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1、第八章 電磁場與電磁波的應用 8.1電磁波譜及應用概述n電磁波譜范圍極大，習慣上把頻率在3kHz3000GHz的電磁波稱為無線電波，相應的波長范圍為10-4 105m。通常所說的可見光是一種電磁波，波長為0.40.76m，比可見光的波長更長的區(qū)域即是紅外區(qū)，常用的光纖通信就工作在近紅外區(qū)，波長范圍為0.81.8m，相應的頻率為1.671014 3.75104Hz。比可見光的波長更短的區(qū)域有紫外區(qū)、X射線、射線，它們都有很多的應用。n為了更好地使用頻率資源，減少相互間的干擾，國際無線電咨詢委員會（CCIR）為不同行業(yè)指定使用不同的頻段。無線電波一般可按波段劃分，劃分后的波段名稱、波長、頻率范圍見

2、表8.1。 無線電在空間的傳播途徑有四種。1. 地波傳播n地波傳播是無線電波沿地球表面?zhèn)鞑?，如圖8.1所示。n通常波長越長，繞射距離越遠，這是因為無線電波具有與其波長相比擬的障礙物尺寸時才能發(fā)生繞射，即進行地波傳播。那么利用地波傳播，短波不超過100km，中波可達幾百公里。長波、甚長波、特長波可達幾千公里甚至上萬公里。 2. 空間波傳播n空間波的傳播有兩種： 一種是當發(fā)射天線和接收天線均高出地面一個波長以上時，直接在空中傳播，如圖8.2所示。n另一種空間波由直射波及入射波、反射波組成，具有多徑效應，如圖8.3所示。n超短波和微波可采用空間波傳播。 3. 電離層波傳播n無線電波從發(fā)射天線發(fā)出，經(jīng)

3、電離層反射而到達接收天線稱為電離層波傳播，如圖8.4所示。n短波沿地面繞射傳播能力差，但利用電離層波傳播是最適宜的。但頻率太高的無線電波、超短波或微波，一般要穿過電離層，不能被電離層反射回來，所以頻率不能很大，此外還存在一個寂靜區(qū)，如圖8.4所示，在這個區(qū)域既接收不到地波信號，也接收不到電離層波信號 4. 外層空間傳播n外層空間傳播是通過衛(wèi)星來實現(xiàn)的，如圖8.5所示。n外層空間傳播，電磁波主要受到大氣層的影響，大氣層對流層中的氧和水蒸氣會對電磁波有吸收作用，雨霧以及雪也會對電波產(chǎn)生吸收和散射損耗，電離層對短波還會有反射作用。綜合上述影響，無線電波在0.310GHz頻段，大氣吸收損耗最小，稱為“

4、無線電窗口”。因此通常選擇在這個窗口附近。 8.2廣播電視系統(tǒng)n無線電廣播中波波段一般采用5251605kHz，短波波段采用224MHz，調(diào)頻廣播波段為88108MHz。廣播是人類在社會實踐中對信息的需求與現(xiàn)代科學技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是電磁場與電磁波的最早的應用之一。n傳輸電視信號需要相當寬的頻帶，因此需要采用超短波或更高頻段的無線電波。最早分配給電視廣播的VHF有12個頻道，頻率為49.75216.25MHz，后來又分配UHF頻段，共有56個頻道，頻率范圍為471.25951.25MHz。 n電視信號可以利用同軸電纜傳輸，稱為有線電視。有線電視已經(jīng)發(fā)展為頻率從49.75878.25MHz，有9

5、9個頻道的強大網(wǎng)絡。 n廣播電視系統(tǒng)本身就是電磁場與電磁波的重要應用，前面所講的很多理論性的問題都可以具體應用到系統(tǒng)中去。舉一個最簡單的例子來說明，收音機的天線是什么樣子?從理論上分析為什么要這樣放置？收音機天線之一如圖8.6所示。n磁性天線由鐵氧體棒上平繞多匝漆包線而成，可直接放在收音機內(nèi)。它又可作為收音機輸入回路的電感線圈。那么磁性天線如何放置在收音機內(nèi)呢？ n對稱振子天線的遠區(qū)輻射場為n從式（8.1）可知，H只有e分量，如果磁棒垂直放置，那么電感線圈的方向和磁場方向平行，不會切割磁力線，如圖8.7所示。所以磁性天線不能垂直放置。（8.2.1） n那么磁性天線應水平放置在收音機內(nèi)，當磁棒軸

6、線與電波的傳播方向（er）平行時，如圖8.8（a）所示，線圈內(nèi)感應電動勢很小，收音機的聲音也很??； 當磁棒軸線與電波的傳播方向垂直時，如圖8.8(b)所示，線圈內(nèi)感應電動勢最大，收音機的聲音也最大。繞垂直軸旋轉(zhuǎn)收音機時，聲音會發(fā)生變化。 n如果是金屬拉桿天線，應如何放置呢？顯然應該垂直放置。n這是因為對稱振子天線的輻射場為n拉桿天線垂直放置時與e主方向一致，產(chǎn)生的感應電流最大。（8.2.2） 8.3移 動 通 信n 20世紀20年代，現(xiàn)代移動通信技術(shù)的發(fā)展宣告開始。從20世紀20年代至40年代是現(xiàn)代移動通信的起步階段。n 1987年11月18日，中國第一個TACS模擬蜂窩移動電話系統(tǒng)在廣東省建

7、成并投入商用。這一時期的系統(tǒng)主要是依賴第一代移動通信技術(shù)（1G），采用的是模擬技術(shù)和頻分多址（FDMA）技術(shù)。n第二代移動通信（2G）主要采用的是數(shù)字的時分多址（TDMA）技術(shù)和碼分多址（COMA）技術(shù)，頻譜利用率高，可大大提高系統(tǒng)容量，能提供數(shù)字化的語言業(yè)務及低速數(shù)據(jù)業(yè)務。 n目前正在迅速發(fā)展的是第三代移動通信技術(shù)（3G），它是將高速移動接入和基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的服務結(jié)合起來，提高無線頻率的利用效率，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和寬帶多媒體服務，傳輸速率最低為384KB/s，最高為2MB/s,帶寬可達5MHz以上，使用頻率1.8852.025GHz和2.1102.200GHz,提供全球覆蓋，實現(xiàn)有線和無線以

8、及不同無線網(wǎng)絡之間業(yè)務的無縫連接，滿足多媒體業(yè)務的要求。主要技術(shù)有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。n 3G系統(tǒng)仍然無法滿足未來的多媒體通信的需求，未來的移動通信系統(tǒng)是第四代移動通信系統(tǒng)（4G）。它是寬帶（broadband）接入和分布網(wǎng)絡，具有更高的無線頻率使用效率，且具有更好的抗信號衰落性能，上網(wǎng)速度可提高到100MB/s，具有不同頻率間的自動切換能力。 n電磁場與電磁波的應用貫穿于整個移動通信技術(shù)，下面的例子是從電磁場與電磁波應用的角度來探討移動定位技術(shù)。n蜂窩網(wǎng)無線定位是通過檢測移動臺和多個固定位置收、發(fā)信機之間傳播信號的特性參數(shù)（如電波場強、傳播時間或時間差、入射角等）

9、來估算出目標移動臺的位置。移動定位技術(shù)有多種，其中之一是基于三角關(guān)系和運算的定位技術(shù)，可細分為兩種，即基于距離測量定位技術(shù)和基于角度測量的定位技術(shù)。 n下面介紹基于距離測量的定位技術(shù)。n如圖8.9所示，已知三個基站BS1、BS2和BS3的位置和它們與目標移動臺的距離，那么很容易確定出目標移動的位置，也就是以R1、R2和R3為半徑畫圓，交點即是目標移動臺。 n那么如何測量目標移動臺和基站的距離？ n目標移動臺發(fā)出電磁波在距離為r處的電場強度E和磁場強度H都與1/r成正比，因此基站接收到該目標移動臺的功率與1/r2成正比，這樣就可以測出目標移動臺MS到基站BS1、BS2和BS3的距離，從而確定MS

10、的位置。n但是這種利用電波強度的測量方法的精確度很低，這是因為無線電波在空間傳播時能量的衰減是多種因素共同作用的結(jié)果，如空間波存在著圖8.3所示的多徑效應，再如在一個地形地物復雜的環(huán)境中受該環(huán)境的影響很大。n基于上述原因早期采用的場強定位法發(fā)展為到達時間定位法。這種方法的思路很簡單，各基站測出移動目標臺的到達時間，那么無線電波傳播的距離為 L=vt （8.3.1） n這樣就測出各基站到移動目標臺的距離，雖然這種方法受時鐘同步和時鐘精度的影響，但還是比場強度位定位法精度高得多。 8.4微波通信、衛(wèi)星通信和光纖通信n 1. 微波通信n微波通信是指利用微波頻率用作載波攜帶信息，通過無線電波進行中繼接

11、力的通信方式。微波是指頻率為300MHz300GHz的電磁波。n模擬微波通信系統(tǒng)是傳輸FDM-FM基帶信號的系統(tǒng)，傳輸容量高達2700話路，并可同時傳輸高質(zhì)量的彩色電視。數(shù)字微波通信系統(tǒng)是傳輸數(shù)字基帶信號的系統(tǒng)，又分為PDH數(shù)字體系和SDH數(shù)字體系，傳輸容量高達7860話路。 n微波的波長很短，繞過障礙物而傳播的尺度很小，這就決定微波通信只能采取中繼接力方式，如圖8.10所示。大約50km就必須設一個微波中繼站。較大的通信系統(tǒng)需要建設非常多的中繼站，這也限制了它的使用。n雖然微波頻率范圍很寬（0.3300GHz）,但是用于微波通信的頻率范圍卻只有140GHz，這是因為當頻率較高時，雨、雪、霧及

12、水蒸氣對電波的散射或吸收損耗增加，造成電波衰減和接收電平下降，這些影響對12GHz以上頻段尤為明顯。 2. 衛(wèi)星通信n衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電波，在兩個或多個地球站之間進行通信。地球站是設在地球表面，包括地面、海洋和大氣中的通信站。實際上衛(wèi)星通信可以看作是利用微波頻率，把通信衛(wèi)星作為中繼站而進行的一種特殊的微波中繼通信。衛(wèi)星通信工作頻段與微波通信相同。n目前民用通信衛(wèi)星使用同步工作方式，稱為同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)。從地面上看，這顆衛(wèi)星永遠像掛在天空不動，因此同步衛(wèi)星也稱為“靜止衛(wèi)星”。 n同步衛(wèi)星通信的優(yōu)點如下： （1） 通信距離遠，且費用與通信距離無關(guān)（2） 覆蓋面積

13、大，可進行多址通信（3） 通信頻帶寬，傳輸容量大（4） 信號傳輸質(zhì)量高，通信線路穩(wěn)定可靠（5） 建立通信線路靈活、機動性好 n靜止衛(wèi)星配置幾何關(guān)系示意圖如圖8.11所示，若以120的等間隔在同步軌道上配置三顆衛(wèi)星，則在地球表面上除兩極地區(qū)未被衛(wèi)星波束覆蓋外，其他區(qū)域都在覆蓋范圍之內(nèi)，而且部分地區(qū)為兩顆衛(wèi)星波束覆蓋的重疊區(qū)，這樣就可以實現(xiàn)全球通信。n目前國際衛(wèi)星通信組織負責建立的國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)（INTELSAT，簡稱IS）就是利用靜止衛(wèi)星來實現(xiàn)全球通信的。三顆同步衛(wèi)星分別位于太平洋、印度洋和大西洋上空，它們構(gòu)成的全球通信網(wǎng)承擔大部分的國際通信業(yè)務和全部國際電視轉(zhuǎn)播業(yè)務，如圖8.12所示。 n在

14、實際應用中，國際衛(wèi)星通信的商業(yè)衛(wèi)星和國內(nèi)區(qū)域衛(wèi)星通信中大多數(shù)都使用6/4GHz頻段，其上行頻率為5.9256.425GHz，下行頻率為3.74.2GHz，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬可達500MHz。為了不與上述民用衛(wèi)星系統(tǒng)干擾，許多國家的軍用和政府用衛(wèi)星通信系統(tǒng)使用8/7GHz頻段，其上行頻率為7.98.4GHz，下行頻率為7.257.75GHz。由于衛(wèi)星通信業(yè)務量的急劇增加，110GHz的無線電窗口日益擁擠，14/11GHz頻段已得到開發(fā)和利用，其上行頻率為1414.5GHz，下行頻率為10.9511.2GHz和11.4511.7GHz。 3. 光纖通信n以光作載波的通信方式即是光通信。人們想到以光作

15、為載波，這是很自然的，這是因為光的頻率很高，為10141015Hz，因此利用光通信會有更大的通信容量。但是光在大氣中受到的影響因素非常多，如大氣中水蒸氣塵埃的影響、惡劣天氣的影響。另外還受到激光束本身的影響，如激光束非常細小給光學設備的對準、控制及跟蹤帶來困難，所以限制了大氣光通信的使用。n于是人們就想到利用介質(zhì)來傳輸光信號，這種介質(zhì)即是光導纖維。這種利用光導纖維傳輸光波信號的通信方式稱為光纖通信。 利用光纖通信首先要解決兩個問題。（1） 光纖的基礎材料問題n人們通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，純凈的石英材料在0.81.8m，對應的頻率為167375THz的近紅外光波入射，損耗很少。并且在0.85m、1.

16、31m和1.55m附近損耗最低，如圖8.13所示。 （2） 光導纖維結(jié)構(gòu)問題n光導纖維通常采用同軸圓柱體結(jié)構(gòu)，由纖芯和包層構(gòu)成，如圖8.14所示為增加光纖的機械強度，圖8.14光纖結(jié)構(gòu)在裸光纖的外面加上涂覆層。對于單模光纖，光纖直徑（即包層直徑2b）為125m，纖芯直徑2a為410m。 8.5雷達n雷達（Radar）是“Radio Detection and Ranging”的縮寫。其基本功能是利用目標對電波的散射而發(fā)現(xiàn)目標，并測定目標的空間位置。n雷達系統(tǒng)的基本組成框圖如圖8.15所示。 從電磁場與電磁波理論來分析簡單連續(xù)波雷達是如何實現(xiàn)測速的。n簡單連續(xù)波雷達系統(tǒng)中的動目標鑒別和分辨是以多

17、普勒效應為基礎的。設固定雷達發(fā)出電磁波的頻率為f0,則發(fā)射波的周期T0=1/f0，設動目標以恒速為u向著雷達移動，如圖8.16所示，在t0時刻動目標在R0位置，在t1時刻動目標在R1位置。 雷達發(fā)射的電磁波到達目標所需的時間為t0時刻發(fā)射的電磁波（峰A），到達移動目標，回波在t1時刻被雷達接收雷達在t+T0時出現(xiàn)第二個峰（峰B），回波在t2時刻被雷達接收發(fā)射和接收波形如圖8.17所示（8.5.1）（8.5.2）（8.5.3） 接收的電磁波的周期T0一般情況下u/c1,因此可見，接收波與發(fā)射波比較頻率產(chǎn)生了偏移，偏移量為 f=2u/這樣根據(jù)頻率偏移量就可以測出移動目標的速度。（8.5.6）（8.

18、5.5）（8.5.4） 8.6 射 頻 識 別n射頻識別（Radio Frequency Identification, RFID）系統(tǒng)主要由閱讀器、應答器和后臺計算機系統(tǒng)組成，如圖8.18所示，是電磁場與電磁波的重要應用之一。 n RFID系統(tǒng)按數(shù)據(jù)量大小可分為1比特系統(tǒng)和電子數(shù)據(jù)載體系統(tǒng)。n RFID系統(tǒng)按工作頻段來分類，可分為： （1） 低頻，50150kHz；（2） 高頻，13.56MHz；（3） 甚高頻，260470MHz；（4） 微波，9029280MHz，2.45GHz，5.8GHz。n一般來說低頻段應答器是無源的，應答器所需要的能量由閱讀器通過耦合元件傳遞給應答器，而應答器和閱

19、讀器的有效距離很近。而遠距離系統(tǒng)應答器是有源的，要用微波來實現(xiàn)，作用距離可達100m以上。 1. 微波1比特RFID系統(tǒng)n微波1比特RFID系統(tǒng)原理如圖8.19所示。載波頻率在微波段，應答器采用電容二極管的非線性特性和能量存儲特性來實現(xiàn)。n閱讀器持續(xù)發(fā)射載波頻率為fA（2.45GHz）、調(diào)制信號為F（1kHz）的振幅調(diào)制（ASK）已調(diào)波，應答器的偶極子天線接收到信號，該信號由二極管的非線性特性產(chǎn)生高次諧波，利用電容二極管儲存的能量，使二次諧波通過天線二次輻射，閱讀器的接收通常檢測以2fA為載波的ASK信號，并將其還原成1kHz信號。 n 1比特系統(tǒng)只能識別“有響應”和“無響應”兩種狀態(tài)，那么為

20、什么用1kHz的調(diào)制信號對載波頻率fA作調(diào)制形成ASK已調(diào)波呢？這樣做的目的是為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，如果閱讀器附近沒有頻率為2fA的干擾信號，閱讀器當然不會響應，可是恰巧有2fA的干擾信號，由于干擾信號沒有被正常調(diào)制，所以閱讀器也不會響應。n微波1比特RFID系統(tǒng)雖然簡單，但廣泛用于各種門進卡或商場的防盜系統(tǒng)中。 2. 電磁反向散射式應答系統(tǒng)n電磁反向散射式應答系統(tǒng)如圖8.20所示，它是利用電磁波的散射原理來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。 n閱讀器通過發(fā)送天線將功率為P1的電磁波發(fā)送到自由空間，該功率其中一部分被應答器反射，反射后被閱讀器接收的功率為P2。閱讀器發(fā)送功率P1與接收功率P2的比值為 b=P

21、2/P1 （8.6.1）n比值b與應答器的反向散射功率P2有關(guān)，當應答器的天線與負載RL完全匹配時，P2幾乎為零，此時b=0,即閱讀器接收數(shù)字信號為“0”碼； 當天線短路時P2達到最大值，幾乎被完全反射，此時b=1,即為數(shù)字信號“1”碼。那么CPU通過電子開關(guān)的通斷就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。 8.7 水下電磁波通信n水下通信方式主要有水下聲波通信和水下電磁波通信。n首先來估算一下電磁波在水中的傳播距離。n設海水的電導率=4S/m，相對介電常數(shù)r=80,相對磁導率r=1，則海水可視為良導體 1. 極低頻（BLF）無線電通信n習慣上把3000Hz以下的無線電波稱為極低頻（BLF）。在300Hz的頻率時，

22、潛艇能在100m的深度接收到BLF無線電信號。使用BLF頻率對潛艇通信還具有抗干擾能力強和受核爆炸電磁脈沖影響小的特點，因此比較適合于彈道導彈核潛艇通信。n但是利用BLF無線電通信還存在著許多問題： （1） 信息傳輸能力低。美國海軍在20世紀70年代建立的“海員”系統(tǒng)，每分鐘只能傳輸10bit左右。（2） 陸基天線十分巨大，長達數(shù)十公里，戰(zhàn)時易受攻擊，對周圍的電力、通信及電氣設備有干擾。（3） 不能用來傳回緊急行動電文。 2. 甚低頻（VLF）無線電通信n VLF頻段通常在330kHz之間，這個頻段在水下30m深度仍能接收到VLF無線電信號。目前仍不失為比較好的對潛艇通信手段之一，美國現(xiàn)已建成

23、全球性陸基VLF廣播網(wǎng)。n以上兩種通信方式受到的限制非常大，所以又發(fā)展出了機載對潛艇中繼通信系統(tǒng)、潛艇短時短波或超短波通信系統(tǒng)、衛(wèi)星微波通信以及對潛艇通信浮標。 n藍綠激光水下通信的原理是當光通過海水時，不同波長的光的衰減不同，光在波長為0.47 0.54m時，存在著一個低損耗“窗口”，可以利用這個窗口進行通信。藍綠激光水下通信系統(tǒng)的組成如圖8.21所示。n藍綠激光水下通信具有非常大的優(yōu)越性，藍綠激光穿透海水能力強，可實現(xiàn)與水深400m的潛艇進行通信。藍綠激光的工作頻率高達1014Hz,因此通信頻帶寬，信息傳輸能力強。 n藍綠激光對潛艇的通信可分為陸基、天基和空基三種方案。 （1） 陸基系統(tǒng)。

24、由陸基上發(fā)出強脈沖激光束，經(jīng)衛(wèi)星上的反射鏡，將激光束反射至所需照射的海域，實現(xiàn)與水下潛艇的通信。這種方式可通過星載反射鏡擴束成寬光束，實現(xiàn)相當大范圍的通信； 也可控制成窄光束，以掃描方式通信。這種方案靈活，通信距離遠，可用于全球范圍內(nèi)光束所能照射到的海域，通信速率高，安全隱蔽性好，但實現(xiàn)難度大。（2） 天基系統(tǒng)。與陸基方案不同的是，把大功率激光器置于衛(wèi)星上，發(fā)出強脈沖激光束，實現(xiàn)與水下潛艇的通信。這種方案其隱蔽性和有效性都是不容置疑的，當然實現(xiàn)難度也很大。（3） 空基系統(tǒng)。把大功率激光器置于飛機上，飛機飛達預定海域時，激光束以一定形狀的波束掃到目標海域，完成對水下潛艇的廣播式通信。這種方案機動

25、靈活，也是極佳的通信方案。 8.8 GMDSSn GMDSS是 Globle Maritime Distress and Safety System的縮寫，即全球海上遇險與安全系統(tǒng)。這個系統(tǒng)是利用電磁波方式來進行通信的。n GMDSS是1988年11月在SOLAS公約締約國大會上批準并作出相關(guān)的決議，1992年2月1日開始實施的系統(tǒng)。該系統(tǒng)是國際海事組織（IMO）用于改善舊的海上遇險與安全通信，建立新的搜救程序，并用來進一步完善海上常規(guī)通信的一整套綜合系統(tǒng)。 1. GMDSS系統(tǒng)的組成n GMDSS的組成如圖8.22所示，其功能是通過地面通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)兩大分系統(tǒng)來完成的。n按照IMO的

26、要求，凡從事國際航行的300總噸以上的貨船和一切客船必須裝備GMDSS設備，并要求具有以下功能： （1） 收、發(fā)遇險報警信號，其中遇險船發(fā)報警時至少應使用兩種獨立的設備，并采用不同的通式方式。（2） 搜救協(xié)調(diào)通信。（3） 現(xiàn)場通信。（4） 收、發(fā)尋位信號。（5） 收、發(fā)海上安全信息（MSI）。（6） 常規(guī)通信。（7） 駕駛臺與駕駛臺間通信。 2. 地面通信系統(tǒng)及船用設備n地面通信系統(tǒng)是指使用MF/HF/VHF頻段的通信設備及其終端來完成GMDSS功能的分系統(tǒng)。該系統(tǒng)由船臺、岸臺和經(jīng)由岸臺中轉(zhuǎn)的國際/國內(nèi)公眾通信網(wǎng)或?qū)Ｓ猛ㄐ啪W(wǎng)用戶構(gòu)成。船用設備包括：MF/HF通信設備、VHF通信設備、數(shù)字選擇性

27、（DSC）終端設備、窄帶直接印字電報（NBDP）終端設備、NAVTEX接收機、雷達應答器（SART）和VHF EPIRB等。n MF/HF/VHF通信設備是主體，所有終端都必須通過它們才能實現(xiàn)通信。其中，DSC終端具有遇險報警、遇險確認、遇險轉(zhuǎn)播、呼出某一電臺及接通陸地網(wǎng)的某一用戶等功能。NBDP終端在遇險與安全通信及常規(guī)通信中可完成電傳的自動收/發(fā)功能。 n MF/HF/VHF通信設備是主體，所有終端都必須通過它們才能實現(xiàn)通信。其中，DSC終端具有遇險報警、遇險確認、遇險轉(zhuǎn)播、呼出某一電臺及接通陸地網(wǎng)的某一用戶等功能。NBDP終端在遇險與安全通信及常規(guī)通信中可完成電傳的自動收/發(fā)功能。n按照

28、電波傳播方式，MF/HF/VHF頻段的設備分別用于中/遠/近距離的通信。船舶遇險時，遇險報警（包括遇險轉(zhuǎn)播和確認）用DSC進行，岸臺收到后立即轉(zhuǎn)往有關(guān)RCC，RCC將通知有關(guān)搜救單位或遇險船附近船實施救助行動。搜救協(xié)調(diào)通信選用MF/HF/VHF頻段的適當頻率進行，而現(xiàn)場通信基本上使用VHF/MF波段的CH16/2174 5kHz/2182kHz,以電話或電傳方式進行。救助現(xiàn)場的尋位（尋找遇險船或人的位置）靠SART并通過救助單位上的雷達來進行。 n沿海近距離的MSI是靠NAVTEX系統(tǒng)發(fā)播的，而遠距離的MSI是通過HF頻段NBDP設備以CFEC方式發(fā)播的。這些MSI由船舶配備的NAVTEX接收

29、機或NBDP設備自動接收打印。n船舶間會遇避讓通信是靠VHF電話來進行的。 3. 衛(wèi)星通信系統(tǒng)及船用設備n GMDSS中使用了兩種衛(wèi)星通信系統(tǒng)，即INMARSAT系統(tǒng)和COSPAS SARSAT系統(tǒng)。使用的船用設備有 INMARSAT A/B/C船站、1.6GHz EPIRB、EGC接收機、406/121.5MHz EPIRB。 （1） INMARSAT系統(tǒng)n INMARSAT系統(tǒng)由岸站（LES）、衛(wèi)星（空間段）、船站（SES）、網(wǎng)絡協(xié)調(diào)站（NCS）和網(wǎng)絡控制中心（NCC）組成。n目前INMARSAT組織開發(fā)的滿足GMDSS要求的衛(wèi)星通信系統(tǒng)有INMARSAT-A/B/C/E四種，每一系統(tǒng)均利

30、用相同的空間段設施（4顆衛(wèi)星），只是每一系統(tǒng)要求LES（包括NCS）能單獨處理各自系統(tǒng)信號的收和發(fā)。同樣，每一系統(tǒng)對SES的要求也不一樣，甚至船站的識別碼結(jié)構(gòu)也不相同。 （2） COSPAS SARSAT系統(tǒng)n COSPAS SARSAT系統(tǒng)是用來確定三種信標位置的全球搜救衛(wèi)星系統(tǒng)，這三種信標是ELT/EPIRB/PLB。整個系統(tǒng)由緊急信標、衛(wèi)星、本地用戶終端（LUT）和任務控制中心（MCC）組成。n本系統(tǒng)現(xiàn)使用5顆極低軌道衛(wèi)星。船舶遇險時經(jīng)人工或自動啟動的406/121.5MHz衛(wèi)星EPIRB就會發(fā)出遇險信號，該信號被經(jīng)過它上空的衛(wèi)星收到后轉(zhuǎn)發(fā)給LUT。LUT測出信標的位置后連同警報信息一起

31、通過MCC通報給RCC和其他MCC或有關(guān)的RCC，救助行動即行開始。 4. GMDSS的海區(qū)劃分n IMO于1988年10月通過SOLAS公約修正案規(guī)定，每一公約船應按其工作的航區(qū)配備相應的無線電設備，也就是說船載設備與其所航行的航區(qū)相適應。n在GMDSS中，根據(jù)岸臺使用的各種頻段，無線電波的覆蓋范圍共分為四個航區(qū)，有時也稱為海區(qū)。GMDSS中的A1、A2、A3海區(qū)如圖8.23所示。n A1海區(qū)： 至少有一個VHF岸臺的無線電話覆蓋的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)能提供連續(xù)有效的DSC報警，這個區(qū)域可由締約國政府規(guī)定。n A2海區(qū)： 至少有一個MF岸臺的無線電話覆蓋的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)能提供連續(xù)有效的DSC報

32、警，這個區(qū)域可由締約政府規(guī)定，但不包括A1海區(qū)。 n A3海區(qū)： 在INMARSAT靜止衛(wèi)星的覆蓋范圍之內(nèi)，能提供連續(xù)有效的DSC報警的區(qū)域，但不包括A1海區(qū)和A2海區(qū)。n A4海區(qū)： A1、A2和A3海區(qū)以外的區(qū)域。n當在上述各海區(qū)中航行時，若船舶發(fā)生緊急情況，要求能夠提供連續(xù)報警。 5. GMDSS船載設備配備原則和要求n 1） 船載設備配備原則n GMDSS中，船舶配備的設備除應與其相應的航區(qū)適應外，還應滿足GMDSS功能的要求。船舶設備配備的原則如下： （1） 船舶根據(jù)其航區(qū)提供執(zhí)行GMDSS功能的設備； （2） 船舶應能至少以兩種分開的獨立的手段來發(fā)射船到岸的遇險報警； （3） 每一

33、種設備應能執(zhí)行兩種以上的功能，如遇險報警、協(xié)調(diào)通信和常規(guī)通信等； （4） 設備應操作簡單，工作可靠，并做到無人值守、自動報警； （5） 救生艇配備無線電設備的目的應是完成現(xiàn)場通信，以及發(fā)出尋位信號，以便順利地與搜救船只或飛機相配合，完成對救生艇的救助。 n 2） 船載設備配備要求（1） 所有船舶必須配備的設備 VHF無線電話裝置，該裝置具有收發(fā)功能； CH70頻道DSC功能； CH6、CH13、CN16頻道無線電話功能。 VHF DSC值班接收機； 至少2臺搜救雷達應答器（SRAT）； NAVTEX接收機； 如果超出NAVTEX覆蓋區(qū)域，增強群呼（EGC）設備或HF NBDP接收設備（如船舶只

34、在提供HF播發(fā)海上安全信息業(yè)務的海域內(nèi)航行）； 406MHz EPIRB或1.6GHz EPIRB（如船舶只在INMARSAT衛(wèi)星覆蓋區(qū)域內(nèi)航行）； 雙向VHF無線電話設備（300500總噸的每艘貨船，至少2部； 每艘客船和500總噸以上的每艘貨船，至少3部）； 到1999年2月1日前，要求配備的2182kHz值班接收機、2182kHz無線電話報警信號發(fā)生裝置（只有A1海區(qū)航行的船舶不要求）。 用于常規(guī)通信的VHF電話設備（156160.5MHz）； 可用VHF EPIRB 代替衛(wèi)星EPIRB。 （2） A1航區(qū)船舶必須增配的設備 （3） A1和A2航區(qū)船舶必須增配的設備 MF DSC（218

35、7.5kHz）和2182kHz電話設備； MF DSC值守機； 用于常規(guī)通信的MF設備（16054000kHz）。 此情況下，有兩種選擇方案： A種方案是： INMARSAT船站（SES）一臺； MF DSC（218.5kHz）和2182kHz電話設備； MF DSC值守機，它可與MF DSC結(jié)合在一起。B種方案是： MF/HF設備（帶有DSC、NBDP、TEL終端，且能用于常規(guī)通信）； MF/HF DSC值守機，它可與MF/HF DSC結(jié)合在一起。（4） A1、A2和A3航區(qū)船舶必須增配的設備 （5） A1、A2、A3和A4航區(qū)船舶必須增配的設備 MF/HF設備（帶有DSC、NBDP、TEL終端，且能用于常規(guī)通信）； MF/HF DSC值守機，它可與MF/HF DSC結(jié)合在一起。