船舶动力定位系统_郑荣才

第21卷第4期 中国惯性技术学报 V ol.21 No.4 2013年8月 Journal of Chinese Inertial Technology Aug. 2013 收稿日期：2013-01-24；修回日期：2013-06-21 基金项目：国家863计划重点项目（2011AA110201）

作者简介：郑荣才（1973—），男，工学博士，高级工程师，研究方向为综合导航和多传感器数据融合技术。

E-mail ：zrc618@https://www.sodocs.net/doc/3516250996.html,

文章编号：1005-6734(2013)04-0495-05

船舶动力定位系统

郑荣才，宋健力，黎 琼，吴园园，窦玉宝

(天津航海仪器研究所，天津 300131)

摘要：随着深海技术的不断发展，动力定位系统的在海洋工程上得到广泛应用。动力定位系统通过其控制系统驱动船舶推进器来抵消风、浪、流等作用于船上的环境外力, 从而使船舶保持在确定的位置上或沿预期的航迹航行。本文在分析了国际海事组织和国际海洋工程承包商协会对动力定位系统定义及分级要求的基础上，阐述了国外船舶动力定位系统的发展及其应用状况，分析了动力定位系统的组成和工作原理，研究了动力定位系统的各种约束、控制策略、控制技术、推力分配等关键技术，指出动力定位系统精度取决于控制系统和测量系统性能，并提出了发展国产动力定位系统应采用的途径。 关 键 词：动力定位系统；推力分配；测量系统；控制系统 中图分类号：U666.1

文献标志码：A

Dynamic positioning system of ship

ZHENG Rong-cai, SONG Jian-li, LI Qiong, WU Yuan-yuan, DOU Yu-bao (Tianjin Navigation Instrument Research Institute, Tianjin 300131, China)

Abstract: With the developments of deep-sea technologies, the dynamic positioning system(DPS) has been widely applied in offshore project. The dynamically positioned system of a vessel is designed to accurately maintain the vessel’s position and heading at a fixed location or a predetermined track for marine operation purposes by exclusively using active thrusters. In this paper, the development and application of the dynamic positioning(DP) system were investigated. The principle how the DP works was analyzed. The typical configurations of the foreign famous DPS were studied. The system restrictions, control strategy, control technology ，and thrust allocation of DP were analyzed. It was pointed that the accuracy of dynamic positioning system depends on dynamic positioning control and measurement equipment. Based on the researches above, an approach to develop our own dynamic positioning system was presented. Key words: dynamic positioning system; thrust allocation; measurement systems; control systems

船舶动力定位(dynamic positioning ，DP) 系统是一种闭环控制系统，它通过控制系统驱动船舶推进器来抵消风、浪、流等作用于船上的环境外力, 从而使船舶保持在海平面某要求的位置上。DP 通过测量系统不断检测船舶的实际位置与目标位置的偏差，再根据环境外力的影响计算出使船舶恢复到目标位置所需推力的大小，进而对全船的各推进器进行推力分配，使各推进器产生相应的推力以克服风、浪、流等环境外力的干扰，使船舶保持在某确定位置或沿一定预定航

迹航行[1]。DP 广泛用于海上作业船舶和海上平台的定点系泊，具有定位精度高、灵活性好、机动性强、适用于多种海况作业等诸多优点，受到广泛关注[2]。

1 动力定位系统的定义和分类

国际海事组织（International Maritime Organization ，IMO ）和国际海洋工程承包商协会(International Marine Contractors Association ，IMCA)将DP 定义为动力定位船舶需要装备的全部设备，包括动力系统、推进器系

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统和动力定位控制系统[3,4]。

由于海上作业船舶对动力定位系统的可靠性要求越来越高，IMO和各国船级社都对DP提出了严格要求[5-7]，制定了三个等级标准。设备等级一(DP1)：在单故障的情况下可能发生定位失常。设备等级二(DP2)：有源组件或发电机、推进器、配电盘遥控阀门等系统单故障时，不会发生定位失常，但当电缆、管道、手控阀等静态元件发生故障时可能会发生定位失常。设备等级三(DP3)：任何单故障都不会导致定位失常。DP的分级主要是考虑设备的可靠性和冗余度，目的是对动力定位系统的设计标准、必须安装的设备、操作要求和试验程序等作出规定，保证DP安全可靠运行，并避免在DP作业时对人员、船舶、其它设备造成损害。

2 动力定位系统的发展状况

船舶动力定位系统最初的应用开始于20世纪60年代。1961年，美国壳牌石油公司的钻井船Eureka号完成下水，很快自动控制推进器的设备就进行了装船，它是由HowardShatto设计完成的。这艘船配备了一套最基本类型的模拟式控制系统，并和外部的一个张紧索参考系统相连。除了主推进器外，还在船头和船尾加装了易于操纵的推进器，船长为40 m，排水量为4.5×105 kg。船上装有动力定位系统后最显著标志是它具有多台推进器。在第一批动力定位船舶中，最成功最著名的是“格洛马挑战者”号船舶，该船几乎遍游地球的每一个海洋，收集到水深达6100 m处的岩心，为地质学上的发现尤其是为板壳结构理论提供了大量有利证据[8]。

第二代动力定位系统于20世纪70年代初开始形成。第二代动力定位船舶中最具有代表性的是“SEDC0445”号，该船于1971 年投入营运，系统具有连续作业50天能力。“SEDC0445”号也装有多台推力装置，包括11只辅助推进器和2只主螺旋桨。与第一代动力定位系统相比，主要特点是采用了卡尔曼滤波等现代控制技术，各动力定位船舶都采用几乎相同的传感元件和数字计算机控制系统，而位置传感器则由单一型发展成综合型，在一个动力定位系统中可同时采用声学、张紧索和竖管角三种位置基准传感器，系统的各个原件都有冗余，可长期不间断地运行。

第三代动力定位系统于20世纪80年代初开始形成的，主要采用现代计算机技术和现场总线技术。经过多年的发展，动力定位系统的鲁棒性、灵活性、功能性和操作的简易性均提高到新的水平。其中典型的有Konsberg公司的SDP11系列，Navis公司的NavDP 4000系列，L3公司的NMS6000系列。这些动力定位系统均具有开放性的结构，能够实现船舶位置和航向的高精度保持，广泛用于风力发电安装船、溢油回收船、平台供应船、铺管船、辅缆船、挖泥船、打桩船、半潜运输船、钻井平台、打捞船、起重船、无限区化学品船、LNG船等船舶和海洋工程领域。目前最先进的DP 可以在2级流、6级风的海况下实现0.35 m的位置定位精度，0.1°的艏向保持精度和1 m的航迹保持精度。

船舶定位控制是在不断壮大的石油和天然气勘探业以及舰船作业需要的背景下于20世纪60年代初期产生，目前己经迅速发展为一项高新而成熟的技术。1980年，具有动力定位能力的船舶数量为65艘，到1985年增长到150艘，到2002年其数量超过了1000艘，目前全世界已有2000多艘具有动力定位能力的船舶。动力定位技术在军事和海洋工程领域得到了广泛应用。

3 动力定位系统的组成及工作原理

船舶动力定位系统主要由3部分组成：位置测量系统、控制系统和推力系统[1]，如图1所示。

测量系统是指获得船舶相应运动参数和环境参数的传感器系统，主要有：提供船舶艏向的电罗经；提供船舶准确位置的DGPS、声学定位系统、张紧索等；提供风速和风向变化的风向风速仪；提供船舶姿态的垂向基准传感器。

动力定位控制系统主要对测量系统测量到的船舶运动信息及当前环境作用信息进行处理，给出推进器控制信号以对推进器进行控制，使动力定位船舶在风、流、浪等外力和推进器的推力作用下保持在期望位置及艏向。

推力系统是动力定位系统的执行机构，包括动力系统和推进器。推力系统按照控制系统发出的指令控制推进器推力的大小和方向，以抵抗外界环境的干扰力和力矩。

目前，国外各主要DP厂家的产品均符合IMO及主要船级社的要求，均能提供三个等级的产品，其产品均能提供手动、半自动和自动三种操作方式，对船舶的位置和艏向的控制可单独进行或两者同步进行。但由于各家公司设计理念及产品用途的不同，产品的配置也不完全一样，但大体上均包括操控台、控制和信号处理单元、测量系统、动力推进系统和网络等。Kongsberg公司典型的动力定位系统SDP11(DP1)配置如图2所示，L3公司典型的动力定位系统NMS6000

第4期

郑荣才等：船舶动力定位系统

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(DP2)配置图3所示。

图1 动力定位系统组成

Fig.1 Block diagram of dynamic positioning system

图2 Kongsberg 公司的SDP11 Fig.2 Configuration of Kongsberg SDP11

图3 L3公司的NMS6000 Fig.3 Configuration of L3 NMS6000

船舶动力定位系统根据测量系统测量到的船舶运动信息及当前环境参数，将船舶的位置和艏向与期望值比较，控制系统依据此偏差计算出所需推力，同时

对推力进行分配。船舶在控制系统的控制下利用自身的动力驱动推进器，形成一个足以抵消外界时变环境载荷的主动力，从而抵消风、浪、流等环境外力（矩）

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第21卷

的干扰，使船舶保持在一定位置和方向的系统。动力定位系统工作原理如图4所示。

图4 动力定位系统工作原理

Fig.4 System implementation of dynamic positioning system

4 动力定位系统的控制策略

船舶在海上的动力学特性很难用精确的数学模型加以描述，而风、浪、流等外部随机干扰的统计特性也随着不同的海况而发生很大的变化且难以预知。如何对动力定位系统进行控制是动力定位系统需要解决的关键问题之一。

应用于海上作业船舶和海洋平台动力定位系统的主要性能指标包括：动力定位系统能快速响应外界环境因素的影响，使船舶保持在预期的位置、艏向范围内或沿预期的航迹行驶，并且在确保动力定位系统安全可靠工作前提下使推进系统能耗最小。在此要求下，制定动力定位系统的控制策略时主要考虑以下约束条件：

1) 功率消耗

船舶能产生的功率数量是有限的，推力器只能使用其中的一部分。随着海况、作业类型、服役发动机的数目和故障情况的不同，所分配的功率的数量也有所不同，因此，执行机构得到的控制指令必须受到限制。为了达到最高的性能而不发生执行器饱和，在控制器和推力分配系统中都应考虑功率的约束限制[9]。

2) 推力器负载

推力器推力的大小与推力器的机械属性有关，是制定控制策略时要考虑的硬约束，如由电力推进产生的高峰值推力能损坏齿轮箱。因此，出于安全考虑，螺旋桨的转速必须受到约束。另外，光滑的推力变化对节约能源也有好处，因此，速度约束也应和与作业有关的功率约束综合起来考虑。

3) 操作区约束

根据作业不同（如钻井、跟踪ROV 、装载等），可能存在和工作区域相关的不同操作约束。为了达到操作条件下船舶的最大性能，常要求从性能或安全角度引入操作区约束，该约束一旦违反，作业可能发生灾难性的后果。

4) 冗余度

理想的推进器能够产生任何方向的推力，一般情况仅由2个推进器就能组成推力系统。但由于目前单个推进器的推力容量有限，2个推进器无法满足推力容量的要求，同时推进器系统必须满足平台工作的可操纵性和可靠性，因此推进器系统中的推进器一般多于5个。这种情况下需要考虑推进器与船体以及推进器间的互相影响等因素，以及由多个推进器组成的冗余系统的控制问题[10]。

综上所述，在制定船舶动力定位系统的控制策略时，不仅要考虑动力定位系统的控制精度，还需要考虑定位系统的响应速度与能耗。动力定位系统的控制是精度、功耗、负载、冗余度和响应速度等多约束情况下的优化控制问题。

5 动力定位系统的控制技术

控制系统是整个动力定位系统的核心部分。动力定位系统的精度和速度直接取决于控制系统的性能，因此如何提高控制系统的性能成为了动力定位系统发展中的关键问题，也标志着动力定位系统的发展水平。

动力定位系统经历了从PID 控制、线性最优控制到智能控制的发展过程，目前常用的是线性随机最优控制，即LQG 控制方法。近年来模糊控制、神经网络等智能控制方法也开始应用于动力定位控制。

1) PID 控制

比例-积分-微分(Proportional-Integral-Differential ，PID)控制是早期动力定位系统控制技术的代表类型，以经典的PID 控制为基础，分别对船舶的三个自由度(横荡、纵荡、艏摇)进行控制。根据位置和艏向偏差计算推力大小，然后确定推力分配逻辑产生推力，实现船舶定位。

由于PID 控制具有技术成熟、操作简单、价格便宜、应用广泛等优点，所以早期动力定位系统都采用此技术。但是随着动力定位船舶对控制精度和响应速度的要求不断提高，PID 控制已经不能满足动力定位的需求，目前已很少使用。

2) LQG 控制

Kalman 滤波和最优控制相结合形成了线性二次高斯型(Linear Quadratic Guass ，LQG)控制，LQG 控制在第二代动力定位系统得到普遍应用。LQG 控制解决了定位控制中由于滤波而导致的相位滞后问题，并在节能、安全、鲁棒性能上都较PID 控制有很大的进步，控制精度和响应速度也能满足系统需求，是目前动力定位系统中应用最为广泛的一种控制技术。

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3) 智能控制

智能控制在一定程度上模仿了人的智能，是一种处理不确定性、非线性和其它不适定问题的控制方法。智能控制的特性决定其非常适合处理动力定位系统的复杂非线性以及环境的不定性，能够提高动力定位系统的抗干扰能力、响应速度和鲁棒性。智能控制包括模糊控制和神经网络控制等。模糊控制不依赖于对象的精确数学模型，在一定程度上模仿人的智能控制，具有抗干扰能力强、响应速度快、鲁棒性好等特点；而神经网络控制具有自适应学习功能和容错能力强等特点。

6 推力分配

推进系统是动力定位系统的执行机构，其作用是按照控制系统发出的一系列推力指令，形成一个时变的推力系统，以抵消外在的时变环境载荷。

DP的控制系统综合考虑测量系统测量到的船舶位置和艏向及其与期望值的偏差、外界环境扰动力的影响等因素，通过系统控制算法计算出使船舶恢复到目标位置和艏向所需推力的大小，并通过分配算法将控制力分配到每个执行器上。动力定位系统的控制系统可分为高、低两级控制器。高级控制器的主要功能是通过控制算法计算控制力，低级控制器的功能则是对推力系统中推力器进行控制。推力分配负责将高层控制器所产生的2个推力指令和1个力矩指令分配给各个推进器。推力分配系统作为高、低两级控制器的纽带，一方面需满足控制力要求，另一方面需符合推力系统的动力性能和操作要求，因此动力分配对整个系统的控制效果有至关重要的作用。为了满足系统的操作性和安全性，动力定位功能船舶一般装有比常规船舶更多数量和种类的推力器，而动力定位系统一般只在纵荡、横荡和艏摇三个自由度上施加控制力，将3个自由度上的控制力分配到多个推力器时，使得控制输入的维数要多于系统所要求控制的自由度，因此，整个动力分配系统形成了一个冗余系统[10]。

对于动力定位控制系统，推力分配所要解决的问题是如何在要求的响应时间内迅速找到一个最优的控制输入组合以满足期望的控制力和力矩，抵抗外界干扰的影响，保证系统的控制精度。对于动力定位系统来说，通常将推进器系统燃油的最小消耗作为优化问题的目标，同时综合考虑系统响应速度、控制精度、主机功率等约束，因此推力分配成为解决多约束条件下的最优化问题。7 结 论

目前，国内对船舶动力定位系统的研究还处于理论研究阶段，其研究主要集中在船舶运动模型、控制模型和控制算法等方面。近年来，随着我国船舶与海洋工程的迅速发展，作为船舶及海洋平台运营基础技术的动力定位系统必将得到更多的重视和发展。国内研发动力定位系统的根本途径在于通过引进和消化国外先进的船舶动力定位系统技术，开展动力定位系统的体系结构、信息流程、控制策略、控制技术、推力分配、能力预测、故障模式影响分析及人机工程等关键技术研究，进行动力定位系统一体化设计，突破船舶动力定位的操作控制台、控制和信号处理单元、报警管理和综合信息显示等关键单元的设计，开发出功能达到国际先进水平的动力定位系统，实现国产动力定位系统在海洋工程领域零的突破。

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海洋船舶北斗定位导航系统解决方案

海洋船舶北斗定位导航系统 解决方案 华云科技有限公司 2013年10月

目录 一、综述...................................................................................................... 错误!未指定书签。 二、系统解决方案 ...................................................................................... 错误!未指定书签。 （一）设计目标与原则............................................................................. 错误!未指定书签。 1.设计目标 ................................................................................... 错误!未指定书签。 2.设计原则 ................................................................................... 错误!未指定书签。 （二）总体方案设计................................................................................. 错误!未指定书签。 1. 卫星导航运营中心 ......................................................................... 错误!未指定书签。 2. 岸端监控中心 ................................................................................. 错误!未指定书签。 3. 船载北斗定位导航终端 ................................................................. 错误!未指定书签。 （三）岸端监控中心功能设计................................................................. 错误!未指定书签。 1.岸船信息互通 ........................................................................... 错误!未指定书签。 2.位置监控 ................................................................................... 错误!未指定书签。 3.应急调度 ................................................................................... 错误!未指定书签。 4.船舶报警 ................................................................................... 错误!未指定书签。 5.增值信息服务 ........................................................................... 错误!未指定书签。 6.系统管理 ................................................................................... 错误!未指定书签。 7.系统接口 ................................................................................... 错误!未指定书签。 （四）船载北斗定位导航终端................................................................. 错误!未指定书签。 1.主要特点 ................................................................................... 错误!未指定书签。 2.终端功能 ................................................................................... 错误!未指定书签。 3.主要性能指标 ........................................................................... 错误!未指定书签。 （五）硬件环境要求................................................................................. 错误!未指定书签。 1. 主机存储 ......................................................................................... 错误!未指定书签。 2. 网络................................................................................................. 错误!未指定书签。 3. 系统支撑软件 ................................................................................. 错误!未指定书签。 三、系统造价 .............................................................................................. 错误!未指定书签。 （一）概算一（终端含屏及本地导航） ........................................... 错误!未指定书签。 （二）概算二（终端不含屏） ........................................................... 错误!未指定书签。

动力定位船舶的非线性观测器设计

第37卷第6期　2003年6月 上海交通大学学报 JOU RNAL O F SHAN GHA I J I AO TON G UN I V ER S IT Y V o l .37N o.6　 Jun .2003　 收稿日期:2002205223 作者简介:何黎明(19762),男,浙江东阳人,博士生,主要从事船舶动力定位系统的研究.田作华(联系人),男,教授, 电话(T el .):021*********;E 2m ail :zh tian @sjtu .edu .cn 文章编号:100622467(2003)0620964205 动力定位船舶的非线性观测器设计 何黎明,　田作华,　施颂椒 (上海交通大学自动化系200030) 摘　要:针对动力定位船舶设计了一个非线性观测器,该观测器的全局收敛性通过李亚普诺夫稳定性定理得到了证明.观测器的最大优点是可以省略采用Kal m an 滤波器时线性化船舶运动方程的过程.该非线性观测器可以从附有测量噪声的输出中估计到船舶低频位置和运动速度以及环境扰动作用力,同时也能从输出信号中滤除一级波浪引起的船舶高频运动.该非线性观测器的性能通过对一动力定位船舶模型的仿真得到了验证. 关键词:动力定位;船舶;非线性观测器;滤波器中图分类号:U 661.338 文献标识码:A A Nonline a r O bs e rve r D e s ign fo r D ynam ic P os itioning S hip H E L i 2m ing ,　T IA N Z uo 2hua ,　S H I S ong 2j iao (D ep t .of A u tom ati on ,Shanghai J iao tong U n iv .,Shanghai 200030,Ch ina ) A bs tra c t :A non linear ob server w as derived fo r dynam ic po siti on ing system .T he global exponen tial stab il 2 ity of ob server w as p roven u sing L yapunov m ethods .T he m ain advan tage of the non linear design to Kal m an filter is that the k inem atic equati on s of m o ti on need no t be linearized .T he p ropo sed ob server in 2cludes an esti m ati on of bo th the low 2frequency po siti on and velocity of the sh i p from no isy po siti on m ea 2su rem en ts ,environm en tal distu rbance and w ave filering .T he si m u lati on resu lts show the excellen t perfo r 2m ance of the non linear ob server . Ke y w o rds :dynam ic po siti on ing ;sh i p s ;non linear ob server ;filter 随着人们对海洋开发和探索范围的广泛深入, 动力定位(D P )系统越来越受到人们的重视.D P 系统能够使受到海浪、流、风等作用力影响下的海洋浮式结构物保持需要的角度和位置,该系统从20世纪60年代开始已经应用在海洋船舶上.最早的设计采 用了传统的P I D 控制器级联低通或陷波滤波器的方法,80年代后,基于Kal m an 滤波器和最优控制理论的方法开始应用于D P 系统中[1～3]. 船舶在海面上的综合运动一般分为由风、流、二级波浪、推力器组成的低频运动和一级波浪组成的高频运动.由于高频运动仅表现为周期性的振荡而不会导致平均位置的改变,为了避免不必要的能量 浪费和推力器的磨损,一般从船舶测得的综合位置信号分离出低频信号进行控制.而船舶传感器系统只能提供带有测量噪声的船舶位置和艏摇角度,且运动速度不可测,必须通过状态估计得到,因此,滤波和状态估计在动力定位系统中起着非常重要的作用.目前,D P 系统中经常采用线性Kal m an 滤波器,该方法的主要缺点是必须将船舶运动的动力学方程在一些给定的艏摇角度值上线性化,一般将整个包线划分为36个工作点.对于每个线性化后的模型,再应用最优Kal m an 滤波器和反馈控制.因为系统拥有15个状态变量,所以采用上述方法时系统的在线计算量很大,而且其中的很多协方差值很难调整.

北斗、Galileo、GLONASS、GPS定位导航系统对比

北斗、Galileo、GLONASS、GPS定位导航系统对比 世界有四大定位导航系统，分别是中国的北斗卫星定位系统、欧盟的Galieo、俄罗斯的GLONASS、美国人的GPS定位系统。 1.GPS 2.GLONASS全球导航卫星系统 GLONASS的起步晚于GPS9年。从前苏联 1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星开始，到1996年，13年时间内历经周折，虽然遭遇了苏联的解体，由俄罗斯接替部署，但始终没有终止或中断GLONASS卫星的发射。1995年初只有16颗GLONASS卫星在轨工作，1995年进行了三次成功发射，将9颗卫星送入轨道，完成了24颗工作卫星加1颗备用卫星的布局。经过数据加载、调整和检验，已于 1996年1月18日．整个系统正常运行。 1卫星星座 GLONASS卫星星座的轨道为三个等间隔椭圆轨道，轨道面间的夹角为120度，轨道倾角 64．8度，轨道的偏心率为o．01，每个轨道上等间隔地分布8颗卫星。卫星离地面高度19100km，绕地运行周期约11小时15分，地迹重复周期8天，轨道同步周期17困。 由于GLONASS卫星的轨道倾角大于GPS卫星的轨道倾角，所以在高纬度(50度以上)地区的可视性较好。 每颗GLONASS卫星上装有艳原子钟以产生卫星上高稳定时标，并向所有星载设备的处理提供同步信号。星载计算机将从地面控制站接收到的专用信息进行处理，生成导航电文向用户广播。导航电文包括：

①星历参数；②星钟相对于GLONASS时的偏移值；③时间标记； ④GLONA SS历书。 GLONASS卫星向空间发射两种载波信号。L1频率为 1.602— 1.616MHz．L2频率为 1．246— 1．256MHz为民用，L2供军用。 2．地面探制系统 地面控制站组包括一个系统控制中心，一个指令跟踪站，网络分布于俄罗斯境内。 CTS跟踪着GLoNAs5可视卫星，它遥测所有卫星，进行测距数据的采集和处理，并向各卫星发送控制指令和导航信息。 3用户设备 接收GUNASS卫星信号并测量其伪距和速度，同时从卫星信号中选出并处理导航电文。 接收机中的计算机对所有输入数据处理并算出位置坐标的三个分旦、速度矢量的三个分量和时间。利用两个独立的卫星定位系统进行导航和定位测量，可有效地削弱美俄两国对各自定位系统的可能控制，提高定位的可靠性和安全性。 4伐罗斯联邦政府对GLONA5S系统的使用政策 早在1991年俄罗斯首先宣称；GLoNAs5系统可供国防民间使用、不带任何限制，也不计划对用户收费．该系统将在完全布满星座后遵照已公布的性能运行至少15年。民用的标准精度通道(csA)精度数据为：

船舶动力定位系统控制技术的发展与展望

科技创新 随着人类向深海进军，动力定位系统（dynamic position- ing,DP）越来越广泛地应用于海上作业船舶（海洋考察船、半 潜船等）、海上平台（海洋钻井平台等）、水下潜器(ROV)和军 用舰船（布雷舰、潜艇母船等）。它一般由位置测量系统，控制 系统，推力系统三部分构成。位置测量系统（传感器）测量当 前船位，控制器根据测量船位与期望值的偏差，计算出抗拒 环境干扰力（风、流、浪）使船舶恢复到期望位置所需的推力， 推力系统进行能量管理并对各推力器的推力进行分配，推力 器产生的推力使船舶(平台)在风流浪的干扰下保持设定的航 向和船位。动力定位系统的核心是控制技术，它标志着动力 定位系统的发展水平。 动力定位控制技术的发展 计算机技术，传感器和推进技术的发展，无疑给动力定 位系统带来了巨大的进步，但是真正代表动力定位技术发展 水平的还是控制技术的发展。至今动力定位控制技术已经经 历三代，其特点分别是经典控制理论、现代控制理论和智能 控制理论在动力定位控制技术中的应用。对应的是第一，二， 三代动力定位产品。 进入九十年代以后，智能控制方法在动力定位系统获得 广泛应用，逐步形成了第三代动力定位系统。Katebi等在 1997年,Donha和Tannuri2001年研究了基于鲁棒控制的 控制器，1998年，Thor I.Fossen做了全比例实验，采用李亚 普洛夫设计被动非线性观测器。非线性随机过程控制方法的 应用以及欠驱动控制逐渐成为研究的热点。神经网络，模糊 控制，遗传算法等等理论给动力定位系统控制器的研究开辟 了一片新的天地。 国内外常用的动力定位控制技术 1.PID控制 早期的控制器代表类型，以经典的PID控制为基础，分 别对船舶的三个自由度：横荡，纵荡，艏摇进行控制。风力采 用风前馈技术。根据位置和艏向偏差计算推力大小，然后确 定推力分配逻辑产生推力，实现船舶定位。这种方法在早期 曾取得成功。但是它有不可避免的缺陷：一是除了风前馈以 外，位置和艏向控制都不是以模型为基础的，属于事后控制， 控制的精度和响应的速度都有局限性；二是若在PID控制器 的基础上，采用低通滤波技术，可以滤除高频信号，但它却使 定位误差信号产生相位滞后。这种相位滞后限制了可以用于 控制器的相角裕量，因此滤波效果越好，则对控制器带宽和 定位精度的限制就愈大；三是PID参数难以选择，一旦海况 和船体有变化，PID参数将不得不重新选择。 2.LQG控制 Kalman滤波和最优控制相结合形成了线性二次高斯型 LQG控制（Linear Quadratic Guass），基于LQG控制的第二代 动力定位系统应用非常广泛。现代较多商用船舶的DP系统 都是采用的这种控制方式。 Kalman滤波器或扩展Kalman滤波器接收测量的船舶 运动综合位置信息，实现以下功能:1)滤除测量噪声和船舶高 频运动信号；2)给出船舶低频运动的状态估计值，该估计值 反馈提供给LQG最优控制器；3)状态递推，实时修正低频估 计值，在传感器故障无数据时，系统也能正常运行一段时间。 由于采用Kalman滤波或扩展Kalman滤波,取样和修正 能在同一个周期内完成,因而解决了控制中存在的由于滤波 而导致的相位滞后问题。LQG控制在节能、安全、鲁棒性能 上都有比较大的进步。控制精度和响应速度满足了大部分需 求。但它也有如下缺点：一是模型不够精确。动力定位系统设 计时,是在假设一系列固定的艏摇角度(一般线性化为36个 艏摇角,从0°到360°,间隔为10°)或者假设艏摇很小（采用小 角度理论）的基础上对运动方程进行线性化而获得的模型。 而实际的船舶定位过程是一个复杂的高度非线性的过程。上 述假设条件势必带来误差；二是计算工作量比较大。船舶动力定位系统控制技术的发展与展望 余培文陈辉刘芙蓉 摘要：船舶动力定位是深海开发的关键技术之一，随着海上油气生产向深海的发展，动力定位系统会更受重视，对控制技术也会提出更高的要求。本文简要介绍了动力定位控制技术的发展过程以及一些代表性的控制技术 在动力定位中的应用，包括PID控制，最优控制，模型参考自适应控制，反步法，模糊控制，神经网络等，最后 对动力定位控制技术的发展热点做了展望。 关键词：动力定位控制技术展望 44 CWT中国水运2009·2

北斗卫星导航系统定位原理及应用

xxxx导航系统定位原理及其应用 北斗卫星定位系统是由中国建立的区域导航定位系统。该系统由四颗（两颗工作卫星、2颗备用卫星）北斗定位卫星（北斗一号）、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，授时精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，北斗导航系统三维定位精度约几十米，授时精度约100ns。美国的GPS三维定位精度P码目前己由16m提高到6m，C/A码目前己由25-100m提高到12m，授时精度日前约20ns。。 北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造。四颗导航定位卫星的发射时间分别为： 2000年10月31日； 2000年12月21日； 2003年5月25日， 2007年4月14日，第三、四颗是备用卫星。2008年北京奥运会期间，它将在交通、场馆安全的定位监控方面，和已有的GPS卫星定位系统一起，发挥?双保险?作用。北斗一号卫星定位系统的英文简称为BD，在ITU（国际电信联合会）登记的无线电频段为L波段（发射）和S波段（接收）。北斗二代卫星定位系统的英文为Compass（即指南针），在ITU登记的无线电频段为L波段。北斗一号系统的基本功能包括： 定位、通信（短消息）和授时。北斗二代系统的功能与GPS相同，即定位与授时。 其工作原理如下： ?北斗一号?卫星定位系出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户出于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标

海洋船舶北斗定位导航系统解决方案

海洋船舶北斗定位导航系统 解决案 华云科技有限公司 2013年10月

目录 一、综述 (3) 二、系统解决案 (4) （一）设计目标与原则 (4) 1.设计目标 (4) 2.设计原则 (5) （二）总体案设计 (5) 1. 卫星导航运营中心 (6) 2. 岸端监控中心 (7) 3. 船载北斗定位导航终端 (7) （三）岸端监控中心功能设计 (8) 1.岸船信息互通 (8) 2.位置监控 (8) 3.应急调度 (8) 4.船舶报警 (9) 5.增值信息服务 (10) 6.系统管理 (10) 7.系统接口 (11) （四）船载北斗定位导航终端 (12) 1.主要特点 (12) 2.终端功能 (13) 3.主要性能指标 (18) （五）硬件环境要求 (18) 1. 主机存储 (18) 2. 网络 (19) 3. 系统支撑软件 (19) 三、系统造价 (21) （一）概算一（终端含屏及本地导航） (22) （二）概算二（终端不含屏） (23)

一、综述 最古老的航海导航的法是罗盘和星历导航，人类通过观察星座的位置变化来确定自己的位；最早的导航仪是中国人发明的指南针,后来发展成一直为人类广泛应用的磁罗经。在随后的两个世纪里，人类通过综合利用星历知识、指南针和航海表来进行导航和定位。卫星技术应用于海上导航可以追溯到20世纪60年代的第一代卫星导航系统Transit,但是它有不连续导航、定位的时间间隔不稳定等缺点。GPS 系统的出现克服了Transit系统的局限性,而且提高了定位精度、可进行连续的导航、有很强的抗干扰能力，取代了陆基无线电导航系统,在航海导航中发挥了划时代的作用。 2000年我国建成北斗卫星导航试验系统，中国成为第三个拥有自主卫星导航系统的。截至2012年底，北斗卫星导航系统已经成功发射16颗卫星，并组网运行，形成区域服务能力。目前在北京、、、乌木齐等地区，中国卫星导航定位精度可达7米，在东盟等低纬度地区，定位精度可达到5米左右。随着新一代北斗导航卫星的发射，以及在技术以及管理上的诸多创新,北斗卫星导航精度有望继续提高。在大力扶持与推动下，国北斗卫星导航系统建设和应用如火如荼。在交通运输、海洋渔业、水文监测、气象预报、电力调度、救灾减灾和安全等领域得到广泛应用。 党的十八大提出建设“海洋强国”的战略部署，科技部“导航与位置服务科技十二五专项规划”中，提出了"十二五"末导航与位置服务产

导航与定位系统

通常将水下机器人的导航分为水面导航和水下导航两部分。前者通常由水面母船来完成，即确定母船相对于地球坐标的位置；而水下导航则往往是相对于水面母船而言，将母船作为一个水面方位点来确定潜水器的水下相对位置。水下机器人水下导航还可以划分为一般导航和终端导航。一般导航是把水下机器人引导到目标附近。终端导航是接近目标之后，能使潜水器的视野触及到局部感兴趣的海底和搜索目标。由于电磁波在海水中的衰减十分迅速，10KHZ的电磁波每米衰减达3dB，这使所有无线电导航和雷达都无法在深海航行中使用，同时由于海水的低能见度和缺少海底的详细地形资料，近海导航常用的岸标或航标定位以及天文定位也会失效。此外，由于潜水器经常活动在失事舰船或海底井口和油气管道附近，在这类地区，海底磁场亦经常出现异常，磁罗经的工作往往受到干扰。因此，目前潜水器水下导航最有效的方法是推算导航和水声导航。 推算导航 推算导航是根据已知的航位及水下机器人的航向、速度、时间和漂移来推算出新的航位。它需要实时测得水下机器人的航向和速度，罗泾和计程仪是推算导航的基本设备。罗泾是一种提供方向基准的导航仪器，它用于测定航向；计程仪用来测定航速和航程。推算导航无需借助其他参考基准就能独立完成导航任务，设备极为简单，作为一种导航手段，占有一定的地位。但由于测速仪器有较大的误差并受到水流等因素的影响，使得推算导航的积累误差随时间而不断增加，所以捍卫的推算不可能非常精确，实际上这是一种近似的方法，如有可能应随时间加以修正。 1.航向测定 推算导航中用于航向测定的仪器主要磁罗经、电罗泾、方向陀螺仪。 磁罗经的优点是结构简单、可靠且不用电源。但是它对当地的净磁场会有反应，故在罗泾附近的金属体、磁性体甚至仪器仪表等都可能会影响磁罗经的读数。水下机器人体积小，磁罗经不可能远离上述物体，则水下机器人一般不用磁罗经。 方向陀螺可以指示出所需要的方向，在该方向上维持一段时间，有提供短期航向基准的功能，并且体积小、重量轻。但是由于方向陀螺有一定的漂移率，从而对执行长时间任务，陀螺漂移造成的累积误差是很大的。因此，尚不能用它来作为推算航位的手段。 电罗经是依靠一只或多只指北的陀螺仪作为指向元件，从而指标出相对真北的航向。它不受磁场影响，且所产生的误差在所有航向上都是相同的。但电罗经从启动到稳定工作的时间较长，同时电罗经存在若干系统误差，需要采用相应的手段来消除和校正。以往船舶导航中用的电罗经对水下机器人来讲，它的重量尺寸都相对较大。 2.航速（航程）测量 推算导航时根据罗泾或方向陀螺提供的航向和某一时间间隔水下机器人的移动距离确定新的航位，移动距离可由速度积分获得。目前采用的测量航速和计程的常规仪器有转轮式计程仪、毕托管（水压式）计程仪和电磁式计程仪。这些仪器都是依靠测量水中运行器与水流相对速度而工作的，因此，这些计程仪的精度直接取决于水流速度和运行器航速的相对比值，即流速占的成分越大，积分产生的航程误差也就越大。因此这类计程仪在水下机器人的应用上有很大的限制。 多普勒声呐测速的原理是：运动着的物体发射的波束从一个稳定表面反射回来，其频率便会发生裱花，这种频率的变化正比于运动物体相对稳定反射面的速度。因此，当航行者的潜水器向海底发出的一束窄波束从海底反射回来后，回波信号的频率和原来发射频率稍有不同。 推算导航法最主要的缺点是随着时间的增长，误差是积累的。

船舶动力定位技术简述

1.动力定位技术背景 1.1 国外动力定位技术发展 目前，国际上主要的动力定位系统制造商有Kongsberg公司、Converteam公司、Nautronix公司等。 下面分别介绍动力定位系统各个关键组成部分的技术发展现状。 1．动力定位控制系统 1)测量系统 测量系统是指动力定位系统的位置参考系统和传感器。国内外动力定位控制系统生产厂家均根据船舶的作业使命选择国内外各专业厂家的产品。位置参考系统主要采用DGPS，水声位置参考系统主要选择超短基线或长基线声呐，微波位置参考系统可选择Artemis Mk 4，张紧索位置参考系统可选择LTW Mk，激光位置参考系统可选择Fanbeam Mk 4，雷达位置参考系统可选择RADius 500X。罗经、风传感器、运动参考单元等同样选择各专业生产厂家的产品。 2)控制技术 20世纪60年代出现了第一代动力定位产品，该产品采用经典控制理论来设计控制器，通常采用常规的PID控制规律，同时为了避免响应高频运动，采用滤波器剔除偏差信号中的高频成分。 20世纪70年代中叶，Balchen等提出了一种以现代控制理论为基础的控制技术-最优控制和卡尔曼滤波理论相结合的动力定位控制方法，即产生了第二代也是应用比较广泛的动力定位系统。 近年来出现的第三代动力定位系统采用了智能控制理论和方法，使动力定位控制进一步向智能化的方向发展。智能控制方法主要体现在鲁棒控制、模糊控制、非线性模型预测控制等方面。 2001 年5 月份，挪威著名的Kongsberg Simrad 公司首次展出了一项的新产品—绿色动力定位系统（Green DP），将非线性模型预测控制技术成功地引入到动力定位系统中。Green DP 控制器由两部分组成：环境补偿器和模型预测控制器。环境补偿器的设计是为了提供一个缓慢变化的推力指令来补偿一般的环境作用力；模型预测控制器是通过不断求解一个精确的船舶非线性动态数学模型，用以预测船舶的预期行为。模型预测控制算法的计算比一般用于动力定位传统的控制器设计更加复杂且更为耗时，主要有三个步骤：1.从非线性船舶模型预测运动；2.寻找阶跃响应曲线；3.求解最佳推力。控制器结构如图所示[1]： 图1.1Green-DP总体控制图

动力定位 (修复的)

船舶动力定位系统模型 摘要随着油气开采逐渐向深海发展,传统的一般的锚泊系统已经不能满足深海地域定位作业要求，动力定位因其在深海作业中无可替代的优势而被越来越广泛的应用。本文给出了简单的深海作业船舶外载荷的计算，建立了简单的船舶动力定位系统模型。 关键词动力定位外载荷计算动力分配与优化 引言 由于海洋开发的不断深入和地域的扩展，传统的一般的锚泊系统已经不能满足深海地域动力定位作业要求，但是船舶动力定位系统能够好的满足这一要求。以前，船舶在浅海作业时，如果要求船舶的位置保持不变，通常采用的是传统的锚泊定位。但是随着作业海域的海水深度不断增加，或者作业海域海底的海况比较复杂，不允许抛锚，那么传统的锚泊系统就很难使船舶保持原来的位置。所以船舶动力定位系统就在这种情况下应运而生了。传统的抛锚定位是将锚抛入海底，锚爪会抓住海底的淤泥，来抵抗船舶所受到的干扰力。锚的优点是:锚是任何船舶都有的设备，不需要额外的加装定位设备。但是它的缺点是:定位不准，而且抛锚、起锚费时比较麻烦，机动性能比较差。最至关重要的是它还受到水深的限制，其有效定位范围在水深100米以内的区域。船舶动力定位是依靠本船的动力，在控制系统的控制下抵抗外部的干扰，使其保持一定姿态和腊向、悬停于空间一定点位置。动力定位系统具有不受海水深度影响、定位快速准确等特点。

1、动力定位系统简介 任何一条船舶或者海洋运动体，它有六个自由度的运动，三个平移运动和三个旋转运动，这其中包括:纵荡，横荡，垂荡，舷摇，纵摇和横摇，如下图1。 图1 船舶六自由度运动示意图 动力定位系统包括了对船舶六个自由度的自动控制，所有这些的控制都是根据操作器所设定的位置值和舶向设定值，通过位置值和舷向的值的测量可以获得需要设定值与现在位置的差值。位置值的测量可以通过一系列的传感器获得，而脂向值是通过一个或多个罗盘获得的。设定值与反馈值的差值就是偏差量，而动力定位系统的任务就是尽量减小这种偏差值。船舶必须在受到外部干扰的时候，控制自己的船位和舷向在最小的误差范围之内，如果这些外部干扰力可以及时准确的被测量，那么控制计算机就可以及时的提供补偿。动力定位系统除了可以保持船舶的位置和舶向之外，还可以控制改变船舶的位置和舷

北斗导航定位系统如何定位和通信

北斗导航定位系统如何定位和通信 对于北斗导航，目前来说只有行业相关的人对此导航系统有所了解，普通人们在生活中了解的并不多，这主要是因为人们普遍使用gps导航系统，北斗导航定位系统普及性比较低，所以人们知道了解的并不多。但是，北斗导航定位系统，目前正在不断的向前发展，不管是专业领域的发展，也在不停的向民用领域延伸发展。 1、北斗导航定位系统的组成 北斗导航定位系统是自主研发的全球四大导航之一，此系统主要是由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端主要有5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端主要包括主控站和注入站以及监测站等若干个地面站。 简单的来说，卫星导航技术主要是利用一组导航卫星，来对地面、海洋和空间用户进行精准的定位。北斗导航定位系统具有全时空、全天候、高精度、连续实时地提供导航、定位和授时的特点，已成为应用广泛的导航定位技术。 2、一代北斗导航定位系统的工作过程 北斗卫星一代导航系统的工作过程是：首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理。 3、北斗导航定位系统的四大功能 1）北斗短报文通信功能：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送多达120个汉字的信息。目前在远洋航行中有重要的应用价值。 2）精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。

3）定位精度：水平精度100米(1σ)，设立标校站之后为20米(类似差分状态)。 4）工作频率：2491.75MHz。 系统容纳的最大用户数：每小时540000户。 4、二代北斗导航定位系统 第二代“北斗”卫星导航定位系统需要发射35颗卫星，相比GPS，多出11颗卫星。“北斗“卫星导航定位系统将提供开放服务和授权服务。开放服务在服务区免费提供定位，测速和授时服务，定位精度为10米，授时精度为50纳秒，测速精度为0.2米/秒。授权服务则主要的是军事用途，将向授权用户提供更安全与更高精度的定位，测速，授时服务。 5、北斗导航定位系统的未来 目前我国的导航市场主要是gps的天下，随着北斗的发展，更多的北斗+gps 产品出现，这对于用户来说是具有重大的好处，可以获得更加精准的定位导航服务。作为北斗导航定位系统的专业的服务者，我们莱特不仅提供北斗导航定位设备，短报文通信设备，主要也在提供更多的导航教学设备，为北斗教学提供更有利的支持。

全球四大导航系统

全球四大卫星定位系统 目前，世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统。当前全球有四大卫星定位系统，分别是美国的全球卫星导航定位系统GPS、俄罗斯的格罗纳斯GLONASS系统、欧洲在建的"伽利略"系统、和中国的北斗卫星导航系统。 一、美国GPS长期垄断 美国国防部从1973年开始实施的GPS系统，这是世界上第一个全球卫星导航系统，在相当长的一段时间内垄断了全球军用和民用卫星导航市场。GPS全球定位系统计划自1973年至今，先后共发射了41颗卫星，总共耗资190亿美元。GPS原来是专门用于为洲际导弹导航的秘密军事系统，在1991年的海湾战争中首次得到实战应用。随后，在科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手。从克林顿时代起，该系统开始应用在了民用方面。现运行的GPS系统由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成。美国利用GPS获得了巨大的经济利益，多年来在出售信号接收设备方面赚取了巨额利润。以1986年为例，当时一台一般精度的GPS定位仪价格5万美元，高精度的则达到10万美元。现在价格虽然有所下降，但也可推算出20年来GPS"收获颇丰"。以GPS为代表的卫星导航定位应用产业，已成为八大无线产业之一。据美国国家公共管理研究院进行的调查评估表明，GPS的全球销售额将以每年38%的速度增长，2005年全球GPS市场已达到310亿美元。长期以来，美国对本国军方提供的是精确定位信号，对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号--也就是说，地球上任何一个目标的准确位置，只有美国人掌握，其他国家只知道个"大概"。在海湾战争时，美国还曾置欧盟各国利益不顾，一度关闭对欧洲GPS服务。 2003年3月20日，伊拉克战争爆发。大批轰炸机、战斗机猛扑向伊拉克首都巴格达，用炸弹准确地将一座建筑彻底摧毁，行动代号："斩首行动"；4月，一架B-1B"枪骑兵"轰炸机临时接到任务，用炸弹摧毁了另一座建筑。他们的目标都是一个人：萨达姆侯赛因，他们所使用的炸弹都是一种：联合攻击炸弹(JDAM)，这些炸弹之所以都能够精确的打击目标，是因为他们都是通过卫星定位来实现定位，提供这种定位服务的正是由24颗美国卫星组成的全球定位系统--GPS。 由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。 随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用信号精度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到10米，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。 二、俄罗斯GLONASS（格洛纳斯）系统 "格洛纳斯GLONASS"是俄语中"全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTE"的缩写。作用类似于美国的GPS、欧洲的伽利略卫星定位系统。最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。俄罗斯1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统。1995年俄罗斯耗资30多亿美元，完成了GLONASS导航卫星星座的组网工作。它也由24颗卫星组成，原理和方案都与GPS类似，不过，其24颗卫星分布在3个轨道平面上，这3个轨道平面两两相隔120°，同平面内的卫星之间相隔45°。每颗卫星都在19100千米高、64.8°倾角的轨道上运行，轨道周期为11小时15分钟。地面控制部分全部都在俄罗斯领土境内。俄罗斯自称，多功能的GLONASS系统定位精度可达1米，速度误差仅为15厘米/秒。如果必要，该

动力定位概述

动力定位概述 1. 动力定位系统原理 船舶动力定位系统就是依据所要求的船舶定位或运动指令,根据测量所得船舶的运动信息与环境信息,利用计算机进行复杂的实时计算,控制船舶主副推力装置产生一定推力与力矩,以实现预定的船舶姿态控制、定位控制或运动控制。 船舶在海上除了受到本身推进器的推力以外，还受到风力、波浪与海流的外界作用力，从而产生6个自由度的运动，即纵荡、横荡、升沉、纵摇、横摇与艏遥。动力定位系统利用位置测量设备测出本身位置的变化，利用各类传感器测出船艏、纵横摇以及风力风向，再采用现代控制理论，建立船舶与推力器的数学模型，并采用多种控制方法，同多对船舶6个自由度运动风量以及风力风向的计算，对船舶各主副推力器的推力进行分配，从而控制船舶3个自由度的运动，即纵荡、横荡与艏摇。 2. 动力定位系统组成 动力定位系统通常包括两大部分：测量控制部分和推力装置部分。 测量控制部分 测量控制部分主要包括: 1) 测量传感器： DGPS(或其他类型定位系统)-测量船位 电罗经-测量艏向 船舶垂直参考单元-测量船舶的纵摇、横摇与升沉 风向风速仪-测量影响船舶动力的主要干扰力即风力 2) 控制部分： 操作台：其台面上布置有操纵手柄、跟踪球、输入键盘、各种操纵按钮、指示灯与报警灯及显示屏，操纵台内部布置有一台高性能计算机。

控制柜：其内部布置有实时处理计算机、存储器、输入/输出接口、供电模块以及大量接线端子；动力定位系统与位置测量设备、各种传感器以及主副推力器的电气联接均通过控制柜，系统供电也经由本柜。 便携式手操终端 推力装置部分 1) 动力部分：船舶主机、发电机 2) 推力部分：主推进器、舵、辅助推力装置(多用侧推器和全回转推进器)。 3. 动力定位的等级与精度 动力定位等级 国际海事组织IMO根据动力定位系统的功能以及设备冗余度, 将动力定位系统分为三个等级:1级、2级与3级。 中国船级社根据动力定位系统不同的沉余度将动力定位等级DP1、DP2、DP3。具体要求如下： 1) 1级动力定位系统DP-1：安装有动力定位系统的船舶，可在规定的环境条件下，自动保持船舶的位置和首向，同时还应设有独立的集中手动船位控制和自动艏向控制。 2) 2级动力定位系统DP-2：安装有动力定位系统的船舶，在出现单个故障不包括一个舱室或几个舱室的损失）后，可在规定的环境条件下，在规定的作业范围内自动保持船舶的位置和艏向。 3) 3级动力定位系统DP-3：安装有动力定位系统的船舶，在出现任一故障(包括由于失火或进水造成一个舱室的完全损失）后，可在规定的环境条件下，在规定的作业范围内自动保持船舶的位置和艏向。 动力定位等级精度 动力定位系统的精度，既与相关测量系统(如DGPS)的设备的精度有关系，也与推进器系统相关信号传输的精度有关。 4. 动力定位系统的布置要求 根据中国船级社规定，动力定位系统布置如下表所示：

动力定位系统概况

船舶动力定位概况 一、船舶为什么需要“动力定位系统”？ 长期以来，船舶在近浅海和内陆水域里，人们都是采用抛锚技术来保持船位在水面上相对稳定。这种定位技术的最大特点就是：锚必须牢固地抓住水下的固定物体（陆基），并且一旦锚通过锚链将船舶的位臵固定后，船上的推进设备及其辅助设施和相应的控制系统便停止运行，完全处于停电（电力推进）和停油、停气（柴油机推进）工况。 但是，随着地球上人口的急剧增加，科学技术的飞速发展，人们的生活水平日益提高，世界对能源的需求量越来越大。陆地上资源的开采和供应日趋极限，甚至出现紧缺的态势。这就迫使世界各国必须把经济发展的重点转移到海洋上。因为占地球总面积2/3以上的浩瀚大海里，有极其丰富的海水化学资源、海底矿产资源、海洋大量资源和海洋生物资源。 可以预料，21世纪将是人类全面步入海洋经济的时代，人们对海洋的探索和开发的范围将越来越广，对海洋的探索和开发的手段也越来越先进，对海洋探索和开发的领域由近海浅海日趋向远海深海发展。目的只有一个，就是将浩瀚大海里的资源开发出来，供人类充分使用。因而，世界各国便随之研究开发出各式各样的、不同类型的深远海作业的浮式生产系统，诸如半潜式钻井平台、多用途石油钻井平台供应船、科学考察船和海洋资源调查船等等。这些浮式生产作业系统有一个共同的特点：就是在浩瀚深邃的大海上，能够按照人们的要

求将其位臵稳定在地球的某个坐标范围里；就像抛锚定位那样，将这些浮动的作业体牢牢地锁定在人们期望的浩瀚深邃的大海的某个位臵上。这便进一步诱发了世界各国对深远海作业的浮式生产系统的定位技术和系泊方式的研究。 在一般的近浅海水深情况下，浮式生产系统的系泊定位主要采用锚泊系统。但是，随着水深的增加，锚泊系统的抓底力减小，抛锚的困难程度增加。同时，锚泊系统的锚链长度和强度都要增加，进而使其重量剧增，这必然使海上布链抛锚作业变得更加复杂，其定位功能也会受到很大的限制，定位的效果也不尽人意。同时，这种系泊锚和锚链的造价以及安装费用也会猛增。在深远海的情况下，这些问题将会更加突出，锚泊技术将无济于事。 既然传统的锚泊系统在深远海域绝对无法使用，在二十世纪五、六十年代，世界各国特别是西欧开始研究新的船舶定位技术和系统。直到上个世纪六十年代后期，一种有别于锚泊系统的新的船舶定位系统诞生了——这就是动力定位系统。 二、什么是“船舶动力定位系统”？ 我们知道，一艘船舶（或浮式生产作业系统）停泊在海面上作业，假如是在风平浪静的状况下，它还能够保持自己的位臵不变。但是，海洋上的自然环境因素（风、浪、流）是千变万化的，一艘船舶（或浮式生产作业系统）在海面上绝对是无法保持自己位臵稳定的，它在风、浪、流的作用下，产生纵摇、横摇、纵荡、横荡、艏摇、升降6个自由度的运动，使船舶漂移离开人们期望的目标位臵。其中风和水

地铁导航定位系统

地铁导航定位系统 功能： 实时反馈地铁运行班次时刻，以及客流量 顾客群： 1．经常在上下班高峰段乘坐地铁的顾客，可以根据实时状况，选择最佳出行的时间和线路（场景：匆匆忙忙爬起床，连口水都来不及喝，跑到地铁站 发现还要等一刻钟，你会不会想要是这一刻钟还能躺在床上就好了，或者 应该是吃个早餐） 2．为老弱病残提供客流高峰讯息，可以顺利避开出行高峰期 3．为你的出行，提供智能地铁路线查询功能 技术： 将地铁控制与实时监控系统与手机终端相联接（做到跟手机订制天气预报一样普及，上海每天的客流量*每月定制费用*x%{x%是使用系数}） 地铁寻人模块 场景一：大人带着小孩坐地铁，到站发现大人下车了，小孩却在车上 场景二：结伴同行的人，经过换乘人群高峰时走散了，回头找人时却如大海捞针解决方案：？？？ 技术：地铁智能导航系统 地铁周边生活信息导航（增加广告收入） 功能： 1．提供最新，最前沿时尚的生活导购讯息 2．近期各大商场的新品展示，特价以及折扣讯息 3．提供实时动态的餐饮资讯，以及真实顾客评价（预定酒席实行积分制，会不定期有小礼品赠送） 目标人群： 为地铁里候车的上班族量身制作（1&2） 为在附近购物，shopping的人群提供方便，及时的餐饮模式（省去到饭店排号之苦） 技术： 1．数据库建设，搭建商家与顾客讯息实时更新的平台

2．顾客评价的真实性，可以通过商家的推出的一系列新菜试吃顾客来打分等活动来体现，而这里的顾客是通过积分多少来随机抽取的 地铁商铺概念 功能： 具有网络购物的特性，你可以在各个地铁网点看到商家的物品。但却具有网络购物之外的优势 对顾客：时间上，可以保证顾客拿到商品的最长时间不会网络购物的最短收到时间；可观看性，网上物品与实物是有差距的，地铁商铺的优势是你通过屏幕看上的东西，若对实物有疑虑，你可以在地铁网点内马上就可以去检查物品的优劣。 对商户：一个实体铺加地铁虚拟店铺，相当于你同时开了n家分店，却节省了不少成本。 技术：地铁商铺数据库及各网点商铺导航系统