CN105928523B - 一种消除航迹仪累积误差的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消除航迹仪累积误差的方法，包括如下步骤：1)将绘笔的位置定位于海图零位；2）设定清除累积误差的时间间隔；3）航迹仪计算出移笔脉信息（X，Y）；4）开始移笔；5）从起点开始进行计时；6）若时间间隔未到达，则重复步骤3）—步骤5）；7）若时间间隔到达，则计算出从起点到当前点的直接移笔脉冲信息（XX，YY）；8）得到总的移笔脉冲信息（X’，Y’）；9）得到累积误差移笔脉冲信息（ΔX，ΔY），并根据累积误差移笔脉冲信息（ΔX，ΔY）进行误差补偿移笔；10）绘笔到达目标点后，重复步骤3）—10），直至本次标绘作业结束。本发明能够有效减小或消除航迹仪的累积误差，提高航迹仪的标绘精度。

Description

一种消除航迹仪累积误差的方法
技术领域
本发明涉及航迹仪技术领域，尤其涉及一种消除航迹仪累积误差的方法。
背景技术
航迹仪是舰船实时标绘海图、自动完成海图作业的导航设备。在航迹仪研制过程中，通过提高各个传动零件的精度，以及采用合理的海图标绘解算数学模型，航迹仪绘图精度有了长足的进步，其标绘精度可达到常用海图全图幅(980mm)的0.2％，即约2mm。标绘精度是航海人员非常重视的一个技术指标，直接关系到航海的安全和武器的发射命中率。
随着现代技术的发展，现代舰船对航迹仪的精度要求越来越高，动态标绘精度要求达到小于常用海图全图幅的0.1％，即约1mm。传统航迹仪采用固定标绘参数，通过提高传动零件的精度，其标绘精度对一小部分海图而言，可以达到要求；但对绝大多数海图来说，无法达到此标准。
通过对实际海图的研究发现，造成航迹仪标绘产生误差的一大重要因素为：累积误差，航迹仪是依靠电机脉冲向X、Y向移动，移动的距离是以X、Y向的脉冲数来表示，以左下角作为海图零位，依据海图类型和海图方向取正负值，一般经纬度增量方向取正值，即目标点比当前点经度大，X向取正值，同理，目标点比当前点纬度大，Y向取正值。航迹仪每次移笔都必须转化为X、Y向电机脉冲数，必须要进行四舍五入来取整数的电机脉冲值，虽然对此有补偿算法，但是累积误差是不可能完全消除，是不可避免而存在的。因而，如何提供一种消除累积误差而提高航迹仪精度的方法是本领域技术人员研究的方向。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种消除航迹仪累积误差的方法，能够有效减小或消除航迹仪的累积误差，提高航迹仪的标绘精度。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是这样的：一种消除航迹仪累积误差的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将绘笔的位置定位于海图零位，使绘笔初始位置(dx0,dy0)置0；
2)设定清除累积误差的时间间隔为t；
3)航迹仪根据设定的位置采集时间间隔m接收GPS采集到的位置信息，根据起点和目标点的经度、纬度信息，利用海图标绘数学模型计算出从起点到目标点的移笔脉信息(X，Y)；其中，X为正值表示向右移动，X为负值表示向左移动，Y为正值表示向上移动，Y为负值表示向下移动；
4)根据步骤3)所得到的移笔脉冲信息开始移笔；
5)从起点开始进行清除累积误差时间计时，检测清除累积误差时间间隔是否到达；
6)若清除累积误差时间间隔未到达，则重复步骤3)—步骤5)；
7)若清除累积误差时间间隔到达，则利用海图标绘数学模型计算出从起点到当前点的直接移笔脉冲信息(XX，YY)；
8)将从起点移动到当前点过程中的每次移笔脉冲信息相叠加，得到总的移笔脉冲信息(X’，Y’)；
9)将从起点到当前点的直接移笔脉冲信息(XX，YY)减去从起点到当前点的总移笔脉冲信息(X’，Y’)，得到累积误差移笔脉冲信息(ΔX，ΔY)，并根据累积误差移笔脉冲信息(ΔX，ΔY)进行误差补偿移笔；从而消除本次移笔过程中的累积误差；
10)绘笔到达目标点后，以本次绘笔移动的终点为起点，重复步骤3)—10)，直至本次标绘作业结束。
进一步地，步骤3)和步骤7)中，所述海图标绘数学模型为：舰船从A点(φ1，λ1)航行一段距离后到达B点(φ2，λ2)时，舰船的位置增量(Δφ，Δλ)换算成海图上的位置增量(Δx，Δy)的计算过程为：
式中e—地球椭球体偏心率，e2＝0.006693421623；
a—地球椭球体半长轴，a＝637824500cm；
φz—基准纬度；
φm—平均纬度，φm＝(φ1+φ2)/2；
Mc—赤道比例尺，Mc＝cosφ2/[Mz(1-e2sin2φz)1/2]；
Mz—海图比例尺分母。
所述移笔脉冲数X,、Y计算方法为：
式中Mhx、Mhy分别为x、y方向脉冲当量，分别表示一个脉冲在x、y方向移动的距离。
依据海图类型和海图方向对X、Y取正负值，一般经纬度增量方向取正值，即目标点比当前点经度大，X向取正值，同理，目标点比当前点纬度大，Y向取正值。
进一步地，清除累积误差的时间间隔为t为位置采集时间间隔m的整数倍。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、能有效消除航迹仪累积标绘误差，提高航迹仪的精度，使得航迹仪长时间标绘的的标绘精度能达到要求。
2、本发明只需通过设计标绘软件就可得到实现，不需要对传统航迹仪结构方法进行修改，在保证产品成本的基础上，提高航迹仪标绘精度，提高了产品可靠性。
3、本发明涉及的操作简单、方便，不会给使用者增加更多的工作负担。
附图说明
图1为本发明的原理流程图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
实施例：参见图1，一种消除航迹仪累积误差的方法，标绘前，先将需要使用的海图按规定铺放于航迹仪上，并使海图上选定的零位与航迹仪零位光点重合，海图的X、Y轴分别与航迹仪的X、Y轴对齐；然后将海图基本信息输入航迹仪中，海图基本信息通过查看海图即可得知。所述海图基本信息包括：海图图号、基准纬度φz、比例尺分母Mz、海图零点(φ0，λ0)。航行过程中，舰船的实际位置的纬度和经度信息由GPS定位系统自动获取。
具体标绘过程，包括如下步骤：
1)将绘笔的位置定位于海图零位，使绘笔初始位置(dx0,dy0)置0。
2)设定清除累积误差的时间间隔为t；为更好地进行减少误差，该清除累积误差的时间间隔为t为位置采集时间间隔m的整数倍。
3)航迹仪根据设定的位置采集时间间隔m(通常为4s，即每隔4s一次)接收GPS采集到的位置信息；根据起点和目标点的经度、纬度信息，利用海图标绘数学模型计算出从起点到目标点的移笔脉信息(X，Y)。移笔脉冲信息为矢量信息，包括移笔脉冲数量和移笔方向；其中，X为正值表示向右移动，X为负值表示向左移动，Y为正值表示向上移动，Y为负值表示向下移动。
4)根据步骤3)所得到的移笔脉冲信息开始移笔。
5)从起点开始进行清除累积误差时间计时，检测清除累积误差时间间隔是否到达。
6)若清除累积误差时间间隔未到达，则重复步骤3)—步骤5)。
7)若清除累积误差时间间隔到达，则利用海图标绘数学模型计算出从起点到当前点的直接移笔脉冲信息(XX，YY)。
8)将从起点移动到当前点过程中的每次移笔脉冲信息相叠加，得到总的移笔脉冲信息(X’，Y’)；具体叠加过程中，分别将X方向的移笔脉冲信息和Y方向的移笔脉冲信息相叠加。
9)将从起点到当前点的直接移笔脉冲信息(XX，YY)减去从起点到当前点的总移笔脉冲信息(X’，Y’)，得到累积误差移笔脉冲信息(ΔX，ΔY)，并根据累积误差移笔脉冲信息(ΔX，ΔY)进行误差补偿移笔；从而消除本次移笔过程中的累积误差。
10)绘笔到达目标点后，以本次绘笔移动的终点为起点，重复步骤3)—10)，直至本次标绘作业结束。
具体实施时，所述海图标绘数学模型为：舰船从A点(φ1，λ1)航行一段距离后到达B点(φ2，λ2)时，舰船的位置增量(Δφ，Δλ)换算成海图上的位置增量(Δx，Δy)的计算过程为：
式中e—地球椭球体偏心率，e2＝0.006693421623；
a—地球椭球体半长轴，a＝637824500cm；
φz—基准纬度；
φm—平均纬度，φm＝(φ1+φ2)/2；
Mc—赤道比例尺，Mc＝cosφ2/[Mz(1-e2sin2φz)1/2]；
Mz—海图比例尺分母。
所述移笔脉冲数X,、Y计算方法为：
式中Mhx、Mhy分别为x、y方向脉冲当量，分别表示一个脉冲在x、y方向移动的距离。
依据海图类型和海图方向对X、Y取正负值，一般经纬度增量方向取正值，即目标点比当前点经度大，X向取正值，同理，目标点比当前点纬度大，Y向取正值。
作为一种具体实施方式，以起点为海图零位为例，从绘笔从海图零位移动开始进行清除累积误差时间间隔t计时，绘笔根据GPS采集的位置信息进行移笔，每隔位置采集时间间隔m移动一次，直到移笔时间与清除累积误差时间间隔t相等，进行一次累积误差消除。该消除过程为：将清除累积误差时间间隔t到达时刻的位置记为N(dxn，dyn)，根据海图标绘数学模型计算出从起点(海图零位)到当前点N(dxn，dyn)的直接移笔脉冲信息(XX，YY)，同时，将绘笔从起点(海图零位)到当前点N(dxn，dyn)的实际移笔脉冲信息叠加(X’，Y’)，其中，X’＝X1+X2+…+Xn，Y’＝Y1+Y2+…+Yn。然后，将直接计算得到的移笔脉冲信息与实际的总移笔脉冲信息相减，得到误差移笔脉冲信息(ΔX，ΔY)，其中，ΔX＝XX-X’，ΔY＝YY-X’。最后，绘笔根据该误差移笔脉冲信息(ΔX，ΔY)进行误差补偿移笔，从而进行t时间段内的累积误差消除。
移笔完成后，以位置N(dxn，dyn)为新的起点，重复进行上述操作，直至本次海航标绘作业结束。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种消除航迹仪累积误差的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将绘笔的位置定位于海图零位，使绘笔初始位置(dx0,dy0)置0；
2)设定清除累积误差的时间间隔为t；
3)航迹仪根据设定的位置采集时间间隔m接收GPS采集到的位置信息，根据起点和目标点的经度、纬度信息，利用海图标绘数学模型计算出从起点到目标点的移笔脉信息(X，Y)；其中，X为正值表示向右移动，X为负值表示向左移动，Y为正值表示向上移动，Y为负值表示向下移动；
4)根据步骤3)所得到的移笔脉冲信息开始移笔；
5)从起点开始进行清除累积误差时间计时，检测清除累积误差时间间隔是否到达；
6)若清除累积误差时间间隔未到达，则重复步骤3)—步骤5)；
7)若清除累积误差时间间隔到达，则利用海图标绘数学模型计算出从起点到当前点的直接移笔脉冲信息(XX，YY)；
8)将从起点移动到当前点过程中的每次移笔脉冲信息相叠加，得到总的移笔脉冲信息(X’，Y’)；
9)将从起点到当前点的直接移笔脉冲信息(XX，YY)减去从起点到当前点的总移笔脉冲信息(X’，Y’)，得到累积误差移笔脉冲信息(ΔX，ΔY)，并根据累积误差移笔脉冲信息(ΔX，ΔY)进行误差补偿移笔；从而消除本次移笔过程中的累积误差；
10)绘笔到达目标点后，以本次绘笔移动的终点为起点，重复步骤3)—10)，直至本次标绘作业结束。
2.根据权利要求1所述的一种消除航迹仪累积误差的方法，其特征在于：所述海图标绘数学模型为：舰船从A点(φ1，λ1)航行一段距离后到达B点(φ2，λ2)时，舰船的位置增量(Δφ，Δλ)换算成海图上的位置增量(Δx，Δy)的计算过程为：
式中e—地球椭球体偏心率，e2＝0.006693421623；
a—地球椭球体半长轴，a＝637824500cm；
φz—基准纬度；
φm—平均纬度，φm＝(φ1+φ2)/2；
Mc—赤道比例尺，Mc＝cosφ2/[Mz(1-e2sin2φz)1/2]；
Mz—海图比例尺分母；
所述移笔脉冲数X,、Y计算方法为：
式中Mhx、Mhy分别为x、y方向脉冲当量，分别表示一个脉冲在x、y方向移动的距离；
依据海图类型和海图方向对X、Y取正负值，一般经纬度增量方向取正值，即目标点比当前点经度大，X向取正值，同理，目标点比当前点纬度大，Y向取正值。
3.根据权利要求1所述的一种消除航迹仪累积误差的方法，其特征在于：清除累积误差的时间间隔t为位置采集时间间隔m的整数倍。
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