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随着通信技术和计算机技术的不断进步,船舶助航设备正在向自动化、智能化和数字化的方向发展,船舶自动识别系统(AIS)就是在这一背景下出现的,该系统是在海事VHF频段,采用GMSK/FM调制,以SOTDMA(自组织时分多址)方式发射船位、航速、航向、船名、识别码、船长、船宽等船舶动静态数据的船载自动识别系统。AIS的目的是提高安装船舶的航行安全,减少船舶碰撞的可能性,帮助搜救船舶更好、更快的完成海上救助任务。我国是航运大国,拥有漫长的海岸线,AIS在我国有着广阔的应用前景。因此研制拥有自主知识产权的AIS系统不仅可以促进我国航海科技的发展,还可以为国家节省大量的外汇,具有十分重要的意义。
ARM处理器的广泛应用及射频集成电路(RFIC)的迅速发展,为AIS的设计提供了新的思路。本文根据国际海事组织(IMO)有关标准,结合ARM处理器的结构和特点,充分利用现有的各种功能的射频集成电路,进行了以三星的S3C44B0X微处理器为核心的通用船载自动识别系统的设计。
本设计中硬件部分主要包括基于ARM处理器的嵌入式硬件平台和VHF无线收发机两部分。嵌入式硬件平台以两块ARM7芯片S3C44B0X作为本系统的微处理器,其中一块完成对AIS专用基带信号处理器CMX910的控制及SOTDMA组网的实现,另一块作为系统主处理单元完成对系统中其他各个模块的控制及相关数据的处理;同时该硬件平台还扩展了SDRAM,Flash&EEPROM存储,电源,复位,串行接口,GPS接收机等模块。VHF无线收发机由VHF发射机、VHF接收机及RF开关三部分组成,发射机使用IQ正交调制器U2793B、驱动放大器RF2361和功放模块RA35H1516M将基带信号调制成射频信号并发射出去;接收机由中频接收器MAX2306、低噪声放大器(LNA)WHM02AE、宽带放大器ERA-8SM及功率检测电路等部分组成,完成将天线接收到韵射频信号解调成系统需要的基带信号;RF开关使用PIN二极管设计,完成VHF天线的收发转换。本文中使用Protel99SE软件实现了上述硬件电路的详细原理图并绘制了PCB板图。
软件方面,本文基于ARM集成开发工具ARM Developer Suite(ADS1.2),采用模块化设计,编写了系统初始化程序,AIS数据处理程序,AIS信息编解码程序,GPS信息解码程序,IIC总线通信程序,主机与显示器通信程序等相关程序。
通过测试和现场试用表明本文设计的AIS系统的各种性能指标基本达到国际海事组织(IMO)有关标准规定的要求,达到了设计的预期目标。