基站电文提取模块用于提取和存储各定位AIS基站的精确位置信息； 定位解算处理�？槔肁IS基站电文提取�？楹退喔俨饬磕？榈氖菪畔⒔卸ㄎ唤馑�。本发明的有益效果是利用该发明，船舶可直接利用AIS设备进行定位，满足IMO 提出的空基和陆基双备份定位系统需求；利用本发明能够在几乎不增加船舶AIS终端设备成本的前提下实现陆基定位，最大限度的实现了资源的重复利用。
图1是本发明的AIS船舶自主定位导航系统的结构框图； 图2是本发明的船舶AIS导航终端设备的结构框图3是本发明的信号测量处理�？槟诓咳砑绦蛄鞒掏迹� 图4是本发明的信号测量处理�？榈牡缏吩硗�。图中1、AIS岸基参考站系统，2、船舶AIS导航终端设备，3、高精度同步原子钟，4、 无线接收�？椋�5、信号测量处理�？椋�6、主控�？椋�7、AIS基站电文提取�？椋�8、锁相跟踪测量�？椋�9、定位解算处理模块。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。如图1和图2所示，本发明的AIS船舶自主定位导航系统由高精度时间同步的AIS 岸基参考站系统1、船舶AIS导航终端设备2和多个高精度同步原子钟3组成并实现。其中，AIS岸基参考站系统1包括多个AIS岸基参考站，并自组织共享和独占一个高精度同步原子时钟3，通过现有AIS无线信道或独占信道发送导航电文和测量载波。船舶AIS导航终端设备2包括无线接收�？�4、信号测量处理�？�5和主控�？�6 ；无线接收�？�4负责接收各种导航电文和测量载波信号，并由信号测量处理�？�5进行载波测量、电文提取和定位解算，并将定位结果提交给主控�？�6，由主控�？�6进行输出应用。其中，信号测量处理�？�5运行着各种测量和定位算法软件，是船舶AIS导航终端设备2的技术核心。信号测量处理模块5包括AIS基站电文提取�？�7、锁相跟踪测量�？�8和定位解算处理�？�9。 其中锁相跟踪测量�？�8利用无线电波相位跟踪测量不同AIS基站到用户船舶AIS终端设备的距离；AIS基站电文提取�？�7负责提取和存储各定位AIS基站的精确位置信息。定位解算处理�？�9利用AIS基站电文提取�？�7和锁相跟踪测量�？�8的数据信息按照测距定位原理进行定位解算。如图3所示，本发明中的信号测量处理�？�5的具体处理步骤如下
1)船舶Ais导航终端设备2启动；
2)船舶AIS导航终端设备2检测并获取周围AIS基站；
3)判断获得的AIS基站能否进行定位，如果可以继续执行下一步骤，否则，返回步骤2) 进行重新搜索周围AIS基站；
4)锁相跟踪测量�？�8测量各用于定位AIS基站距离或距离差，如果测量正常，满足定位要求则执行下一步，否则，返回步骤2)重新搜索周围AIS基站；
5)AIS基站电文提取�？�7获取用于定位的AIS基站精确位置，如果得到，则执行下一步，否则，返回步骤2)继续搜索周围的可用AIS基站；
6)定位解算处理�？�9利用步骤4)的测量数据和步骤5)的基站位置信息进行定位解
算；
7)返回步骤2)继续执行，直至获得AIS用户船舶经纬度。本发明的AIS船舶自主定位导航系统中，锁相跟踪测量�？�8包括AIS通信载波相位测量�？椋杂布呒缏返姆绞酱嬖谟谛藕挪饬看砟？�5中。
在本发明的AIS船舶自主定位导航系统中，AIS基站之间独享或共享一个区域同步原子时钟，而船舶AIS导航终端设备2中不需要高精度原子时钟3，使用普通晶振即可。实施例 (I)AIS基站电文发送
AIS基站在VHF指定频段载波上调制基站精确位置信息，具体包含如下信息AIS基站经度、纬度和高度，并精确到毫米级。格式如下
电文号，AIS基站匪Si，纬度，经度，高度。示例如下
28,04113127,3852. 623153，12131. 141528,0090. 9352。(2)船舶AIS终端设备定位跟踪测距
利用锁相跟踪测量�？�8对AIS基站到达信号& ( )进行捕获和跟踪，并测出到达信
号的幅度毛、延迟免和相位|。根据公式
m=—% co]cos[ i+4 ]
式中，ω为AIS信号载波角频率。测量两个以上的AIS基站信号的延迟和相位，从而计算出基站到用户船舶AIS终端设备的距离片。(3)船舶AIS终端设备定位输出标准位置数据
船舶AIS终端设备根据测量的AIS基站距离或距离差，在获取相对AIS基站精确位置的情况下，解算获取船舶AIS终端设备经纬度数据和高度信息，并输出出来，具体格式使用 NMEA-0183标准中的$GPGGA语句输出，实际输出结果如下
$GPGGA, 031202. 000，3852. 3032，N, 12131. 6046，Ε, 0，0，0. 0，45. 9，Μ, 0. 0，Μ,，0000*77 如图4所示，其为本发明中的信号测量处理模块5的电路原理图。信号测量处理�？� 5主要负责从AIS载频上通过测量载波相位和码相位的方法确定信号传输距离。
权利要求
1.一种AIS船舶自主定位导航系统，包括高精度时间同步的AIS岸基参考站系统(1 )、 船舶AIS导航终端设备(2)和多个高精度同步原子钟(3)，所述AIS岸基参考站系统(1)包括多个AIS岸基参考站，并自组织共享和独占一个高精度同步原子时钟(3)，通过共享和独占AIS无线信道发送导航电文和测量载波；其特征在于，所述船舶AIS导航终端设备(2)包括无线接收�？�(4)、信号测量处理�？�(5)和主控�？�(6)，无线接收�？�(4)用于接收各种导航电文和测量载波信号，并将这些信号传送给信号测量处理�？�(5)，信号测量处理�？�(5)对接收到的信号进行载波测量、电文提�。⒗貌饩喽ㄎ辉斫卸ㄎ唤馑悖缓蠼ㄎ唤峁峤桓骺啬？�(6 )，主控�？�(6 )对接收到的定位结果进行输出应用。
2.如权利要求1所述的一种AIS船舶自主定位导航系统，其特征在于，所述信号测量处理模块(5 )包括AIS基站电文提取�？�(7 )、锁相跟踪测量�？�(8 )和定位解算处理�？� (9)，锁相跟踪测量�？�(8)利用无线电波相位跟踪测量不同AIS基站到用户船舶AIS终端设备的距离；AIS基站电文提取�？�(7)用于提取和存储各定位AIS基站的精确位置信息； 定位解算处理�？�(9)利用AIS基站电文提取�？�(7)和锁相跟踪测量模块(8)的数据信息按照测距定位原理进行定位解算。
全文摘要
一种AIS船舶自主定位导航系统属于定位导航领域，该系统包括高精度时间同步的AIS岸基参考站系统、船舶AIS导航终端设备和多个高精度同步原子钟，所述AIS岸基参考站系统包括多个AIS岸基参考站，并自组织共享和独占一个高精度同步原子时钟，通过共享和独占AIS无线信道发送导航电文和测量载波；船舶AIS导航终端设备包括无线接收�？�、信号测量处理模块和主控�？椋尴呓邮漳？楦涸鸾邮崭髦值己降缥暮筒饬吭夭ㄐ藕牛⒂尚藕挪饬看砟？榻性夭ú饬俊⒌缥奶崛『投ㄎ唤馑悖⒔ㄎ唤峁峤恢骺啬？椋芍骺啬？榻惺涑鲇τ�。利用该发明，船舶可直接利用AIS设备进行定位，满足IMO提出的空基和陆基双备份定位系统需求。
文档编号G01S19/43GK102305936SQ20111013325
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者张淑芳, 胡青 申请人:张淑芳, 胡青
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