基于卫星定位系统的相对位置确定船舶航向的研究
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２１ 年第４ ０１ 期
青岛远洋船员学 院学报
Ｖ Ｌ３ Ｎ ． Ｏ ．２ Ｏ４
文 章 编 号 ：６ １— ９ ６ ２ １ ）４— ０ ４—０ １７ ７ ９ （０ １ ０ ０ １ ２
基 于卫 星 定 位 系 统 的相 对 位 置 确 定 船 舶 航 向 的研 究
冯 德 银 李 生
（ 岛远 洋船 员 职业 学 院航海 系 ， 青 山东
得到的船舶航 向能够满足航海精 度的要求 ， 以 可 作 为 目前 船 舶获 得 船舶 航 向的 另一种 方 法 。
１ 目前 Ｇ Ｓ精 度 及误 差分 析 Ｐ
ｆ Ｏ
、
Ｇ Ｓ定位 的实 际位置 是 Ｇ Ｓ天 线 的三 维 位 置 Ｐ Ｐ （ 航海 上一 般仅 使用 二 维 位 置 ） Ｐ 。Ｇ Ｓ可 以全 天 候 实 时地 给 我们 提 供 比较 精 确 的 时 间 和 位 置 （ 纬 经
来一 直 沿用 下来 。 目前 国 内外 也在 研 发 新 型 的航
向指示设 备 。 利用 卫 星定 位 系统 能 够 全 天候 实 时 地 得 到较
为 准确 的位 置 ， 可 应 用 相 对 位 置 来 求 解 船 舶 航 并
向。本 文通 过 理 论 分 析 和 实 验 证 明 ， 用 此 方 法 利
只要将 两 台 Ｇ Ｓ位 置 （ 舶 首尾 Ｇ Ｓ天线 位 Ｐ 船 Ｐ 置） 信号输 入 计算 机 ， 用计 算 机 程 序求 解 出船 舶 利 航 向就是 非常容 易 的事 了。 由于船舶 尺 寸有 限 ， 不 用像求解恒 向线那 样复 杂 ， 以直 接 当做 在 同一个 可 平面来 计 算 。假 设 船 首 Ｇ Ｓ定 位 得 到 位 置 （ 、 Ｐ 蝴 Ａ ）， Ｂ 船尾 Ｇ Ｓ定位得 到位置 （ 、Ａ）。则 有 ： Ｐ 蜊 Ａ
ｔｎ （ 向） ＝ （ Ｂ —Ａ ）÷（ ｒ —ｑ ａＣ航 Ａ Ａ ｇＢ ｔ Ａ） 当 １ ＝ 蜊 根 据 （ Ｂ、Ａ）得 出航 向 ， Ａ Ｆ Ｂ Ａ Ａ 当 Ｂ
时几 乎是 无影 响的 。 ２ 利用 相对 位置 求解 船舶 航 向
很 显 然这 个航 向误差 不 能满 足 航 海要 求 。虽
然 船舶 长度 可 能 会 更 大 ， 而且 误 差 不 一 定 总 是 在
最大横向位置 ， 但是如果这种可能存在 ， 按上述假
设 分析 就不 能 够 满 足 航 海 需 求 ， 除非 Ｇ Ｓ定 位 精 Ｐ 度极 高 ， 达 到 厘 米 级 。从 目前 Ｇ Ｓ定 位 精 度 上 能 Ｐ 看 ， 法实 现 。 无 从 Ｇ Ｓ定 位 原 理 得 知 ， Ｐ 测量 中包 含 了卫 星 和
假 设 把 ２台 Ｇ Ｓ天线 分别 装 在船 头 （ 桅 ） Ｐ 前 和 船尾（ 驾驶 台 上 ） 且 连 线 平 行 于船 舶 首 位 线 ， 并 可
收稿 日期 ：０ １—０ ０ ２ １ ９— ５ 第一作者简介 ： 冯德银 （ ９４一 ） 男 。 １ ８ 。 助教
・
如（ １ 所示 Ａ Ｂ点分别代表船首尾 Ｇ Ｓ天 图 ） 、 Ｐ
ＡＯＣ ＝ａ ｇ ａ ｒ ｔｎＡＣ／ＡＯ ＝ａ ｇａ ０． ＝１ ７。 ｒｔｎ ３ ６．
如 （ ２ 所示 ， 图 ） 当船 首 Ｇ Ｓ产 生 误 差 定 位 在 Ｐ Ｂ １时 ， 尾 Ｇ Ｓ产 生误 差定 位则 在 Ａ 船 Ｐ ｌ点 附 近 ； 当 船首 Ｇ Ｓ产 生 误 差 定 位 在 Ｂ Ｐ ２时 ， 尾 Ｇ Ｓ产 生 船 Ｐ 误差 定位 则 在 Ａ ２点 附近 。这 样 在求 解 船 舶 航 向
摘
青 岛 ２６７ ） ６０ １
要 ： 用卫 星 导航 系统 能 够全 天候 实 时地 得 到 较 为 准确 的位 置 ， 过得 到 的相 对 位 置 利 通
可计 算出船舶航 向， 为船舶提供一种获得航向的新方法。 实验证 明， 利用实时的相对位 置求解
船 舶 航 向是 可 行 的 。
关键 词 ： 星定位 系统 卫
、 、
、
度） 信息 ， 据船舶动态 ， Ｐ 根 Ｇ Ｓ可 以 自动推 算 出船 舶 的对 地航 向和 对 地 航 速 ， 这 并 不 是 船 舶 真 实 但 的航 向 ， 风 流 影 响 较 大 时 ， 者 相 差 多 达 数 十 当 两
、
（ ＝ 三
、 ／
图 １
Baidu Nhomakorabea
度 。很显然 Ｇ Ｓ提供的对地航迹不能够满足航 向 Ｐ 的要 求 。
司南 （ 南针 ） ５世 纪 ， 名 的郑 和七 下 西 洋 就 指 。１ 著
使用 了罗盘 ， 创造 了我 国和世界航海史上的壮举 。 目前 船 舶 所 用 电罗 经 是 根 据 １ ５ ８ ２年 法 国物 理 学
家列 昂傅 科 利 用 陀螺 仪 证 明地 球 自转 时 ， 出利 提
用 陀螺仪 作 为方 向 指示 器 的设 想 发 明 的 ， 百 年 近
相 对 方位
航 向
中图 分类 号 ： ６ ５ Ｕ ７ 中国很早 就 发 明 了利用 地 球 磁 场 指 明 方 向 的
文献标 识 码 ： Ａ
利用 ２台 Ｇ Ｓ实 时 的 相 对 位 置 来 求 解 船 舶 航 向 。 Ｐ （ 照 Ｓｌｓ 约 要 求 ， 舶 至 少 配 备 １台 卫 星 导 按 ｏ 公 ａ 船
线位 置 ， 设 Ｇ Ｓ定位 误 差是 随机 的 ， 误 差 半径 假 Ｐ 且 最大 为 Ａ Ｃ或 Ｂ Ｄ。那 么 当 Ｇ Ｓ出现 横 向 误 差 最 Ｐ
１ ・ ４
２１ 年第４ ０１ 期
青 岛远洋船员学 院学报
Ｖ Ｌ３ Ｎ ． Ｏ ．２ Ｏ４
大时 ： 设 Ａ 假 Ｂ＝１０ 误 差 最 大 半 径 Ａ ０ ｍ， Ｃ＝１ｍ ５ （目前 Ｇ Ｓ对 民用定 位 精度 已经 能达 到此 数据 ） Ｐ 。
航系统 。如今大部分船舶尤其是远洋船舶都配备
了 ２台 Ｇ Ｓ ） Ｐ 。 现在 远 洋船 舶 长 度 一 般都 在 １０米 ０
以上 ， 只要 Ｇ Ｓ Ｐ 精度足够高 ， 求解 出来的相对方位 （ 向） 一 定 足 够 精 确 。那 么 目前 Ｇ Ｓ精 度 能 航 也 Ｐ
否 满足 要 求 呢？
青岛远洋船员学 院学报
Ｖ Ｌ３ Ｎ ． Ｏ ．２ Ｏ４
文 章 编 号 ：６ １— ９ ６ ２ １ ）４— ０ ４—０ １７ ７ ９ （０ １ ０ ０ １ ２
基 于卫 星 定 位 系 统 的相 对 位 置 确 定 船 舶 航 向 的研 究
冯 德 银 李 生
（ 岛远 洋船 员 职业 学 院航海 系 ， 青 山东
得到的船舶航 向能够满足航海精 度的要求 ， 以 可 作 为 目前 船 舶获 得 船舶 航 向的 另一种 方 法 。
１ 目前 Ｇ Ｓ精 度 及误 差分 析 Ｐ
ｆ Ｏ
、
Ｇ Ｓ定位 的实 际位置 是 Ｇ Ｓ天 线 的三 维 位 置 Ｐ Ｐ （ 航海 上一 般仅 使用 二 维 位 置 ） Ｐ 。Ｇ Ｓ可 以全 天 候 实 时地 给 我们 提 供 比较 精 确 的 时 间 和 位 置 （ 纬 经
来一 直 沿用 下来 。 目前 国 内外 也在 研 发 新 型 的航
向指示设 备 。 利用 卫 星定 位 系统 能 够 全 天候 实 时 地 得 到较
为 准确 的位 置 ， 可 应 用 相 对 位 置 来 求 解 船 舶 航 并
向。本 文通 过 理 论 分 析 和 实 验 证 明 ， 用 此 方 法 利
只要将 两 台 Ｇ Ｓ位 置 （ 舶 首尾 Ｇ Ｓ天线 位 Ｐ 船 Ｐ 置） 信号输 入 计算 机 ， 用计 算 机 程 序求 解 出船 舶 利 航 向就是 非常容 易 的事 了。 由于船舶 尺 寸有 限 ， 不 用像求解恒 向线那 样复 杂 ， 以直 接 当做 在 同一个 可 平面来 计 算 。假 设 船 首 Ｇ Ｓ定 位 得 到 位 置 （ 、 Ｐ 蝴 Ａ ）， Ｂ 船尾 Ｇ Ｓ定位得 到位置 （ 、Ａ）。则 有 ： Ｐ 蜊 Ａ
ｔｎ （ 向） ＝ （ Ｂ —Ａ ）÷（ ｒ —ｑ ａＣ航 Ａ Ａ ｇＢ ｔ Ａ） 当 １ ＝ 蜊 根 据 （ Ｂ、Ａ）得 出航 向 ， Ａ Ｆ Ｂ Ａ Ａ 当 Ｂ
时几 乎是 无影 响的 。 ２ 利用 相对 位置 求解 船舶 航 向
很 显 然这 个航 向误差 不 能满 足 航 海要 求 。虽
然 船舶 长度 可 能 会 更 大 ， 而且 误 差 不 一 定 总 是 在
最大横向位置 ， 但是如果这种可能存在 ， 按上述假
设 分析 就不 能 够 满 足 航 海 需 求 ， 除非 Ｇ Ｓ定 位 精 Ｐ 度极 高 ， 达 到 厘 米 级 。从 目前 Ｇ Ｓ定 位 精 度 上 能 Ｐ 看 ， 法实 现 。 无 从 Ｇ Ｓ定 位 原 理 得 知 ， Ｐ 测量 中包 含 了卫 星 和
假 设 把 ２台 Ｇ Ｓ天线 分别 装 在船 头 （ 桅 ） Ｐ 前 和 船尾（ 驾驶 台 上 ） 且 连 线 平 行 于船 舶 首 位 线 ， 并 可
收稿 日期 ：０ １—０ ０ ２ １ ９— ５ 第一作者简介 ： 冯德银 （ ９４一 ） 男 。 １ ８ 。 助教
・
如（ １ 所示 Ａ Ｂ点分别代表船首尾 Ｇ Ｓ天 图 ） 、 Ｐ
ＡＯＣ ＝ａ ｇ ａ ｒ ｔｎＡＣ／ＡＯ ＝ａ ｇａ ０． ＝１ ７。 ｒｔｎ ３ ６．
如 （ ２ 所示 ， 图 ） 当船 首 Ｇ Ｓ产 生 误 差 定 位 在 Ｐ Ｂ １时 ， 尾 Ｇ Ｓ产 生误 差定 位则 在 Ａ 船 Ｐ ｌ点 附 近 ； 当 船首 Ｇ Ｓ产 生 误 差 定 位 在 Ｂ Ｐ ２时 ， 尾 Ｇ Ｓ产 生 船 Ｐ 误差 定位 则 在 Ａ ２点 附近 。这 样 在求 解 船 舶 航 向
摘
青 岛 ２６７ ） ６０ １
要 ： 用卫 星 导航 系统 能 够全 天候 实 时地 得 到 较 为 准确 的位 置 ， 过得 到 的相 对 位 置 利 通
可计 算出船舶航 向， 为船舶提供一种获得航向的新方法。 实验证 明， 利用实时的相对位 置求解
船 舶 航 向是 可 行 的 。
关键 词 ： 星定位 系统 卫
、 、
、
度） 信息 ， 据船舶动态 ， Ｐ 根 Ｇ Ｓ可 以 自动推 算 出船 舶 的对 地航 向和 对 地 航 速 ， 这 并 不 是 船 舶 真 实 但 的航 向 ， 风 流 影 响 较 大 时 ， 者 相 差 多 达 数 十 当 两
、
（ ＝ 三
、 ／
图 １
Baidu Nhomakorabea
度 。很显然 Ｇ Ｓ提供的对地航迹不能够满足航 向 Ｐ 的要 求 。
司南 （ 南针 ） ５世 纪 ， 名 的郑 和七 下 西 洋 就 指 。１ 著
使用 了罗盘 ， 创造 了我 国和世界航海史上的壮举 。 目前 船 舶 所 用 电罗 经 是 根 据 １ ５ ８ ２年 法 国物 理 学
家列 昂傅 科 利 用 陀螺 仪 证 明地 球 自转 时 ， 出利 提
用 陀螺仪 作 为方 向 指示 器 的设 想 发 明 的 ， 百 年 近
相 对 方位
航 向
中图 分类 号 ： ６ ５ Ｕ ７ 中国很早 就 发 明 了利用 地 球 磁 场 指 明 方 向 的
文献标 识 码 ： Ａ
利用 ２台 Ｇ Ｓ实 时 的 相 对 位 置 来 求 解 船 舶 航 向 。 Ｐ （ 照 Ｓｌｓ 约 要 求 ， 舶 至 少 配 备 １台 卫 星 导 按 ｏ 公 ａ 船
线位 置 ， 设 Ｇ Ｓ定位 误 差是 随机 的 ， 误 差 半径 假 Ｐ 且 最大 为 Ａ Ｃ或 Ｂ Ｄ。那 么 当 Ｇ Ｓ出现 横 向 误 差 最 Ｐ
１ ・ ４
２１ 年第４ ０１ 期
青 岛远洋船员学 院学报
Ｖ Ｌ３ Ｎ ． Ｏ ．２ Ｏ４
大时 ： 设 Ａ 假 Ｂ＝１０ 误 差 最 大 半 径 Ａ ０ ｍ， Ｃ＝１ｍ ５ （目前 Ｇ Ｓ对 民用定 位 精度 已经 能达 到此 数据 ） Ｐ 。
航系统 。如今大部分船舶尤其是远洋船舶都配备
了 ２台 Ｇ Ｓ ） Ｐ 。 现在 远 洋船 舶 长 度 一 般都 在 １０米 ０
以上 ， 只要 Ｇ Ｓ Ｐ 精度足够高 ， 求解 出来的相对方位 （ 向） 一 定 足 够 精 确 。那 么 目前 Ｇ Ｓ精 度 能 航 也 Ｐ
否 满足 要 求 呢？