專利名稱：一種船用電子海圖導(dǎo)航儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船用通導(dǎo)設(shè)備技術(shù)，可用于船舶航行過程中的定位導(dǎo)航，特別適用于內(nèi)河船舶和漁船。
背景技術(shù)：
隨著2009年6月召開的海上安全委員會(MSC)第86屆大會上，國際海事組織(MO)批準(zhǔn)修訂國際海上人命安全公約(S0LAS)，要求強制配備電子海圖顯示與信息系統(tǒng)(E⑶IS)，現(xiàn)在沿海和遠(yuǎn)洋船舶上都安裝了 AIS (船舶自動識別系統(tǒng))、GPS (全球定位系統(tǒng))、Gyro (羅經(jīng))、雷達(dá)、E⑶IS (電子海圖顯示與信息系統(tǒng))等通訊導(dǎo)航設(shè)備，保證船舶的安全航行。但這些導(dǎo)航設(shè)備相互獨立，各種導(dǎo)航信息還沒有綜合處理平臺。但由于這些設(shè)備費用都比較高，鑒于安裝成本的考慮，一些內(nèi)河船舶和漁船導(dǎo)航設(shè)備還是比較落后。
另外，隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建成和北斗新一代全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的實施，船舶導(dǎo)航關(guān)鍵設(shè)備將實現(xiàn)從GPS到北斗的更新與應(yīng)用。北斗衛(wèi)星信號的接收與應(yīng)用就顯得十分迫切。在船舶應(yīng)用領(lǐng)域，北斗在漁業(yè)中得到非常好應(yīng)用，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用可以極大保障了漁船出海安全，鞏固和發(fā)展了漁業(yè)生產(chǎn)。但是，還沒有應(yīng)用到大部分船舶中，隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的成熟，考慮到國家戰(zhàn)略安全的需要，北斗系統(tǒng)必將大量應(yīng)用的商船上，從而擺脫對GPS的嚴(yán)重依賴。目前，國內(nèi)對北斗衛(wèi)星信號接收機已經(jīng)有很多單位在研發(fā)，但都只實現(xiàn)對北斗信號的接收功能，并沒有很好地與電子海圖系統(tǒng)結(jié)合在一起，不能直觀顯示船位信息。國外開發(fā)的類似的GPS接收機可以很好實現(xiàn)這個功能，例如美國Garmin公司GPSMAP系列船用導(dǎo)航儀，但也沒有把電子羅經(jīng)結(jié)合在一起。電子羅盤是近年興起的一個應(yīng)用，現(xiàn)在手機上得到了很好應(yīng)用，如果把這項應(yīng)用也推廣到船用導(dǎo)航設(shè)備上，將是一個非常實用且有價值的應(yīng)用。綜上所述，實現(xiàn)一個集電子海圖與電子羅經(jīng)于一體的北斗接收機，是非常有實用價值的應(yīng)用?，F(xiàn)在，開發(fā)一種把這些應(yīng)用組合成一個獨立的、相互間可以進(jìn)行信息通信、并把所有信息融合在一起綜合的導(dǎo)航設(shè)備是有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對當(dāng)前船舶航行安全的需要和設(shè)備安裝成本的考慮，提供一種集多種導(dǎo)航功能于一體的綜合導(dǎo)航設(shè)備，該設(shè)備既有各個獨立設(shè)備所具有的功能，又有作為一個整體有其特有的功能。本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，—種船用電子海圖導(dǎo)航儀,包含有ARM開發(fā)板和外圍電路,ARM開發(fā)板與電子海圖系統(tǒng)相連，外圍電路包括北斗信號接收模塊、串口卡擴(kuò)展模塊、電子羅盤模塊；ARM開發(fā)板的串口通信端通過信號線連接到串口卡擴(kuò)展模塊的輸入輸出端，ARM開發(fā)板的輸入輸出端通過信號線連接到北斗信號接收模塊的輸入輸出端，ARM開發(fā)板的輸入端通過信號線連接到電子羅經(jīng)模塊的輸出端，ARM開發(fā)板的輸出端通過信號線連接到液晶顯示模塊的輸入端。ARM開發(fā)板還通過串口卡擴(kuò)展模塊與GPS、AIS、羅經(jīng)、計程儀，風(fēng)向風(fēng)速儀、測深儀、ARPA相連。該船用電子海圖導(dǎo)航儀由北斗導(dǎo)航接收模塊、串口卡擴(kuò)展模塊，電子羅經(jīng)模塊和電子海圖顯示與信息系統(tǒng)，ARM開發(fā)板和顯示屏組成，由硬件和軟件兩部分組成。硬件由ARM開發(fā)板和外圍電路組成，該外圍電路包括北斗信號接收模塊、串口卡擴(kuò)展模塊、電子羅盤模塊，液晶顯示模塊。開發(fā)板的串口通信端通過信號線連接到串口卡擴(kuò)展模塊的輸入輸出端，開發(fā)板的輸入輸出端通過信號線連接到北斗信號接收模塊的輸入輸出端，開發(fā)板的輸入端通過信號線連接到電子羅經(jīng)模塊的輸出端，開發(fā)板的輸出端通過信號線連接到液晶顯示模塊的輸入端。軟件主要是電子海圖顯示與信息系統(tǒng)，具有顯示矢量電子海圖，接收與解析外部信號，航行計劃，航行監(jiān)控等功能。北斗接收模塊具有接收和發(fā)送雙重功能，通過天線接收北斗衛(wèi)星信號后，經(jīng)過接 收機的處理最后得出天線的具體位置，并能把位置信息發(fā)送到RS232串口，通過串口再發(fā)送與其連接的設(shè)備。要實現(xiàn)電子羅盤功能，需要一個檢測磁場的三軸磁力傳感器和一個三軸加速度傳感器。電子羅經(jīng)模塊通過將三軸磁力計和三軸加速計集成在一個封裝里的二合一傳感器模塊實現(xiàn)獲取移動物體的航向和姿態(tài)。這個模塊可以采用意法半導(dǎo)體推出將三軸磁力計和三軸加速計集成在一個封裝里的二合一傳感器模塊LSM303DLH，通過這樣一個模塊可以得到船舶正確的航向，并輸出至電子海圖系統(tǒng)。電子海圖系統(tǒng)讀取來自北斗接收模塊的定位信息和電子羅經(jīng)的航向信息和外接設(shè)備信號，把這些導(dǎo)航信息集中在電子海圖系統(tǒng)中并輸出至顯示屏上。電子海圖系統(tǒng)除了顯示各種導(dǎo)航信息外，還具備顯示電子海圖，航次計劃，航行監(jiān)控等功能。能夠解析并以IHO S-52的標(biāo)準(zhǔn)顯示符合IHO S-57格式的矢量電子海圖數(shù)據(jù)，能夠自動保存船舶的航行記錄并回放歷史軌跡。本發(fā)明的優(yōu)點在于，該導(dǎo)航儀是集成一體化的綜合導(dǎo)航儀，采用了簡便、實用、使用靈活、性價比高，穩(wěn)定可靠的方案，在帶有電子海圖系統(tǒng)的北斗接收機上集成當(dāng)前技術(shù)成熟的電子羅經(jīng)，通過單一設(shè)備就可以實現(xiàn)船舶的定位導(dǎo)航。這種系統(tǒng)成本更加低廉，且使用方便，安全可靠，在內(nèi)河船舶和漁船上可以發(fā)揮極大的作用。本發(fā)明把電子海圖系統(tǒng)很好地與北斗接續(xù)收機和電子羅經(jīng)結(jié)合起來，形成一個綜合的導(dǎo)航儀，不僅是硬件上一種簡單集成，而是各種數(shù)據(jù)的綜合處理分析，形成一種更強功能的系統(tǒng)。電子海圖可以讀取本設(shè)備內(nèi)部的導(dǎo)航數(shù)據(jù)而不依賴于外部信號源，在沒有安裝GPS、羅經(jīng)的情況下，一樣實現(xiàn)導(dǎo)航需求，從而實現(xiàn)船舶的可視化的安全航行，也可從一定程度上減輕船員的負(fù)擔(dān)。


圖I是本發(fā)明提出的導(dǎo)航儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是北斗接收模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是電子海圖系統(tǒng)的功能示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合圖示與具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明提出的船用電子海圖導(dǎo)航儀包含有ARM開發(fā)板和外圍電路，ARM開發(fā)板與電子海圖系統(tǒng)相連，外圍電路包括北斗信號接收模塊、串口卡擴(kuò)展模塊、電子羅盤模塊；ARM開發(fā)板的串口通信端通過信號線連接到串口卡擴(kuò)展模塊的輸入輸出端，ARM開發(fā)板的輸入輸出端通過信號線連接到北斗信號接收模塊的輸入輸出端，ARM開發(fā)板的輸入端通過信號線連接到電子羅經(jīng)模塊的輸出端，ARM開發(fā)板的輸出端通過信號線連接到液晶顯示模塊的輸入端。ARM開發(fā)板還通過串口卡擴(kuò)展模塊與GPS、AIS、羅經(jīng)、計程儀，風(fēng)向風(fēng)速儀、測深儀、ARPA相連。如圖I所示，該導(dǎo)航儀的硬件部分主要有ARM開發(fā)板，北斗接收模塊，電子羅經(jīng)模塊和串口卡擴(kuò)展模塊。北斗接收模塊和電子羅經(jīng)模塊對對接收到的信號進(jìn)行處理后，把結(jié)果放在存儲單元中，并且可以實時不間斷對信號時進(jìn)行接收處理，不斷更新存儲單元中 的數(shù)據(jù)。通過串口卡擴(kuò)展模塊，還可以接收GPS、AIS、羅經(jīng)，風(fēng)向風(fēng)速儀，測深儀，計程儀和ARPA等外部信號，這些都是標(biāo)準(zhǔn)的NMEA0183的信號。在通過底層的數(shù)據(jù)處理后，由電子海圖系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)對各種導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對系統(tǒng)自帶的北斗定位信號和電子羅經(jīng)信號，只需要從存儲單元中讀取出來顯示即可，對于外部信號則需要通過操作系統(tǒng)讀取串口信息，對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。它同時也是北斗接收模塊和電子羅經(jīng)模塊進(jìn)行配置的一個接口，提供上層測試平臺，以判斷北斗接收模塊和電子羅經(jīng)模塊工作是否正常。電子海圖系統(tǒng)除了能接收導(dǎo)航信息外，還有一個重要功能是顯示矢量電子海圖，并且能把本船航行信息直觀地顯示在電子海圖上，比如船位、航向、航速，及外部信息，如AIS目標(biāo)，ARPA目標(biāo)等。還能實現(xiàn)航線設(shè)計，航行監(jiān)控，自動檢測航行報警等功能。如圖2所示，北斗導(dǎo)航接收模塊主要由天線、射頻前端、A / D轉(zhuǎn)換器、北斗基帶芯片、基帶信號處理和導(dǎo)航解算部分組成。射頻前端通過天線接收衛(wèi)星的射頻信號，經(jīng)前置放大器放大后，將信號下變頻為中頻信號；A / D轉(zhuǎn)換器采樣中頻信號，把模擬信號量化編碼為數(shù)字信號；基帶數(shù)字信號處理部分主要功能為衛(wèi)星信號的二維捕獲、載波相位和碼相位的跟蹤，并且測算出偽距；最后導(dǎo)航解算部分采用一定的算法消除模型誤差，求解偽距方程，解析出衛(wèi)星接收機天線的地理位置，從而實現(xiàn)衛(wèi)星定位。ARM處理器主要負(fù)責(zé)對北斗基帶芯片數(shù)據(jù)的響應(yīng)、處理和控制，在硬件上這部分就是一個嵌入式開發(fā)核心板，還包括觸摸IXD接口電路、調(diào)試接口電路、FLASH、SDRAM等。北斗基帶芯片采用的是HwaNavchip-I芯片，可快速捕獲北斗系統(tǒng)BI和B3頻點的精密測距碼和北斗/ GPS衛(wèi)星的普通測距碼，具有較快的捕獲速度、極高的動態(tài)跟蹤范圍和測量精度，通過串口輸出標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制或NMEA 0183格式的信號，直接與RS232 口相連接，ARM處理器接收到的信號經(jīng)程序處理后，數(shù)據(jù)被傳送到解析程序進(jìn)行驗證處理，計算出位置信息，并在液晶顯示器上進(jìn)行顯示。如圖3所示，電子海圖系統(tǒng)具有海圖顯示與數(shù)據(jù)管理，航線設(shè)計，航線監(jiān)視和接口配置等功能。海圖數(shù)據(jù)與顯示管理主要用于顯示電子海圖，海圖編輯和數(shù)據(jù)管理，如數(shù)據(jù)的導(dǎo)入與更新。電子海圖按照IHO S-52以標(biāo)準(zhǔn)的顏色和符號顯示海圖，海圖編輯可以對海圖進(jìn)行手工更新，也可以是一些船員的手工標(biāo)繪。航線設(shè)計主要實現(xiàn)創(chuàng)建、修改、刪除、導(dǎo)入和導(dǎo)出航線，同時對從創(chuàng)建好的航線中選出作為航線監(jiān)控航線，做航次計劃表，航線檢查。在船舶航行過程中需要做航行監(jiān)控，可以根據(jù)本船航行安全要素做自動的安全檢測，給給出報警提示，也可以保存或回放航行記錄，提供航海日志的功能。接口配置管理是對接入的外部信號進(jìn)行管理，支持接入的信號有GPS、AIS、羅經(jīng)，風(fēng)向風(fēng)速儀，測深儀，計程儀和ARPA，可以配置接收的端口，頻率等。端口配置好后，系統(tǒng)會不斷地讀取端口數(shù)據(jù)，再對讀到數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變 化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
權(quán)利要求
1.一種船用電子海圖導(dǎo)航儀，其特征在于，包含有ARM開發(fā)板和外圍電路，ARM開發(fā)板與電子海圖系統(tǒng)相連，外圍電路包括北斗信號接收模塊、串口卡擴(kuò)展模塊、電子羅盤模塊； ARM開發(fā)板的串口通信端通過信號線連接到串口卡擴(kuò)展模塊的輸入輸出端，ARM開發(fā)板的輸入輸出端通過信號線連接到北斗信號接收模塊的輸入輸出端，ARM開發(fā)板的輸入端通過信號線連接到電子羅經(jīng)模塊的輸出端，ARM開發(fā)板的輸出端通過信號線連接到液晶顯示模塊的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種船用電子海圖導(dǎo)航儀，其特征在于，ARM開發(fā)板還通過串口卡擴(kuò)展模塊與GPS、AIS、羅經(jīng)、計程儀，風(fēng)向風(fēng)速儀、測深儀、ARPA相連。
全文摘要
本發(fā)明提出一種船用電子海圖導(dǎo)航儀，包含有ARM開發(fā)板和外圍電路，ARM開發(fā)板與電子海圖系統(tǒng)相連，外圍電路包括北斗信號接收模塊、串口卡擴(kuò)展模塊、電子羅盤模塊；ARM開發(fā)板的串口通信端通過信號線連接到串口卡擴(kuò)展模塊的輸入輸出端，ARM開發(fā)板的輸入輸出端通過信號線連接到北斗信號接收模塊的輸入輸出端，ARM開發(fā)板的輸入端通過信號線連接到電子羅經(jīng)模塊的輸出端，ARM開發(fā)板的輸出端通過信號線連接到液晶顯示模塊的輸入端。該導(dǎo)航儀是集成一體化的綜合導(dǎo)航儀，采用了簡便、實用、使用靈活、性價比高，穩(wěn)定可靠的方案，在帶有電子海圖系統(tǒng)的北斗接收機上集成當(dāng)前技術(shù)成熟的電子羅經(jīng)，通過單一設(shè)備就可以實現(xiàn)船舶的定位導(dǎo)航。
文檔編號G01C21/00GK102944235SQ201210470149
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者黃玉貴, 王勝正 申請人:上海海事大學(xué)