CN107422344B - 支持深潜器的科考船动力定位系统结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持深潜器的科考船动力定位系统结构，包括传感器系统模块、控制系统模块、推进器系统模块、动力及电源系统模块，传感器系统模块通过传输总线连接所述控制系统模块，传感器系统模块包括位置参照传感器系统模块，该位置参照传感器系统模块包括两台北斗卫星定位终端、一台GPS定位终端、两台SeaSTAR DGPS定位终端、和一台SeaPATH GPS定位导航终端；控制系统模块，其可从前驾操控台、后驾操控台、独立操作杆机构及动力定位操控机构独立对科考船进行定位操控，该前驾操控台上设置有选择开关组可切换操控。本案的动力定位系统结构，各定位终端相互冗余，定位精度高，定位持续性和稳定性保证，可从多方位来操控科考船的定位，有利于控制定位精度。

Description

支持深潜器的科考船动力定位系统结构

技术领域

本发明涉及一种动力定位系统，尤其涉及一种支持深潜器的科考船动力定位系统结构。

背景技术

长期以来，船舶在近浅海和内陆水域里作业时，都是采用抛锚技术来保持船位在水面上相对稳定。抛锚时，锚可牢固地抓住水下的固定物体(陆基)以保持船位稳定，一旦锚通过锚链将船位固定后，船上的推进设备及其辅助设施和相应的控制系统便停止运行，船舶完全处于停电、停油、停气的工况。

随着人们对海洋资源的不断开发和探索范围的不断扩展，科考船、浮式储油装置、钻井平台等深海作业系泊方式日益受到重视，但随着水深的增加，传统的锚泊方式无法满足这些特种船舶在深水海域的系泊问题，依靠船舶自身的动力来定位的方式DPS定位(DPS是Dynamic Positioning System的缩写，即动力定位系统，也简称DP)逐渐成为深海油气生产、科学考察的主要选择。DP定位系统经历了早期的DP-1、DP-2级别的发展后基本能满足一般的深海科考。

但是，要在全球海域下科考，科考船会受到更多外在因素的影响，如：政治因素、海域环境因素、卫星定位误差、潜器下潜精度等，因此，DP-3级的动力定位系统对系统的安全性、可靠性、稳定性及持续性都提出了更为苛刻的要求，但现阶段，大多数DP-3级别的动力定位系统由于定位精度不够、冗余不足无法保证深海作业的持续性、应急处理能力低下，操控复杂繁琐等原因，还是达不到能在全球海域下科考的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种支持深潜器的科考船动力定位系统结构，其位置参照传感器系统模块包括的五套定位终端定位精度高，且可相互冗余，定位持续性和稳定性有保证，该本案的支持深潜器的科考船动力定位系统结构还可从前驾操控台、后驾操控台、独立操作杆机构、及动力定位操控机构这些不同的方位来操控科考船的定位动作，有利于控制科考船的定位精度。

本发明是通过以下技术方案实现的：支持深潜器的科考船动力定位系统结构，包括传感器系统模块、控制系统模块、动力及电源系统模块、推进器系统模块，所述传感器系统模块、动力及电源系统模块、推进器系统模块分别通过传输总线连接所述控制系统模块，所述传感器系统模块包括位置参照传感器系统模块、船姿传感器系统模块、陀螺罗经系统模块及风速风向传感器系统模块，所述位置参照传感器系统模块、船姿传感器系统模块、陀螺罗经系统模块及风速风向传感器系统模块，分别通过传输总线与所述控制系统模块连接，该传感器系统模块中，位置参照传感器系统模块提供科考船的位置信息，船姿传感器系统模块提供科考船的船舶姿态信息，陀螺罗经系统模块提供科考船的艏向及航向信息，风速风向传感器系统模块提供实时的风速及风向信息，这些信息传输至控制系统模块，经过控制系统模块中的中央处理器计算处理后，输出相应控制指令给推进器系统模块，并为推进器系统模块中的各个推进器分配推进功率及推进方向，使得科考船可自动矫正位移偏差，保证科考船的稳定与精确定位。其中：

所述位置参照传感器系统模块，其包括两台北斗卫星定位终端、一台GPS定位终端、两台SeaSTAR DGPS定位终端(SeaSTAR为厂家型号，DGPS是英文Differential GlobalPositioning System的缩写，即差分全球定位系统)、和一台SeaPATH GPS定位导航终端(SeaPATH为厂家型号，GPS是英文Global Positioning System的缩写，即全球定位系统)，其中两台北斗卫星定位终端共用一个信号分配接口来接入所述传输总线，其他的一台GPS定位终端、两台SeaSTAR DGPS定位终端、和一台SeaPATH GPS定位导航终端分别通过各自的一个信号分配接口连接所述传输总线，形成共有六台定位终端、五个信号分配接口连接传输总线的结构；

所述控制系统模块，其包括设置在驾驶室首部的前驾操控台、设置在驾驶室尾部的后驾操控台、设置在驾驶室外左舷和右舷位置的独立操作杆机构、设置在驾驶室中部和会商室内的动力定位操控机构，所述前驾操控台上设置有选择开关组，以便在前驾操控台、后驾操控台、独立操作杆机构及动力定位操控机构之间切换。

进一步，所述动力定位操控机构，其包括设置在驾驶室中部的第一动力定位操控台和第二动力定位操控台、及设置在会商室内的第三动力定位操控台，该第一动力定位操控台、第二动力定位操控台与第三动力定位操控台之间按消防标准A-60级别隔离，该第一动力定位操控台内设置有第一控制站、第二动力定位操控台内设置有第二控制站、第三动力定位操控台内设置有第三控制站，所述第一控制站、第二控制站和第三控制站分别与传输总线连接且各自具有独立的中央处理器，所述第三控制站连接有报警打印机。

进一步，所述选择开关组设置在所述前驾操控台的操作面板上，其包括依次排列的第一选择开关、第二选择开关及第三选择开关，所述第一选择开关，其为五模式选择开关，该五模式为：

AUTO模式：其为自动控制模式；

FU模式：其为手轮控制的跟随模式；

NFU模式：其为手轮控制的非跟随模式；

JS模式：其为独立操作杆机构操控模式；

DP模式：其为动力定位操控机构操控模式。

进一步，所述第二选择开关，其为前驾操控台和后驾操控台的切换开关，该第二选择开关设置有第一档位和第二档位，当第二选择开关打在第一档位上时，科考船由前驾操控台操控定位；当第二选择开关打在第二档位上时，科考船由后驾操控台操控定位。

进一步，所述第三选择开关，其为同步或异步选择开关，其为所述前驾操控台或后驾操控台的NFU模式提供同步或异步的操控选择。

进一步，所述位置参照传感器系统模块还包括一套激光全站仪、一套超短基线定位系统和一套重力块位置参考系统，所述激光全站仪、超短基线定位系统和重力块位置参考系统分别通过控制总线连接所述控制系统模块。

进一步，所述超短基线定位系统，其包括水上工作站、水面发射接收声波单元、水面换能器单元及潜器携带的水声应答器，所述水上工作站安装在科考船驾驶甲板上，水面发射接收声波单元安装在主甲板下的升降器一侧，所述水面换能器单元安装在主甲板下的升降器底部，并可下降到科考船船底，所述水上工作站通过光纤连接所述水面发射接收声波单元、通过六类网线接入科考船的局域网；所述重力块位置参考系统，其包括重力块张紧索机械本体和重力块起吊装置控制箱，所述重力块张紧索机械本体安装在艇甲板上，所述重力块起吊装置控制箱安装在艇仓中的会商室内，该重力块张紧索机械本体包括信号及电源接线箱，所述信号及电源接线箱连接至会商室内的所述第三动力定位操控台。

进一步，所述船姿传感器系统模块，其包括：四套垂直参照传感器系统，该垂直参照传感器系统安装在科考船的重心位置，并分别通过传输总线连接控制系统模块并向所述控制系统模块传送科考船的横摇、纵摇实时变化信息；

所述陀螺罗经系统模块，其包括两套电罗经和一套光纤罗经，且两套电罗经和一套光纤罗经分别通过传输总线连接控制系统模块并向所述控制系统模块传送科考船的航向及艏向信息，所述光纤罗经还与SeaPATH GPS定位导航终端连接，使得光纤罗经的艏向信息与SeaPATH GPS定位导航终端的艏向信息互为补偿；

所述风速风向传感器系统模块，其包括三套风速风向仪系统，且三套风速风向仪系统分别通过传输总线连接控制系统模块并向所述控制系统模块传送科考船受外环境的风速及风向影响的信息。

进一步，所述动力及电源系统模块包括：

发电机和原动机组，其包括一台250KW静音柴油发电机、两台1650KW轴带发电机、三台605KW柴油发电机；

配电板，其包括一套辅配电板及一套应急配电板；

后备电源，其共有三套，三套后备电源分别由辅配电板和应急配电板供电；

功率管理系统，其通过传输总线连接所述动力定位控制机构并管控所述第第一动力定位操控台、第二动力定位操控台及第三动力定位操控台的工作电源。

进一步，所述推进器系统模块，其包括两套艏部侧向推进器、两套艉部侧向推进器、两套主推进器、推进器控制设备及手动推进器控制器，所述艏部侧向推进器设置在科考船艏部两侧，所述艉部侧向推进器设置在科考船艉部两侧，所述主推进器设置在科考船艉部的左舷和右舷，所述推进器控制设备和手动推进器控制器通过传输总线连接所述控制系统模块。

相比于现有技术，本案的有益效果是：

①本案的支持深潜器的科考船动力定位系统结构，其位置参照传感器系统模块包括两台北斗卫星定位终端、一台GPS定位终端、两台SeaSTAR DGPS定位终端、和一台SeaPATHGPS定位导航终端，六个定位终端组成的五套独立的位置定位系统，各定位终端可相互冗余，保证科考船动力定位的连续性及可靠性，且定位精度可达0.4m～1.6m，定位精度高，可满足科考船在在无限航区、五级海况下能够应急收放深潜器来进行科考作业；

②本案的位置参照传感器系统模块还包括一套激光全站仪、一套超短基线定位系统和一套重力块位置参考系统，激光全站仪、超短基线定位系统和重力块位置参考系统与上述定位终端一同作用，位置误差相互补偿，可以多次修正科考船的位置精度，使得动力定位精度进一步达到厘米或毫米级；

③本案中陀螺罗经系统模块包括两套电罗经和一套光纤罗经，其中光纤罗经还连接了位置参照传感器系统模块中的SeaPATH GPS定位导航终端，电罗经和光纤罗经没有传统的磁罗经受地磁场影响的缺点，且光纤罗经的艏向信息与SeaPATH GPS定位导航终端的艏向信息相互补偿，便于精确控制科考船修正位移偏差，进一步提高定位精度；

④本案通过在前驾操控台的操作面板上设置选择开关组来实现操控位置和操控方式的切换，可切换到前驾操控台、后驾操控台、独立操作杆机构及动力定位操控机构这四组不同的空间方位来操控科考船的自动舵和推进器，比如潜器收放时，要切换到后驾操控台操控，这样才有更宽的视野来观察潜器的收放姿态，操控切换灵活，操作简单，更有利于控制科考船的定位精度；

⑤本案的传感器系统模块，控制系统模块、动力及电源系统模块及推进器系统模块均设置有冗余备份，第一动力定位操控台、第二动力定位操控台与第三动力定位操控台之间隔离，隔离级别达到消防标准A-60级别，避免由于火灾等意外事故发生而影响科考船的正常作业，整套系统达到了动力定位系统标准中的DP-3级别标准。

为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的较佳的实施方式。

附图说明

图1是本发明的支持深潜器的科考船动力定位系统结构的结构框图；

图2是图1中超短基线定位系统的结构框图；

图3是图1中重力块位置参考系统的结构框图；

图4是图1动力定位操控机构的位置示意图；

图5是选择开关组的结构示意图；

图6是控制系统模块操控的操控逻辑示意图；

图7是图1中推进器系统模块结构示意图。

具体实施方式

请同时参阅图1至图7，本发明的一种支持深潜器的科考船动力定位系统结构，包括：传感器系统模块10、控制系统模块20、动力及电源系统模块30、推进器系统模块40，所述传感器系统模块10、动力及电源系统模块30、推进器系统模块40分别通过传输总线连接所述控制系统模块20。

所述传感器系统模块10，其包括位置参照传感器系统模块11、船姿传感器系统模块12、陀螺罗经系统模块13及风速风向传感器系统模块14，所述位置参照传感器系统模块11、船姿传感器系统模块12、陀螺罗经系统模块13及风速风向传感器系统模块14分别通过传输总线与所述控制系统模块20连接。

所述位置参照传感器系统模块11，其包括五套全球卫星定位系统、一套激光全站仪116、一套超短基线定位系统117和一套重力块位置参考系统118。

五套全球卫星定位系统，其包括两台北斗卫星定位终端110、一台GPS定位终端111、两台SeaSTAR DGPS定位终端112(SeaSTAR为厂家型号，DGPS是英文DifferentialGlobal Positioning System的缩写，即差分全球定位系统)、和一台SeaPATH GPS定位导航终端113(SeaPATH为厂家型号，GPS是英文Global Positioning System的缩写，即全球定位系统)。其中两台北斗卫星定位终端110相互冗余并共用一个信号分配接口来连接所述传输总线，其余的一台GPS定位终端111、两台SeaSTAR DGPS定位终端112、和一台SeaPATH GPS定位导航终端113分别通过各自的信号分配接口接入所述传输总线，形成共有六台定位终端、五个信号分配接口连接传输总线的结构，这五套全球卫星定位系统将精确的位置信息通过所述传输总线传输到所述控制系统模块20。

两台北斗卫星定位终端110，其相互冗余，以便在非常时期使用(非常时期指由于政治因素影响，租用的国外GPS被禁用的时期)，保证动力定位的连续性及可靠性，其定位精度为0.4m～1.6m。

两台SeaSTAR DGPS定位终端112，其是从挪威引进的差分定位终端，其安装在科考船上并通过自身的信号分配接口与所述传输总线连接，同时还与租用的美国卫星对接，使得定位精度从常规的0.4m～1m缩小到10～20cm，再配合激光全站仪116、超短基线定位系统117及重力块位置参考系统118后，其定位精度将缩小到10cm以下。

SeaPATH GPS定位导航终端113，其安装在科考船上并通过自身的信号分配接口与所述传输总线连接，同时其还连接所述船姿传感器系统模块12中的垂直参照传感器系统(MRU)和陀螺罗经系统模块13中的光纤罗经，并利用自身的两个GPS天线测量其相对位置，生成矢量图，确定科考船艏向，规划导航线路，其作为传统磁罗经的补偿，SeaPATH GPS定位导航终端113避开了传统磁罗经受地磁场影响的缺点，进一步提高科考船的定位导航精度。

激光全站仪116，其安装在科考船上并通过自身的信号分配接口与所述传输总线连接，以便对所述SeaSTAR DGPS定位终端112的信号进行修正，进一步提高科考船的定位精度。在具有参照物的深海区域进行科考工作时，可利用激光全站仪116测量科考船与参照物之间的不同时间的位移变量，并且通过RS232接口将船舶的位移变量信号传输给控制系统模块20中的中央处理器。

请参阅图1、图2，超短基线定位系统117，其包括水上工作站117-1(含显示终端)、水面发射接收声波单元117-2、水面换能器单元117-3及潜器携带的水声应答器117-4，所述水上工作站117-1安装在科考船驾驶甲板上，水面发射接收声波单元117-2安装在主甲板下的升降器一侧，所述水面换能器单元117-3安装在主甲板下的升降器底部，并可下降到科考船船底，所述水声应答器117-4跟随潜器潜入水底。超短基线定位系统117的主要功能是在既定的深海海域进行科学考察时，所述水面发射接收声波单元117-2发射的声波与潜器携带的水声应答器117-4构成回路，经过水面换能器单元117-3转换成数字信号并传递给所述水上工作站117-1，从而得到科考船在不同时间的位移变量，此位移变量被输送给所述控制系统模块20中的中央处理器进行位置误差的补偿。本实施例中，所述水上工作站117-1型号为MP8200工作站，其连接有显示器、键盘、鼠标、外置数据存储硬盘及UPS(后备电源)，并通过光纤连接所述水面发射接收声波单元117-2、通过六类网线接入科考船的局域网，同时该水上工作站117-1还具有信号分配接口，该信号分配接口接入传输总线并连接至所述控制系统模块20。

请参阅图1、图3，重力块位置参考系统(TATUT WIRE)118，其包括重力块张紧索机械本体和重力块起吊装置控制箱，所述重力块张紧索机械本体安装在艇甲板上，所述重力块起吊装置控制箱安装在艇仓中的会商室内。该重力块张紧索机械本体包括伺服电机118-1、解角器118-2、风机电机118-3、液压泵电机118-4、信号及电源接线箱118-5及吊臂、张紧索、重力块、绞盘机等吊装终端118-6；该重力块起吊装置控制箱包括伺服控制器118-7、终端排118-8、电流接触器118-9，所述伺服电机118-1连接伺服控制器118-7、所述解角器118-2连接终端排118-8、所述风机电机118-3和液压泵电机118-4连接电流接触器118-9、所述信号及电源接线箱118-5连接至会商室内的第三动力定位操控台24-3。重力块位置参考系统118的定位原理为：在船舷伸出一吊臂，并用一根张紧索吊着一个重力块放到海里，张紧索经吊臂上的滑轮后缠绕在绞盘机的滚筒上，张紧索的张力保持稳定，这样张紧索的排放长度、张紧索的张角就随科考船船身的运动而变化(由于科考船在海面上，而重力块在海水里，科考船受环境因素的影响会与重力块之间产生一定的位置偏移)，装在滑轮及滚筒上的传感头采集张紧索的垂角、长度等数据，并传输到控制系统模块20，控制系统模块20的中央处理器就可计算出科考船相对于重力块的位移变量，并且对已有的位置进行位置误差的补偿，本实施例中，科考船上的深潜器收放时，深潜器可作为重力块潜入海里，通过重力块位置参考系统118就可以获取科考船相对于深潜器的位移变量。

上述位置参照传感器系统模块11中，由于SeaSTAR DGPS定位终端112是差分定位终端，通过SeaSTAR DGPS定位终端112已经可以获取科考船的精确坐标信息，但SeaSTARDGPS定位终端112的租星成本昂贵，而北斗卫星定位终端110、GPS定位终端111、SeaPATHGPS定位导航终端113获取的坐标信息就可以作为参考，同时具备相互冗余的作用。同时，激光全站仪116、超短基线定位系统117和重力块位置参考系统118可提供科考船偏移了设定坐标的位移变量，进一步对科考船的坐标信息进行误差补偿和修正，使得科考船能在茫茫的大海上能修正位移偏差，进而准确定位。同时，上述位置参照传感器系统模块11中，除了激光全站仪116需要借助固定的参照物来测量外，其余的传感器系统均可独立工作，有效保证科考船定位的连续性及可靠性。

所述船姿传感器系统模块12，其包括：

四套垂直参照传感器系统(MRU)121，该垂直参照传感器系统121安装在科考船的重心位置，并分别通过传输总线连接控制系统模块20，垂直参照传感器系统121测量并提供科考船的横摇、纵摇实时变化信息并传输给控制系统模块20中的中央处理器，本实施例中，科考船上安装的四套垂直参照传感器系统121中，其中有一套用于为SeaPATH GPS定位导航终端113提供校准信息；

陀螺罗经系统模块13，其包括两套电罗经和一套光纤罗经，该两套电罗经和一套光纤罗经分别通过传输总线连接控制系统模块20并向所述控制系统模块20传送科考船的航向及艏向信息，其中光纤罗经还与SeaPATH GPS定位导航终端113连接，光纤罗经的艏向信息与SeaPATH GPS定位导航终端113的艏向信息互为补偿，便于精确控制科考船修正位移偏差，进一步提高定位精度；

风速风向传感器系统模块14，其包括三套风速风向仪系统141，且三套风速风向仪系统141分别通过传输总线连接控制系统模块20，风速风向仪系统141为控制系统模块20提供科考船受外环境的风速及风向影响的信息，同时风速风向仪系统141还接入科考船上的多波速水深探测系统，为多波速水深探测系统提供风速风向传感数据。

上述传感器系统模块10中，位置参照传感器系统模块11提供科考船的位置信息，船姿传感器系统模块12提供科考船的船舶姿态信息，陀螺罗经系统模块13提供科考船的艏向及航向信息，风速风向传感器系统模块14提供实时的风速及风向信息，这些信息传输至控制系统模块20，经过控制系统模块20中的中央处理器计算处理后，输出相应控制指令给推进器系统模块40，并为推进器系统模块40中的各个推进器分配推进功率及推进方向，使得科考船可自动矫正位移偏差，保证科考船的稳定与精确定位。

所述控制系统模块20，参见图1、图4，其包括设置在驾驶室首部的前驾操控台21、设置在驾驶室尾部的后驾操控台22、设置在驾驶室外左舷和右舷位置的独立操作杆机构23、设置在驾驶室中部和会商室内的动力定位操控机构24。所述前驾操控台21上设置有选择开关组，以便在前驾操控台21、后驾操控台22、独立操作杆机构23及动力定位操控机构24之间切换，使得驾驶员可从前驾操控台21、后驾操控台22、独立操作杆机构23及动力定位操控机构24这四组不同的空间方位来独立对科考船的自动舵和推进器进行定位操控，这样设计更有利于控制科考船的定位精度，比如潜器收放时，要在后驾操控台22操控，这样才有更宽的视野来观察潜器的收放姿态。本实施例中的前驾操控台21和后驾操控台22完全电气隔离，互不干扰。

所述独立操作杆机构23，其包括设置在驾驶室外左舷的左舷独立操作杆插座23-1和设置在驶室外右舷的右舷独立操作杆插座23-2。

所述动力定位操控机构24，其包括设置在驾驶室中部的第一动力定位操控台24-1和第二动力定位操控台24-2、及设置在会商室内的第三动力定位操控台24-3，该第一动力定位操控台24-1、第二动力定位操控台24-2与第三动力定位操控台24-3之间隔离，隔离级别达到消防标准A-60级别，避免由于火灾等意外事故发生而影响科考船的正常作业，该第一动力定位操控台24-1内设置有第一控制站、第二动力定位操控台24-2内设置有第二控制站、第三动力定位操控台24-3内设置有第三控制站。

所述第一控制站、第二控制站和第三控制站分别与传输总线连接且各自具有独立的中央处理器，其中的第三控制站连接有报警打印机，实时打印发动机滑油压力低、冷却液温度高、可调桨液压油压力低和高、油温低和高、推进器电动机过载、高温、系统超过作业范围、传感器故障等报警信息。本实施例中，第一控制站、第二控制站及第三控制站型号均为KPOS-3。该控制系统模块20收集所述位置参照传感器系统模块11传输来的位置传感信息、船姿传感器系统模块12传输来的船姿传感信息、陀螺罗经系统模块13传输来的艏向及航向信息，风速风向传感器系统模块14传输来的实时风速及风向信息，并与预置的船位进行比较，并在第一控制站、第二控制站或第三控制站中进行运算处理，从而获得适当的DP模式指令(DP模式是指由动力定位操控机构操控自动舵和推进器的操控模式)，该DP模式指令可自动为推进器系统模块40中的各个推进器分配不同的推进功率和推进方向。

所述前驾操控台21、后驾操控台22及动力定位操控机构24上均设置有操舵仪，该操舵仪通过操舵仪控制板提供无源触点信号来控制自动舵油管路上的电磁阀，从而改变油路的大小使得自动舵左偏或右偏，本实施例中，该操舵仪型号为HLD-SC200。

所述前驾操控台21的操作面板上还设置有选择开关组，其为控制科考船的自动舵提供模式选择开关，该选择开关组包括依次排列的第一选择开关26、第二选择开关27及第三选择开关28，本实施例中，该第一选择开关26的型号为HLD-SW200-5、第二选择开关27及第三选择开关28的型号为HLD-SW200-3。

所述第一选择开关26，其为五模式选择开关，该五模式为：

AUTO模式：为自动控制模式；

FU模式：手轮控制的跟随模式，该模式下自动舵舵角跟随手轮的旋转角度；

NFU模式：手轮控制的非跟随模式，该模式下自动舵舵角可同步或异步跟随手轮的旋转角度；

JS模式：独立操作杆机构操控模式，该模式下独立操作杆机构23独立操控科考船的定位；

DP模式：动力定位操控机构操控模式，该模式下，所述动力定位操控机构24收集所述位置参照传感器系统模块10提供的位置传感信息、船姿传感器系统模块10提供的船姿传感信息、陀螺罗经系统模块13提供科考船的艏向及航向信息，风速风向传感器系统模块14提供实时的风速及风向信息，并不断的与预置的船位进行比较，并在第一控制站、第二控制站或第三控制站中进行运算处理，从而获得适当的指令，为推进器系统模块40中的各个推进器分配不同的推进功率和推进方向。同时，动力定位操控机构24发出请求控制操舵仪的指令，在得到操舵仪的响应指令后，动力定位操控机构24就可手动或自动的控制操舵仪，达到了在动力定位操控机构24就能手动或自动控制操舵仪和推进器的目的。

所述第二选择开关27，其为前驾操控台和后驾操控台的切换开关，该第二选择开关设置有第一档位(FRONT)和第二档位(AFT)，当第二选择开关打在第一档位上时，科考船由前驾操控台操控定位；当第二选择开关打在第二档位上时，科考船由后驾操控台操控定位。

所述第三选择开关28，其为同步异步选择开关，其为所述前驾操控台21或后驾操控台22的NFU模式提供同步和异步的操控选择，当所述第三选择开关28打在同步档位上时，自动舵舵角同步跟随手轮的旋转角度；当所述第三选择开关28打在异步档位上时，自动舵舵角异步跟随手轮的旋转角度。

本实施例中，科考船自动舵的操舵流程为：

1、首先通过所述第二选择开关27选择由前驾操控台21还是后驾操控台22来操控自动舵；

如步骤1中选择了前驾操控台21操舵，则通过所述第一选择开关26(AUTO/FU/NFU/DP/JS五模式开关)来选择操舵模式：

AUTO模式下，自动舵可自动系统控制，也可由越控控制，在越控控制时，前驾操控台三个NFU手柄任意一个均可以应急操舵；

FU模式下，由手轮控制自动舵，自动舵舵角跟随手轮的旋转角度；

NFU模式下，自动舵舵角可同步或异步跟随手轮的旋转角度，可通过所述第三选择开关28来选择是同步操舵还是异步操舵；

JS模式下，由独立操作杆机构23控制自动舵；

DP模式下，由动力定位操控机构24控制自动舵；

2、如步骤1中选择了后驾操控台22操舵，则通过所述第三选择开关28来选择是同步操舵还是异步操舵，且后驾操控台22不支持越控操舵。

所述动力及电源系统模块30，其为所述传感器系统模块10、控制系统模块20、推进器系统模块40提供动力，该动力及电源系统模块30包括：

发电机和原动机组31，其包括一台250KW静音柴油发电机、两台1650KW轴带发电机、三台605KW柴油发电机，在动力定位的状态下由一台静音柴油发电机、一台轴带发电机、两台柴油发电机同时工作，在备用工况状态下由一台轴带发电机和一台柴油发电机同时工作，分别给科考船艏艉侧推设备及主推进设备供电；

配电板32，其包括一套辅配电板(ASB辅配电板)及一套应急配电板(ESB应急配电板)，这样的配置保证在任何原因失电情况下，都能有充足的可用功率向科考船基本的日用负载和重要的操作负载供电，并保持科考船位置稳定；

后备电源(UPS)33，其共为三套，每套后备电源的电池容量可支持30分钟的应急的操作，该三套后备电源分别由ASB辅配电板和ESB应急配电板供电；

配电系统，其包括电缆敷设及线路选择，该配电系统的电缆的布线有冗余，保证供电的可靠性；

功率管理系统(PMS)，其使得使发电机随负荷的变动而启动和停止，当没有足够的功率起动大功率的负载时，可以阻止大功率设备的起动，并按要求起动备用发电机，然后再起动所需要的负载，该功率管理系统的配置为科考船的所述传感器系统模块10、控制系统模块20、推进器系统模块40的稳定工作提供了充足的冗余和高可靠性，同时该功率管理系统还通过传输总线连接所述动力定位控制机构24并管控所述第一动力定位操控台24-1、第二动力定位操控台24-2及第三动力定位操控台24-3的工作电源，避免由于电源的故障导致控制站数据丢失。

所述推进器系统模块40，见图7，其包括两套艏部侧向推进器41(以下简称为：艏侧推)、两套艉部侧向推进器42(以下简称为：艉侧推)、两套主推进器43、推进器控制设备及手动推进器控制器，所述艏侧推41设置在科考船艏部两侧，所述艉侧推42设置在科考船艉部两侧，所述主推进器43设置在科考船艉部的左舷和右舷。所述推进器控制设备和手动推进器控制器通过传输总线连接所述控制系统模块20，在科考船进行动力定位时，控制系统模块20中的中央处理器计算出艏侧推41、艉侧推42及主推进器43所需分配的推进功率及推进方向，并发指令给所述推进器控制设备和手动推进器控制器以控制主推进器43、艏侧推41及艉侧推42正常工作，保证科考船能船舶能修正位移偏差，进而准确定位。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (6)

1.支持深潜器的科考船动力定位系统结构，包括传感器系统模块、控制系统模块、动力及电源系统模块、推进器系统模块，所述传感器系统模块、动力及电源系统模块、推进器系统模块分别通过传输总线连接所述控制系统模块，所述传感器系统模块包括位置参照传感器系统模块、船姿传感器系统模块、陀螺罗经系统模块及风速风向传感器系统模块，所述位置参照传感器系统模块、船姿传感器系统模块、陀螺罗经系统模块及风速风向传感器系统模块分别通过传输总线与所述控制系统模块连接，其特征在于：

所述位置参照传感器系统模块，其包括两台北斗卫星定位终端、一台GPS定位终端、两台SeaSTAR DGPS定位终端、和一台SeaPATH GPS定位导航终端，其中两台北斗卫星定位终端共用一个信号分配接口来接入所述传输总线，其他的一台GPS定位终端、两台SeaSTAR DGPS定位终端、和一台SeaPATH GPS定位导航终端分别通过各自的一个信号分配接口连接所述传输总线，形成共有六台定位终端、五个信号分配接口连接传输总线的结构；

所述位置参照传感器系统模块还包括一套激光全站仪、一套超短基线定位系统和一套重力块位置参考系统，所述激光全站仪、超短基线定位系统和重力块位置参考系统分别通过控制总线连接所述控制系统模块；

所述超短基线定位系统，其包括水上工作站、水面发射接收声波单元、水面换能器单元及潜器携带的水声应答器，所述水上工作站安装在科考船驾驶甲板上，水面发射接收声波单元安装在主甲板下的升降器一侧，所述水面换能器单元安装在主甲板下的升降器底部，并可下降到科考船船底，所述水上工作站通过光纤连接所述水面发射接收声波单元、通过六类网线接入科考船的局域网；所述重力块位置参考系统，其包括重力块张紧索机械本体和重力块起吊装置控制箱，所述重力块张紧索机械本体安装在艇甲板上，所述重力块起吊装置控制箱安装在艇仓中的会商室内，该重力块张紧索机械本体包括信号及电源接线箱，所述信号及电源接线箱连接至会商室内的第三动力定位操控台；

所述船姿传感器系统模块，其包括：四套垂直参照传感器系统，该垂直参照传感器系统安装在科考船的重心位置，并分别通过传输总线连接控制系统模块并向所述控制系统模块传送科考船的横摇、纵摇实时变化信息；

所述陀螺罗经系统模块，其包括两套电罗经和一套光纤罗经，且两套电罗经和一套光纤罗经分别通过传输总线连接控制系统模块并向所述控制系统模块传送科考船的航向及艏向信息，所述光纤罗经还与SeaPATH GPS定位导航终端连接，使得光纤罗经的艏向信息与SeaPATH GPS定位导航终端的艏向信息互为补偿；

所述风速风向传感器系统模块，其包括三套风速风向仪系统，且三套风速风向仪系统分别通过传输总线连接控制系统模块并向所述控制系统模块传送科考船受外环境的风速及风向影响的信息；

所述控制系统模块，其包括设置在驾驶室首部的前驾操控台、设置在驾驶室尾部的后驾操控台、设置在驾驶室外左舷和右舷位置的独立操作杆机构、设置在驾驶室中部和会商室内的动力定位操控机构，所述前驾操控台上设置有选择开关组，以便在前驾操控台、后驾操控台、独立操作杆机构及动力定位操控机构之间切换；

所述动力定位操控机构，其包括设置在驾驶室中部的第一动力定位操控台和第二动力定位操控台及设置在会商室内的第三动力定位操控台，该第一动力定位操控台、第二动力定位操控台与第三动力定位操控台之间按消防标准A-60级别隔离，该第一动力定位操控台内设置有第一控制站、第二动力定位操控台内设置有第二控制站、第三动力定位操控台内设置有第三控制站，所述第一控制站、第二控制站和第三控制站分别与传输总线连接且各自具有独立的中央处理器，所述第三控制站连接有报警打印机。

2.如权利要求1所述的支持深潜器的科考船动力定位系统结构，其特征在于：所述选择开关组设置在所述前驾操控台的操作面板上，其包括依次排列的第一选择开关、第二选择开关及第三选择开关，所述第一选择开关，其为五模式选择开关，该五模式为：

AUTO模式：其为自动控制模式；

FU模式：其为手轮控制的跟随模式；

NFU模式：其为手轮控制的非跟随模式；

JS模式：其为独立操作杆机构操控模式；

DP模式：其为动力定位操控机构操控模式。

3.如权利要求2所述的支持深潜器的科考船动力定位系统结构，其特征在于：所述第二选择开关，其为前驾操控台和后驾操控台的切换开关，该第二选择开关设置有第一档位和第二档位，当第二选择开关打在第一档位上时，科考船由前驾操控台操控定位；当第二选择开关打在第二档位上时，科考船由后驾操控台操控定位。

4.如权利要求3所述的支持深潜器的科考船动力定位系统结构，其特征在于：所述第三选择开关，其为同步或异步选择开关，其为所述前驾操控台或后驾操控台的NFU模式提供同步或异步的操控选择。

5.如权利要求4所述的支持深潜器的科考船动力定位系统结构，其特征在于：所述动力及电源系统模块包括：

发电机和原动机组，其包括一台250KW静音柴油发电机、两台1650KW轴带发电机、三台605KW柴油发电机；

配电板，其包括一套辅配电板及一套应急配电板；

后备电源，其共有三套，三套后备电源分别由辅配电板和应急配电板供电；

功率管理系统，其通过传输总线连接所述动力定位控制机构并管控所述第一动力定位操控台、第二动力定位操控台及第三动力定位操控台的工作电源。

6.如权利要求5所述的支持深潜器的科考船动力定位系统结构，其特征在于：所述推进器系统模块，其包括两套艏部侧向推进器、两套艉部侧向推进器、两套主推进器、推进器控制设备及手动推进器控制器，所述艏部侧向推进器设置在科考船艏部两侧，所述艉部侧向推进器设置在科考船艉部两侧，所述主推进器设置在科考船艉部的左舷和右舷，所述推进器控制设备和手动推进器控制器通过传输总线连接所述控制系统模块。

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