導(dǎo)語：通信系統(tǒng)對(duì)漁業(yè)安全生產(chǎn)的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】為了提高海上通信的有效快捷，滿足漁業(yè)安全生產(chǎn)監(jiān)督管理，漁業(yè)信息傳遞，以及船岸、船員間的通信需求，開發(fā)短波多媒體通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用，可在不增加設(shè)備投入的情況下，實(shí)現(xiàn)海上互聯(lián)互通、漁業(yè)生產(chǎn)管理及安全救助，高質(zhì)量服務(wù)我國現(xiàn)代漁業(yè)發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】短波多媒體；海上通信；多模通信；漁業(yè)生產(chǎn)管理

我國是漁業(yè)大國，海洋漁業(yè)水域面積300多萬平方公里，截止2020年底全國共有漁業(yè)船舶56.33萬艘，漁業(yè)人口1720.77萬人。海上環(huán)境的復(fù)雜多變以及漁業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)，決定了海洋漁業(yè)常年被列入高危行業(yè)。近年來，雖然各級(jí)政府對(duì)漁業(yè)安全生產(chǎn)非常重視，采取了一系列措施，但海洋漁業(yè)安全形勢仍然十分嚴(yán)峻。海洋漁業(yè)通信是漁船與陸地、漁船間進(jìn)行信息交流的唯一途徑，是漁業(yè)安全管理與組織海難救助的必備手段，是漁業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。有效、快捷的通信是預(yù)防漁業(yè)安全事故發(fā)生、組織海上救援的根本保證，能夠最大限度地減少或避免人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。[1]

一、海洋漁業(yè)通信現(xiàn)狀

海洋漁業(yè)通信包含傳統(tǒng)短波、超短波通信和衛(wèi)星、移動(dòng)通信等現(xiàn)代通信方式：小動(dòng)力漁船上大部分都配裝了CDMA定位手機(jī)；所有具備安裝條件的漁船，全配備了漁用超短波電臺(tái)；遠(yuǎn)洋捕撈漁船，基本上都配備了短波電臺(tái)；部分漁船配裝了北斗衛(wèi)星定位通信終端。[2]目前，我國海上通信網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)初步的傳輸服務(wù)質(zhì)量保證，但與陸上通信相比，現(xiàn)階段海上無線電通信技術(shù)相對(duì)滯后，發(fā)展緩慢，無法滿足現(xiàn)代漁業(yè)生產(chǎn)、管理及安全救助的需要。[3-4]現(xiàn)有漁業(yè)通信系統(tǒng)存在以下弊端：1.船員之間無法及時(shí)通信，由于不同船舶加裝不同的通信設(shè)備，各設(shè)備之間因頻段不同無法互通，當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)無法及時(shí)進(jìn)行互相救助；2.無法完成漁業(yè)資源的實(shí)時(shí)監(jiān)測，漁船出海時(shí)無法使用公用網(wǎng)絡(luò)，只能在近海時(shí)才能把捕撈信息傳遞到岸上，導(dǎo)致在漁船返航前無法提前安排漁獲的銷售處理；3.船員信息無法實(shí)時(shí)監(jiān)測，船員遇險(xiǎn)后無法實(shí)時(shí)告警，岸上管理員也無法對(duì)船員的真實(shí)身份及動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)掌握；4.出海的船員無法與岸上家人朋友等通信。[6]根據(jù)海洋漁業(yè)通信需求，結(jié)合漁業(yè)生產(chǎn)、管理特點(diǎn)，我們開發(fā)了一套短波多媒體通信系統(tǒng)，可結(jié)合海上船舶、岸臺(tái)已有通信專用網(wǎng)絡(luò)，在不增加設(shè)備投入的情況下，實(shí)現(xiàn)海上互聯(lián)互通、漁業(yè)生產(chǎn)管理及安全救助，高質(zhì)量服務(wù)現(xiàn)代漁業(yè)發(fā)展。

二、系統(tǒng)組成

整個(gè)系統(tǒng)由岸臺(tái)電臺(tái)、船臺(tái)電臺(tái)、多模通信控制器、多模通信客戶端、多媒體客戶端、多模通信服務(wù)器、漁業(yè)資源管理服務(wù)器、船員信息管理服務(wù)器組成。其中，岸臺(tái)與船臺(tái)之間通過短波鏈路互通；多模通信控制器、多模通信客戶端、多媒體客戶端、多模通信服務(wù)器、漁業(yè)資源管理服務(wù)器、船員信息管理服務(wù)器之間通過INTERNET網(wǎng)絡(luò)互通；短波電臺(tái)、公網(wǎng)信息終端與多模通信控制器直接相連。系統(tǒng)整體架構(gòu)圖由圖1所示。岸臺(tái)多模通信控制器與船臺(tái)多模通信控制器均具有按照全球海上遇險(xiǎn)與安全系統(tǒng)（GMDSS）的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的調(diào)制解調(diào)功能，預(yù)設(shè)根據(jù)時(shí)間段、位置對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)信息，并且具有當(dāng)前位置采集功能，根據(jù)位置選擇頻點(diǎn)信息。船臺(tái)多模通信控制器可把數(shù)字信號(hào)調(diào)制后控制船臺(tái)電臺(tái)發(fā)給岸臺(tái)電臺(tái)，岸臺(tái)電臺(tái)收到信號(hào)后發(fā)送給岸臺(tái)多模通信控制器，岸臺(tái)多模通信控制器解調(diào)調(diào)制信號(hào)后再次獲得數(shù)字信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)基于短波鏈路的數(shù)字通信方法。當(dāng)船臺(tái)電臺(tái)要通信時(shí)，由船臺(tái)多模通信控制器經(jīng)由短波數(shù)字通信鏈路，向通信服務(wù)器獲取空閑通信信道，根據(jù)獲取的空閑信道，控制船臺(tái)電臺(tái)切換到該空閑信道完成通信。

三、實(shí)現(xiàn)方法

本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵在于突破短波的數(shù)字化技術(shù)。短波數(shù)字化技術(shù)主要是基于軟件無線電的思想，以ADC/DAC、CPU、DSP和FPGA為硬件支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)短波電臺(tái)的數(shù)字化、軟件化、模塊化。短波數(shù)字化技術(shù)的出現(xiàn)徹底顛覆了舊的過分依賴硬件設(shè)備的通信理念，使得人們可以更好地將數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用于短波通信新技術(shù)和新產(chǎn)品的開發(fā)。這種理念不但大大降低了產(chǎn)品的研發(fā)成本，更縮短了研發(fā)周期，使得短波通信技術(shù)的研究與應(yīng)用邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。短波數(shù)字化在海上通信領(lǐng)域有很大的應(yīng)用空間。對(duì)于未安裝DSC設(shè)備的船舶，可以以較低的成本享有DSC的功能；對(duì)遠(yuǎn)洋航行的船舶，可以通過短波來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、定位等，相較于衛(wèi)星通信可以大大降低費(fèi)用。另外，現(xiàn)在的短波通信設(shè)備功能都比較單一，而對(duì)于處理能力較強(qiáng)的數(shù)字通信設(shè)備如智能手機(jī)等，只要安裝不同的APP就可以實(shí)現(xiàn)不同的功能，滿足各種不同的需求，也可以根據(jù)特殊要求進(jìn)行個(gè)性化定制，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)短波多媒體。本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法如下：

（一）開發(fā)一種短波數(shù)字化軟件模塊，模塊具有以下特點(diǎn)

1.將數(shù)字基帶信號(hào)用軟件方式轉(zhuǎn)成音頻頻段的FSK調(diào)制信號(hào)，然后借助短波進(jìn)行傳輸。相比于傳統(tǒng)的短波模擬信號(hào)傳輸系統(tǒng)，可以將數(shù)字信號(hào)中的各種檢錯(cuò)、糾錯(cuò)技術(shù)，分集接收技術(shù)運(yùn)用其中，從而達(dá)到差錯(cuò)可控的目的。2.該模塊使用時(shí)間分集技術(shù)，可以降低接收信號(hào)的錯(cuò)誤率，提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?.運(yùn)用特殊編碼技術(shù)，在傳輸符號(hào)中加入校驗(yàn)比特位，能夠?qū)崿F(xiàn)傳輸符號(hào)的自檢測，借助出錯(cuò)自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)機(jī)制，達(dá)到自糾錯(cuò)功能。4.該模塊有兩種接收信號(hào)自糾錯(cuò)功能。一種是對(duì)連續(xù)接收的多個(gè)符號(hào)進(jìn)行垂直求和校驗(yàn)，結(jié)合符號(hào)內(nèi)的校驗(yàn)位，可以定位出錯(cuò)誤比特的位置，并進(jìn)行自動(dòng)糾正。另一種是基于時(shí)間分集技術(shù)，對(duì)兩次接收的同一符號(hào)進(jìn)行比對(duì)，結(jié)合垂直校驗(yàn)和，對(duì)出錯(cuò)符號(hào)直接舍棄。5.接收算法中采用變換域的方法，如快速傅里葉變換、離散傅里葉變換等對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，通過分析采樣信號(hào)的功率譜密度，來確定發(fā)射端發(fā)送的原始數(shù)字頻帶信號(hào)波形，進(jìn)而借助位同步技術(shù)來恢復(fù)出原始二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。6.該模塊還可以根據(jù)需要對(duì)原始模擬信號(hào)進(jìn)行短波數(shù)字傳輸，在接收端經(jīng)過數(shù)字解調(diào)和數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到原始模擬信號(hào)。7.能夠根據(jù)需要對(duì)各種電臺(tái)進(jìn)行兼容，即不同種類的電臺(tái)都可以實(shí)現(xiàn)短波數(shù)字化通信。8.為保證傳輸?shù)目煽啃?，本系統(tǒng)初版設(shè)計(jì)的傳輸速率為100bit/s，后期可以根據(jù)技術(shù)成熟度逐漸提高傳輸速率。9.模塊具有通用性，可以基于此來設(shè)計(jì)其他短波數(shù)字化應(yīng)用產(chǎn)品。

（二）數(shù)字化模塊內(nèi)部也采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括以下幾個(gè)子模塊

1.調(diào)制輸入模塊。該模塊作為數(shù)字化模塊的發(fā)射端入口，將輸入的數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成能直接控制波形產(chǎn)生的數(shù)字基帶信號(hào)，與此同時(shí)，校驗(yàn)位也在該模塊中產(chǎn)生，加入校驗(yàn)位的數(shù)字信號(hào)隨后發(fā)送給數(shù)字調(diào)制模塊處理。2.數(shù)字調(diào)制模塊。接收來自輸入模塊的數(shù)字基帶信號(hào)，以此作為數(shù)字調(diào)制信號(hào)，對(duì)信號(hào)發(fā)生器的音頻波形進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，得到攜帶了數(shù)字信號(hào)的波形信號(hào)，另外，同步位的產(chǎn)生和分集發(fā)送機(jī)制也是由該模塊負(fù)責(zé)。3.調(diào)制輸出模塊。該模塊依照控制器調(diào)度程序發(fā)來的控制信號(hào)，將已調(diào)信號(hào)按一定規(guī)則發(fā)送給電臺(tái)，電臺(tái)將信號(hào)處理后由天線發(fā)送到空間。4.解調(diào)輸入模塊。該模塊將電臺(tái)發(fā)來的波形信號(hào)進(jìn)行采樣，得到幅值連續(xù)、時(shí)間離散的模擬信號(hào)，經(jīng)歸一化處理后得到一系列十進(jìn)制數(shù)據(jù)。利用頻域處理算法，從這些數(shù)據(jù)中提取頻譜特征，然后交由解調(diào)模塊處理。5.解調(diào)模塊。該模塊用特殊的識(shí)別算法將解調(diào)輸入模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)，得到一系列二進(jìn)制位。根據(jù)差錯(cuò)校驗(yàn)規(guī)則，對(duì)得到的每一個(gè)符號(hào)進(jìn)行自檢，對(duì)多個(gè)符號(hào)進(jìn)行垂直校驗(yàn)，以及對(duì)分集接收符號(hào)進(jìn)行檢錯(cuò)與篩選，該模塊還有錯(cuò)誤請(qǐng)求重發(fā)功能，然后將正確信號(hào)發(fā)送給解調(diào)輸出模塊處理。6.解調(diào)輸出模塊。該模塊將解調(diào)出的二進(jìn)制信號(hào)去掉檢驗(yàn)位，提取出真正傳輸?shù)挠杏眯畔?，發(fā)送給上層調(diào)用模塊。7.以上功能實(shí)現(xiàn)后，可以根據(jù)需要在無線電管理部門規(guī)定的自由頻段內(nèi)，使用其他調(diào)制頻率。

（三）短波數(shù)字化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.控制器軟件設(shè)計(jì)?？刂破髯鳛槎滩〝?shù)字通信系統(tǒng)的指揮中心，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸控制、對(duì)電臺(tái)的控制等，能夠協(xié)調(diào)各功能模塊和電臺(tái)的收發(fā)過程有序進(jìn)行。2.控制器硬件設(shè)計(jì)?？刂破魇且慌_(tái)微型電腦，具有一定的處理能力、存儲(chǔ)能力，可以同時(shí)處理多個(gè)進(jìn)程，并且具有多種標(biāo)準(zhǔn)接口如USB、RS-232、RJ-45，音視頻接口等，能夠支持后續(xù)多種功能的擴(kuò)展，如外接顯示屏、一鍵通話（PTT）、耳機(jī)話筒等。另外，內(nèi)部布線要符合標(biāo)準(zhǔn)，避免信號(hào)干擾，模塊之間合理布局，能有效散熱，外形美觀，容易安置，盡量能夠安裝在標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)架上。3.兼容性設(shè)計(jì)。根據(jù)客戶需要，控制器軟件可以添加新型短波電臺(tái)，對(duì)不同電臺(tái)要實(shí)現(xiàn)透明化，即實(shí)現(xiàn)多種短波電臺(tái)無差別化通信。

四、功能介紹

該短波多媒體通信系統(tǒng)主要包括：與船臺(tái)多模通信控制器通過局域網(wǎng)連接的短波多媒體終端，與岸臺(tái)多模通信控制器通過INTERNET網(wǎng)絡(luò)連接的多模通信服務(wù)器、漁業(yè)資源管理服務(wù)器、船員信息管理服務(wù)器和多媒體客戶端。短波多媒體終端用于采集漁業(yè)資源信息并向船臺(tái)多模通信控制器發(fā)送、錄入船員信息并向船臺(tái)多模通信控制器發(fā)送、編輯船員給家人的信息并向船臺(tái)多模通信控制器發(fā)送、以及將對(duì)其他船員的呼叫請(qǐng)求向船臺(tái)多模通信控制器發(fā)送；漁業(yè)資源管理服務(wù)器用于保存漁業(yè)資源信息，并供用戶進(jìn)行信息檢索、調(diào)用；船員信息管理服務(wù)器用于保存和管理船員信息、對(duì)船員位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測；多模通信服務(wù)器用于利用公用網(wǎng)絡(luò)建立船員與家人之間的通信鏈路并傳送信息。[6]

（一）漁業(yè)資源采集管理

管理員通過短波多媒體終端采集漁業(yè)資源信息（漁獲物的種類、數(shù)量等）并發(fā)送給船臺(tái)多模通信控制器，船臺(tái)多模通信控制器控制船臺(tái)電臺(tái)發(fā)給岸臺(tái)電臺(tái)，岸臺(tái)電臺(tái)接收后發(fā)送給岸臺(tái)多模通信控制器，岸臺(tái)多模通信控制器將漁業(yè)資源信息解調(diào)后傳送至漁業(yè)資源管理服務(wù)器保存，供用戶統(tǒng)計(jì)、檢索。[6]

（二）船員信息管理

船員通過短波多媒體終端，將船員信息發(fā)送給船臺(tái)多模通信控制器，船臺(tái)多模通信控制器控制船臺(tái)電臺(tái)將信息發(fā)給岸臺(tái)電臺(tái)，岸臺(tái)電臺(tái)接收后發(fā)送給岸臺(tái)多模通信控制器，岸臺(tái)多模通信控制器將船員信息解調(diào)后，傳送至船員信息管理服務(wù)器保存并完成船員信息的統(tǒng)計(jì)、檢索以及實(shí)時(shí)監(jiān)測。船員信息的采集具體包括以下步驟：利用短波多媒體終端采集船員的登記信息，包括船員照片以及信息采集的時(shí)間、位置等；根據(jù)船員照片生成縮略圖，利用縮略圖以及信息采集的時(shí)間和位置，生成上報(bào)信息；從登記信息和上報(bào)信息中提取出特征信息，以用于驗(yàn)證信息是否發(fā)生篡改；對(duì)特征信息進(jìn)行加密，生成加密特征信息；利用登記信息和加密特征信息組合生成核查信息，并對(duì)核查信息賦予唯一的信息ID，保存在短波多媒體終端中；利用上報(bào)信息和加密特征信息組合生成記錄信息，上傳至船員信息管理服務(wù)器，進(jìn)行船員登記；記錄信息與核查信息具有相同的信息ID；登陸船員信息管理服務(wù)器查看保存的記錄信息，并在需要查詢某一記錄信息中的縮略圖所對(duì)應(yīng)的船員照片時(shí)，向短波多媒體終端發(fā)送請(qǐng)求，并向短波多媒體終端發(fā)送該記錄信息的信息ID；短波多媒體終端根據(jù)船員信息管理服務(wù)器發(fā)送的信息ID調(diào)取本地存儲(chǔ)的與之對(duì)應(yīng)的核查信息，發(fā)送至船員信息管理服務(wù)器，以對(duì)登記船員進(jìn)行核查。[6]

（三）船員與家人通信

船員在需要與家人通信時(shí)，通過短波多媒體終端編輯信息，在信息傳輸過程中，首先將信息發(fā)送給船臺(tái)多模通信控制器，船臺(tái)多模通信控制器判定為船員與家人的通信信息后，控制船臺(tái)電臺(tái)發(fā)給岸臺(tái)電臺(tái)，岸臺(tái)電臺(tái)接收后發(fā)送給岸臺(tái)多模通信控制器，岸臺(tái)多模通信控制器將信息解調(diào)后傳送至多模通信服務(wù)器，多模通信服務(wù)器通過公用網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給船員家人；船員家人使用公用網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息給多模通信控制器，多模通信服務(wù)器將信息發(fā)送至岸臺(tái)多模通信控制器，岸臺(tái)多模通信控制器控制岸臺(tái)電臺(tái)將信息傳送給船臺(tái)電臺(tái)，船臺(tái)電臺(tái)接收后將信息發(fā)送給船臺(tái)多模通信控制器，船臺(tái)多模通信控制器將信息解調(diào)后發(fā)送給船員的短波多媒體終端。[6]

（四）船員與船員的通信

船員通過短波多媒體終端向船臺(tái)多模通信控制器發(fā)送呼叫請(qǐng)求，船臺(tái)多模通信控制器接收呼叫請(qǐng)求后向目標(biāo)船員發(fā)送，目標(biāo)船員的短波多媒體終端接收到呼叫請(qǐng)求后，向船臺(tái)多模通信控制器發(fā)送請(qǐng)求應(yīng)答，船臺(tái)多模通信控制器將請(qǐng)求應(yīng)答發(fā)送給船員的短波多媒體終端，完成船員之間的通信。船臺(tái)多模通信控制器預(yù)先定義好通信組的成員信息，船員的短波多媒體終端定時(shí)向船臺(tái)多模通信控制器發(fā)心跳信息，船臺(tái)多模通信控制器根據(jù)收到的短波多媒體終端的心跳信息記錄短波多媒體終端的狀態(tài)信息（通信地址、工作狀態(tài)）；船臺(tái)多模通信控制器根據(jù)收到的業(yè)務(wù)信息的目標(biāo)信息獲取目標(biāo)的地址信息，如果目標(biāo)是單呼目標(biāo)，獲取單呼目標(biāo)地址，把信息發(fā)給目標(biāo)，如果目標(biāo)為組ID，獲取此組中包含的成員，然后獲取成員的目標(biāo)地址，把成員信息發(fā)給目標(biāo)。[6]

五、結(jié)束語

我國沿海常年受臺(tái)風(fēng)、寒潮、濃霧等惡劣天氣影響，對(duì)漁業(yè)安全生產(chǎn)極為不利。漁船數(shù)量多、作業(yè)范圍廣、通信裝備落后等現(xiàn)狀，使其風(fēng)險(xiǎn)程度亦遠(yuǎn)高于其他行業(yè)，岸船之間的通信不暢始終是漁業(yè)安全生產(chǎn)管理的薄弱環(huán)節(jié)。短波通信因抗摧毀能力強(qiáng)，無需建立中繼站便可傳輸數(shù)萬公里等優(yōu)點(diǎn)，在海上通信中具有不可替代的作用。[5]短波多媒體通信系統(tǒng)的開發(fā)，可將語音、文本、圖像等數(shù)據(jù)通過短波鏈路進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，可為出海作業(yè)的漁民提供氣象、漁汛、漁獲物銷售及親情聯(lián)絡(luò)等各種定制化服務(wù)。對(duì)船只和船員的實(shí)時(shí)定位，可以從根本上解決海上災(zāi)害救援、船員精細(xì)化管理等難題，并可對(duì)越界捕撈等違法行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管。該系統(tǒng)的應(yīng)用必將在海洋漁業(yè)生產(chǎn)、管理、海上災(zāi)害組織救援等工作中發(fā)揮巨大作用，進(jìn)一步提高我國漁業(yè)現(xiàn)代化水平，使?jié)O業(yè)安全生產(chǎn)及監(jiān)督管理等決策的準(zhǔn)確性、科學(xué)性、時(shí)效性得到全面提升。

參考文獻(xiàn)

[1]李振龍.現(xiàn)代通信技術(shù)服務(wù)漁業(yè)安全.中國水產(chǎn)[J],2005(7):11-13.

[2]田誠,馬匯文,姚玉霞.漁業(yè)安全救助信息系統(tǒng)建設(shè)和系統(tǒng)終端管理的分析與建議[J].中國水產(chǎn),2012(7),33-34.

[3]交通運(yùn)輸部中國海上搜救中心.衛(wèi)星通信在海上搜救工作中的應(yīng)用介紹[C]//2008災(zāi)害應(yīng)急與衛(wèi)星應(yīng)用研討會(huì)文集.北京:中國通信學(xué)會(huì),2008:5-9.

[4]蔣冰,鄭藝,華彥寧等.海上應(yīng)急通信技術(shù)研究進(jìn)展[J].科技導(dǎo)報(bào),2018,36(6):28-39.

[5]郭凌云.數(shù)字化短波電臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安電子科技大學(xué),2012.

[6]宋道建,董文帥,史元洪.一種短波多媒體通信系統(tǒng)及其通信方法[P].山東?。篊N111224987A,2020-06-02.

作者：張念華 徐浩 王光峻 宋道建 史元洪