Исследование, изготовление корабельного цифрового магнитного компаса и применение фильтра Калмана для фильтрации зашумленной информации данного компаса

 

Ву Суан Хау ^1,3, В. Э. Иванов ¹, С. И. Кумков ^1,2, Нгуен Динь Тхач ³

¹ Институт радиоэлектроники и информационных технологий (ИРИТ–РТФ),

Уральский Федеральный Университет, г. Екатеринбург, ул. Мира, 32

² Институт математики и механики им. Н.Н. Красовского,

Уральское отделение Российской академии наук, г.  Екатеринбург, Россия

³ Вьетнамский морской университет (ВМУ), ул. Лакчаи, 484, Хайфон, Вьетнам

 

Статья поступила в редакцию 14 мая 2019 г.

 

Аннотация. Компас – особо важное устройство на корабле. С помощью компаса оператор может определить правильное направление судна, что способствует экономии топлива и безопасности. Компас впервые был изобретён в Китае при династии Сун для указания направления движения по пустыням. В настоящее время применяются в разных целях различные типы компасов: электрический, спутниковый, магнитный компас и др. Современные многофункциональные компасы с высокой надежностью выпускают производители из Японии, России, США и др. Несмотря на наличие значительно большого выбора компасов, существующие устройства не подходят для небольших судов, их цена в многих случаях является не доступной. В этой связи исследование и изготовление цифрового магнитного компасa (ЦМК), который может подключаться к другим бортовым системам, позволяет решению экономических трудностей.

В процессе изучения конструкции цифрового магнитного компаса возникла сложность, которая представляет собой проблему фильтрации шума для цифрового магнитного компаса. В ходе экспериментального исследования авторы использовали фильтр Калмана для фильтрации шумовой информации для цифрового магнитного компаса. В процессе тестирования авторы обнаружили, что использование фильтра Калмана для фильтрации информационного шума для компаса оказалось очень эффективным.

В статье описываются результаты исследований, изготовления корабельного ЦМК и применение фильтра Калмана для фильтрации зашумленной информации от данного компаса. Результаты практических испытаний показывают, что использование алгоритма Калмана обеспечивает существенное повышение точности фильтрации. Разработанный ЦМК (с фильтром Калмана) был сертифицирован и показана его готовность к работе в реальных условиях.

Ключевые слова: Цифровой магнитный компас, микроконтроллер, магнитный курс, реальная зашумленная информация, фильтрация, алгоритм Калмана, выходная информация, оценки точности, ИМО, азимут, протокол I2C, данные NMEA0183.

Abstract. The compass is a particularly important device on the ship. Using the compass, the operator can determine the correct direction of the vessel, which contributes to fuel economy and safety. The compass was first invented in China during the Song Dynasty to indicate the direction of movement in the deserts. Currently, different types of compasses are used for different purposes: electric, satellite, magnetic compass, etc. Modern multifunctional compasses are produced with high reliability by manufacturers from Japan, Russia, the USA, etc. Despite the presence of a significantly large selection of compasses, existing devices are not suitable for small vessels, their price in many cases is not affordable. In this regard, research and manufacture of digital magnetic compass (DMC), which can be connected to other onboard systems, allows the solution of economic difficulties.

In the process of studying the design of digital magnetic compass, a difficulty arose that poses the problem of filtering noise for a digital magnetic compass. In a pilot study, the authors used a Kalman filter to filter noise information for a digital magnetic compass. In the process of testing, the authors found that using the Kalman filter to filter out information noise for a compass was very effective.

The article describes the results of research, manufacturing the DMC, and the use of the Kalman filter to filtering the noisy information from this compass. The results of practical tests show that the use of the Kalman algorithm provides significantly better accuracy of filtration. The manufactured DMC (with the Kalman filter) was certificated and its readiness was shown for operation under real conditions.

Key words: digital magnetic compass, microcontroller, magnetic course, real noisy information, filtering, Kalman algorithm, output information, accuracy estimates, IMO, azimuth, I2C protocol, data NMEA0183.

 

Для цитирования:

Ву Суан Хау, В. Э. Иванов, С. И. Кумков, Нгуен Динь Тхач. Исследование, изготовление корабельного цифрового магнитного компаса и применение фильтра Калмана для фильтрации зашумленной информации данного компаса. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. № 5. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/may19/6/text.pdf

DOI  10.30898/1684-1719.2019.5.6