船舶AIS的工作原理及應用分析

自組織時分多址接續（SOTDMA）”方式進行信息交換。

一、AIS系統的組成

一個典型的AIS系統由兩大分系統組成，一個是岸基AIS系統，

再是船用AIS設備，岸基AIS系統比較復雜，典型的AIS岸基系統是由一定數量的AIS基站和

AIS中心組成，系統通過各種方式與VTS中心，船舶報告系統、港口信息網、海事系統以及船

舶調度等網絡相連接，同時也可以與相關航運公司聯系，提供相應的信息服務，使上述主管部門

及時得到所有船舶的動態，使航運公司了解到本公司船舶的位置。

AIS中心也可以與互聯網相連，使用戶范圍進一步擴大，通過設置一定的權限范圍，各用戶

可以在自己的權限范圍內查看相應的船舶信息，得到相應的服務。

AIS中心之間可以相互連接，進行信息交換，各AIS中心連接成網，在一個國家和地區范圍

內，就可以實時了解沿岸所有船舶的動態，這對船舶航行管理、船舶追蹤以及防止海洋污染具有

非常重要的意義。

AIS船用設備，我們將在下面做詳細討論。

二、AIS船用設備的組成

一個典型的AIS船用設備是由一臺VHF發射機、二臺VHFTDMA接收機、一臺VHFDSC

接收機、一臺內置GPS接收機（作為備用）以及AIS信息處理器、電源和各種必要的外圍設備

接口組成。

VHF收發由系統信息處理器控制，用VHFCH87B、88B兩個國際專用頻道自動發射本船的

相關信息，接收周圍其它船舶的AIS信息，頻帶為25KHZ。

AIS工作的特點是同時在這兩個頻率上接收信息，而發射信息一般是在這兩個頻率上交替進

行，在人工的干預下，也可以用其它的方式發射。此外，主管部門還可以指配AIS的區域性頻

率，AIS設備應在指定的區域性頻率上工作。

VHFDSC接收機的主要目的是接收岸臺的頻率控制信息，實現AIS工作頻率在不同區域的

自動切換，當接收到岸臺的頻率信息后，AIS設備將自動地將頻率轉換到岸臺的工作頻率上，例

如，當我們到達美國水域時，AIS設備就在DSC信息的控制下，自動地將工作頻率從通用頻道

轉換到28B頻道。

船舶AIS的GPS信號通常情況下是由船舶GPS接收機提供，AIS設備自帶的GPS接收機主

要是作為備用設備接收GPS信號，當船舶GPS由于其它原因不能提供信號時，AIS設備自帶的

GPS接收機才開始工作，其主要作用是確定本船船位，同時接收GPS時鐘信號，而使每個AIS

設備時間一致，實現幀同步。

AIS信息處理器是AIS的核心部分，用于存儲本船識別碼、船名、呼號、船型等靜態信息與

船舶吃水、危險貨類、航線等航行相關的信息；處理、存儲本船動態信息；將存儲的本船最新動

態信息、必要的靜態信息以及與航行相關的其他信息進行編碼后送發射機；對接收來自周圍其他

船舶的航行數據進行解碼并存儲解碼后的數據；并對接收到的相關數據進行計算得出CPA、

TCPA、距離和方位；將本船和其他船舶數據以及計算出的數據信息送信息顯示器顯示。

AIS的接口主要作用是連接外圍設備，目前主要連接的設備有GPS、電羅經、計程儀等設備，

目的是獲取本船的船位、航向、航速等重要信息，通過接口可以擴充的設備還有電子海圖

（ECDIS）、雷達、遠距離識別和跟蹤設備、聲光報警設備以及外接計算機，主要是實現綜合導

航和遠距離跟蹤和控制等功能，外接計算機主要供引水員使用。

電源部分主要為AIS設備提供所需的電源，目前一般使用直流電源。

三、工作原理

船舶配備了AIS設備以后，設備一方面需要向外發送本船的相關信息，同時也要接收在VHF

有效作用距離之內其他船舶的信息。接收到的信息一方面用文字的方式表示出來，另一方面可以

形象地用雷達圖表示，AIS船舶全部用三角符號“△”表示，直觀地顯示船舶的相對位置，和運

動方向，在電子海圖上，可以用矢量線表示船舶的速度，必要時利用尾跡線表示船舶航行的痕跡，

船位數據取自GPS乃至差分GPS，其精度很高。要是在AIS設備上選擇一個目標或者在電子海

圖中從船舶標志處用鼠標點擊一下，便可瞬時顯示對應的船名、呼號、MMSI注冊號以及航向、

航速、CPA、TCPA等重要的航行信息，駕駛員了解了這些信息后，就可以非常方便地判斷周圍

其它船舶的運動情況，確保航行安全，同時在進行相互通信可以直呼其船名，信息交流非常方便。

AIS工作在VHF航海頻段，國際電信聯盟1997年無線電大會指定了161.975MHz(87B頻道)

和162.025MHz(88B)頻道二個VHF頻率作為AIS工作頻道。就完成通信而言，一個無線電頻道

已經足夠了，但是為了防止干擾和轉換頻道時造成通信損失，每個AIS站均使用二個頻道進行

收發。

除人工干預外，AIS應答器都工作在自主連續模式，發射方式是9.6KbGMSKFM帶寬25KHz

或者12.5KHz數據采用HDL包協議。

根據船—船通信這樣的實際條件，AIS使用了自組織時分多址技術（SOTDMA）這一核

心技術。根據IMO的AIS性能標準對要求船舶報告的容量的要求，系統每分鐘應有2000個時

隙，但實際上，系統的設計是每分鐘4500時隙，每一幀60秒，即每60秒鐘建立2250個時隙，

每個時隙約26.67ms,可傳輸256bits的信息，每個AIS站的船舶報告根據信息的容量自動選擇一

到三個時隙，分一幀和數幀發射或接收AIS信息。系統實時動態地調整信道分配

具體工作中，在一個AIS站開始發送之前先要對當時信道的使用狀態觀察一段時間，搞清

時隙使用情況，然后可以選擇未占用的時隙，標明需占用的幀數，再發送數據，各AIS站持續

地保持同步，可避免發送時間重疊，新加入AIS站也不會發生沖突。在數據鏈負荷超過理論值

的90%時，新加入的站可以占用距離最遠的臺所遙的時隙，從而保證系統有很的過載能力。

自組織分時多址技術可以自動解決本臺與其他臺的競爭問題，即使系統過載、通信仍能保持

完好；系統每分鐘可以處理2000個以上報告，本船接收到的數據間隔2秒可以更新一次。

AIS對DSC向下兼容，因此岸基的GMDSS系統可以對裝備AIS的船舶進行識別、跟蹤和

控制。

AIS采用VHF頻段，它的覆蓋距離與其他VHF設備一樣，電波直線傳播。距離取決于天線的高

度，在海上通常為20海里左右。由于其波長較雷達長，波的繞射以及衍射作用較強，所以“可

視距離”較雷達要好，在地面上的障礙物不太高的情況下，能“看到”障礙物或島嶼背面的AIS

站。借助于中繼站，可以顯著擴大船臺和VTS站的覆蓋范圍。

AIS的應用分析：

1、自動發送本船信息，包括本船靜態、動態和航次信息；

2、自動接收裝有AIS設備它船或VTS岸站的AIS信息；

3、提供本船操縱信息，以提供VTS或其它船舶追蹤或避讓；

4、船—船、船—岸之間的短信息交流；

5、提供其它輔助信息以避免碰撞發生；

6、可以與INMARSAT移動站、INTERNET連接，實現信息的遠距離傳輸和管理。

應當注意到，IMO

為了船舶安全，建議最好不要把AIS系統與國際INTERNET連接。