CN109204735A

CN109204735A - 登陆舰壁挂式航海作业设备

Info

Publication number: CN109204735A
Application number: CN201811108216.4A
Authority: CN
Inventors: 张元平; 郭曙光; 蓝可文; 魏威; 刘大勇; 孙凤霞
Original assignee: 707th Research Institute of CSIC
Current assignee: 707th Research Institute of CSIC
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2019-01-15

Abstract

本发明涉及一种登陆舰壁挂式航海作业设备，包括主机箱和接线箱，主机箱和接线箱均为箱式结构，并采用壁挂式安装方式安装在舰艇上。本发明装置是为中小型舰艇的航海部门使用需求而设计的小型综合导航设备，除具备大中型舰船综合导航设备的主要功能，还具有功能实用、占用空间小、安装灵活、接口适应性强、操作简便等特点，本装置工作稳定，使用效果良好，具有较广泛的应用前景。

Description

登陆舰壁挂式航海作业设备

技术领域

本发明涉及舰船综合导航设备领域，尤其是一种登陆舰壁挂式航海作业设备。

背景技术

当前在舰船上使用的综合导航设备普遍为台式结构，尤其大型或超大型舰船的综合导航设备均由两个相对独立的设备组成：⑴.集成管理设备(将接收各分导设备的导航信息，综合处理，对外发送)；⑵.航海工作台(综合航行态势的显示及监控、辅助航海作业功能)。现有的中型舰船的综合导航设备虽然将上述两个设备集成到一个设备上，但按接口信息处理、电子海图、表页显示三种不同的功能，分别由两个或三个计算机实现，至少配置两个显示模块，所以占用较大的物理空间。

现有的中小型舰艇由于受安装空间的限制，不能安装前面两型设备，需要研制出一型占用空间小，安装灵活，集成度高的航海作业设备提供给航海部门，登陆舰壁挂式航海作业设备就是在此背景下研制的。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种登陆舰壁挂式航海作业设备。本登陆舰壁挂式航海作业设备是为航海部门使用需求而设计的综合导航设备，相对于大中型舰船的综合导航设备，本设备具有体积小、安装方便(壁挂安装)、接口适应性强、功能实用、操作简便的特点。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种登陆舰壁挂式航海作业设备，其特征在于：包括主机箱和接线箱，主机箱主要由后箱体和前箱体构成，前箱体安装在后箱体上，前箱体的上部安装显示屏，前箱体的下部为操作区域，后箱体的后背板上嵌装风扇，后背板的外侧面安装隔振器，该隔振器连接悬挂板，该悬挂板上制出安装孔；接线箱由盒体和盒盖构成，盒盖安装在盒体上，盒体的背板的外侧壁安装连接板，该连接板上制出连接孔。

而且，所述的主机箱的外形尺寸，宽×高×深为500mm×606mm×426mm，重量小于50kg。

而且，所述的操作区域设置键盘和轨迹球，键盘为倾斜设置，其倾斜角度为15°，轨迹球为水平设置。

而且，所述的操作区域为整个设备安装了总电源开关，为接口信息处理模块和电子海图处理模块分别设置了复位键，并设置了接口信息处理模块的工作指示灯。

而且，所述的主机箱后背板所安装的隔振器为钢丝绳隔振器，该隔振器为多个且分为两排分别设置在后背板的上部和下部，每排隔振器共同连接一个悬挂板，每个悬挂板上均制出多个安装孔。

而且，所述的主机箱的后箱体的上部安装多个接线柱；接线箱的盒体的上部和下部均安装多个接线柱。

而且，所述的接线箱的连接板为两个，其上下并排设置，且两个连接板均通过隔振器与接线箱的背板连接。

而且，所述的主机箱与接线箱用电缆连接。

而且，所述的主机箱内设置接口信息处理模块、电子海图处理模块、显示模块、操控模块、电源模块1和电源模块2，接口信息处理模块和电子海图处理模块电连接，电子海图处理模块与显示模块电连接，操控模块和电源模块1均与电子海图处理模块电连接，电源模块2分别与显示模块、接口信息处理模块以及接线箱内的DC/DC电源模块电连接，接口信息处理模块与接线箱内的接口转换模块电连接。

而且，所述的接线箱内设置DC/DC电源模块和接口转换模块，该DC/DC电源模块与主机箱内的电源模块2电连接，接口转换模块与接口信息处理模块电连接。

本发明的优点和积极效果是：

1、本登陆舰壁挂式航海作业设备的结构设计在满足系统功能需求前提下，引入现代工业设计理念，在造型、外观上追求理性、简约、清晰和静穆的现代军用电子设备的美学效果。

⑴.在色彩配置上，改变以往的设备全部涂中绿灰色，在保持中绿灰色主色调前提下，在适当的位置配以无光黑色，使设备立见清新，凸显几何线、体、形、块的对比。

⑵.工业设计方面：设备造型和器件的布置注重整体感的同时进行视觉轻量化设计，使上下结构大致平衡；下方突出部分降低了单纯的厚度而使用形体叠加形成功能分区，从而产生薄得视觉差。

⑶.人机工程方面：运用人机工程原理设置显示屏中心到操作区的位置便于操作者观察；将键盘设计为15°倾斜，轨迹球水平放置。这样设计可以避免手腕操作键盘时弯曲过大，降低长时间操作的疲劳感。

⑷.模块化设计：最大限度地采用模块化设计不仅提高设备的可靠性、有利于电磁兼容性能，更便于故障的排查，每个功能模块均为独立的物理模块，使维修简单方便可以迅速更换模块。包括：电源模块1、电源模块2、电子海图处理模块、接口信息处理模块、显示模块。

⑸.机箱为上进线，前部显示模块可向前打开，方便内部布线、维修等，背部安装钢丝绳隔振器。

⑹.设备选用低功耗元器件，设备散热方式为风冷散热。设备背部安装一个低噪声风扇，降低了设备的噪声值。

⑺.设备在隔振抗冲击设计、热设计、接地设计、电磁兼容性设计等环境适应性设计方面满足GJB 4239-2001《装备环境工程通用要求》。

⑻.该设备为壁挂安装，对于自身重量有严格要求，结构轻型化的同时还必须使其有足够的强度和刚度以保证设备的抗振、抗冲击性能。本次轻型化设计主体结构为铝合金板材经机加工后用螺栓紧固焊接而成，保证坚固的同时减轻了重量。

1)由于各单元、模块均有独立电磁兼容性能，从而降低了外部机箱的屏蔽要求，可以简化其结构。

2)同样由于各单元、模块均是相对密封的，也简化了环境防护设计。

3)除机箱主体外，各模块(单元)结构，也尽量简化与瘦身。

2、本登陆舰壁挂式航海作业设备的硬件设计特点如下：

⑴.配置双电源，每个电源各司其职，减小各主板启动时的影响，避免造成一旦一路电源故障，整个设备无法正常工作的后果。

⑵.采用集成度高、功耗低的模块及元器件进行设计、减小印刷板尺寸、为结构小型化提供条件，选用标准化的通用元器件，最大限度使用国产器件，防范采购、生产风险，降低成本，达到技术质量可控的目的。

⑶.按功能划分物理模块，模块化程度高，便于维修。

⑷.显示器与计算机的接口选用通用的接插件，设备正常工作时，显示器供电子海图模块使用，设备进行调试时，可将连接显示器的电缆另一端接到接口信息处理模块的VGA接口，供接口信息处理模块使用。

⑸.在操控面板上除了为整个设备安装总电源开关外，还为接口信息处理模块和电子海图处理模块分别设置了复位键，同时设置了接口信息处理模块的运行状态指示灯，当接口信息处理模块软件正常工作时，指示灯每秒闪烁，便于设备故障定位及维修。

⑹.具有显示液晶屏辅助加热功能，当显示器起雾、产生水汽影响显示功能时可手动启用此功能，辅助加热功能工作30分钟自动停止，可防止忘记此功能导致启用加热时间过长，也可通过手动操作停止加热功能。

3、本登陆舰壁挂式航海作业设备的软件设计特点如下：

⑴.为适应设备小型化的要求，软件上采用新型架构模式，包括三个软件配置项，分别是接口信息处理软件、电子海图软件，接口管理软件，其中电子海图软件和接口管理软件运行在同一个硬件平台上。

⑵.接口信息处理软件安装在接口信息处理模块，为后台处理软件，实时性要求高，对硬件配置要求不高，选用嵌入式操作系统VXWORKS，具有处理9路串口和4路网口的能力。负责完成对卫星导航仪、计程仪、电罗经，测深仪，气象仪，雷达信息，AIS目标接口信息的采集，综合优化处理，最终输出连续可靠的综合导航信息。

⑶.电子海图软件与接口管理软件作为两个独立的显控软件，安装在电子海图处理模块中。电子海图软件负责完成综合航行态势的显示及监控，辅助航海作业等功能，接口管理软件负责完成导航信息的管理、外部传感器接口数据及状态信息的查询等功能。两个软件采用LINUX CentOS操作系统。

⑷.电子海图与接口管理两个显控软件同装在一个硬件平台上，以两个完全独立的进程并行工作，分别与接口信息处理软件进行数据交互，完成各自的任务使命，软件设计上利用多任务多窗口管理技术，为用户同时呈现接口管理和综合航行态势两个页面，独立运行，互不干扰，实现了用一个显示屏代替两个显示屏完成的功能，既具有综合航行态势的显示及监控、航海作业以及综合导航信息的显示功能，又具有外部传感器接口的数据及工作状态的显示、导航工作方式的控制显示等功能。

⑸.电子海图软件向接口信息处理软件提供计划航线及海图标桧信息，由接口信息处理软件对外发送；接口管理软件根据用户需求，将接口查询命令、工作方式选择命令、校时命令发送到接口信息处理软件中，接口信息处理软件响应上述命令分别进行处理，将组织好的数据向接口管理软件或电子海图软件进行发送。三个软件之间接口关系见图14所示。

⑹.接口信息处理软件具有如下特点：

1)接口信息处理软件实时性要求强，采用如下措施：

a)将FIFO接收/发送缓冲区字节数设置为最大，即128字节数，从而减少设备串口收发产生中断的次数，减少各路串口收发占用CPU的时间，提高接口驱动程序的运行效率。

b)合理分配任务的优先级，及时响应各类任务(包括接口处理任务、接收接口管理软件发送的命令任务、接收电子海图软件发送的命令任务、定时任务)。

2)接口信息处理软件根据接口管理软件发送的航行、训练、设备调试不同工作模式下的命令进行解析，输出不同工作模式下的综导数据。

3)接口信息处理软件利用多级筛选和数据融合技术，提供连续准确的综导数据：

a)奇异值处理

提取分导设备输出信息的质量特征(如卫导设备的HDOP值、PDOP值、卫星数、数据变化率等)，综合其它导航设备综合判断信息的可信度，剔除奇异值，保持输出测量参数的连续性。

判断奇异值的标准采用3σ原则，即根据分导设备的的测量精度，综合判断超过3倍测量误差的数据为奇异值予以舍弃，用滤波后的估值取代。

b)导航信息解析器

分导设备输出的测量信息存在单位、坐标系、数据格式不一致的问题。通过设计导航信息解析器，使输入信息和输出信息均可根据实际需要进行定义，最大程度地提高设备接口的适应性。

c)数字滤波

对位置、航向、航速信息通过数字滤波器进行平滑，取得不低于单传感器精度的测量结果。常用的具有较好滤波效果的处理模型是α-β滤波，该滤波器结构简单，实时性强、跟踪速度快，在实际航行中已得到充分验证。输出滤波后位置估值即为综导的位置值，同时还能解算出对地速度、航迹向、流向、流速值，并且当短期位置源丢失的情况下，仍可以连续输出较准确的位置估值。

α-β滤波器的数学公式为：

Xp(k)＝X_F(k-1)+T X_F(k-1)………………………………………(1)

X_F(k)＝Xp(k)+α[Xi(k)-Xp(k)]………………………………(2)

X._F(k)＝X_F(k-1)+β[Xi(k)-Xp(k)]/T…………………………(3)

其中：

Xi(k)………………k时刻输入的位置测量值

Xp(k)………………k时刻位置预测值

X_F(k)………………k时刻位置估值

.X_F(k)………………k时刻速度估值

T………………延时单元。

⑺.接口管理软件具有如下功能：

1)各分导设备接口状态显示功能。

该页面不仅反映了航海作业设备内部电子海图处理模块与接口信息处理模块的通讯状态，也反映了航海作业设备与各外部传感器接口的通讯状态。见图15。

2)分导设备接口数据录取与分析功能。

可用于检测外部传感器的通讯报文然后进行分析，便于用户及时发现、定位设备本身或接口的软硬件问题，提高设备的维修性和测试性。见图16。

3)对接收的信息进行管理，包括定位择源、校时及模拟数据的装订功能。

可用于显示各位置信息源的信息，导航工作方式的选择，进行导航管理。见图17。

4)航海作业设备及内部单元故障统计、查询与分析功能。

用于反映设备的故障情况，具体包括增加，删除，修改，查询故障记录，显示设备及内部单元故障统计图与故障详细信息。便于设计者分析设备内各部件故障出现的频率，对产品质量进行跟踪评估，发现存在的质量隐患，以便进一步改进，提高设备的可靠性。见图18。

5)设备与内部模块基本信息统计。

⑻.电子海图软件的核心部分选用在多艘舰船的航海工作台上的成熟软件(在这里不进一步阐述)。

4、本发明装置是为中小型舰艇的航海部门使用需求而设计的小型综合导航设备。其具有体积小、安装方便(壁挂安装)、接口适应性强、功能实用、操作简便的特点，目前已成功装备于多艘中小型水面舰艇中，如07x大型坦克登陆舰等，本装置工作稳定，使用效果良好，且具有较广泛的应用前景。

附图说明

图1是主机箱的主视图；

图2是主机箱的俯视图(前箱体打开)；

图3是主机箱的侧视图；

图4是主机箱的后视图；

图5是接线箱的主视图；

图6是接线箱的俯视图；

图7是接线箱的侧视图；

图8是接线箱的后视图；

图9是登陆舰壁挂式航海作业设备组成框图；

图10是登陆舰壁挂式航海作业设备的工作原理图；

图11是电源模块1的供电情况图；

图12是电源模块2的供电情况图；

图13是接口信息处理模块接口关系图；

图14是各软件接口关系图；

图15接口状态显示界面；

图16接口查询显示界面；

图17信息管理显示界面；

图18维修记录中的添加记录显示界面。

具体实施方式

下面结合附图详细叙述本发明的实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种登陆舰壁挂式航海作业设备，包括主机箱和接线箱，主机箱是登陆舰壁挂式航海作业设备的核心设备，完成几乎所有的功能。接线箱功能：①扩充接口的数量；②接口信号电气隔离；③信号预处理增加接口的适应性。

主机箱为箱式结构，采用壁挂式安装方式。主机箱的外形尺寸为500mm×606mm×426mm(宽×高×深)，重量小于50kg，满足登陆舰的安装要求。主机箱主要由后箱体6和前箱体1构成，前箱体安装在后箱体上，前箱体可向前打开。前箱体的上部安装显示屏2，前箱体的下部为操作区域3，该操作区域设置键盘和轨迹球，键盘为倾斜设置，其倾斜角度为15°，轨迹球为水平设置。该操作区域还为整个设备安装了总电源开关，为接口信息处理模块和电子海图处理模块分别设置了复位键，同时设置了接口信息处理模块的工作指示灯。后箱体的上部安装多个接线柱，后箱体的后背板8上嵌装风扇9，后背板的外侧面安装隔振器5，该隔振器连接悬挂板4，该悬挂板上制出安装孔，上述的隔振器为钢丝绳隔振器，该隔振器为多个且分为两排分别设置在后背板的上部和下部，每排隔振器共同连接一个悬挂板，每个悬挂板上均制出多个安装孔7。

接线箱也为箱式结构，同样也采用壁挂式安装方式。接线箱由盒体15和盒盖12构成，盒盖安装在盒体上，盒体的上部和下部均安装多个接线柱13，盒体的背板的外侧壁安装连接板10，该连接板为两个，其上下并排设置，且两个连接板均通过隔振器14与接线箱的背板连接，该隔振器可以选用橡胶隔振器。两个连接板上均制出多个连接孔11。

主机箱与接线箱电连接，其内均安装独立的功能模块。主机箱内设置接口信息处理模块、电子海图处理模块、显示模块、操控模块、电源模块1和电源模块2，接线箱内设置DC/DC电源模块和接口转换模块。接口信息处理模块和电子海图处理模块电连接，电子海图处理模块与显示模块电连接，操控模块和电源模块1均与电子海图处理模块电连接，电源模块2分别与显示模块、接口信息处理模块以及接线箱内的DC/DC电源模块电连接，接口信息处理模块与接线箱内的接口转换模块电连接。

以下对主要硬件模块进行详细介绍：

⑴.接口信息处理模块

接口信息处理模块采集外部分导设备的位置、航向、航速、气象、水深、雷达目标、AIS目标等信息后，首先对数据质量进行检查，剔除奇异值，综合处理，得到最优结果，根据所选的工作方式输出综导信息，并发送到电子海图处理模块。接口信息处理模块是黑匣子，无显示，无键盘输入。

软件上选用实时性强的嵌入式多任务Vxworks操作系统处理接口信息。

接口信息处理模块选用体积小，功耗低的CPU主板及接口板，完全满足登陆舰壁挂式航海作业设备接口信息处理模块对CPU运行速度、内存数量、接口数量和种类的需求。

表1接口信息处理模块硬件配置

⑵.电子海图处理模块

电子海图处理模块接收接口信息处理模块发出的综导信息，实现航行态势的图形显示和监控功能、航海作业功能，同时完成人机交互的功能。其配有图形显示器及标准键盘和鼠标，对接口信息处理模块导航工作模式的控制是通过电子海图处理模块发送的控制命令来实现的。

软件上选用Linux操作系统，在原有电子海图软件的基础上增加接口管理软件，实现对接口信息的实时显示及导航工作模式的控制。

电子海图处理模块主板选用技术成熟军用加固机主板，该主板在其他综合导航设备上多次应用，其性能完全满足电子海图处理模块的功能需求。CPU：双核处理器1.66GHz；内存：2GB；显存：512MB DDRII；存储器：32GB。

⑶.电源模块1

该电源模块1只为电子海图处理模块供电。

⑷.电源模块2

该电源模块2为接口信息处理模块、19＂液晶显示器、风扇、接线箱供电。

⑸.显示器为19寸PVA面板工业级液晶显示器，分辨率：1280×1024；色彩数：16.7M(8bit/cololr)；可视角度：-89°～+89°(H),-89°～+89°(V)；输入电压：12V，功率：<40W。

本发明的工作原理是：

登陆舰壁挂式航海作业设备是通过实时采集外部传感器的各路导航信息，对其综合优化处理，最终完成综合导航信息显示、综合航行态势显示及监控、完成航海作业及辅助计算，导航数据存储、对外发送等功能的高度集成的电子设备。

本发明的功能是：

1.导航信息的输入输出功能

通过网络或串口实时接收各路分导设备的导航信息；

通过网络或串口向其他设备输出综合导航信息。

2.导航信息的综合处理功能

3.航行态势的监视功能

⑴.提供电子海图的背景支持(包括缩放、漫游和分层显示)；

⑵.实时显示本船航行参数；

⑶.运动目标的叠加在电子海图背景下叠加显示导航雷达运动目标和AIS目标；

⑷.航行事件监视与报警实时监视本艇状态，当出现舰艇偏离航线、锚位超出预定范围等事件时及时报警，提醒用户及时处置。

4.计划航线的建立、编辑、管理以及航线的安全检测和评估功能

5.其他航海作业功能(图上量算、战术机动、陆标定位、辅助航迹仪标桧功能)

6.其他辅助功能

⑴.海图浏览和航海信息查询(航路指南)；

⑵.航行参数的记录与航行过程的重演实时记录本舰航行状态及有关参数，包括：经度、纬度、航速、航向、时间等，并可以重演；

⑶.模拟训练功能；

⑷.开机自检和系统诊断功能对设备主要硬件模块、接口通道状态进行实时检测，把故障定位至线路板级。

Claims

1.一种登陆舰壁挂式航海作业设备，其特征在于：包括主机箱和接线箱，主机箱主要由后箱体和前箱体构成，前箱体安装在后箱体上，前箱体的上部安装显示屏，前箱体的下部为操作区域，后箱体的后背板上嵌装风扇，后背板的外侧面安装隔振器，该隔振器连接悬挂板，该悬挂板上制出安装孔；接线箱由盒体和盒盖构成，盒盖安装在盒体上，盒体的背板的外侧壁安装连接板，该连接板上制出连接孔。

2.根据权利要求1所述的一种登陆舰壁挂式航海作业设备，其特征在于：所述的主机箱的外形尺寸，宽×高×深为500mm×606mm×426mm，重量小于50kg。

3.根据权利要求1所述的一种登陆舰壁挂式航海作业设备，其特征在于：所述的操作区域设置键盘和轨迹球，键盘为倾斜设置，其倾斜角度为15°，轨迹球为水平设置。

4.根据权利要求1所述的一种登陆舰壁挂式航海作业设备，其特征在于：所述的操作区域为整个设备安装了总电源开关，为接口信息处理模块和电子海图处理模块分别设置了复位键，并设置了接口信息处理模块的工作指示灯。

5.根据权利要求1所述的一种登陆舰壁挂式航海作业设备，其特征在于：所述的主机箱后背板所安装的隔振器为钢丝绳隔振器，该隔振器为多个且分为两排分别设置在后背板的上部和下部，每排隔振器共同连接一个悬挂板，每个悬挂板上均制出多个安装孔。

6.根据权利要求1所述的一种登陆舰壁挂式航海作业设备，其特征在于：所述的主机箱的后箱体的上部安装多个接线柱；接线箱的盒体的上部和下部均安装多个接线柱。

7.根据权利要求1所述的一种登陆舰壁挂式航海作业设备，其特征在于：所述的接线箱的连接板为两个，其上下并排设置，且两个连接板均通过隔振器与接线箱的背板连接。

8.根据权利要求1所述的一种登陆舰壁挂式航海作业设备，其特征在于：所述的主机箱与接线箱用电缆连接。

9.根据权利要求1或8所述的一种登陆舰壁挂式航海作业设备，其特征在于：所述的主机箱内设置接口信息处理模块、电子海图处理模块、显示模块、操控模块、电源模块1和电源模块2，接口信息处理模块和电子海图处理模块电连接，电子海图处理模块与显示模块电连接，操控模块和电源模块1均与电子海图处理模块电连接，电源模块2分别与显示模块、接口信息处理模块以及接线箱内的DC/DC电源模块电连接，接口信息处理模块与接线箱内的接口转换模块电连接。

10.根据权利要求1或8所述的一种登陆舰壁挂式航海作业设备，其特征在于：所述的接线箱内设置DC/DC电源模块和接口转换模块，该DC/DC电源模块与主机箱内的电源模块2电连接，接口转换模块与接口信息处理模块电连接。