船舶導航技術(shù)課件日期:目錄CATALOGUE導航技術(shù)概述衛(wèi)星導航技術(shù)慣性導航技術(shù)無線電導航系統(tǒng)組合導航與智能系統(tǒng)國際標準與維護規(guī)范導航技術(shù)概述01船舶導航基本定義船舶導航是指通過航行設(shè)備、導航儀器和航海圖書資料等手段，確定船舶位置、航向和航速，以及航行中各種信息的過程。導航的基本要素導航的目的包括航向、航速、航程和位置等基本要素，以及與之相關(guān)的航跡推算、航跡控制和航跡顯示等技術(shù)。保證船舶航行安全、提高航行效率、減少航行時間和成本。123導航技術(shù)發(fā)展歷程古代導航技術(shù)現(xiàn)代導航技術(shù)近代導航技術(shù)主要依靠天文觀測、地文特征和羅盤等手段進行導航。隨著無線電技術(shù)的發(fā)展，無線電導航開始逐漸成為主導，如無線電測向儀、雷達等。以衛(wèi)星導航為主，包括GPS、北斗等全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，以及INS（慣性導航系統(tǒng)）、AIS（自動識別系統(tǒng)）等輔助導航技術(shù)。高精度定位通過衛(wèi)星導航等技術(shù)，實現(xiàn)船舶的高精度定位，提高航行安全性。智能化航跡規(guī)劃根據(jù)船舶的實際情況和航行環(huán)境，智能化地規(guī)劃最佳航線和航速，提高航行效率。實時信息更新通過AIS、雷達等輔助設(shè)備，實時獲取周圍船舶和障礙物信息，保障航行安全。綜合導航信息融合將各種導航信息融合起來，提供全面、直觀的導航信息，提高決策的準確性和可靠性?，F(xiàn)代導航核心需求衛(wèi)星導航技術(shù)02GPS由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶設(shè)備三部分組成，各自獨立運作又相互關(guān)聯(lián)。GPS定位基于測量衛(wèi)星信號傳播時間來實現(xiàn)，用戶設(shè)備接收多顆衛(wèi)星信號并計算距離，進而確定三維位置。誤差主要來源于衛(wèi)星軌道、時鐘、大氣傳播等，可通過差分技術(shù)、模型修正等方法進行誤差減小。廣泛應(yīng)用于軍事、民用、航海、航空等領(lǐng)域，提供高精度定位和導航服務(wù)。GPS系統(tǒng)原理與應(yīng)用GPS系統(tǒng)組成定位原理誤差來源與修正應(yīng)用領(lǐng)域GLONASS由俄羅斯研發(fā)，具有全球覆蓋能力；北斗系統(tǒng)由中國研發(fā)，逐步實現(xiàn)全球覆蓋，具有區(qū)域增強功能。系統(tǒng)構(gòu)成與覆蓋范圍GLONASS使用不同于GPS的頻率和信號調(diào)制方式，與GPS不兼容；北斗系統(tǒng)則采用與GPS兼容的信號體制，便于用戶接收和使用。頻率與信號特性GLONASS在緯度較高地區(qū)具有優(yōu)勢，但系統(tǒng)穩(wěn)定性受到俄羅斯經(jīng)濟和技術(shù)的影響；北斗系統(tǒng)具有獨特的衛(wèi)星設(shè)計和地球同步軌道，提高了定位精度和可靠性。定位精度與可靠性010302GLONASS與北斗系統(tǒng)對比GLONASS主要應(yīng)用于俄羅斯及獨聯(lián)體國家，而北斗系統(tǒng)在中國及周邊地區(qū)有廣泛應(yīng)用，并逐步拓展到全球范圍。應(yīng)用領(lǐng)域與發(fā)展趨勢04多模融合原理通過整合多種衛(wèi)星導航系統(tǒng)（如GPS、GLONASS、北斗等）和其他定位技術(shù)（如慣性導航、無線電導航等），實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提高定位精度和可靠性。關(guān)鍵技術(shù)包括多模信號接收與處理、數(shù)據(jù)融合算法、實時性優(yōu)化等，是實現(xiàn)多模融合定位的關(guān)鍵。應(yīng)用場景在復雜環(huán)境下（如城市峽谷、隧道、室內(nèi)等）或高精度需求領(lǐng)域（如自動駕駛、精密農(nóng)業(yè)等），多模融合定位技術(shù)具有顯著優(yōu)勢。發(fā)展趨勢隨著衛(wèi)星導航系統(tǒng)的不斷完善和定位技術(shù)的不斷發(fā)展，多模融合定位技術(shù)將成為未來定位導航領(lǐng)域的主流趨勢。多模融合定位技術(shù)01020304慣性導航技術(shù)03測量角速度，通過積分得到角度，用于確定姿態(tài)和航向。陀螺儀測量比力，通過積分得到速度和位置，用于推算船舶運動狀態(tài)。加速度計由陀螺儀和加速度計組成，提供連續(xù)的姿態(tài)、速度和位置信息。慣性導航系統(tǒng)慣性器件工作原理誤差累積與補償方法誤差來源儀器誤差、安裝誤差、初始對準誤差、計算誤差等。01誤差累積隨時間增長，誤差會不斷累積，導致導航精度下降。02補償方法采用濾波技術(shù)、外部信息融合等方法進行誤差修正和補償。03周期性校準定期對慣性導航系統(tǒng)進行校準，以減小誤差累積的影響。04船舶動態(tài)姿態(tài)解算船舶動態(tài)姿態(tài)解算姿態(tài)角解算位置推算速度解算姿態(tài)和位置信息的應(yīng)用利用陀螺儀和加速度計數(shù)據(jù)，解算出船舶的橫搖、縱搖和艏搖角度。結(jié)合加速度計和航速信息，解算出船舶在三個軸向上的速度分量。基于速度解算結(jié)果和時間積分，推算出船舶的實時位置信息。用于船舶姿態(tài)控制、航跡規(guī)劃、碰撞預(yù)警等。無線電導航系統(tǒng)04脈沖相位調(diào)制羅蘭-C系統(tǒng)采用脈沖相位調(diào)制技術(shù)，通過地面發(fā)射站發(fā)射的脈沖信號來實現(xiàn)導航。雙曲線定位羅蘭-C系統(tǒng)采用雙曲線定位原理，通過測量脈沖信號到達接收器的時間差來確定位置。高精度導航羅蘭-C系統(tǒng)具有較高的定位精度，能夠提供米級別的導航精度?？垢蓴_性強羅蘭-C系統(tǒng)能夠有效地抵抗電磁干擾和噪聲干擾，保證導航的可靠性。羅蘭-C技術(shù)特性信號接收與處理雷達通過天線接收信號，并進行放大、濾波和混頻等處理，以提取目標信息。距離測量雷達通過測量信號往返時間來計算目標距離，同時需要考慮信號傳播速度、大氣折射等因素對測量結(jié)果的影響。方向測量雷達可以通過測量信號到達天線的相位差來確定目標方向，并需要校準天線方向圖以減少誤差。目標檢測與識別雷達信號處理的重要任務(wù)之一是從噪聲中提取目標信號，并進行目標識別和跟蹤。雷達導航信號處理01020304船舶狀態(tài)信息交換AIS系統(tǒng)可以實時交換船舶的狀態(tài)信息，包括位置、速度、航向、船舶尺寸、吃水等，方便其他船舶和岸上進行監(jiān)控和協(xié)調(diào)。危險信息告警AIS系統(tǒng)能夠接收和發(fā)送危險信息告警，如船舶遇險、污染、航道危險等，以便其他船舶及時采取避讓和救援措施。航行計劃共享AIS系統(tǒng)支持船舶上傳和下載航行計劃，包括航線、預(yù)計到達時間、目的港等信息，提高航行的安全性和效率。船舶身份識別AIS系統(tǒng)能夠自動識別船舶的身份信息，包括船舶名稱、類型、呼號、MMSI等。AIS信息交互機制組合導航與智能系統(tǒng)05多源數(shù)據(jù)融合算法卡爾曼濾波算法聯(lián)邦濾波算法粒子濾波算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合算法一種遞歸的濾波算法，利用系統(tǒng)的物理模型和傳感器數(shù)據(jù)進行狀態(tài)估計?；谪惾~斯估計的序貫蒙特卡羅方法，適用于非線性、非高斯系統(tǒng)。一種分散化濾波方法，將一個大系統(tǒng)分解為多個子系統(tǒng)，分別進行濾波和融合。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行信息融合，具有自學習、自適應(yīng)和容錯性等特點。電子海圖信息系統(tǒng)將電子海圖、定位信息和導航信息集成在一起，實現(xiàn)航行信息的綜合顯示。電子海圖無縫拼接技術(shù)將多幅電子海圖進行無縫拼接，實現(xiàn)大范圍的連續(xù)航行顯示。電子海圖動態(tài)更新技術(shù)實時更新電子海圖信息，包括航標、水深、障礙物等，保證航行安全。電子海圖與雷達圖像疊加顯示將電子海圖與雷達圖像進行疊加顯示，提高航行目標的識別能力。電子海圖集成顯示自主避障路徑規(guī)劃基于電子海圖的路徑規(guī)劃根據(jù)電子海圖信息，規(guī)劃出最優(yōu)的航行路徑，避開障礙物和危險區(qū)域。02040301多目標路徑規(guī)劃同時考慮多個目標點的路徑規(guī)劃，實現(xiàn)最優(yōu)路徑的選擇和航行效率的提升。實時動態(tài)路徑規(guī)劃根據(jù)船舶的實時位置、速度和航向，動態(tài)調(diào)整航行路徑，避免碰撞和擱淺。智能避障算法利用機器學習和人工智能技術(shù)，實現(xiàn)船舶自主避障和智能導航。國際標準與維護規(guī)范06IMO導航設(shè)備要求航行安全設(shè)備包括雷達、電子海圖顯示與信息系統(tǒng)（ECDIS）、自動識別系統(tǒng)（AIS）等，確保航行安全。通信設(shè)備航行中必須保持通信暢通，包括衛(wèi)星通信、船舶地球站、無線電測向儀等。助航設(shè)備確保船舶操縱性能，包括陀螺羅經(jīng)、測深儀、計程儀等。應(yīng)急設(shè)備應(yīng)急示位標、搜救雷達應(yīng)答器等設(shè)備，確保在緊急情況下發(fā)出求救信號。設(shè)備檢查定期對導航設(shè)備進行性能檢查，確保設(shè)備正常運行。01軟件更新及時更新導航軟件，確保電子海圖、航線等數(shù)據(jù)的準確性。02備份電源確保導航設(shè)備在斷電情況下仍能持續(xù)工作一段時間。03日志記錄記錄設(shè)備使用情況、維護歷史及發(fā)現(xiàn)的問題，便于后續(xù)追蹤。04系統(tǒng)日常