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摘要：船舶在航行的过程中，会随着海浪等因素的影响，出现各种摇摆运动，这种现象会对船舶在海上航行的安全性带来负面的影响。因此，为保证船舶航行的安全性和稳定性，对其姿态测量进行深入的研究。在船舶姿态测量中，首先要进行的就是信号的采集，有了船舶姿态的信号，才能够对其姿态进行修正，进而避免各种危险事故的发生。目前的船舶姿态测量信号采集系统存在诸多缺点，如采集精度低、信号响应时间长等。针对这些缺点提出一套新型的船舶姿态测量信号采集系统方案。实验数据表明，提出的船舶姿态测量信号采集系统，能够实时有效对船舶姿态测量信号进行采集，系统精度及可靠性较高。
关键词：船舶；姿态测量；信号采集
引言
随着信息技术的发展，数据采集系统被广泛应用到各行各业，数据采集系统是其他系统运行的基础。在应用实践中，数据采集系统可以实现对数据的处理和分析。数据采集系统能够很大程度上提高社会生产效率，便捷人们生活，数据采集系统在运行过程中，可能受到环境因素的影响，降低数据采集的准确性，使得数据系统工作效率降低。
1船舶姿态测量信号采集系统设计
1.1船舶姿态测量信号采集系统硬件设计
根据船舶姿态测量信号采集系统的总体框架，其硬件主要包括加速度传感器、横倾角传感器、纵倾角传感器和RDC芯片。要对船舶姿态测量的信号进行采集，需要对各个传感器的参数进行设置，并对其进行具体分析。加速度传感器主要是对船首和船尾的加速度信号进行采集，分别将传感器安装在船舶的船首和船尾，将船首和船尾的加速度信号传输给数据采集卡。横倾角传感器和纵倾角传感器是通过感知船舶的倾斜程度对船舶的倾角信号进行采集。这2个倾角传感器采用相互垂直的方向进行安放。采集卡是对得到的各方面信号数据进行汇总。各个传感器用同样的数据接口对其进行连接，将数据信号传输到采集卡（RDC芯片），实现对各个信号的采集。
1.2船舶姿态测量信号采集系统软件设计
基于船舶姿态测量信号采集系统的硬件设施，对其软件部分进行设计。各个模块之间通过数据接口进行连接。在船舶姿态测量信号采集系统的主程序中，首先对其进行初始化，创建任务，然后启动信号采集系统，对船舶的姿态测量信息（加速度和角度）进行采集。
2数据采集系统信号干扰问题分析
2.1干扰信号的影响频率
通过对数据采集系统的干扰信号分析，可以发现有的干扰信号呈现出规律性。比如，当某数据信号采集系统附近存在较较强电力设备时，干扰源规律性出现，形成固定干扰信号。此外，还会出现不确定性干扰信号，这种呈现不确定性和不稳定性的信号，对数据信号采集系统产生周期性影响，这种信号干扰通常是外界环境的偶然干扰。比如在某电器使用过程中，出现雷电或者其他设备运行异常等的干扰，都会带来信号干扰，这类干扰信号难以进行预测，不能采取具有针对性的措施。
2.2不同类型的信号干扰
信号采集系统的信号干扰主要有静电干扰、磁场耦合干扰、电磁辐射干扰以及电导通路耦合干扰。静电干扰是指寄生电容对周围设备运行产生干扰，人与电气设备之间相互摩擦会产生静电，对数据采集系统产生扰动；磁场耦合扰动是指收到周围环境的影响，闭合回路中出现电流，这种影响可能是受到变压器、电动机等设备的磁场信号干扰，这种干扰通常呈现为交流干扰；电磁辐射干扰是指数据采集系统受到周围辐射信号的扰动，通常是由大功率装置运行造成的高频电磁波造成的；电导通路干扰是指在电流回路上出现的阻碍行扰动。由于不同的节点，多条回路阻碍造成噪音，对数据采集系统信号产生扰动。电磁感应是指在导体的磁通量发生变化，从而产生电动势，闭合回路中就产生了电流，这种现象就成为电磁感应。电测仪表进行测量过程中，通过电磁耦合，会形成相互干扰。电测仪表周围有较多设备时，或者所处环境较复杂时，就会产生交变磁场，变压器、交流电动机等都会产生相互感应，电测仪表的稳定性就会降低。在两个物体发生相对位置移动情况下，物体间的电容作用就会造成两一个物体点位发生变化，造成电压干扰，电的耦合在进行测量时经常遇到。电测仪表干扰源和测量信号源间的容性耦合，压线电容耦合到信号电路就会造成信号干扰，电测仪表的稳定性就会降低。
2.3干扰的内外部影响
外部环境会对信号采集系统产生干扰，系统的内部信号也会对电路产生干扰。在工作过程中，由于电路电阻受热产生热噪音，电子元器件长期运行，未及时进行更换，使元件运行效果产生变化；晶体管同其他配件相配合时产生工作噪音。信号采集系统在工作环境中，受到外部信号干扰，对采集系统信号产生干扰。例如，在运行过程中，由于运行故障，出现电火花，或者设备之间相互产生电磁信号，造成对数据采集系统的影响，降低数据采集的有效性。
3系统测试
3.1纵倾倾角与横倾倾角测试
在实验室的倾斜测试台上分别对船舶运动姿态测量系统的纵倾倾角（纵摇）和横倾倾角（横摇）进行一系列的对比测试。船舶运动姿态测量系统在5°横倾倾角（横摇）测试时，由上位机软件所绘制的图像。在测试时，首先将船舶运动姿态测量系统放置在水平测试台上，并使波高倾斜一体化传感器的一个轴与测试台的倾斜测试方向一致，规定这个轴为X轴即测试时输出的角度为横倾倾角（横摇）。然后，测试台每倾斜1°记录此时系统输出的横摇数据，每次测试测试台分别从0°倾斜到20°和从0°倾斜到–20°，记录下40个数据。这样的测试共进行5次，将5次的测试结果取平均值作为最后的测试结果。同样的完成对波高倾斜一体化传感器的Y轴即测试时输出的角度为纵倾倾角（纵摇）的测试。
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图 1 横倾倾角 5°
3.2升沉运动测试
在实验室的船舶升沉运动模拟旋转测试平台上对该系统的相对升沉位移数据进行了一系列的对比测试。船舶运动姿态测量系统在0.8m相对升沉位移测试时，由上位机软件所绘制的图像。经过一系列的测试，得到的测试结果表明：船舶运动姿态测量系统满足相对升沉测量范围和相对升沉测量精度等系统测量指标，从而完成船舶运动姿态测量系统的升沉运动测试。
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图 2 相对升沉位移 0.8 m
3.3海上试验
该试验为期3个月，对船舶运动姿态测量系统进行连续不间断测试。经海上试验测试船舶运动姿态测量系统性能稳定，各项技术指标均满足设计要求。
结语
针对传统的船舶姿态测量信号采集系统的缺点，通过对船舶姿态信号采集系统影响干扰的分析，设计一种高度集成的船舶姿态测量信号采集系统。。实验结果表明，提出的船舶姿态测量信号采集系统的采集精度更高，信号响应时间更短，适于在复杂的海洋环境中进行信号采集。
参考文献
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