教案16（船舶无线电通讯）课件.ppt

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1、一、无线电概述二、无线电波的产生三、高频单边带无线电系统四、全球海上遇险与安全系统,课题十六、船舶无线电通讯,无线电通信是指利用无线电波在空间的传播来传递信息的通信。电磁波与现代科技和人类的生活密切相关。在信息技术高速发展的今天，电磁波对我们来说越来越重要。电磁波到底是什么？为什么它具有那么大的威力？它又是怎样产生的呢？我们又是怎样利用它来传递各种信号呢？,一、无线电通信概述,（1）电磁振荡的产生,实验如图：先把开关板到电池组一边，给电容器充电。稍后再把开关板到线圈一边，让电容器通过线圈放电。,1.振荡电流：这种电路产生的大小和方向做周期性变化的电流，叫振荡电流。2.能够产生振荡电流的电路叫振

2、荡电路。如图所示是一种简单的振荡电路，称为LC振荡电路。3.LC回路产生的振荡电流按正弦规律变化。,（2）LC回路的周期和频率,电磁场理论：19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦建立了完整的电磁场理论。这个理论不仅说明了当时已知的电磁现象，而且预言存在着一种新的能量传输形式，这就是电磁波。电磁场理论的诞生，不仅具有深刻的理论意义，而且具有广泛的应用前景，对人类社会发展产生了巨大而深远的影响。,麦克斯韦电磁场理论：,（1）变化的磁场产生电场,实验验证：按图连接线路。问1：小灯泡能否发光？问2：线圈中的电荷为什么能定向移动？问3：如果线圈断开，线圈中有电流、电场吗？问4：如果把线圈拿走，它原来所处

3、的空间有电场吗？,结论：变化的磁场产生电场。,（2）变化的电场产生磁场,麦克斯韦根据电现象与磁现象的相似性和变化的磁场能产生电场的事实，提出大胆的假设：变化的电场也能产生磁场，并且通过严密的理论推导得以证明这一结论的正确性。,电磁场：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。（电场和磁场只是这个统一的电磁场的两种具体表现）,小结：1.麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场能够在周围空间产生电场；变化的电场能够在周围空间产生磁场。2.变化的磁场产生电场，变化的电场产 生磁场，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场

4、-电磁场。,（3）电磁波的产生,电磁波的产生：如果在空间某处发生了变化的电场，就会在空间引起变化的磁场，这个变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样，变化的电场和磁场并不局限于空间某个区域，而是由近及远向周围空间传播开去。电磁场这样由近及远地传播，形成电磁波。,普通的 LC振荡电路中电场主要集中在电容器极板之间，磁场主要集中在线圈内部，振荡过程中电场能和磁场能主要是在电路内部互相转化，辐射出去的能量很少，不能有效发射电磁波。,问：为什么普通的LC振荡电路不能有效地发射电磁波？,问：要有效向外发射电磁波，振荡电路必须具有哪些特点？振荡电路必须具有如下特点：第一、要有足夠高的

5、频率。频率越高，发射电磁波的本领越大。（单位时间内辐射出去的能量与频率的四次方成正比）第二、振荡电路的电场和磁场必须分散到尽可能大的空间。即成为开放电路。由闭合电路变成开放电路,电磁波在空间以一定的速度传播，其波长、频率f、和波速v的关系遵从波动的一般关系,麦克斯韦从理论上预见：电磁波在真空中的传播速度等于光在真空中的传播速度。即电磁波在真空中的传播速度C=3.0108m/s这个预见后来得到了证实,（5）电磁场具有电磁能，电磁波在空间传播，电磁能就随之一起传播。,（6）电磁波的传播不需要任何介质。,赫兹用实验证实了麦克斯韦理论的正确性（1888年）,赫兹是一个短命的物理学家。在1894年逝世时

6、，他才年仅37岁。他从21岁考人柏林大学直到不幸去世，进行科学研究不足15年，然而却建立了永垂青史的功绩。赫兹证明：要获得电磁波，就必须建立一个辐射电磁波源，这个电磁波辐射源还应当有足够的功率。赫兹很快制成了电磁波辐射源，当时它被称作赫兹振荡器 赫兹第一个证实了光从其本质上说也是一种电磁波的问题。发现电磁波产生的巨大影响，连赫兹本人也没料到。在他发现电磁波的第二年，有人问他，电磁波是否可以用作无线电通讯，赫兹不敢肯定。,在发现电磁波不到6年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现了无线电传播，并很快投人实际使用。其他利用电磁波的技术，也像雨后春笋般相继问世。无线电报（1894年）无线电广播（19

7、06年）无线电导航（1911年）无线电话（1916年）短波通讯（1921年）无线电传真（1923年）电视（1929年）微波通讯（1933年）雷达（1935年）以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。,赫兹关于电磁波的实验，为无线电技术的发展开拓了新的道路，构成了现代文明的骨架，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。1HZ=1周/S,二、无线电波的产生,（1）无线电波的产生：高频电流在天线流动会在其周围产生交变的磁场，在空间中交变磁场再产生交变的电场，交变的电场再产生交变的磁场。这样在空间中交变的电磁场不断交替变化，波动传播，从而形成了无线电波。,无线电传播的速度

8、：近似光速x10m/s频率（Frequency）：定义：电波在单位时间（）内幅值大小与方向周期性变化的次数。符号：单位：赫兹（Hz）千赫兹（KHz）兆赫兹（MHz）G赫兹（GHz）换算关系：1000Hz=1KHz；1000KHz=1MHz；1000MHz=1GHz,周期：电波幅值大小与方向变化一次所用的时间。符号：T单位：秒（s）、毫秒ms）、微秒（s）换算关系：1秒（s）=1000毫秒（ms）；1毫秒（ms）=1000微秒（s）。波长：定义：电波在一个周期内传播的距离；符号：；单位：米（m）、分米（dm）、厘米（cm）、毫米（mm）换算关系：1米（m）=10 分米（dm）；1分米（dm）=1

9、0厘米（cm）；1 厘米（cm）=10毫米（mm）；,（2）频率的划分,（3）无线电波的传播途径和特点,一、无线电波的传播路径地波传播空间传播电离层波传播,地面波,地面波是指沿地球表面传播的电波,电离层波(天波):指靠电离层波传播的电波,（4）各波段电波传播特点,1.长波和超长波传播特点超长波:波长为100km-10km;频率为3-30kHz;长波:波长为10km-1km;频率为 30-300kHz。传播特点:超长波和长波由于波长长,地形对传播影响很小。在 300 Km 以内传播基本上是地波传播。远距离靠天波。,长波和超长波传播主要缺点 地波对其它收信台干扰大；易受天电干扰，尤其是在雷雨的夏

10、季；收发设备笨重，需要庞大的天线。,2、中波的传播特点波长：1 km-100m;频率：300-3000kHz;传播特点：白天靠地波.因为中波穿过D 层时,受到强烈的吸收。夜间靠地波和天波.吸收中波的D层消失,由E层反射。白天传播200海里;晚上传播400海里。有衰落现象。接收机须加AGC控制线路。,3、短波传播特点波长为10010m;频率为330MHz。传播特点：主要靠天波来传播。地波传播距离一般不超过100Km；白天频率越高，传输距离越远；频率越高,衰减越小;晚上通信要选用低一些的频率通信。天波传播时可借助于电离层进行一次或多次反射,实现远距离通信。多路径传播的原因，可引起衰落性干扰；电离层

11、波动，信号传输不稳。,4、超短波和微波的传播特点频率:30MHz以上；波长:10M以下。传播特点：主要靠空间波传播。原因：地波；天波传播距离一般仅有几十海里。天线绝对高度(距海平面的高度)为几十米时，VHF通信距离30-50海里。,在主要航线上不同海区和国内主要海岸电台通信使用的频段,所在海区 白天最佳频段 夜间最佳频段印度洋 16MHz、22MHz 8MHz、12MHz红海 16MHz、22MHz 8MHz、12MHz地中海西部 16MHz（1530LT左右）8MHz、12MHz 12MHz（1630LT左右）大西洋东部 12MHz（1630LT左右）8MHz、12MHz,船舶通讯系统主要分

12、为对外联络的无线电系统和卫星通讯系统，内部通讯的电话系统和广播系统，电话又分为有线电话和无线电话两种。1、无线电系统 船用无线电系统主要包括各种用途的电台、收发讯机和呼叫系统等，目前多以组合形式出现。目前，中国建造的大中型船舶，基本上采用进口的无线电系统，国产的无线电系统功率较小，一般安装在小型沿海和内河船舶上。,2、卫星通讯系统卫星通讯系统是20世纪70年代以后才开始装船使用的通讯设备。它利用国际海事组织（INMARSAT）的若干颗位于不同地球同步轨道的卫星，形成覆盖全球的通讯网络，由于其全球性、全天候的特点，已成为远洋船舶必须装备的系统之一。一般船舶上安装的是INMARSAT的B站和C站。

13、,3、船用电话及内部通讯系统 船用电话主要分为小型程控电话交换机、声力电话等电话机、甚高频无线电话、对讲机及广播电视系统。4、天线系统 船上的许多通讯系统需要各种各样的天线，为了避免各种天线相互干扰，降低制造和安装成本，船上将多种通讯系统的天线共享。,对于一艘漂移在海上的移动城市来说，如何与外界联系是一个重要的问题，不仅仅是船上需要和陆地保持联系，也需要和自己的家人和朋友联系。对此，船上有专门的无线设备可以和外界沟通。下面我们将介绍一些船上常用设备，包括无线电系统和卫星电话。,三、高频单边带无线电系统,典型产品是SEA公司的SEA 330，是一套300瓦高频无线电接发系统，覆盖频率范围为1.6

14、-29.9 MHz。其储频装置可以容纳一般的ITU和TELEX分配的所有频道以及某些用户的专设频道。该系统一般由固定在无线电/海图室的运行电台和一个一般设置在计算机房有语音功能的电台组成。,1、航行用电台 船舶无线电台应具备有效的中华人民共和国船舶电台执照，操作人员必须有操作证。首先介绍船舶遇险和安全通信的主要方式和使用频率：（1）莫尔斯无线电报、单边带无线电话。（2）甚高频无线电话16频道(156.800mhz)是水上移动业务无线电话国际遇险、紧急、安全和呼叫频率，用于发送遇险信号，进行遇险呼叫和遇险通信，还用于发送紧急和安全信号、进行紧急通信。,（3）甚高频无线电话06频道(156.300

15、mhz)，为长江机动船舶间的导航、避让等的专用频道，以辅助声号和雷达观测的不足。（4）甚高频无线电话08频道(156.400mnz)，为长江航道部门安全专用频道，用于长江航道信号台与长江机动船舶的通话。船舶需要进行遇险、紧急通信时，经船长批准，应及时发送“sos”或“mayday”和“xxx”或“pan pan”信号和报告。,2、航政艇用无线电台设备 常用的对讲机(电台)一般分为U段（UHF，频率范围约400470MHz简称400M）和V段（VHF，频率范围约140170MHz 简称2米和 220.00260.00MHZ），手台功率从0.5W到5W不等，更大功率的多为车台和台式机。世界著名的专

16、业通讯机生产厂家有:ALINCO(特灵通)、ICOM（爱康姆）、KENWOOD(健伍)、MOTOLOLA 摩托罗拉。,举例介绍：Kenwood TM-V7A 优点：双段发射 双频监听机器，菜单简洁，蓝色超大液晶屏；缺点：机身较大 Kenwood TM-V7A是Kenwood在90年代末推出的一款产品，而同级别的竞争对手，ICOM IC-2720H和YEASU FT-8900R等产品都是2002年才上市的。健伍TM-V7A支持双段、双显、双频监听，发射频段和是2米波段和0.7米波段，发射功率也分别是50W和35W，健伍TM-V7A是同级别车台中信号最稳定的一台，同时，语音调制度和还原也是最真实的

17、。航政艇用电台如图7-1所示，航政艇用电台都已锁定在可用频率。,图7-1 航政艇用电台,四、全球海上遇险与安全系统,全球海上遇险与安全系统(GMDSS)是最新的海事安全系统。该系统实际上包含了一个完整的通信系统，使得船舶与船舶、船舶与岸台全方位和全天候及时沟通信息，尤其是有关遇险、紧急和安全通信及时可靠，要求能够做到当海上发生险情时，岸上救援机构和遇险船舶附近的船舶能够立即得到报警，以最短的时间进行救助。,GMDSS要求海上航行的所有船舶，无论其航行在哪个海区，必须具备以下九个功能：1、发送船到岸的遇险报警，至少使用两个分别独立的设备，每个设备应使用不同的无线电通信业务；2、接收岸到船的遇险报

18、警；3、发送和接收船到船的遇险报警；4、发送和接收搜救协调通信；5、发送和接收现场通信；6、发送和接收寻位信号；7、发送和接收海上安全信息；8、在船和岸上无线电系统或网络之间发送和接收常规无线电通信；9、发送和接收驾驶台到驾驶台的通信。,一套完备的GMDSS设备包括高频与甚高频数字选择性呼叫接收机、窄带直接印字电报、卫通C站、紧急无线电示位标、搜救雷达应答器及手持便携式对讲机。,1、应急指位无线电示标(EPIRB)应急指位无线电示标,相当一具机动的发射台,在船舶遇险后,可以藉手动或在船沉至2-4公尺时,由水压释放器作动,使EPIRB脱离扥架,而浮出水面自动发射专属该船的遇险信号.在海上人命安全

19、公约(SOLAS)里面规范自1993年8月1日起,所有的船舶必须装置自浮式卫星应急指位无线电示标;,一般装置在驾驶台翼之两舷,而且每艘船所装置之EPIRB均各自内建各船所登录的专属序号,该序号即代表该船,以作为各船识别身分所用.EPIRB所发出的遇险信号,会被卫星接收暂存,绕极轨道之卫星在绕到地面终端站的上空时,会将包含位置与序号之遇险信号,传给与卫星对应的地面终端站(LUT),目前全球设立了33个地面终端站.由地面终端站经任务管制中心(MCC)解码后,传给搜索救助中心(RCC),由搜索救助中心协调适宜的搜救单位,并广播以遇难船只为中心之空中半径600海里的飞机与海面半径100海里的船只经点名

20、回复后,指定搜索救助之船或飞机驰往救助,以进行搜索救助(SAR)之运作.,2、雷达询答机(SART)雷达询答机(SART)为全球海上遇险及安全系统(GMDSS)中用来定出遇险船舶或救生艇筏位置之主要设备,在海上人命安全公约(SOLAS)里面规定凡总吨位300至500之船舶需配置1组,总吨大于500以上之商船,需具备两具.一般在遇险后,能以自动或手动方式,进入待命状态,并且能接收9GHz之信号,当有搜救船舶或飞机,利用其X频率(3公分)雷达发出9GHz之信号,待命中的SART立即感应发射一连串之9GHz脉波信号,于是在搜救船舶或飞机之X频率雷达幕上线显示出一连串的回迹;,通常在8-10海里的距离

21、内,会有12个光点的回迹,这个点线自SART位置向外延伸8海里以上,以此光点连线之回迹导航即可获知遇难船的位置;当搜救船舶或飞机在进入遇难船位置3海里之区域,雷达幕上之光点直线回迹会扩张为扇形回迹,驶进遇难位置0.5海里,则X频率之雷达幕上会形成同心圆之回迹.,使用SART必须架高,IMO规定至少应离开水面一公尺;一般高度15公尺之雷达天线,侦测SART之距离不少于十浬;3000英尺高度之飞机其侦测距离不少于30浬.在遇难船上之SART进入询答模式,会感应到被侦测的状况,一般SART可备便96小时或询答模式8小时.在感应到被侦测到知询答模式之SART会有闪光及音响发出.在航行中乙级船员对SART应有操作的知识,以便在当值时,能随时维持紧急及遇险警报系统之完整性。,