發布時間：2021-03-16所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 導航信息系統硬件在使用無線通信技術進行信息傳輸時，硬件電路產生寄生電容，導致最終得到的艦船姿態角誤差過大，針對這一不足，設計一種無線通信技術的艦船導航信息系統。硬件部分設計慣性導航平臺，將 PCB 板時鐘電路與單片機的時鐘引腳相連，控制
摘 要: 導航信息系統硬件在使用無線通信技術進行信息傳輸時，硬件電路產生寄生電容，導致最終得到的艦船姿態角誤差過大，針對這一不足，設計一種無線通信技術的艦船導航信息系統。硬件部分設計慣性導航平臺，將 PCB 板時鐘電路與單片機的時鐘引腳相連，控制寄生電容大小，設計連接硬件元件電路。軟件部分，計算艦船位置導航信息，設定艦船無線通信模式，完成艦船導航信息系統的設計。搭建實驗環境，以硬件元件控制的導航信息為實驗對象，采用 2 種傳統信息系統與文中設計的信息系統對比，結果表明，文中設計的信息系統得到的姿態角誤差最小。
關鍵詞：無線通信技術;導航信息;寄生電容;通信模式
0 引 言
船舶導航系統以計算機及無線通信技術為基礎，對艦船位置、方向信息進行綜合處理，快速計算分析出航行環境信息[ 1 ]。隨著艦船通信導航設備不斷增加，艦船導航信息系統承載的信息量不斷上升，提高了艦船信息系統對信息處理能力的要求，為此設計一種無線通信技術的艦船導航信息系統。國外針對艦船導航系統研究起步較早，早在 20 世紀 70 年代就已將艦船的儀表集中在一起，利用網絡技術將各項導航設備連接在一起進行信息互通。隨著科學技術不斷發展，國外已形成綜合程度較高的艦船導航信息系統。國內研究艦船導航信息系統起步較晚，與國外的設計水平相比，現今的導航信息顯示臺的集成度不高，為此研究無線通信技術的艦船導航信息系統很有必要。
1 艦船導航信息系統硬件設計
1.1 設計慣性導航平臺
慣性導航平臺由加速度計、陀螺穩定平臺以及導航計算機構成，陀螺穩定平臺采用伺服電機驅動陀螺穩定平臺，在穩定平臺上裝置 3 個加速度計，設計的慣性導航平臺的結構，導航計算機采用內置微型導航系統的高精度計算機，控制顯示器選用液晶顯示屏，液晶顯示屏的點陣參數為 128×64，穩定回路中采用一個星敏感器 ， 敏感器內置一個型號 為 PIC12F675 的單片機，外部連接一個模數轉換器，利用單片機的輸入輸出口，直接驅動慣性導航平臺的運行[2]。模數轉換器并聯一個計程儀，計程儀與 AIS 導航設備相連，導航設備串聯一個海上氣象儀。在設計慣性導航平臺后，設計硬件元件的連接電路，完成信息系統硬件的設計。
1.2 硬件連接電路
設計硬件連接電路時，采用外接晶體振蕩模式，設置晶振參數為 16 MHz，起振電容參數為 30pF。將單片機內部鎖相環的頻率設置為 85 MHz，電路的 PCB 板將時鐘電路與單片機的時鐘引腳相連，減少連接過程中產生的寄生電容，維持系統硬件運行穩定，在單片機 34 的引腳處，連接一個電阻，電阻與引腳 34 直接連接電壓值為 5V 的直流電源，此時時鐘電路內部保持穩定的電壓，引腳 35 并聯一個二極管，二極管幫助信息系統在掉電后維持電容續流放電，維持導航信息系統的復位過程。綜合上述處理，完成對艦船導航信息系統的硬件設計。
3 仿真實驗
3.1 實驗準備
為了驗證文中設計艦船導航信息系統的性能，在以太網絡中，搭建一個系統測試環境。其中，調用相同硬件設施工作，采集硬件元件控制的導航信息作為實驗對象，采用 2 種傳統艦船導航信息系統與設計的艦船導航信息系統進行實驗，對比 3 種導航信息系統的性能。
3.2 實驗結果及分析
基于上述實驗準備，設定艦船在導航地圖中的拋錨點及船舶的位置，對比 3 種信息系統在艦船地圖中所監視的半徑大小，結果如圖 1 所示。
相關期刊推薦：《艦船科學技術》Ship Science and Technology(月刊)創刊時間：1979，是我國艦船科技領域唯一的綜合學術性期刊。主要刊登我國艦船科學技術與海軍裝備技術發展最新研究成果和學術理論方向的優秀論文。設有：數字造船;創新論壇 研究與探索;國外透視;科研管理;學術探討;科技擷萃;新產品介紹等欄目。
由圖 1 所示的監視半徑結果可知，傳統信息系統的監視半徑為 80 m，對艦船拋錨點監視范圍最小。傳統信息系統 2 得到的監視半徑為 120 m，監視半徑較大，而文中設計的導航信息系統在拋錨點的監測半徑為 200 m，在 3 種信息檢測系統中，對拋錨點的監測范圍最大，能夠最大范圍地監測半徑范圍內的阻礙艦船航行的障礙，保證艦船航行過程的安全。
保持上述實驗環境不變，假設艦船在靜止 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 1 h 后，保持勻速行駛 4 h，數據服務器采集該段行駛過程中艦船姿態角度，并作為標準姿態角數值。將該過程采集的艦船姿態角作為對比目標，記錄并匯總 3 種信息系統得到的艦船姿態角數值，計算 3 種信息系統產生的姿態角數值誤差，以 x 軸方向的姿態點誤差為對比對象，誤差結果如表 1所示。
由表 1 所示艦船姿態角誤差結果可知，3 種信息系統均存在不同程度艦船姿態角的誤差，由姿態角誤差數值可知，傳統信息系統 1 得到的姿態角誤差最大，平均誤差數值在 0.36°左右，傳統信息系統 2 得到的姿態角平均誤差數值在 0.23°左右，姿態角的誤差數值較小。而文中設計的信息系統得到的平均姿態角誤差為 0.06°左右，得到的艦船姿態角誤差最小。綜合上述實驗結果可知，與 2 種傳統信息系統相比，文中設計的信息系統能夠監測大范圍的艦船航行環境，得到的艦船姿態角誤差最小，獲取的艦船導航信息全面且準確，適合在實際中使用。
4 結 語
作為信息數據樞紐，艦船導航信息系統一直是重點研究對象。設計一種無線通信技術的艦船導航信息系統，能夠改善傳統信息系統的不足，為艦船信息系統研究人員提供理論依據。 ——論文作者：劉 剛1，莫年發2
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