"Вещательные" транспондеры, первоначально названные 4S- "судно-судно" и "судно-берег" (термин, введенный шведскими разработчиками), образовали основу того, что стало называться "универсальной судовой автоматической идентификационной системой (AIS)". Эта система заменила вариант с DSCи была принята IMOи ITU-Rв качестве стандарта AIS.
Проще говоря, AIS- вещательный транспондер, работающий в VHFдиапазоне морской подвижной службы. Он способен посылать информацию о судне (идентификатор, координаты, курс, скорость и т.п.) на другие суда и на берег. Он справляется с большим числом сообщений, обновляемых с большой частотой, и использует технические средства самоорганизующегося множественного доступа с временным уплотнением (STDMA), обеспечивая надёжную работу судна с судном при высоких скоростях обмена информацией. В связи с эти ассоциация IALAразработала первоначальный проект "универсального" стандарта для IMO, образовав специальную группу из представителей промышленности и государственных органов. Проект в уточнённой форме был рассмотрен на сессии NAV43 (июль 1997 г.) и официально принят конференцией MSC69 11 мая 1998 г. под названием "Приложение 3 к резолюции IMOMSC.74 (69) - Рекомендации по техническим условиям на универсальную судовую автоматическую идентификационную систему (AIS)". Состояние технических стандартов и стандартов на проведение испытаний, выпускаемых международными организациями ITU-Rи IEC, описывается ниже.
Как уже кратко говорилось, универсальная AISсогласно определению IMOи ITU-R- это судовая вещательная транспондерная система, работающая в VHFдиапазоне морской связи. Она может отправлять информацию о судне (идентификатор, координаты, курс, скорость, длина, осадка, класс судна) и информацию о грузе на другие суда и берег. Она может обрабатывать свыше 2000 донесений в минуту и обновлять сообщения каждые две секунды. AISиспользует технические средства самоорганизующегося множественного доступа с временным уплотнением (STDMA), обеспечивая устойчивую и надёжную работу судна с судном при высокой скорости обмена сообщениями. Система обеспечивает обратную совместимость с DSCсистемами, что позволяет береговым GMDSSдёшево создавать каналы на рабочей частоте AISи опознавать и сопровождать суда, оборудованные АГБ. Каждая система AISсостоит из одного VHFпередатчика, двух VHFTDMAприёмников, одного VHFDSCприёмника и стандартной электронной линии связи с судовым индикатором и системами получения информации. Координаты и данные синхронизации обычно поступают от встроенного или внешнего приёмника глобальной спутниковой системы навигации (GNSS) (например, от GPS), в том числе от MFприёмника дифференциальной GNSS (DGNSS), используемого для точного определения координат в прибрежных и внутренних водах. Информация о направлении движения обычно передаётся всеми судами, оборудованными AIS, в то время как другая информация - курс и скорость относительно дна моря, скорость поворота, угол крена, килевая и бортовая качка, порт назначения и расчётное время прибытия - могут потребоваться только от некоторых судов. Передача данных по технологии STDMA
Транспондер AISобычно работает в автономном и непрерывном режиме независимо от того, работает ли оборудованное им судно в открытом море, в прибрежных водах или во внутренних районах. Поскольку VHFдонесения в основном передаются на сравнительно небольшие расстояния, требуют значительной скорости передачи и поскольку они не должны быть подвержены взаимным помехам, то используется две частоты в полосе морской подвижной службы. Используемый способ модуляции - FM/GMSK(частотная модуляция/гауссова манипуляция с минимальным частотным сдвигом) из-за его надёжности, эффективного использования полосы частот и широкого применения в мобильной цифровой связи.
Так 25-кГц VHFсимплексный канал позволяет передавать примерно 2000 донесений в минуту при скорости передачи 9600 бит в секунду, 12,5-кГц VHFсимплексный канал позволяет передавать примерно 1000 донесений в минуту при скорости передачи 4800 бит в секунду.
Передача сообщений осуществляется в отдельные временные окна (слоты), которые синхронизируются по данным системы GNSSс точностью не хуже 10 мкс. Каждая станция определяет свою собственную схему передачи (слот), исходя из предыстории информационного обмена по каналу связи и знания будущих действий со стороны других станций. Станции AISнепрерывно синхронизируются друг с другом с тем, чтобы избежать перекрытия передач в окнах. Станция AJSвыбирает окно (слот) в определённом интервале случайным образом, и слоту назначается таймаут случайной величины длиной от 0 до 8 кадров. Когда станция меняет своё окно, она предварительно извещает о новой ячейке и таймауте для этой ячейки. Таким образом суда всегда будут принимать новые станции, в том числе станции, которые неожиданно появляются в зоне радиоприёма вблизи других судов.
Технические условия IMOи извещение IMOдля ITU-Rопределяют тип обмениваемых данных, но не определяют требуемую интенсивность передачи сообщений. Комитет по VTSассоциации IALAизучал эту проблему, и было бы интересно рассмотреть этот вопрос с точки зрения потребностей служб VTSи систем судовых сообщений в будущем. Рассмотрение основывалось на современных методах радиолокационной проводки, временных интервалах между последовательными засечками местоположения в системе DGNSSи, наконец, (в качестве наихудшего сценария) максимальной интенсивности движения в Сингапуре и Дуврском проливе. Режим работы современных радиолокаторов. У радиолокаторов скорость обновления данных определяется частотой вращения антенны, составляющей от 20 до 60 оборотов в минуту. Это даёт время обновления информации (в данном случае дальности и пеленга цели) от 1 до 3 секунд. Последовательные засечки местоположения в системе DGNSS. В районах затруднённого плавания для целей надёжного сопровождения, предупреждения столкновений и проводки судов позиция судов должна определяться с точностью не ниже 15 метров. Навигация с помощью DGNSSобеспечивает точность определения координат примерно 5 метров. Применение алгоритмов прогнозирования параметров движения вносит дополнительную ошибку порядка не более 10 метров.
Для судов, не изменяющих свой курс, скорость обновления данных, необходимая для достижения такого уровня точности определения координат, определяется скоростью хода судна и даёт следующие интервалы между передачами сообщений Максимум трафика - Сингапур и Дуврский пролив. Эти расчёты основаны на результатах анкетирования Администрации порта Сингапур и Береговой охраны Дуврского пролива, отвечавшим на вопрос, сколько судов они ожидают в радиусе 20 морских миль (на основе данных 1990 г.). Ответ из Сингапура состоял в том, что в любой момент имеется примерно 300 судов, пришвартованных у стенки или на якоре и 60-70 торговых судов на ходу. VHFтранспондер, как можно предполагать, буде иметь дальность действия около 40 морских миль. Поэтому была произведена экстраполяция данных, в результате которой получено 300 судов на якоре и 210 на ходу. К этой цифре было дополнительно добавлено 100 судов, чтобы учесть паромы, лоцманские катера, буксиры, вспомогательные, патрульные и рыболовные суда. В таблице 2 приведены результирующие оценки числа донесений о позиции судов, требующихся каждую минуту с учётом значений скорости обновления сообщений, приведённых в таблице 1.Этот сценарий даёт оценку 3060 донесений в минуту. Аналогичный расчёт для Дуврского пролива даёт примерно 2550 донесений в минуту (480 судов). Из практических соображений была выбрана цифра 2000 донесений в минуту в качестве минимального требования.
1. Назначение, принцип действия и сферы использования АИС
1.1 Назначение и основные функции
Назначение и основные функции Автоматической идентификационной системы (АИС) официально определены в Резолюции IMOMSC.74(69) от 12 мая 1998 г.:
- АИС должна улучшить безопасность судовождения, защиту окружающей среды и эффективность использования СУДС посредством выполнения следующих функций:
- предупреждение столкновений в режиме работы «судно - судно»;
- получение прибрежными государствами информации о судне и грузе, а также использование в качестве технического средства VTSв режиме работы «судно - берег».
Назначение, цели и основные функции АИС приведены также, с некоторыми вариациями, в Правиле 19 Главы 5 Конвенции SOLASи в Резолюции IMOА.917(22) «Руководство по использованию АИС на судах». На основании трех упомянутых документов можно дать следующее определение для АИС и ее основных функций.
АИС - многофункциональная информационно-техническая система, оборудование которой устанавливается на судах и в береговых службах в целях обеспечения безопасности мореплавания и автоматизации обмена навигационной информацией.
АИС обеспечивает:
- автоматическую и регулярную передачу судном другим судам и береговым службам информации, включающей сведения о судне, координаты, курс, скорость и другие данные;
- автоматический прием, обработку и отображение аналогичной информации от других судов и береговых служб;
- автоматическое сопровождение (прокладку движения) судов, оборудованных АИС, в целях предупреждения столкновений, а также контроля и регулирования судоходства;
- автоматизированный обмен сообщениями, связанными с безопасностью мореплавания, между судами и береговыми службами.
1.2 Принцип действия
Суда, оборудованные аппаратурой АИС, находясь в открытом море или в прибрежных районах, регулярно передают в диапазоне ОВЧ (УКВ) морской подвижной радиослужбы стандартные сообщения, содержащие информацию о судне, его координатах, курсе, векторе скорости, опасном грузе на борту, порте назначения, времени прибытия и другую.
Одновременно каждым судном, оборудованным АИС, принимается аналогичная информация от других судов, находящихся в радиусе действия, ограниченном распространением радиоволн ОВЧ (УКВ) диапазона (20 - 30 миль). Принятая информация автоматически обрабатывается и отображается на одном из судовых навигационных дисплеев. Синхронизация работы всех станций АИС (судовых и береговых) обеспечивается глобальной навигационной спутниковой системой (ГНСС), которая также является источником передаваемой информации о координатах и векторе скорости.