贺超 吕锡银 高秀云
天津航天中为数据系统科技有限公司 天津市 300000
摘要：GPS是全球定位与导航卫星系统，目前在手机、汽车、飞机、轮船等终端的定位与导航领域有相当大的市场份额。我国作为一个海洋大国和船舶制造大国，提高船舶制造工艺和现代化水平对于保障船舶运行安全具有非常重要的意义。电子海图显示与信息系统能够为船舶提供实时定位，并能够提供避碰的功能。
关键词：GPS技术；导航信息接口开发
引言
近年来，计算机技术，人工智能技术不断发展，为船舶导航提供了新的技术支持。目前，结合电子海图、信息技术、人工智能等一体的船舶智能化导航已经成为行业内的研究热点。我国在船舶导航技术的研发起步较晚，相对世界其他国家还处于落后阶段，因此，有必要针对船舶导航系统进行研究，优化我国的船舶导航技术。
1GPS技术
1.1GPS技术涵义
GPS技术主要是指定位系统，定位系统的交流点主要有三种，一种是国家所研发的获取世界组织认可的处于地球外层的卫星系统，该种系统由24颗小卫星设备组成，围绕地球运行。第二种属于国家区域范围内的，由国家所部署的对地球表面信息进行接收的设备，其将卫星所获取的信息整理出来并输送到地面接收站当中。第三种就是由国家所认可的重要管辖区域范围内所安装的地面监控装置，其主要监督卫星的运行轨道情况以及工作状态。三个交流点之间处于不间断传输信息的状态，且能够对地面坐标点的变动情况进行精确测量。物质不管是处于静态还是动态变化情况，都能够被GPS技术捕捉到，并且准确判断物质的坐标地点及物理状态。使用一定的函数就可以通过这些参数计算出当前船舶的经纬度。
1.2GPS系统的组成：
（1）空间卫星。卫星是指在近地轨道上做周期性的人造天体。GPS系统的卫星分为工作卫星和定位卫星2种，分布在6个近地轨道平面上，共24颗，卫星的轨道半径为20200km。在GPS系统中，用户在某一时刻内，在地球的任意位置至少可以同时观测到6颗以上的卫星，保证了用户定位的精度。（2）地面监控基站。GPS系统的监控站包括1个主监控站和5个辅助监控站，辅助监控站将卫星采集的卫星监测数据初步处理后，传送到主监控站。同时，也将主监控站的控制信号传送给卫星。地面监控基站保障了GPS系统卫星的正常运行。（3）用户终端。GPS系统的用户终端有多种类型，但其基本组成都是信号接收器，控制器，存储器等。用户终端具有信号的转换分析等功能，将来自GPS系统卫星的信号转化为精确的三维坐标，使用户得到当前的航行状态信息和定位信息。
2船舶导航系统的组成
GPS导航系统应用非常广泛，海上的水文测量、快速定位、石油天然气勘探等都应用了GPS导航系统。船载GPS导航系统是船舶自动化系统的重要组成部分，它包含了卫星、地面监控系统以及船舶接收系统。为了实现全球的精确定位，GPS导航卫星包括了24颗卫星，21颗常用，3颗备用，并且分布在地球的6个轨道内，卫星的运行速度是地球的2倍，地球自转1周，卫星绕地球转2周。
GPS导航卫星通过和地面基站的通信可以让地面获知GPS导航卫星的位置，从而根据这些“已知点”求出船舶的位置。地面监控系统是整个船舶导航系统中非常重要的组成部分，它能够提供GPS卫星的星历，同时监控卫星是否在正常工作，地面监控系统能够保证不同的GPS接收机和所有的卫星处于同一时间标准下，因而能够保证获取实时位置的准确性。
3GPS在船舶导航信息接口开发中的应用
3.1基于GPS系统的船舶导航系统设计
为了保障船舶的安全高效运行，使航运物流的利益最大化，有必要针对船舶的定位导航、航线规划进行优化设计。结合全球定位系统（GPS），优化传统的船舶导航系统，并针对GPS系统与导航系统的通信接口开发进行了研究。基于GPS的船舶导航系统由GPS系统、船舶GPS终端、显示模块（电子海图）等组成。功能包括：（1）船舶的精确定位。利用GPS系统的工作卫星与GPS终端的信息转换分析等功能，为用户提供精确的定位信息，这是基于GPS的导航系统的最基本也是最重要的功能。（2）航线规划。结合导航系统的电子海图数据库，基于GPS的船舶导航系统需要根据航线规则、经验等数据，对当前的航线进行合理规划，提高航行过程的安全性。（3）导航系统需要对自身船舶的运动要素进行实时的解算，获取船舶的运动状态信息，比如航行速度、航行方向。（4）获取同一区域或同一航线内船舶的航行状态信息，对当前的航行环境进行初步的统筹。（5）导航系统需要与岸基交通管理部门保持实时通信，获取航行线路上的气象数据、航线船舶密度数据。（6）结合船舶自动识别系统AIS，在航线拥挤时提前规划船舶的避碰方案，选择最佳的转向调整角度，防止船舶出现碰撞事故。
3.2GPS与导航系统的接口开发
GPS系统与船舶导航系统的信息传递需要借助信息接口，这也是基于GPS的船舶导航系统能够正常运行的基本保障。主要运用2种GPS与导航系统的信息接口，分别如下：（1）串口通信接口串口通信接口主要是指GPS系统接收模块与计算机之间的接口。（2）数据传输接口主要是指GPS系统与导航系统的电子海图界面之间的传输接口，该传输接口传递的信息主要包括：GPS系统的定位信息以经纬度的方式显示在电子海图上；导航系统航线规划需要显示在电子海图的用户界面。基于GPS的导航系统的信息接口配置流程流程中，串口控制采用MTKMT3318晶片组，该晶片组的敏感度可到159dBM，运作最长可达23h。
结束语
进入21世纪之后海上交通运输在全球经济中扮演着重要角色，海洋船舶运输安全不仅关系着企业的经济效益，也关乎着船员的生命财产安全。为了提高船舶导航系统的性能。设计了一种基于GPS的船舶导航系统，该导航系统的开发难点在于GPS系统信息与导航系统的信息传输。因此，设计了一种基于API的串口通信技术，并详细介绍了该信息接口的配置流程，有效地提高了GPS与导航系统电子海图之间的信息传输效率。
参考文献
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