基于AIS的船舶避碰系統(tǒng)研究
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1 AIS的關(guān)鍵技術(shù)研究
AIS配合全球定位系統(tǒng)(GPS)將船舶對地速度、位置、目的地、對地航向及航向改變率等船舶動(dòng)態(tài)參數(shù)，和船舶名稱、船舶類型、呼號、吃水及危險(xiǎn)貨物等船舶靜態(tài)數(shù)據(jù)由甚高頻(VHF)頻道向附近水域的船舶及岸臺(tái)廣播，使鄰近船舶及岸臺(tái)能及時(shí)掌握附近海面所有船舶的動(dòng)靜態(tài)信息，以迅速互相通話協(xié)調(diào)，采取必要避讓行動(dòng)。
AIS系統(tǒng)的硬件主要由四部分組成：
通信模塊 利用VHF數(shù)字通信通道轉(zhuǎn)發(fā)和接收廣播的GPS等船位信息；
信號采集部分 將接收到的信息經(jīng)過解碼，轉(zhuǎn)換位數(shù)字信號；
信息處理部分 采用一個(gè)嵌入式微處理器系統(tǒng)，構(gòu)成整機(jī)的控制中心，存儲(chǔ)、更新本船的動(dòng)靜態(tài)信息，將必要的信息送去發(fā)射，將部分信息送顯示器；
顯示部分 顯示重要的參數(shù)和信息，便于監(jiān)視。
2船舶避碰系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本文是在AIS提供信息的基礎(chǔ)上，采用DSP和FPGA設(shè)計(jì)船舶避碰系統(tǒng)。其中高速浮點(diǎn)DSP作為AIS數(shù)據(jù)接收、船舶避碰算法和系統(tǒng)控制的微處理器。一塊容量合適的FPGA集成船舶避碰系統(tǒng)所需其他的I／O功能，實(shí)現(xiàn)外圍輸入輸出接口如其他串行口、ADC數(shù)據(jù)采集緩存等硬件電路，使部分?jǐn)?shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)通信的I／O任務(wù)由DSP和FPGA協(xié)同承擔(dān)，從而使DSP減輕負(fù)擔(dān)，可以更專注于避碰的復(fù)雜算法。FPGA還可以實(shí)現(xiàn)液晶顯示接口和鍵盤接口。通常液晶顯示器帶有液晶顯示控制器，可以方便地與微處理器接口連接。液晶顯示接口減少了DSP的外設(shè)訪問時(shí)間。
根據(jù)船舶避碰系統(tǒng)的任務(wù)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示：AIS信息經(jīng)解碼、電平轉(zhuǎn)換進(jìn)入DSP串口，由于DSP芯片計(jì)算量大，需要存儲(chǔ)擴(kuò)展。其他傳感器的輸出信號經(jīng)調(diào)理及補(bǔ)償之后，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換進(jìn)入FPGA；GPS、雷達(dá)等輸出的串行數(shù)據(jù)由DSP通過FPGA內(nèi)串行口采集；系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)則由FPGA內(nèi)的液晶顯示接口送到液晶顯示控制器；為方便系統(tǒng)調(diào)試，在FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)4×4小鍵盤接口；另外DSP和FPGA內(nèi)各模塊需要進(jìn)行通信。
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