1、第1卷第4期2006年8月中国舰船研究ChinesejournalofshipResearchVol.INo.4Aug.2006中小型舰艇综合导航系统研究施闻明章阳高建伟(青岛海军潜艇学院，山东青岛266071)摘要:舰艇航向、位置和姿态等导航信息直接影响舰艇的航行安全以及武备的使用效能。采用信息融合技术研究中小型舰艇综合导航系统，目的是以解决现役中小型舰艇导航设备信息获取分散，没有导航信息综合处理装置的问题，结合姿态传感器，为武备使用提供精确的姿态信息。介绍了中小型舰艇综合导航系统的组成、关键技术、技术优点以及最终达到的战技指标。仿真结果表明，使用该综合导航系统的舰艇在各个方面指标均优于未使
2、用该系统的舰艇，可见该系统可在一定程度上解决现役中小型舰艇装备独立测量、信息精度不高以及无姿态测量信息的问题，该系统可以保证舰艇的航行安全和武备的使用效能，因此具有较好的实用性和较高的军事价值。关键词:舰艇;综合导航;信息处理;信息融合;最优估计中图分类号iU666.11文献标识码:A文章编号:2673一3185(2006)04一56一02StudyontheIntegratedNavigationSystemofMedium一SizedandPint一SizedwarshiPsShi肠n一ming(NavalsubmarineZhangyangCaojian一留eiAcademy，Qingd
3、ao266071，China)Abstract:Thenavigationinformationofnavalvessels，suchascourse，positionandpose，willin-fluencesontheirsailingsafetyandefficientuseofweapons.Westudytheintegratednavigationsys-temofmedium一sizedandPint一sizedwarshipsbyusingtheinformationfusiontechnology，aimtosolvetheproblemsthatexistingmediu
4、m一sizedandpint一sizedwarshiPhavenoequipmentsforin-tegratingnavigationinformationandhavetoobtainthosefromvarioussources.Posesensorisusedtogiveaccurateposeinformationforfiringofweapons.ThePaPerintroducestheconstitutionoftheintegratednavigationsystem，keytechnologiesforintegratingdifferentsystems，aswella
5、stechnicalsuperiorityandoperationalcapabilitythattheycanbeachieved.SimulationresultshowsthatthetacticalperformanceofwarshiPwiththeintegratedsystemissuPeriortothatwithoutthissystemineveryrespect.ItisalsofoundthattheintegratednavigationsystemcouldsolvetheProblemsofsep-aratemeasuring，lowprecisioninform
6、ationandnoposeinformation.ItalsoguaranteesnavigationsafetytowarshiPsandefficiencytoweaPons.Keywords:ship;integratednavigation;dataprocess;informationfusion;optimumestimation舰艇的航行安全和武备的使用效能依赖于舰艇航向、位置及其航行姿态的测量精度，舰艇的航向和位置则主要由各种导航设备获取。现役的中小型舰艇上装备的导航设备主要有电罗经、计程仪、罗兰C、GPS、北斗导航仪、组合导航仪和测深仪等。目前这些导航设备获得的导航信息彼此
7、又是相对独立，只有通过人工方式才能获得“最优”的导航信息川。因此，航海人员的工作强度较大，不能适应现代航海的保障要求。若能将各导航设备提供的信息组合使用，取长补短，即采用综合导航系统则可以有效地提高中小型舰艇导航信息的适用率，提高导航信息的精度和可靠性一。目前，中小型舰艇面临无姿态信息的尴尬局面，利用姿态传感器一微加速度计直接测量舰艇姿态，为武备系统提供一定精度的姿态信息，可有效地提高打击精度。收稿日期:2006一05一24基金项目:海装列报项目2001装技字第388号。作者简介:施闻明(1982一)，男，硕士研究生，研究方向:载运工具运用工程。E一mail:Shiwenming一第4期施闻明
8、等:中小型舰艇综合导航系统研究1系统组成中小型舰艇综合导航系统(图1)主要针对由陀螺罗经、GPS、计程仪、罗兰C和姿态信息测量装置等获取的各种导航、姿态信息进行最优组合和估计，解算出最佳导航数据，并在简易电子海图上进行标识。硬件主要包括各导航设备、信息接口转换装置、导航计算机和电源;软件主要由导航数据融合、导航信息显示和反欺骗计算控制软件构成。2.3信息接口转换为了在技术上实现对综合导航系统信息进行处理，还需要对各导航设备输出进行转换接口设计，以适应导航计算机输人的需要，即依据不同的导航设备原有的输出接口形式，通过A/D转换器或串行通信电平转换器等硬件将各导航信息进行相应的转换，并输人计算机进
9、行信息处理。其中，对电罗经和计程仪，采用通过A/D转换器件进行数据采集后，串行通信电平转换成RS422口的输2关键技术2.1导航数据处理首先，采用鲁棒卡尔曼滤波对各导航数据进行滤波和状态估计，然后，结合不确定度、联邦滤波理论5，根据不同的需求进行数据融合计算，最终获得最优导航数据。2.2导航信息中的软欺骗识别1)利用转发式干扰机理，确定无线电导航接收机在遭受不同干扰时的干扰阀值。通过故障检测理论，对无线电导航信息中可能存在的转发式欺骗性干扰进行检测，从而解决无线电导航接收机对转发式欺骗性干扰的识别;2)采用时间序列分析法，对无线电导航输出信息进行监测，解决无线电导航接收机导航信息完备性检测问题
10、;3)采用“最优滤波估计”技术，对所接收到的各种导航信息进行多模式自适应估计、检测，以区别慢周期缓变化或短周期快变化的欺骗J性干扰，实现干扰的有效检测和报警。4战技指标经过为期4个月的陆上试验以及为期3个月的海上试验，得出以下性能指标数据:位置精度三120m适用范围90ON一90OS180oE一180OW首次定位时间25测量误差0.1“(航向)0.1。(姿态)MTBF全8000h冲击6岁5振动Q，19/(20一100)Hz相对湿度598%(45“C)1作温度一30oC一+65oC存储温度一40OC一+70OC数据刷新频率1次/s功耗IOOW目前，未使用综合导航系统的中小型舰艇能够达到的位置精度
11、在400一500m左右，测量误差也远大于使用该系统的舰艇。以上关键技术的采用在各个方面提高了导航信息使用的有效性及可靠性，从而提高了中小型舰艇的整体性能。因此，采用该系统有效提高了中小舰艇(下转第66页)66中国很好的抑制作用。舰船5研究第1卷平稳吻合图7为鳍角曲线，可以看到，鳍角的变化比较，而且没有超调，曲线形式与图1(b)完全结论针对零航速减摇鳍的特殊要求，选择了电伺服系统的驱动电机和主电路，对电伺服系统进行了整体设计，仿真结果表明，基于永磁同步电机的伺服系统具有良好的动态性能，完全可以满足零航速减摇鳍的特殊要求。参考文献1甲的P川/侧圳厌得排缨望龙00石11_522.52图6采用非线性PID时的减摇鳍转动角速度，.J工.IJ，J4resLL.L“04020P尽暇智0511527图7鳍角仿真曲线00MSJTheuseofrollstabilizerfinsatzerospeed:Project2002EB/OL.Amsterdam:2002【2006一7一17.http:/
