MS-100型多传感器计程仪设计研究

范　邹¹，殷宗亮²

（1.海军驻九江地区军事代表室，江西九江 332007；2.七○七所九江分部，江西九江 332007）

MS-100型多传感器计程仪设计研究

范邹¹，殷宗亮²

（1.海军驻九江地区军事代表室，江西九江 332007；2.七○七所九江分部，江西九江 332007）

本文针对传统计程仪存在的不足，提出了一种新型多传感器计程仪设计方法，具有自主精确组合测速的特点。

多传感器计程仪

0　引言

计程仪作为普航设备，用于测量航速并累计航程。传统的计程仪主要为电磁式、压差式或多普勒式的单一传感器计程仪。单一传感器方式的计程仪存在测速精度低、工作稳定性差等局限性。MS-100型多传感器计程仪作为新研制的设备，遵循以下指导思想进行设计创新：

1）分析各种测速传感器的工作局限性，通过互补测速方式实现全天候稳定持续不断的组合测速；

2）发展基于北斗导航卫星信号的精确测速技术，实现自主测速。

1　主要技术指标

1.1主要功能

1）具有对地测速功能；

2）具有对水测速能力；

3）具有测流功能；

4）具有对外发送航速、航程、状态信息功能。

1.2主要性能

1）测速范围：-40 kn ～40 kn；2）测速误差：不大于0.2 kn或1%（取大值）；3）测流误差：不大于0.25 kn或1.5%（取大值）。

2　工作原理

2.1方案组成

MS-100型多传感器计程仪组成见下图。

图1　多传感器计程仪组成

MS-100型多传感器计程仪配置了北斗、GPS、声多普勒换能器共三个测速通道。信号处理器通过处理这三个通道的信息获得最终的速度信息，并通过对外接口将相关信息发送给不同的用户。设备的信息流程说明如下：

1）根据天线的公用技术，北斗天线、GPS天线可采用天线共用技术，在必要的情况下，可考虑加入格拉纳斯天线。系统配置GPS测速通道的原因是目前我国北斗系统暂时还未做到全球覆盖，在这些区域可使用GPS信号测速［2］。卫星信号接入相应的接收卡进行处理；

2）多普勒测速通道［1］包括换能器基阵和信号处理器两部分，多普勒计程仪主要用来测量两维对地、水航速，对地时工作水深（基阵面起算）小于200 m，对外接口为直流供电和RS422接口；

3）主仪器是MS-100型多传感器计程仪的核心，采用ALLINONE嵌入式计算机、触摸屏技术，完成计程仪的操作、显示、解算、对外信息发送等功能；

4）卫星信号处理器采用OEM模组方式，获得卫星信号后，主要完成其多普勒频率解算获得速度信息，对外接口为直流供电和RS422接口。

2.2使用方式和工作流程

MS-100型多传感器计程仪主要有如下三种使用方式：

1）在北斗、GPS、多普勒三者之间，按顺序优先选择绝度速度输出，确保输出最高质量、持续不间断的对地航速；

2）多普勒测速通道持续输出对水速度，当最恶劣情况发生的时候，没有绝对速度源，则使用多普勒对水速度替代绝对速度对外输出；

3）在绝对速度和相对速度同时有效的情况下，对两者同步求取矢量差，获得实时洋流速度，并对外输出。

2.3设备布局

MS-100型多传感器计程仪由信号处理器、天线、换能器基阵等主要的3个部分组成，其中的换能器基阵布置时，要求距船艏1/3船长处，是全船流场最为稳定的地方，因此测速传感器主要集中布置在此，实际确定具体位置时，应避开排、取水口，并且其周围船底上没有任何凹凸物。

信号处理器则布置在任意导航舱室或部位即可，其距换能器基阵的距离没有明显的限制，但距离天线的位置有一定要求，必要时可以考虑中继器之类的技术措施。

3　关键技术及解决措施

MS-100型多传感器声计程仪多普勒部件，直接选用市面上已有的声多普勒计程仪，技术成熟，仅需直接继承使用，没有技术难度。需重点解决的关键技术与措施在于卫星测速技术的选取和利用。

常见的卫星测速技术主要包括卡尔曼滤波，位置求导和直接观测多普勒数值等三种方法。其中卡尔曼滤波方法的测速精度较高，但理论上较为复杂。位置求导法的数学概念明晰，但精度的提高严重依赖于定位精度，尤其是动态定位时的多余观测值较少，难以保证高精度测速。多普勒技术的测速精度对位置精度依赖性不强，利用接收机观测到的相位变化率，采用双差技术确定速度，易于实现高精度，避开了整周期测速模糊度问题。

MS-100型多传感器计程仪的卫星测速部件中，采用卫星信号的直接观测多普勒数值技术测速，但同时也对其余两种方法测速结果予以解算，确保信息冗余。

众所周知，利用的卫星越多，测量的结果越精确。因此，组合GPS和北斗双星座，是提高系统测速精度、提高测速可用性的关键技术。要解决双星座利用问题，解决两个系统的坐标变换、时钟转换及时钟误差问题是突破双星座利用技术的关键途径［3］。

4　结语

本文针对传统计程仪的不足，分析了MS-100型多传感器计程仪的方案组成、工作原理、使用方式和工作流程等。介绍了利用新兴技术，发展基于北斗导航卫星信号的自主精确组合测速技术的新型计程仪，探讨了未来计程仪技术发展方向与趋势。

［1］ 陈传欣.船用多普勒计程仪测速精度分析.航海技术，2004，（2）.

［2］ 高音，陈铎. GPS与船用计程仪及陀螺罗经的关系.大连水产学院学报，1998，（4）.

［3］ 李峻年，孟士超. 船用卫星导航设备对复合式计程仪校正的探讨. 现代导航，2011，（3）.

Research on Design of MS-100 Multi-sensor Vialog

Fan Zou1，Yin Zongliang2
（1.Naval Representatives Office in Jiujiang，Jiujiang 332007，Jiangxi，China；2.Jiujiang branch of 707th institute，Jiujiang 332007，Jiangxi，China）

Aimed at shortcoming of conditional vialog ,the paper presents a new designing method for a multi-sensor vialog with accurate and independent features.

multi-sensor; vialog

U666

A

1003-4862（2015）09-0060-02

2015-07-09

范邹（1979-）；男，工程师。研究方向：航海仪器。