CN115031764A - 一种用于计程仪的快速标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于计程仪的快速标定方法，包括获取船沿某一航向直航并保持螺旋桨转速不变且待船航速稳定时的开始标定的计程仪实时速度、GPS实时对地速度、航向角和航迹向，实时获取保持上述状态航行一定时间t1的计程仪实时速度、GPS实时对地速度、航向角和航迹向；进而求出计程仪t1时段内等效平均对水速度、对地速度、航向角和航迹向；改变船的航向后，使船稳定在一个新的航向下，并保持螺旋桨转速与时段t1一致，待船航速稳定后，以该状态持续航行一段时间t2，重复时段t1过程，获取t2时段内等效平均对水速度、对地速度、航向角和航迹向；根据以上参数即可计算该航速点的修正系数，该方法简化了标定流程。

Description

一种用于计程仪的快速标定方法
技术领域
本发明涉及计程仪技术领域，更具体的说是涉及一种用于计程仪的快速标定方法，适用于水面舰船、水下航行器等相对计程仪的标定过程，包括电磁计程仪、水压计程仪等。
背景技术
船舶计程仪是一种测量船舶航速和累计航程的导航仪器。计程仪按其测量参考坐标系的不同，可分为相对计程仪和绝对计程仪两类，其中相对计程仪只能测量船舶相对水的速度并累计航程。计程仪在使用前都需要经过标定，以使其测量的速度更为准确，且在使用一段时间后还要再次进行标定。
通常对计程仪的标定都是依照GJB 6850.128-2009《水面舰艇系泊和航行试验规程第128部分计程仪试验》的规定，采用“顺-逆-顺”来回跑三趟的标定方法，该方法是目前国际上认可的标定方式，但其也存在着标校试验过程过于复杂、耗时过长等不足。
针对该问题，本发明提出一种快速标定方法，可简化标定流程，减少标定趟次，缩短标校时长，提高计程仪使用经济效益。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于计程仪的快速标定方法，简化了计程仪标定过程，缩短了标定时间，提高了设备使用经济性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于计程仪的快速标定方法，包括：
获取船沿某一航向直航并保持螺旋桨转速不变且待船航速稳定时的开始标定的计程仪实时速度VJt1、GPS实时对地速度VDt1、航向角αt1和航迹向βt1；
实时获取航行一定时间t1的计程仪实时速度、GPS实时对地速度、航向角和航迹向，得到t1时间段内计程仪的等效平均对水速度、GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向；
获取船沿另一航向直航并保持螺旋桨转速不变且待船航速稳定时的开始标定的计程仪实时速度VJt2、GPS实时对地速度VDt2、航向角αt2和航迹向βt2；
实时获取航行一定时间t2的计程仪实时速度、GPS实时对地速度、航向角和航迹向，得到t2时间段内计程仪的等效平均对水速度、GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向；
基于t1时间段内GPS的等效对地速度、等效航向角、等效航迹向以及t2时间段内GPS的等效对地速度、等效航向角、等效航迹向获取对水真速度；
通过对水真速度、t1时间段内计程仪的等效平均对水速度和t2时间段内计程仪的等效平均对水速度获取修正系数，完成该航速点的标定。
优选的，t1时间段内计程仪的等效平均对水速度、GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向计算公式为：
Figure BDA0003675104080000021
其中，
Figure BDA0003675104080000031
其中，VJi为t1时间段内某一时刻下计程仪的瞬时对水速度，VDi、αi和βi分别为t1时间段内某一时刻下的GPS的瞬时对地速度、瞬时航向角以及瞬时航迹向，n表示t1时间段内采集的瞬时参量的总次数，VJξ1表示t1时间段内计程仪的等效平均对水速度，VDξ1、αξ1、βξ1分别表示t1时间段内GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向，
Figure BDA0003675104080000032
为t1时间段内各时刻下的GPS的瞬时对地速度的正弦分量的求和平均值，
Figure BDA0003675104080000033
为t1时间段内各时刻下的GPS的瞬时对地速度的余弦分量的求和平均值；
Figure BDA0003675104080000034
为t1时间段内各时刻下的计程仪的瞬时对水速度的求和平均值；
Figure BDA0003675104080000035
为t1时间段内各时刻下的GPS的瞬时航向角的求和平均值。
优选的，t2时间段内计程仪的等效平均对水速度、GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向计算公式为：
Figure BDA0003675104080000036
Figure BDA0003675104080000041
其中，VJj为t2时间段内某一时刻下计程仪的瞬时对水速度，VDj、αj和βj为t2时间段内某一时刻下的GPS的瞬时对地速度、瞬时航向角以及瞬时航迹向，m表示t2时间段内采集的各参量的总次数，VJξ2表示t2时间段内计程仪的等效平均对水速度，VDξ2、αξ2、βξ2分别表示t2时间段内GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向,
Figure BDA0003675104080000042
为t2时间段内各时刻下的GPS的瞬时对地速度的正弦分量的求和平均值，
Figure BDA0003675104080000043
为t2时间段内各时刻下的GPS的瞬时对地速度的余弦分量的求和平均值；
Figure BDA0003675104080000044
为t2时间段内各时刻下的计程仪的瞬时对水速度的求和平均值；
Figure BDA0003675104080000045
为t2时间段内各时刻下的GPS的瞬时航向角的求和平均值。
优选的，对水真速度VZξ1具体计算公式为：
Figure BDA0003675104080000046
优选的，修正系数kξ1计算公式为：
Figure BDA0003675104080000047
优选的，GPS为双天线差分GPS。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种用于计程仪的快速标定方法，采用变航向直航两个趟次的方式，即可完成一个航速点的标定过程，该方法简化了标定流程，减少标定趟次，缩短标校时长，提高了计程仪使用经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种用于计程仪的快速标定方法，如图1所示，包括：
S1：获取船沿某一航向直航并保持螺旋桨转速不变且待船航速稳定时的开始标定的计程仪实时速度VJt1、GPS实时对地速度VDt1、航向角αt1和航迹向βt1；
S2：实时获取保持上述状态航行一定时间t1的计程仪实时速度、GPS实时对地速度、航向角和航迹向，得到t1时间段内计程仪的等效平均对水速度、GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向：
Figure BDA0003675104080000061
其中，
Figure BDA0003675104080000062
其中，VJi为t1时间段内某一时刻下计程仪的瞬时对水速度，VDi、αi和βi分别为t1时间段内某一时刻下的GPS的瞬时对地速度、瞬时航向角以及瞬时航迹向，n表示t1时间段内采集的瞬时参量的总次数(由于各参数采集起始和结束时间相同，采集的频率也相同，即各瞬时参量采集的总次数均相同，也即等式(2)右边均为n)，VJξ1表示t1时间段内计程仪的等效平均对水速度，VDξ1、αξ1、βξ1分别表示t1时间段内GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向；
Figure BDA0003675104080000063
为t1时间段内各时刻下的GPS的瞬时对地速度的正弦分量的求和平均值，
Figure BDA0003675104080000064
为t1时间段内各时刻下的GPS的瞬时对地速度的余弦分量的求和平均值；
Figure BDA0003675104080000065
为t1时间段内各时刻下的计程仪的瞬时对水速度的求和平均值；
Figure BDA0003675104080000066
为t1时间段内各时刻下的GPS的瞬时航向角的求和平均值。
S3：改变船的航向后，使船稳定在一个新的航向下，获取船沿另一航向直航并保持螺旋桨转速不变且待船航速稳定时的开始标定的计程仪实时速度VJt2、GPS实时对地速度VDt2、航向角αt2和航迹向βt2；
S4：实时获取保持上述状态航行一定时间t2的计程仪实时速度、GPS实时对地速度、航向角和航迹向，得到t2时间段内计程仪的等效平均对水速度、GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向：
Figure BDA0003675104080000071
Figure BDA0003675104080000072
其中，VJj为t2时间段内某一时刻下计程仪的瞬时对水速度，VDj、αj和βj为t2时间段内某一时刻下的GPS的瞬时对地速度、瞬时航向角以及瞬时航迹向，m表示t2时间段内采集的各参量的总次数(由于各参数采集起始和结束时间相同，采集的频率也相同，即各瞬时参量采集的总次数均相同，也即等式(4)右边均为m。当t1和t2不同时，总次数m和n不同，仅当t1和t2相等时，m和n才相等)，VJξ2表示t2时间段内计程仪的等效平均对水速度，VDξ2、αξ2、βξ2分别表示t2时间段内GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向；
Figure BDA0003675104080000073
为t2时间段内各时刻下的GPS的瞬时对地速度的正弦分量的求和平均值，
Figure BDA0003675104080000081
为t2时间段内各时刻下的GPS的瞬时对地速度的余弦分量的求和平均值；
Figure BDA0003675104080000082
为t2时间段内各时刻下的计程仪的瞬时对水速度的求和平均值；
Figure BDA0003675104080000083
为t2时间段内各时刻下的GPS的瞬时航向角的求和平均值。
S5：基于t1时间段内GPS的等效对地速度、等效航向角、等效航迹向以及t2时间段内GPS的等效对地速度、等效航向角、等效航迹向获取对水真速度：
Figure BDA0003675104080000084
S6：通过对水真速度、t1时间段内计程仪的等效平均对水速度、t2时间段内计程仪的等效平均对水速度获取修正系数，完成该航速点的标定；
Figure BDA0003675104080000085
上述过程所求的kξ1即为该航速点下的修正系数，其它航速下的水真速度求解过程类似。
进一步，GPS为双天线差分GPS，将双天线差分GPS固定安装在船上相对空旷的位置，以保证GPS接收机能够稳定接收卫星定位信息；将差分GPS接收机通过线缆与信息处理计算机连接，以便实时获取对地速度、航向角和航迹向。
进一步，改变船的航向使其稳定下一个新的航向时，并保持螺旋桨转速与t1时段一致。当t1时间段和t2时间段的航向偏差180°时，本发明快速标定方法可与“顺-逆-顺”标定方法兼容。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种用于计程仪的快速标定方法，其特征在于，包括：
获取船沿某一航向直航并保持螺旋桨转速不变且待船航速稳定时的开始标定的计程仪实时速度VJt1、GPS实时对地速度VDt1、航向角αt1和航迹向βt1；
实时获取航行一定时间t1的计程仪实时速度、GPS实时对地速度、航向角和航迹向，得到t1时间段内计程仪的等效平均对水速度、GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向；
获取船沿另一航向直航并保持螺旋桨转速不变且待船航速稳定时的开始标定的计程仪实时速度VJt2、GPS实时对地速度VDt2、航向角αt2和航迹向βt2；
实时获取航行一定时间t2的计程仪实时速度、GPS实时对地速度、航向角和航迹向，得到t2时间段内计程仪的等效平均对水速度、GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向；
基于t1时间段内GPS的等效对地速度、等效航向角、等效航迹向以及t2时间段内GPS的等效对地速度、等效航向角、等效航迹向获取对水真速度；
通过对水真速度、t1时间段内计程仪的等效平均对水速度和t2时间段内计程仪的等效平均对水速度获取修正系数，完成该航速点的标定。
2.根据权利要求1所述的一种用于计程仪的快速标定方法，其特征在于，t1时间段内计程仪的等效平均对水速度、GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向计算公式为：
Figure FDA0003675104070000011
其中，
Figure FDA0003675104070000021
其中，VJi为t1时间段内某一时刻下计程仪的瞬时对水速度，VDi、αi和βi分别为t1时间段内某一时刻下的GPS的瞬时对地速度、瞬时航向角以及瞬时航迹向，n表示t1时间段内采集的瞬时参量的总次数，VJξ1表示t1时间段内计程仪的等效平均对水速度，VDξ1、αξ1、βξ1分别表示t1时间段内GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向,
Figure FDA0003675104070000022
为t1时间段内各时刻下的GPS的瞬时对地速度的正弦分量的求和平均值，
Figure FDA0003675104070000023
为t1时间段内各时刻下的GPS的瞬时对地速度的余弦分量的求和平均值；
Figure FDA0003675104070000024
为t1时间段内各时刻下的计程仪的瞬时对水速度的求和平均值；
Figure FDA0003675104070000025
为t1时间段内各时刻下的GPS的瞬时航向角的求和平均值。
3.根据权利要求2所述的一种用于计程仪的快速标定方法，其特征在于，t2时间段内计程仪的等效平均对水速度、GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向计算公式为：
Figure FDA0003675104070000026
Figure FDA0003675104070000031
其中，VJj为t2时间段内某一时刻下计程仪的瞬时对水速度，VDj、αj和βj为t2时间段内某一时刻下的GPS的瞬时对地速度、瞬时航向角以及瞬时航迹向，m表示t2时间段内采集的各参量的总次数，VJξ2表示t2时间段内计程仪的等效平均对水速度，VDξ2、αξ2、βξ2分别表示t2时间段内GPS的等效对地速度、等效航向角和等效航迹向,
Figure FDA0003675104070000032
为t2时间段内各时刻下的GPS的瞬时对地速度的正弦分量的求和平均值，
Figure FDA0003675104070000033
为t2时间段内各时刻下的GPS的瞬时对地速度的余弦分量的求和平均值；
Figure FDA0003675104070000034
为t2时间段内各时刻下的计程仪的瞬时对水速度的求和平均值；
Figure FDA0003675104070000035
为t2时间段内各时刻下的GPS的瞬时航向角的求和平均值。
4.根据权利要求3所述的一种用于计程仪的快速标定方法，其特征在于，对水真速度VZξ1具体计算公式为：
Figure FDA0003675104070000036
5.根据权利要求4所述的一种用于计程仪的快速标定方法，其特征在于，修正系数kξ1计算公式为：
Figure FDA0003675104070000037
6.根据权利要求1所述的一种用于计程仪的快速标定方法，其特征在于，GPS为双天线差分GPS。
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