一種船舶綜合導航智能系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶導航領域，具體涉及一種船舶綜合導航智能系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]為了進一步改善目前船舶綜合導航系統(tǒng)基于菜單、儀表及曲線顯示界面的常規(guī)設計方法，利用原理圖的圖形界面和模塊化編程思想，設計了船舶綜合導航系統(tǒng)，輸入、輸出參數(shù)設置都在系統(tǒng)工作原理的圖形界面上表示。

【發(fā)明內容】

[0003]為了彌補以上技術的不足，本發(fā)明提供了一種船舶綜合導航智能系統(tǒng)。本發(fā)明的特征是給出了船舶綜合導航系統(tǒng)運行及操作模式。包括航向保持自動舵航跡、保持間接式自動舵、系統(tǒng)自檢等主要功能模塊。本系統(tǒng)的設計特色在于每個界面顯示的信息不多，但層層遞進，每層都以圖形的形式供用戶選擇運行。用戶單擊設置后，系統(tǒng)開始運行，如不設置并超過約定時間段后，系統(tǒng)以缺省的船舶數(shù)學模型控制算法工作模型以及界面自動運行。本系統(tǒng)的完成將極大地方便航海人員的操作、使用，是具有創(chuàng)新理念的、高可靠、易用的船舶綜合導航系統(tǒng)。
[0004]系統(tǒng)使用直觀、方便開發(fā)平臺從使用者、船東、和設計者方面考慮利用編程實現(xiàn)，可方便地根據(jù)實際需要完善擴展及修改系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有物理意義明晰、界面友好、易用的特點。
[0005]船舶綜合導航系統(tǒng)
為船舶提供優(yōu)化的綜合導航信息。其核心設備是具有航跡保持和航向保持功能的船舶自動操
舵儀，簡稱“自動舵”。綜合導航系統(tǒng)是綜合駕駛臺系統(tǒng)的重要組成。部分主要功能包括傳感器信息的綜合處理、船舶自動導航信息顯示及報警、人機交互等，采用模塊化編程思想，期望以更簡捷的形式讓航海人員熟悉導航系統(tǒng)的工作原理。在原理圖上輸入?yún)?shù)，選擇輸出
形式，避免顯示不必要的信息。原理圖上相關參數(shù)都有缺省設定值，不輸入或改變參數(shù)，即按缺省值運行。系統(tǒng)同時具有開發(fā)功能。從使用者、船東和設計者3方面考慮，可根據(jù)實際需要完善、擴展及修改系統(tǒng)，并具有物理意義明晰、界面友好且易用的特點。
[0006]一、系統(tǒng)功能
標準操作模式有:應急舵、手操舵、航跡保持自動舵、航向保持自動舵、系統(tǒng)檢查和開發(fā)平臺。開發(fā)平臺模式在更改重要參數(shù)時不用輸入密碼，可進行系統(tǒng)仿真、調試等，其他與航跡保持自動舵和航向保持自動舵相同。
[0007]采用開發(fā)平臺模式介紹系統(tǒng)。在設計過程中每個界面顯示的信息不多，層層遞進，每層都以原理圖的形式供用戶選擇運行。用戶單擊輸入完成后，系統(tǒng)開始運行；不單擊或超過約定時間段后系統(tǒng)以默認的方式自動運行。
[0008]二、航向保持自動舵
1、設定航向，不單擊更改時的缺省值，為沿正東航行(90度)，單擊后可更改設定航向。
[0009]2、航向保持控制算法缺省設置為魯棒PID算法，PID的3個參數(shù)可調整；單擊后可選擇簡捷魯棒控制算法，或從外部導入的其他控制算法。外部導入的控制算法不限制控制算法的類型和編程語言，從數(shù)據(jù)庫文件的相關數(shù)據(jù)字段如航向偏差字段實時讀入數(shù)據(jù)，然后將輸出的舵角數(shù)據(jù)，實時更新其舵角字段數(shù)據(jù)。(注內置的控制算法也要實時更新，相關字段的數(shù)據(jù))。
[0010]3、單擊航向偏差舵角，輸出可在數(shù)據(jù)顯示、儀表顯示、曲線顯示輸出到數(shù)據(jù)庫文件，和輸出的文本文件中選擇一種或多種輸出，缺省值為曲線顯示。
[0011]4、單擊育鯤輪，然后可在彈出的界面中更換其他類型的船舶，如集裝箱船、油輪、客滾船、散貨船、半潛船、超大油輪、特大型油輪、其他船舶等，每類船提供1-3條實船參數(shù)，其他船舶可輸入船長、船寬、吃水方形系數(shù)、排水體積、航速、重心距中心距離、即可選擇實船控制，實船通過串行通信和模擬數(shù)字轉換、數(shù)字模擬。這些數(shù)據(jù)及約定的文件名，整體型非線性數(shù)學模型、分離型非線性數(shù)學模型、線性響應型數(shù)學模型模型、非線性響應型數(shù)學模型和其他程序。
[0012]5、單擊風、浪、流、水深設置按鈕，可在彈出的窗口中設定風速和風向，(浪為風生浪，不必另外設置)，流速和流向、水深、缺省值為風速4級、風向45度、流速為0，水深為10M0
[0013]6、單擊輸出按鈕，并在彈出的窗口中選擇輸出形式。主要有數(shù)據(jù)顯示、儀表顯示、曲線顯示、空間曲線顯示(簡易海圖)，輸出到數(shù)據(jù)庫文件和輸出的文本文件。在彈出的窗口中，還可選擇輸出其他變量，如位置坐標、前進速度、橫漂速度、轉艏角速率等，并配置輸出的形式。缺省值為曲線輸出，輸出及報警需要時在彈出的窗口中顯示。
[0014]7、單擊艏向角測量傳感器，可在陀螺羅經(jīng)(精度為0、1度);磁羅經(jīng)(精度為0、5度);光纖羅經(jīng)(精度為0、005度)中選擇其艏向角由數(shù)學模型解算加相應強度的白噪聲得出，選擇實船時，在彈出的界面中選擇一種傳感器，通過串行通信接口實時接收，并經(jīng)數(shù)據(jù)限幅
濾波處理。此時原理圖中傳感器位置，將顯示傳感器類型及數(shù)據(jù)是否有效的標志；也可選擇兩種傳感器，進行數(shù)據(jù)融合。如果兩種傳感器的測量數(shù)值相差大于設定的閾值，則顯示數(shù)據(jù)可信度低，并發(fā)送相應的報警。
[0015]8、簡易海圖的功能
全海域的完整海圖顯示，只有經(jīng)、緯度線，不含海岸線、島嶼水深助航等信息。
[0016]可用視窗(計算機屏幕大小)，任意觀察某一海域觀察時，可用箭頭移動改變觀察。視窗海圖內，可顯示數(shù)據(jù)庫中的某一航線。
[0017]海圖內可顯示航跡偏差帶，偏差帶大小可調。
[0018]可改變海圖顯示比例尺。
[0019]海圖顯示可改變背景顏色，至少有白色和藍色兩種背景色。
[0020]在海圖中動態(tài)顯示船位、船形、船艏向、舵角、船速。
[0021]根據(jù)船位及速度改變顯示的視窗。
[0022]可根據(jù)數(shù)據(jù)文件回放船舶軌跡。
[0023]其他必要的數(shù)據(jù)輸入、輸出接口。
[0024]三、航跡保持自動舵
1、計劃航線，不單擊更改時的缺省設置為“大連-黃埔”計劃航線，單擊后可以進行計劃航線編輯，或者選擇計劃航線庫中的其它計劃航線。
[0025]2、航跡保持控制算法，缺省設置為間接式分區(qū)指數(shù)回歸航跡保持算法。
[0026]3、航向保持控制算法，缺省設置為魯棒PID算法(PID的3個參數(shù)可調整)，單擊后可選擇簡捷魯棒控制算法，或從外部導入的其他控制算法，外部導入的控制算法不限制控制算法的類型和編程語言。從數(shù)據(jù)庫文件的相關數(shù)據(jù)字段(如:航向偏差字段)，實時讀入數(shù)據(jù)，然后將輸出的舵角數(shù)據(jù)，實時地更新其舵角字段數(shù)據(jù)即可。(注:內置控制算法也要實時更新相關字段的數(shù)據(jù))。
[0027]4、單擊航跡偏差、舵角輸出可在數(shù)據(jù)顯示、儀表顯示、曲線顯示、輸出到數(shù)據(jù)庫文件和輸出的文本文件中選擇一種或多種輸出，缺省值為曲線顯示。
[0028]5、單擊育鯤輪可在彈出的界面中更換其他類型的船舶，如集裝箱船、油輪、客滾船、散貨船、半潛船、其他船舶等。每類船提供1-3條實船參數(shù)，其他船舶可輸入船長、船寬、吃水方形系數(shù)、排水體積、航速、重心距中心距離、舵葉面