船舶交通管理系統(tǒng)

船舶交通管理系統(tǒng)第一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五

第二章VHF通信子系統(tǒng)§2.1概述一、主要作用提供VTS中心與其管理水域內(nèi)的船舶間的正常、有效的通信聯(lián)系。第二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五二、系統(tǒng)的組成公眾網(wǎng)VTS中心VHF收發(fā)機(jī)VHF通信規(guī)則系統(tǒng)工作程序第三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五三、為何采用VHF通信子系統(tǒng)1、通信距離適合VTS管理水域范圍；2、電波傳播穩(wěn)定；3、設(shè)備體積小、頻帶寬、費(fèi)用低。四、主要業(yè)務(wù)及服務(wù)對(duì)象1、海上安全業(yè)務(wù)；2、呼叫業(yè)務(wù)3、港區(qū)工作業(yè)務(wù)；4、船舶移動(dòng)業(yè)務(wù)；5、公眾通信業(yè)務(wù)。服務(wù)對(duì)象：VTS管理水域內(nèi)的所有具備VHF通信能力的船舶。第四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五1、系統(tǒng)構(gòu)成、設(shè)備性能及系統(tǒng)工作程序應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)、建議和報(bào)告；五、基本要求1）國際電信聯(lián)盟（ITU）的《無線電規(guī)則》；2）國際無線電咨詢委員會(huì)（CCIR）的建議和報(bào)告；3）IMO《國際海上人命安全公約》；4）國際海事組織的《VTS指南》中的有關(guān)章節(jié)。3、服務(wù)范圍應(yīng)覆蓋VTS的管理水域。2、能夠24小時(shí)連續(xù)工作；第五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五1、單工（單頻）方式六、通信方式特點(diǎn)：設(shè)備簡單，功耗小。但操作不便，在同一地區(qū)多個(gè)電臺(tái)使用臨近頻率時(shí)，相距較近的電臺(tái)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。要求同一電臺(tái)的收發(fā)機(jī)或者使用兩副天線，或者使用一幅天線加上天線雙工器。2、雙工（雙頻）方式特點(diǎn)：與普通電話使用相似，操作方便，但功耗大第六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五§2.2VHF通信子系統(tǒng)的設(shè)備組成及技術(shù)性能一、設(shè)備組成IDF中間配線盤IDF錄音機(jī)MBX交換機(jī)遙控臺(tái)VHF控制臺(tái)天線公用器VHFTX1（1+1）VHFTX2（1+1）VHFTX5（1+1）VHFRX（5+5）…專用擴(kuò)展線公眾電話網(wǎng)第七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五數(shù)字自動(dòng)交換機(jī)/話路分配陣列通信面板1數(shù)字微波線路DDN線路系統(tǒng)維護(hù)和話音記錄服務(wù)器天線天線LAN天線本地VHF收發(fā)機(jī)遙遠(yuǎn)VHF收發(fā)機(jī)遙遠(yuǎn)VHF收發(fā)機(jī)通信面板2通信面板3通信面板4……通信面板n數(shù)字微波第八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五二、系統(tǒng)主要性能指標(biāo)1、系統(tǒng)性能指標(biāo)1)環(huán)境適應(yīng)性保證性能溫度：0oC~+50oC；保證工作溫度：-10oC~+55oC；運(yùn)輸和儲(chǔ)存溫度：-20oC~+60oC；相對(duì)濕度：+35oC時(shí)，95%以下。2)系統(tǒng)可靠性MTBF:20000小時(shí)以上。第十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五3）工作頻道頻道基地臺(tái)發(fā)射頻率基地臺(tái)接收頻率通信方式（MHz）（MHz）CH16156.800156.800單工CH66160.925156.325雙工CH67156.375156.375單工CH69156.475156.475單工VHF水上移動(dòng)頻道從156.025MHz~157.425MHz，160.625MHz~162.025MHz共劃分為57個(gè)頻道。相鄰頻道間隔為25kHz。第十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五2、天線垂直天線，垂直極化。方向性圖：水平面內(nèi)為圓；垂直面內(nèi)為“8”字形。天線增益：發(fā)射天線：6dBi；接收天線：7dBi。天線水平面方向性圖垂直面方向性圖天線帶寬：發(fā)射天線：6MHz，（6dBi）；接收天線：1MHz，（7dBi）。天線阻抗：50Ω。電壓主波比：1:1.5。第十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五天線增益單位：功率增益的單位一般用dBi表示，有時(shí)也用dBd表示。兩者都是相對(duì)值，但參考基準(zhǔn)不一樣。dBi的參考基準(zhǔn)為全向天線；dBd的參考基準(zhǔn)為偶極子。一般認(rèn)為dBi和dBd表示同一個(gè)天線的增益時(shí)，用dBi表示的值比用dBd表示的要大2.15（dBi）,即

0dBd=2.15dBi

第十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五3、天線共用器*衰減（插入損耗）：發(fā)射：9dB；

接收：0dB。4、發(fā)射機(jī)射頻輸出功率：25~100W；頻率范圍：150MHz水上移動(dòng)通信頻段；頻率穩(wěn)定度：±10×10-6；頻道間隔：25kHz；最大頻偏：±5kHz；設(shè)備數(shù)量：每個(gè)頻道兩部（1主1備）。第十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五5、接收機(jī)頻率范圍：150MHz水上移動(dòng)通信頻段；中頻：第一中頻：10.7MHz；第二中頻：455kHz；靈敏度：一般優(yōu)于-6dBμ(0.5μv)(200dB靜噪)；頻率穩(wěn)定度：±10×10-6；帶寬：6dB時(shí)大于12kHz；選擇性：一般優(yōu)于在70dB時(shí)小于25kHz；互調(diào)抑制：大于70dB；抗阻塞：大于90dB。第十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五6、交換機(jī)專用線（內(nèi)線）用戶容量：(如20個(gè))；干線容量：（如5個(gè)）；操作：人工/自動(dòng)；電路阻抗：專用擴(kuò)展環(huán)路阻抗：500Ω；干線環(huán)路阻抗：500Ω。7、控制器控制頻道數(shù)：音頻輸入信號(hào)電平：0dBm±3dB（來自接收機(jī)）；音頻輸出信號(hào)電平：-8dBm±3dB（進(jìn)入發(fā)射機(jī)）監(jiān)聽輸出電平：1w（8Ω揚(yáng)聲器）；第十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五控制項(xiàng)目：發(fā)射開/關(guān)；頻道選擇和話筒選擇；選擇工作或準(zhǔn)備單元；監(jiān)視項(xiàng)目：接收狀態(tài)；占用工作頻道情況。8、遙控器

9、錄音設(shè)備錄音通道數(shù)；連續(xù)記錄時(shí)間。音量控制、靜噪控制；第十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五§2.3VHF岸臺(tái)服務(wù)區(qū)域一、區(qū)域劃分r0散射區(qū)干涉區(qū)：視距r0以內(nèi)的（0.6~0.8）r0范圍；繞射區(qū)：視距所對(duì)應(yīng)的接近天線所在點(diǎn)左右的（0.2~0.4）r0；散射區(qū)：繞射區(qū)以外的部分。繞射區(qū)干涉區(qū)視距r0：

；hAhB第二十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

1、無線可通率又稱通信概率。移動(dòng)臺(tái)在無線電覆蓋區(qū)邊緣和覆蓋區(qū)域內(nèi)話音質(zhì)量達(dá)到規(guī)定要求的概率。城市：≥90%，農(nóng)村：≥50%，專網(wǎng)：≥95%2、話務(wù)量單位時(shí)間（1小時(shí)）內(nèi)平均發(fā)生的呼叫次數(shù)λ和每次呼叫平均占用信道時(shí)間S的乘積，單位為Erl(愛爾蘭)。說明：如果1小時(shí)內(nèi)信道全部被占用，則這個(gè)期間的話務(wù)量為1Erl，當(dāng)每信道話務(wù)量>0.7Erl/1（Erl/1指每信道愛爾蘭數(shù)）時(shí)，話務(wù)就會(huì)有溢出，BSC（基站控制器）接通率就會(huì)下降。（話務(wù)量就是1小時(shí)內(nèi)被占用的時(shí)長）第二十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五3、系統(tǒng)余量在繞射區(qū)，由于電波的繞射作用，可能使通信距離大于視距。這種可能程度用系統(tǒng)余量來表示。系統(tǒng)余量（SM）=系統(tǒng)總增益（SG）-系統(tǒng)總損耗（SL）SG=PT+G1+G2-Pmin

SL=Lp+Ln+Lt+Lr

式中，PT：發(fā)射功率；Gi：天線i增益(i=1,2)；Pmin：接收機(jī)靈敏度；Lp：路徑損耗；Ln：噪聲環(huán)境損耗；Lt：發(fā)射設(shè)備損耗；Lr：接收設(shè)備損耗。第二十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五例題已知，h1=170米，h2=10米。岸臺(tái)PT=100w，G1=6dB，G2=0dB，接收機(jī)靈敏度=0.5μv。R=80公里時(shí)，可求得：路經(jīng)損耗=114.6dB，噪聲環(huán)境損耗=5.5dB，地面繞射損耗為31.3dB，設(shè)障礙物損耗為0dB，發(fā)射機(jī)饋線損耗為1dB，接收機(jī)饋線損耗為0.5dB，發(fā)射機(jī)絕緣裝置損耗為4.5dB，接收機(jī)絕緣裝置損耗為1dB，發(fā)射天線共用器損耗為3.9dB。求算系統(tǒng)余量（天饋系統(tǒng)為50Ω系統(tǒng)）。解：（1）驗(yàn)證通信距離與視距的關(guān)系或80km=（1+19%）r0，位于繞射區(qū)。（2）系統(tǒng)總增益計(jì)算SG=PT+G1+G2-Pmin=20dB+6dB+0dB-（-143dB）=169dB第二十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五（3）系統(tǒng)總損耗計(jì)算SL=162.3dB，（4）系統(tǒng)余量計(jì)算SM=SG-SL=169dB-162.3dB=6.7dB>0dB結(jié)論：系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有富余量。第二十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五§2.4

頻率選擇與互調(diào)干擾一、無線電頻譜的特性1、是非消耗性資源2、具有三維性質(zhì)（空間、時(shí)間和頻率）3、易受污染4、是全人類的共同資源二、有效利用頻譜的主要技術(shù)措施和管理措施1、技術(shù)措施1）縮減頻道間隔和保護(hù)帶；2）減少不必要的發(fā)射；3）采用自動(dòng)通信技術(shù)，縮短發(fā)射時(shí)間，提高通信效率。第二十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五2、管理措施（1）制定頻道規(guī)劃，有序地使用頻率；（2）均勻分配頻率；（3）改革呼叫程序，縮短呼叫時(shí)間。3、兩種基本方法1）頻道的有效利用；2）頻譜的有效利用；（1）壓縮頻道間隔；（2）采用窄帶調(diào)頻（NBFM）；（3）超窄帶調(diào)頻（SBFM）；（4）單邊帶調(diào)頻（SSB）；（5）寬帶多址技術(shù)（擴(kuò)頻技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、時(shí)分多址技術(shù)等）。第二十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五三、VHF水上移動(dòng)通信的頻率范圍和頻率選擇方法1、頻率范圍ITU《無線電規(guī)則》規(guī)定：156~174MHz156.025MHz~157.425MHz，160.625MHz~162.025MHz共劃分為57個(gè)頻道，頻道間隔為25kHz2、選擇頻率應(yīng)考慮的因素1）通信業(yè)務(wù)；2）鄰近VHF岸臺(tái)的頻道使用情況；3）避免互調(diào)干擾。第二十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五四、干擾類型和抑制方法1、干擾類型1）同頻干擾；2）互調(diào)干擾。2、三階互調(diào)干擾設(shè)fA,fB,fC和fD為四個(gè)VHF工作頻率，若：2fA-fB=fC——兩信號(hào)三階互調(diào)或fA+fB-fD=fC——三信號(hào)三階互調(diào)3、無三階互調(diào)干擾頻道組在一個(gè)多頻道移動(dòng)通信系統(tǒng)中，頻距互不相等的頻道組稱為無三階互調(diào)干擾頻道組。第二十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五無三階互調(diào)頻道組的構(gòu)成規(guī)律：頻道組內(nèi)任意兩個(gè)頻道的序號(hào)之差不重復(fù)（相鄰兩個(gè)頻道的頻率間隔為25kHz）。設(shè)f1=163.200MHz；f2=163.225MHz；f5=163.300MHz；f10=163.425MH；f12=163.475MHz。第二十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五設(shè)f1=163.200MHz；f2=163.200+0.025=163.225MHz；f5=163.200+0.025×4=163.300MHz；f10=163.200+0.025×9=163.425MH；f12=163.200+0.025×11=163.475MHz。1251012135249118107第三十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五§2.5VHF通信設(shè)備一、岸臺(tái)天線1、天線形式半波對(duì)稱振子、半波對(duì)稱折合陣子、不對(duì)稱半波振子等，或由它們構(gòu)成的垂直天線陣。第三十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五第三十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五2、金屬支撐桿的作用單折合振子：Zin=300Ω；單半波對(duì)稱振子：Zin=75Ω。振子靠近金屬桿時(shí)：當(dāng)間距為0.1~0.25λ時(shí)，300Ω→100Ω~200Ω；75Ω→25Ω~50Ω。d~Zinλ/2~Zinλ/2~第三十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五3、饋電用同軸線直接饋電或經(jīng)對(duì)稱/不對(duì)稱變換后進(jìn)行饋電。4、收發(fā)天線隔離度設(shè)發(fā)射功率為PT，此功率被接收機(jī)接收的功率為PR，則接收隔離度：K(dB)=10lg(PT/PR)(dB)8mArAt第三十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)甚高頻海岸電臺(tái)的天線垂直分隔安裝時(shí)，天線間所需最小距離可根據(jù)下式計(jì)算：

I=39.557lgH+28式中，I為隔離度(dB)；H為上面天線的底部與下面天線的頂部間所需的最小距離(m)。當(dāng)I為40db時(shí)，H約為2m。HArAt式中的隔離度I可由下式計(jì)算：I=137+101gPT+201gS/lμv-In

式中，PT為干擾發(fā)射機(jī)的輻射功率(W)；S為受干擾接收機(jī)的靈敏度(μv)；In為受干擾接收機(jī)的某項(xiàng)抗干擾指標(biāo)(dB)。第三十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五二、天線共用器作用：減少天線數(shù)量。類型：發(fā)射天線共用器；接收天線共用器；收發(fā)天線共用器。1、發(fā)射天線共用器1）定向耦合器型3dB定向耦合器14321口入，2、4口平分能量；3口入，2、4口平分能量；1、3口相互隔離（>25dB）；2、4口相互隔離（>25dB）。第三十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五3dB定向耦合器3dB定向耦合器3dB定向耦合器20dB0.8dBf1TX1f2TX2f3TX3f4TX4四發(fā)射機(jī)天線共用器發(fā)射機(jī)之間的耦合損耗：TX1、TX2間：Ac=0.8+25+20≈46dBTX1、TX3間：Ac=0.8+3+25+3+20≈52dB特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，工作穩(wěn)定，對(duì)本站相鄰發(fā)射機(jī)干擾小。但傳輸損耗大（發(fā)射機(jī)越多，損耗越大），只適用于工作頻率較少的系統(tǒng)。第三十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五2）空腔諧振器式天線共用器構(gòu)成：由空腔諧振器、環(huán)形器和分支耦合回路構(gòu)成。高Q諧振腔f0f0Lff0+25kHz第三十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五合路器20dB0.8dBf1TX1f2TX2f3TX3f4TX4合路器合路器正向損耗一般為4dB。特點(diǎn)：（1）信號(hào)傳輸損耗小，且與發(fā)射機(jī)數(shù)量無關(guān)；（2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，穩(wěn)定性差；（3）加工工藝要求高；（4）只適用于發(fā)射機(jī)之間頻距較大的場(chǎng)合。第三十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五2、接收天線共用器1）作用將接收天線收到的高頻信號(hào)功率均勻分配給各接收機(jī)，并保證與各接收機(jī)之間的良好匹配。2）基本構(gòu)成由公共放大器、功率分配器、帶通濾波器組成分路器混合器公共放大器Ⅰ公共放大器Ⅱ功率分配器

……RX1RX2RX3RXn第四十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五分路器混合器公共放大器Ⅰ公共放大器Ⅱ功率分配器

……RX1RX2RX3RXn公共放大器：補(bǔ)償信號(hào)在分路過程中所造成的損耗。n臺(tái)接收機(jī)共用一幅天線，經(jīng)功率分配器后，每臺(tái)接收機(jī)所分配的有用信號(hào)功率將下降：L(dB)=10lgn(dB)第四十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五對(duì)公共放大器要求：a）具有低的噪聲系數(shù)；b）動(dòng)態(tài)范圍大，線性好；c）具有寬頻帶特性，且對(duì)所有接收機(jī)所呈現(xiàn)的增益一致；d）增益應(yīng)保證信噪比和減少互調(diào)干擾的要求；e）可靠性高，必要時(shí)用兩臺(tái)公共放大器并行工作。第四十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五三、發(fā)射機(jī)主要性能指標(biāo)1、載波輸出功率發(fā)射機(jī)無調(diào)制時(shí)送給測(cè)試負(fù)載的功率。2、頻率穩(wěn)定度在一定時(shí)間間隔，載波頻率相對(duì)于額定頻率變化的最大值Δfmax。通常用相對(duì)頻率穩(wěn)定度表示：Mf=Δf/f0

第四十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五3、鄰道功率發(fā)射機(jī)在規(guī)定的調(diào)制狀態(tài)下工作時(shí)，其輸出落入鄰近頻道內(nèi)的功率。用其與發(fā)射機(jī)載波功率的比值表示。4、寄生輻射發(fā)射機(jī)所產(chǎn)生的有用功率以外的輻射。5、發(fā)射互調(diào)由發(fā)射機(jī)末級(jí)放大器非線性使多個(gè)信號(hào)相互混頻，并產(chǎn)生輻射，造成互調(diào)干擾。第四十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五6、輻射帶寬發(fā)射機(jī)輻射功率99%的成分所占據(jù)的帶寬。7、調(diào)制特性1）調(diào)制靈敏度：標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制時(shí)所需的1KHz音頻調(diào)制信號(hào)的電動(dòng)勢(shì)。2）調(diào)制頻率特性：發(fā)射機(jī)的音頻響應(yīng)，即頻偏與調(diào)制信號(hào)頻率間的關(guān)系。3）調(diào)制線性：使用規(guī)定的調(diào)制頻率（1KHz）時(shí)，已調(diào)波的頻偏或相偏與調(diào)制信號(hào)電平間的函數(shù)關(guān)系的線性度。第四十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五四、接收機(jī)主要性能指標(biāo)1、靈敏度2、鄰道選擇性3、調(diào)制接收帶寬4、寄生響應(yīng)抑制5、互調(diào)抑制度（互調(diào)抗拒比）抑制造成互調(diào)干擾的兩個(gè)或多個(gè)干擾信號(hào)的能力。6、音頻輸出功率第四十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期五五、收發(fā)機(jī)的組成1、發(fā)