一种基于GNSS的船体姿态计算方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于GNSS的船体姿态计算方法及系统，所述船体姿态包括横倾和纵倾，所述方法包括步骤：在船体中轴线上取两个测试点；在所述测试点设置GNSS接收装置，并通过所述GNSS接收装置实时监测所述测试点的GNSS定位；建立空间坐标系并将所述测试点的GNSS定位在所述空间坐标系中形成对应的空间坐标；基于两个所述测试点对应空间坐标的变化情况确定所述船体姿态。本发明专利技术提供了一种简易可靠的方法计算船体形式中的姿态并解决相关技术中的问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GNSS的船体姿态计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及船舶测量领域，特别涉及一种基于GNSS的船体姿态计算方法及系统。

技术介绍

[0002]船舶在运行停靠的过程中受到风浪的影响，会同时产生横滚现象和起伏现象，严重时会影响船体引导与靠岸过程。目前，在船体上装有卫星定位系统，但一般仅仅用于平面定位，无法对船体的姿态进行分析。
[0003]相关技术CN110082033A，针对现有的水上载体重心确定方法的不合理性和不准确性等问题，提出了一种运动状态下的水上载体重心测量装置。其中涉及到基于GNSS信号接收装置实时接收GNSS卫星信号，并通过设置姿态传感器装置获取水上载体的横摇、纵摇和升沉的姿态值。
[0004]但是，相关技术是采用不同的专用传感器(比如PHINS或者POS MV等姿态传感器)来获取不同类型的姿态数据(包括测航向角)，合并到一个坐标系下后计算水上载体的横摇、纵摇和升沉的姿态值，而姿态传感器是使用磁性或者重力原理测量船只的横倾纵倾等姿态数据，在磁性异常的地区或者舰船有磁性/重力干扰的情况下，船只横滚的姿态不容易准确得到。同时该方法需要将GNSS的平面坐标和姿态传感器的横倾数据结合在一起用于计算船只的姿态，计算方法相对复杂。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供一种基于GNSS的船体姿态计算方法及系统，以提供一种简易可靠的方法计算船体形式中的姿态并解决相关技术中的问题。
[0006]一方面，本专利技术提供了一种基于GNSS的船体姿态计算方法，其特征在于，所述船体姿态包括横倾和纵倾，所述方法包括步骤：
[0007]在船体中轴线上取两个测试点；
[0008]在所述测试点设置GNSS接收装置，并通过所述GNSS接收装置实时监测所述测试点的GNSS定位；
[0009]建立空间坐标系并将所述测试点的GNSS定位在所述空间坐标系中形成对应的空间坐标；
[0010]基于两个所述测试点对应空间坐标的变化情况确定所述船体姿态。
[0011]一些实施例中，建立空间坐标系并将所述测试点的GNSS定位在所述空间坐标系中形成对应的空间坐标，包括步骤：
[0012]以船体正浮时的直行方向为y轴，以船体横截面的旋转质心为原点，以船体正浮时垂直于船体中纵剖面的方向为x轴，以船体正浮时垂直于船体横剖面的方向为z轴，建立空间坐标系；
[0013]在船体行驶过程中实时根据所述GNSS定位获取所述测试点在所述空间坐标系中的空间坐标。
[0014]一些实施例中，基于两个所述测试点对应空间坐标的变化情况确定所述船体姿态，包括步骤：
[0015]以船体正浮时所述测试点的空间坐标为基准坐标；
[0016]以船体行驶过程中实时获取的所述测试点的空间坐标为实时坐标；
[0017]比较所述测试点对应的实时坐标与基准坐标以确定是否发生横倾；
[0018]在判断为发生横倾时，根据所述测试点对应的实时坐标分别在x轴和z轴的坐标值计算横倾角度。
[0019]一些实施例中，比较所述测试点对应的实时坐标与基准坐标以确定是否发生横倾，包括步骤：
[0020]将所述测试点的基准坐标标记为：A(X
A0
,Y
A0
,Z
A0
)、B(X
B0
,Y
B0
,Z
B0
)，所述测试点的实时坐标标记为：A(X
A
,Y
A
,Z
A
)、B(X
B
,Y
B
,Z
B
)；
[0021]当X
A
>X
A0
，X
B
>X
B0
，且Z
A
<Z
A0
,Z
B
<Z
B0
时，判断船体发生右倾；
[0022]当X
A
<0，X
B
<0，且Z
A
<Z
A0
,Z
B
<Z
B0
时，判断船体发生左倾。
[0023]一些实施例中，在判断为发生横倾时，根据所述测试点对应的实时坐标分别在x轴和z轴的坐标值计算横倾角度，包括步骤：
[0024]若船体横倾的角度为θ，则根据计算角度θ，其中ΔX＝|X
A
‑
X
B
|，ΔZ＝|Z
A
‑
Z
B
|。
[0025]一些实施例中，基于两个所述测试点对应空间坐标的变化情况确定所述船体姿态，包括步骤：
[0026]获取所述测试点对应的实时坐标相对于基准坐标在z轴的坐标差值；
[0027]比较两个所述测试点对应的坐标差值以确定是否发生纵倾；
[0028]在判断为发生纵倾时，根据所述测试点对应的实时坐标分别在y轴和z轴的坐标值计算纵倾角度。
[0029]一些实施例中，比较两个所述测试点对应的坐标差值以确定是否发生纵倾，包括步骤：
[0030]将所述测试点的基准坐标标记为：A(X
A0
,Y
A0
,Z
A0
)、B(X
B0
,Y
B0
,Z
B0
)，所述测试点的实时坐标标记为：A(X
A
,Y
A
,Z
A
)、B(X
B
,Y
B
,Z
B
)；
[0031]当(Z
A
‑
Z
A0
)<(Z
B
‑
Z
B0
)时，判断船体发生前倾；
[0032]当(Z
A
‑
Z
A0
)>(Z
B
‑
Z
B0
)时，判断船体发生后倾。
[0033]一些实施例中，在判断为发生纵倾时，根据所述测试点对应的实时坐标分别在y轴和z轴的坐标值计算纵倾角度，包括步骤：
[0034]若船体前倾的角度为θ，根据计算角度θ，其中ΔY＝|Y
A
‑
Y
B
|，ΔZ＝|Z
A
‑
Z
B
|。
[0035]另一方面，提供了一种基于GNSS的船体姿态计算系统，其特征在于，其包括：
[0036]GNSS接收装置，其设于船体中轴线上的两个测试点上，且所述GNSS接收装置用于实时监测所述测试点的GNSS定位；
[0037]船体姿态计算装置，其与所述GNSS接收装置通信，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于GNSS的船体姿态计算方法，其特征在于，所述船体姿态包括横倾和纵倾，所述方法包括步骤：在船体中轴线上取两个测试点；在所述测试点设置GNSS接收装置，并通过所述GNSS接收装置实时监测所述测试点的GNSS定位；建立空间坐标系并将所述测试点的GNSS定位在所述空间坐标系中形成对应的空间坐标；基于两个所述测试点对应空间坐标的变化情况确定所述船体姿态。2.如权利要求1所述的基于GNSS的船体姿态计算方法，其特征在于，建立空间坐标系并将所述测试点的GNSS定位在所述空间坐标系中形成对应的空间坐标，包括步骤：以船体正浮时的直行方向为y轴，以船体横截面的旋转质心为原点，以船体正浮时垂直于船体中纵剖面的方向为x轴，以船体正浮时垂直于船体横剖面的方向为z轴，建立空间坐标系；在船体行驶过程中实时根据所述GNSS定位获取所述测试点在所述空间坐标系中的空间坐标。3.如权利要求2所述的基于GNSS的船体姿态计算方法，其特征在于，基于两个所述测试点对应空间坐标的变化情况确定所述船体姿态，包括步骤：以船体正浮时所述测试点的空间坐标为基准坐标；以船体行驶过程中实时获取的所述测试点的空间坐标为实时坐标；比较所述测试点对应的实时坐标与基准坐标以确定是否发生横倾；在判断为发生横倾时，根据所述测试点对应的实时坐标分别在x轴和z轴的坐标值计算横倾角度。4.如权利要求3所述的基于GNSS的船体姿态计算方法，其特征在于，比较所述测试点对应的实时坐标与基准坐标以确定是否发生横倾，包括步骤：将所述测试点的基准坐标标记为：A(X
A0
,Y
A0
,Z
A0
)、B(X
B0
,Y
B0
,Z
B0
)，所述测试点的实时坐标标记为：A(X
A
,Y
A
,Z
A
)、B(X
B
,Y
B
,Z
B
)；当X
A
>X
A0
，X
B
>X
B0
，且Z
A
<Z
A0
,Z
B
<Z
B0
时，判断船体发生右倾；当X
A
<0，X
B
<0，且Z
A
<Z
A0
,Z
B
<Z
B0
时，判断船体发生左倾。5.如权利要求4所述的基于GNSS的船体姿态计算方法，其特征在于，在判断为发生横倾时，根据所述测试点对应的实时坐标分别在x轴和z轴的坐标值计算横倾角度，包括步骤：若船体横倾的角度为θ，则根据计算角度θ，其中ΔX＝|X
A
‑
X
B
|，ΔZ＝|Z
A
‑
Z
B
|。6.如权利要求3所述的基于GNSS的船体姿态计算方法，其特征在于，基于两个所述测试点对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兵，戴寒强，兴孝迪，徐峰，刘少有，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：