[发明专利]自动操舵仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于船舶的航迹自动舵，特别涉及一种自动操舵仪。

背景技术

自动舵自身需要进行复杂的航迹控制算法计算，以调整船舶到设定的航迹或者航向上，同时需要处理大量的外部数据，包括高速A/D采集和输出、多类传感器(雷达、罗经、计程仪、及数据记录仪(VDR)等)、电子海图等，涉及音视频编解码，图像处理等核心问题。另外，内部还需要进行高效和可靠的数据通信，以完成各个功能单元之间，以及和外部船舶设备网络的数据交换。因此目前基于单核芯片的设计已经不能满足要求。

目前的自动舵在系统设计上有以下几种：

1.单核(8/16位单片机)

传统的嵌入式系统设计框架。8/16位单片机主要用于低速、低存储空间的场合，主要完成基本IO的输入输出，无法搭建可靠和高效的通信网络。尤其是受限于其功能的扩展，无法移植嵌入式操作系统软件平台，无法实现自动舵复杂的应用。

2.单核(32位芯片架构)

基于32位芯片构架的自动舵，其突出特点是核心控制算法和其他应用程序集成到一个单核芯片中，单核除了完成基本IO输入输出、雷达、电子海图、罗经等多种船载传感器的串口输入输出、以及内部部件的数据通信外，还要完成复杂的航迹控制算法。因此芯片属于集中控制，实际各个功能的效率并非最优。

3.单核(32位芯片)+CPLD(FPGA)+双口RAM+单片机(8/16位单片机)

其中，关于双口RAM(Random Access Memory，随机存储器)是指有两组相互独立的地址线、数据线和控制线，片内包含的控制逻辑的随机存储器。CPLD(Complex Programmable Logic Device)即为复杂可编程逻辑器件。FPGA(Field-Programmable Gate Array)即为现场可编程门阵列。

此类自动舵只是在核心控制单元上附加辅助芯片。它将复杂的航迹控制算法运算保留在32位单片机上，而将其他应用放到另外一个8/16位的单片机。两个芯片间通过双口RAM进行数据交换，但是必须有CPLD/FPGA进行复杂的时序控制，实现上有一定复杂度和难度。同时32位芯片并非专用数字信号处理芯片，只能在软件上实现算法计算，效率无法与DSP芯片的硬件算法实现相比。

综合以上说明，目前使用的自动舵在系统设计上的一些突出缺点：

1.自动舵普遍是单核系统的设计，所有应用集中在一个芯片上，导致多个应用共用芯片资源。

2.自动舵的整体功能性差，效率很低。

3.自动舵无法应用大运算量的智能航迹控制算法。

发明内容

鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明提出了一种自动操舵仪，可以集中解决自动舵内网大量的数据通信、外部多类设备的数据采集和输出、音视频编解码、复杂的航向/航迹控制算法计算等核心问题，并在实效性、扩展性、功能性上提高了自动舵整体的性能。

根据本发明的自动操舵仪包括：操作单元，用于将用户输入的指定航向信息和用于控制算法的控制参数发送给主控单元；外部接口单元，用于将来自外部设备的与当前航向有关的信息发送给主控单元；以及主控单元，包括：第一主控处理器，用于接收指定航向信息、控制参数、与当前航向有关的信息并将指定航向信息、控制参数、及与当前航向有关的信息发送到第二主控处理器，以及用于将来自第二主控处理器的舵令发送给操舵装置以对操舵装置进行控制；以及第二主控处理器，用于利用控制算法根据指定航向信息、控制参数、与当前航向有关的信息来计算舵令，并将舵令发送给第一主控处理器。

其中，操作单元还用于显示指示信息，指示信息包括指定航向信息、控制参数信息、监视参数信息、工作模式信息、传感器状态信息、舵令指示信息、及舵角反馈指示信息中的一种或多种信息。操作单元包括：第一操作处理器，用于接收用户输入的指定航向信息、控制参数、及指示信息，将指定航向信息和控制参数发送给主控单元并将指示信息发送给第二操作处理器，以及用于将来自第二操作处理器的视频信息发送给显示模块；第二操作处理器，用于将来自第一操作处理器的指示信息处理为视频信息，并将视频信息发送给第一操作处理器；以及显示模块，用于显示来自第一操作处理器的视频信息。