GPS在实船测量中的应用
- 格式：pdf
- 大小：115.32 KB
- 文档页数：3
[试验与研究]
GPS在实船测量中的应用X
侯镇华
[关键词]GP S;快速性;操纵性
[摘 要]本文讲述了全球卫星定位系统(GP S)在舰船实船性能实验中的应用及有关实例。
[中图分类号]P228.4 [文献标识码]A [文章编号]1001-9855(2002)03-0034-003
The application of GPS in sea trial speed measuring
Hou Zhenhua
Keywords:GPS;rapidity;m aneuv erability
Abstract:T his paper describes the application of Glo bal Position Sy stem(GPS)in full-scale ship sea trial speed measuring though a num ber of application examples.
为了考核舰船性能,在实船中快速性和操纵性的测量是极为重要的,传统的叠标测速法由于测速场的试验海面和水深目前已无法满足要求,而原有的操纵性测量方法又是相当粗略的。
目前采用的GPS定位测速及轨迹测量方法已为国际上广泛使用和认可。
传统的叠标测速法的不足之处:
1.精度不够理想;
a.叠标不平行。
b.观测视角误差大。
c.进入叠标时有时航速尚未达到稳定。
2.受天气、气候等局限,而且水深,海流诸因素影响也较大。
3.试验时间长,参试人员多,消耗大。
反之,使用GPS方法则:
1.试验海区范围大,对试验海面和水深有更大选择余地,几乎可以在任何海区进行。
2.受气候环境影响小,只要海况(海浪)条件允许,可以24小时内全天候进行。
包括雨天,黑夜。
1 GPS简要介绍
GPS系统(Nlovtar Global Positioning System)即“导航卫星全球定位系统”。
是美国继“海军导航卫星系统”后,从1973年开始研究实施的新一代卫星导航系统。
全球定位系统空间卫星由24颗卫星组成,其中3颗为备用卫星。
工作卫星分布在6个轨道面内,每个轨道面有3～4颗组成。
卫星轨道面相对地球赤道的倾角55°,各轨道面升交点的赤经相差60°,在相邻轨道面上,卫星的升交距相差30°,每运行一周为11小时58分,每一卫星每天在地平线上约为5小时,位于全球任何一点地平线上的卫星至少有4颗以上,最多可达11颗。
1994年美国国防部宣布“GPS已具备初步运作能力”(IOC),使该系统在全球进行全天候的高精度定位、速度测量和精密偿授时。
由于GPS可以在全球连续地实施导航与定位,同时定位精度高,实时定位速度快,已经广泛装备船舶上用以导航。
也同时为舰船性能(快速性、操纵性)的精密测量提供了良好的手段。
美国国防部(DOD)从1992年开始实施SA(选择可行性)政策,即人为的将卫星星历和GPS时钟精度降低,限制定位精度。
使其二维测量精度由15m(ECP)放宽至标准定位服务的商用标准精度100m(ECP)。
显然,这样的定位精度是不能保证船舶性能的试验精度的。
2002年6月第3期
船 舶
SHIP&BO A T
June,2002
NO.3
X[收稿日期]2001-12
[作者简介]侯镇华(1943.10-),男,汉族,高级工程师,主要从事船体振动及实船试验研究工作。
2 差分GPS应用
差分GPS接收系统(DGPS),是在已知坐标位置处设置监视站,并将观测到的卫星伪距改正值通过数据传输链实时传递给用户接收机,当用户接收到此伪距改正值并根据接收的卫星广播星历和不小于4颗卫星的伪距,则可得出较精确的坐标,使用差分GPS甚至可以得到优于P码的精度,其实时定位精度可优于5m。
而且差分站与接收机之间的距离可达700km,这就为在海上利用DGPS技术进行舰船性能测量提供了良好条件。
近来,美国出于自身商业利益,已停止SA政策,但仍需国会定期审议,但即使如此,其定位精度也有数十米的误差,所以差分技术的应用仍不失为上策。
3 NR108GPS接收机概况
为适应舰船事业的发展,我所于1996年引进法国“塞赛尔”(SERCFL)公司NR108DGPS接收机,它可以同时接收10颗GPS卫星和差分信号,不但可以接收SERCEL压缩文本,也装有接收RD-CM104文本的模块。
由于我国已在沿海设置使用国际组织专门制定的播发RTCM104格式的差分信号站,所以它具有很强的通用性。
该机由一个袖珍接收机和一个可以同时接收卫星信号及差分信号一体化的小天线组成,每0.6s更新一次定位计算,其定位精度优于5m(与差分站相距1000km)。
通过与计算机通讯和相应的软件,则可对舰船的快速性和操纵性进行精确的测量。
在接收上海某差分台信号情况下,于本所科研大楼实测定位精度4小时统计误差小于1m(95%置信度)。
这样,在实船测量中,如果测速距离为1n m ile,则该项误差将小于0.2%。
4 应用实例
我所自1996年开始,已为近百艘各类舰船特别是出口船舶进行了实船测量,均取得满意结果,获得良好信誉,特别是我们自行编制的软件,功能齐全,界面友好,除满足国内有关规范外,也完全符合国际上的各类要求,不但保证了技术的先进性,也取得了良好的经济效益。
4.1 船舶快速性测量
本船为大连新厂建造的11万吨油船,在选定的试验海区,船舶直线航行,待主机转及航速稳定后开始测速,即对GPS的输出数据进行采样,采集包含包括格林威治时间、位置(经度、纬度及高程)、方向、速度和卫星状态等参数,采集时间间隔为1秒,每个航向采样时间约为8分钟,考虑潮流影响,同一工况包括往返两个航向。
其平均值即为此工况下船舶航速。
如往返航向夹角不是180°,应进行修正,再行计算。
图1为船舶在设计吃水状态下,主机113r/m in
工况下航速测定结果。
图 1
4.2 船舶操纵性测量
4.2.1 回转性试验
在回转试验中由于GPS的安装天线有异于船舶重心,所以在计算时先应输入两者的纵、横向距离及高程差。
如图2为某船的回转性实验结果。
并提供如纵距、横距,战术直径和回转直径等参数。
4.2.2 惯性试验及全速倒车停船试验
当船舶从停车或全速倒车开始,至水中停航,采集船舶在各时间在各时间间隔的经纬度,计算出其时间、航向,航迹及速度的演变等。
4.2.3 Z形操纵试验
在Z形操纵试验中,也要输入GPS与船舶重心的位置差,其给出的第一超越角,第二超越角,并也显示其位置、速度等。
图3即为11万吨油船Z形试验结果。
(下转第51页)
GPS在实船测量中的应用
统,这是一种很好的方式,从业绩上看已有多型小船设计及应用,应该有广阔的前途,值得推广。
这样,可促使竞争,有利于电力推进系统的发展。
万事开头难,如得到船东的支持,就一定会取得成功。
据了解,国外某些公司在中国对口船舶工程的部门均为商务营销人员,在获知需求信息后均需通知本国的船舶技术部门作出方案和报价后再返回中国向需方通报,需要技术交流时也需要由本国派出人员来华。
其方案中的设备均由该公司的产品部提供,船舶技术部门仅做系统集成工作。
目前,这些公司在中国的产品部门均有船用变频器和电动机的基本资料,这些部门的营销人员都有意单独推销其产品以完成营销指标,所以完全可以跳开船舶工程部门进行关键设备的采购工作。
这是采用第一种开发模式必要的和有利的条件和基础,因此完全可以利
用外商公司内部的多渠道营销方式来达到我们的目的。
此外,上海海运学院的仿真实验室也提供了电力推进系统性能的分析能力,有助于系统设计的完善和便于运行人员的培训。
因此,以第一种模式来发展中国的电力推进系统的条件已具备成熟。
[参考文献]
[1] 现代船舶电力推进系统的发展和应用.吴斐文.2001
年上海航海学会技术报告
[2] 交流变频调速电力推进系统的典型应用.张慧洲、张晓
东、吴斐文.船舶.2002年第1期
[3] 电力推进系统参数和型式论证.吴斐文、韩明.船舶.
2001年第1期
[4] 电力驱动型式及应用的最新趋势.吴斐文.张海荣.船
舶.2002年第4期(即出)
(上接第35页
)
图
2图 3
[参考文献]
[1] DGP S 计算机辅助实船试验系统用户手册.七○八所.
余滋红
[2] 全球定位系统(GPS )定位原理及应用.中国测绘院.王
军
[3] 11万吨成品油轮实船试验报告.七○八所.张思玉、龚
征华
中国发展电力推进系统的途径。
