一种船舶综合导航智能系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及船舶导航领域，具体涉及一种船舶综合导航智能系统。
【背景技术】
[0002]为了进一步改善目前船舶综合导航系统基于菜单、仪表及曲线显示界面的常规设计方法，利用原理图的图形界面和模块化编程思想，设计了船舶综合导航系统，输入、输出参数设置都在系统工作原理的图形界面上表示。
【发明内容】
[0003]为了弥补以上技术的不足，本发明提供了一种船舶综合导航智能系统。本发明的特征是给出了船舶综合导航系统运行及操作模式。包括航向保持自动舵航迹、保持间接式自动舵、系统自检等主要功能模块。本系统的设计特色在于每个界面显示的信息不多，但层层递进，每层都以图形的形式供用户选择运行。用户单击设置后，系统开始运行，如不设置并超过约定时间段后，系统以缺省的船舶数学模型控制算法工作模型以及界面自动运行。本系统的完成将极大地方便航海人员的操作、使用，是具有创新理念的、高可靠、易用的船舶综合导航系统。
[0004]系统使用直观、方便开发平台从使用者、船东、和设计者方面考虑利用编程实现，可方便地根据实际需要完善扩展及修改系统，该系统具有物理意义明晰、界面友好、易用的特点。
[0005]船舶综合导航系统
为船舶提供优化的综合导航信息。其核心设备是具有航迹保持和航向保持功能的船舶自动操
舵仪，简称“自动舵”。综合导航系统是综合驾驶台系统的重要组成。部分主要功能包括传感器信息的综合处理、船舶自动导航信息显示及报警、人机交互等，采用模块化编程思想，期望以更简捷的形式让航海人员熟悉导航系统的工作原理。在原理图上输入参数，选择输出
形式，避免显示不必要的信息。原理图上相关参数都有缺省设定值，不输入或改变参数，即按缺省值运行。系统同时具有开发功能。从使用者、船东和设计者3方面考虑，可根据实际需要完善、扩展及修改系统，并具有物理意义明晰、界面友好且易用的特点。
[0006]一、系统功能
标准操作模式有:应急舵、手操舵、航迹保持自动舵、航向保持自动舵、系统检查和开发平台。开发平台模式在更改重要参数时不用输入密码，可进行系统仿真、调试等，其他与航迹保持自动舵和航向保持自动舵相同。
[0007]采用开发平台模式介绍系统。在设计过程中每个界面显示的信息不多，层层递进，每层都以原理图的形式供用户选择运行。用户单击输入完成后，系统开始运行；不单击或超过约定时间段后系统以默认的方式自动运行。
[0008]二、航向保持自动舵
1、设定航向，不单击更改时的缺省值，为沿正东航行(90度)，单击后可更改设定航向。
[0009]2、航向保持控制算法缺省设置为鲁棒PID算法，PID的3个参数可调整；单击后可选择简捷鲁棒控制算法，或从外部导入的其他控制算法。外部导入的控制算法不限制控制算法的类型和编程语言，从数据库文件的相关数据字段如航向偏差字段实时读入数据，然后将输出的舵角数据，实时更新其舵角字段数据。(注内置的控制算法也要实时更新，相关字段的数据)。
[0010]3、单击航向偏差舵角，输出可在数据显示、仪表显示、曲线显示输出到数据库文件，和输出的文本文件中选择一种或多种输出，缺省值为曲线显示。
[0011]4、单击育鲲轮，然后可在弹出的界面中更换其他类型的船舶，如集装箱船、油轮、客滚船、散货船、半潜船、超大油轮、特大型油轮、其他船舶等，每类船提供1-3条实船参数，其他船舶可输入船长、船宽、吃水方形系数、排水体积、航速、重心距中心距离、即可选择实船控制，实船通过串行通信和模拟数字转换、数字模拟。这些数据及约定的文件名，整体型非线性数学模型、分离型非线性数学模型、线性响应型数学模型模型、非线性响应型数学模型和其他程序。
[0012]5、单击风、浪、流、水深设置按钮，可在弹出的窗口中设定风速和风向，(浪为风生浪，不必另外设置)，流速和流向、水深、缺省值为风速4级、风向45度、流速为0，水深为10M0
[0013]6、单击输出按钮，并在弹出的窗口中选择输出形式。主要有数据显示、仪表显示、曲线显示、空间曲线显示(简易海图)，输出到数据库文件和输出的文本文件。在弹出的窗口中，还可选择输出其他变量，如位置坐标、前进速度、横漂速度、转艏角速率等，并配置输出的形式。缺省值为曲线输出，输出及报警需要时在弹出的窗口中显示。
[0014]7、单击艏向角测量传感器，可在陀螺罗经(精度为0、1度);磁罗经(精度为0、5度);光纤罗经(精度为0、005度)中选择其艏向角由数学模型解算加相应强度的白噪声得出，选择实船时，在弹出的界面中选择一种传感器，通过串行通信接口实时接收，并经数据限幅
滤波处理。此时原理图中传感器位置，将显示传感器类型及数据是否有效的标志；也可选择两种传感器，进行数据融合。如果两种传感器的测量数值相差大于设定的阈值，则显示数据可信度低，并发送相应的报警。
[0015]8、简易海图的功能
全海域的完整海图显示，只有经、纬度线，不含海岸线、岛屿水深助航等信息。
[0016]可用视窗(计算机屏幕大小)，任意观察某一海域观察时，可用箭头移动改变观察。视窗海图内，可显示数据库中的某一航线。
[0017]海图内可显示航迹偏差带，偏差带大小可调。
[0018]可改变海图显示比例尺。
[0019]海图显示可改变背景颜色，至少有白色和蓝色两种背景色。
[0020]在海图中动态显示船位、船形、船艏向、舵角、船速。
[0021]根据船位及速度改变显示的视窗。
[0022]可根据数据文件回放船舶轨迹。
[0023]其他必要的数据输入、输出接口。
[0024]三、航迹保持自动舵
1、计划航线，不单击更改时的缺省设置为“大连-黄埔”计划航线，单击后可以进行计划航线编辑，或者选择计划航线库中的其它计划航线。
[0025]2、航迹保持控制算法，缺省设置为间接式分区指数回归航迹保持算法。
[0026]3、航向保持控制算法，缺省设置为鲁棒PID算法(PID的3个参数可调整)，单击后可选择简捷鲁棒控制算法，或从外部导入的其他控制算法，外部导入的控制算法不限制控制算法的类型和编程语言。从数据库文件的相关数据字段(如:航向偏差字段)，实时读入数据，然后将输出的舵角数据，实时地更新其舵角字段数据即可。(注:内置控制算法也要实时更新相关字段的数据)。
[0027]4、单击航迹偏差、舵角输出可在数据显示、仪表显示、曲线显示、输出到数据库文件和输出的文本文件中选择一种或多种输出，缺省值为曲线显示。
[0028]5、单击育鲲轮可在弹出的界面中更换其他类型的船舶，如集装箱船、油轮、客滚船、散货船、半潜船、其他船舶等。每类船提供1-3条实船参数，其他船舶可输入船长、船宽、吃水方形系数、排水体积、航速、重心距中心距离、舵叶面