无线通信技术的舰船导航信息系统设计

发布时间：2021-03-16所属分类：科技论文浏览：1196次

摘 要： 摘 要: 导航信息系统硬件在使用无线通信技术进行信息传输时，硬件电路产生寄生电容，导致最终得到的舰船姿态角误差过大，针对这一不足，设计一种无线通信技术的舰船导航信息系统。硬件部分设计惯性导航平台，将 PCB 板时钟电路与单片机的时钟引脚相连，控制

　　摘 要: 导航信息系统硬件在使用无线通信技术进行信息传输时，硬件电路产生寄生电容，导致最终得到的舰船姿态角误差过大，针对这一不足，设计一种无线通信技术的舰船导航信息系统。硬件部分设计惯性导航平台，将 PCB 板时钟电路与单片机的时钟引脚相连，控制寄生电容大小，设计连接硬件元件电路。软件部分，计算舰船位置导航信息，设定舰船无线通信模式，完成舰船导航信息系统的设计。搭建实验环境，以硬件元件控制的导航信息为实验对象，采用 2 种传统信息系统与文中设计的信息系统对比，结果表明，文中设计的信息系统得到的姿态角误差最小。

　　关键词：无线通信技术;导航信息;寄生电容;通信模式

　　0 引　言

　　船舶导航系统以计算机及无线通信技术为基础，对舰船位置、方向信息进行综合处理，快速计算分析出航行环境信息[ 1 ]。随着舰船通信导航设备不断增加，舰船导航信息系统承载的信息量不断上升，提高了舰船信息系统对信息处理能力的要求，为此设计一种无线通信技术的舰船导航信息系统。国外针对舰船导航系统研究起步较早，早在 20 世纪 70 年代就已将舰船的仪表集中在一起，利用网络技术将各项导航设备连接在一起进行信息互通。随着科学技术不断发展，国外已形成综合程度较高的舰船导航信息系统。国内研究舰船导航信息系统起步较晚，与国外的设计水平相比，现今的导航信息显示台的集成度不高，为此研究无线通信技术的舰船导航信息系统很有必要。

　　1 舰船导航信息系统硬件设计

　　1.1 设计惯性导航平台

　　惯性导航平台由加速度计、陀螺稳定平台以及导航计算机构成，陀螺稳定平台采用伺服电机驱动陀螺稳定平台，在稳定平台上装置 3 个加速度计，设计的惯性导航平台的结构，导航计算机采用内置微型导航系统的高精度计算机，控制显示器选用液晶显示屏，液晶显示屏的点阵参数为 128×64，稳定回路中采用一个星敏感器 ， 敏感器内置一个型号 为 PIC12F675 的单片机，外部连接一个模数转换器，利用单片机的输入输出口，直接驱动惯性导航平台的运行[2]。模数转换器并联一个计程仪，计程仪与 AIS 导航设备相连，导航设备串联一个海上气象仪。在设计惯性导航平台后，设计硬件元件的连接电路，完成信息系统硬件的设计。

　　1.2 硬件连接电路

　　设计硬件连接电路时，采用外接晶体振荡模式，设置晶振参数为 16 MHz，起振电容参数为 30pF。将单片机内部锁相环的频率设置为 85 MHz，电路的 PCB 板将时钟电路与单片机的时钟引脚相连，减少连接过程中产生的寄生电容，维持系统硬件运行稳定，在单片机 34 的引脚处，连接一个电阻，电阻与引脚 34 直接连接电压值为 5V 的直流电源，此时时钟电路内部保持稳定的电压，引脚 35 并联一个二极管，二极管帮助信息系统在掉电后维持电容续流放电，维持导航信息系统的复位过程。综合上述处理，完成对舰船导航信息系统的硬件设计。

　　3 仿真实验

　　3.1 实验准备

　　为了验证文中设计舰船导航信息系统的性能，在以太网络中，搭建一个系统测试环境。其中，调用相同硬件设施工作，采集硬件元件控制的导航信息作为实验对象，采用 2 种传统舰船导航信息系统与设计的舰船导航信息系统进行实验，对比 3 种导航信息系统的性能。

　　3.2 实验结果及分析

　　基于上述实验准备，设定舰船在导航地图中的抛锚点及船舶的位置，对比 3 种信息系统在舰船地图中所监视的半径大小，结果如图 1 所示。

　　相关期刊推荐：《舰船科学技术》Ship Science and Technology(月刊)创刊时间：1979，是我国舰船科技领域唯一的综合学术性期刊。主要刊登我国舰船科学技术与海军装备技术发展最新研究成果和学术理论方向的优秀论文。设有：数字造船;创新论坛　研究与探索;国外透视;科研管理;学术探讨;科技撷萃;新产品介绍等栏目。

　　由图 1 所示的监视半径结果可知，传统信息系统的监视半径为 80 m，对舰船抛锚点监视范围最小。传统信息系统 2 得到的监视半径为 120 m，监视半径较大，而文中设计的导航信息系统在抛锚点的监测半径为 200 m，在 3 种信息检测系统中，对抛锚点的监测范围最大，能够最大范围地监测半径范围内的阻碍舰船航行的障碍，保证舰船航行过程的安全。

　　保持上述实验环境不变，假设舰船在静止 1 h 后，匀速加速到东向 15 m/s，加速度为 1 m2 /s，保持该种行驶状态 1 h 后，保持匀速行驶 4 h，数据服务器采集该段行驶过程中舰船姿态角度，并作为标准姿态角数值。将该过程采集的舰船姿态角作为对比目标，记录并汇总 3 种信息系统得到的舰船姿态角数值，计算 3 种信息系统产生的姿态角数值误差，以 x 轴方向的姿态点误差为对比对象，误差结果如表 1所示。

　　由表 1 所示舰船姿态角误差结果可知，3 种信息系统均存在不同程度舰船姿态角的误差，由姿态角误差数值可知，传统信息系统 1 得到的姿态角误差最大，平均误差数值在 0.36°左右，传统信息系统 2 得到的姿态角平均误差数值在 0.23°左右，姿态角的误差数值较小。而文中设计的信息系统得到的平均姿态角误差为 0.06°左右，得到的舰船姿态角误差最小。综合上述实验结果可知，与 2 种传统信息系统相比，文中设计的信息系统能够监测大范围的舰船航行环境，得到的舰船姿态角误差最小，获取的舰船导航信息全面且准确，适合在实际中使用。

　　4 结　语

　　作为信息数据枢纽，舰船导航信息系统一直是重点研究对象。设计一种无线通信技术的舰船导航信息系统，能够改善传统信息系统的不足，为舰船信息系统研究人员提供理论依据。 ——论文作者：刘 刚1，莫年发2

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