内容提要：介绍一种基于COM扩展接口模式的AIS模拟器设计方案，该方案可方便地实现AIS模拟界面操作、基于电子海图的AIS导航训练等功能，并详细地进行了实船借鉴应用分析。

关键词：AIS模拟器 设计方案 应用研究

0引言

船舶自动识别系统(AIS)是一种新型的辅助导航设备，它可有效地使船舶与船舶之间、船舶与基站之间、船舶与岸上用户之间进行信息交互，保障船舶航行安全。近年来船用AIS设备发展迅速，为了使航海技术专业毕业学员能够很好地掌握AIS设备，必须对学员进行AIS设备培训。然而，完全购置AIS真机设备达不到培养学生掌握AIS设备的目的，因为AIS真机设备要在航海真实环境下有船舶、有基站才能够正常工作，而在学校不可能有航海真实环境。

为了满足AIS教学训练的需要，本文设计了一种基于COM扩展接口模式的AIS模拟器。该模拟器模拟FURUNO FA-100型AIS设备的完整界面和全部操作功能，并能接收和显示真实的AIS信息以及仿真模拟AIS通信网络，构建AIS模拟系统，开展AIS操作培训，同时可方便地接入雷达模拟器和操舵模拟器等设备，实现AIS设备与雷达设备的融合，对学生有效掌握AIS设备具有现实意义。

1系统设计

1．1系统框架构建

FURUNO FA-100型AIS模拟器的设计从工作原理、界面到实现功能都尽量与真实设备相符，并能通过串口接收并显示真实的AIS信息，同时又能方便地进行功能扩展。如与雷达模拟器、操舵模拟器等其它模拟器互连。因此，本系统设计考虑能够独立运行同时也能支持COM扩展接口的模式。技术实现方面采用基于IP的多播来模拟AIS设备的通信，实现同组AIS模拟设备的报文在组内可广播发送，不同组的AIS模拟设备之间不能互相通信。系统开发工具选择Microsoft Visual Studio．NET 2003：系统运行环境为Windows XP Professional(简体中文版)+SP2。系统总体构成如图1所示。

图1 FURUNO FA-100型AIS模拟器总体设计方案

1．2程序设计

1．2．1数据结构定义

FURUNO FA-100型AIS模拟器的主要功能是完整地模拟AIS设备的界面操作功能和AIS网络通信功能。因此，需要对各类型AIS报文进行解析、显示。根据IEC-61 162-100(AIS数字接口的特别要求)和ITU-R M．1371-1(AIS系统技术特性的推荐标准)，系统对AIS信息进行了解析，并定义了相应的数据结构，举例如下：

动态数据定义：

typedef struct__ Position Report

{

unsigned char Message ID； ／*消息ID*／

unsigned char Repeat Indicator； ／*消息标识*／

unsigned int MMSI； ／*MMSI*／

unsigned char Navigation Status； ／*航行状态*／

unsigned char RaimFlag； ／**／

CommState Communication State；／*通信状态*／

}Position Report ； ／*船舶位置报告*／

与此类似，本系统还对静态数据的消息ID、消息标识、MMSI、IMO NO、船名、呼号等数据种类进行定义；对系统运行模式如：单机运行、学生机分组模式、教师机控制模式等参数进行定义；对仿真AIS通信SOTDMA协议的WINSOCK的收发触发方式参数进行了定义。在FURUNO FA-100型AIS模拟器系统开发中借助对各模块中的参数进行赋值与传递，控制AIS设备的界面操作功能和AIS网络通信功能。

1．2．2可共用的UAIS模拟器终端控件设计

界面和操作功能设计：界面布局如图2所示，与同型号的实船设备一致。左边的显示区域模拟AIS设备的显示屏：右边为16个功能按钮，所有的操作功能都通过鼠标左键点击来实现。需要使用同时按下2个键的功能。通过鼠标右键点击其中一个按钮以后再用鼠标左键点击按钮来模拟。

图2 FURUNO FA-100型AIS模拟器界面

通过按键，模拟器完整地模拟真机设备的全部功能菜单，其菜单树状结构最多层次为7层，涉及可操作菜单58个。

控件工作的主要线程：一个是串口通信线程，一个是SOCKET通信线程。两个线程的工作模式基本一致，首先都阻塞侦听线程控制事件，如果线程退出事件触发(由主程序退出时通知控件触发)，则退出线程；如果线程工作事件触发(由设置工作模式触发)，则继续下面的工作。

1．2．3网络运行环境及COM扩展接口设计

系统采用IP多播通信方式。主要工作端口为60000，模拟设备在该端口上接收训练配置信息。各训练分组模拟设备的AIS信息都在各自的多播组上进行广播发送。本模拟器为了适应扩展的需要，提供一个COM接口IAIS。IAIS接口提供了外部应用程序对本模拟器的控制和数据传递接口。

2 AIS模拟器训练与相当实船环境的借鉴应用

2．1训练项目配置

系统由l台教师机和若干台学生机组成。教师机软件设置AIS模拟器为教师机运行模式，支持从串口接收真实AIS设备报文并在局域网内广播，同时支持接受网络传递的AIS报文并可编制和发送练习给学生机。学生机软件设置AIS模拟器为学生机运行模式，接收网络传来的AIS报文，教师机收到学生机发送的AIS信息后，通过事件在电子海图模块上进行显示。学生机软件运行后．向教师机发送登录信息，在收到教师机返回的登录确认信息后才能正常工作。学生机在正确设置后，按照设置的要求，在局域网内广播发送AIS信息，学生机收到AIS信息后，在AIS模拟器上进行显示；同时通过事件通知电子海图模块，在电子海图上显示AIS目标。系统运行界面如图3所示。

2．2相当于实船环境的应用训练

2．2．1本系统的UAIS终端控件实现了FURUNO FA-100型AIS显示单元的大部分功能的仿真，通过模拟器操作，能促进学员对相应设备操作方法的熟悉，解决了学员作业人次与设备数量之间、实验室载体与实船情境差异、训练项目需要与实船设备限制等矛盾。

图3系统运行过程及典型界面

2．2．2通过教师机对练习的科学配置，对照海图模块、雷达ARPA模块，设置特殊区域，如过大桥、弯道、航道交汇区、岬角等的练习。使学员更好理解AIS设备在雷达避碰问题上可以有效弥补雷达阴影、盲区的影响。如船过大桥时大尺寸桥墩形成的临时阴影，影响阴影区中的小目标探测，在受限水域、紧迫局面时的危害很大，AIS目标的效用在训练中一目了然。

2．2．3利用AIS目标比对法解决雷达假回波识别难题。2002年一艘从南非开出的船舶在船首方位1 n mile处出现回波，船长右转避让时回波随转。最后在右转90º后与它船碰撞。这是一种典型的间接反射假回波，传统转向识别中提出了移动速度估算的思想，但具体操作中也有相当大的难度，如机动受限、动作大小等依然会影响估值判断的正确性。现在利用AIS系统，通过训练，补以海图地理信息对照，对各类假回波的识别将起到好的作用。

2．2．4应用本系统进行训练还能使学员进一步领会AIS系统，这种以信息技术与通信技术为基础的助航系统，它在信息的全面性上超越了雷达，它能提供快速避碰数据、关键辅助数据，如ROT、船舶尺寸、预设航线等识别与短信功能，有利于船间协调。

2．2．5通过对本系统进行一些AIS导航传感器误差的设置，还能使学员进一步从原理上认识AIS系统对传感器的依赖，从而养成与雷达及海图正确比对的习惯，对雷达与AIS各自给出的避碰核心数据CPA/TCPA的可信度科学判断，提高风险意识。

3意义

本项目研究为开展AIS专项培训提供了技术基础，通过对训练科目的合理配置，能使学员对传统助航仪器与现代航海仪器的优缺点正确认识，在应用中优势互补。本项目还考虑了对实船AIS串口数据采集的研究，以便进一步实现驾驶台数据资源的集成化、数字化、虚拟化、图形化。

作者：南通航运职业技术学院 李军  来源：航海技术