欧美大地

乘坐太平洋精神号扬帆启航

——带有双天线和RTK调制解调器的GQ7使用SensorConnect软件收集导航和位置数据的案例研究

2021年3月12日，加利福尼亚州圣克鲁斯船长日志

对于在加利福尼亚州圣克鲁斯航行来说，这是一个完美的春天，气温和60年代中期相似，海岸风很小。天气预报显示，下午晚些时候，微风将增强到10节至15节，给船员创造一个充满挑战的环境。

我们乘坐太平洋精神号启航，并携带了一台带双天线和RTK调制解调器的MicroStrain 3DMGQ7，使用SensorConnect软件收集导航和位置数据。

这些船员其中包括一名ASA认证的船长，以及三名具有不同航海经验的船员还有我本人。

我们驶出港口，经过沃尔顿灯塔（图1），升起罗盘，航向约180°（正南）航行，首先在左舷航线航行约20分钟，然后右舷航线航行约330°西北方向。我们在近距离航行，直到再次转向西南方向航行，等等……是的，这是一个真正完美的航行日。

在海上航行了大约一个小时后，微风渐强，西北方向的涌浪从4-6英尺上升到6-10英尺。操纵并保持船的航向变得越来越困难，直到我决定加大船的动力。Catalina 32帆船比Beneteaus帆船和Hunters帆船倾斜的多，但它们的总长度相似。

图1

我们收起三角帆，继续近距离航行。随着风和涌浪的增加，我的数据记录笔记本电脑从工作台上掉了下来，然后USB电缆与GQ7断开了连接。

虽然结束了数据收集，但并没有结束机组人员的冒险。

航行完成时没有发生任何突发事件，谢天谢地，我们没有和富翁及其妻子一起被困在岛上。我们安全返回了码头，对“太平洋精神号”进行了快速冲洗，并收起了船帆。

那天晚上晚些时候，我使用了一个带有MicroStrain惯性协议（MIP）的Python脚本，在谷歌地球上绘制了GPS数据和扩展卡尔曼滤波器（EKF）数据（图2）。谷歌地球地图非常详细地显示了船在航行过程中的航线。

图2

图3 太平洋精神号前甲板上的双天线

GQ7固连在前舱，前甲板上有双天线，与GQ7等间距约0.7米

正如预期的那样，带有双天线和RTK校正的GQ7为卡尔曼滤波EKF提供了出色的数据，由此产生的路线跟踪令人印象深刻。

此外，卡尔曼滤波EKF的解决方案获取了船的横摇、纵摇、偏航、摇摆、浪涌和升沉的姿态数据，这证实了之前关于过度倾斜的结论。

作为一名水手，当我研究情节时，一些非常好、非常重要的事情突然向我袭来。外出期间，天气和海洋环境以及舵手（船驾驶员）都产生了改变，因此，随着船员和环境因素改变的结合，航向的高质量的把控也发生了动摇。

图4、图5

船的路线在风中平稳转弯，并在保证前进的情况下继续航行（图4）。这表明，在掌舵人和船员共同努力下令船保持当前航向航行，并平稳地将艏三角帆从太平洋精神号的左舷移动到右舷。

相比之下，图5显示了航向不佳的路线。船立即不受控制，船的路径不再稳定。航向不良的具体原因通常是操舵过度导致转弯，或者船员没有顺利调整三角帆索。

舵面的航向不稳、风力增加以及涌浪的共同作用影响了船的稳定前进，导致了波浪形的航向航线。

另一个有趣的观察结果是欧拉角（俯仰、滚转、偏航）的卡尔曼滤波EKF解显示了船在航行时的横摇（横滚角）。图6显示了当船从右舷转向左舷时，横摇的变化，它更加证实了帆船不是浮桥船的观点。

Catalina 32号从25°倾斜到35°——船的栏杆触及到到水中了（不适合胆小的人靠近！）。起伏是船的上下垂直运动，在较重的涌浪中约为1-2米。

图6、图7、图8

GQ7数据是关于船员和船只在不同天气和海况下表现的详细量化信息，否则这些数据将丢失。图7和图8显示了船只在5英尺至10英尺的涌浪中航行时的升沉和升沉速度弧线。

这些信息对水手、ASA认证的教练和赛车手都很有价值。使用SensorConnect和MicroStrain通信库（MSCL）可以轻松地收集和分析数据。总而言之，在水上度过了一段美好的时光。