衛星AIS

衛星AIS是一種船舶定位技術，通過低軌道的衛星接收船舶傳送的AIS報文信息，衛星將接收和解碼AIS報文信息轉發給相應的地球站，從而讓陸地管理機構掌握船舶的相關動態信息，實現對遠海海域航行船舶的監控。

基本介紹

• 中文名：衛星AIS
• 類別：套用技術
• 信息：航海
• 類型：船舶定位
• 運行軌道：低軌道（高度600 km到1000 km)
• 套用年代：20世紀年代

簡介

衛星AIS概念

衛星AIS背景

AIS誕生於20世紀90年代，是集現代通信、網路和信息技術於一體的多門類高科技新型航海助航設備和安全信息系統，其主要目的是方便船船間和船岸間進行航行數據的交換，以增強航行安全和對海難事件的監控。

人們不斷地發展遠距離探測技術來加強對遠離陸地航行船舶的跟蹤探測。在國際上，幾年前美國、挪威等國家就開始了對衛星探測AIS技術的研究，並在ITU和IMO相關分委會框架下提出了使用衛星探測船載AIS信息的議案。

探測方法

衛星探測AIS

從概念上講，衛星探測AIS即使用一顆或者多顆低軌道的衛星(衛星軌道高度在600 km到1000 km)，在這些衛星上面搭載AIS收發機來接收和解碼AIS報文並將信息轉發給相應的地球站，從而讓陸地管理機構掌握船舶的相關動態信息。衛星AIS系統主要用於傳輸AIS報文信息，以短訊息數據傳輸為主。且運行衛星數量較少，屬於低軌小衛星系統。

衛星轉發AIS過程

從小衛星提供的通信業務來劃分。衛星AIS屬於非實時通信系統。系統對船舶位置的覆蓋不是一直持續的。要實現系統全球範圍的覆蓋並保證一定數量地球站的使用，有必要使用存儲轉發技術來傳輸AIS數據。即用戶傳送的報文在衛星上解調/解碼，若信宿站就在當前衛星覆蓋範圍內，檔案就被立即轉發到信宿站，否則檔案將由衛星固態存儲器保存。等待衛星飛臨信宿站上空時再被轉發。在衛星覆蓋區內，系統用戶間可以實時地進行通信並下載數據。

衛星探測AIS同傳統的船船之間或船岸AIS探測之間在一些關鍵的技術參數上存在著不同。比如：接收機靈敏度，天線增益和可靠性要求等等。

除此之外。人們對衛星探測AIS的性能要求同陸地系統也不同：傳統AIS主要是為了實時可靠地成功接收和解碼收到的報文：而對使用衛星探測AIS來監控船舶，不需要有那么高的可靠性，對於距離海岸幾百海里的船舶，每小時更新一次位置已經足夠。

對於更遠海域的船舶。每4小時更新一次船位已經足夠。衛星探測AIS技術在國際上一經提出。就引起了廣泛的關注，在MSC85和MSC86會議上，許多代表團對任何人均可以接收並使用AIS信息特別是信息被用作商業用途表示關註：同時還非常關注A類船載AIS設備的改造要求，需要專門在現有VHF頻段內分配無線電頻段，即與GMDSS遇險16頻道相鄰的頻道；以及將該問題納入IMO的電子航海戰略的研究等問題。另有一些國家認為IMO正在建設LRIT系統。發展衛星探測AIS是否存在重複建設表示質疑。

美國則認為衛星探測AIS的理念和技術仍在初始萌芽階段，但應作為加強海上安全和保全的另一手段。美國強調衛星探測AIS不能代替LRIT。而是對LRIT的補充、輔助。

對此。我國代表提醒會議充分注意衛星探測AIS可能給船舶安全和保全帶來的負面影響：並提議需要進一步論證開展衛星探測AIS的可行性和必要性，尤其是衛星獲得AIS信息用於商業目的的潛在危害，以及對LRIT系統的不利影響等；應先深入進行相關研究，根據研究結果，視其必要，按照新工作項目程式開展下一步工作。

MSC委員會最終決定，可支持由ITU繼續該項研究，但須注意與LRIT的關係、安全保密和數據收集散發等方面的內容。在此階段IMO不做任何承諾，待ITU的研究結果後再做決定。

結構功能

衛星AIS系統的核心結構功能

船站、衛星、地面站是構成衛星AIS系統的主要組成部分，三者分別對應船載地面移動站、星載通信有效載荷單元、地面固定岸站。其中扮演著核心角色的部分應該是星載通信有效載荷單元，它應該具有系統網路管理、星曆管理、報文存儲與轉發以及信令管理等功能。

低軌道衛星

(1)網路資源管理：主要完成網路通信資源，如信令信道以及信息信道等資源的狀態檢測，以及資源的按需分配：並從接收到的AIS報文中將不需要的報文信息、冗餘信息以及其他干擾信息剔除。

(2)報文存儲與轉發：在接收到報文後，查看信宿站是否正處在覆蓋區內。如果是。則將報文信息轉發給它：如果不是。則對需要在衛星暫存的AIS報文進行所需存儲空間的分配、維護和回收，等信宿站進入到衛星覆蓋區的時候再將存儲信息傳送給它。

(3)信令管理：代替系統網路中心的功能，負責用於通信、控制及管理的全部信令的管理。

(4)星曆管理：根據衛星的軌道參數和運行時間建立衛星星下點地理位置和時間的映射關係。並將星曆情況通過下行的信令信道廣播給當前覆蓋區的所有用戶。以幫助這些AIS用戶終端進行衛星位置預報和通信時問估計。進行區域防調。防止用戶同時群發報文造成時隙衝突引起報文丟失。

(5)全網時鐘源：通過傳送信令幀對覆蓋區內的AIS用戶終端進行廣播，以幫助這些用戶終端建立同步。

性能特點

衛星AIS系統性能特點分析

衛星AIS技術的性能特點。主要從以下幾個方面進行總結：

(1)報文內容：衛星AIS收集到的數據信息至少包括：MMSI和船舶信息、航行狀態信息、位置信息、航速和航向等。

(2)時間間隔：衛星AIS報告的時間間隙為幾分鐘或者幾個小時。這取決於衛星AIS系統的複雜性和設計情況以及海區船舶的密度。衛星AIS不能保證在任何環境下都能立刻獲取數據。因為衛星星座設定和目標船舶環境會延遲信息收集。有時達半個小時。

(3)數據可靠性：衛星探測AIS的一個特點在於可以探測不合作的用戶(在AIS頻道傳輸假數據，特別是傳輸假位置信息)，系統基於都卜勒頻移對衛星接收到的信號進行分析處理，可以進行核實，從而判斷該信號是否發自報文中提供的位置。

(4)數據獲取許可權：衛星探測AIS訊息的另一個特點就是全球開放性服務。不同於點對點的系統，人們可以簡單迅速地接收配備A類設備的船舶傳送的AIS數據。這樣一來，數據的安全性就相對差一些。用戶可以自由獲取並使用接收到的AIS信號。包括潛在的商業用途，這可能會對船舶保全帶來一定的負面影響。

(5)後續套用：衛星AIS獲取的數據類似於傳統的AIS數據。陸地上的監控系統中已經普遍融合了AIS系統。由於衛星AIS數據類似於傳統的AIS數據，經過簡單修改就可以加入到岸站收集到的數據中，從而容易地整合到現有的使用AIS數據的海事交通監管系統中去。方便後續套用。

衛星AIS作為跟蹤系統具有以下一些特點：

(1)高質量的服務：提供的內容信息豐富，並且能夠檢查船舶傳送的位置信息的完整性。

(2)對用戶限制少：衛星AIS不是點對點系統，用戶不需要支付任何電信費用。

(3)覆蓋面廣：系統可以達到全球覆蓋，包括極地區域。

(4)衛星AIS不是要取代LRIT，而是要補充完善它。LRIT是點對點通信工具，用於獲取信息和監控：衛星AIS則是全球跟蹤，用於船隊管理。

發展方向

衛星AIS發展方向的研究

衛星AIS發展技術問題的研究

美同、加拿大等一些技術先進的圍家早已加入到對該技術的研究中去。加拿大的COM DEV公司在2008年就已經實驗成功利用衛星AIS接收報文。從技術的角度上講。衛星探測AIS技術已經取得了不小的進展。但是使用衛星探測AIS在技術上存在著較突出的難題，即報文相互衝突的問題。由於衛星天線覆蓋面積太大。這樣覆蓋區域內的AIS信號在被接收時會發生時隙衝突，造成報文丟失，使得衛星成功探測並解碼AIS報文的機率減小，尤其在船舶密度較大的區域探測效果不甚理想。對此。考慮的解決辦法有兩種：一是增添新的頻道作為專用的衛星AIS傳輸信道，可用的兩個頻道是VHF75(156.775MHz)和VHF76(156.825MHz)頻道，但是這些頻道與VHFl6國際遇險安全通信頻道相鄰，擔心這會和VHFl6頻道產生干擾。二是對現有的AIS設備進行升級改造，雖然對於大部分設備都是軟體升級。但這個過程可能會比較麻煩。需要進一步驗證這兩種方法的可行性。同時也需要探尋其他可行的解決方法。

衛星AIS套用方向的研究

開展套用研究。主要是分析衛星探測AIS技術的潛在套用方向，即該技術可以套用於哪些方面，並能夠給航運業帶來積極的影響。

例如：

船隊管理方面

由於船岸通信距離和通信設施等因素的影響，岸基難以及時有效地監督船舶的航行動態，並對船舶營運做出及時的管理和指導。這一直是困擾航運業的難題。而衛星探測AIS技術的出發點就是為了實現船舶遠距離監控，可以考慮利用該技術自身的特點研究建立船舶AIS數據中心，獲取船舶信息。從而掌握船舶動態，實現船舶全球監控。獲取到充分的船舶信息是實施船隊管理的關鍵。因此在開展後續套用研究時，應該要把地面站控制中心的建設以及地面數據中心系統的開發與研製作為主要研究方向，並考慮數據倉庫技術等海量數據存儲工具，以便信息能夠有效地被地面接收和存儲。

遠洋船隊管理

數據的分析利用方面

作為通信信息系統來說，信息是關注的重點。而從這些原始數據中挖掘到有價值的信息更為關鍵。在這個環節，要加強對相關的數據挖掘算法及軟體的研究與開發上，對AIS數據進行分析，挖掘出航運和經貿方面的有關信息。以供人們對國際航運動態及時進行恰當評估。

信息安全方面

衛星探測AIS信息的一個特點就是全球開放性服務，用戶可以自由獲取並使用接收到的AIS信號。但信息的公開就會影響到數據的安全。可能會對船舶保全帶來一定的負面影響。建議開展對衛星通信群組機密性方面的課題研究。嘗試對衛星AIS數據的可用性進行設定，戈U定數據的保密等級，並對用戶許可權進行授權。根據不同許可權提供不同級別的數據，以便保護用戶的商業需求以及海事管理機構的國家需求。

衛星AIS與LRIT之間的關係

LRIT系統已於2009年6月30日起正式實施。二者之間到底是什麼關係，是相互影響，還是相互補充。雖然二者都能夠實現船舶的遠距離跟蹤探測，但是由於所用通信設施、技術的不同，二者還存在很大差異。在傳輸報文內容、時問間隔、數據可靠性及許可權等方面各有不同，尤其在報文內容方面，LRIT系統由於其較少的傳輸信息量限制了它的套用范嗣，而相比之下，衛星AIS傳輸的信息種類要多一些，這就意味著其套用范同更廣。在具體套用方面，需要深入探討其可行的套用範圍，再結合LRIT系統的運行使用情況進行對比分析。才能對衛星AIS和LRIT之間的關係做出最恰當的論斷。

套用服務

衛星AIS提供商

ORBCOMM和Norsk Romsenter是衛星提供商，各自擁有低軌衛星接收AIS數據；BolooMo是衛星AIS數據提供商和套用提供商，通過其軟體產品BLM-Shipping提供基於衛星AIS數據的套用和服務，包括船隊管理，遠洋船舶定位與追蹤，AIS歷史軌跡查詢，目的港與目的航線預測等。