T/CAOE 57-2023 水下应急通信导航定位试验系统协议

ICS 33.060.30
CCS V80/89
团体标准
T/CAOE 57—2023
水下应急通信导航定位试验系统协议
Protocol for underwater emergency communication navigation andpositioning test system
2023-06-26 发布2023-06-26 实施
中国海洋工程咨询协会发布

目次
前 言.................................................................................................................................................. II
1 范围....................................................................................................................................................... 1
2 规范性引用文件...................................................................................................................................1
3 术语及定义...........................................................................................................................................1
4 数据与电源接口...................................................................................................................................1
4.1 数据接口..........................................................................................................................................1
4.2 浮标电源接口..................................................................................................................................3
5 信息分类............................................................................................................................................... 4
5.1 查询类..............................................................................................................................................4
5.2 设置类..............................................................................................................................................4
5.3 上报类..............................................................................................................................................4
5.4 语音类..............................................................................................................................................4
6 信息流程............................................................................................................................................... 4
6.1 查询类信息流程...............................................................................................................................4
6.2 设置类信息流程...............................................................................................................................4
6.3 上报类信息流程...............................................................................................................................4
6.4 语音类信息流程...............................................................................................................................4
7 通信数据格式与协议............................................................................................................................5
7.1 接口通信协议..................................................................................................................................5
7.2 指控系统与综合业务网关通信数据格式...................................................................................... 5
7.3 指控系统与水下电话通信数据格式...............................................................................................5
7.4 指控系统与超短基线定位系统通信数据格式.............................................................................. 6
7.5 指控系统与水声通信定位设备通信数据格式.............................................................................. 7
7.6 指控系统与北斗定位系统通信数据格式...................................................................................... 7
7.7 指控系统与自升降潜标通信数据格式.......................................................................................... 8
7.8 指控系统与低功耗控制器通信数据格式...................................................................................... 8
7.9 指控系统与上级指控系统协议.......................................................................................................8
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II
前 言
本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定
起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国海洋工程咨询协会提出并归口。
本文件起草单位：中国舰船研究院、国家海洋信息中心、中国船舶集团有限公司第七一五研究
所、北京长城电子装备有限责任公司、中国船舶集团有限公司第七二二研究所、中国船舶集团有限
公司第七〇七研究所、中国船舶集团有限公司第七一六研究所、中国船舶重工集团有限公司第七一
〇研究所。
本文件主要起草人：高建利、王永杰、石刘、任兴元、张宏滔、马占平、武树斌、王彦国、丁
超、任翀、何传、马振国。
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1
水下应急通信导航定位试验系统协议
1 范围
本文件规定了水下应急通信导航定位试验系统的数据与电源接口、信息分类、信息流程、通信数据
格式与协议。
本文件适用于水下应急通信导航定位试验系统软件的设计与开发。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，
仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本
文件。
IEEE 802.3标准
TIA/EIA-422-A标准
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
水声通信Underwater Acoustic Communication
通过使用声波的频率、振幅和相位等参数在水中传输数字或模拟信号，可以应用于海洋科学、水下
探测、水下通信等领域。
3.2
水声定位Underwater Acoustic Positioning
通过发送声波信号并接收其发射回来的回声信号，确定目标物体的位置和距离，可以应用于海洋勘
探、水下探测、水下导航等领域。
4 数据与电源接口
4.1 数据接口
水下应急通信导航定位试验系统由通信定位分系统、指挥控制分系统、用户终端分系统组成，通信
定位分系统包括浮标通信定位设备、潜标通信定位设备和超短基线定位设备，指挥控制分系统包括指控
系统、综合业务网关、以及通用4G、专用LTE、天通S 无线电通信设备，用户终端分系统包括水声通
信定位设备、水下电话语音通信设备和便携式蛙人定位终端。
水下应急通信导航定位试验系统内各系统设备间数据接口连接关系如图1 所示。
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2
图1 数据接口连接关系示意图
水下应急通信导航定位试验系统各系统设备间数据接口定义见表1。
表1 数据接口定义
接口编号接口类型规格形态接口速率消息内容
1 网口以太网口10M/100Mbps 自适应指挥控制查询信息
2 音频口二线音频64Kbps 模拟语音信号
3 RS422 DB9 串口115200 bps 超短基线定位系统控制信号
4 网口以太网口10M/100Mbps 自适应通用4G 通信信息
5 网口以太网口10M/100Mbps 自适应专用LTE 通信信息
6 网口以太网口10M/100Mbps 自适应天通S 通信信息
7 音频口5 芯航插模拟信号模拟语音信号
8 音频口5 芯航插模拟信号水下电话模拟语音信号
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3
接口编号接口类型规格形态接口速率消息内容
9 RS422 5 芯航插19200bps 水下电话控制信号
10 RS232 8 芯航插9600 bps 北斗定位终端控制信号
11 RS232 4 芯航插9600 bps 低功耗控制器对电源唤醒信
号
12 RS422 4 芯航插9600 bps 综合业务网关到水声定位通
信机
13 RS422 10 芯航插9600 bps 北斗定位终端经综合业务网
关舱室到水声通信定位设备
14
水下电话（电
子部分）接口3 芯航插模拟信号
水下电话电子部分与换能器
接口，传输换能器声电信号
水下电话（换
能器）接口
3 芯水密连接器模拟信号
水下电话换能器与电子部分
接口，传输换能器声电信号
15 RS422 4 芯航插9600 bps 船载水声通信机与水下水声
通信定位设备进行通信
4.2 浮标电源接口
浮标承载的综合业务网关、水下电话、水声通信定位设备、天通S、专用LTE、通用4G、北斗定
位系统的供电应由低功耗控制器进行统一控制。
电源供电连接关系如图2 所示，电源接口规格定义见表2。
图2 电源供电连接关系
表2 电源接口规格表
序号设备名称电压功率接口规格芯线定义
1 天通S 12V 工作功率：25W
静默功率：1W
4 芯航插
1、GND
4、12VDC
电源2 芯
信号2 芯
2 专用LTE 12V 工作功率：30W
6 芯航插
1、GND
4、12VDC
电源2 芯
信号4 芯
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4
3 通用4G 12V 工作功率：10W
静默功率：5W
6 芯航插
1、GND
4、12VDC
电源2 芯
信号4 芯
4 北斗定位系统12V 工作功率：7.2W
8 芯航插
1、GND
4、12VDC
电源2 芯
信号2 芯
5 综合业务网关12V 工作功率：15W
内部连线
1、GND
2、GND
3、12VDC
4、12VDC
2 路2 芯
6 水下电话
（电子部分） 24V 工作功率：120W
静默功率：1W
3 芯航插
1、POWER+
2、空
3、PGND
电源3 芯
7 水声通信定位
设备24V 工作功率：288W
25 芯接插件
1、GND
4、24VDC
电源6 芯
信号8 芯
5 信息分类
5.1 查询类
应包括：浮标位置、潜标/水下蛙人位置、应急船位置、水下电话状态、无线链路状态、浮潜标电
量信息。
5.2 设置类
应包括：水下电话频道、浮标设备供电开关控制、潜标上升或下降高度等。
5.3 上报类
应包括：水下电话开机状态上报、水下电话状态异常上报、浮潜标的状态异常上报等。
5.4 语音类
应包括：语音发送、语音接收。
6 信息流程
6.1 查询类信息流程
用户通过指控系统向综合业务网关发送查询指令，综合业务网关将指令发送到目的浮标综合业务网
关，目的浮标综合业务网关将消息发送到对应设备，设备解析指令并回复应答。
6.2 设置类信息流程
用户通过指控系统向综合业务网关发送设备供电设置指令，综合业务网关收到消息后通过天通S
将消息发送到低功耗控制器，低功耗控制器对相应设备完成对应的开断供电操作，并回复指控系统应答。
6.3 上报类信息流程
设备状态发生改变时，如水下电话开机、状态异常，浮标断电，链路中断等情况出现，通过综合业
务网关主动向指控系统发送状态消息，指控系统收到后返回确认消息。
6.4 语音类信息流程
6.4.1 语音接收流程
蛙人使用水下电话向浮标发送语音信息，浮标端水下电话将检测到的语音起始信息发送至浮标综合
业务网关，选择最佳无线通信手段将语音转发至岸基综合业务网关，用户电话终端接通后进行语音通信，
同时指控系统进行话音存储，蛙人语音结束后，浮标端水下电话将检测到的语音结束信息发送至浮标综
合业务网关，语音接收流程结束。
6.4.2 语音发送流程
用户按下电话终端开始发射按键后，发射指令经过综合业务网关，选择最佳无线通信手段转发至浮
标端水下电话，浮标端水下电话开始发射，用户开始语音，蛙人收听，用户语音结束后，按下电话终端
的停止发射按键，停止发射信息经过综合业务网关中继至浮标端水下电话，浮标端水下电话停止发射，
语音发送流程结束。
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5
7 通信数据格式与协议
7.1 接口通信协议
7.1.1 网口通信协议
网口为10M/100M 自适应以太网接口，通信协议应符合IEEE 802.3 标准，传输层应选用TCP/IP
协议族中的UDP（用户数据报协议）；
消息格式应采用消息头加信息正文的方式，信息正文根据消息类型不同而有差别。
7.1.2 串口通信协议
串口通信协议应符合TIA/EIA-422-A 标准。
7.2 指控系统与综合业务网关通信数据格式
查询类消息应包括查询水下电话状态，水下蛙人、潜标、应急船位置信息，浮标状态、电量、位置
状态，潜标电量，无线链路状态，通信数据格式见表3。
表3 指控系统与综合业务网关查询类消息通信数据格式
序号消息名称正文长度字段说明
1 水下电话状态1 字节0x01 查询水下电话状态
2 水下蛙人、潜标、应急
船位置信息1 字节
0x75 水下蛙人消息标识
0x74 潜标消息标识
0x76 应急船消息标识
3 浮标状态1 字节0x01 查询浮标信息
4 浮标电量、位置状态1 字节0x01 获取低功耗电量信息
5 潜标电量1 字节0x01 获取潜标电量标识
6 无线链路状态1 字节
0x01 全部无线链路
0x02 天通S
0x03 通用4G
0x04 专用LTE
设置类消息应包括设置水下电话，控制浮标设备供电状态，设置潜标位置，改变潜标上升/下降高
度，通信数据格式见表4。
表4 指控系统与综合业务网关设置类消息通信数据格式
序号消息名称正文长度字段说明
1 设置水下电话2 字节
0x01 设置水下电话频道
0x02 水下电话开启
0x03 水下电话关闭
2 控制浮标设备供电状
态2 字节
控制标识：
0x01 专用LTE
0x02 天通S
0x03 通用4G
0x04 水声通信定位设备
0x05 北斗定位系统
0x06 水下电话
0x07 低功耗控制器
状态标识：
0x01 开机
0x02 关机
3 设置潜标位置20 字节
正文类型：1 字节，表示定位信息
潜标位置经度10 字节
潜标位置纬度9 字节
4 改变潜标上升/下降高
度4 字节目标深度
7.3 指控系统与水下电话通信数据格式
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6
指控系统与水下电话通信应至少包含查询水下电话状态，设置水下电话状态，PTT 请求、PTT 应
答等消息，通信数据格式见表5。
表5 指控系统与水下电话通信数据格式
序号消息名称正文长度字段说明
1 查询水下电话状态1 字节
状态反馈：
0x01 水下电话正常
0x02 水下电话异常
返回水下电话频道或者异常：1 字节
0x01 当前水下电话频道为1
0x02 当前水下电话频道为2
0x03 当前水下电话频道为3
0x04 当前水下电话频道为4
0xb1 功放过载或欠压且高温（>125℃）
0xb2 功放过载或欠压且低温（<125℃）
0xb3 功放过温（>125℃）
0xb4 换能器或电缆连接异常
2 设置水下电话状态1 字节
设置反馈：
0x01 设置水下电话成功
0x02 设置水下电话失败
3 PTT 请求2 字节
请求类型：
0x01 PTT ON
0x02 PTT OFF
4 PTT 应答2 字节
请求结果：
0x01 成功
0x02 失败
7.4 指控系统与超短基线定位设备通信数据格式
指控系统与超短基线定位系统应包含定位信息查询和应答消息，定位信息查询和应答信息数据格式
见表6 和表7。
表6 指控系统与超短基线定位系统定位信息数据格式
序号字段名称字段长度字段说明
1 潜标/应急船标识1 字节0x74 潜标消息标识
0x76 应急船消息标识
2 系统状态1 字节
0x01 自检状态
0x02 启动状态
0x03 目标定位状态
3 定位状态1 字节0x00 定位无效
0x01 定位有效
4 信标ID 1 字节
0x01 1#潜标
0x02 2#潜标
0x03 3#潜标
0x04 4#潜标
0x05 水下蛙人
0x06 应急船
5 目标纬度/蛙人横向距
离10 字节潜标与应急船目标纬度：范围-180° ~ 180°
6 目标经度/蛙人纵向距
离9 字节潜标与应急船目标经度：范围-90°~ 90°
7 目标深度5 字节范围0 ~ 10000m
8 目标斜距5 字节范围0 ~ 10000m
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7
表7 指控系统与超短基线定位系统应答信息数据格式
序号字段名称字段长度字段说明
1 潜标/应急船标识1 字节0x75
2 系统状态1 字节
0x01 自检状态
0x02 启动状态
0x03 目标定位状态
3 定位状态1 字节0x00 定位无效
0x01 定位有效
4 信标ID 1 字节
0x01 1#潜标
0x02 2#潜标
0x03 3#潜标
0x04 4#潜标
0x05 水下蛙人
0x06 应急船
5 蛙人横向距离5 字节
蛙人横向距离：范围-3000m ~ 3000m，船左为正，
船右为负
6 蛙人纵向距离5 字节
蛙人纵向距离：范围-3000m ~ 3000m，船前为正，
船后为负
7 目标深度5 字节范围0 ~ 10000m
8 目标斜距5 字节范围0 ~ 10000m
7.5 指控系统与水声通信定位设备通信数据格式
指控系统与水声通信定位设备通信数据格式见表8。
表8 指控系统与水声通信定位设备通信数据格式
序号字段名称字段长度字段说明
1 潜标位置经度10 字节范围-180°~ 180°
2 潜标位置纬度9 字节范围-90°~ 90°
7.6 指控系统与北斗定位系统通信数据格式
指控系统与北斗定位系统通信数据格式见表9。
表9 指控系统与北斗定位系统通信数据格式
序号字段名称字段长度说明
1 报文头6 字节$GPGGA 对应ASCII 码
2 UTC（协调世界时）日
期6 字节
表示日期yymmdd
示例：180923（2018 年9 月23 日），对应输出字
节0x31，0x38，0x30，0x39，0x32，0x33
3 UTC 时间8 字节
表示时间戳
示例：时间为162134.17 对应输出字节（不包含小
数点）：0x31, 0x36, 0x32, 0x31, 0x33, 0x34, 0x31,
0x37。
4 纬度10 字节
示例：如31.12345678 对应输出字节（不包含小数
点） ：0x33, 0x31, 0x31, 0x32, 0x33, 0x34, 0x35,
0x36, 0x37,0x38。
5 纬度方向1 字节
N 北
S 南
对应其ASCII 码
T CAOE 57-2023
8
6 经度11 字节
示例：123.12345678 对应输出字节（不包含小数
点） ：0x31, 0x32, 0x33, 0x31, 0x32, 0x33, 0x34,
0x35, 0x36, 0x37,0x38。
7 经度方向1 字节
E 东
W 西
对应其ASCII 码
8 QF（解状态） 1 字节
0 无效解
1 单点定位解
2 伪距差分
4 固定解
5 浮动解
7 固定坐标
8 模拟模式
9 WAAS 差分
示例：值为4，对应输出0x34.
7.7 指控系统与自升降潜标通信数据格式
指控系统与自升降潜标通信数据格式见表10。
表10 自升降潜标通信数据格式
序号字段名称字段长度字段说明
1 控制标识1 字节0x01 上升
0x02 下降
2 目标距离4 字节示例：508m，传输格式为0x00 0x05 0x00 0x08
7.8 指控系统与低功耗控制器通信数据格式
指控系统与低功耗控制器通信数据格式见表11。
表11 指控系统与低功耗控制器通信数据格式
序号字段名称字段长度字段说明
1 控制标识1 字节
0x01 专用LTE
0x02 天通S
0x03 通用4G
0x04 水声通信定位设备
0x05 北斗定位系统
0x06 水下电话
0x07 低功耗控制器
2 状态标识1 字节0x01 开机
0x02 关机
7.9 指控系统与上级指控系统协议
指控系统与上级指控系统间的通信宜采用SNMP（简单网络管理协议）。