第6章船用VHF通信设备

第6章船用VHF通信设备第6章船用VHF通信设备6.1VHF无线电通信设备及频率6.2VHF收发机6.3双值守原理与要求6.4VHFEPIRB6.1VHF无线电通信设备及频率6.1VHF无线电通信设备的分类1.水上近距离无线电通信•甚高频只能直线传播，受视距限制，理论上约100海里，实际正常范围20~30海里左右。•为避免相互干扰，一般限制发射功率：船台：25W/1W2.工作频段为156—174MHz•频率f：156M~174MHz•波长λ=c/f=3*108/156M~174MHz=1.72~1.92m≈2m•天线体积小，安装方便。3.可实现通信：•A1海区：船←→岸无线电通信•船←→船通信（驾驶台之间）•现场通信（搜救作业）船舶VHF无线电通信设备分类：•VHF、VHFDSC和双向VHF无线电话通信设备VHF无线电设备的配备要求根据1988年SOLAS公约修正案要求：•海上船舶必须配备——具有无线电话和数字选择性呼叫（DSC）通信功能的甚高频(VHF)无线电通信设备•船舶还应配备3台(300一500总吨船舶可以配备2台)救生艇筏上使用的双向VHF无线电话通信设备•对仅航行在A1海区的船舶可以配备VHFCH70EPIRB，用以代替卫星EPIRB实现遇险报警。6.1.2VHF设备的主要功能•港口引航业务、船舶动态业务通信。•公众通信。在A1海区船舶能通过该海区的VHF海岸电台和陆上电话网用户进行通信。•驾驶台对驾驶台通信。实现船舶操作、安全避让、船舶移动等通信。•近距离搜救协调通信，搜救现场通信。海上VHF通信波段CH16信道是无线电话遇险和安全频率。•VHFCH16信道的值守。1.VHF无线电台通信功能2.VHF—DSC呼叫功能•遇险报警、遇险收妥、遇险转发。•紧急、安全、常规呼叫。•打直拨电话（在A1海区可以实现船经岸与陆上电话网用户的自动连接。）•自动值守（VHFCH70DSC值守机）。注：VHF—DSC的专用信道——VHFCH70信道6.1.3VHF通信的特点1．传播距离较近，通信范围受限。1）2）3）4）5）信号主要以空间波形式直线传播。地球表面的曲率效应，致使传输距离取决于收、发天线的架设高度。通信距离极限值小于100nmile，正常值约为25nmile。比较适合建立以岸台为中心的近距离蜂窝式通信网。一般规定，岸台发射机的额定功率不应超过50W。船台发射机的额定功率不应超过25W。一般在6～25w之间，并应能减小到≤1w。2．信号波长短，设备天线尺寸小：3．具有较强的抗干扰能力：船用VHF工作在156～174MHz范围，波长小于2m，故天线尺寸也小，船台易于架设在桅杆或烟囱顶上，岸台易于采用方向性很强的定向天线。因为调频接收机中，输出信噪比与调制指数mf有关。mf加大，输出信噪比也增大。mf=△fmax/Fmaxmf＞1时,宽带调频.B=2(mf+1)Fmax=2(△fmax+Fmax)mf≤1时,窄带调频.B=2Fmaxu4．由于VHF调频接收机存在门限效应接收机中必须引入静噪电路•5．信号占用的频带宽Bfm=2(mf+1)Fmax=2(△fmax+Fmax)》Bam门限效应：是指当Si/Ni低于门限时，其So/No明显下降，使扬声器中出现S/N恶化的现象。为保持工作环境的安宁，当Si/Ni低于门限时，应切断扬声器的输出；而当Si/Ni高于门限时，再恢复扬声器的输出。这就是静噪电路的作用，该电路放在解调之后。这是调频制的缺陷所在，采用调频传输虽然提高了通信质量，但却降低了频率资源的利用率。6.1.4VHF通信工作种类和方式1．工作种类1）2）CCIR建议：调频（调相）单路无线电话，用F3E（G3E）表示。利用副载波调制的单路调频（调相）自动接收报，用F2B（G2B）表示。在VHF波段进行DSC或NBDP通信时，要求终端设备输出和输入的信号，应是以1700Hz为副载波、频移为±400Hz、调制速率为1200波特的移频键控信号。码元宽度=1000/1200=0.833s“0”对应较高频率1700+400HZ=2100HZ空号“1”对应较低频率1700-400HZ=1300HZ传号2．工作方式有、和三种。1）单工方式①②单工双工半双工按CCIR建议，水上VHF通信中船舶间的通信只能使用同频单工方式。船用设备的单工操作由话筒上的PTT开关控制。发则不收，收则不发。2）双工方式通信时双方必须分别使用两个不同频率同时进行发射和接收。导线，去接收机导线，去发射机导体弹簧常闭触电常开触电绝缘体按钮PTT示意图3）半双工方式①②③④按规定，在水上VHF通信中船台与岸台间并通过岸台转接到公众通信网用户的通信，只能使用双工方式。为节能和减少不必要的电磁辐射，通信中船台仍然采用受控发射，但却一直处于接收状态。因此，此种方式也被称为半双工或准双工工作方式。船岸间为港口工作或船舶动态业务进行的通信，可以使用同频单工方式，也可使用异频准双工方式。岸台采用船台设备时，则只能使用同频单工方式与船台通信。6.1.5水上移动通信VHF频道的划分与使用①CCIR指配的船岸频率：水上VHF频率156---174MHz船台发射频段：岸台发射频段：②收发频率间隔：③频道划分：④CH16：156.025～157.425MHz156.050～162.025MHz4.6MHz，相邻信道间隔为25kHz。共划分出57个频道，频道号为1～28和60～88，其中单工频道20个，双工频道35个，保护频道2个。88以上为私人频道。如美国各港口设置的USA信道等。（156.8MHz）指定为VHF无线电话国际遇险与安全通信频道；⑤CH70：⑥保护频道：⑦CH06：⑧CH13：⑨CH87和CH88：（156.525MHz）指定为VHFDSC国际遇险与安全呼叫频道；CH75和CH76为CH16的保护频道；156.800±0.025用于国际航行船舶间导航和避让操作；两个单工频道用于提供海上作业船舶的自动识别和监视系统（AIS）的工作频道。用于国内航行船舶间导航和避让操作，也可用于从事协调搜救作业的船舶电台和飞机电台之间的通信；1．组成方框图双工器接发收射机机控制单元面板单元显示器话筒DSC终端扬声器6.1.6VHF船台的一般组成和主要功能与性能要求2．各组成部分的主要作用1）双工器作用：位置：为使双工工作时收发机仍能使用同一天线，必须利用双工器对收、发信号进行隔离，以保证通信时接收机不受本台发射信号的干扰或损坏。双工器连接在天线、发射机和双工工作的接收机之间。2）控制单元3）发射机单元主要由CPU组成。分别与面板单元、DSC单元、双工器和收发机相连，完成对整机的操作及通信控制。其作用是对话音信号进行处理和调制，向天线输送大功率的调频波，实现无线电波的发射。4）接收机单元①②5）面板单元其作用是将来自天线的已调高频波进行频率变换、信号放大及解调，最终将其还原为原始音频信号，以实现信息的接收。解调后的话音信号经静噪电路和去加重处理后，送入低频功率放大器进行功率放大，以推动耳机、扬声器等相关终端设备工作。主要由单片机和音频处理电路组成，与显示器、扬声器以及送受话器等外设构成对整机的操作控制。GMDSS对VHF设备的技术要求•具有遇险、紧急与安全，船舶业务和常规业务呼叫与话音通信功能•满足控制与显示要求•信道切换时间小于5s，收发转换时间小于0.3s。•电台工作期间，不会因天线的开路或短路而损坏。•开机1mins内工作。•具有DSC和双值守功能。•信道切换期间不能发射；收发控制不会引发无用辐射。•船用VHF的最大频偏为5KHz。•海上VHF的容许频率误差为10×10-6•船用VHF接收机灵敏度应优于1μV。第6章船用VHF通信设备6.1VHF无线电通信设备及频率6.2VHF收发机6.3双值守原理与要求6.4VHFEPIRB6.2VHF收发机组成•6.2.1VHF发射机组成音频电路直接调频晶体振荡器混频驱动功放频率合成器直接调频方式调相倍频驱动功放频率合成器音频电路变换网络间接调频方式•限幅：–选取适当的调频指数•预加重电路–f↑,S↓,N↑,S/N↓,mf↓,抗干扰能力↓–作用：人为地提高音频信号频谱中高频端的信噪比–组成：RC微分电路–接收端需加去加重电路•低通滤波器：–限幅带来高次谐波，防止边带频谱扩宽音频电路预加重低通滤波器限幅语音放大6.2.2VHF调频接收机•组成高放一混二混中放限幅鉴频静噪去加重音放二本振合成器VHF接收机框图静噪电路•作用：–无信号或收到的电平很微弱时，因门限效应，输出S/N急剧下降，自动将低频放大器闭锁，从而使接收机不能在扬声器中输出“沙沙”的噪声，保持驾驶台安静。•组成：静噪电路框图静噪开关限幅鉴频去加重音放噪声提取噪声放大噪声检波直流放大第6章船用VHF通信设备6.1VHF无线电通信设备及频率6.2VHF收发机6.3双值守原理与要求6.4VHFEPIRB•根据SOLAS公约要求，船舶在海上航行要保持在VHFCH16信道上连续值守，为此要求VHF无线电设备要具有双值守功能，使接收机能同时守听两个信道。–即某一频道与CH16双值守，具有选择优先信道(海上VHF的优先信道为CH16)的特性。–双值守功能可人工启或关闭，即使已开启双值守功能，一旦拿下送受话器，该功能将自动关闭；而挂上送受话器，该功能又自动恢复到启动状态。–双值守功能开启期间，所有被扫描信道号应能同时显示出来。对收到信号的信道号有显示。•双值守电路：多谐振荡器和自动电子转换开关。6.3双值守原理与要求双值守原理•在双信道守听时，每隔1s或更短的时间间隔，应检查VHFCH16信道。如果CH16信道出现信号，接收机立即锁定到此信道，直到CH16的信号消失，在自动返回另一信道。DWCH16CH160.1s1S1SCH080.9sCH16有信号第6章船用VHF通信设备6.1VHF无线电通信设备及频率6.2VHF收发机6.3双值守原理与要求6.4VHFEPIRB6.4VHFEPIRB1.概述1)2)按GMDSS船用设备配备要求，在A1海区航行的船舶，可配备1台VHFEPIRB，包括用于寻位的9GHzSART，以代替COSPAS-SARSAT系统406MHzEPIRB。使用VHFEPIRB在VHFCH70上发射DSC报警信号，作为船对岸的报警，必须要求岸台建立起相应的接收台，并做到对A1海区的完全覆盖。一旦有关岸台接收到DSC报警信号，应能立即将此信息转往有关的RCC，并由RCC及时采取有效的搜救措施。3.发射序列的内容①②③④VHFEPIRB只能提供遇险船识别码、遇险船位和时间。在其发射的呼叫序列中，格式符为“遇险呼叫”，自识别为9位MMSI码，由销售商根据船舶分配的识别码写入。遇险性质为“EPIRB发射”。当EPIRB与GPS连接时，遇险船位和遇险时间由GPS连续注入和修改。但当EPIRB未与GPS相连时，遇险船位和遇险时间分别用10个“9”和4个“8”来填充。⑤⑥电文中通信指令表明后续遇险通信使用的工作种类。具体内容视船舶设备的配备情况，由销售商出售时写入。一般设定为VHFCH16电话通信，但特殊情况也可选择使用NBDP的ARQ方式进行。VHFEPIRB每次发射由5个DSC序列组成，相邻两次发射的时间间隔为(230+10n)s，其中n为重复发射的次数。如第一次重发，则n=1。4.VHFEPIRB基本组成VHFEPIRB实际上是一个有发射能力的单通道DSC报警设备。它包括一个DSC程序处理器、主振、调制器、功放、电源、水敏开关以及与GPS接收机相连的接口电路，如下图所示。调制器主振功放GPS水敏开关程序处理器接口电源控制电池框图2.VHFEPIRB的主要技术指标：①工作频率:②频率容限：③输出功率:④CH70(156.525MHz)小于10ｘ10-6即瞬时频率偏离标称频率的最大值为频率容限，一般用相对值表示。100mW入水后必须能自动浮起并在浮起时自动启动，也可人工启动。归纳起来，①②在正常航行中，通过接口电路存储器中的船位数据可以不断的得以注入和修正。VHF-EPIRB的遇险呼叫序列