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1、第三篇 航海仪器第三篇 航海仪器.2 第一章 现代电子定位仪器 .2 第一节 罗兰C导航系统. 2 第二节 GPS卫星导航系统. 5 第三节 船舶自动识别系统（AIS）. 16 第二章 雷达定位与导航 .23 第一节 雷达影象的特点. 23 第二节 雷达定位与导航. 27 第三节 雷达使用性能和精度. 30 第三章 回声测深仪 .32 第一节 水声学基础. 32 第二节 回声测深仪. 33 第四章 船用计程仪 .39 第一节 概述. 39 第二节 电磁计程仪. 39 第三节 多普勒计程仪. 41 第四节 声相关计程仪. 44 第五章 磁罗经 .47 第一节 地磁及船用磁罗经. 47 第二节 磁
2、罗经自差. 52 第三节 自差校正. 54 第六章 陀螺罗经 .60 第一节 陀螺罗经指北原理. 60 第二节 陀螺罗经误差及其消除. 72 第三节 安许茨系列罗经. 78 第四节 斯伯利系列罗经. 80 第五节 阿玛一勃朗系列罗经. 82 第三篇 航海仪器 第一章 现代电子定位仪器 第一节 罗兰 C 导航系统 罗兰（Loran）一词是远程导航（Long Range Navigation）的英文字头缩写的译音，是从 第二次世界大战开始研究发展，随后得到广泛应用的导航系统。先后有 A、B、C、D 等多 种类型，现在商船上主要使用 C 类型。 罗兰 C 是一种远程、低频、脉冲相位测距差式双曲线导航
3、系统，是在罗兰 A 基础上 发展起来的。它是通过测量主、副台脉冲包络的时间间隔粗测时间差，再通过比较载波相位 精测时间差的工作方式，提高了测量精度。该系统采用 100 kHz 低频、长基线，并采用多脉 冲相位编码、相关接收等技术，它的作用距离可达 1 0002 000 n mile。白天地波的作用距 离为 1200nmile，最佳定位精度可达几十米；夜间天波的作用距离为 2300nmile，定位精度可 达几百米数量级。目前世界上有 20 多个台链、约 75 个罗兰 C 发射台。 一、系统设置 1.台链组成 罗兰 C 由 1 个主台和 24 个副台组成一个台链，并用 M 表示主台，用 W、X、Y
4、、Z 分别按顺序命名各副台。为了获 3-1-1 所示。 主副台间的基线长 约为 800n mile。 2.信号发射格式 罗兰 C 导航系统得较好的位置线夹角，主、副台的地理位置通常配置成如图只有 。 台链中脉冲宽度为 200s，相定规律变100kHz 一种发射频率 各台都采用同一脉冲重复周期 发射信号，主台先发射，然后 各副台按 W、Z、Y、Z 的顺序 依次发射。 其信号发射格式为： 1)多脉冲发射。每个发射 台都发射 8 个为一组的脉冲信 号，其 邻脉冲的间隔为 1000s。主台 除发射一组 8 个脉冲外，还发 射第 9 个脉冲，它与第 8 个脉 冲的间隔为 2000s 或 500s，其主要
5、用于视觉识别主台信号，故称为识别脉冲。 2)相位编码。罗兰 C 发射台发射的脉冲组中，8 个信号脉冲的载波初相位按一图 3-1-1 罗兰 C 主副台配置图 化的现象称为相位编码。 每一脉冲载波的初始相位只有两种状态： 0 相和 相， 或以“+”和“-” 来表示。主台和副台信号相位编码不同(各副台的相位编码相同)，相邻两周期信号的相位编 码也不同，但主台的第 9 个脉冲不参加编码。罗兰 C 采用的相位编码序列如表 3-3-1 所示。 从表中可以看出， 主、 副台的各奇数脉冲在两个相邻脉冲组重复周期中相位不变， 称为原码； 主、副台的偶数脉冲在两个相邻脉冲组重复周期中相位相反，即互为补码。利用相位
6、编码，使接收设备便于实现对信号的自动搜索和自动识别主、 副台信号， 可消除前一脉冲高次天波 对后一脉冲干扰，还能起到改善信噪比、抑制连续波干扰的作用。 表 3-1-1 罗兰 C 相位编码序列 顺序 信号 副 台 主 台 12345678912367845脉冲顺序 第一周期脉冲组 +-+-+-+-+第二周期脉冲组 +-+-+-+-3C 台的各发射台均以 100kHz 的载波频率发射脉冲组信号， 因此台链的识别只能况 C 台链可以从无线电信号表第二卷中查得。大多数台链的台址都可以事先 存储过重合脉冲包络粗测时差，即测出时差值的前四位数值，即万、千、两对或两对以上的台组时差。即可利用罗兰 C 海图或
7、罗兰 C 表册求 得用罗图上)编码延时。 罗兰链的主台先发射， 各副台分别经过不同的基线延时和编码延时后 发射信号。 基线延时为电波从主台传播到副台所需的时间， 是用来解决双曲线位置线的双值 性问题； 编码延时是当副台接收到主台信号后开始发射脉冲组信号的延迟时间， 是用来区别 各副台的信号。它可以通过计算来确定其值的大小。于是可确保接收机按照 MWXY Z 的顺序接收到主副台信号。 3.台链识别 由于罗兰 C 依据不同的脉冲组重复周期。新型罗兰 C 脉冲组重复周期的范围是从 0001099990s，每 组重复周期间隔 10s。 实际使用中的重复周期取 4000099990s， 并用其前面四位数
8、字 4000 一 9999 分别命名对应的台链。如 8390 的台链(中国罗兰 C 的东海链)的脉冲组重复周期为 83900s。 4.应用现 目前，罗兰 于罗兰 C 接收机中，只要进入这些罗兰 C 导航台链的作用范围内，罗兰 C 接收机既能 测出时差， 也可根据存储的台链资料， 将所测时差换算成经纬度， 但要注意到坐标系的修正。 二、时差测定 罗兰 C 接收机通 百、十 位数值；比较载波相位精测时差，测出时差值的个位及小数点的数值。 三、罗兰 C 定位 罗兰 C 接收机测得 观测船位。由于罗兰 C 系统的作用距离远，因此利用罗兰 C 海图定位时，其准确度总要 受到海图比例尺的限制。当对观测船位
9、的精度要求较高时，应尽量使用罗兰 C 表册为好。 自动罗兰 C 接收机能自动进行时差一坐标转换，直接给出船舶的经纬度，无需人工利 兰 C 海图或罗兰 C 表册去定位。虽然大多数船舶现在都装备了自动罗兰 C 接收机，但 是介绍利用罗兰 C 海图和罗兰 C 表册定位的方法还是有必要的，因为自动罗兰 C 接收机只 能在地波范围内使用，要利用天波定位，就必须利用罗兰 C 海图或罗兰 C 表册，同时，利 用罗兰 C 海图或罗兰 C 表册定位是最基本的方法，在某些特殊场合仍有应用。 1利用罗兰 C 海图定位 罗兰 C 海图是在墨卡托海图 3-1-2 改正量内差 分别用绿、 褐、 蓝和洋红等不同颜色 印有表
10、示不同罗兰 C 台组的双曲线 位置线格网， 位置线上标有相应罗兰 C 台组的识别符号和对应于地波信 号的时差值。 如所测定的是天波时差 或天地波时差地天波时差， 则必须 经过天波改正量或特殊改正量的改 正， 换算为所对应的地波时差方可进行定位。天波改正量和特殊改正量标示在经纬线的交点附近。 一般所测定的时差值不恰好与海图位置线上所标示的时差值相一致， 这时应在与所测定殊改正量，须根据推算船位进行内插而求得。内插方法如图 3-1-2，先使用方法的介绍和范例，由于教材篇幅的限制，以下只作简单 的介 兰 C 位置线表 一行“T”为地波的时差值，一般是每间隔 10s 列出。在整个罗 兰兰 C 海图中一
11、样，天波改正量也分为白天和夜间两种。用于计算 白天“主台天波配合副台地波”或“主台地波配合副台天波”来测时差， 此 时，位大都是 WGS-72 坐标系下的经、纬度，因此从自动的因素有： 误差。对罗兰 C 发射台来说，主、副台发射之间的精确时间间隔不 一致。在选择台于表册天波改正量相对应的电离层高度与实际，罗兰 C 不仅要进行信号波形重合，而置 置误差最小，而在基线延伸线上引起的误差最大。 时差相邻的两条位置线间进行内插， 画出对应于测定时差的位置线。 一般可以采用等分刻度 内插法，但在船位接近基线延伸线附近时，由于位置线间的间隔变化是不均匀的，应采用不 等分刻度内插法。 天波改正量和特 作等分
12、，后用直线连接各等值点，即可求得推算船位附近的天波改正量，例如图中推算船位 处的天波改正量应为-14.8 s。 2利用罗兰 C 表定位 在罗兰表册中都有详细的 绍。 （1）罗 罗兰 C 位置线表表列的第 C 的作用区域内，表列点的间隔为纬度 1 和经度 1。在接近发射台的地区，双曲线位置 线的曲率较大，则以 15或 30的间隔插入附加点。在距发射台 20 n mile 以内的区域，双曲 线的曲率更大，用两点连成的直线作为位置线，将引起明显的误差。在这种情况下，应采用 平滑曲线连接以此相邻的 3 个点的办法使连线较接近于双曲线位置线。在每个罗兰 C 表的 上方都标有罗兰 C 台组的名称。 （2）天波改正量表 在罗兰 C 表册中和罗 的天波
