军民融合创新产业化商业模式探究——以VDES系统为例

随着e–航海进入全面实施阶段,海上通信导航领域核心技术的自主可控是摆在我国面前需要迫切解决的重要课题。甚高频数据交换系统VDES作为一种新型的数字通信系统,不仅有助于提高现有海上甚高频频段的通信速率,还将改变现有海上甚高频的通信方式,市场前景十分广阔。航天企业在卫星通信、飞行器测控通信领域积累了丰富的系统工程经验,将其应用于航海导航领域有利于加速VDES系统关键技术的攻克。本文对VDES系统进行了系统概述,全面分析了该系统的市场环境与发展前景,从中得出VDES系统商业模式的发展建议与启示,为后续市场发展提供参考决策,也为军民融合产业发展提供了蓝本。

VDES系统基于TDMA方案的通信协议应用

VDES系统是第二代海上窄带通信系统,旨在实现全球范围内水上VHF频段提供更多、更快的数据交换能力。通过介绍通信协议构架和VDE-SAT半双工TDMA设计方案,给出了VDE通信的链路层设计。

基于OFDM的VDES地面子系统设计

为解决海上远距离通信给甚高频数据交换系统(VDES)地面子系统带来的严重多径干扰,将正交频分复用(OFDM)技术融入VDES地面子系统,在协议框架下完成对系统物理层时隙结构的设计,利用OFDM技术优越的抗多径性能解决VDES地面子系统存在的严重多径干扰问题。首先,在VDES地面子系统基础框架下,设计融合了OFDM技术的VDES地面子系统完整底层链路系统,并确保各子模块基础性能不差于建议书提供的需求指标。然后,利用MATLAB软件对系统开展了在逼近循环前缀(CP)大小的极限时延下多径信道环境的仿真测试,结果表明在大时延多径信道环境下系统仍具有很好的抗多径性能,且传输速率略高于当前VDES标准协议参数。最后,完成了系统的硬件设计并于大连海域完成海上实测,系统最大极限空口速率可达312.7 kbit/s。研究表明,把OFDM技术引入到VDES系统,对于帮助VDES系统对抗多径干扰,提升系统稳健性有相当重要的作用,这也是VDES系统发展需要探索的方向之一。

基于数字多波束星载多通道VDES设计

阐述了甚高频数据交换系统(VDES)系统产生背景,针对目前普遍存在的系统通信速率受限以及自动识别系统(AIS)时隙冲突问题,提出一种全双工射频通信频段设计方法和时隙冲突解决途径。通过采用多个射频通道以及多个波束合成,利用阵列天线和数字波束合成(DBF)技术,将卫星大覆盖范围划分为多个相互独立区域,缩小单个天线波束视场覆盖范围,减少单波束范围内船舶数量,能有效降低AIS信号时隙冲突。以600 km卫星轨道为例,介绍了8通道及8个波束DBF设计方法,对波束视场和天线增益等进行了仿真计算。结果表明:多波束可覆盖±42°视场角范围,单波束视场角最大为±14°。

基于随机森林算法的VDES星船信道调度技术

为解决目前船舶通信系统AIS的信道拥塞问题,ITU、IMO及IALA等国际海事组织提出了VDES的概念。根据目前所颁布的ITU-R M.2092-0等相关国际标准,VDES主要采用SOTDMA的多址方式。SOTDMA可以有效缓解船-船与船-岸之间的时隙冲突,但是在远距离和大范围的星船通信中,时隙冲突仍旧存在。文章拟从天基VDE的角度出发,在船舶时隙预约的基础上,提出一种基于随机森林算法的VDES星船信道调度技术。该技术以当前时刻的业务集作为训练子集,采用随机森林算法进行预测,并把时隙预测结果作为下一时刻信道时隙的划分参考,以此增加在TDMA多址方式下的通信效率,且减少时隙冲突。同时,为了保证紧急业务的有效接入,提出了一种紧急业务的信道分配方法。

海上甚高频数据通信系统中的多径时延

为改进传统的海上甚高频(Very High Frequency,VHF)的模拟通信方式,实现海上通信现代化,针对国际灯塔与航标协会(International Association of Lighthouse Authorities,IALA)和国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)提出的VHF数据通信系统(VHF Data Exchange System,VDES)研究计划,建立基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的数据传输模型.海上无线信道的多径时延的确定是建立OFDM系统的关键,因此通过建立海上无线信道的多径传播模型分析和计算海上无线信道的多径时延.通过实验证明,该方法能够获得较低的误码率,有效实现海上VHF数据通信.

新一代船舶识别技术——航海云的应用

结合船舶识别系统的应用现状,对新一代船舶识别技术进行了初步研究探讨。