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航海电子系统的复习思考一、陀螺罗经的典型电路分析，如：传向系统、随动系统的基本构成、电路特色等。以Sperry系列罗经为例：随动系统由随动传感器、随动放大器、方位电机组成；传向系统由步进式发送器、控制电路、步进式分罗经组成；原理框图如下图所示:电路特色：1.随动传感器采用E型变压器，随动信号的大小取决于衔铁偏离E型铁芯中间的大小，随动信号的相位取决于衔铁偏离的方向；2.传向系统采用直流步进式传向系统二、在现代水声导航仪器中，如：测深仪、声相关计程仪和多普勒计程仪的工作原理。如何实现向水下发射超声波？测深仪工作原理?测深仪工作原理：在船底安装有能发射超声波的换能器A和接受换能器B,A与B之间的距离为S,称之为基线.发射换能器A以间歇的形式向水下发射频率为20—200KHZ的超声波,超声波经海底一部分被反射,反射回来的一部分被接受换能器B接受.如果能测出声波自发射换能器A发射至接受换能器B接受所经历的时间t,即可求出水深.H=D+h=D+√DA*DA-AM*AM=D+√(ct/2)*(cr/2)-(s/2)(s/2)声相关计程仪原理:沿船底纵向等间距安装有前后接受换能器Bf,发射换能器Bt,Ba以及后向接受换能器.前后向换能器间距为S.发射换能器Bt以一定的时间间隔垂直向海底发射超声波脉冲信号,经海底发射回来的一部分超声波信号被前向接收器换能器Bf和后向接受换能器Ba所接受.假设船速为V,t1时刻,如(a)图,Bt正好位于点A正上方,Bt发射的脉冲信号经A点反射后被Bf接受,经时间间隔T时,即t2时刻,船舶向前航行一小段航程.接受换能器Ba正好位于海底A点正上方.此时Bt发射的脉冲信号经A点反射后刚好被Ba接受.Bf,Ba均接受来自海底A点反射回来的信号,在t1,t2时刻,两回波变化曲线几乎完全相同,经比对求出时间T.T=S/2/V=S/(2V)则V=S/(2T),可对航速积分,得到船舶的累计航程.多普勒计程仪工作原理:在船底O处安装一收发兼用的换能器,以固定俯角θ向船首前下方海底发射频率为f0的超声波,超声波经海底反射后(海底可视为二次发射的声源),一小部分声波能量被换能器接受.显然,接收到的反射回波经历了二次多普勒频移,所以多普勒频移△f为△=2f0Vcosθ/C,可得V=C*△f/(2f0cosθ).C取1500m/sf0和发射俯角θ已知,只要测得△f,就可以算出V.再对V积分可得航程.通过换能器向水下发射超声波.三、多普勒计程仪中，用公式证明如何采用三个测速波速（Y型）能实现船舶测量前进、后退和横移速度。设三条波束与海底平面的交角均为θ设船舶航行速度为v，方向向前为正，横荡速度为w，方向向右舷为正，垂荡速度为u，方向垂直向上为正。方向1:v方向2:-vcosα+wsinα方向3:-vcosα-wsinαΔf1=2f0(vcosθ-usinθ)/cΔf2=2f0[(-vcosα+wsinα)cosθ-usinθ]/cΔf3=2f0[(-vcosα-wsinα)cosθ-usinθ]/c(Δf2+Δf3)/2=2f0(-2vcosαcosθ-2usinθ)/c(Δf2+Δf3)/2=2f0(-vcosαcosθ-usinθ)/cΔf纵=Δf1-(Δf2+Δf3)/2=2f0(vcosθ+vcosαcosθ)/c=2f0[vcosθ（1+cosα）]/cΔf横=Δf2-Δf3=2f0(2wsinαcosθ）/c=4f0(wsinαcosθ）/c四、GPS工作原理；包括卫星信号的调制及编码发射过程、接收机的信号接收过程等。画出各自的电路框图。答：工作原理GPS是一种测距定位系统，利用测定高轨卫星信号的传播延时（电波在空间传播的时间）和多普勒频移，计算出卫星与用户之间的距离、距离变化率，以精确测定用户位置（三维）、速度（三维）、和时间参数。测定出用户到3颗卫星的距离可以得到以卫星为球心，以卫星到用户的距离为半径的三个球面，其交点就是用户的三维空间位置。然而，一般用户无精确的时钟，需要用第四颗卫星来估算出用户时钟偏差。GPS卫星导航仪，将接受到的GPS卫星信号进行变频、放大、宽带滤波变为中频信号后，经过锁相环路相关检测，解调出伪随机码、载波及导航数据；测量出伪距离和GPS信号的多普勒频移；计算出用户的位置、速度及其它所需要的信息。（下面是调制及编码）五、船载AIS设备的基本组成部分与传输的数据种类。答：（1）组成部分：内置GNSS接收机：如GPS，GLONASS，用来确定精确的UTC时间；它连接到自身的GNSS天线。一般还有外接的GNSS设备。如外接的GNSS位置信息丢失，AIS将从内置GNSS获得位置和其它导航数据；两个VHF接收机：能同时在AIS1和AIS2频道同时接收数据；在CH70频道运行，接收轮询指令和其它该频道上的信息。DSC运行是自动的，不需要人工干预。一个VHF发射机：能运行在所以海上VHF频道；能应答CH70的协商资讯。任何时候，AIS只能在同时一个频道上发送，系统能自动选择正确的发射频道（AIS1/AIS2/DSC70）第5/6页一根VHF天线：发射机和三个接收机共同使用；VHF天线和船上其它VHF分离；数据处理系统：最小显示和键盘MKD（2）依据用户相关性的数据类型分为五组：静态数据：静态数据通常仅仅一次输入AIS系统MMSI海上移动服务识别码Callsign&name呼号船名IMOnumberIMO号码Lengthandbeam船长与船宽Typeofship船舶类型Locationofposition-fixingantennaontheship定位天线位置Heightoverkeel龙骨以上高度动态数据：动态数据信息通常根据船舶运动而变化Ship‘sposition（withaccuracyindicationandintegritystatus）船位TimeinUTCUTC时间Courseoverground对地航向Speedoverground对地速度Heading首向Rateofturn偏转率Navigationalstatus(e.g.NUC,atanchor,etc.manualinput)航行状态航次相关数据：在每个航次开始或由变化时，手动输入Ship'sdraught吃水Hazardouscargo(type)危险货物DestinationandETA目的地ETAOptional-Routeplan(waypoints)计划航线DG:(DangerousGoods)危险货物HS:(HarmfulSubstances)有害物质MP:(MarinePollutants)海洋污染安全与安保相关消息：所有AIS船载设备都能接收和发送安全与安保消息；可采用对单个台站或广播式发送；消息长度限制在160个字符内；对单个台站（有地址信息）的消息，有一个自动应答反馈（对方完全收到或存在问题）；广播消息则没有自动应答；其它用户相关AIS消息：