Автоматическая система идентификации

Эта статья об отслеживании судов. Информацию об идентификации передачи по внутренним водным путям см. в разделе « Автоматическая система идентификации передатчика (морская)» .

Автоматическая система идентификации

Акроним	АИС

Специалист береговой охраны США использует АИС и радар для управления движением судов.

Система, оснащенная АИС на борту корабля, отображает направление и расстояние до ближайших судов в формате, напоминающем радар.

Графическое отображение данных АИС на борту корабля.

Система автоматической идентификации ( АИС ) — это система автоматического слежения, использующая приемопередатчики на судах и используемая службами движения судов (СУДС). Когда для получения сигнатур AIS используются спутники, термин Satellite-AIS используется (S-AIS). Информация АИС дополняет морской радар , который продолжает оставаться основным методом предотвращения столкновений на водном транспорте. отличается с технической и эксплуатационной точки зрения, Хотя система ADS-B она аналогична AIS и выполняет аналогичную функцию для самолетов.

Информация, предоставляемая оборудованием AIS, такая как уникальный идентификатор, положение , курс и скорость, может отображаться на экране или в электронной картографической и информационной системе (ECDIS). офицерам судна АИС предназначена для помощи вахтенным и позволяет морским властям отслеживать и контролировать движение судов. AIS объединяет стандартизированный приемопередатчик УКВ с системой позиционирования, такой как приемник глобальной системы позиционирования , с другими электронными навигационными датчиками, такими как гирокомпас или указатель скорости поворота . Суда, оснащенные приемопередатчиками AIS, можно отслеживать с помощью базовых станций AIS, расположенных вдоль береговой линии, или, когда они находятся вне зоны действия наземных сетей, с помощью растущего числа спутников, оснащенных специальными приемниками AIS, способными устранять конфликты большого количества сигнатур.

Международная конвенция Международной морской организации по охране человеческой жизни на море требует, чтобы АИС была установлена ​​на борту международных рейсовых судов валовой вместимостью (GT) 300 и более, а также на всех пассажирских судах, независимо от размера. По разным причинам корабли могут отключить свои приемопередатчики АИС.

Просмотр и использование данных AIS

АИС предназначена, прежде всего, для того, чтобы позволить судам видеть морское движение в их районе и быть видимыми для этого движения. Для этого требуется специальный приемопередатчик VHF AIS, который позволяет просматривать местный трафик на картплоттере или компьютерном мониторе с поддержкой AIS , одновременно передавая информацию о самом корабле на другие приемники AIS. Портовые власти или другие береговые объекты могут быть оборудованы только приемниками, чтобы они могли видеть местный трафик без необходимости передавать свое собственное местоположение. Таким образом можно очень надежно просматривать трафик всех приемопередатчиков AIS, но он ограничен диапазоном ОВЧ , около 10–20 морских миль.

Если подходящий картплоттер недоступен, сигналы местного приемопередатчика AIS можно просмотреть через компьютер с помощью одного из нескольких компьютерных приложений, таких как ShipPlotter, GNU AIS или OpenCPN . Они демодулируют сигнал модифицированного морского УКВ- радиотелефона, настроенного на частоты АИС, и преобразуют в цифровой формат, который компьютер может считывать и отображать на мониторе; эти данные затем могут быть переданы через локальную или глобальную сеть , но все равно будут ограничены коллективным диапазоном радиоприемников, используемых в сети. Поскольку компьютерные приложения мониторинга AIS и обычные радиопередатчики УКВ не имеют приемопередатчиков AIS, они могут использоваться береговыми объектами, которым нет необходимости в передаче, или в качестве недорогой альтернативы специальному устройству AIS для небольших судов для просмотра местного трафика, но, конечно, пользователь останется невидимым для другого трафика в сети.

Вторичное, незапланированное и новое использование данных AIS — сделать их доступными для публичного просмотра в Интернете без необходимости использования приемника AIS. Глобальные данные приемопередатчиков AIS, собранные как со спутников, так и с береговых станций, подключенных к Интернету, агрегируются и предоставляются в Интернете через ряд поставщиков услуг. Данные, агрегированные таким образом, можно просмотреть на любом устройстве с выходом в Интернет, чтобы предоставить практически глобальные данные о местоположении в реальном времени из любой точки мира. Типичные данные включают название судна, подробную информацию, местоположение, скорость и курс на карте, доступны для поиска, имеют потенциально неограниченный глобальный диапазон, а история архивируется. Большая часть этих данных бесплатна, но спутниковые данные и специальные услуги, такие как поиск в архивах, обычно предоставляются за дополнительную плату. Данные доступны только для чтения, и пользователи не будут видны в самой сети AIS. Береговые приемники АИС, обеспечивающие работу Интернета, в основном управляются большим количеством добровольцев. Мобильные приложения AIS также доступны для использования на устройствах Android, Windows и iOS. См. «Внешние ссылки» ниже, где приведен список интернет-провайдеров услуг AIS. Судовладельцы и грузовые диспетчеры используют эти услуги для поиска и отслеживания судов и их грузов, а любители морского дела могут пополнить свои коллекции фотографий.

История развертывания

На самом простом уровне АИС работает между парами радиопередатчиков, один из которых всегда находится на судне. Другой может находиться на судне, на берегу (наземном) или на спутнике. Соответственно, они представляют собой операции «корабль-корабль», «корабль-берег» и «корабль-спутник» и следуют в указанном порядке.

Судовые приемопередатчики АИС

2002 года Соглашение IMO SOLAS включало требование, согласно которому большинство судов водоизмещением более 300 GT, совершающих международные рейсы, были оснащены приемопередатчиком AIS типа AIS. Это был первый мандат на использование оборудования АИС, который затронул около 100 000 судов.

В 2006 году комитет по стандартам AIS опубликовал спецификацию приемопередатчика AIS типа B, разработанную для создания более простого и недорогого устройства AIS. В том же году стали доступны недорогие приемопередатчики класса B, что привело к их принятию во многих странах и сделало коммерчески жизнеспособной крупномасштабную установку устройств AIS на судах всех размеров.

С 2006 года комитеты по техническим стандартам AIS продолжают развивать стандарт AIS и типы продуктов, чтобы охватить широкий спектр применений: от самых больших судов до небольших рыболовных судов и спасательных шлюпок. Параллельно правительства и власти инициировали проекты по оснащению судов различных классов устройствами АИС для повышения безопасности и защищенности. Большинство мандатов сосредоточено на коммерческих судах, а прогулочные суда выборочно выбирают подходящие для них условия. В 2010 году большинство коммерческих судов, курсирующих по внутренним водным путям Европы, должны были иметь сертификат класса А, сертифицированный по внутренним водным путям; все рыболовные суда ЕС длиной более 15 м должны иметь класс А к маю 2014 года. а в США давно ожидается расширение существующих правил установки АИС, которое, как ожидается, вступит в силу в 2013 году. По оценкам, по состоянию на 2012 год около 250 000 судов были оснащены приемопередатчиками АИС того или иного типа, а еще 1 миллион необходимо сделать это в ближайшем будущем, и еще более крупные проекты находятся на рассмотрении. 1

АИС наземного базирования (T-AIS)

АИС была разработана в 1990-х годах как высокоинтенсивная сеть идентификации и отслеживания на малом расстоянии. Корабельные и наземные приемопередатчики AIS имеют горизонтальную дальность, которая сильно варьируется, но обычно не превышает 74 километров (46 миль). Приблизительные ограничения распространения в пределах прямой видимости означают, что наземная система AIS (T-AIS) теряется за пределами прибрежных вод. Помимо трансиверов, управляемых портами и морскими властями, существует также большая сеть частных трансиверов.

Спутниковая АИС (S-AIS)

В 1990-х годах не предполагалось, что AIS будет обнаружен из космоса. Тем не менее, с 2005 года различные организации экспериментировали с обнаружением передач AIS с использованием спутниковых приемников, а с 2008 года такие компании, как L3Harris , ExactEarth , ORBCOMM , Spacequest , Spire , а также правительственные программы развернули приемники AIS на спутниках. Схема радиодоступа с множественным доступом с временным разделением каналов (TDMA), используемая системой AIS, создает значительные технические проблемы для надежного приема сообщений AIS от всех типов приемопередатчиков: класса A, класса B, идентификатора, AtoN и SART. Однако отрасль стремится решить эти проблемы посредством разработки новых технологий, и в ближайшие годы нынешнее ограничение спутниковых систем AIS сообщениями класса A, вероятно, значительно улучшится с добавлением сообщений класса B и идентификаторов.

Фундаментальной проблемой для спутниковых операторов AIS является возможность одновременного приема очень большого количества сообщений AIS при большой зоне приема спутника. Стандарту AIS свойственна проблема; схема радиодоступа TDMA, определенная в стандарте AIS, создает 4500 доступных временных интервалов в каждую минуту, но это может быть легко перегружено большими зонами спутникового приема и растущим количеством приемопередатчиков AIS, что приводит к конфликтам сообщений, которые спутниковый приемник не может обработать. . Такие компании, как «exactEarth», разрабатывают новые технологии, такие как ABSEA, которые будут встроены в наземные и спутниковые приемопередатчики и помогут надежно обнаруживать сообщения класса B из космоса, не влияя на производительность наземных АИС.

Добавление спутниковых сообщений класса A и B могло бы обеспечить действительно глобальное покрытие AIS, но, поскольку ограничения спутникового TDMA никогда не будут соответствовать производительности приема наземной сети, спутники будут дополнять, а не заменять наземную систему.

АИС имеет гораздо более длительную вертикальную (чем горизонтальную) передачу – до 400-километровой орбиты Международной космической станции (МКС).

Видео НАСА , демонстрирующее преимущества норвежской спутниковой программы AIS, иллюстрированное приемопередатчиком AIS на борту Международной космической станции .

В ноябре 2009 года космический челнок STS-129 прикрепил две антенны — УКВ-антенну АИС и антенну любительской радиосвязи — к модулю «Колумбус» МКС. Обе антенны были построены в сотрудничестве ЕКА и команды ARISS (любительское радио на МКС). С мая 2010 года Европейское космическое агентство проводит испытания приемника АИС компании Kongsberg Seatex (Норвегия) в консорциуме под руководством Норвежского института оборонных исследований в рамках демонстрации технологий мониторинга космических кораблей. Это первый шаг на пути к спутниковой службе AIS-мониторинга.

В 2009 году ORBCOMM запустила спутники с поддержкой AIS в рамках контракта с береговой охраной США, чтобы продемонстрировать способность собирать сообщения AIS из космоса. В 2009 году компания Luxspace люксембургская (АИС Pathfinder запустила спутник РУБИН-9.1 2). Спутник эксплуатируется в сотрудничестве с SES и REDU Space Services. В конце 2011 — начале 2012 года ORBCOMM и Luxspace запустили микроспутники Vesselsat AIS, один на экваториальную орбиту, другой на полярную орбиту ( VesselSat-2 и VesselSat-1 ).

В 2007 году США протестировали систему слежения AIS космического базирования с помощью спутника TacSat-2 . Однако полученные сигналы были искажены из-за одновременного приема множества сигналов со стороны спутника.

В июле 2009 года компания SpaceQuest запустила AprizeSat -3 и AprizeSat-4 с приемниками AIS. Эти приемники успешно смогли принять испытательные радиомаяки SART Береговой охраны США у Гавайских островов в 2010 году. В июле 2010 года компании SpaceQuest и канадская компания «exactEarth» объявили о соглашении, согласно которому данные с AprizeSat-3 и AprizeSat-4 будут включены в систему «exactEarth» и доступны по всему миру как часть их службы «exactAIS(TM)».

12 июля 2010 года норвежский спутник AISSat-1 был успешно выведен на полярную орбиту. Целью спутника является улучшение наблюдения за морской деятельностью на Крайнем Севере . AISSat-1 — это наноспутник размером всего 20×20×20 см с приемником AIS производства Kongsberg Seatex. Он весит 6 килограммов и имеет форму куба.

20 апреля 2011 года Индийская организация космических исследований запустила Resourcesat-2 с полезной нагрузкой S-AIS для мониторинга морского движения в зоне поиска и спасения (SAR) Индийского океана. Данные AIS обрабатываются в Национальном центре дистанционного зондирования и архивируются в Индийском центре космических научных данных .

25 февраля 2013 года — после годичной задержки запуска — Ольборгский университет запустил AAUSAT3 . Это кубсат высотой 1U и весом 800 грамм, разработанный исключительно студентами факультета электронных систем. Он оснащен двумя приемниками AIS — традиционным и приемником на базе SDR . Проект был предложен и спонсирован Датской администрацией морской безопасности . Он имел огромный успех: за первые 100 дней было загружено более 800 000 сообщений AIS и несколько необработанных образцов радиосигналов на частоте 1 МГц. Он принимает оба канала AIS одновременно и принимает сообщения как класса A, так и класса B. Стоимость, включая запуск, составила менее 200 000 евро.

Спутниковая сеть AIS канадской компании «exactEarth» обеспечивает глобальное покрытие с помощью 8 спутников. В период с января 2017 года по январь 2019 года эта сеть была значительно расширена благодаря партнерству с корпорацией L3Harris, разместив 58 полезных нагрузок в группировке Iridium NEXT . Кроме того, компания «exactEarth» участвует в разработке технологии ABSEA, которая позволит ее сети надежно обнаруживать большую часть сообщений типа B, а также класса A.

ORBCOMM управляет глобальной спутниковой сетью, включающей 18 спутников с поддержкой AIS. Спутники ORBCOMM OG2 ( ORBCOMM Generation 2 ) оснащены полезной нагрузкой автоматической системы идентификации (AIS) для приема и передачи сообщений от судов, оборудованных AIS, для слежения за судами и других мер по морской навигации и безопасности, а также для загрузки на шестнадцать существующих наземных станций ORBCOMM по всему миру. глобус.

В июле 2014 года ORBCOMM запустила первые шесть спутников OG2 на борту ракеты SpaceX Falcon 9 с мыса Канаверал, Флорида. Каждый спутник OG2 несет полезную нагрузку приемника AIS. Все шесть спутников OG2 были успешно выведены на орбиту и начали отправлять телеметрию в ORBCOMM вскоре после запуска. В декабре 2015 года компания запустила 11 дополнительных спутников OG2 с поддержкой AIS на борту ракеты SpaceX Falcon 9. Этот специальный запуск ознаменовал вторую и последнюю миссию ORBCOMM OG2 по завершению создания спутниковой группировки нового поколения. По сравнению с нынешними спутниками OG1, спутники OG2 ORBCOMM предназначены для более быстрой доставки сообщений, большего размера сообщений и лучшего покрытия в более высоких широтах, одновременно увеличивая пропускную способность сети.

В августе 2017 года компания Spire Global Inc. выпустила API, который предоставляет данные S-AIS, дополненные машинным обучением (Vessels и Predict) при поддержке более чем 40 группировок наноспутников.

Корреляция источников данных

Сопоставление оптических и радиолокационных изображений с сигнатурами S-AIS позволяет конечному пользователю быстро идентифицировать все типы судов. Большим преимуществом S-AIS является легкость, с которой ее можно сопоставить с дополнительной информацией из других источников, таких как радиолокационные, оптические, ESM и другие инструменты, связанные с SAR, такие как GMDSS SARSAT и AMVER . Спутниковые радары и другие источники могут способствовать морскому наблюдению, обнаруживая все суда в определенных морских районах, представляющих интерес, что особенно полезно при попытке координации спасательных операций на большом расстоянии или при решении проблем СУДС.

Система обмена данными УКВ

Основная статья: Система обмена данными УКВ

Из-за растущего использования с течением времени в некоторых прибрежных районах (например, Сингапурский пролив , мегапорты Китая, части Японии) находится так много судов, что это влияет на производительность АИС. По мере роста плотности трафика радиус действия системы уменьшается, а частота обновлений становится более случайной. По этой причине была разработана Система обмена данными УКВ (VDES): он будет работать на дополнительных новых частотах и ​​будет использовать их более эффективно, обеспечивая в тридцать два раза большую пропускную способность для безопасной связи и электронной навигации. VDES определен в ITU M.2092.

Приложения

Текстовый дисплей AIS судна со списком дальности, пеленгов и названий ближайших судов.

Первоначальной целью AIS было исключительно предотвращение столкновений, но с тех пор было разработано и продолжает развиваться множество других приложений. В настоящее время AIS используется для:

Предотвращение столкновений

АИС была разработана техническими комитетами ИМО как технология, позволяющая избежать столкновений крупных судов в море, находящихся за пределами досягаемости береговых систем. Технология идентифицирует каждое судно индивидуально, а также его конкретное положение и движения, позволяя создавать виртуальную картину в реальном времени. Стандарты AIS включают в себя различные автоматические расчеты на основе этих отчетов о местоположении, такие как ближайшая точка сближения (CPA) и сигналы тревоги о столкновении. Поскольку АИС используется не на всех судах, АИС обычно используется вместе с радаром. Когда судно движется в море, информация о движении и личности других судов, находящихся поблизости, имеет решающее значение для принятия штурманом решений во избежание столкновения с другими судами и опасностями ( мелководьем или камнями). Визуальное наблюдение (например, без посторонней помощи, бинокль и ночное видение ), обмен звуками (например, свисток, гудки и УКВ-радио), а также радар или автоматическое радиолокационное средство исторически использовались для этой цели. Эти превентивные механизмы иногда выходят из строя из-за задержек по времени, ограничений радара, просчетов и неисправностей дисплея, что может привести к столкновению. Хотя требования АИС заключаются в отображении только самой простой текстовой информации, полученные данные могут быть интегрированы с графическим представлением. электронная карта или радиолокационный дисплей, предоставляющий сводную навигационную информацию на одном дисплее.

Мониторинг и контроль рыболовного флота

АИС широко используется национальными властями для отслеживания и мониторинга деятельности своих национальных рыболовных флотов. АИС позволяет властям надежно и экономически эффективно контролировать деятельность рыболовных судов вдоль береговой линии, обычно на расстоянии до 100 км (60 миль), в зависимости от местоположения и качества береговых приемников/базовых станций с дополнительными данными из спутниковых сетей.

Морская безопасность

страны АИС позволяет властям идентифицировать конкретные суда и их деятельность в пределах или вблизи исключительной экономической зоны . Когда данные AIS объединяются с существующими радиолокационными системами, властям легче различать суда. Данные AIS могут автоматически обрабатываться для создания нормализованных моделей активности для отдельных судов, которые в случае взлома создают оповещение, тем самым выявляя потенциальные угрозы для более эффективного использования средств безопасности. AIS улучшает осведомленность о морской сфере и обеспечивает повышенную безопасность и контроль. Кроме того, АИС может применяться к пресноводным речным системам и озерам .

Средства навигации

Стандарт продуктов AIS для средств навигации (AtoN) был разработан с возможностью трансляции положений и названий объектов, отличных от судов, таких как положения навигационных средств и маркеров, а также динамические данные, отражающие окружающую среду маркера (например, течения и климатические условия). Эти средства могут быть расположены на берегу, например, на маяке , или на воде, платформах или буях . Береговая охрана США предположила, что АИС может заменить радиолокационные маяки, которые в настоящее время используются в электронных навигационных средствах. СНО позволяют властям удаленно контролировать состояние буя, например состояние фонаря, а также передавать в реальном времени данные от датчиков (например, о погоде и состоянии моря), расположенных на буе, обратно на суда, оснащенные приемопередатчиками AIS, или местным органам власти. . СНО будет передавать свою позицию и идентификационные данные вместе со всей другой информацией. Стандарт СНО также разрешает передачу позиций «виртуальных СНО», при этом одно устройство может передавать сообщения с «ложной» позицией, так что маркер СНО появляется на электронных картах, хотя физическое СНО может отсутствовать в этом месте.

Поиск и спасение

Для координации действий на месте проведения морской поисково-спасательной операции (SAR) необходимо иметь данные о местоположении и навигационном статусе других кораблей, находящихся поблизости. В таких случаях AIS может предоставить дополнительную информацию и повысить осведомленность об имеющихся ресурсах, даже если диапазон AIS ограничен диапазоном ОВЧ-радиосвязи. Стандарт AIS также предусматривал возможное использование на самолетах SAR и включал сообщение (AIS Message 9) для самолетов, сообщающее о своем местоположении. TC80 AIS разработала спецификацию (IEC 61097-14 Ed 1.0) для передатчика SAR на базе AIS (AIS-SART) Чтобы помочь судам и самолетам SAR в обнаружении людей, терпящих бедствие, рабочая группа IEC . AIS-SART была добавлена ​​в правила Глобальной морской системы безопасности при бедствии с 1 января 2010 года. AIS-SART доступны на рынке как минимум с 2009 года. Недавние правила предписывают установку систем AIS на всех судах безопасности человеческой жизни на море (SOLAS) и судах водоизмещением более 300 тонн.

Расследование несчастного случая

Информация АИС, полученная СУДС, важна для расследования происшествий, поскольку она предоставляет точные исторические данные о времени, личности, положении по GPS, курсе по компасу, курсе относительно земли, скорости (по лаг/SOG) и скорости поворота, а не менее важные данные. точная информация, предоставляемая радаром. Более полную картину событий можно получить с помощью данных регистратора данных рейса (VDR), если они доступны и сохраняются на борту для получения подробной информации о движении судна, голосовой связи и радиолокационных изображениях во время аварий. Однако данные VDR не сохраняются из-за ограниченного двенадцатичасового хранения по требованию IMO .

Оценки океанских течений

Оценки поверхностных течений океана, основанные на анализе данных AIS, доступны французской компании e-Odyn с декабря 2015 года.

Защита инфраструктуры

Информация АИС может использоваться владельцами морской донной инфраструктуры, такой как кабели или трубопроводы, для мониторинга деятельности судов, находящихся рядом с их активами, практически в реальном времени. Эту информацию затем можно использовать для запуска предупреждений, чтобы информировать владельца и потенциально избежать инцидента, в результате которого может произойти повреждение актива.

Отслеживание автопарка и грузов

АИС, распространяемая через Интернет, может использоваться менеджерами флота или судов для отслеживания глобального местоположения своих судов. Грузовые диспетчеры или владельцы транзитных товаров могут отслеживать движение груза и прогнозировать время прибытия в порт.

Статистика и экономика

Статистический отдел ООН организовал Неделю данных AIS экспериментировать с анализом данных АИС и предоставлять статистику Глобальной платформе ООН. Он охватывал ряд тематических исследований, проведенных различными статистическими управлениями, а также Справочник AIS. был разработан для отражения опыта этого эксперимента:

• Более быстрые экономические показатели: время в порту и портовые перевозки
• Морские показатели
• Официальная морская статистика: Заходы в порты
• Заполнение статистики по внутренним водным путям
• Картирование рыболовной деятельности
• Корабли терпящие бедствие
• Выбросы парниковых газов с судов ( НЕТ
  _х , ТАК
  _х и CO
  ₂ расчет)
• Прогноз текущей погоды торговых потоков в режиме реального времени
• Экспериментальная статистика суточного количества сосудов
• Данные в режиме реального времени о морских навалочных грузах

Механизм

Обзор системы от Береговой охраны США

Базовый обзор

Приемопередатчики AIS автоматически передают информацию, такую ​​​​как их положение, скорость и навигационный статус, через регулярные промежутки времени через передатчик УКВ, встроенный в приемопередатчик. Информация поступает от навигационных датчиков корабля, обычно от приемника глобальной навигационной спутниковой системы (GNSS) и гирокомпаса . Другая информация, такая как название судна и позывной УКВ, программируется при установке оборудования и также передается регулярно. Сигналы принимаются приемопередатчиками AIS, установленными на других кораблях или в наземных системах, таких как системы VTS. Полученная информация может отображаться на экране или картплоттере, показывая положение других судов почти так же, как на дисплее радара. Данные передаются через систему отслеживания, которая использует самоорганизующийся канал передачи данных с множественным доступом с временным разделением каналов (SOTDMA), разработанный шведским изобретателем Хоканом Лансом .

Стандарт AIS включает несколько подстандартов, называемых «типами», которые определяют отдельные типы продуктов. Спецификация для каждого типа продукта содержит подробную техническую спецификацию, которая обеспечивает общую целостность глобальной системы AIS, в которой должны работать все типы продуктов. Основные типы продуктов, описанные в стандартах системы AIS:

Класс А

Установленный на судне приемопередатчик AIS , работающий с использованием SOTDMA. SOTDMA, ориентированная на крупные коммерческие суда, требует, чтобы приемопередатчик постоянно поддерживал в своей памяти постоянно обновляемую карту слотов, чтобы он заранее знал о слотах, доступных для передачи. Приемопередатчики SOTDMA затем заранее объявляют о своей передаче, эффективно резервируя свой слот передачи. Поэтому передачи SOTDMA имеют приоритет в системе AIS. Это достигается за счет двух ресиверов, работающих в непрерывном режиме. Устройства класса А должны иметь встроенный дисплей, мощность передачи 12,5 Вт, возможность взаимодействия с несколькими корабельными системами и предлагать сложный набор функций и возможностей. Скорость передачи по умолчанию — каждые несколько секунд. Устройства, соответствующие типу AIS класса A, принимают все типы сообщений AIS.

Класс Б

В настоящее время существуют две отдельные спецификации IMO для трансиверов класса B (направленные на более легкие коммерческие рынки и рынки развлечений): система множественного доступа с временным разделением каналов с распознаванием несущей (CSTDMA) и система, использующая SOTDMA (как в классе A).

В исходной системе на основе CSTDMA, определенной в ITU M.1371-0 и теперь называемой классом B «CS» (или неофициально как класс B/CS), приемопередатчики прослушивают карту слотов непосредственно перед передачей и ищут слот, в котором «шум» в слоте такой же (или аналогичный) фоновому шуму, тем самым указывая, что слот не используется другим устройством AIS. Класс B «CS» передает мощность 2 Вт и не требует наличия встроенного дисплея: устройства класса B «CS» можно подключать к большинству систем отображения, где полученные сообщения будут отображаться в списках или накладываться на диаграммы. Скорость передачи по умолчанию обычно составляет каждые тридцать секунд, но ее можно изменять в зависимости от скорости судна или инструкций базовых станций. Стандарт класса B «CS» требует встроенного GPS и определенных светодиодных индикаторов. Оборудование класса B «CS» принимает все типы сообщений AIS.

Новая система SOTDMA класса B «SO», иногда называемый классом B/SO или классом B+, использует тот же алгоритм поиска временных интервалов, что и класс A, и имеет тот же приоритет передачи, что и передатчики класса A, что помогает гарантировать, что он всегда сможет передавать. Технология класса B «SO» также будет менять скорость передачи в зависимости от скорости судна, вплоть до каждых пяти секунд на скорости 23 узла, вместо постоянной скорости каждые тридцать секунд в классе B «CS». Наконец, класс B «SO» также будет вещать с мощностью 5   Вт вместо прежних 2   Вт класса B «CS».

Базовая станция

Береговой приемопередатчик AIS (передача и прием), работающий с использованием SOTDMA. Базовые станции обладают сложным набором функций и возможностей, которые в стандарте AIS способны управлять системой AIS и всеми работающими в ней устройствами. Возможность опрашивать отдельные трансиверы для получения отчетов о состоянии и/или передачи изменений частоты.

Средства навигации (СНО)

Береговой или буйковый приемопередатчик (передача и прием), который работает с использованием множественного доступа с фиксированным доступом и временным разделением каналов (FATDMA). Предназначен для сбора и передачи данных о морских и погодных условиях, а также ретрансляции сообщений AIS для расширения зоны покрытия сети.

Поисково-спасательный приемопередатчик (SART)

Специализированное устройство AIS, созданное как аварийный маяк бедствия, которое работает с использованием множественного доступа с временным разделением предварительного объявления (PATDMA), или иногда называемого «модифицированным SOTDMA». Устройство случайным образом выбирает слот для передачи и будет передавать пакет из восьми сообщений в минуту, чтобы максимизировать вероятность успешной передачи. SART должен передавать данные на расстояние до пяти миль и передавать специальный формат сообщения, распознаваемый другими устройствами AIS. Устройство предназначено для периодического использования и только в чрезвычайных ситуациях из-за его работы по типу PATDMA, которая создает нагрузку на карту слотов.

Специализированные трансиверы AIS

Несмотря на то, что ИМО/МЭК опубликовали спецификации AIS, ряд органов разрешили и поощряли разработку гибридных устройств AIS. Эти устройства стремятся сохранить целостность базовой структуры и конструкции передачи данных AIS для обеспечения эксплуатационной надежности, но при этом добавляют ряд дополнительных функций и возможностей в соответствии с их конкретными требованиями. Приемопередатчик AIS «Идентификатор» является одним из таких продуктов, в котором базовая технология CSTDMA класса B разработана для обеспечения передачи устройства в полном соответствии со спецификациями IMO, но был внесен ряд изменений, позволяющих ему работать от батареи с низким энергопотреблением. более экономичны и просты в установке и развертывании в больших количествах. Такие устройства не будут иметь международной сертификации по спецификациям IMO, поскольку они будут соответствовать определенной части соответствующих спецификаций. Обычно компетентные органы проводят собственную детальную техническую оценку и испытания, чтобы убедиться, что основная работа устройства не наносит вреда международной системе AIS.

Приемники AIS не указаны в стандартах AIS, поскольку они не передают. Основной угрозой целостности любой системы AIS являются несоответствующие требованиям передачи данных AIS, поэтому требуется тщательная спецификация всех передающих устройств AIS. Однако все трансиверы AIS передают по нескольким каналам, как того требуют стандарты AIS. Следовательно, одноканальные или мультиплексированные приемники не будут получать все сообщения AIS. Все сообщения AIS будут принимать только двухканальные приемники.

Типовые испытания и одобрение

AIS — это технология, разработанная под эгидой ИМО ее техническими комитетами. Технические комитеты разработали и опубликовали ряд спецификаций продукции AIS. Каждая спецификация определяет конкретный продукт AIS, который был тщательно создан для точной работы со всеми другими определенными устройствами AIS, обеспечивая тем самым совместимость систем AIS во всем мире. Поддержание целостности спецификации считается критически важным для работы системы AIS и безопасности судов и органов власти, использующих эту технологию. Таким образом, большинство стран требуют, чтобы продукты AIS прошли независимое тестирование и сертификацию на соответствие конкретной опубликованной спецификации. Продукты, которые не были протестированы и сертифицированы компетентным органом, могут не соответствовать требуемым опубликованным спецификациям AIS и, следовательно, не могут работать должным образом в полевых условиях. Наиболее широко признанными и принятыми сертификатами являются Директива R&TTE Федеральной комиссии по связи США. и Industry Canada , все из которых требуют независимой проверки квалифицированным и независимым испытательным агентством.

Типы сообщений

В ITU M.1371-5 определено 27 различных типов сообщений верхнего уровня (из 64 возможных), которые могут отправляться приемопередатчиками AIS.

Сообщения AIS 6, 8, 25 и 26 предоставляют «сообщения, специфичные для приложения» (ASM), которые позволяют «компетентным органам» определять дополнительные подтипы сообщений AIS. Существуют как «адресный» (АВМ), так и «широковещательный» (ББМ) варианты сообщения. назначения Адресованные сообщения, хотя и содержат MMSI , не являются частными и могут быть декодированы любым получателем.

Одним из первых применений ASM было использование двоичных сообщений AIS на Морском пути Святого Лаврентия (тип сообщения 8) для предоставления информации об уровне воды, приказах на шлюзование и погоде. Панамский канал использует сообщения AIS типа 8 для предоставления информации о дожде вдоль канала и ветре в шлюзах. В 2010 году Международная морская организация выпустила Циркуляр 289, который определяет следующую версию ASM для сообщений типов 6 и 8. Александр, Швер и Зеттерберг предложили сообществу компетентных органов работать вместе над ведением регионального реестра этих сообщений и мест их использования. Международная ассоциация морских средств навигации и управления маяками (IALA-AISM) теперь установила процесс сбора сообщений, касающихся конкретных региональных применений.

Подробное описание: Агрегаты класса А

Каждый приемопередатчик AIS состоит из одного УКВ-передатчика, двух УКВ- приемников TDMA , одного УКВ- приемника цифрового избирательного вызова (DSC) и подключен к судовым системам отображения и датчиков через стандартную морскую электронную связь (например, NMEA 0183 , также известную как IEC 61162). Выбор времени жизненно важен для правильной синхронизации и распределения слотов (планирования передачи) для устройства класса А. Поэтому каждое устройство должно иметь внутреннюю базу времени, синхронизированную с приемником глобальной навигационной спутниковой системы (например, GPS ). Этот внутренний приемник также может использоваться для получения информации о местоположении. Однако положение обычно определяется внешним приемником, таким как GPS , LORAN-C или инерциальной навигационной системой , а внутренний приемник используется только в качестве резервного источника информации о местоположении. Другая информация, передаваемая АИС, если таковая имеется, получается в электронном виде от судового оборудования через стандартные морские каналы передачи данных. Информация о курсе, положении (широта и долгота), «скорости относительно земли» и скорости поворота обычно предоставляется всеми судами, оснащенными АИС. ​​другая информация, такая как пункт назначения и расчетное время прибытия Также может быть предоставлена .

Приемопередатчик АИС обычно работает в автономном и непрерывном режиме, независимо от того, работает ли он в открытом море, прибрежных или внутренних районах. Приемопередатчики AIS используют две разные частоты: УКВ морские каналы 87B (161,975 МГц) и 88B (162,025 МГц), а также используют с минимальным сдвигом по Гауссу (GMSK) модуляцию со скоростью 9,6 кбит / с по каналам 25 кГц с использованием управления каналом передачи данных высокого уровня (HDLC). ) пакетный протокол. Хотя необходим только один радиоканал, каждая станция передает и принимает по двум радиоканалам, чтобы избежать проблем с помехами и обеспечить переключение каналов без потери связи с другими кораблями. Система обеспечивает автоматическое разрешение конфликтов между собой и другими станциями, а целостность связи сохраняется даже в ситуациях перегрузки.

Чтобы гарантировать, что передачи ОВЧ разных приемопередатчиков не происходят одновременно, сигналы мультиплексируются по времени с использованием технологии, называемой самоорганизующимся множественным доступом с временным разделением каналов (SOTDMA). Конструкция этой технологии запатентована, и вопрос о том, был ли этот патент отменен для использования судами SOLAS, является предметом споров между производителями систем AIS и держателем патента Хоканом Лансом . Более того, 30 марта 2010 года Ведомство США по патентам и товарным знакам (USPTO) отменило все претензии в первоначальном патенте.

Чтобы максимально эффективно использовать доступную полосу пропускания, суда, стоящие на якоре или медленно движущиеся, передают сигнал реже, чем те, которые движутся быстрее или маневрируют. Скорость обновления варьируется от 3 минут для стоящих на якоре или пришвартованных судов до 2 секунд для быстро движущихся или маневрирующих судов, причем последняя аналогична скорости обычного морского радара.

Каждая станция AIS определяет свой собственный график передачи (интервал) на основе истории трафика канала передачи данных и осведомленности о возможных будущих действиях других станций. Отчет о местоположении с одной станции умещается в один из 2250 временных интервалов, установленных каждые 60 секунд на каждой частоте. Станции AIS постоянно синхронизируются друг с другом, чтобы избежать перекрытия передач слотов. Выбор слота станцией AIS рандомизируется в пределах определенного интервала и помечается случайным тайм-аутом от 4 до 8 минут. Когда станция меняет назначение своего слота, она объявляет как новое местоположение, так и время ожидания для этого местоположения. Таким образом, эти суда всегда будут принимать новые станции, в том числе те, которые внезапно попадают в зону радиодиапазона рядом с другими судами.

Требуемая мощность судовых сообщений в соответствии со стандартом производительности IMO составляет минимум 2000 временных интервалов в минуту, хотя система обеспечивает 4500 временных интервалов в минуту. Режим вещания SOTDMA позволяет перегружать систему на 400–500 % за счет совместного использования слотов и при этом обеспечивает почти 100 % пропускную способность для судов, находящихся на расстоянии менее 8–10 морских миль друг от друга в режиме «судно-судно». В случае перегрузки системы выпадению будут подвергаться только цели, находящиеся дальше, чтобы отдать предпочтение более близким целям, которые представляют большую озабоченность для операторов судов. На практике пропускная способность системы практически неограничена, что позволяет одновременно принимать большое количество кораблей.

Диапазон покрытия системы аналогичен другим приложениям VHF. Радиус действия любой УКВ-радиостанции определяется множеством факторов, основными из которых являются: высота и качество передающей антенны, а также высота и качество приемной антенны. Его распространение лучше, чем у радара, из-за большей длины волны, поэтому можно достичь изгибов и островов, если суши не слишком велики. Расстояние упреждения в море номинально составляет 20 морских миль (37 км). С помощью ретрансляционных станций можно значительно улучшить зону покрытия как судовых станций, так и станций СУДС.

Система обратно совместима с системами цифрового избирательного вызова, что позволяет береговым системам GMDSS недорого устанавливать рабочие каналы AIS, а также идентифицировать и отслеживать суда, оборудованные AIS, и предназначена для полной замены существующих приемопередатчиков на базе DSC.

Береговые сетевые системы АИС в настоящее время создаются по всему миру. Одна из крупнейших полностью работоспособных систем реального времени с полной возможностью маршрутизации находится в Китае. Эта система была построена в период с 2003 по 2007 год и поставлена ​​компанией Saab TranspondereTech. Все побережье Китая покрыто примерно 250 базовыми станциями в конфигурациях горячего резерва, включая 70 компьютерных серверов в трех основных регионах. Сотни береговых пользователей, в том числе около 25 центров обслуживания движения судов (VTS), подключены к сети и могут видеть морскую картину, а также могут связываться с каждым судном с помощью SRM (сообщений, связанных с безопасностью). Все данные в режиме реального времени. Система была разработана для повышения безопасности и защищенности судов и портовых сооружений. Он также разработан в соответствии с архитектурой SOA с подключением на основе сокетов и использованием стандартизированного протокола IEC AIS на всем пути к пользователям VTS. Базовые станции оснащены блоками горячего резерва (IEC 62320-1), а сеть представляет собой сетевое решение третьего поколения.

К началу 2007 года был утвержден новый мировой стандарт для базовых станций AIS — стандарт IEC 62320-1. Старая рекомендация IALA и новый стандарт IEC 62320-1 по некоторым функциям несовместимы, поэтому подключенные сетевые решения необходимо модернизировать. Это не повлияет на пользователей, но сборщикам систем необходимо обновить программное обеспечение, чтобы оно соответствовало новому стандарту. Стандарт для базовых станций AIS ждали давно. В настоящее время существуют специальные сети с мобильными телефонами класса А. Базовые станции могут контролировать трафик сообщений AIS в регионе, что, как мы надеемся, уменьшит количество конфликтов пакетов.

Информация о трансляции

Приемопередатчик AIS отправляет следующие данные каждые 2–10 секунд в зависимости от скорости судна на ходу и каждые 3 минуты, когда судно стоит на якоре:

• судна Идентификатор морской мобильной службы (MMSI): уникальный девятизначный идентификационный номер.
• Статус навигации: например, «на якоре», «на ходу с использованием двигателя(ов)», «не под управлением» и т. д.
• Скорость поворота: вправо или влево, от 0 до 720 градусов в минуту.
• Скорость относительно земли : 0,1 узла (0,19 км/ч), разрешение от 0 до 102 узлов (189 км/ч).
• Позиционное разрешение:
  • Долгота: до 0,000 1 угловой минуты. точность
  • Широта: с до 0,000 1 угловой минуты. точностью
• Курс относительно земли : относительно истинного севера с точностью до 0,1°.
• Истинный курс: от 0 до 359° (например, по гирокомпасу ).
• Истинный пеленг в собственном положении: от 0 до 359°.
• Секунды UTC: поле секунд времени UTC, когда были созданы эти данные. Полная временная метка отсутствует.

Кроме того, каждые 6 минут передаются следующие данные:

• Идентификационный номер судна ИМО : семизначный номер, который остается неизменным при передаче регистрации судна в другую страну.
• Радиопозывной : международный радиопозывной, до 7 символов, присвоенный судну страной его регистрации.
• Имя: 20 символов для обозначения названия судна.
• Тип судна/груза
• Размеры корабля с точностью до метра
• Расположение антенны системы позиционирования (например, GPS) на борту судна: в метрах по корме от носа и в метрах по левому или правому борту.
• Тип системы позиционирования: например, GPS , DGPS или LORAN-C .
• Осадка корабля: 0,1–25,5 метра.
• Назначение: макс. 20 символов
• Расчетное время прибытия (ETA) в пункт назначения: UTC месяц/дата час:минута.
• Опционально: высокоточный запрос времени, судно может запросить у других судов высокоточную отметку времени и даты в формате UTC.

Подробное описание: Агрегаты класса B

Трансиверы класса B меньше, проще и дешевле, чем трансиверы класса A. Каждый состоит из одного передатчика VHF, двух приемников множественного доступа с временным разделением каналов и контролем несущей VHF (CSTDMA), оба попеременно работают в качестве приемника цифрового избирательного вызова (DSC), и активной антенны GPS. Хотя формат вывода данных поддерживает информацию о курсе, обычно устройства не связаны с компасом, поэтому эти данные передаются редко. Выходной сигнал представляет собой стандартный поток данных AIS со скоростью 38 400 кбит/с в форматах RS-232 и/или NMEA. Чтобы предотвратить перегрузку доступной полосы пропускания, мощность передачи ограничивается 2 Вт, что обеспечивает дальность действия около 5–10 миль.

Для устройств класса B определены четыре сообщения:

Сообщение 14

Сообщение, связанное с безопасностью: это сообщение передается по запросу пользователя – некоторые трансиверы имеют кнопку, позволяющую его отправить, или его можно отправить через программный интерфейс. Он отправляет заранее определенное сообщение безопасности.

Сообщение 18

Стандартный отчет о местоположении CS класса B: это сообщение отправляется каждые 3 минуты, если скорость относительно земли (SOG) составляет менее 2 узлов, или каждые 30 секунд для более высоких скоростей. MMSI, время, SOG, COG, долгота, широта, истинный курс

Сообщение 19

Расширенный отчет о положении оборудования класса B: это сообщение было разработано для протокола SOTDMA и слишком длинное для передачи в формате CSTDMA. Однако береговая станция может опросить трансивер для отправки этого сообщения. MMSI, время, SOG, COG, долгота, широта, истинный курс, тип судна, размеры.

Сообщение 24

Отчет о статических данных CS класса B: это сообщение отправляется каждые 6 минут, то есть тот же интервал времени, что и для транспондеров класса A. Из-за своей длины это сообщение разделено на две части, отправляемые с интервалом в одну минуту. Это сообщение было определено на основе исходных спецификаций AIS, поэтому некоторым устройствам класса A может потребоваться обновление прошивки, чтобы иметь возможность декодировать это сообщение. MMSI, название лодки, тип судна, позывной, размеры и идентификатор поставщика оборудования.

Подробное описание: Приёмники АИС

Ряд производителей предлагают приемники AIS, предназначенные для мониторинга трафика AIS. Они могут иметь два приемника для одновременного контроля обеих частот или могут переключаться между частотами (таким образом пропуская сообщения на другом канале, но по сниженной цене). Обычно они выводят данные RS-232, NMEA , USB или UDP для отображения на электронных картплоттерах или компьютерах. Помимо выделенных радиостанций, программно-определяемые радиостанции . для приема сигнала можно настроить

Техническая спецификация

РЧ характеристики

AIS использует глобально выделенные каналы морского диапазона 87 и 88.

AIS использует верхнюю сторону дуплекса из двух радиоканалов УКВ (87B) и (88B).

• Канал А 161,975 МГц (87B)
• Канал B 162,025 МГц (88B)

Симплексные каналы 87А и 88А используют более низкую частоту, поэтому это распределение не влияет на них, и они по-прежнему могут использоваться так, как указано в частотном плане морской подвижной связи .

Большинство передач AIS состоят из пакетов нескольких сообщений. В этих случаях между сообщениями передатчик AIS должен сменить канал.

Перед отправкой сообщения AIS должны быть закодированы с инвертированием без возврата к нулю (NRZI).

Сообщения AIS передаются с использованием гауссовой модуляции с минимальным сдвигом (GMSK). BT-продукт модулятора GMSK, используемый для передачи данных, должен иметь значение максимум 0,4 (наивысшее номинальное значение).

Данные, закодированные GMSK, должны модулировать частоту передатчика УКВ. Индекс модуляции должен составлять 0,5.

Скорость передачи данных составляет 9600   бит/с.

Обычные приемники УКВ могут принимать сигналы AIS с отключенной фильтрацией (фильтрация уничтожает данные GMSK). Однако затем аудиовыход радиоприемника необходимо будет декодировать. Есть несколько компьютерных приложений, которые могут это сделать.

Сигнал может путешествовать максимум на 75 километров.

Организация сообщений

Поскольку существует множество автоматических устройств, передающих сообщения AIS, во избежание конфликтов радиочастотное пространство организовано в кадры. Каждый кадр длится ровно 1 минуту и ​​начинается на границе каждой минуты. Каждый кадр разделен на 2250 слотов. Поскольку передача может происходить по 2 каналам, в минуту доступно 4500 слотов. В зависимости от типа и состояния оборудования, а также состояния карты слотов AIS, каждый передатчик AIS будет отправлять сообщения, используя одну из следующих схем:

1. Множественный доступ с инкрементальным временным разделением каналов (ITDMA)
2. Множественный доступ с произвольным доступом и временным разделением каналов (RATDMA)
3. Множественный доступ с фиксированным доступом и временным разделением каналов (FATDMA)
4. Самоорганизующийся множественный доступ с временным разделением каналов (SOTDMA)

Схема доступа ITDMA позволяет устройству заранее объявлять слоты передачи неповторяющегося символа, слоты ITDMA должны быть помечены так, чтобы они были зарезервированы для одного дополнительного кадра. Это позволяет устройству заранее объявлять о своих выделениях для автономной и непрерывной работы.

ITDMA используется в трех случаях:

• вход в сеть передачи данных;
• временные изменения и переходы в периодах периодической отчетности;
• предварительное объявление сообщений, связанных с безопасностью.

RATDMA используется, когда устройству необходимо выделить слот, который не был объявлен заранее. Обычно это делается для первого интервала передачи или для сообщений неповторяющегося символа.

FATDMA используется только базовыми станциями. Слоты, выделенные FATDMA, используются для повторяющихся сообщений.

SOTDMA используется мобильными устройствами, работающими в автономном и непрерывном режиме. Цель схемы доступа — предложить алгоритм доступа, который быстро разрешает конфликты без вмешательства со стороны контролирующие станции.

Формат сообщения

Слот AIS имеет длину 26,66 мс. Модуляция данных составляет 9600 бит/с, поэтому максимальная емкость каждого слота составляет 256 бит. Кадрирование основано на стандарте HDLC , описанном в ISO/IEC 13239:2002.

Каждый слот структурирован следующим образом: <8 bit ramp up><24 bit preamble><8 bit start flag><168 bit payload><16 bit CRC><8 bit stop flag><24 bit buffer>

• 24-битная преамбула: это последовательность 0101...
• Стартовый флаг: 0x7e
• 168-битная полезная нагрузка — это тело сообщения AIS. Для сообщений, требующих большего количества данных, необходимо использовать несколько слотов (максимум 5).
• 16-битный CRC-16-CCITT : 16-битный полином для расчета контрольной суммы.
• Флаг остановки: 0x7e
• 24-битный буфер, используемый для вставки битов , джиттера синхронизации и задержки по расстоянию.

Пример сигнала модуляции GMSK сообщения AIS

Обратите внимание, что сигнал на несущей VHF кодируется NRZI и использует вставку битов , чтобы избежать непреднамеренных стоп-флагов, которые в противном случае могут возникнуть в данных. Таким образом, необработанные биты сначала должны быть декодированы, а заполняющие биты удалены, чтобы получить фактически пригодный для использования формат сообщения, описанный выше.

Сообщения

Сообщения, отправленные и полученные по беспроводной сети

Все сообщения AIS передают 3 основных элемента информации:

1. Номер MMSI судна или оборудования, на котором находится передатчик (базовая станция, буй и т. д.).
2. Идентификация передаваемого сообщения (см. таблицу ниже)
3. Индикатор повтора, предназначенный для повторения сообщений через препятствия с помощью релейных устройств.

В следующей таблице представлена ​​сводка всех используемых в настоящее время сообщений AIS.

Сообщение АИС	Использование	Комментарии
Сообщение 1, 2, 3: Отчет о местоположении класса А	Сообщает навигационную информацию	Это сообщение передает информацию, относящуюся к навигации корабля: долготу и широту, время, курс, скорость, статус навигации корабля (под двигателем, на якоре...).
Сообщение 4: Отчет о базовой станции	Используется базовыми станциями для обозначения своего присутствия.	В сообщении сообщается точное положение и время. Он служит статическим ориентиром для других кораблей.
Сообщение 5: Статические данные и данные, связанные с рейсом	Дает информацию о корабле и его путешествии.	Одно из немногих сообщений, данные в которых вводятся вручную. Эта информация включает в себя статические данные, такие как длина, ширина, осадка судна, а также предполагаемое место назначения судна.
Сообщение 6: Двоичное адресованное сообщение	Адресованное сообщение «точка-точка» с неопределенной двоичной полезной нагрузкой.
Сообщение 7: Двоичное сообщение подтверждения	Отправляется для подтверждения получения сообщения 6
Сообщение 8: Двоичное широковещательное сообщение	Широковещательное сообщение с неопределенной двоичной полезной нагрузкой.
Сообщение 9: Стандартный отчет о местоположении поисково-спасательного самолета	Используется воздушным судном (вертолетом или самолетом), выполняющим поисково-спасательные операции на море (т.е. поиск и восстановление выживших в результате аварии на море).	Отправляет информацию о местоположении (включая высоту) и времени.
Сообщение 10: Запрос UTC/даты	Получить время и дату от базовой станции	Запрос информации UTC/даты от базовой станции AIS. Используется, когда на устройстве нет локального времени и даты, обычно по GPS.
Сообщение 11: Скоординированный универсальный отклик времени/даты	Ответ из сообщения 10	Идентичен сообщению 4.
Сообщение 12: Адресованное сообщение, связанное с безопасностью	Используется для отправки текстовых сообщений на указанное судно.	Текстовое сообщение может быть на простом английском языке, в коммерческих кодах или даже зашифровано.
Сообщение 13: Подтверждение, связанное с безопасностью	Ответ из сообщения 12
Сообщение 14: Широковещательное сообщение, связанное с безопасностью	Идентичен сообщению 12, но широковещательный.
Сообщение 15: Допрос	Используется базовой станцией для получения статуса до двух других устройств AIS.
Сообщение 16: Команда назначенного режима	Используется базовой станцией для управления слотами AIS.
Сообщение 17: Глобальная навигационная спутниковая система передает двоичное сообщение	Используется базовой станцией для трансляции дифференциальных поправок для GPS.
Сообщение 18: Стандартный отчет о местоположении оборудования класса B	Менее подробный отчет, чем типы 1–3, для судов, использующих передатчики класса B.	Не учитывает статус навигации и скорость поворота.
Сообщение 19: Расширенный отчет о местоположении оборудования класса B	Для устаревшего оборудования класса B	Заменяется сообщением 18.
Сообщение 20: Сообщение управления каналом передачи данных	Используется базовой станцией для управления слотами AIS.	Это сообщение используется для предварительного выделения слотов TDMA в сети базовых станций AIS.
Сообщение 21: Отчет средств навигации	Используется вспомогательным навигационным устройством (AtN) (буи, маяк..)	Передаёт точное время и место, а также характеристики AtN.
Сообщение 22: Управление каналом	Используется базовой станцией для управления линией УКВ.
Сообщение 23: Команда назначения группы	Используется базовой станцией для управления другими станциями AIS.
Сообщение 24: Статический отчет о данных	Эквивалент сообщения типа 5 для судов, использующих оборудование класса B.
Сообщение 25: Двоичное сообщение с одним слотом	Используется для передачи двоичных данных с одного устройства на другое.
Сообщение 26: Двоичное сообщение с несколькими слотами и состоянием связи	Используется для передачи двоичных данных с одного устройства на другое.
Сообщение 27: Широковещательное сообщение системы автоматической идентификации дальнего действия	Это сообщение используется для обнаружения на большом расстоянии судов AIS классов A и B (обычно со спутника).	То же, что и сообщения 1, 2 и 3.

Сообщения, отправленные на другое оборудование на корабле

Оборудование AIS обменивается информацией с другим оборудованием, используя предложения NMEA 0183 .

Стандарт NMEA 0183 использует два основных предложения для данных AIS.

• !AIVDM (получены данные от других судов)
• !AIVDO (информация о собственном судне)

Типичное NMEA 0183 : стандартное сообщение AIS !AIVDM,1,1,,A,14eG;o@034o8sd<L9i:a;WF>062D,0*7D

Чтобы:

!AIVDM:        The NMEA message type, other NMEA device messages are restricted  
1              Number of sentences (some messages need more than one, maximum generally is 9) 
1              Sentence number (1 unless it is a multi-sentence message) 
               The blank is the sequential message ID (for multi-sentence messages) 
A              The AIS channel (A or B), for dual channel transponders it must match the channel used 
14eG;...       The encoded AIS data, using AIS-ASCII6 
0*             End of data, number of unused bits at end of encoded data (0-5)
7D             NMEA checksum (NMEA 0183 Standard CRC16)

Безопасность

Использование AIS обязательно для судов класса A и широко используется судами класса B, поэтому оно должно передаваться в системе с открытым исходным кодом по выделенным морским радиоканалам. В частности, в диапазоне ОВЧ морской подвижной связи, который определен Международным союзом электросвязи как охватывающий 156 и 174 МГц. Обмен данными на открытых радиочастотах делает службы AIS уязвимыми для вредоносных передач, включая подделку, перехват и нарушение доступности.

Эти угрозы влияют как на реализацию онлайн-провайдеров, так и на спецификацию протокола, что делает проблемы актуальными для всех установок транспондеров (по оценкам, более 300 000).

Общедоступные веб-сайты мониторинга судов полагаются в основном на неаутентифицированные потоки данных из управляемой добровольцами сети приемников AIS, чьи сообщения можно относительно легко подделать путем введения пакетов AIS в поток необработанных данных или в эфире с использованием немного более сложного оборудования, такого как SDR. . Однако сообщения между судами передаются транспондерами класса B, которые сертифицированы для передачи координат GPS только от встроенного приемника, поэтому для обхода этих сообщений потребуется SDR или подмена GPS .

Услуги AIS включают в себя государственные базовые станции, которые управляют системами движения судов (VTS) и обеспечивают наблюдение за прибрежными районами. AIS уязвима для атак, которые перегружают временные интервалы путем отправки ложных сигналов AIS или генерации ложных сигналов бедствия. Суда, у которых перегружено бортовое оборудование, откалиброванное АИС, могут использовать альтернативные навигационные устройства (СНО), которые определяют положение судна и безопасность его курса. Однако виртуальные СНО более подвержены подделке, чем физические СНО. Злоумышленники вмешивались в передачу данных AIS путем глушения, подмены или фальсификации.

глушение

Подавители помех — это маломощные устройства, которые передают сигналы GPS на тех же частотах, что и другие сигналы GPS или AIS, чтобы прервать или скрыть передачу на той же частоте. В октябре 2022 года из-за помех возле датского моста Большой Бельт (датский: Storebæltsbroen) передача данных на судне была прервана на 10 минут. В общей сложности девять кораблей в радиусе 50 на 30 км пострадали и не смогли передавать сигналы AIS или GPS. В число пострадавших кораблей вошли четыре грузовых корабля, два парома и датский патрульный корабль Nymfen P524, который в тот момент сопровождал два российских военных корабля — «Стойкий 545» и «Сообразительный 531».

Подмена

Военный

Было замечено использование подмены АИС в военно-морских учениях. В декабре 2019 года в результате «взрывного» инцидента АИС возле острова Эльба были сгенерированы тысячи ложных сигналов АИС с военно-морских кораблей под голландским флагом, которые появлялись в течение 24 минут, разделенных на три интервала; три минуты на первую атаку, 4 минуты на вторую атаку; и всего несколько секунд для третьего. Системы AIS могут уменьшить перегрузки за счет сокращения расстояния принимаемых передач. Однако эту затор не удалось устранить сразу, поскольку все ложные сигналы генерировались в радиусе 11 морских миль. Исследование Androjna и соавт., проведенное в 2021 году. приписывает подделку учениям по радиоэлектронной борьбе на море, учитывая, что ошибка дрожания и уровни RSSI поддельных сообщений соответствовали уровням реальных военных кораблей.

18 июня 2021 года приемники АИС в Черноморске , Украина, сообщили, что HMS Defender и HNLMS Evertsen предположительно направляются в сторону Севастополь российской военной базы в аннексированном Крыму , в то время как корабли были благополучно пришвартованы в Одессе , согласно многочисленным трансляциям веб-камер порта в реальном времени и свидетелям, которые подразумевали, что это фальсификация. Данные AIS были введены в систему неизвестной стороной. Несколько дней спустя, 22–23 июня, корабли покинули Одессу и действительно прошли мимо побережья Крыма, при этом Россия обвинила флот в нарушении ее территории, а командование Великобритании настаивало на том, что корабли плавали в международных водах.

В марте 2021 года аналогичный инцидент был зарегистрирован шведскими вооруженными силами, чьи корабли были ошибочно представлены АИС так, как будто они плавали в российских водах вблизи Калининграда .

В июле 2021 года исследователь Бьорн Бергман обнаружил почти 100 наборов фальшивых данных АИС в период с сентября 2020 года по август 2021 года, причем почти все из них были фальшивыми военными кораблями НАТО и европейских стран. Он сказал, что данные появились в системе так, как если бы они были получены наземными (не спутниковыми) приемниками, что заставило его поверить в то, что данные не вводятся посредством фальшивых радиопередач, а скорее вводятся в потоки данных, используемые АИС. веб-сайты. Тодд Хамфрис, директор Лаборатории радионавигации Техасского университета в Остине, заявил: «Хотя я не могу точно сказать, кто это делает, данные соответствуют модели дезинформации, которой обычно занимаются наши российские друзья».

Политический

Подмена AIS также использовалась для влияния и достижения геополитических целей государства. В 2019 году иранские государственные деятели подделали сигналы АИС, чтобы заставить британский нефтяной танкер Stena Impero зайти в иранские воды, где он был захвачен и использован в качестве разменной монеты в обменных переговорах.

Голубое преступление

Использование подмены AIS не ограничивается военными или политическими целями. Морские данные показали более 500 случаев, когда корабли манипулировали своими спутниковыми навигационными системами, чтобы скрыть свое местоположение. Его использование варьировалось от сокрытия операций китайскими рыболовными флотами в защищенных водах, танкеров, скрывающих остановки в иранских нефтяных портах, контейнеровозов, затрудняющих поездки на Ближнем Востоке, а также, как сообщается, контрабанды оружия и наркотиков.

В период с 2008 по 2018 год субъекты Южного океана маскировали незаконные рыболовные операции, манипулируя реестром судна «Андрей Долгов» и передавая до 100 одновременных и идентичных сигналов АИС, чтобы скрыть местонахождение судна.

Уклонение от санкций

В марте 2021 года расследование Совета Безопасности ООН по факту уклонения Корейской Народно-Демократической Республики от санкций показало, что суда без флага доставляли нефтепродукты в КНДР с мая 2020 года по октябрь 2020 года. На спутниковых снимках от 8 июля 2020 года было зафиксировано одно из исследуемых судов, An Ping, доставляющее незарегистрированную очищенную нефть в Нампхо, Северная Корея. С июня по июль 2020 года за период поставки корабль не передавал сигналы АИС.

приготовление пищи

Устройства Meaconing перехватывают, записывают и воспроизводят подлинные сигналы AIS. В отличие от устройств глушения, пользователи могут намеренно передавать данные на выбранных частотах и ​​в выбранное время. Однако Meaconing не может подделать передаваемые данные и способен воспроизводить только более ранние передачи. Предварительно записанные сигналы, передаваемые сигнальными устройствами, обманывают терминалы, заставляя их обрабатывать полученный сигнал как указание на то, что судно находится в тот самый момент в том месте, где сигнал был впервые записан.

Контрмеры

Передатчики и приемники могут защитить судовые навигационные системы от атак АИС, оснащая устройства протоколами, которые аутентифицируют отправленные сигналы и проверяют полученные сигналы.

Некриптографический

Методы анализа сигналов и состояний

Приемники отслеживают временные метки сигналов, чтобы проверить их достоверность. Например, приемник может пометить как подозрительное судно, которое достигает определенной точки быстрее, чем это возможно, учитывая положения приемника и передатчика, а также задержку, частоту и другие точки данных, содержащиеся в передаваемых сигналах. Системы могут использовать один или оба типа приемников для фильтрации входных данных и защиты от атак спуфинга или меаконинга. Они не могут защитить от атак помех, поскольку нет сигналов, которые можно было бы измерить и сравнить друг с другом, если передача подавлена. Системы, оснащенные приемниками снимков, записывают передачи с перерывами, тогда как приемники слежения непрерывно записывают определенные сигналы GNSS. В случае подделки или миаконинга последнее обеспечивает подлинный противовес манипулируемым данным AIS.

Методы антенных решеток/методы использования нескольких антенн

Суда, оснащенные несколькими антеннами, могут использовать точки данных пространственных измерений для определения направления прибытия (DOA) сигналов. Этот метод может защитить от поддельных данных AIS, отмечая различные сигналы, поступающие с одного и того же направления.

Методы интеллектуальных антенн также могут работать в унисон, используя предварительное кодирование с нулевым принуждением, чтобы обойти атаки помех путем передачи сигналов в частотных каналах, обратных целевой частоте.

Инерциальные системы

Инерционные системы — это устройства, которые измеряют положение судна во времени с помощью датчиков движения и гироскопов. Эти устройства оценивают будущие позиции на основе измерений скорости, ускорения и ориентации. Обнаруженные аномалии, отклоняющиеся от ожидаемого шаблона, можно пометить для более тщательного изучения.

Криптографический

Меры шифрования защищают информацию, гарантируя, что конфиденциальная информация достигнет намеченной цели, если последняя имеет уникальный ключ дешифрования. Передача также может скрывать информацию («водяной знак»), подтверждающую личность отправителя. Эти меры гарантируют, что субъекты не смогут выдавать себя за подлинные сигналы, если у них нет этих секретных кодов или информации.

Протоколы аутентификации включают цифровые подписи отправителя, которые направляют получателей к ключам дешифрования, распространяемым третьими сторонами, которые проверяют личность получателя. Однако цифровые подписи не могут защитить от подделки, поскольку подлинное сообщение подписи было записано вместе с исходной передачей.

Системы также могут использовать протоколы временной эффективной аутентификации с потерей потока (TESLA) для расшифровки передач с помощью секретных ключей, которые отправляются только после того, как зашифрованное сообщение было обнаружено системой. Цепочки TESLA формируются, когда каждое сообщение расшифровывает предыдущее и расшифровывает следующее. Длинные цепочки неэффективны; однако они хорошо защищены от подделки, поскольку участникам потребуется доступ ко всем предыдущим сообщениям в цепочке.

ГНСС

Меры противодействия атакам АИС не могут защитить в случае нарушения сигналов ГНСС (или GPS), при котором все системы на базе ГНСС, включая АИС, перестанут функционировать.

Наблюденные испытания противоспутникового оружия, проведенные Соединенными Штатами, Индией, Китаем и Россией, продемонстрировали, что национальные государственные субъекты обладают способностью уничтожать спутники и подразумевать уничтожение систем на базе GNSS. В ноябре 2021 года Россия запустила ракету наземного базирования, которая уничтожила списанный спутник советской эпохи «Космос-1408», создав облако высокоскоростного космического мусора, вращающегося на том же уровне, что и Международная космическая станция и другие спутники.

Исследовать

Растет объем литературы по методам использования данных АИС для обеспечения безопасности и оптимизации мореплавания, а именно: анализ движения , обнаружение аномалий, извлечение и прогнозирование маршрута, обнаружение столкновений, планирование пути, маршрутизация по погодным условиям, оценка рефракции атмосферы и многое другое.

См. также

• ADS-B , концептуально аналогичная система для самолетов.
• АИС-САРТ — портативная поисково-спасательная система.
• Автоматическая система отчетов о пакетах
• Дальняя идентификация и сопровождение (корабли)
• MarineTraffic , сайт, использующий данные AIS.
• НМЕА 0183
• Управление морским движением
• Система предотвращения дорожно-транспортных происшествий (TCAS) для самолетов

Внешние ссылки

• Ресурсы AIS Currents & Ocean Dynamics 2.0 для картографирования океанских течений от e-Odyn
• Исследовательские ресурсы AIS список литературы
• AllAboutAIS.com: общее объяснение AIS и терминов.
• Обзор автоматической системы идентификации (AIS) | Навигационный центр Береговой охраны США, общее объяснение AIS и терминов
• Информация VTMiS Международные морские SAR Консультации по вопросам безопасности и охраны, информационные услуги по судам
• AIS Data Monitor - бесплатный инструмент для проверки сообщений с данными AIS.
• Морское движение — отслеживание AIS по всему миру через Интернет.
• Поиск судна