天津海运职业学院GMDSS教学教案.docx

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天津海运职业学院GMDSS教学教案

一、导入新课

本课程是船舶驾驶专业的主要专业课.

通过本课程学习,使学生建立起GMDSS概念,掌握GMDSS工作原理及遇险，紧急和安全通信工作程序，以满足STCW公约有关GMDSS操作员培训发证的要求。

掌握GMDSS系统使用的通信手段和设备。

二、新授课程

第一章GMDSS概述

第一节GMDSS的基本概念和功能

GMDSS----GlobaMaritimeDistressandSafetySystem

全球海上遇险与安全系统。

该系统是国际海事组织（IMO---InternationalMaritimeOrganization）用于改善旧的海上遇险与安全系统通信，并用来进一步完善海上常规通信的一整套综合系统。

旧系统的局限性

第一，遇险报警的有效范围受限，只有150nmile左右

第二，莫尔斯信号的拍发与抄收必须经专门训练的报务员才能胜任

第三，遇险报警过程中人工、人为因素较多，报警成功率低

第四，缺乏一个合理的统一的国际间搜救程序

第五，人工操作、报务员劳动强度大、延误多

GMDSS的基本概念：

岸上搜救当局及遇难者附近的船只能够迅速地被报警，以便他们能以最小的延迟参与协调的搜救活动

GMDSS的功能

按IMO要求，凡从事国际航行的300总吨以上的货船和一些客轮必须装备GMDSS设备，并要求具有以下的功能：

（1）收发遇险报警信号;

（2）搜救协调通信;

（3）现场通信;

（4）收发寻位信号;

（5）收发海上安全信息;

（6）常规通信；

（7）发送和接收驾驶台到驾驶台的通信。

第二节GMDSS中分系统作用及船用设备

一、地面通信系统/地通（TerrestrialCommunications）

1.远距离业务

船到岸/岸到船：

高频（HF）来进行远距离业务。

INMARSAT覆盖区中,也可使用卫星通信

在INMARSAT的覆盖区域外，高频是唯一的远距离通信手段

DSC是GMDSS中遇险报警和安全通信的重要手段，DSC仅可以完成遇险和安全报警呼叫，在DSC报警呼叫之后可利用无线电话和窄带直接印字电报（NBDP）来完成遇险和安全通信

2.中距离业务

MF频带中的频率上进行

船到岸、船到船/岸到船：

2187.5KHz/DSC进行遇险报警和安全呼叫

2182KHz/R/T进行遇险和安全通信,包括搜救协调通信和现场通信

2174.5KHz/NBDP的遇险和安全通信。

3.近距离业务

甚高频（VHF）的频率

DSC

遇险报警和安全呼叫

CH70156.525MHz

无线电话

搜救协调通信和现场通信在内的遇险和安全通信

NBDPCH76

二、卫星通信系统/卫通（SatelliteCommunications）

1、INMARSAT系统

INMARSAT系统由岸站（LES）、卫星（空间段）、船站（SES）、网络协调站（NCS）和网络控制中心（NCC）组成

NCC位于英国伦敦的INMARSAT总部

NCS共有4个，在AOR-W,AOR-E,IOR和POR洋区各有一个

INMARSAT-A系统已于2007年12月31日关闭

B系统开放的业务主要有：

双工电话、船对岸的单工电话（包括群呼和区域性呼叫）、岸到船的业务通告和A系统开放的业务

C系统是只能处理数字化报文和数据的卫星通信系统

E系统是卫星EPIRB系统

2、COSPAS-SARSAT近极低轨道卫星系统

COSPAS-SARSAT系统确定三种信标ELT/EPIRB/PLB

COSPAS-SARSAT系统由紧急信标、卫星、本地用户终端（LUT）和任务控制中心（MCC）组成

第三节GMDSS船载设备配备要求

一、GMDSS海区划分

A1海区：

至少有一个VHF岸台的无线电话覆盖的区域;

A2海区：

至少有一个MF岸台的无线电话覆盖的区域，在该区内能提供连续有效的DSC报警，这个区域可由缔约国政府规定，但不包括A1海区;

A3海区：

在INMARSAT静止卫星的覆盖范围之内，能提供连续有效的DSC报警的区域，但不包括A1和A2海区；

A4海区：

A1、A2和A3海区以外的区域

二、船载设备配备原则

第一，船舶根据其航行区提供执行GMDSS功能的设备；

第二，船舶应能至少以两种分开的独立的手段来发射船到岸的遇险报警；

第三，每一种设备应能执行两种以上的功能；

第四，设备应操作简单，工作可靠，并做到无人值守，自动报警；

第五，救生艇设备无线电设备的目的应该是完成现场通信，以及发出寻位信号，以便顺利的与搜救船只或飞机相配合，完成对救生艇的救助

三、船载设备配备要求

1、所有船舶必须配备的设备

（1）VHF无线电话装置，该装置具有收发功能；

（2）VHFDSC值班接收机；

（3）至少2台搜救雷达应答器（SART）;

（4）NAVTEX接收机；

（5）增强性群呼（EGC）设备或HFNBDP接收设备

（6）406MHzEPIRB或1.6GHzEPIRB

（7）双向VHF无线电话设备（300~500总吨的每艘货船，至少2部；每艘客船和500总吨以上的每艘货船，至少3部）

（8）2182kHz值班接收机和2182kHz无线电话报警信号发生装置

2、A1航区船舶必须增配的设备

（1）VHF电话设备（156~160.5MHz）；

（2）可用VHFEPIRB代替卫星EPIRB

3、A1和A2航区船舶必须增配的设备

（1）MFDSC（2187.5KHz）和2182kHz电话设备

（2）MFDSC值守机；

（3）用于常规通信的MF设备（1605~4000kHz）

4、A1、A2和A3航区船舶必须增配的设备

A方案是：

（1）INMARSAT船站（SES）一台；

（2）MFDSC（2187.5kHz）和2182kHz电话设备；

B方案是：

（1）MF/HF设备（带有DSC、NBDP、TEL终端，且能用于常规通信）；

（2）MF/HFDSC值守机，它可与MF/HFDSC结合在一起

第四节GMDSS设备的可用性和维修要求

确保GMDSS设备可用性的基本方法

1974年SOLAS公约1988年修正案提供了三种可选择的方案：

双套设备（duplicationofequipment）

岸上维修（shore-basedmaintenance）

海上（电子）维修（at-seaelectronicmaintenancecapability）

A1/A2海区：

3选1

A3/A4海区：

3选2

第五节GMDSS无线电人员配备要求

GMDSS无线电人员证书种类

1.一级无线电电子证书（First-ClassRadioElectronicCertificate）

2.二级无线电电子证书（Second-ClassRadioElectronicCertificate）

适用于A1/A2/A3/A4海区

3.普通操作员证书（GeneralOperator'sCertificate）

适用于A1/A2/A3/A4海区，但不具备海上维修的能力

4.限用操作员证书（LimitedOperator'sCertificate）

适用于A1海区，但不具备海上维修的能力

各海区无线电人员配备要求

A1海区：

配备一名持有上述四种证书之一的操作员

其它海区：

须配备一名持有一级电子证书,或二级电子证书,或普通操作员证书的操作人员

专职一名/兼职二名。

船上配备一名胜任的人员,作为遇险时的专门通信操作员

三．课堂总结

这节课我们学习了GMDSS的基本概念和功能，各系统作用和设备的配备

，希望大家课后注意复习。

四．作业

熟记GMDSS的基本概念和功能，海区划分原则

一、导入新课

上节课主要学习了GMDSS的基本概念，下面就上一节的内容做一个简答的回顾

（1）GMDSS的基本概念

（2）GMDSS的功能

（3）海区的划分

（4）GMDSS设备配备原则和要求

二、新授课程

第二章信号、系统与噪声

第一节信号、系统及其带宽

一、信号

1、定义：

以电形式表示的信息，它是以电压或电流形式表示的电量

2、分类：

（1）数字信号与模拟信号

（2）周期信号与非周期信号

（3）随机信号与非随机信号

（4）能量信号与功率信号

二、信号的频谱

1、定义：

信号在频域范围内的分布称为频谱

2、分类：

（1）周期信号的频谱

（2）非周期信号的频谱

三、周期性信号频谱图的特点

周期性信号的频谱图由离散的频谱线组成

频谱线的疏密程度与周期大小有关，周期越大线谱越密

线谱的多少与信号波形有关，信号波形越光滑，高次线谱幅度减小的速度越快

反之，信号波形跳变越大，谐波越丰富，谐波幅度收敛越慢

四、信号的带宽

定义：

信号在频域上的分布范围称为信号的带宽

第二节通信系统及其要求

信源：

指产生含有信息的消息的来源

信宿：

指语音、图像、数据等消息的归宿，是指消息的接受者

变换器：

需要通过变换器将原始的非电消息变换成电信号，并再对这种电信号进一步转换，使其变成适合某种具体信道传输的电信号

反变换器：

将对方传送来的电信号恢复成原始的消息

信道：

传输的媒介

一、模拟通信系统

1、模拟消息：

在时间特性上状态连续变化的消息

模拟通信：

传输连续电信号的通信

基带信号：

由信源发出并经过非电、电变换的信号

2、模拟通信的缺点

传输的信号是连续的，混入噪声干扰后不易消除，即抗干扰能力较差

不易保密通信

设备不易大规模集成

不适应飞速发展的计算机通信的要求

二、数字通信系统

1、定义：

以数字方式传送消息的通信系统称为数字通信系统

2优点：

（1）抗干扰能力强

（2）设备易于集成化、微型化

（3）保密性强

（4）便于构成数字通信网

3、不足：

比模拟通信占据的频带要宽，频带利用率低

4、对比：

有效性是表征通信系统能够传输消息的数量指标

模拟通信系统的有效性指标用所传信号的有效传输带来带宽来表征

数字通信系统的有效性指标用传输速率来表征

可靠性：

表征通信系统传输消息的质量指标

模拟通信系统的可靠性指标用系统的输出端即收信者接收信号处的信噪比来衡量

信噪比是在该点的信号功率S与噪声的平均功率N之比，信噪比越高，说明噪声对信号的影响越小

数字通信系统的可靠性指标用差错率来衡量，差错率越小，可靠性越大

误码率是指收方接收到的错误码元数在发方发出总码元数中所占的比例，即在传输中出现错误码元的概率，记为Pc

接收的错误码元数

Pc=

传输总码元数

误码率的大小与信道的噪声等干扰的大小及噪声、干扰的形式有关。

信噪比越大，误码率就越低

第三节噪声及其表示

1、噪声（干扰）：

除有用信号以外的一切不需要的信号以及各种电磁扰动的总称。

分类：

按发生地点分为：

外部干扰、内部干扰

按产生根源分为：

自然干扰、人为干扰

按电特性可分为：

脉冲型、正弦型、起伏型；

习惯上，把外来的称为干扰，把内部产生的称为噪声，它的大小是放大器性能好坏的重要指标。

2、噪声的表示

信噪比S/N：

信号与噪声的相对值S/N=信号功率/噪声功率=Ps/Pn

分贝表示（S/N）db=10lgPs/Pn

第四节调制与解调

一、模拟调制与解调

1两个概念

基带信号：

信号的频谱集中在零频附近，是原始信号，也称调制信号。

通带信号：

信号的频谱集中在载频附近。

2调制：

把基带信号转换成通带信号的过程。

该过程使载波的某个参数随基带信号而变化。

3解调：

把通带信号转换成基带信号的过程。

与调制过程相反，也称为检波。

4模拟调制：

用连续基带信号使载波的某个参数（幅度、频率、相位）连续变化的调制方式。

5模拟调制的方式

幅度调制——被控制的参数是载波的幅度信息线性

频率调制——被控制的参数是载波的频率信息

相位调制——被控制的参数是载波的相位信息

频率与相位调制统称为角度调制。

载波频率要远远大于调制信息的频率

第五节船舶通信的工作种类及其表示

1.第一个符号:

表示主载波调制的种类

以下符号表示调幅形式:

A双边带;H单边带全载波;R单边带减载波;J单边带抑制载波

以下符号表示角调制的主载波:

F调频;G调相;

2.第二个符号

表示调制载波的信号性质

1表示不用调制副载波，但包含数字信息的单信道;

2表示利用调制副载波且包含数字信息的单信道;

3表示包含模拟信息的单信道。

3.第三个符号

表示所发射的信息种类

A莫尔斯电报;B自动接收电报（如:

电传Telex,数字选择呼叫DSC等）;C传真;

D数据传输,遥测和遥指令;E电话（包括语言广播）;F电视（视频）;

课堂总结

这节课我们学习了信号、系统与噪声，通过学习大家应该掌握噪声的定义及其表示方法，希望大家课后注意复习。

四．作业

《GMDSS综合业务》题库相关选择题和简答题，注意各个知识点的联系。

一、导入新课

上节课主要学习了信号、系统与噪声的一些内容，简单对几个问题进行提问

（1）信号的定义和分类

（2）噪声的定义

（3）噪声的表示方法

（4）三个符号

以上是上节课所学主要内容，这节课我们学习第三章电波传播与天线

二、新授课程

第三章电波传播与天线

第一节电波的辐射与传播途径

一、电波的辐射

什么是无线电波？

无线电波实质上是一种电磁波。

它的传播过程就是交变电磁场向前波动的过程

换句话说，无线电波的传播就是交变电磁场的传播

二、频率与波长的关系

波长是指无线电波在一个周期内传播的距离。

速度是指每秒钟内无线电波传播距离

频率是指电波每秒钟振动（重复）的次数

三者关系：

λ=υＴ=υ/f

λ为波长（ｍ）；ｆ为频率（Ｈｚ）；Ｔ为周期（ｓ）；υ为电波传播速度（自由空间为光速）

三、无线电波段的划分

波段名称波长范围频率范围频段名称

超长波10,000—100,000m30—3kHz甚低频VLF

长波1,000—10,000m300—30kHz低频LF

中波100—1,000m3000—300kHz中频MF

短波10—100m30—3MHz高频HF

米波1—10m300—30MHz甚高频VHF

分米波10—100cm3,00—300MHz特高频UHF

厘米波（微波）1—10cm30—3GHz超高频SHF

毫米波1—10mm300—30GHz极高频EHF

亚毫米波1mm以下300GHz以上超极高频

四、电波传播途径

1、地波传播

定义：

电波沿地球表面传播

特点：

波长越长（频率越小），传播距离越远

2、空间传播

定义：

电波经地球上空的空间，直接到达接收天线

地面无线电：

大气较低层

空间无线电：

卫星中继

3、电离层波传播

定义：

电离层波又称为天波。

电波由发射天线出发经电离层发射到达接收天线的传播方式

特点：

可反射短波以下频率的电波，短波以上不能将其反射回地面

4、外层空间传播

五、电离层

1、形成：

太阳紫外线辐射，气体分子电离成正离子、负离子、自由电子

2、结构：

距地面60~300KM，白天可分为D/E/F1/F2层，晚上D/F1消失只存在E/F2层，高度越高，电子浓度越大

电波在电离层的反射

3、反射:

频率f越高，要求的电离层浓度越大，故要在较高的地方才能折回

入射角a越小，反射要求的电离层浓度越大。

4、电离层的规则变化

昼夜、季节、地理位置不同，电离层分布也不同，要根据具体情况选择合适工作频率。

日变化D：

白天出现，晚上消失

F1：

白天出现，晚上与F2合并为一层

F2：

白天、晚上都存在

波长越长（频率越低）、电离层浓度越高，电波衰减越大。

频率愈高，穿越电离层能力较强。

晚上，较高频率的短波易穿越电离层，故中午选用的频率应高于晚上。

第二节各波段电波传播特点

一、中波传播

1频率范围300~3000kHz，波长100~1000m

白天：

地波传播，由于D层的吸收不能靠天波传播

晚上：

D层消失，可以靠E层反射，这时地波和天波同时存在

存在衰落现象：

地波和天波的叠加（多径传播）

2克服衰落的办法：

一方面，在接收机增设自动增益控制，使输出信号的强度不随输入信号强度改变

另一方面，采用特种天线—抗衰落天线，以抑制天波的产生

二、短波传播

1地波传播：

传播距离小于100KM（陆地）/150km（海上）

天波传播：

全球

电波穿过E层在F层反射，损耗主要在E层，损耗与频率有关，频率越高，损耗小频率太高，不再被反射回地面。

最高可用频率：

使电波恰好能折回地面的频率

实际使用频率为最高可用频率的80~90%

2特点：

a地波传播衰减快，传播距离近

b天波传播距离远，但信号不稳定；白天电子浓度大，使用较高频率；晚上电子浓度小，使用较低频率。

c存在衰落：

信号到达同一接收点的途径不同及电波传播中的散射效应（多径传播/漫反射）；导致接收时的相位差不同，同相相加、反相相消；采用AGC（自动增益控制）电路.

d存在寂静区：

电波依靠地波传播的距离较近，经电离层反射到地面的第一个反射波又远远超过地波所能到达的地区，在二者间有一个环形区收不到信号

三、超短波和微波传播

超短波和微波主要是靠空间波和穿透电离层在外层空间的传播方式传播

第三节短波通信频率的选择与估计

最低可用频率（LUF）:

能保证最低所需信噪比的频率它与发射机功率、天线增益、天线传播损耗、接收点噪声电平以及工作方式等因素有关

最高可用频率（MUF）：

能使反射线到达接收点的最大反射频率

最佳工作频率（OWF）应处在MUF与LUF之间

第四节船舶常用天线及其维护

1概述

天线是具有发射和接收无线电波能力的装置

当天线处于调谐状态时，其发射或接收无线电波的能力最好。

现在的发射机一般都带有自动保护电路，在必要的时候，它会自动关掉发射机或将发射机发射功率降到一个安全的水平。

2天线的维护保养

天线必须保持清洁，盐的沉淀物必须清除，馈线和托架必须定期进行检查。

定期检查天线的各个绝缘子有无裂缝并进行清洁。

三．课堂总结

这节课我们学习了C系统与船站，重点是要掌握C系统的主要特点和通信过程，通过学习这节课，希望同学们与前面的B系统相比较，从中找到联系和区别。

四．作业

《GMDSS综合业务》题库相关选择题和简答题，注意各个知识点的联系。

第四章MF/HF船用通信设备

第一节MF/HF电台的功能和性能要求

1、MF/HF通信系统的功能：

可用来实现船岸间或船舶间中远距离通信，同时通过海岸电台的转接还可实现船台与陆地公众网用户的通信

MF/HF船台与DSC、NBDP终端相接可实现遇险报警、搜救协调通信、现场通信、MSI的接收和常规通信功能，MF/HF电台无论岸台或船台均包括发射机、接收机和天线

2、GMDSS要求船用MF/HF电台至少由下面几部分组成

（1）包括天线在内的收发机；

（2）机身附控制单元（控制台），可分设一个以上控制单元（控制台）；

（3）带有按下讲话的送受话器；

（4）内置或外置扬声器；

（5）结合成一体或分设的NBDP终端设备；

（6）结合成一体或分设的DSC终端设备；

（7）对DSC遇险频道连续值守的接收机（DSCWKR）（扫描周期为2s）

3、MF/HF电台的主要功能和性能要求

能用声音和DSC设备实现遇险报警、紧急与安全呼叫、船舶业务和公众通信业务的呼叫；

能用声音和NBDP设备实现电话和电传通信；

能用船舶主电源供电，也能用备用电源工作；

能从船舶驾驶位置或附近执行遇险与安全通信；

遇险报警只能用报警按钮才能执行，遇险报警的状态要有明确的指示

对带有一个以上遥控台的电台，任何一个控制台或遥控台上应有“占用”（OCC）状态的标注。

任何时刻，只能有一个控制台或遥控台的控制有效。

电台控制软件固化在设备内。

断电后的内存信息要保存24h以上

初始化参数或程序应存储在EPROM中

对设备工作要间隔一定时间自动检测，发现故障立即报警

工作种类包括：

J3E/H3E/F1B/J2B，输出信号规定为上边带

开机1min就能工作，带有晶体恒温槽的电台也要在开机30min内能工作

第二节MF/HF发射机的组成

MF/HF发射机的基本任务是：

将被传送的音频信号变换为射频SSB信号，并将之放大到所需功率，经配谐以后由天线发射出去

MF/HF包括激励器、线性功放与合成、自动调谐器、电源和微机控制系统

一、MF/HF发射机的组成规律

（1）SSB信号必须在低电平处形成

（2）采用三次搬移方案中的“高中频”方案

（3）放大器必须保证线性

（4）载频必须独立注入

高中频方案

满足自动控制要求

定义：

第三调制（混频）器的输入频率高于最高的工作频率30MHz

作用：

减少输出调谐手续（最后采用低通滤波器）

国际上规定：

使用上边带为船用SSB信号

结论

激励器一般采用三次搬频方案

采用高中频方案：

第一次搬频用上（下）边带，则第二次一定用下（上）边带，因为最后一次都是用下边带（低通）

最后级采用不调谐的低通滤波器（下边带）

第一次一般采用晶体滤波器

海上SSB发射机仅使用上边带做为标准的SSB信号，最后输出必须是上边带信号

三、MF/HF发射机的功能和主要性能要求

⏹发射机的工作频率范围是1.605~27.500MHz

⏹无线电话的工作频率是以载波频率指配的

⏹NBDP、DSC工作频率是以中心频率指配的

⏹工作种类包括：

F1B/J2B、J3E和H3E

⏹发射频率切换时间不超过15s

⏹频率精度≤±10Hz

⏹当工作种类为J3E/H3E时，发射机输出功率以峰包功率计

⏹当工作种类为F1B/J2B时，发射机输出功率以平均功率计

⏹发射机在额定功率档工作时持续时间最短为15min

⏹天线输出电流应有指示，并且指示电路故障不会引起天线电路的中断

⏹要求发射机功放在输出功率到天线的过程中，不会因天线开路或短路而使发射机故障

⏹发射机工作于额定功率输出情况下，由调制器、放大器及末级功放的线性引起的新的非谐波的产物称为互调产物

⏹无用边带抑制指船用MF/HF通信中规定使用上边带，下边带是无用边带，对无用边带的抑制能力

⏹载波抑制也称为载漏抑制，指在载频位置上残留的载波电压幅度与SSB信号峰包电压幅度之比值

第三节MF/HF发射机主要单元原理

一、激励器单元

1、SSB激励器的功能：

形成发射所需要的各种SSB信号；将信号频率从音频搬移到发射频率，并为末级或末前级提供足够的推动电平

2边带调制器：

平衡调制器/环形调制器

作用是产生被载波被抑制的双边带信号

3、边带滤波器：

作用是从SSB调制器的输出中提取有用边带，抑制无用边带和载漏

滤波器的通带，输出频率大滤波器的阻带，输出频率小

分类：

晶体/机械/LC低通/高通/带通/带阻（根据通带和阻带的相对位置来分，在MF/HF通信设备中常用前三种）

4、几种最基本的滤波器

LC低通滤波器：

频率低于某频率fc的信号成分能通过，高于fc的信号成分被阻止的滤波器

LC高通滤波器：

频率高于fc的信号成分能够通过，频率低与fc的信号成分被阻止的滤波器

LC带通滤波器：

频率在fc1和fc2之间的信号成分能通过，而频率小于fc1或大于fc2的信号成分被阻止的滤波器

二、功放单元

1、MF/