黃浩　夏俊杰

摘要：在系泊條件下，為對(duì)平臺(tái)羅經(jīng)航向進(jìn)行高精度校準(zhǔn)，文章在借鑒靜基座條件下航向校準(zhǔn)方法的基礎(chǔ)上，提出了一種新型方法。經(jīng)實(shí)踐證明，該方法能夠完成系泊條件下的平臺(tái)羅經(jīng)航向校準(zhǔn)，并且精度優(yōu)于傳統(tǒng)方法，滿足了系泊條件下平臺(tái)羅經(jīng)航向校準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：航向校準(zhǔn)；系泊；平臺(tái)羅經(jīng)；船用導(dǎo)航設(shè)備；陀螺經(jīng)緯儀；全站儀

中圖分類號(hào)：U666 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）05-0011-03

目前，平臺(tái)羅經(jīng)是廣泛使用的自主式船用導(dǎo)航設(shè)備，為船舶航行提供高精度的航向、水平等姿態(tài)信息。陀螺儀是保證平臺(tái)羅經(jīng)姿態(tài)精度的關(guān)鍵部件，其工作性能會(huì)隨著使用壽命的增長(zhǎng)而下降，直至失效。不同的陀螺儀具有不同的陀螺漂移，會(huì)引起平臺(tái)羅經(jīng)姿態(tài)穩(wěn)定點(diǎn)的不同。因此，在陀螺儀更換之后，需要對(duì)平臺(tái)羅經(jīng)姿態(tài)進(jìn)行校準(zhǔn)，以提高平臺(tái)羅經(jīng)的姿態(tài)精度。

平臺(tái)羅經(jīng)姿態(tài)校準(zhǔn)分為水平姿態(tài)校準(zhǔn)和航向校準(zhǔn)。其中，對(duì)于系泊條件下的在航船舶，常用的航向校準(zhǔn)方法有觀測(cè)疊標(biāo)法和觀測(cè)太陽(yáng)方位法，但這兩種方法容易受到人為觀測(cè)誤差及環(huán)境因素的影響，校準(zhǔn)精度較低，一般在0.3°以上，不能滿足平臺(tái)羅經(jīng)對(duì)航向精度的要求。為此，本文借鑒了靜基座條件下平臺(tái)羅經(jīng)航向校準(zhǔn)方法，并在此基礎(chǔ)上提出了一種可在系泊條件下對(duì)平臺(tái)羅經(jīng)航向進(jìn)行校準(zhǔn)的新型方法。

1 靜基座條件下平臺(tái)羅經(jīng)航向校準(zhǔn)方法

在靜基座條件下，通常采用高精度的陀螺經(jīng)緯儀、全站儀來校準(zhǔn)平臺(tái)羅經(jīng)航向。陀螺經(jīng)緯儀是一種精密定向設(shè)備，它和自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀通過機(jī)械連接組成陀螺尋北儀，在沒有大地測(cè)量點(diǎn)的無依托的情況下，確定目標(biāo)相對(duì)于北向的精確方位角。全站儀是一種集光、機(jī)、電為一體的高精密測(cè)量?jī)x器，是集水平角、垂直角、距離、高差等測(cè)量功能于一體的測(cè)繪儀器系統(tǒng)。

圖1 靜基座條件下平臺(tái)羅經(jīng)航向校準(zhǔn)基本原理

在靜基座條件下，通過陀螺經(jīng)緯儀、全站儀進(jìn)行平臺(tái)羅經(jīng)航向校準(zhǔn)的基本原理如圖1所示，并且操作步驟如下：

（1）使用陀螺經(jīng)緯儀尋北。在啟動(dòng)陀螺經(jīng)緯儀之前，要求將0刻度線大致對(duì)準(zhǔn)北向。陀螺經(jīng)緯儀經(jīng)過自擺零位測(cè)量、粗尋北、精尋北后測(cè)得真北方向。

（2）將陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定的真北方向關(guān)聯(lián)至全站儀。在尋北結(jié)束后，打開陀螺經(jīng)緯儀的自準(zhǔn)直激光，并使全站儀與經(jīng)緯儀互瞄，當(dāng)全站儀瞄準(zhǔn)陀螺經(jīng)緯儀的自準(zhǔn)至十字時(shí)，輸入該方位角數(shù)值，即可將真北方向關(guān)聯(lián)至全站儀。

（3）使用全站儀測(cè)量航向。將兩個(gè)反射棱鏡分別架設(shè)在船舶中心線的船艏點(diǎn)與船艉點(diǎn)上，使用全站儀瞄準(zhǔn)兩個(gè)反射棱鏡，測(cè)得兩個(gè)反射棱鏡的準(zhǔn)確坐標(biāo)。通過坐標(biāo)計(jì)算得到船艉點(diǎn)到船艏點(diǎn)的矢量方向，即船舶艏艉線航向。

（4）校準(zhǔn)平臺(tái)羅經(jīng)航向。啟動(dòng)平臺(tái)羅經(jīng)并至羅經(jīng)穩(wěn)定，以測(cè)定的船舶艏艉線航向?yàn)檎婧较騺碛?jì)算羅經(jīng)差，根據(jù)羅經(jīng)差的大小調(diào)整平臺(tái)羅經(jīng)航向。

2 系泊條件下平臺(tái)羅經(jīng)航向校準(zhǔn)方法

經(jīng)過多次統(tǒng)計(jì)觀察，在海況較好時(shí)，系泊條件下的船舶航向圍繞某一中間值在±1°之內(nèi)變化，并且變化過程具有重復(fù)性。利用系泊條件下船舶航向變化的這一特點(diǎn)，并借鑒靜基座條件下平臺(tái)羅經(jīng)航向校準(zhǔn)方法，本文提出了以下這種新型方法來完成系泊條件下平臺(tái)羅經(jīng)航向的高精度校準(zhǔn)。

2.1 測(cè)試設(shè)備選擇

根據(jù)系泊條件下船舶運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)以及航向校準(zhǔn)任務(wù)要求，選擇GT3-3型陀螺經(jīng)緯儀與TPS1201全站儀作為測(cè)試設(shè)備。GT3-3型陀螺經(jīng)緯儀是一種模塊化設(shè)計(jì)的高精度定向設(shè)備，采用先進(jìn)的阻尼技術(shù)和自動(dòng)尋北算法，有效地提高了定向精度，操作簡(jiǎn)單快捷，無需人工干預(yù)即可給出目標(biāo)方位角，易與測(cè)量人員掌握。TCRA1201全站儀將高精度、多功能及GNSS定位系統(tǒng)的軟硬件精巧集成在一起，是該級(jí)別全站儀的引領(lǐng)者，具有自動(dòng)識(shí)別棱鏡、測(cè)量范圍大、跟蹤性能好、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 操作步驟

在系泊條件下，平臺(tái)羅經(jīng)航向校準(zhǔn)方法的基本原理同靜基座條件下的一致，但其操作步驟略有不同，具體如下：

2.2.1 選取航向變化中間值。啟動(dòng)平臺(tái)羅經(jīng)并至羅經(jīng)穩(wěn)定，觀察系泊碼頭的水流、風(fēng)力等狀況和平臺(tái)羅經(jīng)航向變化情況，選取航向變化的中間值。航向中間值精確到角分。

2.2.2 使用陀螺經(jīng)緯儀尋北。

2.2.3 將經(jīng)緯儀測(cè)得真北方向關(guān)聯(lián)至全站儀。

2.2.4 以航向中間值為測(cè)量時(shí)機(jī)，使用全站儀測(cè)量航向。將兩個(gè)反射棱鏡分別架設(shè)在船舶中心線的船艏點(diǎn)與船艉點(diǎn)上，使用全站儀瞄準(zhǔn)兩個(gè)反射棱鏡，使用對(duì)講機(jī)將當(dāng)前航向?qū)崟r(shí)告知全站儀操作人員。當(dāng)航向變化到中間值時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)反射棱鏡的準(zhǔn)確坐標(biāo)。通過坐標(biāo)計(jì)算得到船艉點(diǎn)與船艏點(diǎn)的矢量方向，即船舶艏艉線航向。重復(fù)測(cè)量，得到多組航向數(shù)據(jù)。

2.2.5 使用平均值校準(zhǔn)平臺(tái)羅經(jīng)航向。采用已測(cè)定的多組航向數(shù)據(jù)的平均值作為船舶艏艉線真航向，并計(jì)算羅經(jīng)差，根據(jù)羅經(jīng)差大小調(diào)整平臺(tái)羅經(jīng)航向。

2.3 誤差分析

陀螺經(jīng)緯儀定向精度為15″/cos（），其中為當(dāng)?shù)鼐暥?；根?jù)國(guó)內(nèi)各港口的分布情況，陀螺經(jīng)緯儀定向精度在17″～30″之間。全站儀測(cè)角測(cè)量精度1″，伺服跟蹤狀態(tài)下全站儀的測(cè)距誤差為3mm，相對(duì)全站儀和艦船之間的幾百米距離可以忽略不計(jì)。當(dāng)使用全站儀動(dòng)態(tài)讀取船艏點(diǎn)與船艉點(diǎn)的準(zhǔn)確坐標(biāo)時(shí)，船艙內(nèi)觀察航向人員在航向變化中間值時(shí)告知全站儀操作人員開始測(cè)量，整個(gè)過程在航向變化±1′之內(nèi)完成。綜合考慮以上各種誤差，總誤差不會(huì)超過2′，滿足平臺(tái)羅經(jīng)航向精度6′的要求。

3 結(jié)語

在某次實(shí)際修理過程中，對(duì)系泊條件下的平臺(tái)羅經(jīng)進(jìn)行航向校準(zhǔn)工程，并得到相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。3組航向數(shù)據(jù)的平均值為230°11′15″，即船舶艏艉線真航向?yàn)?30°11′15″，航向中間值為230°10′，羅經(jīng)差為+1′15″，遠(yuǎn)小于6′的精度要求。此次校準(zhǔn)實(shí)踐，不僅完成了系泊條件下平臺(tái)羅經(jīng)航向校準(zhǔn)工程，而且還驗(yàn)證了該新型方法的可行性與可靠性。

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作者簡(jiǎn)介：黃浩（1975-），男，江蘇丹陽(yáng)人，海軍上海航保修理廠工程師，研究方向：船舶導(dǎo)航；夏俊杰（1987-），男，浙江青田人，海軍上海航保修理廠助理工程師，碩士，研究方向：船舶導(dǎo)航。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）