一种基于航迹仪的高精度标绘控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于航迹仪的高精度标绘控制方法，包括如下步骤：1）、设置通讯协议；2）、接收GPS传来的数据，计算出移笔在X、Y方向的移笔脉冲矢量（x1、y1）；3）、从绘图命令模块中调取一移笔脉冲矢量（x1，y1），准备进行移笔；4）、控制系统根据该移笔脉冲矢量（x1，y1）确定移笔电机的方向；5）、控制系统根据该移笔脉冲矢量（x1，y1）的脉冲数（x1＇，y1＇），计算出移笔在X、Y方向的移动速度；6）、控制系统将移笔脉冲方向、数量以及移笔脉冲的频率传送至移笔电机驱动电路，从而控制移笔电机启动，进行绘图直至该脉冲矢量执行完毕；7）、重复上述步骤2）-6）。本发明能有效提高航迹仪的绘图精度，从而提高航迹仪的可靠性，并保证航迹仪的稳定性。
【专利说明】一种基于航迹仪的高精度标绘控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及航迹仪，尤其涉及一种基于航迹仪的高精度标绘控制方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]航迹仪是一种重要的舰船航海作业辅助设备，船舶航迹的实时标绘是通过实时接收由导航设备发送的纬度、经度值及各种绘图命令，通过数学模型的解算及直线插补运算后，产生绘图电机的控制脉冲序列，经功放电路驱动电动机执行，再经机械传动变成绘笔在纸海图上运动。
[0004]如图1所示，航迹仪首先接收导航设备发送舰船的实时经、纬度坐标(λ、Φ)，以计算机为控制中心，经过坐标投影变换得到纸海图的位置坐标(x、y)，再经过进一步转化为绘图电机的控制脉冲矢量(xl、yl)，最后通过传动机构控制绘笔绘图。
[0005]绘图电机控制系统硬件原理:采用2片8254可编程定时器、计数器芯片提供的4个计数器，其中两个计数器作为X、Y向走步脉冲计数器，另外两个计数器作为速度计数器；8255可编程接口芯片作为计数器的控制信号。速度计数器输出的速度方波，为X、Y向走步脉冲数计数器提供时钟信号。Χ、 Υ向走步脉冲计数器分别为Χ、Υ方向提供绘图电机控制脉冲，其计数初值分别为代表当前Χ、Υ方向走步数xl、yl，两个计数器作为X、Y向走步脉冲计数器，当两者同时计数完毕(走步结束)输出高电平，触发走步结束中断，执行相应中断服务程序后，等待执行下一次走笔操作。
[0006]在航迹仪研制过程中，通过提高各个传动零件的精度，以及采用合理的海图标绘解算数学模型，航迹仪绘图精度有了长足的进步，其标绘精度可达到常用海图全图幅(980mm)的0.1%，即1mm。标绘精度是航海人员非常重视的一个技术指标，直接关系到航海的安全。
[0007]随着现代技术的发展，现代舰船对航迹仪的精度要求越来越高，动态标绘精度要求达到小于常用海图全图幅的0.1%，即1_。传统航迹仪通过显控台、GPS处理经纬度精确到0.01',比如通过显控台、GPS传给航迹仪的讳度表示为±xx° xx.xx',在1:10000海图上，0.01'的距离等于0.01 X 1852000/10000=1.852mm,因此，在处理较大比例尺海图，处理精度0.01'是无法满足现代舰船对航迹仪的精度要求。因此，高精度航迹仪处理经纬度精度为0.0001'，通过显控台、GPS传给航迹仪的纬度表示为±xx° XX.XXXXi，在1:10000海图上，0.0OOli的距离等于0.01852mm，满足现代舰船对航迹仪的精度要求。然而，提高了航迹仪的处理精度，在航迹仪绘图电机的软件控制必须与之前的软件控制做较大改进才能避免出现致命性故障，才能正确处理万分之一分的经纬度。
[0008]通过对实际航行过程的研究发现，造成航迹仪标绘产生误差的一大重要因素为:处理来自显控台、GPS等设备传来的经纬度精度不足，只有百分之一分，因此有必要将此精度提高到万分之一分；同时，提高了处理精度后，如不对原有航迹仪绘图电机的控制软件做较大改进，肯定会出现故障和处理不善的现象，不能满足现代舰艇的需求。[0009]因而，如何提供一种高精度航迹仪标绘控制的方法是本领域技术人员研究的方向。
[0010]
【发明内容】
[0011]针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种基于航迹仪的高精度标绘控制方法，能有效提高航迹仪的绘图精度，从而提高航迹仪的可靠性，并保证航迹仪的稳定性。
[0012]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的:一种基于航迹仪的高精度标绘控制方法，其特征在于:包括如下步骤:
1)、设置通讯协议，使GPS传递给航迹仪的经纬度数据精确到0.00001，；
2)、航迹仪每秒接收一次GPS传来的数据，接收到GPS传来的数据后，控制系统利用海图标绘数学模型计算出移笔位置增量(Δχ , Δj ),再根据(Δx , Δy )计算出移笔在X、Y方向的移笔脉冲矢量(xl，yl)，将此移笔脉冲矢量按顺序存入绘图命令模块；
3)、控制系统每隔一定时间间隔检测移笔电机动作是否结束，若是，从绘图命令模块中按先进先出方式调取一移笔脉冲矢量(xl，yl)，准备进行移笔；
4)、控制系统根据该移笔脉冲矢量(xl，yl)确定移笔电机的方向，以控制绘笔在X、Y方向的移笔方向；
5)、控制系统根据该移笔脉冲矢量(xl，yl)的脉冲数(xl' ,yl' )，结合设定的算法计算出移笔脉冲在X、Y方向的频率，即计算出移笔在X、Y方向的移动速度；
6)、控制系统将移笔脉冲方向、数量以及移笔脉冲的频率传送至移笔电机驱动电路，从而控制移笔电机启动，进行绘图直至该脉冲矢量执行完毕；
7)、重复上述步骤2)— 6)。
[0013]进一步地，所述控制系统提供4个8254计数器，其中两个作为X、Y方向的移笔脉冲计数器，提供Χ、y方向的移笔脉冲；另外两个作为x、y方向的移笔速度计数器，提供移笔脉冲的输出频率；
当Χ、Y方向的移笔脉冲数(Xl ' ,yl')均小于65335时，X、Y方向的移笔脉冲数计数器直接计数，当X和/或Y方向的移笔脉冲数大于65335时，则将(xl ' , yl')按同等比例分成若干段，保证各段X、Y方向的移笔脉冲数均小于65535，并通过Χ、y方向的移笔脉冲数计数器逐一进行计数；
两个X、Y方向的8254移笔速度计数器，分别根据移笔脉冲数量设置相应的移笔脉冲频率，即设置8254移笔速度计数器初值；其中，移笔脉冲数值越大移笔速度越快，其相应8254移笔速度计数器初值就应越小，其具体设置方式如下表所示:
【权利要求】
1.一种基于航迹仪的高精度标绘控制方法，其特征在于:包括如下步骤: .1)、设置通讯协议，使GPS传递给航迹仪的经纬度数据精确到0.0OOOl，；. 2)、航迹仪每秒接收一次GPS传来的数据，接收到GPS传来的数据后，控制系统利用海图标绘数学模型计算出移笔位置增量(Δχ , A>' )，再根据(Δχ ,知)计算出移笔在X、Y方向的移笔脉冲矢量(xl、yl)，将此移笔脉冲矢量按顺序存入绘图命令模块； . 3)、控制系统每隔一定时间间隔检测移笔电机动作是否结束，若是，从绘图命令模块中按先进先出方式调取一移笔脉冲矢量(xl，yl)，准备进行移笔； .4)、控制系统根据该移笔脉冲矢量(xl，yl)确定移笔电机的方向，以控制绘笔在X、Y方向的移笔方向； . 5)、控制系统根据该移笔脉冲矢量(xl，yl)的脉冲数(xl' ,yl / )，结合设定的算法计算出移笔脉冲在X、Y方向的频率，即计算出移笔在X、Y方向的移动速度； .6)、控制系统将移笔脉冲方向、数量以及移笔脉冲的频率传送至移笔电机驱动电路，从而控制移笔电机启动，进行绘图直至该脉冲矢量执行完毕； .7)、重复上述步骤2)— 6)。
2.根据权利要求1所述的一种基于航迹仪的高精度标绘控制方法，其特征在于:所述控制系统提供4个8254计数器，其中两个作为X、Y方向的移笔脉冲计数器，提供X、Y方向的移笔脉冲；另外两个作为X、Y方向的移笔速度计数器，提供移笔脉冲的输出频率； 当Χ、Υ方向的移笔脉冲数(xl ' >yl ;)均小于65335时，X、Y方向的移笔脉冲数计数器直接计数，当X和/或Y方向的移笔脉冲数大于65335时，则将(xl '、yl')按同等比例分成若干段，保证各段X、Y方向的移笔脉冲数均小于65535，并通过Χ、Υ方向的移笔脉冲数计数器逐一进行计数； 两个X、Y方向的8254移笔速度计数器，分别根据移笔脉冲数量设置相应的移笔脉冲频率，即设置8254移笔速度计数器初值；其中，移笔脉冲数值越大移笔速度越快，其相应8254移笔速度计数器初值就应越小，其具体设置方式如下表所示:
3.根据权利要求2所述的一种基于航迹仪的高精度标绘控制方法，其特征在于:第5)歩中设定的算法是:首先，比较χ、Y方向的移笔脉冲计数器中移笔脉冲的数量，移笔脉冲数量大的方向，其对应的移笔速度计数器按设置的方式确定其计数器初值； 其次，Χ、Y方向的移笔脉冲计数器中移笔脉冲的数量较小的一方，即移笔速度慢的方向的8254移笔速度计数器初值根据移笔脉冲数之间的比值进行确定:当xl, ^ yl ;，取k=xl, /yl ;;此时如果k > 2且yl≤2，将Y方向8254移笔速度计数器初值设置为与X方向8254移笔速度计数器初值相同；否则将Y方向8254移笔速度计数器初值设置为X方向8254移笔速度计数器初值的k倍； 若xl, <yl ;，取k=yl, /xl ;;此时如果k> 2且xl≤2，将X方向8254移笔速度计数器初值设置为与Y方向8254移笔速度计数器初值相同，否则将X方向8254移笔速度计数器初值设置为Y方向8254移笔速度计数器初值的k倍。
4.根据权利要求3所述的一种基于航迹仪的高精度标绘控制方法，其特征在于:所述控制系统提供2个8255计数器，在第6)歩中，先根据第5)歩计算得到的移笔脉冲数量、脉冲频率分别设置2个8254移笔脉冲计数器和2个8254移笔速度计数器，然后通过设置2个8255计数器使其输出以下控制信号:两个作为绘笔在X、Y方向的移动方向控制信号；两个作为4个8254计数器的门控信号；门控信号带宽按设定的带宽算法进行计算并选择，门控信号输出后，移笔开始；该设定的门控信号带宽算法是: 当xl ' >yl ;任何一方小于等于2,且xl ' >yl ;中的较大值与较小值之比k大于2,门控信号带宽取IOms的较宽带宽，否则取5ms。
【文档编号】G01D9/14GK103712619SQ201310743561
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】杨顺中, 罗艳, 杨杰 申请人:重庆华渝电气集团有限公司