長江水上VHF通信的研究與探討

張冬

摘要：長江是中國重要交通航道，船舶通信將影響航行安全。文章針對長江水上VHF通信進行了研究。硬件設備包括：信號傳輸和水聲調制解調器設計，結果表明信號傳輸使用TLC32044芯片進行數據處理，水聲調制解調器使用ADSP-BF533芯片。軟件設計包括流程設計和數據庫設計。

關鍵詞：長江；VHF通信；SQLite

0、引言

長江干流橫貫中國中部流經11省、自治區，全長6397Km是中國重要的交通通道。長江兩岸港口數量多、密集程度高、船舶數量多、船舶體積大等，使得通航環境不利于船舶通行[1-2]。從1995到2013年相關部門頒布了《長江中游分道航行規則》、《長江干線南京至瀏陽河口段船舶交通管理監督管理辦法》、《中華人民共和國長江海事局船舶交通管理系統安全監督管理辦法》、《長江干線船舶定線制規定》，這些法律法規的頒布為長江船舶通信起到規范作用。隨著通信技術的不斷發展，將VHF（Very High Frequency）技術用于航行中。本文研究長江VHF通信為長江航行提供相應的指導。

1、長江水上VHF通信框架

VHF通信作用主要用于安全通信調度。VHF通信管理分為總部和分支機構管理。總部設置在武漢、各個分支機構分別建立了VHF通信基站，在通信基站中安裝相應的VHF通信設備。為傳輸數據，在各個基站中建立相應的無線通信，可通過衛星傳輸、無線Wif傳輸等。如圖1為長江水上VHF通信框架。

長江水上VHF通信系統采用C/S模式進行開發。服務器端用于存儲獲取數據；客戶端采集船舶數據，并傳輸到服務器端。系統系統使用SQLite、SQLServer2012作為存儲數據庫。

2、長江水上VHF通信設備硬件設計

2.1VHF信號傳輸電路設計

VHF通信信息主要為語音信息，硬件功能需要進行語音信息數字模擬轉化、語音編碼、語音解碼、語音調制解調、壓縮、傳輸等[3]。如圖2為VHF通信設備電路設計。

由圖2可知，第一步需要根據播放裝置進行語音放大處理，將放大后的信息使用語音數據采集器獲取；第二步使用A/D轉化，將語音信息轉化為數字信號，進行信息壓縮、解碼等一系列操作。通過串口設備通信將信息傳輸至PC端，PC端使用無線通信將信息傳輸到分部或總部。由于江上噪聲比較大，本文選擇mpeg算法進行數據壓縮處理[3]。語音芯片使用NRK10識別芯片，該芯片具有識別和存儲功能。語音信號處理使用TLC32044芯片，內核使用mpeg算法進行語音壓縮處理。

2.2水聲調制解調器設計

水聲調制解調器使用ADSP-BF533，該裝置可使用串口RS232轉化為USB將數據傳輸至處理器。調制解調器通信距離可達5Km，傳輸速度可達1.5-9kbps[4]。如圖3為為水聲調制解調器在VHF通信中的應用。

3、長江水上VHF通信軟件設計

3.1系統流程設計

VHF通信軟件中主要處理語音信息。軟件開發使用C語言在Qt上進行開發。軟件包含的模塊有：語音信息管理模塊、信號管理模塊、設備管理模塊、控制管理模塊等。文章只分析語音傳輸模塊。如圖4為語音傳輸流程圖。

由圖4可知，語音傳輸流程包含語音采集、其它信息采集以及數據下載。系統中采用串口進行數據傳輸，串口傳輸速率為19200b/s，語音上傳下載使用TLC32044芯片實現。

3.2數據庫設計

為存儲采集數據以及存儲大量歷史數據，本文選擇開源數據庫SQLite作為嵌入式存儲數據庫，SQLServer2012為歷史存儲數據庫。系統包含的數據表有：語音信息表、設備信息表等。如下為詳細表說明。

（1）語音信息表。該表包含的字段有：語音ID、語音時間、語音大小、語音內容、語音位置等。

（2）設備信息表。該表包含的字段有：設備狀態、設備編號、設備類別、設備功能、設備啟用時間、設備維護內容。如表2為設備信息表詳細說明。

4、結論

為保障長江交通暢通進行了水上VHF通信研究。系統使用TLC32044芯片進行數據處理，水聲調制解調器使用ADSP-BF533芯片。數據傳輸由串口傳輸和無線通信傳輸。系統開發使用C/S模式進行開發。

參考文獻：

[1]楊鳳英，申新垣.調度電話在水上VHF安全通信中的應用[J].水運工程，2008（3）：37-42.

[2]王今朝.改善長江江蘇段VHF頻道設置及使用的探討[J].航海技術，2009（4）：69-71.

[3]張榮軍.船用VHF通信仿真系統中的多模擬器功能設計[J].艦船科學技術， 2017（2）：91-93.

[4]羊秋玲，解冰珊，金志剛，等.基于嵌入式技術的水聲傳感網和VHF通信網絡的互聯網關設計[J].計算機工程與科學，2018（4）：643-648.