水面舰船航迹测量显示方法

摘要：对航迹进行高精度测量和显示是水面舰船抗冲击试验中的重要内容。结合任务需求合理规划航路，利用DGPS和双天线测量系统完成舰船的航向航速和大地坐标精确测量，采用图像和数据综合显示，为试验指挥和结果评定提供依据，满足了任务需求。

关键词：航路 测量 GPS

中图分类号：P204 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（b）-0076-01

在水面舰船抗冲击试验中，需要对舰船的航迹进行高精度测量和显示，为试验组织指挥和试验结果评定提供依据。在通过狭窄水道等特殊条件下，也需要对水面船舶的航路严格规划控制。为此，首先规划航路，根据任务需求确定航区边界和测量控制区域。其次进行高精度舰船航迹测量，包括舰船的大地坐标和航向、航速等信息。最后进行综合显示，通过图像和数据直观显示舰船态势。

1.航路规划

水面舰船航路规划依据的是不同任务的需求：在水面舰船抗冲击试验中，需要控制的是迎爆面离爆炸点的距离和舰船的航向，需要综合考虑舰船中轴线航迹和舰船型宽；而在通过狭窄水道时，船舶型宽之外还需要掌握水道两侧所有的坐标限制点。

对航路的规划还要统一坐标系。对舰船高精度测量的GPS定位设备通常采用WGS-84坐标系，测量直接给出经纬度和高程，航路规划也应与GPS采用同一坐标系，实现规划、测量和显示的统一。作为海面航行的舰船通常不考虑其垂向变化，只进行水平二维轨迹的测量与显示，也可统一到笛卡尔坐标系。

考虑安全性和可操作性，航路规划往往采用分段折线的形式描述航路带两侧的限制。需要同时将任务相关信息、舰船尺度参数、GPS安装偏差、路径控制点等信息存储在指定位置。

2.航迹测量

水面舰船的航迹测量有两方面：高精度DGPS精确测量大地坐标，双天线GPS测量舰船的航向。二者的测量数据通过串口转USB实时存储到主控计算机。

DGPS定位测量硬件包括NovAtel公司ProPak-V3接收机、PCC公司移动站差分电台PDL（PDL-Rover）、GPS圆盘天线GPS-702-GG、差分电台天线和专用线缆。GPS接收机通过天线接收卫星定位信息，通过串口转USB发送到主控计算机；PDL差分电台接收基准站发送的差分改正信息，通过串口送到接收机。

ProPak-V3接收机采用先进的多路径效应消除技术，采用单频RTK技术可达0.20m（RMS）的定位精度和0.03m/s（RMS）速度精度。

双天线GPS选用星网宇达XWADU3600型双天线GPS定向测姿单元，使用两个单频GPS接收机接收GPS卫星信号，使用载波数据处理、卡尔曼滤波器和载波周期模糊数的求值技术进行定向的精确计算，水平定向误差在2m基线时0.1°，8m基线时0.025°（RMS）。双天线GPS硬件有XW-ADU3600型定向测姿单元、GPS-702-GG型GPS圆盘天线和天线电缆。测量数据通过串口转USB送到主控计算机。任务开始后，主控计算机启动测量，周期性接收双天线GPS输出的数据和差分GPS输出的数据，在送显示的同时将包括时间信息在内的数据存储在指定目录，对于特殊要求的时刻带标记存储。

3.综合显示

综合显示在Visual C#.NET软件平台基础上设计，采用图形和数据综合显示界面。图形显示以任务航路为背景，结合本船的尺度参数，按比例显示舰船在航路中的态势，为舰船操控指挥提供参考。对于特殊控制点，如爆源位置、起爆控制区域或过窄水道等有明显标记。考虑海况和舰船动力控位误差，将舰船位置进行滤波后显示。除此之外，显示还具备常用的鼠标滚轮缩放、区域放大、距离测量等功能。数据显示窗口实时显示水面舰船的测量结果，包括当前时间、经度、纬度、坐标、航向等，还可显示GPS接收卫星状态和数据传输状态。根据舰船当前位置、航速航向和航路信息，计算驶出安全航区的时间，并在需要时发出警告。

4.系统扩展

水面舰船航迹测量显示也可以作为大系统的一部分，将测量数据实时传输到主控。为此，需要将所有测量数据通过WLAN实时发送。TT2400无线通信模块工作在2.4GHz，通过Poe连接到主控计算机，在大于6km时数据率10kbps。系统的处理结果也可以作为舰船自动驾驶的依据：已知舰船当前航向航速和理论航路，根据舰船操控特性和动力控位响应确定操控参数。系统扩展的另一方向就是与电子海图的结合：在精确电子海图的基础上规划航路。

5.结语

水面舰船航迹测量显示系统依据任务合理规划航路，利用GPS技术完成坐标和航向精确测量，采用图像数据综合显示，满足了任务需求。也可以进一步扩展功能，应用于多种任务。