船舶GPS系统安装操作，了解组成和接线图，并掌握正确安装操作

任务目标

1.掌握GPS系统组成;

2.能正确识读全球定位系统的系统图和接线图;

3.能正确安装船舶全球定位系统;

4.会对GPS接收机进行操作。

任务分析

本任务的最终目的是了解GPS系统的组成,学会识读全球定位系统的系统图和接线图,并会对设备进行正确安装和操作。

一、GPS系统的组成

GPS系统主要包括DGPS显示单元(图10-2)、DGPS天线单元(图10-3)、DGPS信号分配器(图10-4)、打印机、电源等。

图10-2　DGPS显示单元(GP-150 Display Unit)

图10-3　DGPS天线单元(DGPS Antenna)

(a)GPA-017S;(b)GPA-018S;(c)GPA-019S

图10-4　DGPS信号分配器(DGPSDistribution)

(a)Distributior MD-500;(b)Multi-Distributor IF-2300

二、识读船舶全球定位系统图

1.GPS系统设备清单

FURUNO GP-150标配(Standards)清单见表10-1。

表10-1　GPS系统标配清单

2.全球定位仪系统图识读

下面以某船厂30万吨全球定位仪系统为例进行介绍。

封面页和第2页的图纸履历已经省略。图10-5所示是该系统图的第3页。此页第2列详细说明了系统中的设备或单元名称,第1列为后续图纸中对此设备或单元的代号,第3列是设备或单元的数量,第4列为设备或单元的规格型号,第5列的附注为设备的提供厂家。

图10-6所示是图纸的第5页,给出了DGPS与其他系统之间的关系。通过安装在驾控台里面的DGPS NMEA信号分配器把位置信号传到S波段雷达、X波段雷达、陀螺罗经系统、自动识别系统、测深仪、航行数据记录仪和无线电组合电台。

图10-7所示是图纸的第4页,具体说明了该系统内部各单元之间的关系。该船安装了两个DGPS显示单元:一台嵌装在驾控台上;一台为台式放置在海图桌上。每个显示单元配置一副天线,安装在罗经甲板上,接收到的信号除在显示单元上显示外,还通过信号分配器传送到其他系统。电源来自驾控台的航行分电箱和无线电组合电台处的直流电。

图10-5　全球定位系统图中的设备或单元

图10-6　全球定位系统图中的信号分配

图10-7　全球定位系统内部单元互联

技能一 GPS的安装

一、GPS天线的安装

现在新造船上一般来说都安装有两台GPS。由于GPS的船位等信号输出到船上的很多设备,并且是很重要的信号,所以往往有GPS信号输出切换。出于安全考虑,如两台GPS的天线之间距离很远,在GPS船位信号切换时会导致在雷达、AIS、电子海图等仪器上有较大的偏差,存在不安全因素。故建议将两台GPS的天线安装在附近。

GPS天线安装应避免被大桅、卫星通信天线等阻挡,不要安装在雷达垂直波束之内,与VHF等鞭形天线的距离应大于1 m,与中、高频发射天线的距离应大于4 m,与卫星通信天线的距离应大于5 m。GPS天线接头处应包扎好,防潮,防漏水。天线高频电缆应尽可能短并远离其他发射天线,勿与其他导线混在一起。

GPS天线安装主要注意事项如下:

(1)使用天线金属配件,稳固地安装在天线杆上。

(2)同轴电缆插头的连接部分要使用自熔胶带和乙烯树脂胶带进行防水处理。

(3)同轴电缆缠绕成环状时,直径要设定在200 mm以上,以免芯线折断。

(4)为降低干扰和提高灵敏度,带鞭形天线的GPS天线(GPA-18/018S)必须接地。

GPS的GPA-18/018S天线安装图解如图10-8和图10-9所示,具体的胶带缠绕方法、防水处理方法及连接器的装配方法等要按照厂家的安装手册进行。

图10-8　GPS天线安装图解(一)

图10-9　GPS天线安装图解(二)

二、GPS显示单元的安装

1.安装注意事项

GPS显示单元根据船东和设计的基本要求可以台式放置,也可以嵌入安装,但无论怎样安装都应符合下列基本条件:

(1)安装时要远离排气管道和通风孔。

(2)安装位置要通风良好。

(3)安装场所的振动要尽量小。

(4)远离产生电磁场的设备,如电动机、发电机等。

(5)留出足够的维护保养空间,电缆要有足够的松弛度以便进行维修。

2.安装方式和步骤

GPS显示单元可以安装在桌面上(TABLE TOP Mounting),也可以安装在船舱顶板上(OVERHEAD Mounting),还可以采用嵌入式安装(FLUSH Mounting)。安装方式如图10-10所示。

图10-10　GPS显示单元安装方式

(a)安装在桌面上(TABLE TOP);(b)安装在船舱顶板上(OVERHEAD);(c)嵌入式安装(FLUSH)

当嵌入式安装时需要选用配件:F型(Flush Mount Kit F,Type:OP20-25,Code No.004-393-280)或S型(Flush Mount Kit S,Type:OP20-24,Code No.:004-393-000)。嵌入式安装具体步骤如下:

(1)在安装位置准备一个安装孔,尺寸:242(W)mm×152(H)mm。

(2)将显示单元插入孔中。

(3)用两个六角螺栓(M6×12)和两个弹簧垫圈将安装金属板与显示单元连接在一起。(4)将翼形螺母拧到翼形螺栓上。

(5)拧紧翼形螺栓固定显示单元,然后拧紧螺母。

3.显示单元的电缆连接

显示单元的电缆连接如图10-11所示。说明如下:

(1)接地导线应是1.25 sq(注:mm2)或更大并尽可能短。

(2)DATA1、DATA2、DATA3接口用来连接外部设备,如自动驾驶仪、远程显示器、导航设备等。具体连接方法如图10-11所示。

(3)DATA4接口用来连接NMEA设备、PC或者DGPS无线电信标接收机,接法如图10-12所示。

(4)部分英文含义如下:

Antenna Unit 天线单元 Rear of Display Unit 显示单元的后部

Ground terminal 接地端子External equipment 外部设备

Flat washer 平垫圈Spring washer 弹性垫圈

Crimp-on lug 接线垫片,卷曲耳柄Wing bolt 蝶形螺栓,翼形螺栓

图10-11　显示单元的电缆连接

图10-12　DATA4接口的连接

三、GPS NMEA信号分配器的安装

信号分配器种类较多,常见的信号分配器安装情况如图10-13所示。安装时要按照设备说明书进行。

图10-13　信号分配器的安装实例

(a)MD-550的安装;(b)IF-2300的安装

四、识读全球定位系统接线图(GP-150)

GPS设备厂家的系统接线图如图10-14所示。

在进行施工之前造船厂设计部门应根据建造规范、船东的要求、设备或系统的安装手册等详细设计出系统接线图。某造船厂全球定位系统的接线图如图10-15所示,封面和设备说明页已省略(注:图中符号解释请参见前三个项目)。

图10-14　GPS设备厂家的系统接线图

图10-15　全球定位系统接线图

(a)第3页

图10-15　全球定位系统接线图(续)

(b)第4页

图10-15　全球定位系统接线图(续)

(c)第5页

图10-15　全球定位系统接线图(续)

(d)第6页

图10-15　全球定位系统接线图(续)

(e)第7页

五、初始化设置

1.熟悉控制面板

图10-16所示是GPS-150的控制面板,简单说明如下:

图10-16　GPS-150控制面板

最上面是游标小键盘,用来移动光标和显示结果。

MENU ESC:打开或关闭菜单;退出现在的操作。

NU/CU ENT:选择显示方向;注册菜单上的选项。

DISPLAY SEL:选择显示模式。

WPT RTE:记录航路点和航线。

MARK:在显示上做标记。

ZOOM IN:放大。

CENTER:使船或光标的位置居中。

TONE:调整显示的对比度和亮度;改变经纬坐标。

EVENT MOB:记录船舶重大事件位置;记录人落水位置。

GOTO:设定目的地或转向目标。

PLOT ON/OFF:把记录或标绘的船舶航迹显示/关掉。

ZOOM OUT:缩小。

CURSOR ON/OFF:打开/关掉游标。

CLEAR:删除航路点和标记;清除错误数据;关闭有声报警。

POWER:打开/关闭电源。

2.初始化操作

(1)检查设备操作运行情况(Checking Operation)。首先打开电源,设备启动后,出现如图10-17所示画面,按[MENU ESC]键,再按[8]键和[1]键,确认程序存储器(PROGRAM MEMORY)、静态存储器(SRAM)、内置电池(Internal Battery)、GPS和无线电信标(BEACON)都是正常完好的。

图10-17　设备启动中的自检显示(Self-test display at equipment start up)

图10-18　DGPS设置菜单(DGPSSetup Menu)

(2)DGPS设置(DGPS Setup)。DGPS设置模式有自动和手动两种,默认模式为手动。GPS-150能自动选择最合适的基准台(或称为基站)(Reference Station)。如果在自动模式(Automatic Mode)下确定DGPS的位置超过5 min,就转为手动模式(Manual Mode)。当外部无线电信标接收机(External Beacon Receiver)没有基准台选择的自动功能时,使用手动模式。

对于两种模式的讲解用英文进行。图10-18所示是DGPS设置菜单。

1)自动设置(Automatic DGPSSetup)。

①按下MENU ESC,9和7显示WAAS/DGPS SETUP菜单。

②按[▲]或[▼]键,选择“MODE”功能,再按[◀]键,选择“INT BEACON”(整体无线电信标)。

③按[▲]或[▼]键,选择“DGPSStation”(DGPS站)。

④按[◀]键,选择“Auto”(自动)。

⑤按[NU/CU ENT]键。

⑥按[MENU ESC]键。

2)手动设置(Manual DGPSSetup)

①按[MENU ESC],[9]和[7]键显示“WAAS/DGPS SETUP”菜单。

②按[▲]或[▼]键,选择“MODE”功能,再按[◀]键,选择“INT BEACON”。

③按[▲]或[▼]键,选择“Ref.Station”(参考站)。

④按[◀]键,选择“Man”(人工)。(https://www.xing528.com)

⑤按[▼]键,选择“Freq”(频率)。

⑥输入频率,频率范围为283.5～325.0 k Hz。

⑦按[NU/CU ENT]键,显示“Baud Rate”(波特率)。

⑧按[◀]或[▶]键选择波特率,可选择的波特率为“25”“50”“100”或“200”。

⑨按[MENU ESC]键。

(3)DGPS操作检查,如图10-19所示。

①按[MENU ESC]和[7]键。

②按几次显示如下界面。

图10-19　DGPS操作检查

部分英文含义解释如下:

最上面的U表示时间为协调世界时UTC,若为J即日本标准时间JST,若为S为船时Ship′s time。

D3D表示差分GPS三维定位(常见的定位方式英文缩写有2D二维定位;3D三维定位;D2D差分GPS二维定位;D3D差分GPS三维定位;W2D广域二维定位;W3D广域三维定位)。

INTEGRITY STATUS:完整的状态。

Signal Strength:信号强度。

Signal to Noise Ratio:信噪比。

Reception Band Width:接收带宽。

Interference:干涉,干扰。

Malfunction:失灵,发生故障。

(4)输入/输出设置(Input/Output Setting)。要逐一对数据格式和数据输出的有效性、可行性进行检查。

输出数据格式为IEC 61 162-1 and NMEA 0 183 Ver.1.5/2.0。

输入数据格式为NMEA 0 183 Ver.1.5/2.0。

限于篇幅就不对输入输出数据设置过程进行说明,请阅读厂家提供的安装说明书和相关信号传输协议。

技能二 GPS的操作

GP-150型GPS接收机具有标绘、导航、报警、计算、定位等功能,限于篇幅只介绍以下几种基本操作。

一、开机和关机

第一次开机需要花费90 s时间,下一次开机只需花费12 s时间就可以定位,并且当下一次开机时就会显示上一次开机的模式。

开机方法:按[POWER]键开机。

第一项是PROGRAM MEMORY测试;第二项是SRAM测试;第三项是INTERNAL BATTERY测试。测试完成后就会出现“BEACON RCVR INSTALLED”,接着就会进入下一个画面,如图10-20所示。

图10-20　开机的过程

注:N—北纬,E—东经(若S—南纬,W—西经),BRG—本船到达航路点的方位,COG—对地航向,RNG—本船到达航路点的距离,SOG—对地航速。

开机12 s后就会有位置显示在显示器上,如果找不到位置就会出现“NO FIX”;如果出现PDOP就是3D模式;如果出现HDOP就是2D模式;如果出现“DOP”就表示不能定位。如果卫星信号正常接收就会出现表10-2所示状态指示。

表10-2　卫星信号正常接收状态指示

关机方法:再一次按[POWER]键。

二、调整显示器的对比度和亮度

按[TONE]键,显示如图10-21所示画面。

调整对比度:按[◀]和[▶]键,对比度的调整有0～31级。

调整亮度:按[▼]和[▲]键,亮度的调整有(0～4)级。

图10-21　对比度和亮度调整画面

三、选择显示模式

按[DISPLAY SEL]键,显示如图10-22所示画面。

图10-22　选择显示模式

按下[DISPLAY SEL]键后,允许在15 s内再按[▲]和[▼]键选择显示模式。

Plotter 1(标绘1)显示模式如图10-23所示。

图10-23　Plotter 1(标绘1)显示模式

Plotter 2(标绘2)显示模式如图10-24所示。

图10-24　Plotter 2(标绘2)显示模式

Highway(航路)显示模式如图10-25所示。

图10-25　Highway(航路)显示模式

导航(Navigation)显示模式有没连接自动操舵仪的导航显示模式、连接自动操舵仪的自动导航显示模式和连接自动操舵仪的非自动导航显示模式三种情况,如图10-26～图10-28所示。

图10-26　没连接自动操舵仪的导航显示模式

图10-27　连接自动操舵仪的自动导航显示模式

图10-28　连接自动操舵仪的非自动导航显示模式

数据显示模式(Data display mode),如图10-29所示。

图10-29　数据显示模式

任务总结

通过本任务的学习,了解了GPS系统的组成和工作原理,掌握了识读系统图和接线图,并能对设备进行正确安装和操作。

项目评价

续表

项目总结

通过本项目的学习,了解了GPS系统组成及功能,掌握了GPS工作原理、系统的安装过程和技巧。通过对系统图和接线图的识读,对系统进行了安装,在详细阅读设备操作说明书后,能够对设备进行操作。

练习与思考

1.GPS系统为船舶提供( )的三维定位与导航。

A.全天候、高精度、连续、近于实时　B.全天候、低精度、连续、远于实时

C.全天候、高精度、间歇、近于实时　D.全天候、低精度、连续、近于实时

2.美国军方和高端用户使用P码定位,精度可达( )m,民船使用CA码定位,精度为( )。

A.1,20～30　B.1,30～40

C.1,10～20　D.2,20～30

3.北斗导航电文根据( )不同,导航电文分为D1导航电文和D2导航电文。

A.速度和时间　B.结构和组织　C.速率和结构　D.内容和结构

4.在北斗导航系统的发展历程中,其系统的建设分“三步走”,即( )。

A.先建立全球网络,再实施区域服务,最后建立试验系统

B.先实施区域服务,再建立全球网络,最后建立试验系统

C.先建立试验系统,再实施区域服务,最后建立全球网络

D.先实施区域服务,再建立全球网络,最后建立网络系统

5.GLONASS是Global Navigation Satellite System的缩写,是苏联于( )开始研制的卫星导航系统。

A.1978年　B.1988年　C.1977年　D.1987年

6.GPS显示单元根据船东和设计的基本要求可以台式放置,也可嵌入安装,但无论怎样都应符合下列( )基本条件。

①安装时要远离排气管道和通风孔;②安装位置要通风良好;③安装场所的振动要尽量小;④远离产生电磁场的设备,如电动机、发电机等;⑤留出足够的维护保养空间,电缆要有足够的松弛度以便进行维修

A.①②③　B.①②③④　C.①③⑤　D.①②③④⑤

7.在初始化GPS操作时,检查设备操作运行情况(Checking Operation)应首先打开电源,设备启动后,出现如图10-17所示画面,按[MENU ESC]键,再按[8]键和[1]键,确认( )都是正常完好的

A.程序存储器(PROGRAM MEMORY)、静态存储器(SRAM)、内置电池(Internal Battery)、GPS和无线电信标(BEACON)

B.程序存储器(PROGRAM MEMORY)、静态存储器(SRAM)

C.内置电池(Internal Battery)、GPS和无线电信标(BEACON)

D.程序存储器(PROGRAM MEMORY)、动态存储器(SRAM)、内置电池(Internal Battery)、GPS和有线电信标(BEACON)

8.GPS第一次开机需要花费( )s时间,下次开机只需花费( )s时间就可以定位,并且当下一次开机时就会显示上一次开机的模式。

A.90 12　B.80 12　C.90 3　D.70 15

9.GP-150型GPS接收机开机方法:按[POWER]键开机。第一项是( )测试;第二项是( )测试;第三项是( )测试;测试安然无恙成后就会出现“EACON RCVR INSTALLED”。

A.PROGRAM MEMORY INTERNAL BATTERY SRAM

B.PROGRAM MEMORY SRAM INTERNAL BATTERY

C.SRAM PROGRAM MEMORY INTERNAL BATTERY

D.INTERNAL BATTERY SRAM PROGRAM MEMORY

10.GPS导航卫星的组成:( )颗工作卫星和( )颗备用卫星。每颗重约( )kg,圆柱形,直径约1.5 m,工作寿命为5～7年。

A.22,2,845　B.21,3,854　C.21,3,845　D.22,2,854

11.北斗系统的时间基准为北斗时(BDT)。BDT采用国际单位制( )为基本单位连续累计,不闰秒,起始历元为2006年1月1日协调世界时(UTC)00时00分00秒。

A.秒　B.时　C.分　D.刻

12.中国北斗系统( )年完成试验。

A.2000　B.2003　C.2001　D.2001

13.俄罗斯GLONASS的接收机处理器对各种数据进行处理并计算出用户所在的( )信息,GLONASS系统提供军用和民用两种服务。

A.位置、速度和时间　B.速率、地点和时间

C.时长、速度和地点　D.位置、速度和时长

14.伽利略卫星导航系统(Galileo Satellite Navigation System),是由( )研制和建立的全球卫星导航定位系统。

A.中国　B.北约　C.欧盟　D.欧洲

15.伽利略卫星导航系统考虑将与GPS、GLONASS的导航信号一起组成( )卫星导航系统,因此用户接收机将是( )接收机。

A.单一型 多用途、兼容性　B.单一型 无用途、单一性

C.复合型 无用途、兼容性　D.复合型 多用途、兼容性

16.GPS由( )三部分组成的。

A.空间系统、空间控制系统、用户

B.导航卫星、天空站、用户

C.导航卫星、地面控制系统、天空控制系统

D.空间系统、地面控制系统、用户

17.卫星的作用是( )。

A.接收来自地面站的信息,向用户发送导航电文

B.接收来自天空站的信息,向用户发送导航电文

C.接收来自天空站的信息,向用户发送特殊电文

D.接收来自地面站的信息,向用户发送特殊电文

18.GPS的地面站分为( )、监测站(跟踪站)和注入站。

A.副控站　B.主控站　C.控制站　D.操控站

19.组成中国北斗星座的3种卫星是有区别的:地球静止轨道卫星具备( )通信3种服务功能,而中圆轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星只具有无源定位、导航和授时功能。星座中由于有了地球静止轨道卫星,才保证了( )功能。

A.有源、无源、短报文 有源定位、导航和授时服务,以及短报文通信和位置报告

B.无源、短报文 有源定位、导航和授时服务,以及短报文通信和位置报告

C.有源、无源、短报文 有源定位、导航和授时服务,以及短报文通信

D.无源、短报文 短报文通信和位置报告