一种基于主动式电磁感应笔的纸海图标绘方法与流程

本发明属于舰船海图标绘台技术领域，尤其是一种基于主动式电磁感应笔的纸海图标绘方法。

背景技术：

从90年代初，我国开始引入航迹仪设备，并在航迹仪设备的基础上发展为海图标绘台设备。该海图标绘台设备主要配合纸质海图使用，通过定标器定位本舰、目标或航路点，可以在纸海图上指示出位置信息，辅助生成数字计划航线并将数字计划航线标绘在纸质海图上。

传统海图标绘台通过定标器的电磁线圈与数字化板配合，定标器的电磁线圈为无源线圈，移动时通过电磁感应产生电流，数字化板通过检测X/Y电子阵列上的电流实现坐标拾取功能。由于电磁感应的原理，定标器必须移动才能感应出电流，其存在的问题是：一是对坐标进行定位时存在最小阈值的限制；二是定位速度较慢，多目标跟踪切换操作用不便捷。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、快速准确且使用方便的基于主动式电磁感应笔的纸海图标绘方法。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于主动式电磁感应笔的纸海图标绘方法，包括以下步骤：

步骤1：在纸海图上将主动式电磁感应笔笔尖点触起始点并操作起始点按钮，主动式电磁感应笔发送电磁信号频率F1，数字化板检测到信号后，读取当前时刻坐标，数字化板完成对起始点的坐标拾取；

步骤2：在纸海图上将主动式电磁感应笔笔尖点触第一目标点并目标点按钮，主动式电磁感应笔发送电磁信号频率F2，数字化板检测到信号后，读取当前时刻坐标，数字化板完成对第一目标点的坐标拾取；

步骤3：在纸海图上将主动式电磁感应笔笔尖点触第二目标点并目标点按钮，主动式电磁感应笔发送电磁信号频率F2，数字化板检测到信号后，读取当前时刻坐标，数字化板完成对第二目标点的坐标拾取，重复执行本操作，完成对N个目标点的坐标拾取；

步骤4：操作主动式电磁感应笔的航线绘制按钮，主动式电磁感应笔发送电磁信号频率F4，数字化板检测到信号后，海图标绘台根据记录的起始点坐标及顺序目标点坐标进行航线绘制，并在显示屏显示绘制结果。

所述步骤3后，操作主动式电磁感应笔的量算按钮，主动式电磁感应笔发送电磁信号频率F3，数字化板检测到信号后，海图标绘台根据记录的起始点坐标及顺序目标点坐标进行量算，并在显示屏显示量算结果。

所述主动式电磁感应笔两端分别设有发射头和电池仓，在电磁感应笔内部设有电磁信号发生器，在电池仓内安装有电池，发射头、电磁信号发生器和电池连接在一起，在电磁感应笔上设有起始点按钮、目标点按钮、量算按钮和航线绘制按钮，当操作不同的按钮时，电磁信号发生器通过发射头发射不同频率的信号。

所述数字化板上连接有X轴天线阵列、Y轴天线阵列，在数字化板内部电路由处理模块和显示控制控制模块连接构成，所述处理模块包括依次连接的滤波器、信号处理电路、X/Y耦合电路及频率判定电路，所述滤波器与X轴天线阵列、Y轴天线阵列相连接，所述X/Y耦合电路输出坐标至显示控制模块，所述频率判定模块输出操作指令至显示控制模块，显示控制模块输出端连接显示屏和激光振镜。

本发明的优点和积极效果是：

本发明采用主动式电磁感应笔替代普通电磁线圈，由电磁线圈的“中心定位”坐标拾取和定位改进为电磁笔的“点触式”坐标拾取和定位，通过主动式电磁感应笔主动发射特定频率的电磁振荡信号，数字化板上X/Y轴天线阵列接收信号，处理模块对接收信号进行处理和运算，完成纸海图的坐标快速拾取功能，并且通过改变电磁感应笔发射的频率完成特定的标绘操作实现对目标快速定位，提高位置信息拾取准确度，提升目标跟踪和态势显示能力，实现跟踪目标间的快速跟踪切换。

附图说明

图1为本发明的主动式电磁感应笔结构图；

图2为本发明的电磁感应坐标拾取原理图；

图3为本发明的数字化板的电路框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

一种基于主动式电磁感应笔的纸海图标绘方法，是基于主动式电磁感应笔、数字化板实现的。

如图1所示，主动式电磁感应笔(Active Electromagnetic-induction Pen)的两端分别设有发射头和电池仓，在感应笔内部设有电磁信号发生器，在电池仓内安装有电池，发射头、电磁信号发生器和电池连接在一起，在感应笔上设有操作按钮，操作按钮包括“起始点”、“目标点”、“量算”和“航线绘制”按钮，当操作各个操作按钮时，电磁笔发射各种不同频率的信号，实现简单标绘操作指令的输入。

如图2、图3所示，数字化板上连接有X轴天线阵列、Y轴天线阵列，在数字化板内部电路设有处理模块和显示控制控制模块，处理模块与显示控制模块相连接，显示控制模块输出端连接显示屏和激光振镜。所述处理模块包括依次连接的滤波器、信号处理电路、X/Y耦合电路及频率判定电路，所述滤波器与X轴天线阵列、Y轴天线阵列相连接，所述X/Y耦合电路输出坐标至显示控制模块，所述频率判定模块输出操作指令至显示控制模块。当数字化板接收到电磁感应笔发射的电磁信号后，内部电路一是对所有感应到信号的X/Y轴天线阵列进行扫描，确定感应中心点，完成坐标的精确定位；二是对信号频率进行分析，根据该频率所设定的模式进行运算和处理。

数字化板内部电路的处理过程为：在当天线接收到电磁信号后发送给处理模块进行滤波处理，根据天线接收灵敏度设定信号强度阈值，高于阈值的信号认为是有效信号，即图2中感应区域内天线所感应的电磁信号。对每路天线有效信号强度进行加权融合处理，融合处理示例如下：假设X轴天线X1、X2、X3、X4、X5输出有效信号，天线对应X坐标分别为P1、P2、P3、P4、P5，根据感应到信号强度确定融合权值分别为D1、D2、D3、D4、D5，则融合输出坐标PX＝P1*D1/D+P2*D2/D+P3*D3/D+P4*D4/D+P5*D5/D，式中D＝D1+D2+D3+D4+D5。Y坐标融合处理与X坐标处理方法类似。处理模块的频率判定模块同步对电磁信号频率进行分析，根据预先设定的频率与操作指令对应关系，进行对应操作。

数字化板上X/Y轴天线阵列的电磁感应灵敏度越高、排列越紧密，能够感应到电磁信号的区域就越大、输出信号的回路就越多，经过信号处理后的坐标拾取分辨率和精度越高。根据海图标绘台的坐标拾取精度要求，设定电磁感应区域的范围，设计数字化板距离玻璃上表面为12mm，X/Y轴天线阵列间隔5mm，均匀排列在标绘区域(700mm×1000mm)中，为保证有效拾取范围，在±5mm、±10mm位置也布置有天线，X轴天线总计有205束，Y轴总计天线有145束。

主动式电磁感应笔能够实现点触式坐标拾取和信号控制功能。由于电磁感应笔笔尖较细，发射的电磁信号较为集中，信号处理模块对电磁感应区域的阵列输出进行信号处理，精确计算感应中心点坐标，实现点触式坐标拾取。在不进行操作时，电磁感应笔发射电磁信号频率为F0，数字化板检测到该频率信号后，读取当前坐标并在显示屏上进行显示。在电磁感应笔上按下“起始点”后快速发射三次频率为F1的电磁信号，数字化板连续检测到三次同频率信号后判定为有效控制信号；“目标点”、“量算”、“航线绘制”与其类似，对应频率分别为F2、F3、F4。数字化板检测到不同频率的信号，进行各种操作完成海图作业。

一种基于主动式电磁感应笔的纸海图标绘方法，包括以下步骤：

步骤1：在纸海图上将电磁感应笔笔尖点触起始点，操作电磁感应笔“起始点”按钮，发送电磁信号频率为F1，数字化板检测到信号后，读取当前时刻坐标，完成对起始点的坐标拾取。

步骤2：在纸海图上将电磁感应笔笔尖点触目标点1，操作电磁感应笔“目标点”按钮，发送电磁信号频率为F2，数字化板检测到信号后，读取当前时刻坐标，完成对目标点1的坐标拾取。

步骤3：在纸海图上将电磁感应笔笔尖点触目标点2，操作电磁感应笔“目标点”按钮，发送电磁信号频率为F2，数字化板检测到信号后，读取当前时刻坐标，数字化板完成对目标点2的坐标拾取。依次操作，可完成对目标点N的坐标拾取。

步骤4：操作电磁感应笔“航线绘制”按钮，发送电磁信号频率为F4，数字化板检测到信号后，海图标绘台根据记录的起始点、目标点1、2...N的坐标进行航线绘制，同时在显示屏显示绘制结果(即从起始点到目标点1、从目标点1到目标点2、...目标点N-1到目标点N的航线路径)。

本发明还可以在步骤3后，操作电磁感应笔“量算”按钮，发送电磁信号频率为F3，数字化板检测到信号后，海图标绘台根据记录的起始点、目标点1、2...N的坐标进行量算，同时在显示屏显示量算结果(从起始点分别到目标点1、2...N的方位和距离)，从而实现量算功能。

在实际验证过程中，按照上述原理方案搭建原理验证平台进行验证试验，试验结论表明坐标拾取分辨率可达到0.5mm，通过操作主动式电磁感应笔上按钮，通过对多个目标进行海图作业操作，使用主动式电磁感应笔能准确、快速地在目标切换时拾取目标坐标，可方便地实现量算、航线绘制的操作，能够很好地满足实际使用。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。