第一章 海上通信系统综述第一节 引言早在新石器时代晚期，人类已经开始尝试航海探险活动，随着航海业的不断发展，作为传递信息的海上通信业越来越显得重要了，古老的通信方式如声音、烟火、旗语以及镜子反射太阳光等在近代仍在使用。然而以上的通信方式受到环境、气候等因素影响，其可靠性有效性也难以保障，更重要的是传递的信息有限，不能传递较复杂的消息。直到1896年意大利发明家马可尼的无线通信实验成功才为海上通信开辟了新纪元。特别是近代，随着国际间贸易往来的频繁，航运事业得到了飞速的发展，对海上通信的要求也越来越高。为满足海上通信发展的需求，像Morse电报， 单边带无线电话等无线通信设备应运产生，通过以上通信手段，船舶可以获取千变万化的航运安全信息，从而及时决策，采取行之有效的措施，保障船舶航行安全。此外，一旦船舶遇险等紧急情况，也可以通过海上无线通信手段发出呼救信号，从而获得及时地救援。早在20世纪初期，世界上最大邮船“泰塔尼克”轮首航大西洋，在纽芬兰触冰山沉没。由于当时的海上通信的落后以及通信规则的不完善，延误了救助的时间，造成了更加严重的后果，酿成数千人死亡的惨案。也正是从那时开始，人们开始考虑制定保障航行安全的公约，从制度上来保证航行的安全。早在1992年以前，海上通信受到1974年SOLAS公约的约束，并与国际电信联盟（ITU）制定的无线电规则相一致。经历了莫尔斯（Morse）无线电报、甚高频（VHF）无线电话和中高频无线电话的发展。SOLAS公约对船舶遇险与安全的海上通信设备及技术要求作了详细且带有强制性的规定： 船舶按其吨位数、类型和航行区域配备无线电设备； 船舶应按国际电信联盟无线电规则规定在国际遇险频率上保持无线电值班守听。依照当时的规定，要求船舶通信设备的配备可分为以下两个系统：（1） 莫尔斯（Morse）无线电报系统所有1600总吨以上的货船和所有客船必须配备500KHz收发信机，以及合格的无线电报务员。无线电报务员必须按规定在500KHz无线电报国际遇险频率上值班，守听遇险船舶发出的电报遇险信号和遇险信息。（2） 无线电话系统所有300总吨以上的货船和所有客船必须配备2182KHz无线电话收发信设备和甚高频（VHF）无线电话设备。船舶都要在2182KHz和VHF CH16的无线电话国际预先频率上值班，守听遇险船舶发出的电报遇险信号和遇险信息。 除此之外，海上通信系统还为所有受1974年SOLAS公约约束的船舶提供公共、遇险通信业务，频率分别位于2、4、6、8、12和22MHz 频段。 国际无线电规则对遇险频率的值班守听和遇险通信的操作程序作了详细的规定。为了保证遇险船舶发出的电报或电话能被附近的海岸电台或附近航行船舶电台接收到，规定了无线电报和无线电话的静默时间。每小时的15-18分，45-48分为无线电报静默时间，每小时的00-03，30-33分为无线电话静默时间，如图1-1阴影区域所示。在以上时间里，所有正常的船舶，海岸电台应在遇险频率上停止发射，并在500KHz和2182KHz认真守听，以确保收听到遇险船舶或者其他船舶电台转发的遇险信息。这一通信系统曾经在遇险通信与救助中发挥了很大的作用，成功完成无数次的遇险通信和救助工作。但是早期的海上通信系统在遇险通信、搜救协调通信以及常规通信方面都有着严重的局限性和缺陷，具体情况如下：图1-1静默时间示意图（1） 通信距离受限制遇险通信设备工作在中频（MF）和VHF波段，不能提供远距离遇险报警，报警的距离范围最大200海里，不利于远洋船舶的远距离报警。（2） 需要专业人士通信无论是Morse无线电报还是单边带无线电话报警时，需要合格的报务人员才能进行，这给遇险通信的发送广泛性带来困难。（3） 报警需要手工操作遇险报警需人工操作，当船舶发生倾覆、爆炸等突发情况下，遇险信号不能及时发出。（4） 人为因素影响报警质量无论是船舶电台还是海岸电台，遇险报警信号需要专门人员守听，海岸电台的报警线路容量有限，各报务员在紧急情况下的操作水平等人为因素影响着报警的质量。（5） 远距离报警无值守规定船舶电台虽配备高频无线电通信设备，通常用于日常通信，由于短波信号传播受到季节、气候、昼夜和地理位置的影响，接收地点的信号很不稳定，常常盲区现象，无法可靠地接收到信号。而且，国际上对于高频连续值守没有做出相应的规定，因此远距离报警可靠性难以保障。（6） 缺少统一的搜救协调单位虽然不少国家建立了搜救队伍，并配有相应的设施，但各国的搜救组织形式、操作方法的不统一，限制了各搜救部门的广泛合作，没有发挥其应有的作用。为了最大限度的保障海上人命和财产安全、国际海事组织一直致力于海上遇险和安全系统的改善和发展，特别是现代通信、导航技术以及计算机技术的发展，为海上通信提高到一个新水平奠定了基础，改革海上遇险与安全通信系统，以适应现代航运业发展，新的海上遇险与安全系统GMDSS（全球海上遇险与安全系统，GLOBAL MARINTIME DISTRSS AND SAFETY SESTEM）应运而生了。第二节 全球海上遇险与安全系统简介 GMDSS系统发展历史:在IMO和有关国际组织的共同协调努力下，1986年12月定名为GMDSS，1988年11月通过的《1974年solas公约1988年修正案》以法律形式得到通过。自1992年2月1日开始实施，经过7年的实施过渡期后在1999年2月1日完全实施。具体执行情况如下：（1）1992年2月1日以后建造的船舶，必须配备2台9GHz的雷达应答器，配备3部用于救生艇筏上的VHF双向无线电话设备。 （2）到1993年8月1日止，所有船舶必须配备应急示位标EPIRB和NAVTEX接收机。 （3）到1995年2月1日止，所有在1992年2月1日以前建造的船舶，必须配备2台9GHz的雷达应答器，配备3部用于救生艇筏上的VHF双向无线电话设备。 （4）在1995年2月1日以后建造的所有船舶，必须完全符合GMDSS的要求。 （5）到1995年2月1日止，所有船舶都应至少配备1台工作在9GHz上的雷达。 （6）到1999年2月1日止，所有船舶都应符合GMDSS的要求。 GMDSS的功能： GMDSS 是IMO为《1979年海上国际搜寻与救助公约》精心设计的无线电通信系统，它的出现大大提高了遇险和安全的救助能力。如图1-2 GMDSS基本概念图所示图1-2 GMDSS基本概念图所示GMDSS构筑了立体的通信链路，通过多手段、多途径将航行船舶、遇险船舶、岸上搜救机构等连成一体，确保船舶对岸台，船舶对船舶、岸台对船舶的全球的遇险报警。GMDSS系统能够在船舶遇险时，及时向岸上搜救机构及附近航行船舶通报遇险信息，并得到最短时间延迟的救助。 从图1-2所示的基本概念图可以看出，整个GMDSS系统由地面无线通信系统和卫星通信系统两部分组成：(1) 地面无线通信系统地面无线通信系统包括海岸电台（coast radio station HF ,MF, VHF），船舶无线通信设备以及国内国际通信链路等组成，具有船舶的日常通信，遇险和安全通信，船舶定向搜救以及海上安全信息的播发和接收等功能。（2）卫星通信系统卫星通信系统包括INMARSAT和COSPAS/SARSAT两大卫星通信系统，INMARSAT卫星系统包括海岸地球站（coast earth station）,卫星，船舶卫星通信设备，为船舶提供全球海域的日常、安全和遇险通信服务，同时也具有发布海上安全信息的功能。 COSPAS/SARSAT卫星通信系统包括区域用户中心LUT 、卫星、MCC（任务控制中心）以及船舶EPIRB（应急无线电示位标）并与RCC搜救协调中心相连，主要提供船舶等搜救服务。 GMDSS符合1974年SOLAS公约1988年修正案第IV章和ITU1987年世界无线电行政大会修改的《无线电规则》的规定，具有以下的功能：（1）遇险报警 是指遇险者迅速并成功地把遇险事件提供给可能予以救助的单位。报警包括船对岸、船对船和岸对船报警3个方向，其中船对岸报警是主要的。 （2）搜救协调通信RCC通过岸台或岸站与遇险船舶和参与救助的船舶、飞机以及与陆上其他有关搜救中心进行有关搜救的直接通信。 搜救协调通信是双方进行有关遇险与安全内容的信息交换，即具备双向的通信功能，与报警功能中只具有向某一方向传输特定信息不同。 （3）救助现场通信 在救助现场参与救助的船舶之间、船舶与飞机之间的相互通信称为现场通信。它包括救助指挥船与其他船、船与救生艇、指挥船与救助飞机之间的现场通信。通常，这种通信的距离比较近。 （4）现场寻位 寻位是指遇险船舶和救生艇所发出的一种无线电信号，便于救助船舶和飞机去寻找遇难的船舶和救生艇。GMDSS中寻位是靠搜救应答器(SART)和救助船或飞机上的雷达完成的。（5）海上安全信息的播发 是指本系统能够提供各种手段发布航行警告、气象预报和其他各种紧急信息，以保证航行安全。（6）常规的公众业务通信 是指GMDSS系统要求船舶配备的通信设备不但能进行遇险、紧急和安全通信外，还能进行有关的公众业务通信。也就是船舶与岸上管理部门之间进行管理、调度等方面的通信以及船舶与船东、用户等通信。(7)驾驶台对驾驶台的通信 驾驶台之间的通信是有关航行安全等避让信息的传递，属于VTS方面的通信，这种通信在狭长的水道和繁忙航道航行中是非常重要的。GMDSS海区划分：按照GMDSS系统的相关规定，船舶通信设备的配备是按照航行区域进行确定的。因此GMDSS系统全球航行海域划分为A1，A2，A3，A4四个海区。如图1-3所示图1-3 GMDSS A1，A2，A3海区分布图海区以岸台使用的各种频段无线电波覆盖的海域范围来划分。A1海区：指至少有一个VHF海岸电台可以覆盖的区域，在此区域可以进行连续的DSC报警和值守，距岸台25海里为半径的海域范围。船对船和船对岸报警用VHF DSC。A2海区：指除了A1海区以外，MF岸台覆盖的海域，距岸台30海里外的约150海里为半径的海域范围。船对船和船对岸报警用VHF DSC和MF DSC。A3海区：指A1、A2海区之外，INMARSAT同步卫星所覆盖的海域，一般指南北纬70⁰以内的海域。 A4海区：指A1、A2、A3海区以外的海域，即南北纬70⁰以外到两极之间的海域。A3、A4海区的船对船报警用VHF DSC和MF DSC，船对岸报警用卫星船站或HF DSC。另外，在A1--A4海区，船对岸报警发射可通过卫星EPIRB（A1海区也可用VHF EPIRB）GMDSS系统使用的技术：（1）近距离主要依靠VHF设备；(2) 用卫星和HF通信提供远距离业务；(3) 在有关遇险和安全频道上的守听实现自动化；(4) 使用综合技术获得报警信息，包括遇险船舶的识别、定位及寻位信息；(5) 自动接收有关海上安全信息，包括航行警告和气象预报；(6) 在地面通信系统中，将使用单边带电话，数字选呼（DSC）和窄带直接印字电报（NBDP）。GMDSS对船舶配备无线电设备的要求：1999年2月1日后，所有从事国际航行的客船和300总吨以上的货船均应按GMDSS要求配备各项设备。表1-1GMDSS对船舶配备无线电设备的基本要求表GMDSS无线电人员配备：SOLAS 公约对无线电人员做了如下规定：每艘船舶应该配备能胜任遇险与安全无线电通信的人员，这些人员应该持有无线电规则规定的，并由主管机关颁发的适任证书。在IMO的STCW78/95公约中对执行GMDSS遇险与安全通信的无线电人员资格证书分设以下四类：（1）一级无线电电子员证书（2）二级无线电电子员证书（3） 通用操作员证书（4） 限用操作员证书四类资格证书的适用范围为：一级无线电电子员证书和二级无线电电子员证书持有者适用于A1、A2、A3、A4海区航行的船舶、海上平台或设施。通用操作员证书持有者适用于A1、A2海区航行的船舶、海上平台或设施；A3、A4海区航行的双配套设备配备的船舶、海上平台或设施。限用操作员证书持有者只适用于A1海区航行的船舶、海上平台或设施。确保GMDSS设备可用性的基本方法：1、1974年SOLAS公约1988年修正案提供了三种可选择的方案：（1）双套设备（duplication of equipment)（2）岸上维修 （shore-based maintenance）（3）海上（电子）维修 （at-sea electronic maintenance capability）2、选择维修方案的原则航行在A1、A2海区的船舶，至少应具备上述三种方法中的一种；航行在A3、A4海区的船舶，应至少综合上述三种方法的两种。GMDSS在中国的发展与应用我国主管部门早在上世纪70年代末期就开始注意GMDSS系统的重要发展动向，并向有关单位传达了海上遇险与安全通信方面的主要构想，1986年我国交通部向下属各有关单位进行了部署。为了进一步改善我国航运业的通信状况，进一步保障海上航行安全，我国从1987年开始在北京建造INMARSAT卫星通信地面站(岸站)，同时在我国沿海部署建立海上安全信息播发(NAVTEX)系统覆盖区，并加速对岸台(站)的通信设施进行技术更新，扩大电路数，增宽覆盖区域，以适应GMDSS的需要。 1992年我国主管部门开始我国的全球海上遇险与安全系统规划，按该规划要求，我国沿海的海岸电台形成链状的A2航区DSC覆盖区，同时对A3航区进行区域性DSC值守，在北京建成COSPAS/SARSAT LUT和MCC，并把北京INMARSAT卫星岸站扩建成具有B/M系统能力的岸站，并服务于我国船舶航行密度大的印度洋区和太平洋区，为适应我国远洋运输事业的需要，2003年10月16日又开通了更加先进的INMARSAT-F系统，从而进一步保障海上航行安全。 （1）INMARSAT系统的发展与应用 INMARSAT系统在我国的发展始于上世纪70年代后期，为了更好地贯彻INMARSAT组织的宗旨，从20世纪80年代初我国便开始了建立太平洋和印度洋两个洋区的A/C标准海事卫星地球站(岸站)的准备工作。 1991年我国在北京建成了海事卫星地球站(岸站)，覆盖太平洋和印度洋两个洋区，为这两个洋区内的海上和陆上用户提供移动卫星通信业务。我国的INMARSAT-A标准地球站于1991年6月3日正式开通，INMARSAT-A系统稳定可靠，满足GMDSS系统的要求；1993年7月1日我国的INMARSAT-C标准地球站也正式开通，可以提供双向存储转发电文和数据信息通信业务，满足GMDSS系统的要求，成为按GMDSS系统要求配备船舶的必备终端设备。这样我国便可以为太平洋和印度洋两个洋区内的国内外用户提供移动卫星通信服务，业务范围包括电话、电传、传真、数据通信、遇险专线等。 1997年7月，我国的INMARSAT-B/M标准海岸地球站投入了运行，同时满足GMDSS系统的要求，服务于我国船舶航行密度大的印度洋和太平洋；且A/B/M标准站不但可以提供太平洋和印度洋两个洋区内的数字电话、电传、传真、遇险专线、低中高速数据通信业务，还可以提供大西洋东区和大西洋西区两个洋区的A/B/M标准站通信业务，从而实现了全球移动卫星通信服务。1997年底，我国的Mini-M标准站正式开通了，Mini-M标准终端可以随身携带、车载或海用，广泛地应用于各个领域。2002年6月北京海事卫星地面站开始建设符合最新颁布的全球海上遇险与安全系统标准的、最先进的Inmarsat-F卫星通信系统。 （2）COSPAS/SARSAT系统的建设与应用 我国由交通部中国交通通信中心负责在北京建设了卫星搜救本地用户终端(LUT)和搜救任务控制中心(MCC)，负责对中国服务区的实时覆盖和报警数据的处理分配。北京LUT的覆盖区域包括我国全部陆域和大部分海域，香港特别行政区也建设了COSPAS/SARSAT系统(LUT和MCC)，由香港特别行政区海事处负责运行和管理。北京的LUT无法实时覆盖的我国南部海域，由香港的LUT实时覆盖。 我国的COSPAS/SARSAT系统选用了目前国际上最先进的数据处理设备――高性能的HP9000系列工作站。LUT采用了冗余备份系统，可以对同时飞过的两颗卫星分别进行跟踪。当搜救卫星通过北京LUT的共视区时，LUT的天线就会锁定与跟踪这颗卫星，并由几个数据信号处理器(DSP)对卫星的下行信号中的121.5MHz、243MHz、406MHz信号进行实时处理或对406MHz信号进行延时处理。我国的MCC采用一主一备两台高性能的HP9000系列服务器，通过专用的通信接口与国际MCC通信网络相联接。根据系统的数据分配计划，各国的MCC间实时交换定位数据及卫星轨道参数等系统信息。COSPAS/SARSAT卫星搜救系统的LUT和MCC已经投入正常运行，并发挥了其应有的作用。1999年11月至2002年5月，我国的载人航天实验飞船“神州1号、神州2号、神州3号”进行了多次实验，应航天实验飞船指挥部的要求，我国的极轨道卫星搜救系统参加了载人航天飞船返回仓的回收定位任务，在飞船返回仓到达预定降落地点的关键时刻，我国的极轨道卫星搜救系统及时准确地捕捉到返回仓发出的定位信号，并迅速计算出当时返回仓的降落位置，为现场搜寻人员及时找到返回仓提供了可靠的支持，载人航天飞船实验取得了圆满的成功，得到了航天实验飞船指挥部的一致好评。（3）地面无线通信系统的发展与应用 初期的海上遇险与安全通信中以中、高频收发信机、紧急无线示位标为主，采用莫尔斯电报、无线电话等通信方式进行，在一般情况下，发送遇险报警信息要人工启动和人工操作。 从1996年开始，我国交通部按IMO的要求对全国各海岸电台按GMDSS要求对通信设施进行了大规模的更新与改造，在上海建立了2、4、6、8、12.16MHz和VHF70频道国际国内DSC值班台及相应的窄带直接印字电报(NBDP)和单边带无线电话电路；在广州、天津建立了HF DSC国内值班台；在大连、秦皇岛、海口等建立了15个MF和VHF DSC值班台以及相应的NBDP和单边带无线电话电路。各海岸电台根据其功能分别配置了相应的收发信机、DSC、NBDP和SSB终端设备。 船舶则根据GMDSS的要求，按其所航行的“航区”配备了执行GMDSS功能的设备。 船舶配备的无线电设备应至少能在两种无线电分系统中工作，以提供两种以上的通信方式，每种通信方式应能采用独立的设备并执行连续的报警功能。（4）海上安全信息播发系统的发展与应用 为了保证航行安全，需要及时有效地由岸上向航行的船舶提供有关海上航行的安权信息，海上安全信息包括航行警告、气象警告、气象预报和其他海上紧急信息。 世界航行警告业务(WWNWS)是由IMO和IHO(国际航道组织)为协调发射区域性无线电航行警告业务和其他紧急信息而设置的。WWNWS的区域界限不是按国家所有权海域划分的，而是按地理位置和电波可能覆盖的范围划分的，称为NAVAREA(Navigation Area)区域，把世界划分为16个航行警告区，每一区域都由一个指定的协调国负责。 WWNWS有3种不同的业务，即远海域、岸基和本地业务。国际间协调的航行警告有两种不同的业务：远海域的NAVAREA业务和岸基的NAVTEX业务。本地警告业务完全由本国主管部门协调完成。 我国在上海、广州、大连、福州、三亚建设了NAVTEX播发台，链状覆盖了我国沿海400海里以内的海域，已经开始在518kHz频率上播发航行警告和安全信息。我国自1986年开放用于船舶自动接收的NAVTEX业务，至1999年2月1日，所有从事国际国内航运的300GT以上的船舶均已安装了NAVTEX接收机，自动接收并打印出海岸电台播出的有关海上安全航行警告信息。 我国在上海、广州、大连、深圳、秦皇岛、烟台、营口等许多港口均已建立并开通了VTS系统，我国的船位报告系统可以覆盖渤海、黄海、东海和北纬4°以北的南中国海海域。我国GMDSS系统经历了多年的发展和建设，在系统建成实施后，在北京海事卫星地面站岸站的有效覆盖范围内，船舶遇险报警的成功率将达到99%以上；在地面无线电数选值班台(DSC)的有效覆盖范围之内，遇险报警的成功率将达到95%以上；在极轨道卫星搜救系统的有效覆盖范围内，船舶遇险报警的成功率将达到90%以上。这样，岸上的遇险与安全通信设施收到船舶遇险报警后，通过畅通的陆上搜救协调通信网，将在两分钟之内把报警信息传到当地的搜救中心或分中心，同时传给中国海上搜救中心，以便搜救机构在接到报警信息后尽快(30分钟左右)派出救助飞机和船舶或采取其他措施进行救援，使得我国的海上搜救效率提高到90%以上，基本达到了预期的海上救助目标。 海上通信技术发展的趋势宽带连接,全球互联新技术不断应用
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