半实物仿真综合舰桥实验室构建及教学应用
时间：2020-04-03 05:23:09 来源：千叶帆 本文已影响人
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【摘要】阐述了综合舰桥系统的基本概念，在现有条件下提出基于CAN总线网及以太网双网并存的半实物仿真综合舰桥实验室总体建设方案。给出了建设目标、系统组成及基本功能。实验室建成后可以满足教学、科研、部队服务等多种功能需求。
【关键词】计算机仿真 综合舰桥系统 实验室建设
【中图分类号】G64【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）02-0247-01
引言
综合船桥系统采用系统设计的方法，将舰船上的各种导航、操纵控制和雷达避碰等设备有机地结合起来，利用计算机、现代控制、信息处理等技术实现舰船航行的自动化。系统具有完善的综合导航、自动操船、自动避碰、通信和航行管理控制以及丰富的人机交互等多种功能。系统的主要使命是实现船舶航行的高度自动化，提高航行的安全性、经济性和有效性[1]。综合舰桥系统是借鉴民用综合船桥系统的技术，结合舰艇特点及作战需求而研制的与现代化作战系统、动力系统、电力系统、航务管理系统等相适应的舰用综合船桥系统。综合舰桥系统完全实现了舰船导航、操控一体化和航行自动化、信息化、网络化和智能化，是未来海军主战舰艇舰桥建设的发展方向，也是当前海军院校实验室建设的重点研究对象。综合舰桥系统需要舰艇操纵、导航、通信等多种装设备支撑，且需要以实际海洋战场环境为背景，这给实验室建设带来了难度。同时，考虑到系统信息传播的实时性及可靠性，本文提出了在CAN总线网及以太网双网并存模式下，基于计算机仿真技术及装备接口技术的半实物仿真综合舰桥实验室建设方案。
1.基本组成
仿真综合舰桥实验室包括真实导航装备子系统、仿真导航装备子系统和导航装备仿真运行控制子系统和通信网络四个部分。整个系统以CAN总线控制网及以太网双网并存为通信模式。
1.1真实导航装备
真实导航装备子系统包括：陀螺罗经、平台罗经、计程仪、测深仪、导航雷达、电子海图系统和车钟等航海仪器装备以及GPS接收机、北斗、罗兰C导航仪装备。主控制机可通过CAN总线网接口接收主控制机发送给本端的导航信息，导航信号模拟器将该信息转换为各装备实际传感器信息，实现对实装的控制；同时，实装信息也可实时上传至CAN总线网，实现信息共享。
1.2仿真导航装备
仿真导航装备子系统主要指通过软件实现各导航装备功能的仿真模块，该模块以控制系统发播的导航信息为理想信息源，以导航装备的基本原理模型为仿真模型，力图构建与实际装备相符的信息节点。仿真模型除了可以完成基本的仪器功能，可以针对实际装备内部信号流程，施加故障节点，构建更加真实的仿真装备。实际装备与仿真装备可以同时联网并存。仿真软件选择可以灵活多样，既可以选择在仪器仿真方面功能较强的虚拟仪器软件，也可以选择通用语言平台VC#语言。
1.3导航装备仿真运行控制子系统
导航装备仿真运行控制子系统包括陀螺罗经主罗经转台、转台艏向控制系统、舵角模拟器，水深信号模拟器、计程仪传感器信号模拟器、每个真实和仿真导航装备的CAN总线接口、主控计算机、打印机、投影仪、仿真运行主控软件、航行环境仿真软件和CAN总线等。主要完成仿真信息（姿态信息、位置信息、航速信息、水深信息）对装备子系统的控制功能。以姿态信息控制为例，主控制计算机通过接收来自CAN总线的实际自动操舵仪（或仿真操舵仪）的舵角信息，结合设定的海洋环境及舰艇操纵模型完成对仿真舰艇的实时姿态控制，这种控制具体体现在对主罗经转台控制。
1.4通信网络
通信网络主要实现总控制台对仿真海上信息的实时播发及各实装节点、仿真装备节点对本节点导航数据的定时上传通信，由于仿真系统采用现场总线与计算机通信网络双网并存方式，数据通讯协议的定义及通信方式可以考虑以下几种模式，并根据实际情况灵活应用：
1）基于PCI-CAN总线接口卡的点对点、一点对多点及全局广播的数据传输方式；
2）基于装备节点CAN总线收发器的点对点、一点对多点及全局广播的数据传输方式；
3）基于以太网卡的点对点、一点对多点及全局广播的数据传输方式。
2.教学应用功能
系统建成后，具有集教学、科研、部队服务等多种功能。既可开展综合舰桥系统构建相关技术研究工作，又可满足海军学历教育、航海长任职教育及舰艇部队人员、导航装备维修保障人员培训等多层次、多角度、多种装备的实验教学需求。
2.1装备原理教学与部队培训
导航实际装备与对应仿真装备相结合，可以承担陀螺罗经、平台罗经、计程仪、回声测深仪、自动操舵仪、电子航海图、综导显控台、罗兰C导航仪、GPS导航仪、GLONASS导航仪、北斗导航仪、多普勒导航系统、惯性导航系统、水聲定位导航系统、地形辅助导航系统等用户设备的工作原理、误差特性等学历教育实验教学任务。由于仿真装备为计算机软件，具有可复制性，可以支撑任职培训实作课程及舰艇部队各种导航装设备使用的批量培训任务。另外，仿真装备的故障制定及重现功能，可以满足装设备维修保障人员进行针对性较强的维修辅助教学需求。
2.2海上事故分析研究与装备型号改进
仿真综合舰桥系统运行可以模拟各型舰船、各种海况、各型装备的各种故障现象，还可以模拟双舰协同作战航行各种工况。由于仿真舰船的运动、姿态变化以及各型装备的运转可以完全制定，因此，在给定具体的实际海上舰船航行记录数据的前提下，仿真系统可以实现对当时海上航行状况的复现，这对于海上事故分析，航行安全分析提供了可信的判定依据。
3.结束语
军队院校实验室建设应遵循面向未来、立足条件、服务为本的原则。院校应该冲当科技强军的先锋队，海军作为科技兵种，舰艇现代化主要体现在装设备体系建设的自动化、信息化、网络化、智能化，综合舰桥系统正是在此背景下应运而生的。仿真综合舰桥实验室以现有装备条件为基础，充分利用计算机仿真技术、网络通信接口技术，以满足实验教学、服务部队为根本，力求在建设中不断探索研究，为综合舰桥系统在未来海战场中应用提供坚实的技术积累与知识储备。
参考文献：
[1]刘强，邱太琪，许江宁.国外综合船桥系统研究与发展[J].舰船电子工程.2007.1（157）：34-40.
[2]IBS2200型综合桥楼系统[Z]. 北京： 国防工业出版社， 国外海军装备性能手册， 1996. 156-161.
[3]郭秉义.舰船自动化航行系统设计分析[J]. 舰船论证参考，1993，（3）：24-29.
[4]王淑英， 李德凡. 综合船桥系统的产生、发展和展望[R]. 北京： 中国舰船研究院， 舰船情报研究报告， 1995. 202-207.
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