【技术实现步骤摘要】
本申请涉及船舶位姿测算，尤其涉及一种船舶相对位姿监测系统及方法。
技术介绍
1、船舶位姿监测设备是舟桥船的重要组成部分，在船舶搭桥、搭载作业，快速搭建物资输送通道过程中起到重要作用，用于实时监测船舶运动状态与搭接状态，保障搭桥作业与船舶安全运行。
2、为满足两只舟桥船相对纵向、横向和垂向测距定位能力要求，需对两只舟桥船各自的航姿信息和相对距离、角度信息进行融合，构建艏向坐标系下三维测距矢量，以满足舟桥对接对高精度矢量距离的需求。
3、基于惯性导航和卫星导航技术的船舶位姿监测设备，是一种成熟的绝对船舶位姿监测技术，能较好的监测设备所在船舶地理系绝对位置与航姿，但此类设备不具备舟桥船舶搭桥作业所需的艏向坐标系下相对船舶位姿的监测能力，因此不适用于船舶搭桥、搭载作业。
技术实现思路
1、本申请提供了一种船舶相对位姿监测系统及方法，解决了现有的船舶位姿监测设备不具备艏向坐标系下相对船舶位姿的监测能力，不适用于船舶搭桥、搭载作业的问题。
2、本申请第一方面提供了一种船舶相对位姿监测系统，包括光电综合监测设备和光电标靶设备，所述光电综合监测设备安装在测点船舶上，所述光电标靶设备安装在被测船舶上；所述光电综合监测设备包括数据处理模块，与数据处理模块电连接的图像检测模块、测距模块、测角模块、航姿测量模块以及通信模块；
3、所述图像检测模块用于获取光电标靶设备上的标识信息，所述数据处理模块根据图像检测模块获取的标识信息，控制光电综合监测设备对光电标靶设
4、本申请提供的技术方案中，通过将光电综合监测设备与光电标靶设备之间的直线距离、相对角度以及测点船舶和被测船舶的航姿数据进行融合处理，可以实时准确计算出两船舶之间的相对位姿数据，实现在艏向坐标系下对两船舶的相对位姿信息进行实时监测，非常适用于船舶搭桥、搭载等作业。
5、在某些实施方式中，所述光电综合监测设备包括光电转台，所述光电转台包括基座、方位舱和俯仰舱，所述方位舱通过方位轴系转动安装在基座上，所述俯仰舱通过俯仰轴系转动安装在方位舱内；所述基座内设有用于调节方位舱方位角的第一驱动部件，所述方位舱内设有用于调节俯仰舱俯仰角的第二驱动部件；所述数据处理模块、航姿测量模块安装在基座内，所述图像检测模块、测距模块、通信模块安装在俯仰舱内；通过将图像检测模块、测距模块安装在俯仰舱内，可以通过图像检测模块实时捕捉光电标靶设备上的标识信息，进而识别被测船舶相对于测点船舶的方位，控制光电转台的方位轴系和俯仰轴系旋转，对光电标靶设备进行随动跟踪，使测距模块始终对准光电标靶设备进行测距，保障了测距精度。
6、在某些实施方式中，所述测角模块包括两个角度编码器，两个角度编码器分别安装在方位轴系和俯仰轴系上，用于测量光电转台的方位角和俯仰角；通过在方位轴系和俯仰轴系上安装角度编码器，可以实时检测方位轴系和俯仰轴系的旋转角度，从而得出被测船舶相对于测点船舶的方位角和俯仰角。
7、在某些实施方式中，所述光电标靶设备包括支架，所述支架上安装有竖向的标靶板，所述标靶板上设置有标识图案，标识图案方便图像检测设备识别。
8、在某些实施方式中，被测船舶上的光电标靶设备上还可以安装激光无线通信收发组件，该组件与被测船舶上的航姿测量设备连接，实时获取被测船舶的航姿数据；该激光无线通信收发组件与测点船舶上的无线通信模块进行无线通信，待接收到测点船舶上光电综合监测设备发送的通信请求时，将获取的被测船舶的航姿数据发送至测点船舶的光电综合监测设备。
9、在某些实施方式中，所述标识图案由若干个led灯组按照特定形状排布形成，通过将若干个led灯组按照特定形状排布形成标识图案，增强了在夜间对被测船舶上光电标靶设备进行图像识别的准确性。
10、在某些实施方式中，所述测点船舶上还设有显控设备，所述显控设备与光电综合监测设备电连接，用于向光电综合监测设备发送控制指令以及接收光电综合监测设备监测到的数据。
11、本申请第二方面提供了一种船舶相对位姿监测方法，包括以下步骤：
12、通过图像检测模块获取光电标靶设备上的标识信息，根据标识信息控制光电综合监测设备对光电标靶设备进行视觉跟踪；
13、通过测距模块测量光电综合监测设备与光电标靶设备之间的直线距离；
14、通过测角模块测量光电综合监测设备与光电标靶设备之间的相对角度；
15、通过航姿测量模块获取测点船舶的航姿数据；
16、通过通信模块获取被测船舶的航姿数据；
17、根据光电综合监测设备与光电标靶设备之间的直线距离、相对角度以及测点船舶和被测船舶的航姿数据，计算被测船舶与测点船舶之间的相对位姿信息。
18、在某些实施方式中，采用如下方程组计算被测船舶与测点船舶之间的相对位姿信息：
19、
20、其中，p点为测点船舶上光电综合监测设备的位置，q点为被测船舶上光电标靶设备的位置；ψa为被测船舶的艏向角，ψb为测点船舶的艏向角；zb为与测点船舶艏向之间的夹角；pqh为在地理系水平方向上的投影，hb为pqh与之间的夹角；pn为测点船舶与被测船舶之间的横向偏移距离，qn为测点船舶与被测船舶之间的纵向偏移距离，qqh为测点船舶与被测船舶之间的垂向偏移距离。
21、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
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1.一种船舶相对位姿监测系统，其特征在于，包括光电综合监测设备(100)和光电标靶设备(200)，所述光电综合监测设备(100)安装在测点船舶(400)上，所述光电标靶设备(200)安装在被测船舶(500)上；所述光电综合监测设备(100)包括数据处理模块(110)，与数据处理模块(110)电连接的图像检测模块(120)、测距模块(130)、测角模块(140)、航姿测量模块(150)以及通信模块(160)；
2.根据权利要求1所述的一种船舶相对位姿监测系统，其特征在于，所述光电综合监测设备(100)包括光电转台，所述光电转台包括基座(170)、方位舱(180)和俯仰舱(190)，所述方位舱(180)通过方位轴系转动安装在基座(170)上，所述俯仰舱(190)通过俯仰轴系转动安装在方位舱(180)内；所述基座(170)内设有用于调节方位舱(180)方位角的第一驱动部件，所述方位舱(180)内设有用于调节俯仰舱(190)俯仰角的第二驱动部件；所述数据处理模块(110)、航姿测量模块(150)安装在基座(170)内，所述图像检测模块(120)、测距模块(130)、通信模块(
3.根据权利要求2所述的一种船舶相对位姿监测系统，其特征在于，所述测角模块(140)包括两个角度编码器，两个角度编码器分别安装在方位轴系和俯仰轴系上，用于测量光电转台的方位角和俯仰角。
4.根据权利要求1所述的一种船舶相对位姿监测系统，其特征在于，所述光电标靶设备(200)包括支架(210)，所述支架(210)上安装有竖向的标靶板(220)，所述标靶板(220)上设置有标识图案(230)。
5.根据权利要求4所述的一种船舶相对位姿监测系统，其特征在于，被测船舶上的光电标靶设备上安装有无线通信收发组件，所述无线通信收发组件与被测船舶上的航姿测量设备连接，用于实时获取被测船舶的航姿数据；所述无线通信收发组件与测点船舶上的通信模块采用激光无线通信的方式进行数据交互，用于向测点船舶上的光电综合监测设备发送获取到的被测船舶的航姿数据。
6.根据权利要求4所述的一种船舶相对位姿监测系统，其特征在于，所述标识图案(230)由若干个LED灯组按照特定形状排布形成。
7.根据权利要求1所述的一种船舶相对位姿监测系统，其特征在于，所述测点船舶(400)上还设有显控设备(300)，所述显控设备(300)与光电综合监测设备(100)电连接，用于向光电综合监测设备(100)发送控制指令以及接收光电综合监测设备(100)监测到的数据。
8.一种船舶相对位姿监测方法，基于权利要求1至7任一项所述的船舶相对位姿监测系统，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种船舶相对位姿监测方法，其特征在于，采用如下方程组计算被测船舶(500)与测点船舶(400)之间的相对位姿信息：
...【技术特征摘要】
1.一种船舶相对位姿监测系统，其特征在于，包括光电综合监测设备(100)和光电标靶设备(200)，所述光电综合监测设备(100)安装在测点船舶(400)上，所述光电标靶设备(200)安装在被测船舶(500)上；所述光电综合监测设备(100)包括数据处理模块(110)，与数据处理模块(110)电连接的图像检测模块(120)、测距模块(130)、测角模块(140)、航姿测量模块(150)以及通信模块(160)；
2.根据权利要求1所述的一种船舶相对位姿监测系统，其特征在于，所述光电综合监测设备(100)包括光电转台，所述光电转台包括基座(170)、方位舱(180)和俯仰舱(190)，所述方位舱(180)通过方位轴系转动安装在基座(170)上，所述俯仰舱(190)通过俯仰轴系转动安装在方位舱(180)内；所述基座(170)内设有用于调节方位舱(180)方位角的第一驱动部件，所述方位舱(180)内设有用于调节俯仰舱(190)俯仰角的第二驱动部件；所述数据处理模块(110)、航姿测量模块(150)安装在基座(170)内，所述图像检测模块(120)、测距模块(130)、通信模块(160)安装在俯仰舱(190)内。
3.根据权利要求2所述的一种船舶相对位姿监测系统，其特征在于，所述测角模块(140)包括两个角度编码器，两个角度编码器分别安装在方位轴系和俯仰轴系上，用于测量光电转台的方位角和俯仰角。
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈国庆，杨龙河，马晓，杨伟新，艾维，
申请(专利权)人：中船星惯科技武汉有限公司，
类型：发明
国别省市：
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