3. AIS系统原理与报文结构

AIS（Automatic Identification System，船舶自动识别系统）是船舶雷达融合感知中最重要的“协作式”信息源。雷达依靠电磁波回波发现目标，属于非协作探测；AIS则通过VHF数据链主动广播本船身份与航行状态，属于协作式报告。两者在融合时互补：雷达给出真实位置与回波强度，AIS给出身份、目的港、吃水、航向意图等雷达无法直接获取的信息。理解AIS的通信机制与报文结构，是判断融合结果可信度的前提。

一、通信机制：SOTDMA与自主播发

AIS工作在VHF海上移动频段，使用两个专用信道：AIS 1（161.975 MHz，信道87B）和AIS 2（162.025 MHz，信道88B）。系统采用GMSK调制、9.6 kbit/s速率、HDLC帧结构，一帧256位，其中有效数据168位。核心的多址接入方式是SOTDMA（Self-Organized Time Division Multiple Access，自组织时分多址）：把每分钟划分为2250个时隙（每时隙约26.67 ms），所有台站基于UTC秒同步，各自“自组织”地预约时隙发送，无需岸基中心分配。

每个台站维护一张时隙表，记录本船与其他台站的占用情况。发送前先预约时隙，并在报文中声明未来时隙的占用意图（时隙偏移、时隙超时等），使邻近台站能够避让。当信道负载升高时，SOTDMA会自动扩大播发间隔以降低碰撞概率；在覆盖范围内台站过多时，系统优先保障动态信息的更新。这一机制决定了AIS的“标称播发间隔”只是理想值，实际间隔会随信道负载、船舶机动状态而变化——融合时必须容忍这种时间抖动，不能把AIS时间戳当作严格等间隔采样。

二、船舶静态信息与动态信息

AIS信息按更新频率分为三类。静态信息（船名、呼号、IMO编号、MMSI、船型、船长船宽、天线位置）变化极少，通常每6分钟播发一次，也可由岸台或人工触发。动态信息（经纬度、对地航速SOG、对地航向COG、真航向HDG、航行状态、转向率ROT、时间戳）随航行实时变化，播发间隔最短。航次相关信息（吃水、货物类型、目的港、预计到达时间ETA、航线计划）在航次变更时更新，通常每6分钟一次。

需要特别注意几个字段的语义差异：COG是对地航迹向，由GPS推算；HDG是真航向，来自罗经；两者在风流影响下可能相差数度到十余度。融合时若用COG代替HDG做航向一致性检验，需先扣除风流压差。此外，位置报告中的“时间戳”字段表示该位置生成的UTC秒数，若与接收时刻相差过大，说明报文可能来自转发或存在延迟，应降低其融合权重。

三、报文类型与播发间隔

AIS共有27种报文类型，融合感知中最常接触的是类型1、2、3（位置报告）、类型5（静态与航次数据）、类型18（Class B位置报告）、类型24（Class B静态数据）、类型4（基站报告）和类型21（助航设备报告）。类型1/2/3结构相同，区别仅在发送触发条件；类型5信息量大，占用两个时隙，播发频率低。

下图给出AIS从信息采集、报文封装到VHF播发、他船接收解码的完整信号链，并标注了各类信息的更新节奏与融合时的关键校验点。

四、融合实践中的判读要点

假设某船以18 kn航行，按上表其动态信息标称间隔约6 s。若融合系统连续收到同一MMSI的位置报告，时间间隔在5～9 s之间波动，属于正常SOTDMA抖动；若某次间隔突然拉长到30 s以上，同时时间戳字段与接收时刻偏差超过10 s，则应怀疑该目标处于信道拥塞区、报文经中继转发，或本船接收机存在丢包。此时可临时降低该AIS航迹的融合权重，更多依赖雷达回波维持跟踪。

另一个常见问题是“静态信息迟到”。类型5报文每6分钟才发一次，新目标进入探测范围后，可能先收到多帧类型1位置报告，却迟迟没有船名和目的港。融合界面应先用MMSI占位显示，待类型5到达后再补全静态字段，而不是把缺失静态信息误判为“不明目标”。对于Class B小船，类型18间隔约30 s，更新率明显低于Class A，近距离避碰时应以雷达为主、AIS为辅。

掌握上述机制后，就能理解AIS在融合感知中的定位：它提供高价值但非等间隔、非全字段即时的协作信息。融合算法既要利用其身份与意图信息提升目标辨识能力，也要通过时间戳校验、间隔统计和字段有效性判断，抑制因播发机制带来的不确定性。