漁船導(dǎo)航儀器設(shè)備

漁船導(dǎo)航儀器設(shè)備是指漁船測(cè)向、測(cè)距、定位等導(dǎo)航儀器設(shè)備的總稱。常用的有羅經(jīng)、航海雷達(dá)、勞蘭定位系統(tǒng)、奧米加定位系統(tǒng)、導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)等。

用以確定航向和觀測(cè)物標(biāo)方位。分磁羅經(jīng)和電羅經(jīng)兩類，以磁羅經(jīng)應(yīng)用最為普遍。大型漁船同時(shí)裝有兩種羅經(jīng)。磁羅經(jīng)是利用自由支持的磁針，在地磁作用下能穩(wěn)定指向地磁北極。但因同時(shí)受地磁和船磁的影響，存在著磁差和自差，故磁針不能指向地球真北。需用磁棒校正磁差。按磁羅經(jīng)的結(jié)構(gòu)分，有干羅經(jīng)和濕羅經(jīng)；按用途分，有標(biāo)準(zhǔn)羅經(jīng)、駕駛羅經(jīng)、應(yīng)急羅經(jīng)和艇用羅經(jīng)等。電羅經(jīng)（又稱陀螺羅經(jīng)）是利用高速旋轉(zhuǎn)的陀螺儀具有穩(wěn)定指向特性而制成的。它與磁羅經(jīng)相比，具有指向穩(wěn)定、不受磁場(chǎng)干擾和誤差小等優(yōu)點(diǎn)。電羅經(jīng)有多種型式，均由主羅經(jīng)、分羅經(jīng)、電源轉(zhuǎn)換器和操縱箱等組成。電羅經(jīng)的主要部件是陀螺儀，它由一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和支承轉(zhuǎn)子的內(nèi)環(huán)與外環(huán)構(gòu)成（圖1）。轉(zhuǎn)子自轉(zhuǎn)軸稱主軸，轉(zhuǎn)子和內(nèi)環(huán)可以繞水平軸上下俯仰。轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)和外環(huán)還可以繞垂直軸左右旋轉(zhuǎn)。陀螺儀重心和轉(zhuǎn)動(dòng)中心重合，在沒有外力矩時(shí)，主軸可指空間任何方向，這種陀螺儀稱自由陀螺儀。由于地球自轉(zhuǎn)，主軸不能穩(wěn)定指向北極，故需加控制力矩和阻尼力矩兩個(gè)外力矩。使用時(shí)，因受各種因素影響而產(chǎn)生船速誤差、緯度誤差和搖擺誤差等。前兩種誤差可由誤差校正器進(jìn)行校正；搖擺誤差已在電羅經(jīng)結(jié)構(gòu)上給以考慮。

利用電磁波具有直線前進(jìn)、定速和遇物標(biāo)有反射回波等特性，可在海上探測(cè)物標(biāo)、測(cè)定物標(biāo)方位和距離以及漁船定位、避碰等。它由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、顯示器和電源等組成。它發(fā)射超高頻脈沖波，測(cè)定回波的方位和距離，并在熒光屏上顯示圖像。特別在夜間、霧天和惡劣天氣情況下效果顯著。用于船上的雷達(dá)主要有導(dǎo)航雷達(dá)和避碰雷達(dá)。①導(dǎo)航雷達(dá)又分相對(duì)運(yùn)動(dòng)雷達(dá)和真運(yùn)動(dòng)雷達(dá)兩種。前者的特點(diǎn)是本船位置不動(dòng)，固定在熒光屏中心點(diǎn)，所有物標(biāo)的移動(dòng)都表現(xiàn)為對(duì)本船的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。后者可在熒光屏上直接反映船舶運(yùn)動(dòng)的真實(shí)情況。如將本船的羅經(jīng)航向和計(jì)程儀的航速信息輸入顯示器，則漁船的位置在移動(dòng)，而物標(biāo)的位置不變，從而顯示真實(shí)的運(yùn)動(dòng)。②避碰雷達(dá)是在相對(duì)運(yùn)動(dòng)雷達(dá)或真運(yùn)動(dòng)雷達(dá)上附加一套避碰標(biāo)志的裝置，可同時(shí)顯示若干個(gè)標(biāo)志，每個(gè)避碰標(biāo)志的方位和距離可單獨(dú)調(diào)節(jié)。使用時(shí)可將標(biāo)志調(diào)到物標(biāo)上，觀察它的移動(dòng)情況來(lái)判定是否與本船有碰撞危險(xiǎn)?，F(xiàn)代避碰雷達(dá)可同時(shí)顯示24個(gè)避碰標(biāo)志，且對(duì)其中任何一個(gè)標(biāo)志都可進(jìn)行單獨(dú)觀察。

圖1 陀螺儀結(jié)構(gòu)示意圖

利用測(cè)定兩個(gè)或兩個(gè)以上勞蘭臺(tái)對(duì)所發(fā)射的脈沖信號(hào)到達(dá)船舶的時(shí)間差確定船位。屬于脈沖雙曲線導(dǎo)航系統(tǒng)。有勞蘭-A和勞蘭-C兩種：①勞蘭-A。由兩個(gè)發(fā)射臺(tái)為一對(duì)，一個(gè)為主臺(tái)，另一個(gè)為副臺(tái)，主臺(tái)控制副臺(tái)，副臺(tái)在接收到主臺(tái)脈沖后，經(jīng)過一定時(shí)間的延遲，再發(fā)射副臺(tái)脈沖，必須有兩條或兩條以上的船位線相交，才能確定船位，故需建立兩對(duì)或兩對(duì)以上主副臺(tái)（圖2）。當(dāng)勞蘭-A接收機(jī)接收到A、B兩臺(tái)發(fā)射的脈沖信號(hào)后，精確測(cè)定兩個(gè)發(fā)射臺(tái)脈沖信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間差△tAB，得一條相應(yīng)的位置線，再測(cè)A、C兩個(gè)發(fā)射臺(tái)的脈沖信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間差△tAC，得另一條位置線，兩條位置線相交的交點(diǎn)F即為船位。勞蘭-A的工作頻率可分1950、1850、1900和1750千赫四種。為避免眾多的發(fā)射臺(tái)使用相同的頻率，所以采取改變脈沖重復(fù)頻率的方法來(lái)區(qū)別各臺(tái)對(duì)。脈沖重復(fù)頻率分S、L、H三種基本脈沖重復(fù)頻率和0～7共8個(gè)數(shù)字排列組合的特殊脈沖頻率。白天地波作用距離為700海里，主要工作區(qū)定位精度為1海里。夜間利用天波，作用距離為1400海里，但定位精度下降，使用天波時(shí)，必須經(jīng)過天波修正才能獲得準(zhǔn)確船位。由于勞蘭-A定位精度不高，80年代以來(lái)逐漸由勞蘭-C所代替。②勞蘭-C。在勞蘭-A的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的脈沖相位距離差雙曲線導(dǎo)航系統(tǒng)。它不但能測(cè)定主臺(tái)和副臺(tái)發(fā)射的信號(hào)時(shí)差，而且還能測(cè)定信號(hào)的相位差。工作頻率為100千赫，地波作用距離白天1200海里，夜間約1000海里，使用天波不論日夜均達(dá)2000海里。定位精度達(dá)1/4海里。勞蘭-C的基本重復(fù)頻率除有與勞蘭-A相同的S、L、H外，還有SSSL、SH。每個(gè)臺(tái)鏈有3～5個(gè)臺(tái)組成。各臺(tái)用同一脈沖重復(fù)頻率發(fā)射，所以只要選擇一個(gè)脈沖重復(fù)頻率就能求得多條位置線，接收操作較為簡(jiǎn)便。此外，勞蘭-C采用多脈沖體制發(fā)射脈沖，主、副臺(tái)分別由9個(gè)和8個(gè)脈沖組成，以示區(qū)別。

圖2 勞蘭-A定位原理圖

用勞蘭-A或勞蘭-C定位時(shí)都要利用勞蘭-A或勞蘭-C的海圖或表冊(cè)，直接或通過計(jì)算求得船位。80年代以來(lái)，也有通過微機(jī)直接顯示漁船所處的經(jīng)緯度。

利用奧米加接收機(jī)測(cè)量奧米加臺(tái)組發(fā)射信號(hào)的相位差進(jìn)行定位。信號(hào)頻率為10～14千赫，共有8個(gè)臺(tái)組成。工作范圍覆蓋全球。奧米加臺(tái)組發(fā)射甚低頻信號(hào)。它的傳播特性較為穩(wěn)定，所以基線很長(zhǎng)，作用距離可達(dá)6000海里，雙曲線散度小，交角條件較好。通常在一個(gè)海區(qū)可以接受幾個(gè)臺(tái)的信號(hào)，從中選擇條件好的臺(tái)進(jìn)行測(cè)定，求得較準(zhǔn)確的船位。信號(hào)傳播速度依電離層高度而變化，因此測(cè)定的相位差要根據(jù)所在的地點(diǎn)、季節(jié)和時(shí)間而進(jìn)行修正，同時(shí)測(cè)定值還要按月、日、時(shí)間進(jìn)行修正。奧米加的發(fā)射頻率供定位用的為10.2千赫、供巷識(shí)別用的為11.33千赫和13.6千赫，額定功率為10千瓦。標(biāo)定定位精度為1～2海里。

由地球人造衛(wèi)星、衛(wèi)星地面控制站和船舶衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)等組成。有海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（NNSS系統(tǒng)）和全球定位系統(tǒng)（GPS系統(tǒng)）兩種。①海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)。又稱子午儀導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)行的衛(wèi)星原有6顆，現(xiàn)存5顆，是一種低軌道多普勒導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，衛(wèi)星高度約1100千米。約107分鐘繞地球一周。當(dāng)衛(wèi)星通過船舶所在海區(qū)時(shí)，才能接收到衛(wèi)星信號(hào)。大約每隔35～100分鐘可有一次定位機(jī)會(huì)?，F(xiàn)代使用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，只要把各時(shí)間中所測(cè)定的多普勒頻移值和當(dāng)時(shí)的推算船位、航向、航速和時(shí)間輸入衛(wèi)星接收機(jī)，經(jīng)過電子計(jì)算機(jī)就可直接顯示出該時(shí)刻的準(zhǔn)確船位。定位精度優(yōu)于其他導(dǎo)航系統(tǒng)，誤差為0.1海里。但該系統(tǒng)存在不連續(xù)性和不均勻性等缺點(diǎn)。②全球定位系統(tǒng)。又稱導(dǎo)航星系統(tǒng)。是一種中高軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)全面工作時(shí)有18顆衛(wèi)星，配置在相互夾角為60°的6個(gè)軌道面上，高度為2萬(wàn)千米。每顆衛(wèi)星繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)一周為12小時(shí)?？扇蜻B續(xù)覆蓋，全天候連續(xù)定位。在任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)，觀測(cè)者能同時(shí)接收4顆以上的衛(wèi)星信號(hào)；定位誤差只10～100米；定位速度快；抗干擾能力強(qiáng)；信號(hào)經(jīng)編碼產(chǎn)生，保密性好。