黃浩　夏俊杰

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

關鍵詞：航向校準；系泊；平臺羅經(jīng)；船用導航設備；陀螺經(jīng)緯儀；全站儀

中圖分類號：U666 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）05-0011-03

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

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

1 靜基座條件下平臺羅經(jīng)航向校準方法

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

圖1 靜基座條件下平臺羅經(jīng)航向校準基本原理

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

（1）使用陀螺經(jīng)緯儀尋北。在啟動陀螺經(jīng)緯儀之前，要求將0刻度線大致對準北向。陀螺經(jīng)緯儀經(jīng)過自擺零位測量、粗尋北、精尋北后測得真北方向。

（2）將陀螺經(jīng)緯儀測定的真北方向關聯(lián)至全站儀。在尋北結束后，打開陀螺經(jīng)緯儀的自準直激光，并使全站儀與經(jīng)緯儀互瞄，當全站儀瞄準陀螺經(jīng)緯儀的自準至十字時，輸入該方位角數(shù)值，即可將真北方向關聯(lián)至全站儀。

（3）使用全站儀測量航向。將兩個反射棱鏡分別架設在船舶中心線的船艏點與船艉點上，使用全站儀瞄準兩個反射棱鏡，測得兩個反射棱鏡的準確坐標。通過坐標計算得到船艉點到船艏點的矢量方向，即船舶艏艉線航向。

（4）校準平臺羅經(jīng)航向。啟動平臺羅經(jīng)并至羅經(jīng)穩(wěn)定，以測定的船舶艏艉線航向為真航向來計算羅經(jīng)差，根據(jù)羅經(jīng)差的大小調(diào)整平臺羅經(jīng)航向。

2 系泊條件下平臺羅經(jīng)航向校準方法

經(jīng)過多次統(tǒng)計觀察，在海況較好時，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性。利用系泊條件下船舶航向變化的這一特點，并借鑒靜基座條件下平臺羅經(jīng)航向校準方法，本文提出了以下這種新型方法來完成系泊條件下平臺羅經(jīng)航向的高精度校準。

2.1 測試設備選擇

根據(jù)系泊條件下船舶運動特點以及航向校準任務要求，選擇GT3-3型陀螺經(jīng)緯儀與TPS1201全站儀作為測試設備。GT3-3型陀螺經(jīng)緯儀是一種模塊化設計的高精度定向設備，采用先進的阻尼技術和自動尋北算法，有效地提高了定向精度，操作簡單快捷，無需人工干預即可給出目標方位角，易與測量人員掌握。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，是該級別全站儀的引領者，具有自動識別棱鏡、測量范圍大、跟蹤性能好、操作簡便等優(yōu)點。

2.2 操作步驟

在系泊條件下，平臺羅經(jīng)航向校準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。啟動平臺羅經(jīng)并至羅經(jīng)穩(wěn)定，觀察系泊碼頭的水流、風力等狀況和平臺羅經(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)緯儀測得真北方向關聯(lián)至全站儀。

2.2.4 以航向中間值為測量時機，使用全站儀測量航向。將兩個反射棱鏡分別架設在船舶中心線的船艏點與船艉點上，使用全站儀瞄準兩個反射棱鏡，使用對講機將當前航向?qū)崟r告知全站儀操作人員。當航向變化到中間值時測量兩個反射棱鏡的準確坐標。通過坐標計算得到船艉點與船艏點的矢量方向，即船舶艏艉線航向。重復測量，得到多組航向數(shù)據(jù)。

2.2.5 使用平均值校準平臺羅經(jīng)航向。采用已測定的多組航向數(shù)據(jù)的平均值作為船舶艏艉線真航向，并計算羅經(jīng)差，根據(jù)羅經(jīng)差大小調(diào)整平臺羅經(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?shù)鼐暥?；根?jù)國內(nèi)各港口的分布情況，陀螺經(jīng)緯儀定向精度在17″～30″之間。全站儀測角測量精度1″，伺服跟蹤狀態(tài)下全站儀的測距誤差為3mm，相對全站儀和艦船之間的幾百米距離可以忽略不計。當使用全站儀動態(tài)讀取船艏點與船艉點的準確坐標時，船艙內(nèi)觀察航向人員在航向變化中間值時告知全站儀操作人員開始測量，整個過程在航向變化±1′之內(nèi)完成。綜合考慮以上各種誤差，總誤差不會超過2′，滿足平臺羅經(jīng)航向精度6′的要求。

3 結語

在某次實際修理過程中，對系泊條件下的平臺羅經(jīng)進行航向校準工程，并得到相關數(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為230°11′15″，航向中間值為230°10′，羅經(jīng)差為+1′15″，遠小于6′的精度要求。此次校準實踐，不僅完成了系泊條件下平臺羅經(jīng)航向校準工程，而且還驗證了該新型方法的可行性與可靠性。

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作者簡介：黃浩（1975-），男，江蘇丹陽人，海軍上海航保修理廠工程師，研究方向：船舶導航；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：船舶導航。

（責任編輯：黃銀芳）