船用磁罗经校正系统研究

论文摘要

现代船舶对磁罗经影响所产生的自差常常很大,最大时航向偏差出现四五十度,甚至出现自差力完全削弱磁罗经指北力的现象,使磁罗经失去指北导航的意义。因此,国际航海协会作出规定:在新装磁罗经或磁罗经移位后、大中小修船后、磁罗经附近建筑物改建后、磁罗经发生剧烈振动后、船体经电焊或敲击出现自差显著变化的、船固定在一航向停泊一个月以上、船装运大量磁性货物后、没有用软铁消除软半圆自差力和感应自差力的罗经而航行纬度变化10°以上时、罗经校正自差后超过一年以上等条件下均需对磁罗经进行自差校正。同时由于传统自差校正方法需花费大量的人力物力和财力,对此新的磁罗经自差校正法成为各家追求的目标。舰用磁罗经校正系统正是智能化程度高、条件简单的磁罗经自差校正系统,其是一个综合电罗经技术和磁罗经技术的新的自差校正系统。本系统利用电罗经的自动测定技术来把电罗经航向信号数字化,设计实现航向数字化,利用本系统获得航向真值;磁航向信号通过磁阻传感器来直接敏感合成磁场,把磁航向信号数字化,设计实现数字磁罗经航向系统,输出被测的罗航向信号,获得罗航向;通过电罗经航向数字化系统和磁罗经航向数字系统获得真航向及罗航向,两者相比较求罗经自差。其原理为:磁阻传感器敏感外界磁场,输出罗航向直流感应电压信号,送至A/D转换器进行转换,并经单片机计算处理得到罗航向度数值;对同步电机或步进电机罗经的信号处理,对比信号的变化关系,利用单片机进行累加计算形成电罗经数字航向,将其数字航向作为系统的真航向;将其罗航向的数字航向和真航向(电罗经数字航向)对比,得到罗经差,去掉磁差,得到自差,并通过单片机计算得到五个自差系数,并求各个航向上的自差,以至实现单片机对罗经自差进行软件修正。本系统可以消除船舶倾斜时对船舶自差影响,实时显示船舶的罗航向、磁航向以及真航向;通过本系统的系统模拟仿真,结果与理论分析相符,实现最优设计。本系统与其他磁罗经校差方法相比较,电罗经对比法测量自差的本系统应更适合对于大中型船舶校正磁罗经自差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 背景和意义
• 1.2 磁罗经校差技术的发展概况
• 1.3 论文的主要研究工作
• 第2章 磁罗经自差的产生和校正方法
• 2.1 磁罗经结构原理
• 2.1.1 磁罗经的分类
• 2.1.2 磁罗经的结构
• 2.2 磁罗经自差的产生
• 2.2.1 船铁的磁化
• 2.2.2 纵硬铁产生的自差性质及其消除原理
• 2.2.3 横硬铁产生的自差性质及其消除原理
• 2.2.4 纵软铁和横软铁产生的自差性质及其消除原理
• 2.2.5 纵、横不对称软铁产生的自差性质
• 2.2.6 垂直硬铁、垂直软铁产生的倾斜自差
• 2.3 自差的校正
• 2.3.1 消除自差的必要性及原则
• 2.3.2 倾斜自差的校正
• 2.3.3 半圆自差的消除
• 2.3.4 象限自差的消除
• 2.3.5 实用的消除自差方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 概述
• 3.2 磁罗经航向数字化
• 3.2.1 磁阻传感器特点
• 3.2.2 磁阻效应
• 3.2.3 磁阻效应原理
• 3.2.4 磁阻传感器
• 3.2.5 置位复位原理
• 3.2.6 硬铁补偿原理
• 3.2.7 磁罗经航向数字化模块硬件设计
• 3.3 电罗经航向数字化
• 3.3.1 步进式航向转换
• 3.3.2 同步式航向转换
• 3.3.3 步进信号的处理
• 3.3.4 航向信号的处理
• 3.4 系统硬件设计
• 3.4.1 系统硬件组成框图
• 3.4.2 硬件组成
• 3.5 本章小结
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 自差算法
• 4.1.1 六航向求取自差系数法
• 4.1.2 利用电罗经求自差
• 4.1.3 求取自差系数
• 4.1.4 自差系数的意义
• 4.2 航向计算
• 4.2.1 磁航向的计算
• 4.2.2 真航向的计算公式
• 4.3 单航向的自差校正
• 4.4 程序设计
• 4.4.1 总体设计方案
• 4.4.2 软件模块和6264存储空间的分配
• 4.4.3 软件算法
• 4.5 软件模块设计
• 4.5.1 电罗经初始航向以及当地磁差输入软件模块设计
• 4.5.2 工作于磁阻罗经方式的模块
• 4.5.3 对比航向及自差计算软件模块
• 4.5.4 五个航向自差系数计算模块
• 4.5.5 倾斜自差修正模块
• 4.6 本章小结
• 第5章 系统的仿真分析及结论
• 5.1 系统的仿真分析
• 5.2 系统的结论
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历
• 附图