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現(xiàn)代組合導(dǎo)航儀簡(jiǎn)析及誤差分析
（作者未知） 2010/9/18
現(xiàn)代船舶航儀主要由雷達(dá)、GPS導(dǎo)航儀、磁羅經(jīng)、多普勒計(jì)程儀、回聲探測(cè)器、聲納、電子海圖顯示、衛(wèi)星通信設(shè)備等組成。
雷達(dá)主要包括五個(gè)基本組成部分:發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線、接收機(jī)、接收天線以及顯示器。還有電源設(shè)備、數(shù)據(jù)錄取設(shè)備、抗干擾設(shè)備等輔助設(shè)備。雷達(dá)的信息載體是無(wú)線電波。是雷達(dá)設(shè)備的發(fā)射機(jī)通過(guò)天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射碰到的電磁波；雷達(dá)天線接收此反射波，送至接收設(shè)備進(jìn)行處理，提取有關(guān)該物體的某些信息(目標(biāo)物體至雷達(dá)的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等)。雷達(dá)可給出可靠的位置信息和相對(duì)運(yùn)動(dòng)信息, 借此可作出碰撞危險(xiǎn)的早期預(yù)報(bào)。雷達(dá)可以提供定位參數(shù)并在電子海圖上確定船位探測(cè)本傳周圍一定范圍內(nèi)水面目標(biāo)。
電子海圖顯示與信息系統(tǒng)除了顯示航用海圖的所有數(shù)據(jù)資料外,還顯示船舶的計(jì)劃航線、航跡線、轉(zhuǎn)向點(diǎn)和即時(shí)船位,另外還具有偏航報(bào)警、到達(dá)報(bào)警、水深報(bào)警等功
GPS 在海船上的應(yīng)用不斷普及，己成為駕駛臺(tái)的主要航用設(shè)備，也是使用最頻繁的航用儀器之一。GPS的眾多優(yōu)越性已在海船的航行實(shí)踐中得到體現(xiàn)。那么對(duì)沿海港口航道測(cè)量而言，它能夠起到對(duì)測(cè)量船舶導(dǎo)航、助航，提高航行安全性的作用
GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)在船舶導(dǎo)航一般以碼偽距或者載波相位為觀測(cè)量，根據(jù)用戶對(duì)定位的精度要求，采用單點(diǎn)定位或相對(duì)定位原理，為用戶提供信息。GPS 定位的誤差來(lái)源主要有衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘差、誤差和相對(duì)論效應(yīng)的影響；信號(hào)傳播的誤差，有電離層延遲誤差、對(duì)流層折射誤差和多路徑效應(yīng)誤差；接收機(jī)的誤差，主要有觀測(cè)誤差、接收機(jī)誤差、接收機(jī)鐘差、計(jì)算誤差和天線相位中心誤差等。
1．GPS的定位系統(tǒng)
港口航道的參照物標(biāo)很多，駕駛員可依據(jù)岸形岸標(biāo)、浮標(biāo)、山丘等獲得本船的大概位置，也可用雷達(dá)來(lái)測(cè)定船位。
2．航速、航向、方位和距離計(jì)算及顯示
GPS 能計(jì)算并顯示船舶對(duì)地速度，還能實(shí)時(shí)顯示出船舶當(dāng)前的航跡向和到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的方位和距離目標(biāo)點(diǎn)可根據(jù)需要設(shè)置。GPS 也能計(jì)算出船舶偏離計(jì)劃航線的橫距。在船舶操縱中，如靠、離碼頭，拋、起錨等，駕駛員都需要知道船舶的當(dāng)前速度。
3．GPS 具有錨位監(jiān)測(cè)功能。
4．GPS 能很方便的存取駕駛員認(rèn)為必要的特殊船位。
誤差分析
由于其航行條件的限制，GPS一般都采用的方式是絕對(duì)動(dòng)態(tài)定位方式，這種方式誤差比較大，需要對(duì)誤差進(jìn)行減小，才能準(zhǔn)確對(duì)船舶進(jìn)行定位。在實(shí)際工作中，GPS 天線一般安裝在船的頂部，只有在海況較好的情況下，GPS 天線與船的運(yùn)動(dòng)才基本一致。若海況較差，GPS 天線會(huì)受船縱、橫搖的影響，記錄的定位數(shù)據(jù)跳變較大，誤差較高。這時(shí)船的航跡、航向變化也比較大，不能反映真實(shí)的航跡和航向。所以要對(duì)數(shù)據(jù)輸出的定位誤差進(jìn)行分析并修正。一般而言誤差可以有以下幾個(gè)方面:
（1）測(cè)偽距誤差
測(cè)偽距誤差又稱等效測(cè)距誤差。同測(cè)其他觀測(cè)值一樣，在測(cè)偽距時(shí)，由于存在著衛(wèi)星時(shí)鐘誤差、星歷誤差及信號(hào)在傳播過(guò)程中由于電離層延時(shí)、對(duì)流層延遲等多路效應(yīng)引起的傳播誤差和用戶設(shè)備的接收機(jī)噪聲、接收機(jī)通道間偏差引起的接收機(jī)誤差等。
（2）衛(wèi)星在空間分布及正確的選星
影響定位精度的第二大因素是衛(wèi)星在空間分布及正確的選星。
（3）差分定位
實(shí)時(shí)差分定位系統(tǒng)是由基準(zhǔn)站、數(shù)據(jù)鏈和多用戶流動(dòng)站三部分組成，
磁羅經(jīng)是目前艦船指向儀器中的一種, 由于精度不高只作為輔助指向儀器使用, 但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、反應(yīng)快、可靠性高以及成本低等優(yōu)點(diǎn)仍然在艦船導(dǎo)航儀器中占有重要的地位川降。特別是當(dāng)其它指向儀器發(fā)生故障后, 這時(shí)磁羅經(jīng)便成為艦船上唯一的指向儀器。因此, 它的精度的高低與航向的準(zhǔn)確性尤為重要。
多普勒計(jì)程儀是應(yīng)用多普勒效應(yīng), 進(jìn)行測(cè)速和計(jì)程的一種水聲導(dǎo)航儀器。
誤差分析 船用多普勒計(jì)程儀采用雙波束系統(tǒng), 可以有效地消除非線性誤差, 消除船舶上下顛簸引起的測(cè)速誤差并有效地消減因船舶縱搖引起的測(cè)速誤差, 但其測(cè)速精度仍然受到聲速變化、船舶縱搖引起的發(fā)射波速俯角變化、換能器指向性等的影響。
1.對(duì)測(cè)速精度的影響
聲速變化的影響。在多普勒計(jì)程儀測(cè)速公式中, 是把超聲波在海水中的傳播速度視為常量, 實(shí)際上超聲波在水中的傳播速度是隨海水的溫度、鹽度和深度的變化而變化。其中溫度和鹽度變化影響較大。因而當(dāng)船舶在不同海域航行時(shí), 多普勒計(jì)程儀存在的測(cè)量誤差也不同。據(jù)計(jì)算, 海水溫度每增加1℃, 聲速的變化為+3.3m/s,若船舶由海水航行至淡水時(shí), 測(cè)量誤差可達(dá)到2%。由此可見(jiàn), 如果要達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量, 必須對(duì)以上因素進(jìn)行補(bǔ)償（未完，下一頁(yè)）
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