船舶ais导航系统数据处理技术
摘 要随着科技的发展，船舶的数量迅速增加，与此同时伴随的海损事故也时常发生，因此海上航行安全至关重要。经长期研究，通过船载AIS可以有效的避免事故，因此对船舶AIS的数据处理很关键。首先，AIS的编码规则具有专业的数字编码，目的是表保证了报文的安全性。其次，CRC校验码也是通过严格程序编写，加在AIS报文数据的最后，是的收发方对AIS报文信息的确认及校验。最后，AIS的报文解析是通过编写C#语言程序设计来实现的，并通过解析得出的数据资料结合地理信息系统及电子海图，实现信息融合。
目 录
第一章GPS介绍 1
1.1 GPS 发展史 1
1.2 GPS系统组成 1
1.3 GPS导航原理 2
1.4 GPS编码规则 2
第二章 AIS介绍 4
2.1 AIS产生的背景 4
2.2 AIS概述 4
2.3 AIS与GPS的综合应用 9
第三章 AIS报文解析 10
3.1 AIS报文解析流程图 10
3.2 AIS的编码规则 10
3.3 CRC 循环校验码的生成原理和过程 11
3.4 AIS报文解码 12
3.5 AIS内容解析 13
3.6 AIS系统的实现 17
第四章 结合地理信息系统实现数据处理应用 20
4.1地理信息系统介绍 20
4.2 AIS结合地理信息系统的综合应用 20
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附录 24
第一章GPS介绍
1.1 GPS 发展史
GPS全称为(Global Positioning System)，即全球定位系统。它几乎覆盖了整个地球表面，并为其提供准确的定位、测速以及各国精准的时间标准。GPS系统由24颗GPS卫星组成，用户端的GPS接收机则是由地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站组成的。
美国全球定位系统GPS的研制是在60年代末，1973年系统方案正式诞生，1994年，耗资120多亿美元建成了实用卫星导
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
航系统。
1960年，前苏联经过审议首次提出对GLONASS假设。1978年，根据方案设计GLONASS系统。1995年系统成功研制并使用。
1985年，我国首次提出“北斗一号”导航系统，1994年，开始进行研制。系统于2002年1月1日试运行。
GPS系统是当今科技发展与变革的重要成就之一。GPS技术和基于该项技术的各种信息处理平台现在已经普及，人们将GPS在各领域进行了推广和应用。GPS系统通过运行在地球轨道上的卫星，可以提供很多的服务。例如，司机日常使用的电子导航，还有我们的手机定位等。
1.2 GPS系统组成
GPS系统的组成分工很明确，有以下三部分组成：
GPS卫星星座部分由24颗卫星组成，正常工作的卫星有21颗，3颗为备用卫星。在卫星轨道的6平面上，均匀有序的分布这24颗卫星。这样的布局保证了在全球任何地点、任何时刻至少能观测到4颗卫星。
地面监控部分由1个主控站、4个地面天线站和6个监测站组成。
用户设备部分大多数为GPS接收机，其作用是从GPS卫星接收信号并把传达过来的信息计算用户的三维位置和时间。
1.3 GPS导航原理
GPS导航系统的基本原理：通过衡量卫星与用户接收机间的距离，再融合其他卫星测量出的数据就能精准地算出接收机的位置。为此，依据星载时钟的记录时间查阅星历得出卫星位置。把卫星信号发送到用户的时间乘以光速，可以算出两者之间的距离。为了精准无误确定用户的三维位置，缩小接收机的时钟偏差，伪距的测量要求非常严格，不能低于接收来自4颗卫星的信号。
1.4 GPS编码规则
GPS导航设备种类繁多需要NEMA协议统一BTCM标准，由美国国家海洋电子协会（NEMAThe National Marine Electronics Association）制定的一套通信协议，GPS接收机根据NEMA0183协议的标准规范，将一系列信息通过串口传送到计算机。
通过NEMA0183协议能够定义种类繁多的语句，但是常用的语句分为$GPGGA、$GPGSV、$GPRMS、$GPVTG、$GPGLL等。下面举例说明。
$GPGGA
例：$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24,19.7,M,,,,0000*1F
字段 0：$GPGGA，语句 ID，表明该语句为 Global Posltioning System Fix Date(GGA) GPS定位信息
字段 1：UTC 时间， hhmmss.sss,时分秒格式
字段 2：纬度 ddff.ffff，度分格式（若前导的位数不够时，就需要补个0）
字段 3：纬度 N（北纬）或S（南纬）
字段 4：经度 dddff.ffff，度分格式（若前导的位数不够时，就需要补个0）
字段 5：经度E（东经）或W（西经）
字段 6：GPS的实时状态，0表示未定位，1表示非差分定位，2表示差分定位，3表示无效PPS，6表示正在估算
字段 7：使用中的卫星个数（0012）（若前导的位数不够时，就需要补个0）
字段 8：HDOP水平精度因子（0.599.9）
字段 9：海拔高度（9999.999999.9）
字段10：地球的椭球面和地面的相对高度
字段 11：差分时间（从差分信号被接收到开始的数秒，若不是差分定位就为空）
字段12：差分站的ID号（00001023）（若前导的位数不够时，就需要补个0，若不是差分定位就为空）
字段13：校验值
第二章 AIS介绍
2.1 AIS产生的背景
由于世界船舶数量的不断增加，船舶的规模和航速也随之迅速发展，因此世界各大重要水道被挤地水泄不通，航海事故日益巨增，给船舶航行安全构成了巨大的威胁。经过漫长的研究，人们从航行安全保障技术中认识到，船舶之间、船岸之间的信息交换重要性，但是对当前存在的局限性表示束手无策。因此，提高船舶航行安全，减少船舶对海洋的污染，成为国际海事组织(IMO)和各国主管部门的首要难题。为了更好地提高船舶航行安全，人们务必研究并开发出新的助航设备。计算机技术的飞速发展，促使了研究不断深入。船载AIS就是依靠该技术发展而成的。
目 录
第一章GPS介绍 1
1.1 GPS 发展史 1
1.2 GPS系统组成 1
1.3 GPS导航原理 2
1.4 GPS编码规则 2
第二章 AIS介绍 4
2.1 AIS产生的背景 4
2.2 AIS概述 4
2.3 AIS与GPS的综合应用 9
第三章 AIS报文解析 10
3.1 AIS报文解析流程图 10
3.2 AIS的编码规则 10
3.3 CRC 循环校验码的生成原理和过程 11
3.4 AIS报文解码 12
3.5 AIS内容解析 13
3.6 AIS系统的实现 17
第四章 结合地理信息系统实现数据处理应用 20
4.1地理信息系统介绍 20
4.2 AIS结合地理信息系统的综合应用 20
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附录 24
第一章GPS介绍
1.1 GPS 发展史
GPS全称为(Global Positioning System)，即全球定位系统。它几乎覆盖了整个地球表面，并为其提供准确的定位、测速以及各国精准的时间标准。GPS系统由24颗GPS卫星组成，用户端的GPS接收机则是由地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站组成的。
美国全球定位系统GPS的研制是在60年代末，1973年系统方案正式诞生，1994年，耗资120多亿美元建成了实用卫星导
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
航系统。
1960年，前苏联经过审议首次提出对GLONASS假设。1978年，根据方案设计GLONASS系统。1995年系统成功研制并使用。
1985年，我国首次提出“北斗一号”导航系统，1994年，开始进行研制。系统于2002年1月1日试运行。
GPS系统是当今科技发展与变革的重要成就之一。GPS技术和基于该项技术的各种信息处理平台现在已经普及，人们将GPS在各领域进行了推广和应用。GPS系统通过运行在地球轨道上的卫星，可以提供很多的服务。例如，司机日常使用的电子导航，还有我们的手机定位等。
1.2 GPS系统组成
GPS系统的组成分工很明确，有以下三部分组成：
GPS卫星星座部分由24颗卫星组成，正常工作的卫星有21颗，3颗为备用卫星。在卫星轨道的6平面上，均匀有序的分布这24颗卫星。这样的布局保证了在全球任何地点、任何时刻至少能观测到4颗卫星。
地面监控部分由1个主控站、4个地面天线站和6个监测站组成。
用户设备部分大多数为GPS接收机，其作用是从GPS卫星接收信号并把传达过来的信息计算用户的三维位置和时间。
1.3 GPS导航原理
GPS导航系统的基本原理：通过衡量卫星与用户接收机间的距离，再融合其他卫星测量出的数据就能精准地算出接收机的位置。为此，依据星载时钟的记录时间查阅星历得出卫星位置。把卫星信号发送到用户的时间乘以光速，可以算出两者之间的距离。为了精准无误确定用户的三维位置，缩小接收机的时钟偏差，伪距的测量要求非常严格，不能低于接收来自4颗卫星的信号。
1.4 GPS编码规则
GPS导航设备种类繁多需要NEMA协议统一BTCM标准，由美国国家海洋电子协会（NEMAThe National Marine Electronics Association）制定的一套通信协议，GPS接收机根据NEMA0183协议的标准规范，将一系列信息通过串口传送到计算机。
通过NEMA0183协议能够定义种类繁多的语句，但是常用的语句分为$GPGGA、$GPGSV、$GPRMS、$GPVTG、$GPGLL等。下面举例说明。
$GPGGA
例：$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24,19.7,M,,,,0000*1F
字段 0：$GPGGA，语句 ID，表明该语句为 Global Posltioning System Fix Date(GGA) GPS定位信息
字段 1：UTC 时间， hhmmss.sss,时分秒格式
字段 2：纬度 ddff.ffff，度分格式（若前导的位数不够时，就需要补个0）
字段 3：纬度 N（北纬）或S（南纬）
字段 4：经度 dddff.ffff，度分格式（若前导的位数不够时，就需要补个0）
字段 5：经度E（东经）或W（西经）
字段 6：GPS的实时状态，0表示未定位，1表示非差分定位，2表示差分定位，3表示无效PPS，6表示正在估算
字段 7：使用中的卫星个数（0012）（若前导的位数不够时，就需要补个0）
字段 8：HDOP水平精度因子（0.599.9）
字段 9：海拔高度（9999.999999.9）
字段10：地球的椭球面和地面的相对高度
字段 11：差分时间（从差分信号被接收到开始的数秒，若不是差分定位就为空）
字段12：差分站的ID号（00001023）（若前导的位数不够时，就需要补个0，若不是差分定位就为空）
字段13：校验值
第二章 AIS介绍
2.1 AIS产生的背景
由于世界船舶数量的不断增加，船舶的规模和航速也随之迅速发展，因此世界各大重要水道被挤地水泄不通，航海事故日益巨增，给船舶航行安全构成了巨大的威胁。经过漫长的研究，人们从航行安全保障技术中认识到，船舶之间、船岸之间的信息交换重要性，但是对当前存在的局限性表示束手无策。因此，提高船舶航行安全，减少船舶对海洋的污染，成为国际海事组织(IMO)和各国主管部门的首要难题。为了更好地提高船舶航行安全，人们务必研究并开发出新的助航设备。计算机技术的飞速发展，促使了研究不断深入。船载AIS就是依靠该技术发展而成的。
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