以太网拓扑模式下船用导航算法性能验证平台研究与设计

发布时间：2020-10-08 20:02

　　新型导航传感器的日益升级,船舶导航算法的推陈出新,计算量及实时要求不断提高,航海范围的不断延伸,使得导航算法的性能验证工作显得愈发重要。虽然实际物理装备测试可以直观的给出导航算法性能验证结果,但是受到地域、物理时间等客观因素限制,试验成本高,测试效率低。因此,搭建可以验证全纬度导航算法性能强大的船用导航算法性能验证平台,成为导航系统开发中最优的方式。现有船用导航算法性能验证平台存在真实航行运动路线还原性差,无法验证全纬度导航算法,单机模式下的平台在验证跨大纬度长航时的导航算法时,有限的运行能力和存储能力,导致平台无法持续高强度运行,不稳定因素加剧,并存在可视化效果差,升级控件与更新模块困难的问题。基于以上问题,本文研究设计以太网模式下船用导航算法性能验证平台,提高平台的可维护性,增强使用周期与工程实用性。针对现有平台存在载体运动模型固定单一,无法贴近真实航行路线,直观性差,并存在无法验证全纬度导航算法的问题。结合海图元素,通过对基于海图的船舶航迹位置及航向规划算法展开研究,并设计在中低纬以及极区的传感器数据发生算法,海图实时船位显示,最终达到模拟更真实的航行轨迹来验证全纬度导航算法的目的。单机模式下船用导航算法性能验证平台,在验证跨大纬度长航时算法时,面临计算存储任务繁重,计算机长时间高强度运行,不稳定因素加剧,观察验证结果需切换界面,操作不便捷。设计以太网拓扑模式建立服务端与客户端,基于TCP/IP协议实现系统间的稳定通讯,将整体验证工作合理分配,可提高计算能力、运行能力与存储能力。算法分散化管理在一定程度上可提高安全性与保密性,同时平台多屏显示,用户无需切换界面,便可同时观察载体实时航行位置、导航定位结果、导航误差等信息,可提高便捷性。为提高平台系统界面的美观性、更新与升级模块的灵活性,应用VC++、High Speed Chart控件,增强动态显示效果,应用海图与表盘ActiveX控件,增加软件可维护性。在平台调试中,针对界面卡顿、闪烁,数据粘包现象提出解决方案,并优化加载算法.dll文件与保存文件的方式,使其在加载与验证多算法方面具有便捷性与稳定性。最后,基于船用导航算法性能验证平台分别进行极区与非极区下的捷联惯导算法、SINS/GNSS组合导航算法、SINS/DVL/GNSS多源信息融合组合导航算法、长航时SINS/DVL/GNSS多源信息融合组合导航算法,等一系列算法的性能验证工作,完成平台的功能与性能测试。经测试,该平台是满足设计需求的平台,具有优秀的实用性与现实意义。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U665.2;TP212
【部分图文】：

海图,论文结构

介绍了课题的研究背景及意义，分析了船用导航系统及其史及现状。章船用导航算法性能验证平台总体方案研究。首先对平台的功能和。总结平台的设计思想，研究平台的组成，对平台框架进行系统设设计。章平台实现原理与基于海图航线的全纬度传感器数据发生算法研究方案开展研究，分析导航算法仿真实现原理与传感器数据发生算法规划的全纬度轨迹发生进行算法原理研究。章船用导航算法性能验证平台基于 TCP/IP 多线程网络通讯设计。依海图航线规划客户端、导航解算客户端进行通讯设计。主要包括接计、以及程序逻辑设计。章船用导航算法性能验证平台的实现与验证。对船用导航算法性能过程中涉及到的软件技术应用进行阐述，解决调试中的问题并优化加式。最后，对仿真验证平台进行多导航算法验证。

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秉承以上的思想，是搭建方案的基础与核心。2.4 船用导航算法性能验证平台组成与框架2.4.1 船用导航算法性能验证平台组成基于课题需求分析，确定搭建平台系统为以太网拓扑模式。拓扑是一种网络形状，体现网络在物理上的连通性。该拓扑结构是一种物理布局，即用什么方式以及传输媒体互连设备把网络中的计算机等硬件设备连接起来。以太网拓扑模式下有若干个相互连接在一起的服务器和客户机（C/S 模式），依靠系统间的通信，共同完成一个大型任务。提高了信息处理的可靠性及灵活性[38]。搭建的以太网模式下船用导航算法性能验证平台在计算机系统上分为两部分，主控系统（服务端），仿真目标机系统（海图航线规划客户端 A、导航解算客户端 B），其中导航解算端可以有多个，如果用户需要同时进行多种算法的性能对比，比如进行航线设定之后，要比较 INS/DVL，INS/GNSS 组合导航算法在该过程的误差特性，可以一台导航解算计算机运行 INS/DVL 仿真验证程序，一台计算机运行 INS/GNSS 仿真验证程序，同时观察它们的运行界面来分析问题，以三台计算机为例，物理连接如图 2.1 所示。

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14船舶运动状态进行建模以及数据发生，提供测试的条件，然后进行惯性导航算法的解算，经解算后输出导航的位置、速度、姿态信息。将该过以太网拓扑模式结合起来。将设定航线以及导航定位地理位置信息显示目标机系统中，作为海图航线规划客户端 A。将加载导航算法以及导航个仿真目标机系统中，作为导航解算客户端 B。将传感器数据发生分配作为服务端。因此主要的计算工作被合理分配到两台计算机上，分别是算客户端 B。海图界面的资源显示等工作在海图航线规划客户端 A 进不完成计算任务，但是显示清晰度高的海图资源图片，以及绘制、刷新占用比较多的 CPU 资源。所以，如上安排合理的分解了在验证导航算，如图 2.3 所示。

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