CN107462912A - 一种船用gnss的航速航向稳定输出的滤波方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种船用GNSS的航速航向稳定输出的滤波方法，步骤包括：建立滤波时间参数T，滤波时间参数T的取值根据使用环境确定；对当前时刻输出的矢量速度Vacc_x和Vacc_y进行滤波计算，于是得到当前的即时速度Vacc，利用滤波后的当前时刻输出的矢量速度Vacc_x和Vacc_y计算滤波后的航向Cacc。该滤波方法通过输出与即时速度进行差分时间补偿，以达到航向与航速输出都比较稳定，尤其是风浪摇摆、颠簸环境下的低速航行时。

Description

一种船用GNSS的航速航向稳定输出的滤波方法
技术领域
本发明涉及一种航速航向数据的滤波方法，尤其是一种船用GNSS的航速航向稳定输出的滤波方法。
背景技术
GNSS全球导航卫星系统，它泛指所有卫星导航系统，包括全球的区域的和增强的，如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo以及中国的北斗。利用其中的一个或多个系统可进行导航定位，在水运方面应用GNSS可以实现船舶导航。但是，在风浪摇摆、颠簸的航行环境中，使得在低速行驶时GNSS给出的航速和航向误差很大，导致在实际使用中受到很大的局限性，尤其是在捕鱼作业以及AIS应用上，不能及时正确反映船舶的真实动态信息，影响实际的使用效果。因此需要对GNSS实时信息进行科学的过滤，以得到相对准确的行驶数据。从而可以及时避免渔船拖网时靠拢判断不准确而导致渔具被损毁而严重影响正常作业，甚至船碰撞的严重后果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是在风浪摇摆、颠簸的航行环境中船用GNSS给出的航速航向不准确，从而不能及时反映船舶真实动态信息的缺点。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种船用GNSS的航速航向稳定输出的滤波方法，包括如下步骤：
步骤1，建立滤波时间参数T，滤波时间参数T的取值根据使用环境确定；
步骤2，对当前时刻输出的矢量速度Vacc_x和Vacc_y进行滤波计算：
Vacc_x＝Vacc_x-1+(Vt_x-Vacc_x-1)/T
Vacc_y＝Vacc_y-1+(Vt_y-Vacc_y-1)/T
式中，Vt_x和Vt_y为当前时刻即时速度Vt分解到输出方向矢量X和Y方向上的两个分量，Vacc_x-1和Vacc_y-1为上一时刻的输出速度Vacc-1分解到输出方向矢量X和Y方向上的两个分量，于是得到当前的即时速度为：
步骤3，利用滤波后的当前时刻输出的矢量速度Vacc_x和Vacc_y计算滤波后的航向Cacc为：
式中，F(x)为弧度到角度的转换公式。
作为本发明的进一步限定方案，步骤1中，根据使用环境确定滤波时间参数T的具体计算公式为：
T＝S/Vmax+M*(Vmax-Vmin) N
式中，S为船用GNSS的定位精度距离，Vmax为上一时刻滤波输出速度Vacc-1、上一时刻即时速度Vt-1以及当前时刻即时速度Vt中的最大值，Vmin为上一时刻滤波输出速度Vacc-1、上一时刻即时速度Vt-1以及当前时刻即时速度Vt中的最小值，M为Vmax与Vmin的速度差系数，N为Vmax与Vmin的速度平方差系数。
作为本发明的进一步限定方案，即时速度Vt由GNSS实时数据中的经纬度计算得到。
本发明的有益效果在于：通过实时输出与即时差分时间补偿，航向与航速输出都比较稳定，利用自动滤波时间的算法，又可以根据船舶实际的航行数据实时调整滤波时间常数，能够保证航行数据在不同航行情况下的航速和航向稳定输出。在渔业作业中，尤其是拖网船舶，高度稳定的航速航向可以避免在大风浪条件下因航速和方向的不准确而造成靠拢距离把握不准导致渔具损坏、碰撞的严重后果，在AIS应用上，稳定的航速和航向可以及时的反映船舶真实的数据，避免因数据不准确而导致船舶碰撞。
具体实施方式
本发明提供了一种船用GNSS的航速航向稳定输出的滤波方法，目的在于通过设计滤波算法，实现船用GNSS输出具备高度稳定的航速和航向的船舶行驶数据，具体步骤如下：
步骤1，建立滤波时间参数T，滤波时间参数T的取值根据使用环境确定；
步骤2，对当前时刻输出的矢量速度Vacc_x和Vacc_y进行滤波计算：
Vacc_x＝Vacc_x-1+(Vt_x-Vacc_x-1)/T
Vacc_y＝Vacc_y-1+(Vt_y-Vacc_y-1)/T
式中，Vt_x和Vt_y为当前时刻即时速度Vt分解到输出方向矢量X和Y方向上的两个分量，Vacc_x-1和Vacc_y-1为上一时刻的输出速度Vacc-1分解到输出方向矢量X和Y方向上的两个分量，于是得到当前的即时速度为：
步骤3，利用滤波后的当前时刻输出的矢量速度Vacc_x和Vacc_y计算滤波后的航向Cacc为：
式中，F(x)为弧度到角度的转换公式。
其中，步骤1中，根据使用环境确定滤波时间参数T的具体计算公式为：
T＝S/Vmax+M*(Vmax-Vmin) N
式中，S为船用GNSS的定位精度距离，Vmax为上一时刻滤波输出速度Vacc-1、上一时刻即时速度Vt-1以及当前时刻即时速度Vt中的最大值，Vmin为上一时刻滤波输出速度Vacc-1、上一时刻即时速度Vt-1以及当前时刻即时速度Vt中的最小值，M为Vmax与Vmin的速度差系数，N为Vmax与Vmin的速度平方差系数。
另外，即时速度Vt和即时航向Ct由GNSS实时数据中的经纬度计算得到。
本发明的滤波方法通过实时输出与即时差分时间补偿，航向与航速输出都比较稳定，利用自动滤波时间的算法，又可以根据船舶实际的航行数据实时调整滤波时间常数，能够保证航行数据在不同航行情况下的航速和航向稳定输出。在渔业作业中，尤其是拖网船舶，高度稳定的航速航向可以避免在大风浪条件下因航速和方向的不准确而造成靠拢距离把握不准导致渔具损坏、碰撞的严重后果，在AIS应用上，稳定的航速和航向可以及时的反映船舶真实的数据，避免因数据不准确而导致船舶碰撞。

Claims (3)

1.一种船用GNSS的航速航向稳定输出的滤波方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，建立滤波时间参数T，滤波时间参数T的取值根据使用环境确定；
步骤2，对当前时刻输出的矢量速度Vacc_x和Vacc_y进行滤波计算：
Vacc_x＝Vacc_x-1+(Vt_x-Vacc_x-1)/T
Vacc_y＝Vacc_y-1+(Vt_y-Vacc_y-1)/T
式中，Vt_x和Vt_y为当前时刻即时速度Vt分解到输出方向矢量X和Y方向上的两个分量，Vacc_x-1和Vacc_y-1为上一时刻的输出速度Vacc-1分解到输出方向矢量X和Y方向上的两个分量，于是得到当前的即时速度为：
<mrow> <msub> <mi>V</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>c</mi> <mi>c</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msqrt> <mrow> <msubsup> <mi>V</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>c</mi> <mi>c</mi> <mo>_</mo> <mi>x</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>V</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mi>c</mi> <mi>c</mi> <mo>_</mo> <mi>y</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> </msqrt> <mo>;</mo> </mrow>
步骤3，利用滤波后的当前时刻输出的矢量速度Vacc_x和Vacc_y计算滤波后的航向Cacc为：
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式中，F(x)为弧度到角度的转换公式。
2.根据权利要求1所述的船用GNSS的航速航向稳定输出的滤波方法，其特征在于：步骤1中，根据使用环境确定滤波时间参数T的具体计算公式为：
T＝S/Vmax+M*(Vmax-Vmin) N
式中，S为船用GNSS的定位精度距离，Vmax为上一时刻滤波输出速度Vacc-1、上一时刻即时速度Vt-1以及当前时刻即时速度Vt中的最大值，Vmin为上一时刻滤波输出速度Vacc-1、上一时刻即时速度Vt-1以及当前时刻即时速度Vt中的最小值，M为Vmax与Vmin的速度差系数，N为Vmax与Vmin的速度平方差系数。
3.根据权利要求1所述的船用GNSS的航速航向稳定输出的滤波方法，其特征在于：即时速度Vt由GNSS实时数据中的经纬度计算得到。
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