CN101241010A - 磁罗经自差自动校正方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁罗经自差自动校正方法及其装置，该方法包括如下处理步骤：a.通过键盘输入或GPS自动搜索获得当时、当地的经纬度数据和海拔高度；b.将经纬度数据和海拔高度输送给天体真方位和磁差计算单元，计算出天体真方位和磁差，根据天体磁方位＝天体真方位+磁差，计算出天体磁方位；c.采集视频图像单元将获取的图像数据输送舷角计算单元，计算出舷角；结合罗航向，根据天体罗方位＝舷角+罗航向，计算出天体罗方位；d.根据磁罗经自差＝天体磁方位－天体罗方位，计算出磁罗经自差，并打印或显示。本发明无需人工操作，使用方便，数据精确，确保磁罗经自差更小，磁罗经导航更有保障。

Description

磁罗经自差自动校正方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种指向方法和指向仪，尤其涉及一种磁罗经自差自动校正方法及其装置。

背景技术

当今，虽然航海船舶已普通使用电罗经等先进电航仪为船舶安全指向，但是，电罗经结构复杂，保养麻烦，造价昂贵，起动时间长，通常采用强电做动力源，一个零部件损坏或电力供应不足都会失去指向功能，并且不易修复；而磁罗经结构简单，经久耐用，优质磁罗经从新船安装上去直到船只报废，还能正常使用，而且磁罗经以地磁为动力源，随时随地都可获得，永不中断，所以，当今磁罗经还是航海船舶必备的指向仪。《国际海上人命安全公约》以及我国国家标准《海上运输船舶安全开航技术要求》均规定：海船必须安装磁罗经，并且标准罗经自差应不超过±3°，操舵罗经自差应不超过±5°。因为磁罗经自差会受船磁变化的影响而发生改变，所以国家规定航海船舶每年至少应进行一次磁罗经自差校正，以保证磁罗经自差符合要求；对于磁罗经自差不合格的船舶，则视为不适航船舶。因此，磁罗经的自差校正是保证船舶安全航行的一项重要工作。但目前的磁罗经自差较正技术基本由人工操作完成，存在比较繁琐、实现不够方便、较正精度不高等诸多缺点。

发明内容

本发明主要解决目前磁罗经自差较正需要人工操作，比较繁琐、实现不够方便、较正精度不高的技术问题；提供一种无需人工操作、实现方便、性能可靠、高效精确，使磁罗经自差更小，磁罗经导航更有保障的磁罗经自差自动校正方法。

本发明同时解决目前磁罗经自差较正需要人工操作，比较繁琐、实现不够方便、较正精度不高的技术问题；提供一种无需人工操作、实现方便、性能可靠、高效精确，使磁罗经自差更小，磁罗经导航更有保障的磁罗经自差自动校正装置。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：磁罗经自差自动校正方法，该方法包括如下处理步骤：

a.通过键盘输入或GPS自动搜索获得当时、当地的经纬度数据和海拔高度；

b.将经纬度数据和海拔高度输送给中央处理单元中的天体真方位和磁差计算单元，计算出天体真方位和磁差，根据天体磁方位＝天体真方位+磁差，由中央处理单元计算出天体磁方位，并打印或显示；

c.采集视频图像单元将获取的图像数据输送给中央处理单元中的舷角计算单元，计算出舷角；读出磁罗经的刻度盘读数，即为罗航向；由中央处理单元根据天体罗方位＝舷角+罗航向，计算出天体的罗方位，并打印或显示；

d.中央处理单元根据磁罗经自差＝天体磁方位-天体罗方位，计算出磁罗经自差，并打印或显示。

该方法利用天体方位的不断变化，由数字图象处理技术精确地显示天体的投影与所在交通公具(如船体)的首尾线夹角的变化，准确测出舷角数据，结合天体运动模型和地磁场模型，将大大简化原有的磁罗经自差较正工作的繁琐步骤，同时也利用了微电子技术强大的运算功能，有效地提高了计算精度，使磁罗经自差更小，磁罗经导航更有保障。

作为优选，所述的天体真方位和磁差计算单元进行如下处理步骤：

b1.利用时间计算自历元起到观测时的积日，利用积日求出太阳黄经；将岁差及章动因素考虑在内，求得黄道倾角；利用太阳黄经和黄道倾角求出太阳视赤经和视赤纬；计算春分点格林时角，并结合视赤经和当地经度，转换为地方时角；利用地方时角和视赤纬，通过坐标空间变换，得出太阳高度角和方位角；

b2.将大地坐标换算为地心坐标，由缔合勒让德递推关系，引入施密特函数，求取即时球谐系数；利用球谐系数及施密特函数，在地心坐标中计算出北向分量X、东向分量Y、垂直分量Z；根据X、Y、Z计算出大地坐系中的磁差数据。

作为优选，所述的舷角计算单元进行如下处理步骤：将图像数据进行最佳阈值的提取，进行直线细化；提取连通分量，即独立直线；去噪声干扰，并通过相位换算求取舷角角度。

作为优选，所述的在获取经纬度数据和海拔高度前先通过键盘输入或GPS自动搜索获取当地、当时的准确时间，输送给实时时钟单元进行对时校准。以确保获得准确的天体真方位，从而获得准确的天体磁方位，使磁罗经自差更小，磁罗经导航更有保障。

上述的方法是在下述的装置上实现的：磁罗经自差自动校正装置，包括中央处理单元及与之相连的实时时钟单元、舷角测量单元、倾斜补偿单元、键盘单元、显示单元以及为整个磁罗经自差自动校正装置提供工作电源的电源单元，所述的中央处理单元内存储有磁罗经自差自动校正装置的工作程序。通过键盘单元输入所处位置的经纬度和海拔高度，经中央处理单元内工作程序的计算、处理，计算出天体真方位、磁差和天体磁方位，送显示单元显示。舷角测量单元进行图象识别直线检测，利用HOUGH变换找出基线和天体投影线，送给中央处理单元，倾斜补偿单元对倾斜偏移量进行补偿，送中央处理单元，中央处理单元结合舷角测量单元、倾斜补偿单元送来的信号，计算出基线与天体投影线所成水平夹角，即舷角，送显示单元显示。读出磁罗经的刻度盘读数，即为罗航向，输送给中央处理单元。经中央处理单元内工作程序的处理、计算得到天体罗方位，送显示单元显示。天体磁方位与天体罗方位的差值即是磁罗经自差，该自差值也由中央处理单元计算得出并送显示单元显示。所述的天体可以是太阳、月亮、北极星等。由于海面上船体不易保持平衡，导致倾斜时所捕获的夹角与水平时所获得的夹角有所偏移，为了得到水平时精确的夹角信号，利用倾斜补偿单元对偏移量进行补偿，得到正确的夹角数据。若是校正传统机械式磁罗经，只需要通过键盘单元输入当前状态的罗航向值；若是校正数字磁罗经，则将磁罗经自差自动校正装置与数字磁罗经连接，直接读取罗航向值，进一步简化自差较正过程，实现了磁罗经自差较正的智能化、自动化。

作为优选，所述的舷角测量单元包括感光投影单元和图象采样单元。摄像头作为图象采样单元采集当前状态下天体的投影与感光投影单元上基线的夹角信息，将采集到的位图发送至中央处理单元进行处理，得到精确的夹角数据并实时显示。

作为优选，所述的倾斜补偿单元包括倾角传感器及相关电路。由于海面上船体不易保持平衡，导致倾斜时摄像头所捕获的图像夹角与水平时所获取的图像夹角有所偏移，为了得到水平时精确的夹角信号，利用倾斜补偿单元对偏移量进行补偿，得到正确的夹角数据。

作为优选，所述的中央处理单元上还连接有多个扩展接口。通过扩展接口可连接打印机、数字磁罗经等外设。扩展接口包括并口、串口、USB口等各种通用接口，通过这些接口可以方便地连接打印设备，打印所需要的自差曲线等各种数据，也便于连接数字磁罗经。

作为优选，所述的中央处理单元上连接有GPS接收处理单元。通过GPS接收处理单元，可以获得天体高度、方位数据以及人们所处位置的经纬度数据和当时、当地的准确时间，不需要再通过键盘单元输入这些数据，确保数据准确，也使使用更加方便。

本发明的有益效果是：利用天体运动的规律，结合目前船用磁罗经技术，准确、高效地完成磁罗经自差校准工作，利用天体投影方位，配合天文及地理模型，即可自动显示各个方位的自差数据，并对自差数据进行有效处理，显示自差数据，也可打印自差曲线，实现磁罗经校正的自动化、智能化。磁罗经自差校正无需人工操作，实现方便，性能可靠、数据精确，确保磁罗经自差更小，磁罗经导航更有保障。

附图说明

图1是本发明的一种电路连接框图。

图2、图3、图4、图5是本发明的信息处理流程图。

图中1.中央处理单元，2.实时时钟单元，3.GPS接收处理单元，4.舷角测量单元，5.倾斜补偿单元，6.键盘单元，7.显示单元，8.电源单元，9.扩展接口，41.感光投影单元，42.图象采样单元。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：磁罗经自差自动校正方法，如图2、图3、图4、图5所示，该方法包括如下处理步骤：

a.通过键盘输入或GPS自动搜索获取当地、当时的准确时间，输送给实时时钟单元进行对时校准。

b.通过键盘输入或GPS自动搜索获得当时、当地的经纬度数据和海拔高度。

c.将经纬度数据和海拔高度输送给中央处理单元中的天体真方位和磁差计算单元，天体真方位和磁差计算单元进行如下处理步骤：

c1.利用时间计算自历元起到观测时的积日，利用积日求出太阳黄经；将岁差及章动因素考虑在内，求得黄道倾角；利用太阳黄经和黄道倾角求出太阳视赤经和视赤纬；计算春分点格林时角，并结合视赤经和当地经度，转换为地方时角；利用地方时角和视赤纬，通过坐标空间变换，得出太阳高度角和方位角；

c2.将大地坐标换算为地心坐标，由缔合勒让德递推关系，引入施密特函数，求取即时球谐系数；利用球谐系数及施密特函数，在地心坐标中计算出北向分量X、东向分量Y、垂直分量Z；根据X、Y、Z计算出大地坐系中的磁差数据；

计算出天体真方位和磁差，根据天体磁方位＝天体真方位+磁差，由中央处理单元计算出天体磁方位，并打印或显示。

d.采集视频图像单元将获取的图像数据输送给中央处理单元中的舷角计算单元，舷角计算单元进行如下处理步骤：将图像数据进行最佳阈值的提取，进行直线细化；提取连通分量，即独立直线；去噪声干扰，并通过相位换算求取舷角角度；读出磁罗经的刻度盘读数，即为罗航向；由中央处理单元根据天体罗方位＝舷角+罗航向，计算出天体罗方位，并打印或显示。

e.中央处理单元根据磁罗经自差＝天体磁方位-天体罗方位，计算出磁罗经自差，并打印或显示。

如图1所示，上述的方法是在下述装置上实现的：磁罗经自差自动校正装置，以中央处理单元1为核心，中央处理单元1上连接有实时时钟单元2、GPS接收处理单元3、舷角测量单元4、倾斜补偿单元5、键盘单元6、显示单元7、多个扩展接口9，电源单元8为整个磁罗经自差自动校正装置提供工作电源。舷角测量单元4包括感光投影单元41和图象采样单元42，倾斜补偿单元5包括倾角传感器及相关电路，扩展接口9包括并口、串口、USB口等各种通用接口，通过扩展接口9连接打印机、数字磁罗经。中央处理单元1内存储有根据上述磁罗经自差自动校正方法编写的磁罗经自差自动校正装置的工作程序。

通过键盘单元进行各种工作设置，也可输入当地、当时的准确时间以及所处位置的经纬度和高度数据，通过中央处理单元计算出天体真方位和磁差，从而获得“天体磁方位＝天体真方位+磁差”的准确数据，送显示单元显示。舷角测量单元通过图象采样单元(摄像机)获得图像，然后进行图像识别直线检测，利用HOUGH变换找出基线和天体投影线，送给中央处理单元，倾斜补偿单元对倾斜偏移量进行补偿，送中央处理单元，中央处理单元结合舷角测量单元、倾斜补偿单元送来的信号，计算出基线与天体投影线所成水平夹角，即舷角。通过磁罗经读取罗航向值。从而获得“天体罗方位＝舷角+罗航向”的准确数据，送显示单元显示。天体磁方位与天体罗方位的差就是磁罗经的自差，经中央处理单元的处理、计算，将该自差值送显示单元显示。若是校正传统机械式磁罗经，只需要通过键盘单元输入当前状态的罗航向值；若是校正数字磁罗经，则通过扩展接口与数字磁罗经连接，中央处理单元可直接获得罗航向值，简化自差较正过程，实现磁罗经自差较正的智能化、自动化。

也可选用另一种工作方式，GPS接收处理单元进行自动搜索，将当地、当时的准确时间以及天体、人们所处位置的信息送给中央处理单元，不用通过键盘手动输入，中央处理单元就能获得准确的经纬度和海拔高度信息，实时时钟单元就能进行对时校准。确保数据准确，也使使用更加方便，进一步简化自差较正过程。

本发明利用太阳方位的不断变化，由数字图象处理技术精确地显示太阳的投影与所在交通公具(如船体)的首尾线夹角的变化，准确测出舷角数据，结合天体运动模型和地磁场模型，大大简化原有的磁罗经自差较正工作的繁琐步骤，同时利用微电子技术强大的运算功能，有效地提高了计算精度，使磁罗经自差更小，磁罗经导航更有保障。

本发明操作简单方便，不受迭标限制，可以在任何海区完成自差校正工作，突破了利用传统天文和地文方法人工校正磁罗经自差带来的诸多不便，既简化了利用天体方法校准磁罗经自差所需的大量工作，也节省了为选择合适迭标，船长时间航行而浪费的时间和燃料。

Claims (9)

1.一种磁罗经自差自动校正方法，其特征在于，该方法包括如下处理步骤：

a.通过键盘输入或GPS自动搜索获得当时、当地的经纬度数据和海拔高度；

b.将经纬度数据和海拔高度输送给中央处理单元中的天体真方位和磁差计算单元，计算出天体真方位和磁差，根据天体磁方位＝天体真方位+磁差，由中央处理单元计算出天体磁方位，并打印或显示；

c.采集视频图像单元将获取的图像数据输送给中央处理单元中的舷角计算单元，计算出舷角；读出磁罗经的刻度盘读数，即为罗航向；由中央处理单元根据天体罗方位＝舷角+罗航向，计算出天体罗方位，并打印或显示；

d.中央处理单元根据磁罗经自差＝天体磁方位-天体罗方位，计算出磁罗经自差，并打印或显示。

2.根据权利要求1所述的磁罗经自差自动校正方法，其特征在于所述的天体真方位和磁差计算单元进行如下处理步骤：

b1.利用时间计算自历元起到观测时的积日，利用积日求出太阳黄经；将岁差及章动因素考虑在内，求得黄道倾角；利用太阳黄经和黄道倾角求出太阳视赤经和视赤纬；计算春分点格林时角，并结合视赤经和当地经度，转换为地方时角；利用地方时角和视赤纬，通过坐标空间变换，得出太阳高度角和方位角；

b2.将大地坐标换算为地心坐标，由缔合勒让德递推关系，引入施密特函数，求取即时球谐系数；利用球谐系数及施密特函数，在地心坐标中计算出北向分量X、东向分量Y、垂直分量Z；根据X、Y、Z计算出大地坐系中的磁差数据。

3.根据权利要求1所述的磁罗经自差自动校正方法，其特征在于所述的舷角计算单元进行如下处理步骤：将图像数据进行最佳阈值的提取，进行直线细化；提取连通分量，即独立直线；去噪声干扰，并通过相位换算求取舷角角度。

4.根据权利要求1或2或3所述的磁罗经自差自动校正方法，其特征在于，在获取经纬度数据和海拔高度前先通过键盘输入或GPS自动搜索获取当地、当时的准确时间，输送给实时时钟单元进行对时校准。

5.一种使用如权利要求1所述的磁罗经自差自动校正方法的磁罗经自差自动校正装置，其特征在于包括中央处理单元(1)及与之相连的实时时钟单元(2)、舷角测量单元(4)、倾斜补偿单元(5)、键盘单元(6)、显示单元(7)以及为整个磁罗经自差自动校正装置提供工作电源的电源单元(8)，所述的中央处理单元(1)内存储有磁罗经自差自动校正装置的工作程序。

6.根据权利要求5所述的磁罗经自差自动校正装置，其特征在于所述的舷角测量单元(4)包括感光投影单元(41)和图象采样单元(42)。

7.根据权利要求5所述的磁罗经自差自动校正装置，其特征在于所述的倾斜补偿单元(5)包括倾角传感器及相关电路。

8.根据权利要求5或6或7所述的磁罗经自差自动校正装置，其特征在于所述的中央处理单元(1)上还连接有多个扩展接口(9)。

9.根据权利要求5或6或7所述的磁罗经自差自动校正装置，其特征在于所述的中央处理单元(1)上连接有GPS接收处理单元(3)。

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