水面艦船航跡測量顯示方法

摘要：對航跡進行高精度測量和顯示是水面艦船抗沖擊試驗中的重要內(nèi)容。結(jié)合任務需求合理規(guī)劃航路，利用DGPS和雙天線測量系統(tǒng)完成艦船的航向航速和大地坐標精確測量，采用圖像和數(shù)據(jù)綜合顯示，為試驗指揮和結(jié)果評定提供依據(jù)，滿足了任務需求。

關(guān)鍵詞：航路 測量 GPS

中圖分類號：P204 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）02（b）-0076-01

在水面艦船抗沖擊試驗中，需要對艦船的航跡進行高精度測量和顯示，為試驗組織指揮和試驗結(jié)果評定提供依據(jù)。在通過狹窄水道等特殊條件下，也需要對水面船舶的航路嚴格規(guī)劃控制。為此，首先規(guī)劃航路，根據(jù)任務需求確定航區(qū)邊界和測量控制區(qū)域。其次進行高精度艦船航跡測量，包括艦船的大地坐標和航向、航速等信息。最后進行綜合顯示，通過圖像和數(shù)據(jù)直觀顯示艦船態(tài)勢。

1.航路規(guī)劃

水面艦船航路規(guī)劃依據(jù)的是不同任務的需求：在水面艦船抗沖擊試驗中，需要控制的是迎爆面離爆炸點的距離和艦船的航向，需要綜合考慮艦船中軸線航跡和艦船型寬；而在通過狹窄水道時，船舶型寬之外還需要掌握水道兩側(cè)所有的坐標限制點。

對航路的規(guī)劃還要統(tǒng)一坐標系。對艦船高精度測量的GPS定位設備通常采用WGS-84坐標系，測量直接給出經(jīng)緯度和高程，航路規(guī)劃也應與GPS采用同一坐標系，實現(xiàn)規(guī)劃、測量和顯示的統(tǒng)一。作為海面航行的艦船通常不考慮其垂向變化，只進行水平二維軌跡的測量與顯示，也可統(tǒng)一到笛卡爾坐標系。

考慮安全性和可操作性，航路規(guī)劃往往采用分段折線的形式描述航路帶兩側(cè)的限制。需要同時將任務相關(guān)信息、艦船尺度參數(shù)、GPS安裝偏差、路徑控制點等信息存儲在指定位置。

2.航跡測量

水面艦船的航跡測量有兩方面：高精度DGPS精確測量大地坐標，雙天線GPS測量艦船的航向。二者的測量數(shù)據(jù)通過串口轉(zhuǎn)USB實時存儲到主控計算機。

DGPS定位測量硬件包括NovAtel公司ProPak-V3接收機、PCC公司移動站差分電臺PDL（PDL-Rover）、GPS圓盤天線GPS-702-GG、差分電臺天線和專用線纜。GPS接收機通過天線接收衛(wèi)星定位信息，通過串口轉(zhuǎn)USB發(fā)送到主控計算機；PDL差分電臺接收基準站發(fā)送的差分改正信息，通過串口送到接收機。

ProPak-V3接收機采用先進的多路徑效應消除技術(shù)，采用單頻RTK技術(shù)可達0.20m（RMS）的定位精度和0.03m/s（RMS）速度精度。

雙天線GPS選用星網(wǎng)宇達XWADU3600型雙天線GPS定向測姿單元，使用兩個單頻GPS接收機接收GPS衛(wèi)星信號，使用載波數(shù)據(jù)處理、卡爾曼濾波器和載波周期模糊數(shù)的求值技術(shù)進行定向的精確計算，水平定向誤差在2m基線時0.1°，8m基線時0.025°（RMS）。雙天線GPS硬件有XW-ADU3600型定向測姿單元、GPS-702-GG型GPS圓盤天線和天線電纜。測量數(shù)據(jù)通過串口轉(zhuǎn)USB送到主控計算機。任務開始后，主控計算機啟動測量，周期性接收雙天線GPS輸出的數(shù)據(jù)和差分GPS輸出的數(shù)據(jù)，在送顯示的同時將包括時間信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲在指定目錄，對于特殊要求的時刻帶標記存儲。

3.綜合顯示

綜合顯示在Visual C#.NET軟件平臺基礎(chǔ)上設計，采用圖形和數(shù)據(jù)綜合顯示界面。圖形顯示以任務航路為背景，結(jié)合本船的尺度參數(shù)，按比例顯示艦船在航路中的態(tài)勢，為艦船操控指揮提供參考。對于特殊控制點，如爆源位置、起爆控制區(qū)域或過窄水道等有明顯標記?？紤]海況和艦船動力控位誤差，將艦船位置進行濾波后顯示。除此之外，顯示還具備常用的鼠標滾輪縮放、區(qū)域放大、距離測量等功能。數(shù)據(jù)顯示窗口實時顯示水面艦船的測量結(jié)果，包括當前時間、經(jīng)度、緯度、坐標、航向等，還可顯示GPS接收衛(wèi)星狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。根據(jù)艦船當前位置、航速航向和航路信息，計算駛出安全航區(qū)的時間，并在需要時發(fā)出警告。

4.系統(tǒng)擴展

水面艦船航跡測量顯示也可以作為大系統(tǒng)的一部分，將測量數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)街骺?。為此，需要將所有測量數(shù)據(jù)通過WLAN實時發(fā)送。TT2400無線通信模塊工作在2.4GHz，通過Poe連接到主控計算機，在大于6km時數(shù)據(jù)率10kbps。系統(tǒng)的處理結(jié)果也可以作為艦船自動駕駛的依據(jù)：已知艦船當前航向航速和理論航路，根據(jù)艦船操控特性和動力控位響應確定操控參數(shù)。系統(tǒng)擴展的另一方向就是與電子海圖的結(jié)合：在精確電子海圖的基礎(chǔ)上規(guī)劃航路。

5.結(jié)語

水面艦船航跡測量顯示系統(tǒng)依據(jù)任務合理規(guī)劃航路，利用GPS技術(shù)完成坐標和航向精確測量，采用圖像數(shù)據(jù)綜合顯示，滿足了任務需求。也可以進一步擴展功能，應用于多種任務。