CN108225294A - 一种组合式船用平台罗经系泊态航向标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种陀螺经纬仪和光学经纬仪组成的船用平台罗经系泊态航向标定方法。该方法包括如下步骤：(1)前期准备；(2)施工区域地形和已知架设点复核；(3)测量仪器检查和检测；(4)架设光学经纬仪；(5)架设陀螺经纬仪；(6)航向标校；(7)软件计算、处理数据；(8)校核和调整平台罗经，结束标校。本发明的方法在船舶导航设备航向标定工作上，运用陀螺经纬仪和和光学经纬仪组合的标定方法，标定精度高、速度快、适应性强。

Description

一种组合式船用平台罗经系泊态航向标定方法
技术领域
本发明涉及一种工程船舶的航向标定技术，特别涉及高技术服务业、国防产业中的舰船平台罗经系泊态航向标定方法。
背景技术
近年来，我国舰船导航研究领域蓬勃发展，大批舰船安装了新型平台罗经。一般在视距范围内使用的武器系统中，即使平台罗经航向误差大一些，对打击效果影响不大。因为目标的搜索与捕捉和武器的射击都是以本舰同一坐标系为基准的，按相对航向、舷角给出目标指示与射击诸元。航向信息在处理过程中抵消了系统误差，实际真正起作用的是航向信息中的起伏误差。但是，随着战争的立体化，超视距系统是利用空中飞机作为中间站完成我舰视距以外目标的探测与捕获，通过数据链将信息传给我舰，再以我舰坐标系计算导弹发射所需参数，依此来调整我舰武器的射击诸元，实施对目标的打击。显然，目标观测和武器发射是在两个动坐标系中分别完成的，探测的目标方位与导弹设定的舷角不是同一个基准。方位概念都是两点连线相对地理真北的夹角。因此，在超视距系统中，影响导弹打击效果的是航向信息的绝对精度。所以，不允许平台罗经有较大的输出误差。
为了能够准确地反映平台罗经安装精度情况，为舰船航行提供可靠的导航数据，就必须采用合适的手段对平台罗经系泊态下的航向精度进行标定。现有技术主要采用太阳真方位法或通过建立陆地标校设施辅助完成标定过程，前者缺点在于标定精度低，后者缺点在于会受场地限制且成本高昂。因此，现有技术都不能满足新型平台罗经系泊态航向标定的精度要求和不受场地限制的要求。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种陀螺经纬仪和光学经纬仪组成的船用平台罗经系泊态航向标定方法。本发明陀螺经纬仪和光学经纬仪组成的船用平台罗经系泊态航向标定方法要求能够满足新型平台罗经的航向标定精度，并且定位准确、快速，并且不受场地限制，方便操作，节约成本。
为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：
一种船用平台罗经系泊态航向标定方法，其特征在于，该航向标定方法包括有如下步骤：
第一步，前期准备，制定标定计划，选择架设点，选择测量设备以及数据处理设备，配备航向标定用的陀螺经纬仪、光学经纬仪和平台罗经；
第二步，复核施工区域地形和已知的架设点，参考设计图纸，勘探复核施工区域地形，地貌，检查架设点位置，确保陀螺经纬仪和光学经纬仪架设位置完好；
第三步，测量仪器检查和检测，检查所有应用于航向标定作业的测量设备及其附件的完好性与可用性；
第四步，架设光学经纬仪，将光学经纬仪架设于工程船舶甲板中心线处，并调整架设姿态与工程船舶姿态一致，设定光学经纬仪的舷角数据；
第五步，架设陀螺经纬仪，根据光学经纬仪架设位置，给码头上陀螺经纬仪架设提供方位，待陀螺经纬仪架设完成后，开机稳定且寻北结束；
第六步，航向标较，在光学经纬仪和陀螺经纬仪架设完成后，保证平台罗经开机稳定且正常输出航向，开始航向标定，光学经纬仪和陀螺经纬仪进行对准互瞄，同时记录光学经纬仪和陀螺经纬仪以及平台罗经读数，重复本步骤2次；
第七步，软件计算及处理数据，将记录的数据输入数据处理电脑对数据进行处理；
第八步，校核和调整平台罗经以结束标校，经过上述操作以修正平台罗经的航向值，重复上述第六步和第七步，对修正后的平台罗经航向值进行判断，使之满足技术要求，完成标校。
在本发明一种船用平台罗经系泊态航向标定方法中，陀螺经纬仪和光学经纬仪组成的船用平台罗经系泊态航向标定方法的所属仪器设备组装状态为：工程船舶作为平台罗经、光学经纬仪和数据处理电脑的工作平台，陀螺经纬仪安置于选定的合适陆上地点，陀螺经纬仪、光学经纬仪和平台罗经分别将数据人工输入至数据处理电脑上，光学经纬仪安放于工程船舶甲板艏艉线处，平台罗经和数据处理电脑安放于工程船舶上的专用舱室内，平台罗经平行于水平面安放于工程船舶的艏艉线处。
在本发明一种船用平台罗经系泊态航向标定方法中，所述第一步的前期准备时，按计划选择静水港湾，视距内能见度良好；工程船舶码头系泊，液舱油水量满足正常排水量的装载要求；工程船舶纵、横向倾角不超过30′；陀螺经纬仪架设位置周围无振动源和强磁场，且与工程船舶距离不小于100米的视距内无阻碍物；平台罗经安装完整；配备的陀螺经纬仪和光学经纬仪在有效期内；配备能运行Excel软件的数据处理电脑。
在本发明一种船用平台罗经系泊态航向标定方法中，所述的第四步架设光学经纬仪的具体操作方法如下：
①在工程船舶甲板艏艉线上安置三脚架；
②将光学经纬仪固定于三脚架平台上；
③调整光学经纬仪的架设姿态，使光学经纬仪的水平与工程船舶的水平姿态一致，误差不大于30秒，且光学经纬仪的舷角与工程船舶的艏艉线一致，误差不大于30秒；
④设置光学经纬仪的向艏舷角读数为0°，向艉舷角读数为180°。
在本发明一种船用平台罗经系泊态航向标定方法中，在所述的第五步，在光学经纬仪架设完成后，转动光学经纬仪光学镜舷角至90°或270°，给码头上陀螺经纬仪的架设提供方位，架设陀螺经纬仪的具体操作如下：
①在距离工程船舶大于100m处的陆地上，按照光学经纬仪提供的舷角架设陀螺经纬仪；
②光学经纬仪与陀螺经纬仪之间的对瞄线与工程船舶艏艉线垂直，且倾角不大于5°；
③陀螺经纬仪架设完成后，开机稳定且寻北结束。
在本发明一种船用平台罗经系泊态航向标定方法中，所述的第六步航向标定过程操作如下：光学经纬仪和陀螺经纬仪对准互瞄，调整光学经纬仪，当光学经纬仪上镜筒内的十字线与陀螺经纬仪镜筒重合时，同时记录光学经纬仪读数Ai和陀螺经纬仪读数Bi以及平台罗经读数Ki，每隔10min记录一次，共记录10组有效数据，根据平台罗经航向误差特性，设计平台罗经需有3次启动，第二次和第三次启动稳定后，重复标定及数据记录。
在本发明一种船用平台罗经系泊态航向标定方法中，所述的第七步软件计算及处理数据时，将第六步中记录的数据Ai、Bi、Ki输入数据处理电脑中，利用数据处理电脑中的Excel软件进行如下操作：
通过平台罗经误差分析与实践分析，各次启动后的稳定点误差并不相同，该稳定点被称为各次启动误差，记为μg，由于采样时间长为10min，各采样点相对稳定点的离散度大，叫做起伏误差，记为σq，正因为各次启动误差不等，呈随机状，就有稳定点误差μg与相对系统误差μ的离散度描述σg；
按最大似然法进行估计，数据处理公式如下：
真航向Cij＝Aij+Bij－180°；
其中，Ai应取接近于90°的值，若接近270°，应被360°减，
平台罗经的航向误差ΔHij＝|Kij－Cij|；
第j次启动的稳定点误差又称各次启动误差，
第j次启动的起伏误差
平台罗经航向的系统误差
各次启动误差的均方误差
平台罗经的起伏误差
平台罗经的均方误差
平台罗经航向误差的均方根值(航向精度)
其中i为采样次数：1，2……n，n≥10；j为启动次数：1，2，3，
严格说，σq、σg、σ、μ和RMS等都是估计值，以上属于处理后再融合，也可以将3次启动测试的所有数据一并处理，即σ和μ按照下式计算：
平台罗经航向误差的均方根值(航向精度)
两种处理结果等效。
在本发明一种船用平台罗经系泊态航向标定方法中，第八步将平台罗经航向误差的均方根值(航向精度)RSM用于修正平台罗经的航向值，重复操作并对修正后的平台罗经航向值进行判断，最终使平台罗经航向误差的均方根值(航向精度)RSM满足技术要求。
基于上述技术方案，本发明船用平台罗经系泊态航向标定方法经过实践应用取得了如下技术效果：
1、本发明采用的陀螺经纬仪与光学经纬仪相结合的标校方法，较单纯的太阳方位法具有定位精度高、速度快、可靠性强等优点。
2、本发明船用平台罗经系泊态航向标定方法可适用于全天候施工，不受场地限制，较通过建立陆地标校设施辅助完成标定过程具有携带方便，适应性强等优点。
附图说明
图1是本发明陀螺经纬仪和光学经纬仪组成的船用平台罗经系泊态航向标定方法的示意图。
具体实施方式
下面我们结合附图和具体的实施例来对本发明陀螺经纬仪和光学经纬仪组成的船用平台罗经系泊态航向标定方法做进一步的详细说明，以求更为清楚明了地理解其设备布置和标定方式，但不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明所述的陀螺经纬仪和光学经纬仪组成的船用平台罗经系泊态航向标定方法的所属仪器设备组装状态为：工程船舶1作为平台罗经4、光学经纬仪3和数据处理电脑5的工作平台，陀螺经纬仪2安置于选定的合适陆上地点。陀螺经纬仪2、光学经纬仪3和平台罗经4分别将数据人工输入至数据处理电脑5上，光学经纬仪3安放于工程船舶1甲板艏艉线处，平台罗经4和数据处理电脑5安放于工程船舶1上的专用舱室内，平台罗经4平行于水平面安放于工程船舶1的艏艉线处。
本发明所述的陀螺经纬仪和光学经纬仪组成的船用平台罗经系泊态航向标定方法，详细包括如下步骤：
1、前期准备。
按计划选择静水港湾，视距内能见度良好；工程船舶1码头系泊，液舱油水量满足正常排水量的装载要求；工程船舶1的纵向倾角、横向倾角均不超过30′；陀螺经纬仪2架设位置周围无振动源和强磁场(比如变压器等)，且与工程船舶1距离不小于100米的视距内无阻碍物；平台罗经4安装完整；配备的陀螺经纬仪2和光学经纬仪3在有效期内；配备能运行Excel软件的数据处理电脑5。
2、施工区域地形和已知架设点复核。
参考设计图纸，勘探复核施工区域地形和地貌，检查架设点的位置，目的在于确保陀螺经纬仪2和光学经纬仪3架设位置完好。
3、测量仪器检查和检测。
本步骤的目的在于检查所有应用于航向标定作业的测量设备及其附件的完好性并能正常工作，检查陀螺经纬仪2、数据处理电脑5是否有固定电源供应，或者移动电源电量是否充足以满足需要，检查平台罗经4的完好性并能正常工作。
4、架设光学经纬仪3。将光学经纬仪3架设于工程船舶1的甲板中心线处，并调整架设姿态与工程船舶1的姿态一致，设定光学经纬仪3的舷角数据，本步骤的具体操作如下：
①在工程船舶1甲板艏艉线上安置三脚架。
②将光学经纬仪3固定于三脚架平台上。
③调整光学经纬仪3的架设姿态，使光学经纬仪3的水平与工程船舶1的水平姿态一致，确保误差不大于30秒，且光学经纬仪3的舷角与工程船舶1的艏艉线一致，要求误差不大于30秒。
④设置光学经纬仪3的向艏舷角读数为0°，向艉舷角读数为180°。
5、架设陀螺经纬仪2。在光学经纬仪3架设完成后，转动光学经纬仪3光学镜舷角至90°或270°，给码头上陀螺经纬仪2架设提供方位。架设陀螺经纬仪2的具体操作如下：
①在距离工程船舶1大于100m处的陆地上，按照光学经纬仪3提供的舷角来架设陀螺经纬仪2。
②光学经纬仪3与陀螺经纬仪2之间的对瞄线与工程船舶1艏艉线垂直，且倾角不大于5°。
③陀螺经纬仪2架设完成后，陀螺经纬仪2能够自动寻北并稳定输出与真北的夹角，误差应不大于15秒，做到开机稳定且寻北结束。
6、航向标校。在光学经纬仪3和陀螺经纬仪2架设完成后，即如图1所示建立了新坐标系。在保证平台罗经4开机稳定且正常输出航向后，开始航向标定。航向标定的具体操作方式如下：
①光学经纬仪3和陀螺经纬仪2进行对准互瞄，调整光学经纬仪3，当镜筒内的十字线与陀螺经纬仪2镜筒重合时，同时记录光学经纬仪3读数Ai和陀螺经纬仪2读数Bi以及平台罗经4读数Ki，每隔10min记录一次，共记录10组有效数据。
②根据平台罗经4航向误差特性分析，本发明的方法设计平台罗经4需有3次启动，在平台罗经4第2次和第3次启动稳定后，重复上面的步骤①，再记录20组有效数据。
7、软件计算、处理数据。将上述记录的数据Ai、Bi、Ki输入数据处理电脑5中，利用数据处理电脑5中的EXCEL软件进行数据处理，数据处理的步骤具体如下：
通过平台罗经4误差分析与实践分析，各次启动后的稳定点误差并不相同，该稳定点被称为各次启动误差，记为μg。由于采样时间长(10min)，各采样点相对稳定点的离散度大，故未称随机误差，而叫作起伏误差，记为σq。正因为各次启动误差不等，呈随机状，就有稳定点误差μg相对系统误差μ的离散度描述σg。
按最大似然法进行估计，数据处理公式如下：
真航向Cij＝Aij+Bij－180°；
(其中Ai应取接近于90°的值，若接近270°，应被360°减)
平台罗经4的航向误差ΔHij＝|Kij－Cij|；
第j次启动的稳定点误差(又称各次启动误差)
第j次启动的起伏误差
平台罗经4航向的系统误差
各次启动误差的均方误差
平台罗经4的起伏误差
平台罗经4的均方误差
平台罗经4航向误差的均方根值(航向精度)
(其中i为采样次数：1，2……n，n≥10；j为启动次数：1，2，3)
严格说，σq、σg、σ、μ和RMS等都是估计值，以上属于处理后再融合，也可以将3次启动测试的所有数据一并处理，即σ和μ按照下式计算：
平台罗经(4)航向误差的均方根值(航向精度)
上述两种处理方式的处理结果航向误差的均方根值(航向精度)是等效的。
8、校核和调整平台罗经4，结束标校。
经过上述操作，将平台罗经4航向误差的均方根值(航向精度)RSM用于修正平台罗经4的航向值。重复步骤6和步骤7，对修正后的平台罗经4航向值进行判断，最终使平台罗经4航向误差的均方根值(航向精度)RSM满足技术要求，完成标校。
本发明的系泊态航向标定的方法中平台罗经在陀螺经纬仪和光学经纬仪建立的坐标系基础上进行，使得标定航向精确。并且陀螺经纬仪具备自动寻北并稳定输出与真北的夹角的功能，寻北精度高。采集的测量数据可以利用数据处理软件对航向值进行计算处理，更进一步地修正提高标定精度满足技术要求。而且本发明的标定方法定位准确、快速，且不受场地限制，方便操作，节约成本。

Claims (8)

1.一种船用平台罗经系泊态航向标定方法，其特征在于，该航向标定方法包括有如下步骤：
第一步，前期准备，制定标定计划，选择架设点，选择测量设备以及数据处理设备，配备航向标定用的陀螺经纬仪、光学经纬仪和平台罗经；
第二步，复核施工区域地形和已知的架设点，参考设计图纸，勘探复核施工区域地形，地貌，检查架设点位置，确保陀螺经纬仪和光学经纬仪架设位置完好；
第三步，测量仪器检查和检测，检查所有应用于航向标定作业的测量设备及其附件的完好性与可用性；
第四步，架设光学经纬仪，将光学经纬仪架设于工程船舶甲板中心线处，并调整架设姿态与工程船舶姿态一致，设定光学经纬仪的舷角数据；
第五步，架设陀螺经纬仪，根据光学经纬仪架设位置，给码头上陀螺经纬仪架设提供方位，待陀螺经纬仪架设完成后，开机稳定且寻北结束；
第六步，航向标较，在光学经纬仪和陀螺经纬仪架设完成后，保证平台罗经开机稳定且正常输出航向，开始航向标定，光学经纬仪和陀螺经纬仪进行对准互瞄，同时记录光学经纬仪和陀螺经纬仪以及平台罗经读数，重复本步骤2次；
第七步，软件计算及处理数据，将记录的数据输入数据处理电脑对数据进行处理；
第八步，校核和调整平台罗经以结束标校，经过上述操作以修正平台罗经的航向值，重复上述第六步和第七步，对修正后的平台罗经航向值进行判断，使之满足技术要求，完成标校。
2.根据权利要求1所述的一种船用平台罗经系泊态航向标定方法，其特征在于，陀螺经纬仪和光学经纬仪组成的船用平台罗经系泊态航向标定方法的所属仪器设备组装状态为：工程船舶(1)作为平台罗经(4)、光学经纬仪(3)和数据处理电脑(5)的工作平台，陀螺经纬仪(2)安置于选定的合适陆上地点，陀螺经纬仪(2)、光学经纬仪(3)和平台罗经(4)分别将数据人工输入至数据处理电脑(5)上，光学经纬仪(3)安放于工程船舶(1)甲板艏艉线处，平台罗经(4)和数据处理电脑(5)安放于工程船舶(1)上的专用舱室内，平台罗经(4)平行于水平面安放于工程船舶(1)的艏艉线处。
3.根据权利要求1所述的一种船用平台罗经系泊态航向标定方法，其特征在于，在所述第一步的前期准备中，按计划选择静水港湾，视距内能见度良好；工程船舶(1)码头系泊，液舱油水量满足正常排水量的装载要求；工程船舶(1)纵、横向倾角不超过30′；陀螺经纬仪(2)架设位置周围无振动源和强磁场，且与工程船舶(1)距离不小于100米的视距内无阻碍物；平台罗经(4)安装完整；配备的陀螺经纬仪(2)和光学经纬仪(3)在有效期内；配备能运行Excel软件的数据处理电脑(5)。
4.根据权利要求1所述的一种船用平台罗经系泊态航向标定方法，其特征在于，在所述的第四步中，架设光学经纬仪的具体操作方法如下：
①在工程船舶(1)甲板艏艉线上安置三脚架；
②将光学经纬仪(3)固定于三脚架平台上；
③调整光学经纬仪(3)的架设姿态，使光学经纬仪(3)的水平与工程船舶(1)的水平姿态一致，误差不大于30秒，且光学经纬仪(3)的舷角与工程船舶(1)的艏艉线一致，误差不大于30秒；
④设置光学经纬仪(3)的向艏舷角读数为0°，向艉舷角读数为180°。
5.根据权利要求1所述的一种船用平台罗经系泊态航向标定方法，其特征在于，在所述的第五步中，在光学经纬仪(3)架设完成后，转动光学经纬仪(3)光学镜舷角至90°或270°，给码头上陀螺经纬仪(2)的架设提供方位，架设陀螺经纬仪(2)的具体操作如下：
①在距离工程船舶(1)大于100m处的陆地上，按照光学经纬仪(3)提供的舷角架设陀螺经纬仪(2)；
②光学经纬仪(3)与陀螺经纬仪(2)之间的对瞄线与工程船舶(1)艏艉线垂直，且倾角不大于5°；
③陀螺经纬仪(2)架设完成后，开机稳定且寻北结束。
6.根据权利要求1所述的一种船用平台罗经系泊态航向标定方法，其特征在于，在所述的第六步中航向标定过程操作如下：光学经纬仪(3)和陀螺经纬仪(2)对准互瞄，调整光学经纬仪(3)，当光学经纬仪(3)上镜筒内的十字线与陀螺经纬仪(2)镜筒重合时，同时记录光学经纬仪(3)读数Ai和陀螺经纬仪(2)读数Bi以及平台罗经(4)读数Ki，每隔10min记录一次，共记录10组有效数据，根据平台罗经(4)航向误差特性，设计平台罗经(4)需有3次启动，第二次和第三次启动稳定后，重复标定及数据记录。
7.根据权利要求6所述的一种船用平台罗经系泊态航向标定方法，其特征在于，在所述的第七步的软件计算及处理数据时，将第六步中记录的数据Ai、Bi、Ki输入数据处理电脑(5)中，利用数据处理电脑(5)中的Excel软件进行如下操作：
通过平台罗经(4)误差分析与实践分析，各次启动后的稳定点误差并不相同，该稳定点被称为各次启动误差，记为μg，由于采样时间长为10min，各采样点相对稳定点的离散度大，叫做起伏误差，记为σq，正因为各次启动误差不等，呈随机状，就有稳定点误差μg与相对系统误差μ的离散度描述σg；
按最大似然法进行估计，数据处理公式如下：
真航向Cij＝Aij+Bij－180°；
其中，Ai应取接近于90°的值，若接近270°，应被360°减，
平台罗经(4)的航向误差ΔHij＝|Kij－Cij|；
第j次启动的稳定点误差又称各次启动误差，
第j次启动的起伏误差
平台罗经(4)航向的系统误差
各次启动误差的均方误差
平台罗经(4)的起伏误差
平台罗经(4)的均方误差
平台罗经(4)航向误差的均方根值(航向精度)
其中i为采样次数：1，2……n，n≥10；j为启动次数：1，2，3，
严格说，σq、σg、σ、μ和RMS等都是估计值，以上属于处理后再融合，也可以将3次启动测试的所有数据一并处理，即σ和μ按照下式计算：
平台罗经(4)航向误差的均方根值(航向精度)
两种处理结果等效。
8.根据权利要求7所述的一种船用平台罗经系泊态航向标定方法，其特征在于，将平台罗经(4)航向误差的均方根值(航向精度)RSM用于修正平台罗经(4)的航向值，重复操作并对修正后的平台罗经(4)航向值进行判断，最终使平台罗经(4)航向误差的均方根值(航向精度)RSM满足技术要求。
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