船舶航向及航迹保持远程试验系统及方法与流程

本发明涉及一种船舶航向及航迹保持远程试验系统及方法，属于船舶试验技术领域。

背景技术

在通常的海洋运输中，船舶大都是通过设定的一些航路点，船舶在人工操舵的控制下沿着相应的航路点前行，最终达到目的地。为了减轻驾驶员的工作量，减少因为误操作等原因引起的船舶事故，就需要船舶自动进行航向及航迹保持。船舶在海上航行时经常会受到诸如风、海浪、洋流等外界干扰，这些干扰不可避免地会产生航向和航迹的偏差。这就要求船舶能够自动的不时的打出相应的舵角以使船舶航行在预定轨迹上。因此船舶或船模都需要进行航向和航迹保持试验。

进行该试验的专用试验设施和设备以及仪器较多，包括内河水域、自航船模、内核控制器、风速风向传感器、dgps差分全球定位系统、三维电子罗盘等等。传统的船舶或船模航向及航迹保持试验需要相关人员去附近寻找水域或者去一些单位租用试验水池，还需要专门的试验人员在现场进行操作，最后将船模上采集的数据进行处理和分析。其整个周期长，耗费大，受众面小。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有船舶航向及航迹保持试验周期长、耗费大、受众面小等缺点，提供一种船舶航向及航迹保持远程试验系统及方法，使用dgps和高精度三维电子罗盘来获取船舶或船模位置及姿态信息，解决了实验室内无法接受卫星信号、实验室利用率低的问题，试验所采集到的数据和图像可以实时的传送到用户界面，极大减轻了用户的工作量。

为达到上述目的，本发明解决上述问题所采用的技术方案如下：

一种船舶航向及航迹保持远程试验系统，包括船模、风速风向感知系统、数据采集及传送系统、数据接收及处理系统以及远程客户端；所述船舶或船模为自航行船舶或船模；

所述船模为自航行船模，具有集中可控的操纵和推进系统，所述操纵和推进系统包括电机、由所述电机驱动的螺旋桨、舵、舵机和可编程自动化控制器pac，所述舵受控于所述舵机，所述电机和所述舵机与所述可编程自动化控制器pac连接并受其控制；

所述风速风向感知系统包括安装在所述船模上的风速传感器和风向传感器；

所述数据采集及传送系统包括安装于所述船模上的航向和航迹数据采集模块以及数据实时传送模块，所述航向和航迹数据采集模块用于采集所述船模的平面位置、水平速度、艏向角、转动速度、摇荡速度、舵角及转舵速度和推进器转速及其变化率；

所述数据接收及处理系统包括数传和图传接收装置；

所述远程客户端包含联网岸机；

所述风速传感器和所述风向传感器将所采集到数据传送给所述数据采集及传送系统，所述数据采集及传送系统通过所述数据实时传送模块将数据传送给所述数据接收及处理系统，所述数据接收及处理系统与所述远程客户端的所述联网岸机通过网络连接，并将接收到的数据传递给所述联网岸机。

进一步，所述航向和航迹数据采集模块包括差分全球定位系统dgps、三维电子罗盘和姿态测量仪mti，所述数据实时传送模块包括数传电台，所述差分全球定位系统dgps、所述三维电子罗盘、所述姿态测量仪mti和所述数传电台均与所述可编程自动化控制器pac连接。

进一步，所述数传和图传接收装置为岸基数传电台。

进一步，所述远程客户端包括第一联网岸机和第二联网岸机，所述第二联网岸机上安装有远程控制软件，所述第一联网岸机与所述岸机数传电台连接。

进一步，所述船模上还安装有无线wifi摄像头，所述无线wifi摄像头直接入所述第二联网岸机无线连接。

本发明还提供上述船舶航向及航迹保持远程试验系统的试验方法，包括如下步骤：

第一步，将所有设备安装在水池岸边与所述船模上，然后将所述船模放入水池中，调整浮态使其正浮；

第二步：按照试验要求，设计所述船模在水池中航向信息，控制使所述船模启动；

第三步：所述航向和航迹数据采集模采集所述船模的数据，其中所述差分全球定位系统dgps实时记录所述船模的位置坐标(x，y)，所述三维电子罗盘记录所述船模的艏向角θ和所述船模的试验设计航向ɑ，通过计算可得所述航模实际的航向偏差β＝ɑ-θ，所述航模实际的航迹偏差l＝y*sinα-x*cosα；

第四步：所述船模的所述可编程自动化控制器pac通过计算出来的所述航向偏差β、所述航迹偏差l以及设定好的控制规则自主得出需要控制的所述舵机的转角δ和所述电机的转速v，最终使所述船模沿着规划的航迹航行；

第五步，整个试验过程中，所述风速传感器、所述风向传感器和所述姿态测量仪mti实时记录着风速风向以及所述船模的运动姿态信息，并被所述船模的所述可编程自动化控制器pac采集，通过所述数传电台发送到所述联网岸机上。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明提供的船舶航向及航迹保持远程试验系统及方法，可以为想做船舶风浪中航向保持远程试验的个人或者单位进行远程服务，降低用户不必要的成本；在试验的过程中，试验数据、图像、视频实时传送给客户端，用户不仅能看到试验过程，更能保证试验数据的实时性和准确性；本发明还可应用于视频教学、科研等领域，受众面较广。

附图说明

图1是本发明实施例中船模水域航行示意图；

图2是本发明实施例中船模的结构及设备布置示意图；

图3是本发明实施例中数据及图像传输系统示意图；

图中：1为分全球定位系统dgps、2为三维电子罗盘、3为姿态测量仪mti、4为数传电台、5为风向传感器、6为电机、7为螺旋桨、8为舵、9为舵机、10为风速传感器、11为可编程自动化控制器pac、12为无线wifi摄像头、13为岸基数传电台、14为第一联网岸机、15为远程控制软件、16为第二联网岸机。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和方向术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

如图1至图3所示，为本发明的一种船舶航向及航迹保持远程试验系统，包括船模、风速风向感知系统、数据采集及传送系统、数据接收及处理系统以及远程客户端；所述船舶或船模为自航行船舶或船模；

所述船模为自航行船模，具有集中可控的操纵和推进系统，所述操纵和推进系统包括电机6、由所述电机6驱动的螺旋桨7、舵8、舵机9和可编程自动化控制器pac11，所述舵8受控于所述舵机9，所述电机6和所述舵机9与所述可编程自动化控制器pac11连接并受其控制；

所述风速风向感知系统包括安装在所述船模上的风速传感器10和风向传感器5；

所述数据采集及传送系统包括安装于所述船模上的航向和航迹数据采集模块以及数据实时传送模块，所述航向和航迹数据采集模块用于采集所述船模的平面位置、水平速度、艏向角、转动速度、摇荡速度、舵角及转舵速度和推进器转速及其变化率；

所述数据接收及处理系统包括数传和图传接收装置；

所述远程客户端包含联网岸机；

所述风速传感器10和所述风向传感器5将所采集到数据传送给所述数据采集及传送系统，所述数据采集及传送系统通过所述数据实时传送模块将数据传送给所述数据接收及处理系统，所述数据接收及处理系统与所述远程客户端的所述联网岸机通过网络连接，并将接收到的数据传递给所述联网岸机。

所述航向和航迹数据采集模块包括差分全球定位系统dgps1、三维电子罗盘2和姿态测量仪mti3，所述数据实时传送模块包括数传电台4，所述差分全球定位系统dgps1、所述三维电子罗盘2、所述姿态测量仪mti3和所述数传电台4均与所述可编程自动化控制器pac11连接。

所述数传和图传接收装置为岸基数传电台13。

所述远程客户端包括第一联网岸机14和第二联网岸机16，所述第二联网岸机16上安装有远程控制软件15，所述第一联网岸机14与所述岸机数传电台13连接。

所述船模上还安装有无线wifi摄像头12，所述无线wifi摄像头12直接入所述第二联网岸机16无线连接。

本发明的一种船舶航向及航迹保持远程试验系统的试验方法，具体步骤是：

第一步，将所有设备安装在水池岸边与所述船模上，然后将所述船模放入水池中，调整浮态使其正浮；

第二步：按照试验要求，设计所述船模在水池中航向信息，控制使所述船模启动；

第三步：所述航向和航迹数据采集模采集所述船模的数据，其中所述差分全球定位系统dgps1实时记录所述船模的位置坐标(x，y)，所述三维电子罗盘2记录所述船模的艏向角θ和所述船模的试验设计航向ɑ，通过计算可得所述航模实际的航向偏差β＝ɑ-θ，所述航模实际的航迹偏差l＝y*sinα-x*cosα；

第四步：所述船模的所述可编程自动化控制器pac11通过计算出来的所述航向偏差β、所述航迹偏差l以及设定好的控制规则自主得出需要控制的所述舵机9的转角δ和所述电机6的转速v，最终使所述船模沿着规划的航迹航行；

第五步，整个试验过程中，所述风速传感器10、所述风向传感器5和所述姿态测量仪mti3实时记录着风速风向以及所述船模的运动姿态信息，并被所述船模的所述可编程自动化控制器pac11采集，通过所述数传电台4发送到所述联网岸机上。

在第四步中：所述可编程自动化控制器pac11可以选取航向偏差β、航迹偏差l为输入量，编制基于模糊控制规则表a的控制程序。其中，β的论域取为[-180，180]，单位为度，子集为{nb，nm，ns，0，ps，pm，pb}(分别代表负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，以下相同)。l论域取为[-∞，+∞]，子集为{nb，nm，ns，0，ps，pm，pb}。δ的论域取为[-40，40]，子集为{nb，nm，ns，0，ps，pm，pb}。v的论域取为[1000，3000]，子集为{b，m，s}。

表a

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。