船舶导航应用.ppt

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21世纪船舶集成导航系统二、二、船舶导航发展存在的问题船舶导航发展存在的问题一、一、船舶导航发展历史及现状船舶导航发展历史及现状三、三、船舶集成导航系统船舶集成导航系统四、四、总结与展望总结与展望一、一、船舶导航发展历史及现状船舶导航发展历史及现状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船舶导航发展历史船舶导航发展历史一、船舶导航发展历史及现状一、船舶导航发展历史及现状机械式计程仪机械式计程仪司南司南六分仪六分仪多普勒计程仪多普勒计程仪AIS一体机一体机激光陀螺仪激光陀螺仪船载船载GPS终端终端2121世纪，各种船舶导航系统有的已经或者将要被淘汰（世纪，各种船舶导航系统有的已经或者将要被淘汰（LORAN-ALORAN-A、OMEGAOMEGA）；）；有的被保留有的被保留,不断改进、发展（陀螺罗经、计程仪、雷达等）。

不断改进、发展（陀螺罗经、计程仪、雷达等）。

新出现并蓬勃发展的导航技术：

新出现并蓬勃发展的导航技术：

船载船载GPSGPS、电子海图显示与信息系统电子海图显示与信息系统ECDISECDIS、船载自动识别系统、船载自动识别系统AISAIS、船载航行数据记录仪、船载航行数据记录仪VDRVDR等。

等。

船载雷达天线船载雷达天线一、船舶导航发展历史及现状一、船舶导航发展历史及现状现现状状二、二、船舶导航发展存在的问题船舶导航发展存在的问题1111）传统各种单项导航技术的优劣势）传统各种单项导航技术的优劣势）传统各种单项导航技术的优劣势）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自优缺点也已明显地表现出来：

现出来：

优势优势劣势劣势惯性导航惯性导航自主式导航系统，不受外界干扰，自主式导航系统，不受外界干扰，相对精度比较高，有非常好的短相对精度比较高，有非常好的短期精度和稳定性，且隐蔽性好期精度和稳定性，且隐蔽性好误差随时间而积累，加温时间和初始对准误差随时间而积累，加温时间和初始对准时间也较长，且成本昂贵时间也较长，且成本昂贵GPSGPS全球卫全球卫星导航星导航定位精度高，全球、全天候，能定位精度高，全球、全天候，能连续定位连续定位需要复杂定位设备，非自主式，受制于人，需要复杂定位设备，非自主式，受制于人，当前我们只能接收民用的当前我们只能接收民用的C/AC/A码，战时很码，战时很难保证能正常使用难保证能正常使用无线电导航无线电导航定位误差不随时间积累定位误差不随时间积累但易受外界干扰、易被发现，需导航台站但易受外界干扰、易被发现，需导航台站天文导航天文导航用于用于船舶易受气船舶易受气象、云层、昼夜影响象、云层、昼夜影响二、船舶导航发展存在的问题二、船舶导航发展存在的问题INS（IntegratedNavigationSystem）：

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”2222）组合导航）组合导航）组合导航）组合导航INS/IBSINS/IBSINS/IBSINS/IBS及其局限性及其局限性及其局限性及其局限性由于单一导航系统各具优劣势，由于单一导航系统各具优劣势，组合导航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。

二、船舶导航发展存在的问题二、船舶导航发展存在的问题功能：

系统经过标准口输出功能：

系统经过标准口输出最佳的船位经纬度、航向、航速最佳的船位经纬度、航向、航速等数据给等数据给其他导航系统；可以减轻值班驾驶员的其他导航系统；可以减轻值班驾驶员的辛苦。

辛苦。

局限：

由于船舶间未提供数据局限：

由于船舶间未提供数据自动传输自动传输的的通信系统通信系统，其优化的数据，其优化的数据不不能用于避免船舶间避能用于避免船舶间避碰碰。

IBS（IntegratedBridgeSystem）：

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。

IBSIBS系统系统集导航、控制、显示、监视、集导航、控制、显示、监视、通通信、管理信、管理等诸多功能于等诸多功能于一体，实现一体，实现航行航行自自动化，提高动化，提高航行航行安全性、经济性安全性、经济性与与有效性。

有效性。

二、船舶导航发展存在的问题二、船舶导航发展存在的问题功能：

可以设计功能：

可以设计最佳航线最佳航线，并且根据经优化处理的船位信息不断检，并且根据经优化处理的船位信息不断检测风、流、浪等随机干扰的影响，测风、流、浪等随机干扰的影响，调整修改操船措施调整修改操船措施,以保证船舶航行以保证船舶航行在安全、经济的航线上。

在安全、经济的航线上。

局限局限局限局限：

最佳航线的：

最佳航线的设计设计，中长期，中长期天气、海况预报准确性天气、海况预报准确性的问题尚待的问题尚待进一步开发和进一步开发和解决。

解决。

导航导航专家系统专家系统二、船舶导航发展存在的问题二、船舶导航发展存在的问题功能：

包括功能：

包括船位信息采集和处理船位信息采集和处理；建立知识库；建立知识库；编制避让方案编制避让方案；船舶；船舶间间通信通信等部分；使系统在掌握足够信息的前提下，及时正确判断会等部分；使系统在掌握足够信息的前提下，及时正确判断会遇遇态势，进行碰危评估，运用建立的知识库，确定最佳避让态势，进行碰危评估，运用建立的知识库，确定最佳避让措施。

措施。

局限局限：

雷达、雷达、ARPAARPA信息及功能的缺陷信息及功能的缺陷：

采集的雷达目标信息有限：

采集的雷达目标信息有限,并且容并且容易受气象、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，导致可靠性下降，导致ARPAARPA跟踪目标丢失率高；跟踪目标丢失率高；通信障碍问题通信障碍问题：

船舶间通信由于频道拥挤、人工操作通信方式以：

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。

避碰避碰专家系统专家系统二、船舶导航发展存在的问题二、船舶导航发展存在的问题3333）设备集成设备集成设备集成设备集成导航的特点及其局限性导航的特点及其局限性导航的特点及其局限性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1.1.相同的传感器输入接口要求，提供相同的相同的传感器输入接口要求，提供相同的传感信息传感信息，如，如:

船位经船位经纬度、航向、航速、水深、风速、风向、流向、流速等纬度、航向、航速、水深、风速、风向、流向、流速等2.2.相同的相同的综合信息优化处理综合信息优化处理3.3.相同的相同的终端显示内容终端显示内容，包括电子海图显示、导航定位、雷达图，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象与子海图叠加显示等4.4.类同的类同的报警报警及打印记录及打印记录在设备集成的各种系统中，子系统重复配置在设备集成的各种系统中，子系统重复配置各种设备界面分散，操纵使用繁杂各种设备界面分散，操纵使用繁杂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，影响集成系统的性能二、船舶导航发展存在的问题二、船舶导航发展存在的问题需要新型船舶集成导航系统需要新型船舶集成导航系统三、三、船舶集成导航系统船舶集成导航系统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三、船舶集成导航系统三、船舶集成导航系统11）构造新型集成导航系统的）构造新型集成导航系统的必要性必要性22）“技术集成技术集成”构造新型集成导航系统的构造新型集成导航系统的可能性可能性导航导航设备设备的发展的发展趋势趋势：

已经出现了系统综合应用趋势，包括：

已经出现了系统综合应用趋势，包括移动通信移动通信、导航、组合导航与数据船桥等一体化应用导航、组合导航与数据船桥等一体化应用组合导航系统组合导航系统INSINS、IBSIBS的发展特点和的发展特点和趋势趋势：

已经都在融入新发展的技术，：

已经都在融入新发展的技术，如如电子海图显示技术电子海图显示技术ECDISECDIS、具有航行专家系统的智能自动航行系统，、具有航行专家系统的智能自动航行系统，以及以及船载自动识别船载自动识别技术技术AISAIS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33）新型集成导航）新型集成导航系统构成原理系统构成原理三、船舶集成导航系统三、船舶集成导航系统PC终端显示终端显示自适应数控自自适应数控自动舵动舵打印机打印机输输出出设设备备输入传感器及接口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。

船位船位：

GPS接收机、DGPS、GLONASS、GNSS航向航向：

由陀螺罗经头提供航速航速：

由计程头提供水深水深：

由测深头提供的实时水深数据无线电导航系统无线电导航系统：

由LORAN-C、DECCA接入导航数据气象海况气象海况：

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无线接入网络网络下载的海洋气象数据风向、风速风向、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雷达图象及ARPAARPA数据数据：

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中央处理机，由后者实现雷达及ARPA的诸功能；引擎数据引擎数据：

主机回转速率与螺旋桨螺距数据，送入中央处理器；通信通信：

卫星C站用于传输ENC改正数据及其他安全业务通信；VHFVHF：

用于传输AIS信息。

综合探测综合探测统一处理统一处理实时通信实时通信三、船舶集成导航系统三、船舶集成导航系统三、船舶集成导航系统三、船舶集成导航系统中央处理机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、处理与传送控制系统控制软件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、管理和控制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：

11）导航导航信息信息组合优化处理组合优化处理与管理软件与管理软件各种导航仪硬件各种导航仪硬件接口软件接口软件：

完成数据接收,优化船位滤波处理以获得船位的最佳估计雷达数据雷达数据-PC-PC接口接口卡软件卡软件：

完成雷达回波信号相关处理并