一种二维坐标系下舰船航向数据曲线绘制方法与流程

本发明属于舰船导航，特别涉及一种二维坐标系下舰船航向数据曲线绘制方法。

背景技术：

1、航向是一种重要的舰船运动参数，通常被用来描述舰船的运动方向。舰船的航向通常用航向角来表征，航向角一般被定义为地理坐标系下舰艏方向与正北方向的夹角，取值范围为[0,360)，单位为°。

2、从事舰船导航装备科研及生产工作者经常采用绘图分析的方式对舰船航向角历史数据进行统计与分析，综合信息处理类导航装备软件中也具备航向数据绘图分析功能，辅助装备用户了解航向角数据变化趋势，从而进一步掌握舰船航向态势。

3、绘图分析过程中，当船舶航行在正北方向附近且左右摇摆时，平面直角坐标系下航向数据曲线会在最大值和最小值之间频繁振荡，振荡幅度约为360°，使得曲线无法直观展示航向数据变化趋势，给舰船运动状态的分析造成困难。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种二维坐标系下舰船航向数据曲线绘制方法。

2、本发明的上述目的通过以下技术方案来实现：

3、一种二维坐标系下舰船航向数据曲线绘制方法，其特征在于，包括如下步骤：

4、步骤1、统一航向角定义及取值范围；

5、步骤2、通过余弦函数对航向数据进行坐标转换，并结合数据产生时间生成样本点；

6、步骤3、根据航向数据的数值所属范围对样本点进行区域划分；

7、步骤4、根据样本点的所处区域对样本点进行类别标记；

8、步骤5、构建平面直角坐标系，定义平面直角坐标系的横、纵轴与量程；

9、步骤6、根据规则连接样本点，生成航向数据曲线。

10、而且，步骤1中，定义航向角φ为地理坐标系下舰艏方向与正北方向的夹角，顺时针为正，取值范围为[0,360)，单位为°。

11、而且，步骤2中，坐标转换为通过余弦函数cos将航向数据映射到[-1,1]区间内，生成样本点(x，y)为：

12、y＝cosφ

13、x＝t

14、式中，φ为航向角，t为航向角数据更新时间。

15、步骤3中，若φ∈[5,175)，则样本点位于区域a；若φ∈[185,355)，则样本点位于区域b；若φ∈[175,185)∪[355,360)∪[0,5)，则样本点位于区域c。

16、步骤4中，首选判断样本点是否为要构建的航向数据曲线的第一点，若是第一点，判断样本点是否位于区域b中，若位于区域b中，样本类型标记为“-”，否则，样本类型标记为“+”；若样本点不是第一点，则判断样本点是否处于区域a中，若是，则样本类型标记为“+”，若不是，判断样本点是否处于区域b，若是，则样本类型标记为“-”，否则，该样本点的样本类型与前一样本点的样本类型保持一致。

17、步骤5中，平面直角坐标系的横轴为数据更新时间t，纵轴为航向角的余弦值cosφ，量程为当前样本集内纵坐标最大值的120％。

18、步骤6中，根据相邻两个样本点的类别标记，通过对应选择实线段或虚线段进行连接，生成航向数据曲线；实线段或虚线段的选用原则为：

19、若样本n和样本n+1类别均为“+”，则用实线段连接该两样本点；

20、若样本n和样本m+1类别均为“-”，则用虚线段连接该两样本点；

21、若样本n为类别为“-”和样本n+1类别为“+”，则用实线段连接该两样本点；

22、若样本n为类别为“+”和样本n+1类别为“-”，则用虚线段连接该两样本点。

23、步骤6中，在分析对象为实时数据的情况下，则航向数据曲线及纵轴量程以1hz频率进行更新。

24、本发明具有的优点和积极效果为：

25、1.本发明通过将原始航向数据进行余弦转换，使得当舰船沿正北方向航行，且航向角在0°和360°之间跳变时，曲线样本点纵坐标取值被转换为1，使数据更加平稳，符合舰船舰向真实的变化趋势。

26、2.采用本发明方法，当航向角源数据为0°或360°时，曲线样本点纵坐标取值为1，即最大值，表示此时舰船沿正北方向航行；当航向角源数据为180°时，曲线样本点纵坐标取值为-1，即最小值，表示此时舰船沿正南方向航行；这使得航向数据曲线符合方向“上北下南”的传统认知。根据数据样本所属区域和类别，使用实线和虚线对“东”和“西”方向加以区分，虚线为“西”，实线为“东”，使得航向数据曲线更加直观的表示舰船的航行方向。

技术特征：

1.一种二维坐标系下舰船航向数据曲线绘制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的二维坐标系下舰船航向数据曲线绘制方法，其特征在于：步骤1中，定义航向角φ为地理坐标系下舰艏方向与正北方向的夹角，顺时针为正，取值范围为[0,360)，单位为°。

3.根据权利要求2所述的二维坐标系下舰船航向数据曲线绘制方法，其特征在于：步骤2中，坐标转换为通过余弦函数cos将航向数据映射到[-1,1]区间内，生成样本点(x，y)为：

4.根据权利要求3所述的二维坐标系下舰船航向数据曲线绘制方法，其特征在于：步骤3中，若φ∈[5,175)，则样本点位于区域a；若φ∈[185,355)，则样本点位于区域b；若φ∈[175,185)∪[355,360)∪[0,5)，则样本点位于区域c。

5.根据权利要求4所述的二维坐标系下舰船航向数据曲线绘制方法，其特征在于：步骤4中，首选判断样本点是否为要构建的航向数据曲线的第一点，若是第一点，判断样本点是否位于区域b中，若位于区域b中，样本类型标记为“-”，否则，样本类型标记为“+”；若样本点不是第一点，则判断样本点是否处于区域a中，若是，则样本类型标记为“+”，若不是，判断样本点是否处于区域b，若是，则样本类型标记为“-”，否则，该样本点的样本类型与前一样本点的样本类型保持一致。

6.根据权利要求5所述的二维坐标系下舰船航向数据曲线绘制方法，其特征在于：步骤5中，平面直角坐标系的横轴为数据更新时间t，纵轴为航向角的余弦值cosφ，量程为当前样本集内纵坐标最大值的120％。

7.根据权利要求6所述的二维坐标系下舰船航向数据曲线绘制方法，其特征在于：步骤6中，根据相邻两个样本点的类别标记，通过对应选择实线段或虚线段进行连接，生成航向数据曲线；实线段或虚线段的选用原则为：

8.根据权利要求7所述的二维坐标系下舰船航向数据曲线绘制方法，其特征在于：步骤6中，在分析对象为实时数据的情况下，则航向数据曲线及纵轴量程以1hz频率进行更新。

技术总结
本发明涉及一种二维坐标系下舰船航向数据曲线绘制方法，步骤为：1、统一航向角定义及取值范围；2、通过余弦函数对航向数据进行坐标转换，并结合数据产生时间生成样本点；3、根据航向数据的数值所属范围对样本点进行区域划分；4、根据样本点的所处区域对样本点进行类别标记；5、构建平面直角坐标系，定义平面直角坐标系的横、纵轴与量程；6、根据规则连接样本点，生成航向数据曲线。本发明实现了对舰船航向变化趋势直观展示，解决了二维坐标系下航向数据曲线绘制过程中经常出现的曲线振荡频繁且振荡幅度过大的问题。

技术研发人员：韩旭,刘双妹,张敏
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15