乘坐太平洋精神號(hào)揚(yáng)帆啟航

——帶有雙天線和RTK調(diào)制解調(diào)器的GQ7使用SensorConnect軟件收集導(dǎo)航和位置數(shù)據(jù)的案例研究

2021年3月12日，加利福尼亞州圣克魯斯船長(zhǎng)日志

對(duì)于在加利福尼亞州圣克魯斯航行來說，這是一個(gè)完美的春天，氣溫和60年代中期相似，海岸風(fēng)很小。天氣預(yù)報(bào)顯示，下午晚些時(shí)候，微風(fēng)將增強(qiáng)到10節(jié)至15節(jié)，給船員創(chuàng)造一個(gè)充滿挑戰(zhàn)的環(huán)境。

我們乘坐太平洋精神號(hào)啟航，并攜帶了一臺(tái)帶雙天線和RTK調(diào)制解調(diào)器的MicroStrain 3DMGQ7，使用SensorConnect軟件收集導(dǎo)航和位置數(shù)據(jù)。

這些船員其中包括一名ASA認(rèn)證的船長(zhǎng)，以及三名具有不同航海經(jīng)驗(yàn)的船員還有我本人。

我們駛出港口，經(jīng)過沃爾頓燈塔（圖1），升起羅盤，航向約180°（正南）航行，首先在左舷航線航行約20分鐘，然后右舷航線航行約330°西北方向。我們?cè)诮嚯x航行，直到再次轉(zhuǎn)向西南方向航行，等等……是的，這是一個(gè)真正完美的航行日。

在海上航行了大約一個(gè)小時(shí)后，微風(fēng)漸強(qiáng)，西北方向的涌浪從4-6英尺上升到6-10英尺。操縱并保持船的航向變得越來越困難，直到我決定加大船的動(dòng)力。Catalina 32帆船比Beneteaus帆船和Hunters帆船傾斜的多，但它們的總長(zhǎng)度相似。

圖1

我們收起三角帆，繼續(xù)近距離航行。隨著風(fēng)和涌浪的增加，我的數(shù)據(jù)記錄筆記本電腦從工作臺(tái)上掉了下來，然后USB電纜與GQ7斷開了連接。

雖然結(jié)束了數(shù)據(jù)收集，但并沒有結(jié)束機(jī)組人員的冒險(xiǎn)。

航行完成時(shí)沒有發(fā)生任何突發(fā)事件，謝天謝地，我們沒有和富翁及其妻子一起被困在島上。我們安全返回了碼頭，對(duì)“太平洋精神號(hào)”進(jìn)行了快速?zèng)_洗，并收起了船帆。

那天晚上晚些時(shí)候，我使用了一個(gè)帶有MicroStrain慣性協(xié)議（MIP）的Python腳本，在谷歌地球上繪制了GPS數(shù)據(jù)和擴(kuò)展卡爾曼濾波器（EKF）數(shù)據(jù)（圖2）。谷歌地球地圖非常詳細(xì)地顯示了船在航行過程中的航線。

圖2

圖3 太平洋精神號(hào)前甲板上的雙天線

GQ7固連在前艙，前甲板上有雙天線，與GQ7等間距約0.7米

正如預(yù)期的那樣，帶有雙天線和RTK校正的GQ7為卡爾曼濾波EKF提供了出色的數(shù)據(jù)，由此產(chǎn)生的路線跟蹤令人印象深刻。

此外，卡爾曼濾波EKF的解決方案獲取了船的橫搖、縱搖、偏航、搖擺、浪涌和升沉的姿態(tài)數(shù)據(jù)，這證實(shí)了之前關(guān)于過度傾斜的結(jié)論。

作為一名水手，當(dāng)我研究情節(jié)時(shí)，一些非常好、非常重要的事情突然向我襲來。外出期間，天氣和海洋環(huán)境以及舵手（船駕駛員）都產(chǎn)生了改變，因此，隨著船員和環(huán)境因素改變的結(jié)合，航向的高質(zhì)量的把控也發(fā)生了動(dòng)搖。

圖4、圖5

船的路線在風(fēng)中平穩(wěn)轉(zhuǎn)彎，并在保證前進(jìn)的情況下繼續(xù)航行（圖4）。這表明，在掌舵人和船員共同努力下令船保持當(dāng)前航向航行，并平穩(wěn)地將艏三角帆從太平洋精神號(hào)的左舷移動(dòng)到右舷。

相比之下，圖5顯示了航向不佳的路線。船立即不受控制，船的路徑不再穩(wěn)定。航向不良的具體原因通常是操舵過度導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎，或者船員沒有順利調(diào)整三角帆索。

舵面的航向不穩(wěn)、風(fēng)力增加以及涌浪的共同作用影響了船的穩(wěn)定前進(jìn)，導(dǎo)致了波浪形的航向航線。

另一個(gè)有趣的觀察結(jié)果是歐拉角（俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航）的卡爾曼濾波EKF解顯示了船在航行時(shí)的橫搖（橫滾角）。圖6顯示了當(dāng)船從右舷轉(zhuǎn)向左舷時(shí)，橫搖的變化，它更加證實(shí)了帆船不是浮橋船的觀點(diǎn)。

Catalina 32號(hào)從25°傾斜到35°——船的欄桿觸及到到水中了（不適合膽小的人靠近?。Ｆ鸱谴纳舷麓怪边\(yùn)動(dòng)，在較重的涌浪中約為1-2米。

圖6、圖7、圖8

GQ7數(shù)據(jù)是關(guān)于船員和船只在不同天氣和海況下表現(xiàn)的詳細(xì)量化信息，否則這些數(shù)據(jù)將丟失。圖7和圖8顯示了船只在5英尺至10英尺的涌浪中航行時(shí)的升沉和升沉速度弧線。

這些信息對(duì)水手、ASA認(rèn)證的教練和賽車手都很有價(jià)值。使用SensorConnect和MicroStrain通信庫(kù)（MSCL）可以輕松地收集和分析數(shù)據(jù)?？偠灾谒隙冗^了一段美好的時(shí)光。