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
构造新型集成导航系统的必要性 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
技术集成”构造新型集成导航系统的可能性 2）“技术集成”构造新型集成导航系统的可能性
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 ） 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 底层显示、标准 底层显示 显示及全信息显示 全信息显示； 显示 全信息显示；控制电 子海图的缩放、平移、漫游 缩放、 缩放 平移、 及本船航行到图边界时自动 换图；目标信息查询；电子 目标信息查询； 目标信息查询 海图显示的图象指向模式及 本船运动模式的选择等。
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， 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。 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： 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
三、船舶集成导航系统
新型集成导航系统构成原理 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， 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。 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 船位 综合探测 航向：由陀螺罗经头提供 航向 统一处理 航速：由计程头提供 航速 实时通信 水深：由测深头提供的实时水深数据 水深 无线电导航系统：由LORAN-C、DECCA接入导航数据 无线电导航系统 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 气象海况 无线接入 网络下载的海洋气象数据 网络 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 风向、风速 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 ARPA数据 雷达图象及ARPA数据 方位信号送入中央处理机 中央处理机，由后者实现雷达及ARPA的诸功能； 中央处理机 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； 引擎数据 通信：卫星C站用于传输ENC改正数据及其他安全业务通信； 通信 VHF：用于传输AIS信息。 VHF
激光陀螺仪
船载雷达天线 船载GPS终端 船载 终端
AIS一体机 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 各种单一导航系统发展已趋于成熟稳定； 现出来： 现出来：
优势
惯性导航
劣势
自主式导航系统，不受外界干扰， 自主式导航系统，不受外界干扰， 误差随时间而积累， 误差随时间而积累，加温时间和初始对准 相对精度比较高， 相对精度比较高，有非常好的短 时间也较长， 时间也较长，且成本昂贵 期精度和稳定性， 期精度和稳定性，且隐蔽性好
二、船舶导航发展存在的问题
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、 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、 已成为当今舰船最基本 最重要的导航设备之一。 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 （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 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 最佳的船位经纬度 其他导航系统；可以减轻值班驾驶员的辛苦。 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 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 自动传输 能用于避免船舶间避碰。 能用于避免船舶间避碰。
• 导航设备的发展趋势：已经出现了系统综合应用趋势，包括移动通信、 导航设备的发展趋势：已经出现了系统综合应用趋势，包括移动通信、 设备的发展趋势 移动通信 导航、 导航、组合导航与数据船桥等一体化应用 • 组合导航系统INS IBS的发展特点和趋势：已经都在融入新发展的技术， INS、 的发展特点和趋势 组合导航系统INS、IBS的发展特点和趋势：已经都在融入新发展的技术， 具有航行专家系统的智能自动航行系统， 如电子海图显示技术ECDIS 、具有航行专家系统的智能自动航行系统， 电子海图显示技术ECDIS 以及船载自动识别技术AIS 船载自动识别技术 以及船载自动识别技术AIS • 电子计算机技术的迅猛发展为新系统技术集成提供了重要条件
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， 在设备集成的各种系统中，子系统重复配置
相同的传感器输入接口要求， 传感信息， 1. 相同的传感器输入接口要求 提供相同的传感信息 各种设备界面分散， 各种设备界面分散，操纵使用繁杂 ，提供相同的传感信息，如:船位经 纬度、航向、航速、水深、风速、风向、流向、 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 用于集成的设备本身局限性， 相同的综合信息优化处理 2. 相同的综合信息优化处理 相同的终端显示内容 包括电子海图显示、导航定位、 终端显示内容， 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 象与子海图叠加显示等 4. 类同的报警及打印记录 类同的报警及打印记录 报警
21世纪船舶集成导航系统
一、船舶导航发展历史及现状 二、船舶导航发展存在的问题 三、船舶集成导航系统 四、总结与展望
一、船舶导航发展历史及现状
一、船舶导航发展历史及现状
船舶导航发展历史
• • • 导航的概念源于航海事业 古人常用天文导航、地磁导航指引船舶的行驶 100多年前出现机械式船舶计程仪，至后来陆续出现陀螺罗经、船载雷达 等等。船舶导航已经走过了约一个世纪的漫长道路
二、船舶导航发展存在的问题
避碰专家系统 避碰专家系统
• 功能：包括船位信息采集和处理；建立知识库；编制避让方案； 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 船位信息采集和处理
通信等部分；使系统在掌握足够信息的前提下， 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 等部分 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。 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, 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 信息及功能的缺陷
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 易受气象、海况地形的影响， 可靠性下降，导致ARPA跟踪目标丢失率高； 可靠性下降，导致ARPA跟踪目标丢失率高； 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、 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， 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。 让机动，进而酿成碰撞。
三、船舶集成导航系统
③ 系统控制软件
• • 辅助中央处理机完成各传感器信息数据的处理、 辅助中央处理机完成各传感器信息数据的处理、管理和控制 主要包括： 主要包括： 导航信息组合优化处理与管理软件 信息组合优化处理 1）导航信息组合优化处理与管理软件 各种导航仪硬件接口软件 各种导航仪硬件接口软件：完成数据接收,优化船位滤波处理以获得船 接口软件 位的最佳估计 雷达数据-PC接口卡软件 雷达数据-PC接口卡软件：完成雷达回波信号相关处理并与电子海图叠 接口卡软件 加显示。 ARPA功能软件 ARPA功能软件：完成目标自动检测,滤波跟踪,参数计算,碰危判断,报警 功能软件 ,试操船及自测试等功能。 2）航向数据处理与显示软件 ）
二、船舶导航发展存在的问题
导航专家系统 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信息不断检 功能：可以设计最佳航线， 最佳航线 测风、流、浪等随机干扰的影响，调整修改操船措施,以保证船舶航行 测风、 浪等随机干扰的影响，调整修改操船措施, 在安全、经济的航线上。 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 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 设计 天气 进一步开发和解决。 进一步开发和解决。