發(fā)布時(shí)間：2021-03-16所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 導(dǎo)航信息系統(tǒng)硬件在使用無線通信技術(shù)進(jìn)行信息傳輸時(shí)，硬件電路產(chǎn)生寄生電容，導(dǎo)致最終得到的艦船姿態(tài)角誤差過大，針對(duì)這一不足，設(shè)計(jì)一種無線通信技術(shù)的艦船導(dǎo)航信息系統(tǒng)。硬件部分設(shè)計(jì)慣性導(dǎo)航平臺(tái)，將 PCB 板時(shí)鐘電路與單片機(jī)的時(shí)鐘引腳相連，控制
摘 要: 導(dǎo)航信息系統(tǒng)硬件在使用無線通信技術(shù)進(jìn)行信息傳輸時(shí)，硬件電路產(chǎn)生寄生電容，導(dǎo)致最終得到的艦船姿態(tài)角誤差過大，針對(duì)這一不足，設(shè)計(jì)一種無線通信技術(shù)的艦船導(dǎo)航信息系統(tǒng)。硬件部分設(shè)計(jì)慣性導(dǎo)航平臺(tái)，將 PCB 板時(shí)鐘電路與單片機(jī)的時(shí)鐘引腳相連，控制寄生電容大小，設(shè)計(jì)連接硬件元件電路。軟件部分，計(jì)算艦船位置導(dǎo)航信息，設(shè)定艦船無線通信模式，完成艦船導(dǎo)航信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，以硬件元件控制的導(dǎo)航信息為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用 2 種傳統(tǒng)信息系統(tǒng)與文中設(shè)計(jì)的信息系統(tǒng)對(duì)比，結(jié)果表明，文中設(shè)計(jì)的信息系統(tǒng)得到的姿態(tài)角誤差最小。
關(guān)鍵詞：無線通信技術(shù);導(dǎo)航信息;寄生電容;通信模式
0 引 言
船舶導(dǎo)航系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)及無線通信技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)艦船位置、方向信息進(jìn)行綜合處理，快速計(jì)算分析出航行環(huán)境信息[ 1 ]。隨著艦船通信導(dǎo)航設(shè)備不斷增加，艦船導(dǎo)航信息系統(tǒng)承載的信息量不斷上升，提高了艦船信息系統(tǒng)對(duì)信息處理能力的要求，為此設(shè)計(jì)一種無線通信技術(shù)的艦船導(dǎo)航信息系統(tǒng)。國外針對(duì)艦船導(dǎo)航系統(tǒng)研究起步較早，早在 20 世紀(jì) 70 年代就已將艦船的儀表集中在一起，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各項(xiàng)導(dǎo)航設(shè)備連接在一起進(jìn)行信息互通。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，國外已形成綜合程度較高的艦船導(dǎo)航信息系統(tǒng)。國內(nèi)研究艦船導(dǎo)航信息系統(tǒng)起步較晚，與國外的設(shè)計(jì)水平相比，現(xiàn)今的導(dǎo)航信息顯示臺(tái)的集成度不高，為此研究無線通信技術(shù)的艦船導(dǎo)航信息系統(tǒng)很有必要。
1 艦船導(dǎo)航信息系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1.1 設(shè)計(jì)慣性導(dǎo)航平臺(tái)
慣性導(dǎo)航平臺(tái)由加速度計(jì)、陀螺穩(wěn)定平臺(tái)以及導(dǎo)航計(jì)算機(jī)構(gòu)成，陀螺穩(wěn)定平臺(tái)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)陀螺穩(wěn)定平臺(tái)，在穩(wěn)定平臺(tái)上裝置 3 個(gè)加速度計(jì)，設(shè)計(jì)的慣性導(dǎo)航平臺(tái)的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)采用內(nèi)置微型導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度計(jì)算機(jī)，控制顯示器選用液晶顯示屏，液晶顯示屏的點(diǎn)陣參數(shù)為 128×64，穩(wěn)定回路中采用一個(gè)星敏感器 ， 敏感器內(nèi)置一個(gè)型號(hào) 為 PIC12F675 的單片機(jī)，外部連接一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，利用單片機(jī)的輸入輸出口，直接驅(qū)動(dòng)慣性導(dǎo)航平臺(tái)的運(yùn)行[2]。模數(shù)轉(zhuǎn)換器并聯(lián)一個(gè)計(jì)程儀，計(jì)程儀與 AIS 導(dǎo)航設(shè)備相連，導(dǎo)航設(shè)備串聯(lián)一個(gè)海上氣象儀。在設(shè)計(jì)慣性導(dǎo)航平臺(tái)后，設(shè)計(jì)硬件元件的連接電路，完成信息系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)。
1.2 硬件連接電路
設(shè)計(jì)硬件連接電路時(shí)，采用外接晶體振蕩模式，設(shè)置晶振參數(shù)為 16 MHz，起振電容參數(shù)為 30pF。將單片機(jī)內(nèi)部鎖相環(huán)的頻率設(shè)置為 85 MHz，電路的 PCB 板將時(shí)鐘電路與單片機(jī)的時(shí)鐘引腳相連，減少連接過程中產(chǎn)生的寄生電容，維持系統(tǒng)硬件運(yùn)行穩(wěn)定，在單片機(jī) 34 的引腳處，連接一個(gè)電阻，電阻與引腳 34 直接連接電壓值為 5V 的直流電源，此時(shí)時(shí)鐘電路內(nèi)部保持穩(wěn)定的電壓，引腳 35 并聯(lián)一個(gè)二極管，二極管幫助信息系統(tǒng)在掉電后維持電容續(xù)流放電，維持導(dǎo)航信息系統(tǒng)的復(fù)位過程。綜合上述處理，完成對(duì)艦船導(dǎo)航信息系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。
3 仿真實(shí)驗(yàn)
3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備
為了驗(yàn)證文中設(shè)計(jì)艦船導(dǎo)航信息系統(tǒng)的性能，在以太網(wǎng)絡(luò)中，搭建一個(gè)系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境。其中，調(diào)用相同硬件設(shè)施工作，采集硬件元件控制的導(dǎo)航信息作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用 2 種傳統(tǒng)艦船導(dǎo)航信息系統(tǒng)與設(shè)計(jì)的艦船導(dǎo)航信息系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)比 3 種導(dǎo)航信息系統(tǒng)的性能。
3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
基于上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，設(shè)定艦船在導(dǎo)航地圖中的拋錨點(diǎn)及船舶的位置，對(duì)比 3 種信息系統(tǒng)在艦船地圖中所監(jiān)視的半徑大小，結(jié)果如圖 1 所示。
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由圖 1 所示的監(jiān)視半徑結(jié)果可知，傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的監(jiān)視半徑為 80 m，對(duì)艦船拋錨點(diǎn)監(jiān)視范圍最小。傳統(tǒng)信息系統(tǒng) 2 得到的監(jiān)視半徑為 120 m，監(jiān)視半徑較大，而文中設(shè)計(jì)的導(dǎo)航信息系統(tǒng)在拋錨點(diǎn)的監(jiān)測(cè)半徑為 200 m，在 3 種信息檢測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)拋錨點(diǎn)的監(jiān)測(cè)范圍最大，能夠最大范圍地監(jiān)測(cè)半徑范圍內(nèi)的阻礙艦船航行的障礙，保證艦船航行過程的安全。
保持上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境不變，假設(shè)艦船在靜止 1 h 后，勻速加速到東向 15 m/s，加速度為 1 m2 /s，保持該種行駛狀態(tài) 1 h 后，保持勻速行駛 4 h，數(shù)據(jù)服務(wù)器采集該段行駛過程中艦船姿態(tài)角度，并作為標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)角數(shù)值。將該過程采集的艦船姿態(tài)角作為對(duì)比目標(biāo)，記錄并匯總 3 種信息系統(tǒng)得到的艦船姿態(tài)角數(shù)值，計(jì)算 3 種信息系統(tǒng)產(chǎn)生的姿態(tài)角數(shù)值誤差，以 x 軸方向的姿態(tài)點(diǎn)誤差為對(duì)比對(duì)象，誤差結(jié)果如表 1所示。
由表 1 所示艦船姿態(tài)角誤差結(jié)果可知，3 種信息系統(tǒng)均存在不同程度艦船姿態(tài)角的誤差，由姿態(tài)角誤差數(shù)值可知，傳統(tǒng)信息系統(tǒng) 1 得到的姿態(tài)角誤差最大，平均誤差數(shù)值在 0.36°左右，傳統(tǒng)信息系統(tǒng) 2 得到的姿態(tài)角平均誤差數(shù)值在 0.23°左右，姿態(tài)角的誤差數(shù)值較小。而文中設(shè)計(jì)的信息系統(tǒng)得到的平均姿態(tài)角誤差為 0.06°左右，得到的艦船姿態(tài)角誤差最小。綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，與 2 種傳統(tǒng)信息系統(tǒng)相比，文中設(shè)計(jì)的信息系統(tǒng)能夠監(jiān)測(cè)大范圍的艦船航行環(huán)境，得到的艦船姿態(tài)角誤差最小，獲取的艦船導(dǎo)航信息全面且準(zhǔn)確，適合在實(shí)際中使用。
4 結(jié) 語
作為信息數(shù)據(jù)樞紐，艦船導(dǎo)航信息系統(tǒng)一直是重點(diǎn)研究對(duì)象。設(shè)計(jì)一種無線通信技術(shù)的艦船導(dǎo)航信息系統(tǒng)，能夠改善傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的不足，為艦船信息系統(tǒng)研究人員提供理論依據(jù)。 ——論文作者：劉 剛1，莫年發(fā)2
