专利名称：一种船用电子海图导航仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及船用通导设备技术，可用于船舶航行过程中的定位导航，特别适用于内河船舶和渔船。
背景技术：
随着2009年6月召开的海上安全委员会(MSC)第86届大会上，国际海事组织(MO)批准修订国际海上人命安全公约(S0LAS)，要求强制配备电子海图显示与信息系统(E⑶IS)，现在沿海和远洋船舶上都安装了 AIS (船舶自动识别系统)、GPS (全球定位系统)、Gyro (罗经)、雷达、E⑶IS (电子海图显示与信息系统)等通讯导航设备，保证船舶的安全航行。但这些导航设备相互独立，各种导航信息还没有综合处理平台。但由于这些设备费用都比较高，鉴于安装成本的考虑，一些内河船舶和渔船导航设备还是比较落后。
另外，随着我国北斗卫星导航系统的建成和北斗新一代全球卫星导航系统的实施，船舶导航关键设备将实现从GPS到北斗的更新与应用。北斗卫星信号的接收与应用就显得十分迫切。在船舶应用领域，北斗在渔业中得到非常好应用，北斗卫星导航系统的应用可以极大保障了渔船出海安全，巩固和发展了渔业生产。但是，还没有应用到大部分船舶中，随着北斗卫星导航系统的成熟，考虑到国家战略安全的需要，北斗系统必将大量应用的商船上，从而摆脱对GPS的严重依赖。目前，国内对北斗卫星信号接收机已经有很多单位在研发，但都只实现对北斗信号的接收功能，并没有很好地与电子海图系统结合在一起，不能直观显示船位信息。国外开发的类似的GPS接收机可以很好实现这个功能，例如美国Garmin公司GPSMAP系列船用导航仪，但也没有把电子罗经结合在一起。电子罗盘是近年兴起的一个应用，现在手机上得到了很好应用，如果把这项应用也推广到船用导航设备上，将是一个非常实用且有价值的应用。综上所述，实现一个集电子海图与电子罗经于一体的北斗接收机，是非常有实用价值的应用。现在，开发一种把这些应用组合成一个独立的、相互间可以进行信息通信、并把所有信息融合在一起综合的导航设备是有必要的。
发明内容
本发明的目的是针对当前船舶航行安全的需要和设备安装成本的考虑，提供一种集多种导航功能于一体的综合导航设备，该设备既有各个独立设备所具有的功能，又有作为一个整体有其特有的功能。本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是，—种船用电子海图导航仪,包含有ARM开发板和外围电路,ARM开发板与电子海图系统相连，外围电路包括北斗信号接收模块、串口卡扩展模块、电子罗盘模块；ARM开发板的串口通信端通过信号线连接到串口卡扩展模块的输入输出端，ARM开发板的输入输出端通过信号线连接到北斗信号接收模块的输入输出端，ARM开发板的输入端通过信号线连接到电子罗经模块的输出端，ARM开发板的输出端通过信号线连接到液晶显示模块的输入端。ARM开发板还通过串口卡扩展模块与GPS、AIS、罗经、计程仪，风向风速仪、测深仪、ARPA相连。该船用电子海图导航仪由北斗导航接收模块、串口卡扩展模块，电子罗经模块和电子海图显示与信息系统，ARM开发板和显示屏组成，由硬件和软件两部分组成。硬件由ARM开发板和外围电路组成，该外围电路包括北斗信号接收模块、串口卡扩展模块、电子罗盘模块，液晶显示模块。开发板的串口通信端通过信号线连接到串口卡扩展模块的输入输出端，开发板的输入输出端通过信号线连接到北斗信号接收模块的输入输出端，开发板的输入端通过信号线连接到电子罗经模块的输出端，开发板的输出端通过信号线连接到液晶显示模块的输入端。软件主要是电子海图显示与信息系统，具有显示矢量电子海图，接收与解析外部信号，航行计划，航行监控等功能。北斗接收模块具有接收和发送双重功能，通过天线接收北斗卫星信号后，经过接 收机的处理最后得出天线的具体位置，并能把位置信息发送到RS232串口，通过串口再发送与其连接的设备。要实现电子罗盘功能，需要一个检测磁场的三轴磁力传感器和一个三轴加速度传感器。电子罗经模块通过将三轴磁力计和三轴加速计集成在一个封装里的二合一传感器模块实现获取移动物体的航向和姿态。这个模块可以采用意法半导体推出将三轴磁力计和三轴加速计集成在一个封装里的二合一传感器模块LSM303DLH，通过这样一个模块可以得到船舶正确的航向，并输出至电子海图系统。电子海图系统读取来自北斗接收模块的定位信息和电子罗经的航向信息和外接设备信号，把这些导航信息集中在电子海图系统中并输出至显示屏上。电子海图系统除了显示各种导航信息外，还具备显示电子海图，航次计划，航行监控等功能。能够解析并以IHO S-52的标准显示符合IHO S-57格式的矢量电子海图数据，能够自动保存船舶的航行记录并回放历史轨迹。本发明的优点在于，该导航仪是集成一体化的综合导航仪，采用了简便、实用、使用灵活、性价比高，稳定可靠的方案，在带有电子海图系统的北斗接收机上集成当前技术成熟的电子罗经，通过单一设备就可以实现船舶的定位导航。这种系统成本更加低廉，且使用方便，安全可靠，在内河船舶和渔船上可以发挥极大的作用。本发明把电子海图系统很好地与北斗接续收机和电子罗经结合起来，形成一个综合的导航仪，不仅是硬件上一种简单集成，而是各种数据的综合处理分析，形成一种更强功能的系统。电子海图可以读取本设备内部的导航数据而不依赖于外部信号源，在没有安装GPS、罗经的情况下，一样实现导航需求，从而实现船舶的可视化的安全航行，也可从一定程度上减轻船员的负担。
图I是本发明提出的导航仪的结构示意图；图2是北斗接收模块的结构示意图；图3是电子海图系统的功能示意图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。如图I所示，本发明提出的船用电子海图导航仪包含有ARM开发板和外围电路，ARM开发板与电子海图系统相连，外围电路包括北斗信号接收模块、串口卡扩展模块、电子罗盘模块；ARM开发板的串口通信端通过信号线连接到串口卡扩展模块的输入输出端，ARM开发板的输入输出端通过信号线连接到北斗信号接收模块的输入输出端，ARM开发板的输入端通过信号线连接到电子罗经模块的输出端，ARM开发板的输出端通过信号线连接到液晶显示模块的输入端。ARM开发板还通过串口卡扩展模块与GPS、AIS、罗经、计程仪，风向风速仪、测深仪、ARPA相连。如图I所示，该导航仪的硬件部分主要有ARM开发板，北斗接收模块，电子罗经模块和串口卡扩展模块。北斗接收模块和电子罗经模块对对接收到的信号进行处理后，把结果放在存储单元中，并且可以实时不间断对信号时进行接收处理，不断更新存储单元中 的数据。通过串口卡扩展模块，还可以接收GPS、AIS、罗经，风向风速仪，测深仪，计程仪和ARPA等外部信号，这些都是标准的NMEA0183的信号。在通过底层的数据处理后，由电子海图系统软件负责对各种导航数据进行处理，对系统自带的北斗定位信号和电子罗经信号，只需要从存储单元中读取出来显示即可，对于外部信号则需要通过操作系统读取串口信息，对接收到的数据进行解析。它同时也是北斗接收模块和电子罗经模块进行配置的一个接口，提供上层测试平台，以判断北斗接收模块和电子罗经模块工作是否正常。电子海图系统除了能接收导航信息外，还有一个重要功能是显示矢量电子海图，并且能把本船航行信息直观地显示在电子海图上，比如船位、航向、航速，及外部信息，如AIS目标，ARPA目标等。还能实现航线设计，航行监控，自动检测航行报警等功能。如图2所示，北斗导航接收模块主要由天线、射频前端、A / D转换器、北斗基带芯片、基带信号处理和导航解算部分组成。射频前端通过天线接收卫星的射频信号，经前置放大器放大后，将信号下变频为中频信号；A / D转换器采样中频信号，把模拟信号量化编码为数字信号；基带数字信号处理部分主要功能为卫星信号的二维捕获、载波相位和码相位的跟踪，并且测算出伪距；最后导航解算部分采用一定的算法消除模型误差，求解伪距方程，解析出卫星接收机天线的地理位置，从而实现卫星定位。ARM处理器主要负责对北斗基带芯片数据的响应、处理和控制，在硬件上这部分就是一个嵌入式开发核心板，还包括触摸IXD接口电路、调试接口电路、FLASH、SDRAM等。北斗基带芯片采用的是HwaNavchip-I芯片，可快速捕获北斗系统BI和B3频点的精密测距码和北斗/ GPS卫星的普通测距码，具有较快的捕获速度、极高的动态跟踪范围和测量精度，通过串口输出标准的二进制或NMEA 0183格式的信号，直接与RS232 口相连接，ARM处理器接收到的信号经程序处理后，数据被传送到解析程序进行验证处理，计算出位置信息，并在液晶显示器上进行显示。如图3所示，电子海图系统具有海图显示与数据管理，航线设计，航线监视和接口配置等功能。海图数据与显示管理主要用于显示电子海图，海图编辑和数据管理，如数据的导入与更新。电子海图按照IHO S-52以标准的颜色和符号显示海图，海图编辑可以对海图进行手工更新，也可以是一些船员的手工标绘。航线设计主要实现创建、修改、删除、导入和导出航线，同时对从创建好的航线中选出作为航线监控航线，做航次计划表，航线检查。在船舶航行过程中需要做航行监控，可以根据本船航行安全要素做自动的安全检测，给给出报警提示，也可以保存或回放航行记录，提供航海日志的功能。接口配置管理是对接入的外部信号进行管理，支持接入的信号有GPS、AIS、罗经，风向风速仪，测深仪，计程仪和ARPA，可以配置接收的端口，频率等。端口配置好后，系统会不断地读取端口数据，再对读到数据进行解析。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求
1.一种船用电子海图导航仪，其特征在于，包含有ARM开发板和外围电路，ARM开发板与电子海图系统相连，外围电路包括北斗信号接收模块、串口卡扩展模块、电子罗盘模块； ARM开发板的串口通信端通过信号线连接到串口卡扩展模块的输入输出端，ARM开发板的输入输出端通过信号线连接到北斗信号接收模块的输入输出端，ARM开发板的输入端通过信号线连接到电子罗经模块的输出端，ARM开发板的输出端通过信号线连接到液晶显示模块的输入端。
2.根据权利要求I所述的一种船用电子海图导航仪，其特征在于，ARM开发板还通过串口卡扩展模块与GPS、AIS、罗经、计程仪，风向风速仪、测深仪、ARPA相连。
全文摘要
本发明提出一种船用电子海图导航仪，包含有ARM开发板和外围电路，ARM开发板与电子海图系统相连，外围电路包括北斗信号接收模块、串口卡扩展模块、电子罗盘模块；ARM开发板的串口通信端通过信号线连接到串口卡扩展模块的输入输出端，ARM开发板的输入输出端通过信号线连接到北斗信号接收模块的输入输出端，ARM开发板的输入端通过信号线连接到电子罗经模块的输出端，ARM开发板的输出端通过信号线连接到液晶显示模块的输入端。该导航仪是集成一体化的综合导航仪，采用了简便、实用、使用灵活、性价比高，稳定可靠的方案，在带有电子海图系统的北斗接收机上集成当前技术成熟的电子罗经，通过单一设备就可以实现船舶的定位导航。
文档编号G01C21/00GK102944235SQ201210470149
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者黄玉贵, 王胜正 申请人:上海海事大学