基于Windows CE系统的船舶定向装置研究

简述了以GPS载波相位解算船舶定向的原理和实现方法。在利用双差模型求解船舶姿态角的过程中,通过一种快速求解整周模糊度的方法,缩短了初始整周模糊度的求解时间;并在此基础上,构建了基于ARM的双GPS接收机船舶定向装置的嵌入式硬件平台和软件系统。最后,通过静态和伪动态实验证实了本系统的可行性。     

基于测姿GPS及电子罗盘组合的姿态估计算法

针对低成本姿态测量应用需求,研究了由测姿GPS与电子罗盘组合的姿态估计算法。以捷联姿态误差模型为基础,利用等效倾角误差表示姿态误差,引入角速率误差作为状态参量,通过四元数微分方程推导等效倾角误差传递模型。从GPS双差载波相位测量方程和电子罗盘地磁矢量方程出发,从观测量的物理意义出发推导了等效倾角误差为状态参量的非线性观测方程。采用扩展卡尔曼滤波对姿态参数进行状态估计。车载实验表明该算法能够有效地提高姿态测量精度和系统的鲁棒性,具有较好的实用性。     

SINS/Two-antenna GPS组合导航系统设计及实现方案

研究了SINS(Strapdown Inertial Navigation System)/Two-antenna GPS(Global Positioning System)全组合系统,建立了相应的误差模型和系统观测模型,特别是组合系统下的GPS载波相位双差观测模型.提出了一种扩展的卡尔曼滤波方法.并进行了系统硬件集成设计.仿真结果表明该设计改善了系统性能,提高了导航定位的精度、可靠性和实用性.     

GPS罗经实船试验及其在航海中的应用

0引言精确测定船舶航向对船舶海上航行至关重要。当前,船舶使用的航海指向仪器主要有2种:陀螺罗经和磁罗经。陀螺罗经虽然精度高,但是价格昂贵,且有稳定时间长的缺点;磁罗经虽然价格低、使用方便,但是精度差。随着GPS技术的日益发展,人们想到利用双GPS接收机接收卫星电波信息,并从接受到的信息中提取出卫星的位置参数、伪距、相位参数等,通过一系列导航算法解算出船舶的船首向信息,GPS罗经就此诞生。GPS罗经可以有效地弥补上述2种罗经的不足,并且具有自己独特的优势。     

SINS／Two-antenna GPS组合导航系统设计及实现方案

研究了SINS(Strapdown Inertial Navigation System)／Two-antenna GPS(Global Positioning System)全组合系统，建立了相应的误差模型和系统观测模型，特别是组合系统下的GPS载波相位双差观测模型。提出了一种扩展的卡尔曼滤波方法。并进行了系统硬件集成设计。仿真结果表明：该设计改善了系统性能，提高了导航定位的精度、可靠性和实用性。     

基于UKF的GPS L1C/A码微弱信号跟踪算法

为了实现高灵敏度的软件接收机,提出了一种基于UKF的GPS L1 C/A码微弱信号跟踪算法.该算法使用UKF实现了微弱信号的L1 C/A码和载波跟踪.通过构建模型,建立方程,并通过采用仿真噪声干扰下的微弱GPS C/A 中频信号对该算法进行实验性能分析.仿真实验结果表明,UKF算法可以实现对载波相位跟踪、载波频率跟踪以及码相位跟踪性能的改善,并且大大简化了计算的复杂度,具有较高的跟踪灵敏度和精度,是一种适合软件接收机实现的算法.     

基于UKF的GPS L1 C/A码微弱信号跟踪算法

为了实现高灵敏度的软件接收机,提出了一种基于UKF的GPS L1C/A码微弱信号跟踪算法。该算法使用UKF实现了微弱信号的L1C/A码和载波跟踪。通过构建模型,建立方程,并通过采用仿真噪声干扰下的微弱GPS C/A中频信号对该算法进行实验性能分析。仿真实验结果表明,UKF算法可以实现对载波相位跟踪、载波频率跟踪以及码相位跟踪性能的改善,并且大大简化了计算的复杂度,具有较高的跟踪灵敏度和精度,是一种适合软件接收机实现的算法。     

恶劣天气船舶动态导航信息采集系统设计

由于传统的恶劣天气船舶动态导航信息采集系统无法消除恶劣环境对信号产生的噪声,导致其存在信号质量差的缺点,为此设计一种恶劣天气船舶动态导航信息采集系统。通过信号感应模块、信号处理模块和信号汇总模块,搭建恶劣天气船舶动态导航信息采集系统总体架构;通过GPS接收机、数字方位仪、电子罗盘、信号放大器、滤波器、PCI采集卡和和工控机,完成系统硬件设计;通过放大信号,采用滤波算法消除噪声影响,将船舶动态导航信息传输至信息汇总程序中,完成系统软件设计,至此完成恶劣天气船舶动态导航信息采集系统。通过对比实验,与传统的恶劣天气船舶动态导航信息采集系统作比较,实验结果表明,提出的恶劣天气船舶动态导航信息采集系统的信噪比更高。     

利用GPS接收机值守锚更探析

在利用GPS接收机值守锚更时,能否对锚位点和锚泊安全警报半径进行准确设定将直接影响到走锚预警的准确性.针对部分船舶驾驶员在GPS锚更警报功能使用中的某些做法,通过对GPS船位误差的来源、锚位点和锚泊安全警报半径的分析,建立了锚位点和锚泊安全警报半径的修正模型,可以帮助驾驶员利用GPS接收机准确预警船舶的走锚.     

GNSS不同定位模式性能比较与分析

针对不同接收机用户对全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)定位精度的需求,分析了GNSS不同定位模式的定位性能差异.从GNSS观测方程入手,分别对观测方程线性化,绝对定位、相对定位模型进行了理论分析,得出了定位精度从高到低的顺序为:载波相位差分、伪距差分、位置差分、伪距绝对定位.用GPS差分接收机在四种定位模式下进行定位精度测试,测试结果验证了理论分析的正确性,并给出结论:载波相位差分定位精度可达2cm,表明了其在高精度定位与测量领域的广阔前景.     

船体变形测量技术综述

讨论了船体变形产生的原因,对目前常用的船体变形测量技术研究现状进行了叙述和分析,主要介绍了偏振光能量测量法,大钢管基准法,双光源双CCD测量法,双频偏振光法,光栅法,液体压力测量法,摄影测量法,应变传感器测量法,多部位安装航姿系统,惯性测量匹配法,GPS测量法等,探讨了船体变形测量技术面临的问题和未来发展方向.     

两种响应型船舶运动模型的对比及适用性分析

船舶运动模型作为自动舵性能检测平台的基础与核心，对于自动舵的研发、调试及船舶运动控制算法的设计都有非常重要的意义。现有的航迹航向自动舵检测平台普遍使用简化的一阶线性KT方程。由于忽略船舶回转运动中的纵向速度变化以及首摇角与横向速度之间的耦合，在实际使用中具有一定的局限性。本文引用国际电工委员会制定的航迹自动舵标准（ IEC62065）中提出的船舶运动模型，并对其进行仿真，将仿真结果与一阶线性KT方程的仿真结果进行对比分析，讨论一阶线性KT方程的适用范围。同时介绍改进的一阶非线性KT方程的形式并进行仿真试验，结果表明其与 IEC62065中非线性模型相似度较好，且减少了计算量。     

一种新型的船舶航行试验系统

船舶航行实验是船舶完工以后,验收时按规定进行交船试验的重要部分。传统的试验方法是通过GPS定位、人工测量和记录,再进行分析,耗费许多人力、物力。本试验方法是在GPS定位技术、电子海图技术、计算机处理技术基础上设计的新型试验系统。在航行试验时由GPS获取实时的位置信息,将位置信息显示到电子海图上,另外由数据库存储试验数据,试验结束时由计算机自动处理得出试验结果并可打印。使用情况表明该系统可以准确、方便地完成航行试验,试验结束后还可以离线分析,为未来的船舶设计积累相关的资料。     

舰载雷达两轴转台稳定方程推导

舰载雷达两轴转台系统机械结构简单,可对雷达天线法线的姿态角进行控制以保证雷达波束指向,但在舰船发生摇摆时,雷达波束绕天线法线发生旋转.本文分析了大地直角坐标系和舰船直角坐标系的关系,在舰船直角坐标系中对舰载雷达两轴转台系统的姿态角进行定义,用空间解析几何法推导出已知舰船平台罗经信号、天线法线姿态角时两轴转台系统的稳定方程和波束旋转角方程,为舰载雷达两轴转台系统的伺服控制和波束相关补偿提供理论依据.     

INS辅助GPS接收机及其对伪距测量精度的影响

GPS接收机通过测量伪距进行载体位置的解算,而伪距测量精度与接收机的码延迟锁相环带宽有关。为了提高GPS接收机伪距测量精度,通常采用INS辅助、码/载波跟踪环技术。根据以C/N0为基础的伪距测量方差,分析INS辅助GPS接收机原理,研究INS辅助对接收机伪距测量精度的影响。在复杂电磁环境下,INS辅助GPS接收机是组合导航发展的方向,特别是紧耦合INS/GPS组合模式。     

基于地理信息系统的船舶避碰系统研究

采用美国MapInfo公司开发的地理信息系统(GIS)生成全局监控多层矢量电子海图,并结合GPS导航技术,开发了相应的监控程序和通讯服务程序,对航行船舶进行动态监控,实现船舶的避碰.本文详细阐述了船舶避碰系统的总体组成,探讨了用VB和动态数据交换(DDE)技术实现船舶的定位及GSP系统与MapInfo接口通讯的具体方法,从而解决了MapBasic不能直接读取串行通讯端口的技术难题.     

船舶保安警报系统的设计研究

采用单片机89C51为核心设计船舶保安警报系统,通过RS-232串口和船载GPS连接,利用C程序对数据进行处理,实现GPS信号的采集处理及通过船舶C站对报警信号的发送。     

推算船位／罗兰C（GPS）组合导航系统的研究及其海上试验

该文研究了推算船位／罗兰Ｃ（ＧＰＳ）组合导航系统的组合模式和推广的非线性卡尔曼滤波算法在该组合模式中的应用，详细推导了舰船运动的七状态数学模型及其机械编排。该文还给出了该组合系统在南海进行试验时的舰船轨迹及定位误差曲线，并进行了比较分析。结果表明：组合系统克服了推位系统的积累误差，抑制了罗兰Ｃ（ＧＰＳ）的随机定位误差，有效地改善了导航定位精度，滤波方案正确，算法稳定。该组合系统已成功地装备于多种型号的舰船上。     

Ship resistance when operating in floating ice floes: Derivation,validation, and application of an empirical equation

With the effects of global warming, the Arctic is presenting a new environment where numerous ice floes are floating on the open sea surface. Whilst this has improved Arctic shipping navigability in an unprecedented way, the interaction of such floes with ships is yet to be understood to aid the designing of ships and route planning for this region. To further explore this topic, the present work develops a procedure to derive an empirical equation that can predict the effects of such floes on ship resistance. Based on a validated computational approach, extensive data are extracted from simulations of three different ships with varying operational and environmental conditions. The ice-floe resistance is shown to strongly correlate with ship beam, ship buttock angle, ship waterline angle, ship speed, ice concentration, ice thickness and floe diameter, and the regression powers of each of the parameters on resistance are ascertained. This leads to a generic empirical equation that can swiftly predict ice-floe resistance for a given ship in a given condition. Subsequently, demonstrations are given on the incorporation of the derived equation into a set of real-time Arctic ship performance model and voyage planning tool, which can predict a ship's fuel consumption in ice-infested seas and dynamically suggest a route with the least safety concern and fuel consumption. Moreover, the equation is validated by providing ice resistance prediction for experimental and full-scale conditions from multiple sources, showing high accuracy. In conclusion, the empirical equation is shown to give valid and rapid estimates for ice-floe resistance, providing valuable insights into ship designs for the region, as well as facilitating practical applications for polar navigation.