14） VDR信息处理与管理软件 15） 用户界面软件
三、船舶集成导航系统
三、船舶集成导航系统
④ 输出设备
a. PC终端显示 • 该显示器是ECDIS、INS、IBS、雷达、ARPA等诸多设备显示功能的综合 • 主要显示的内容有： ●可选择显示底层、标准和全信息电子海图 ●本船计划航线，航迹标绘 ●气象信息（传真图及海洋气象台数据）与电 子海图重叠显示; ●雷达视频与电子海图实时重叠显示; ●ARPA跟踪目标的动态标绘; ●基于AIS的本船与周围相遇船自动避碰态势 显示; ●图象指向、航速、航程、预计抵达目的港时 间(ETA)、实时水深、风向、风速、货运装载 及机舱有关数据的显示
（常用Kalman滤波）,以达到提高系统定位精度、可靠性、灵活性、自动
化程度的目的,并可进行各种航海功能计算的导航系统” • 功能：系统经过标准口输出最佳的船位经纬度、航向、航速等数据给 其他导航系统；可以减轻值班驾驶员的辛苦。 • 局限：由于船舶间未提供数据自动传输的通信系统，其优化的数据不 能用于避免船舶间避碰。
三、船舶集成导航系统
3）航速数据处理与显示软件 4）水深数据处理与显示软件 5） ENC显示预处理及改正软件 6）电子海图显示功能软件 该软件控制、选择按ECDIS标 准所要求的底层显示、标准 显示及全信息显示；控制电 子海图的缩放、平移、漫游 及本船航行到图边界时自动 换图；目标信息查询；电子 海图显示的图象指向模式及 本船运动模式的选择等。
激光陀螺仪
船载雷达天线 船载GPS终端
AIS一体机
现 状
二、船舶导航发展存在的问题
二、船舶导航发展存在的问题
1）传统各种单项导航技术的优劣势
各种单一导航系统发展已趋于成熟稳定；各自优缺点也已明显地表 现出来：
优势
惯性导航
劣势
自主式导航系统，不受外界干扰， 误差随时间而积累，加温时间和初始对准 相对精度比较高，有非常好的短 时间也较长，且成本昂贵 期精度和稳定性，且隐蔽性好
二、船舶导航发展存在的问题
• IBS（Integrated Bridge System）：综合船桥系统，20世纪70年代出现，
是指“一种利用电子计算机，用系统设计方法，将各种定位仪、雷达、 ARPA （自动雷达标绘仪） 、GPS/DGPS、ECDIS显示的电子海图及数字自 动舵连接起来,组成船舶自动航行系统。 • IBS系统集导航、控制、显示、监视、通 信、管理等诸多功能于一体，实现航行自 动化，提高航行安全性、经济性与有效性 。
三、船舶集成导航系统
3）新型集成导航系统构成原理
• 系统由输入传感器及接口、中央处理机、系统控制软件及输出设备构成
PC终端显示
输 出 设 备
自适应数控自 动舵
打印机
三、船舶集成导航系统
① 输入传感器及接口
• 各种传感器只保留其信息源，逐步改造成传感信息头，不再生产整机， 取消原来的信息处理、显示及电源单元，相关部分融入系统中。 船位：GPS接收机、DGPS、GLONASS、GNSS 综合探测 航向：由陀螺罗经头提供 统一处理 航速：由计程头提供 实时通信 水深：由测深头提供的实时水深数据 无线电导航系统：由LORAN-C、DECCA接入导航数据 气象海况：由FAX头接收气象信息经处理得到的气象数据或经无线接入 网络下载的海洋气象数据 风向、风速：由风向、风速仪提供的数据用于计算航迹并显示于控制台 雷达图象及ARPA数据：将接收来自雷达头的原始视频、触发脉冲、天线 方位信号送入中央处理机，由后者实现雷达及ARPA的诸功能； 引擎数据：主机回转速率与螺旋桨螺距数据，送入中央处理器； 通信：卫星C站用于传输ENC改正数据及其他安全业务通信； VHF：用于传输AIS信息。
三、船舶集成导航系统
② 中央处理机
• 经综合接口接入各传感器数据，在系统软件控制配合下完成各传感器信 息数据的处理、管理和控制，并将结果送输出设备。 • 主要处理的内容包括： ●各种导航数据的组合优化滤波处理 ●罗航向数据的处理与显示 ●航速数据的处理与显示 ●水深数据的处理与显示 ●雷达信号数据处理完成原来雷达、ARPA、所有功能的有关处理 ●气象数据的处理与显示 ●ECDIS数据处理实现系统功能的有关处理 ●IBS信息处理及实现系统功能（含自动避碰功能）的有关处理 ●AIS信息处理,收发控制及实现监视功能 ●VDR所需的数据采集、处理 与传送控制
船舶需求，采用模块功能设计，可以形成系列产品。 • 从长远来说，在综合各种设备(系统)性能标准基础上， 需要重新制定新型导航系统性能的国际标准。可望这种 新型导航系统将改变船舶驾驶环境，促进全船自动化的
进程。
ECDIS（ Electronic Chart Display and Information System ） • 电子海图显示与信息系统ECDIS是集多种功能与技术为一体的系统，是目 前船舶集成导航系统中的核心部分，基本组成部分如下图所示：
三、船舶集成导航系统
11）机舵引擎数据接收与管理软件 12）数据装载及稳性、强度计算软件 13） AIS信息处理与控制软件
包括船舶静、动态数据库，对收发信息的处理、管理及控制和基于 SOTDMA等技术的通信协议，通讯方式及显示控制等有关软件。 将本船信息编码后送VHF发射，将VHF接收的周围相遇船信息解码后 存储，本船与其它船舶航行数据等信息送主控台并显示在屏幕上。
• 可提供高精度的船位、航向、航速数据及水深、气象与海况等信息； • 提供标准电子海图数据库及选择显示底层、标准或全信息电子海图， 显示的电子海图可缩放、平移、漫游,当本船船位移动到图边沿时会 自动换图； • 雷达图象与ARPA信息可与电子海图重叠显示，可测目标到本船的距
离、方位及任意两点的方位和距离；
2）组合导航 INS/IBS 及其局限性
由于单一导航系统各具优劣势，组合导航已成为当今舰船最基本、 最重要的导航设备之一。 • INS（Integrated Navigation System ）：20世纪60年代出现，是指 “一种借助于电子计算机数据处理技术，将船舶上不同特点的各种单个 导航设备(系统)有机的结合在一起，通过对各导航信息进行综合处理
• 功能：包括船位信息采集和处理；建立知识库；编制避让方案；船舶间
通信等部分；使系统在掌握足够信息的前提下，及时正确判断会
遇态势，进行碰危评估，运用建立的知识库，确定最佳避让措施。 • 局限：雷达、ARPA信息及功能的缺陷：采集的雷达目标信息有限,并且容
易受气象、海况地形的影响，尤其在恶劣气象海况下的信息检测 可靠性下降，导致ARPA跟踪目标丢失率高； 通信障碍问题：船舶间通信由于频道拥挤、人工操作通信方式以 及有时还存在语言障碍等原因，实际上难以在避让前达成碰撞协 议,往往因延误宝贵时间或不明对方操船意图而采用不相协调的避 让机动，进而酿成碰撞。
二、船舶导航发展存在的问题
导航专家系统
• 功能：可以设计最佳航线，并且根据经优化处理的船位整修改操船措施,以保证船舶航行
在安全、经济的航线上。 • 局限：最佳航线的设计，中长期天气、海况预报准确性的问题尚待
进一步开发和解决。
二、船舶导航发展存在的问题
避碰专家系统
二、船舶导航发展存在的问题
3）设备集成导航的特点及其局限性
• 设备多、投入大、分散配置，驾驶台拥挤
• • 在设备集成的各种系统中，子系统重复配置
1. 相同的传感器输入接口要求，提供相同的传感信息，如:船位经 各种设备界面分散，操纵使用繁杂 纬度、航向、航速、水深、风速、风向、流向、流速等 • 用于集成的设备本身局限性，影响集成系统的性能 2. 相同的综合信息优化处理 3. 相同的终端显示内容，包括电子海图显示、导航定位、雷达图
需要复杂定位设备，非自主式，受制于人， GPS 全球卫 定位精度高，全球、全天候，能 当前我们只能接收民用的 C/A 码，战时很 星导航 连续定位 难保证能正常使用 无线电导航 定位误差不随时间积累 天文导航 但易受外界干扰、易被发现，需导航台站 用于船舶易受气象、云层、昼夜影响
二、船舶导航发展存在的问题
三、船舶集成导航系统
三、船舶集成导航系统
b. 自适应数控自动舵 • 由中央处理机输出根据选用的航行模式的偏差而计算得
到的修正舵角数据送自适应数控自动舵，并控制其执行。 c. 打印机 • 将中央处理机输出的舵行有关数据按一定格式、一定时 间间隔自动打印、保存
三、船舶集成导航系统
4）新型集成导航系统主要功能
• 在电子海图上可进行航线设计、修改、存储及航法选择、航迹监控 与保持； • 具有基于AIS信息的智能自动避碰专家系统与避碰功能； • 具有货物装载及船舶稳性、强度计算与显示功能；
四、总结与展望
四、总结与展望
• 这种通过技术集成达到功能集成的新型导航系统可明显
减少设备数量、重量、显著提高性能价值比。根据不同
三、船舶集成导航系统
7）航海功能软件 最佳航线设计，航法计算 航路监视：当本船偏航、穿越非安全区、航行到图边界等情况时进行 自动判断并发出警告和指示 航行记录：自动记录航行有关数据，自动生成航海日志，需要时可进 行打印 8）自动避碰功能软件 用于分析相遇船和本船的态势及本船运动状态、查询知识库并选出避让 方案或由推理机将相关数据、信息有机地综合成专家系统，经过学习、 推理，自动给出避碰方案。在给出的避让方案中计算船舶数据并执行。 9）气象、风向、风速信息的接收与处理软件 10）自适应数控舵控制软件 用于检测本船3种航行模式（计划航向、修正航向、保持航迹）之一的偏 差，计算修正舵角数据，并控制数控舵执行，控制过程具有自适应性质。
象与子海图叠加显示等 4. 类同的报警及打印记录
需要新型船舶集成导航系统
三、船舶集成导航系统
三、船舶集成导航系统
1）构造新型集成导航系统的必要性
• • 传统导航系统的局限性 21世纪的船舶朝着大型化、高速化方向发展，需要安全性高、精准可靠 的船舶导航自动化系统