董沛然 张 浩 辛爱学 王 钊

（海军704厂 青岛 266109）

1 引言

现代的GPS接收机除了提供位置数据外，还可提供日期、时间、航向和航速等参数［1］，根据这些参数可以对船舶的航路进行规划，实时控制舵角变化以完成自动航向控制。船舶在开阔水域航行时，可以预设好多个航路目标点，本系统即可按照目标点控制船舶自动航行。

2 GPS数据读取

2.1 GPS模块

GPS模块使用GARMIN的12通道GPS15L接收机，同时可以跟踪最多12颗GPS卫星，从而能够快速定位，数据更新率为每秒一次，性能可以满足导航的灵敏度需求和动态需求。数据接口采用异步串行数据输入输出［2］，数据格式使用美国国家海洋电子协会的NMEA 0183ASCII码接口协议［3］。

2.2 GPS数据格式

采用推荐定位信息（Recommended Minimum Specific GPS／TRANSIT Data）格式［4］，该格式定义见表1。

2.3 GPS数据处理

读取GPRMC数据后，分别对第＜3＞项纬度，第＜5＞项经度，第＜7＞项速率，第＜8＞项航向单独读取并存为字符串变量和double型变量，作为下一步流程航向控制的参数［5］。

表1 GPRMC数据格式

3 自动舵控制

航向控制实时更新最新航向变化，从而推算目标航向，在接口单元，建立一个独立线程。该线程完成目标航向计算，目标舵角计算，打舵过程的功能。

图1 自动舵控制原理

在航向改变过程中，自动舵的舵角并不只是随航向角的偏差而变化，而是和航向差变化的速率以及航向偏差对时间的积分有关［6］。由图1舵角与航向的关系为

其中K＊＝K·L／μ，T＊＝T·L／μ。

式中L和μ分别是船长和航速，由以上公式可得，当船长，船性能不变Kp与航速平方成反比。

Kd与航速的平方成反比。

若忽略首摇运动的自然频率ωn和阻尼系数ζ，舵角可以简化为