船舶运动姿态测量系统设计与实现
船舶运动控制系统的建模与优化设计
船舶运动控制系统的建模与优化设计船舶运动控制系统是现代船舶自主导航的核心，其设计与优化对于船舶的安全性、航行效率、能耗等方面具有至关重要的作用。
本文将分别就船舶运动控制系统建模和优化设计两个方面进行探讨。
一、船舶运动控制系统建模船舶运动控制系统一般包括自动舵控系统和主机电控系统，二者在船舶航行中协同作用，保证船舶运动的稳定性和效率。
在进行船舶运动控制系统建模时，需要考虑船舶的船型、物理特性、环境因素等多个因素的影响。
1. 船舶运动模型船舶运动模型是船舶运动控制系统建模的基础，其模拟船舶在水中运动时的运动规律，根据不同的需要可建立包括六自由度运动模型、航迹追踪模型、动力学模型等。
其中，六自由度运动模型能够有效地描述船舶在海上的运动状态，包括横向剪切、姿态、滚转、俯仰等关键参数。
2. 自动舵控系统模型自动舵控系统模型用于描述自动舵控系统的工作原理和控制方法，其中自动舵的控制算法是关键。
常见的自动舵控制算法有PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
3. 主机电控系统模型主机电控系统模型主要描述主机如何控制船舶的行进速度和方向，其关键要素是主机故障诊断、主机的动力学模型等。
同时，还需要对主机控制系统的回路进行建模、仿真。
二、船舶运动控制系统优化设计针对船舶运动控制系统的优化设计，主要关注船舶的航速、油耗、航迹精度等指标，同时还需控制船舶的纵横摇、螺旋桨汽蚀等不良因素。
1. 控制自动舵的响应速度自动舵的响应速度关系到船舶的稳定性，对其进行优化设计是提高船舶自主导航能力的关键之一。
具体做法包括调整舵机命令滤波时间常数、确定船舶航向的导引器位置、提高陀螺罗盘的稳定性等。
2. 优化主机控制策略合理的主机控制策略可以降低船舶的油耗、提高船速等指标，适当减小主机转速波动、改进主机排放等措施可以提高主机的控制精度。
3. 选用无侵入式传感器技术无侵入式传感器技术可以测量船舶关键参数，如船体振动、流场状态等，对船舶运动控制系统的优化设计具有重要的作用。
基于MMA7361技术海警舰艇摆动测量系统设计
摇摆角度的显示和紧急报警提示舰艇操纵者采取应
对 的措 施 。
依据角度加速度传感器 Ｍ Ｍ Ａ ７ ３ ６ １ 的工作原理 ，
可得 出输 出电压 和测量 角度之 间 的关系 为 ：
收 稿 日期 ： ２ ｏ １ ３ — ０ ４ — １ １ 。 修 回 日期 ： ２ ｏ １ ３ — ０ ７ — ０ ９
李伟春 ， 孙 锐
宁波 ３ １ ５ ８ ０ １ ） （ 公安海警学院电子技术系 ， 浙江
摘
要： 以分析 ＭＭ Ａ ７ ３ ６ １ 加速度传感器外在特性为基础 ，通过单片机 ８ ９ Ｃ ５ ２系统 的数据采集与传输 ，结合 Ａ ／ Ｄ
转化技术 ， 实现 了加速度传感器偏转角度数据 的显示 。 关键词 ： ＭＭＡ ７ ３ ６ １ ， ８ ９ Ｃ ５ ２ ， Ａ ／ Ｄ转换技术
如 果摇 摆程 度超过 了舰 艇承受 的极 限 ， 将产 生不 可预见 的严 重后 果 。为此设 计一个 实 时接收 、 显示 舰 艇摇 摆角 度 的装 置 ， 如果 危 害 达 到一 定 的程 度 ， 通 过
容式加速度角度传感器芯片 Ｍ Ｍ Ａ ７ ３ ６ １ ， 该芯片为三轴 角度加速度传感器， 其应用 了信号调理、 单级低通滤波 器和温度补偿技术 ，主要应用在 坠落检测 、 ３维动态数 据监测、 机器人技术等领域 ， 具有较高的性价比。 摇摆 测量 系统 可安放 舰艇 驾驶舱 中 ， 船体 随海 浪
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ：ＭＭＡ７３ ６ １， ８ ９ Ｃ５２， Ａ／ Ｄ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ
引 言
舰艇在外力的影响下 ， 作周期性 的横纵向摇摆和
MRU,姿态传感器,运动参考单元 应用案例介绍
MRU 运动参考单元技术介绍及应用案例深圳立创工控吕云飞MRU 运动参考单元（姿态传感器）用于在水上或者水下的俯仰、滚转、前进、后退、升降等运动而设计（六个自由度），在静态、动态不同工况下都可以满足其精确测量。
MRU的应用环境集中在船舶、水下机器人（ROV/AUV）、水下施工辅助、水上运维机械等领域上，在陆地上的悬空作业中也有应用。
技术参数：产品特点：数据传输稳定、精度高、可靠性高在静态与动态条件下对姿态数据进行补偿，提高数据的可靠性 数据输出格式格式（规则）可自定便捷式的安装方式，对安装环境要求低姿态数据（六个自由度）示例：应用案例：MRU运动参考单元——船舶姿态监测船舶的航行环境大致分为江湖河与海洋，江湖河的航行环境要优于海洋，但这并不代表江湖河的航行环境全面优越，航道的浅、窄就是江湖河不可避免的非理想航行环境。
以下将介绍MRU在船舶于两大航行环境中的应用。
海洋航行环境：飓风、巨浪、暗礁、潮汐、海流、远距等MRU的安装示意：技术解决说明：在船舶行业过程中，首要必须确认其航行姿态是在预设航线、航向上前行，如出现偏离则需要实时调整，而此时的调整姿态依据至关重要。
MRU-LT-TSR-100能够精确的捕捉到姿态实时数据，对姿态实时数据还能够作出数据补偿，以提高数据的精准性。
船舶通用性MRU数据示例：MRU运动参考单元——水下机器人（ROV/AUV）水下机器人在水下作业中的应用越来越广泛，于铺设管线、海底考察、数据收集、钻井支援、海底施工，水下设备维护与维修、救援等领域中得到大量的应用。
水下机器人在潜行过程中对于姿态的监测需实时监控，水下航行环境相比水上航向环境更恶劣，所需监控参数也更复杂，其中翻滚参数就是水下航行特有参数之一。
水下机器人示例：水下线缆铺设机器人MRU数据示例：MRU运动参考单元——在安装吊机上的使用吊机安装设备在安装过程中，设备的衔接点受到外部环境的影响，难以迅速的找出衔接的基准点，安装缓慢、基准点的错误对于精密仪器更是致命。
一种小型舰船的航向姿态测量系统
接 口 电路 使 用 了ＳＴ１６Ｃ５５４芯片 作 为Ｃ５１单 片机 的 串 口扩展芯 片 ，实现４路 串 口通信 。这４路 串 口通信 可独
￣ ．－ ７－ｔｌｔ再 ·８３ ·
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ ·探 索 与 观 察
图 ２ ＲＳ４２２Ａ电 路
立控 制 发送和接 收 ，具有 可编程 的 串行 数据发 送格 式 。 ＳＴ１６Ｃ５５４与Ｃ５１单片机之 间的接 口包括 ：ＤＯ．Ｄ７双向８位 数据线 ，Ａ０．Ａ２片 内寄存器选择信号 ，Ａ８．Ａ１１片选信号 ， １ＮＴＡ．ＩＮＴＤ串行 口中断输出信号及ＷＲ、ＲＤ读写信号。
为 了减 少数据 接 口，提 高各控 制设 备航姿 数据 的一 致 性 ，本 文将 陀螺罗 经测量 的航 向值和 姿态传 感器测 量 的姿 态数 据融合 为一 路数据 ， 同时为小 型舰船 上各控 制 设备提供航姿信 息。
１ 系 统组 成
该测量 小型舰 船航 姿信 息 的系 统 ，包 括 陀螺罗经 、 姿态传感器和数据 处理 模块。
得 到成功应用。 【关键 词 】航 向 ；姿 态；测量
０ 引言
航 向和姿 态信 息 （包 括横滚 角度 、横滚 角速 率 、俯 仰角度和俯仰角速率 ）在舰船航行过程 中实时变化 ，其对 操船控 制和 武器装 备使用 的精确 性有 重要影 响 。因此 ， 需要对 舰船 的航 向和姿 态进 行实时 测量并 发送 到舰船 控 制系 统 ，以进行控 制修 正和参 数补偿 ，保 障舰船 的可 靠 航行和装备 的使用效 能。
船舶姿态测量信号采集系统
船舶姿态测量信号采集系统摘要：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。
海上航行动态姿态测量与控制研究
海上航行动态姿态测量与控制研究海上航行是一项充满挑战性的任务，包括针对船舶的良好控制和稳定性的要求。
虽然传统的测绘技术和导航系统对于海上航行的定位和导航非常有用，但对于船舶的动态姿态测量和控制来说，仍然需要更为先进和精确的技术。
船舶的动态姿态包括横滚、俯仰和航向三个方面。
为了准确测量并控制船舶的这些动态姿态，研究人员一直在寻找更好的技术和方法。
一种常用的方法是使用传感器来测量船舶的姿态角度。
惯性测量单元（IMU）是一种常用的传感器，可以通过测量加速度和角速度来确定船舶的具体姿态。
然而，传统的IMU技术存在一些局限性，在海上航行中可能面临一些挑战。
海浪和海流等海洋环境因素可能导致IMU测量的误差增加，从而降低姿态测量的精度。
因此，为了克服这些问题，研究人员正在发展新的方法和技术来提高船舶动态姿态的测量和控制精度。
一种先进的方法是使用惯导系统（INS），它是一种结合了IMU和全球定位系统（GPS）的船舶导航系统。
INS可以通过测量船舶的加速度、角速度和位置信息来计算船舶的运动和姿态。
这种技术可以提供更高的测量精度和稳定性，并且在海上航行中起到了至关重要的作用。
除了测量船舶的动态姿态外，船舶的控制也是非常重要的。
对于大型船舶，船舶的稳定性和操纵性是航行安全的关键。
因此，研究人员还在寻找更好的控制方法来提高船舶的操纵性和稳定性。
一种常见的控制方法是使用舵机来控制舵角，从而改变船舶的方向。
然而，传统的舵机控制方法可能存在一些局限性，比如船舶的延迟响应和不稳定性。
为了克服这些问题，研究人员正在研究新的控制策略，比如自适应控制和模糊控制等。
自适应控制是一种根据船舶的动态姿态和环境条件来调整控制参数的方法。
这种方法可以提高船舶的控制性能和稳定性，并且适应不同的海洋环境条件。
模糊控制是一种基于模糊逻辑和推理的控制方法，可以根据模糊规则来调整舵机的控制信号。
这种方法可以提高船舶的响应速度和稳定性，并且适应不确定性环境。
船舶的动态姿态与姿态控制
船舶的动态姿态与姿态控制一、前言与背景船舶的动态姿态与姿态控制是船舶工程领域的一个重要分支，其起源和发展与人类航海活动密切相关。
自古以来，船舶的姿态控制就是航海技术的一个重要组成部分，关系到船舶的稳定性和航行安全。
随着航海技术的不断发展，船舶的规模和复杂性也在不断提高，对动态姿态与姿态控制的要求也随之增强。
船舶的动态姿态与姿态控制研究的重要性和现实意义体现在多个方面。
首先，对于提高船舶的航行安全具有重要意义，通过精确控制船舶的姿态，可以有效避免船舶在恶劣海况下的倾覆和碰撞事故。
其次，对于提高船舶的运输效率和节能减排也有重要影响，通过优化船舶的姿态，可以减少船体的阻力，提高航行的速度和燃油效率。
此外，船舶的姿态控制技术还可以应用于船舶的自动化和智能化控制，提高船舶的操作性和驾驶安全性。
二、核心概念与分类船舶的动态姿态与姿态控制涉及到一些核心概念，需要进行清晰的界定。
首先，动态姿态指的是船舶在航行过程中，由于各种因素（如风力、海流、船体结构等）的影响，船体产生的倾斜、摇摆和偏移等姿态变化。
姿态控制则是指通过各种控制手段（如舵控制、主机控制等）对船舶的姿态进行调整和控制，以达到预期的航行效果。
船舶的动态姿态与姿态控制可以分为几个不同的类别，根据控制对象和控制目的的不同，可以分为船体姿态控制、船舶动力系统控制、船舶操纵系统控制等。
船体姿态控制主要是指对船舶的倾斜和摇摆进行控制，以提高船舶的稳定性和安全性。
船舶动力系统控制则是指对船舶的推进系统和能源系统进行控制，以提高船舶的运输效率和节能减排。
船舶操纵系统控制则是指对船舶的舵和主机进行控制，以实现船舶的精确操控和航行安全。
船舶的动态姿态与姿态控制与其他相关领域（如海洋工程、流体力学、自动化控制等）有着密切的联系和交叉。
例如，海洋工程的研究可以为船舶的姿态控制提供海洋环境的数据和模型，流体力学的研究可以为船舶的动态姿态控制提供船体受力分析和稳定性评估的理论基础，自动化控制的研究可以为船舶的姿态控制提供先进的控制算法和系统设计方法。
基于陀螺地平仪的姿态测量系统设计与实现
基于陀螺地平仪的姿态测量系统设计与实现摘要：姿态测量是许多领域中都具有重要意义的技术。
本文提出了一种基于陀螺地平仪的姿态测量系统设计与实现方案。
该方案利用陀螺地平仪能够稳定测量地面水平角度的特性，通过与加速度计和磁力计的组合使用，实现了对三维空间中物体的姿态测量。
在系统设计方面，本文采用了嵌入式系统架构，将陀螺地平仪、加速度计和磁力计通过串行通信与嵌入式处理器连接。
在实现方面，本文采用了卡尔曼滤波算法对传感器数据进行融合，提高了测量结果的准确性和稳定性。
经过实验验证，该姿态测量系统能够在多种运动状态下准确测量物体的姿态角度，具有较高的应用价值。
关键词：姿态测量；陀螺地平仪；加速度计；磁力计；嵌入式系统；卡尔曼滤波1. 引言姿态测量是一项重要的技术，广泛应用于航空、导航、机器人、船舶等领域。
姿态测量的目标是通过测量物体在空间中的角度和位置，获取物体的姿态信息。
传统的姿态测量方法包括机械测量、视觉测量和惯性测量等。
而基于陀螺地平仪的姿态测量系统具有体积小、响应速度快、鲁棒性好等优点，在许多应用中得到了广泛应用。
2. 陀螺地平仪基本原理陀螺地平仪是一种利用陀螺仪原理测量物体在地面上的水平角度的仪器。
陀螺地平仪内部包含一个旋转速度极高的陀螺仪，陀螺仪的转动轴与地心的方向垂直。
当陀螺地平仪受到外力作用使其倾斜时，陀螺仪的旋转轴也会偏离地心的方向。
通过测量陀螺仪旋转轴的偏差角度，可以得到物体相对于地面的倾斜角度。
3. 系统设计基于陀螺地平仪的姿态测量系统主要包括传感器模块、信号采集模块和信号处理模块三个部分。
3.1 传感器模块传感器模块包括陀螺地平仪、加速度计和磁力计。
陀螺地平仪负责测量物体绕纵轴的倾斜角度，加速度计和磁力计则用于测量物体相对于地面的倾斜角度。
这三个传感器模块分别测量不同方向上的倾斜角度，通过组合使用可以得到物体的三维姿态信息。
3.2 信号采集模块信号采集模块负责将传感器模块采集到的模拟信号转换为数字信号，方便后续的数字信号处理。
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船舶运动姿态测量系统设计与实现唐原广，王志光(中国海洋大学工程学院，山东青岛 266100)摘要: 为了获取海上航行船舶及自航模试验中船模的姿态参数，设计一种基于MEMS（微机电系统）技术的波高倾斜一体化传感器的船舶运动姿态测量系统。
此系统通过MEMS波高传感器对船舶升沉信息进行采集，利用倾角传感器对船舶的纵摇和横摇姿态信息进行采集，采集到的信息经多路A/D转换后送入单片机进行处理，实时得出船舶运动的升沉、纵摇及横摇变化。
经处理后的三组数据由船舶运动姿态测量系统通过RS-485串口送到数据接收处理机存储、分析并实时显示船舶运动的姿态变化曲线，该数据接收处理软件采用VC++编写。
经过大量试验及海上测试，该系统性能稳定，测量精度高，具有较大的实用价值。
关键词：升沉运动；波高倾斜一体化传感器；纵摇横摇；VC++中图分类号：TP273 文献标识码：A文章编号： 1672 – 7649(2017)07 – 0108 – 04 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2017.07.022Design and realization of motion attitude measurement system for shipsTANG Yuan-guang, WANG Zhi-guang(College of Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China)Abstract: In order to obtain the sea of ship and self propulsion test of ships mode attitude parameters, designed of a ship motion attitude measurement system based on MEMS technology for wave height and tilt integrated sensor. This sys-tem collects the information of ship heave through the MEMS wave height sensor, collects the pitch and roll attitude inform-ation of the ship by using the tilt sensor, the collected information is sent to the single chip microcomputer through the multi-channel A/D conversion, real-time to give the heave motion, pitch and roll changes of the ship. The data of the three groups after the treatment by motion attitude measurement system for ships through the RS-485 serial port to the data receiving pro-cessor storage, analysis and real-time display motion attitude curve of the ship, and the data reception processing software is written in VC++.After a lot of tests and sea trials, the system is stable performance, high accuracy, has great practical value.Key words: heave motion；wave height and tilt integrated sensor；pitch and roll；VC++0 引 言现代船舶发展越来越趋向于大型化、专业化，出现了各种新型大型船舶，如超大型油船、集装箱船等。
随着船舶尺寸的增大，船舶营运条件的复杂化，船舶的安全营运问题尤显突出[1]。
为对海上航行船舶的安全状态进行更加准确的评估需要获取船舶的运动姿态参数。
此外自航模试验中需要获取船模航行过程中的纵摇和升沉位移等姿态参数。
因此，人们对船舶运动测量系统的研究愈加重视，并且有更多的研究成果和产品不断呈现。
国内外学者们分别基于机械式、磁测式、GPS式和惯性测量等方面对船舶运动测量系统进行初步研究[2]。
本文设计与实现了基于MEMS技术的波高倾斜一体化传感器的船舶运动姿态测量系统[3-6]。
该系统不但结构紧凑、小型化、集成化、易装卸，而且具有量程大、分辨率高、实时性强等特点，有着理想的应用前景。
1 基本原理惯性测量以牛顿力学定律为基础，利用惯性测量元件（加速度传感器）测量载体相对于惯性空间的运动参数[7]。
将内部含有重力加速度传感器的船舶运动姿态测量硬件系统固定在船体上，当船体的升沉运动第39 卷第 7 期舰船科学技术Vol. 39, No. 7 2017 年 7 月SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Jul. , 2017收稿日期: 2016 – 08 – 25；修回日期: 2016 – 09 – 22基金项目: 海洋公益性行业科研专项资助项目(201005001)作者简介: 唐原广(1963 – )，男，教授，研究方向为海洋监测技术、海洋仪器设备的研制与开发。
状态发生改变时，所对应的垂直加速度也随之变化，重力加速度传感器检测到垂直加速度的变化，并输出相应的信号量。
最后，再对加速度传感器输出的信号量进行2次积分即可得到船体的升沉数据信息。
同时，在将船舶运动姿态测量硬件系统固定在船体上时，必须保证波高倾斜一体化传感器的Y轴与船舶的首尾线方向一致，这样它的X轴就与船舶的左右舷方向一致。
当船体运动的倾斜姿态发生变化时，波高倾斜一体化传感器中内含的双轴倾角传感器能输出分别反映船舶纵摇和横摇的姿态信息信号量，经过姿态解算便可得到船舶的纵摇和横摇的数据信息。
2 技术指标表1所示为船舶运动姿态测量系统的技术指标。
3 系统硬件设计3.1 系统框架船舶运动姿态测量系统基于MEMS的波高倾斜一体化传感器技术、嵌入式技术和C++面向对象程序设计技术等来实现系统功能。
如图1所示，主要由波高倾斜一体化传感器模块、信息采集模块、微控制器模块、存储显示模块等组成。
其中，波高倾斜一体化传感器模块由基于MEMS技术的加速度传感器和双轴倾角传感器等组成，信息采集模块由放大电路、滤波电路、二次积分电路和A/D转换电路等组成，微控制器模块由微控制器及其外围硬件设备等组成，存储显示模块由PC机数据接收处理软件等组成。
3.2 加速度传感采用定制加速度传感器，它是基于MEMS技术的加速度传感器，具有信号处理与温度补偿功能，性能优异。
其供电电源为8～32 V，输出为0.5～4.5 V，精确度为0.5%，工作温度范围为–40 ℃～+125 ℃。
该传感器适用于物体低频运动监控，是船舶升沉运动测量的极佳选择。
3.3 双轴倾角传感器双轴倾角传感器选用定制型双轴倾角传感器，该传感器设计以高稳定硅MEMS电容式倾斜传感器元件为中心平台，能提供适宜的分辨率，较高的精度和较快的响应速度，并且信号完全由较高的模拟电平输出。
其供电电源为6～30 V，测量角度范围为–75℃～+75°，角分辨率0.05° rms，工作温度范围为–40 ℃～+105 ℃。
因此使用定制型双轴倾角传感器来测量船舶的纵摇、横摇非常简便实用。
3.4 系统工作流程图船舶运动姿态测量系统工作流程如图2所示。
1）首先船舶运动姿态测量系统进行初始化。
2）将采集到的纵摇横摇信号量进行硬件放大和滤波，同时将采集到的升沉信息进行放大、二次积分和滤波处理。
3）由单片机控制A/D转换器的采样间隔，将采集表 1 技术指标Tab. 1 Technical specifications参数指标参数指标电源电压直流12 V±10%相对升沉测量范围±2.5 m 波特率 1 200 b/s或定制相对升沉测量精度5%通信接口RS485相对升沉测量分辨率 1 cm输出格式ASCII格式输出纵摇、横摇测量范围±20°频响0.05～1 Hz纵摇、横摇测量精度0.2°动态环境工作温度–40 ℃～+85 ℃纵摇、横摇测量分辨率0.05°图 1 系统硬件结构图Fig. 1 System hardware structure diagram图 2 系统工作流程图Fig. 2 Working flow chart of system第 39 卷唐原广，等：船舶运动姿态测量系统设计与实现· 109 ·到的模拟量转换成数字量。
4）将纵摇、横摇和升沉位移的数字量信息分别进行数字滤波和相应计算。
5）将计算后得到的纵摇横摇和升沉位移数据由串口发送到PC机数据接收处理软件。
3.5 系统硬件实物图如图3所示，整个船舶运动姿态测量系统放置在一个高230 mm、直径190 mm的钢质圆柱体中，仪器总重量为8 kg。
钢质圆柱体的下方有安装孔方便安装固定在船体上，圆柱体上面有提手方便携带，同时配有一根带水密插头的四芯屏蔽电缆，经钢质圆柱体上方引出将得到的数据送入PC机数据接收处理软件中进行实时显示、存储与分析。
4 数据接收处理软件设计船舶运动姿态测量系统的数据接收处理软件采用Visual C++2010开发，Visual C++2010的界面设计优秀、数据处理功能强大可以高效的进行Windows应用程序开发。
数据接收处理软件主要负责将系统采集的船舶升沉数据、船舶纵摇数据和船舶横摇数据实时显示、存储与分析等。
具体的软件流程如图4所示。
数据接收处理软件开发时，首先基于VC++创建一个对话框的工程，使用Visual C++2010提供的MSComm控件来实现串行通信功能，这样就不用花费大量时间去学习复杂的API函数，自己编写串口通信程序。
因此使用MSComm控件来实现串行通信，在编程时非常方便和高效[8-10]。
如图5所示，数据接收处理软件采用图形化界面设计便于用户对船舶运动数据的观察与分析。
通过自定义绘图类实现船舶升沉数据曲线、船舶纵摇数据曲线和船舶横摇数据曲线的绘制。
使用自定义绘图类实现数据曲线的绘制相比使用诸如TeeChart 、ProEssentials 等绘图控件绘制更加的灵活与方便。