潘 科吉雨冠

（1.武昌船舶重工有限責(zé)任公司工作 武漢430060；2.中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海 200011）

0 引 言

在《深?？臻g站導(dǎo)航技術(shù)初探》［1］一文中，我們已較詳細(xì)地介紹了利用陀螺原理進(jìn)行航向輸出的電羅經(jīng)導(dǎo)航技術(shù)，現(xiàn)再簡(jiǎn)單介紹有關(guān)輸出航速的計(jì)程儀導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用。

1 計(jì)程儀及對(duì)外輸出信號(hào)

計(jì)程儀分為相對(duì)計(jì)程儀和絕對(duì)計(jì)程儀。

相對(duì)計(jì)程儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用較廣泛，但只能測(cè)出相對(duì)于水的航速和航程。按原理不同，相對(duì)計(jì)程儀分為轉(zhuǎn)輪式（含拖曳式）計(jì)程儀、水壓式計(jì)程儀和電磁式計(jì)程儀等，其中電磁式計(jì)程儀靈敏度較高、應(yīng)用最廣。絕對(duì)計(jì)程儀直到20世紀(jì)70年代才獲得較快發(fā)展，有多普勒計(jì)程儀和聲相關(guān)計(jì)程儀。絕對(duì)計(jì)程儀的靈敏度和精度均較相對(duì)計(jì)程儀高。

根據(jù)多普勒頻移和相關(guān)技術(shù)原理，在數(shù)百米水深內(nèi)可直接測(cè)出相對(duì)于海底（地）的絕對(duì)航速和航程。當(dāng)水深超過儀器的設(shè)計(jì)極限時(shí)，可利用船底下10～30 m處的水層反射，作為相對(duì)計(jì)程儀使用。

計(jì)程儀對(duì)外輸出信號(hào)接口可以參照《船用導(dǎo)航雷達(dá)接口要求GB/T 14556-93》，一般有100脈沖（次）/n mile、200脈沖（次）/n mile、400脈沖（次）/n mile和2 000脈沖（次）/n mile等。未作特別說明的，均按國(guó)內(nèi)、國(guó)際慣例采用200脈沖（次）/n mile。

2 系泊和航行試驗(yàn)出現(xiàn)的問題及解決辦法

在我們近期完成的一艘特種工程船舶系泊和航行試驗(yàn)中，均出現(xiàn)了導(dǎo)航雷達(dá)接收計(jì)程儀速度信號(hào)后，不能正常工作的問題。

2.1 系泊試驗(yàn)出現(xiàn)的問題及解決辦法

在系泊試驗(yàn)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)：低速時(shí)，導(dǎo)航雷達(dá)接收的計(jì)程儀速度信號(hào)顯示不穩(wěn)定。

2.1.1 測(cè)試

我們組織導(dǎo)航雷達(dá)和計(jì)程儀設(shè)備廠家，對(duì)計(jì)程儀輸出的200脈沖（次）/n mile速度信號(hào)進(jìn)行了波形測(cè)試，結(jié)果如表1。

表1 脈沖寬度與航速關(guān)系

2.1.2 分析

從表1數(shù)據(jù)可以看出：脈沖寬度與輸出的速度成反比關(guān)系。隨著速度的下降，脈沖寬度越來越寬。這樣，對(duì)接收信號(hào)的導(dǎo)航雷達(dá)來說，可能無法正常觸發(fā)，所以出現(xiàn)了導(dǎo)航雷達(dá)接收計(jì)程儀速度信號(hào)后，顯示不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

2.1.3 軟件修改

計(jì)程儀設(shè)備廠家對(duì)脈沖寬度的軟件進(jìn)行了修改，將脈沖寬度與輸出速度成反比關(guān)系修改為同一寬度的尖脈沖，試驗(yàn)結(jié)果由接收顯示不穩(wěn)定變?yōu)檎！?/p>

2.2 航行試驗(yàn)出現(xiàn)的問題及解決辦法

在航行試驗(yàn)時(shí)，我們又發(fā)現(xiàn)了另外一種不正常的現(xiàn)象：低速航行時(shí)，導(dǎo)航雷達(dá)在真運(yùn)動(dòng)模式下，目標(biāo)信號(hào)幾乎不動(dòng)。

2.2.1 原因分析

在“2.1系泊試驗(yàn)出現(xiàn)的問題及解決辦法”一節(jié)中，我們對(duì)計(jì)程儀輸出波形進(jìn)行了測(cè)試和分析。下面我們?cè)儆?jì)算一下，不同速度情況下每秒輸出波形數(shù)，見表2。

表2 脈沖數(shù)與航速關(guān)系

從表2數(shù)據(jù)可以看出：脈沖數(shù)與輸出的速度成正比關(guān)系。隨著速度的下降，每秒脈沖數(shù)越來越少。如果計(jì)算平滑的取樣周期為1 s，那么當(dāng)航速下降到18 n mile/h（18 kn）以下時(shí)，可能無樣可取。 所以，在航速低于4.5 n mile/h導(dǎo)航雷達(dá)真運(yùn)動(dòng)模式下，會(huì)出現(xiàn)目標(biāo)信號(hào)幾乎不動(dòng)的現(xiàn)象。

2.2.2 改進(jìn)提高

當(dāng)作業(yè)時(shí)的航速低于4.5 n mile/h（4.5 kn）時(shí)，要達(dá)到取樣周期每秒1個(gè)以上樣本數(shù)時(shí)，應(yīng)采用800脈沖（次）/n mile以上的接口。我們推薦使用2 000脈沖（次）/n mile接口標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié) 論

現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普遍應(yīng)用于艦船和特種工程船舶中，如果在艦船中有一人駕駛系統(tǒng)IBS或綜合導(dǎo)航系統(tǒng)，我們就可采用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。如果沒有，我們同樣可以將TTL數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)格式后進(jìn)行傳送。我們推薦采用下列數(shù)字接口方式：

（1）采用EIA RS-422A接口通訊標(biāo)準(zhǔn)；

（2）采用 NMEA-0183 標(biāo)準(zhǔn)（V2.00）；

（3）采用串行、異步單向通訊；

（4）通訊波特率 9.6 kbit；

（5）字符碼制為ASCⅡ：起始位1位、數(shù)據(jù)位8位；

（6）接收端加光電隔離；

（7）數(shù)據(jù)更新率：1 次/秒。

IBS促進(jìn)了信息的流動(dòng)和共享，提高了艦船和特種工程船舶的安全性和自動(dòng)化程度。IMO早期推出的ECDIS S57、S52性能執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)了導(dǎo)航設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展。相信在未來科技的發(fā)展中，導(dǎo)航設(shè)備的集成化將上一個(gè)新的臺(tái)階，所以對(duì)低速作業(yè)時(shí)的計(jì)程儀輸出信號(hào)進(jìn)行改進(jìn)是有必要的。

［1］吉雨冠，程榮濤.深?？臻g站導(dǎo)航技術(shù)初探［J］.船舶.2011（1）：48-50.

［2］夏用泰.中國(guó)軍事百科全書·軍事技術(shù)［M］.北京：軍事科學(xué)出版社，2007.

［3］大連和上海海運(yùn)學(xué)院航海儀器教研室編.電航儀器［M］.北京：人民交通出版社，1983.