教案20(无线电导航系统 )

一、导航概述二、导航设备课题二十、无线电导航系统一、导航概述导航设备就是引导船舶航行的设备，天文导航方法，在我国古代叫做“牵星过洋术”。到了800多年前的宋代，出现了磁罗经，导航方法有了新的发展。不同阶段或区域，对航行安全要求也因环境不同而各异,但都是为了保证最小航行交通冲突，最有效地利用日益拥挤的航路，保证航行安全，提高交通运输效益，节约能源。按照导航系统的功能划分大致有以下几类：1、自主导航自主导航系统适于上述五种航路的任何一种，它基本上是一种单纯的导航系统，其主要特征是仅向用户提供位置、航速、航向和时间信息，也可包括海图航迹显示，不需通信系统。适应于任何海面、湖面和内河上航行的船舶，从大型远洋货轮到私人游艇。2、港口管理和进港引导这种系统主要用在港口/码头的船舶调度管理、进港船舶引导，以确保港口/码头航行的安全和秩序。该系统需要双向数据/话音通信，以便于领航员引导船舶；港区情境/海图显示，以表明停泊的船舶和可利用的进港航线，避免冲撞。这种系统对导航系统的精度要求高，要采用差分GPS和其他增强技术。3、航路交通管理系统主要用于近海和内陆河航路上的船舶导航和管理，通常需要卫星通讯系统支持。4、跟踪监视系统这类系统主要用于海上巡逻艇、缉私艇及各种游艇，特别是私人游艇以防盗。根据具体的使用对象，有些系统需要给出导航参量和双向数据、话音通讯，如缉私艇。而有时则不需要给出导航参量，如用于私人游艇防盗，仅需要单向数据通讯，一旦发生被盗，游艇上的导航系统不断把自己的位置和航向送到有关中心，以便于跟踪。5、紧急救援系统系统也包括两栖飞机，直升机和陆地车辆。它适应于所有五类航路，用于搜寻和救援各种海面、湖面、内河上的遇险、遇难船舶和人员。这类系统需要双向数据/话音通信，要求响应时间快、定位精度高。6、GPS/声纳组合用于水下机器人导航该类组合系统可用于水下管道铺设和维修（需要视觉系统），水文测量以及其它海下作业，如用于港口/码头水下勘测，以便于进场航道阻塞物清除，保证航道畅通，也可用于远洋捕捞，渔船作业引导等。7、其它应用所采用的导航技术主要有：GPS、声纳技术、航海图、无线电导航技术、图象匹配技术。二、导航设备（1）灯塔（2）无线电导航（3）船用磁罗经（4）陀螺罗经（5）船用计程仪（6）声纳（7）船载航行记录仪（1）灯塔位于显要位置处的灯塔应注意其建筑造型，使其成为港口景点之一。大连红白塔青岛灯塔韩国蔚山新港比萨灯塔日照灯塔虽然现代科技发达，但并不能完全代替灯塔的作用设置航标的目的在于标明航道的界限，针对暗藏的危险障碍物，如岩礁、浅滩、拦门沙和航道弯段等，给予警示和引导，使船舶得以安全而迅速地到达目的地。灯塔是航标之一，用以引导远处船舶接近港口，或用以指示礁石、浅滩等危及航行的障碍物。港口导航设施包含内容较为广泛，大致分为常规的、电子的和卫星导助航设施。常规导助航标志也称为航标，有浮标、固定标、导标和灯塔等。电子导航设施即船舶通航服务站(VTS)，卫星导航(GPS)系统是先进的导航设施，它是在陆上和船上分别设有接收和发射装置，通过人造卫星传递信息，从而及时、准确地控制船位，使船舶安全进出港口。AEHBL灯塔设计由于地球表面为一曲面，故塔身须有充分的高度，使灯光能为相当远距离的航船所察见，一般视距为15～25nmile.灯光也不宜过高，以免受到高出云雾的遮蔽。重庆规划为导航建世界第一航标塔“第一塔”俯瞰主城美景规划中的“第一塔”与江北嘴的大剧院、科技馆和朝天门港相协调，无疑会带来较大的旅游经济效益。游客在“第一塔”上俯瞰重庆主城，肯定会让游客感到无比新奇。船舶云集导航功能明显三峡水库蓄水后，重庆主城的长江和嘉陵江航道都位于回水区内，航运条件更加优越，船舶数量越来越多，水上浮标已不能完全满足安全航行需要。而“第一塔”将具备明显的导航功能，同时“第一塔”发射的无线电将覆盖广阔水域。重庆正规划建设“世界第一航标塔”，首要功能是导航，其次是景观效应。位于江北嘴将设观光电梯这座灯塔将位于长江与嘉陵江交汇的江北嘴水域。目前已进入操作阶段，高度肯定将超过目前世界上最高的航标塔，并将设观光电梯。根据灯塔的大小和所在地点的特点，灯塔可以是有人看守的，也可以是无人看守的。重要灯塔宜有人看守。大型灯塔地点合适时，可以和VTS结合建设。船舶通航服务站(VTS)VTS:vesseltrafficservices船舶通航服务站，又称航管站，主要由岸上雷达系统(包括电视扫描光栅显示器)和无线甚高频(VHF)电话岸台组成。船舶通航服务站是港口现代化的重要标志之一，可大大减少事故率。雷达系统可以在各种气候条件下发现并测定水上船舶的位置。因此，如果在雷达屏幕上显示出航道、锚地等地图形状(视频地图)，则可方便地观测到船舶在雷达覆盖区内的移动状态，并通过计算机测定船舶的航向及航速。船舶通航服务站一般具有以下功能：（1）监视进港航道、锚地、调头区的船舶动态；（2）在视线不良或雾天通过甚高频无线电话向船舶提供导航信息，如船位、航向、航速及到达转向点距离、偏离航道轴线情况及周围相关目标动态等；（3）在恶劣气候或台风季节，监视抛锚船舶的锚位移动并及时发出警告；（4）监视水上航行危险区或禁止抛锚区，遇有危险状态或违章现象及时发出警告。（2）无线电导航利用无线电引导飞行器沿规定航线、在规定时间达到目的地的航行技术。利用无线电波的传播特性可测定飞行器的导航参量（方位、距离和速度），算出与规定航线的偏差，由驾驶员或自动驾驶仪操纵飞行器消除偏差以保持正确航线。（1）发展历史20世纪20～30年代，无线电测向是航海和航空仅有的一种导航手段，而且一直沿用至今。不过它后来已成为一种辅助手段。第二次世界大战期间，无线电导航技术迅速发展，出现了各种导航系统。雷达也开始在舰船和飞机上用作导航手段。飞机着陆开始使用雷达和仪表着陆系统。60年代出现子午仪卫星导航系统。70年代微波着陆引导系统研制成功。80年代，同步测距全球定位系统研制成功。无线电导航在军事和民用方面有着广阔的应用前景。（2）无线电导航原理无线电导航主要利用电磁波传播的基本特性：电磁波在在均匀理想媒质中，沿直线（或最短路径）传播;;电磁波在自由空间的传播速度是恒定的;电磁波在传播路线上遇到障碍物或在不连续媒质的界面上时会发生反射。无线电导航就是利用上述特性，通过无线电波的接收、发射和处理，导航设备能测量出所在载体相对于导航台的方向、距离、距离差、速度等导航参量（几何参量）。通过测量无线电导航台发射信号(无线电电磁波)的时间、相位、幅度、频率参量，可确定运动载体相对于导航台的方位、距离和距离差等几何参量，从而确定运动载体与导航台之间的相对位置关系，据此实现对运动载体的定位和导航。（3）优缺点无线电导航:优点：不受时间、天气限制，精度高，作用距离远方,定位时间短，设备简单可靠；缺点：必须辐射和接收无线电波而易被发现和干扰，需要载体外的导航台支持，一旦导航台失效，与之对应的导航设备无法使用；同时，易发生故障。（4）分类无线电导航根据运载工具的不同有不同的分类:船舶无线电导航和飞行器导航。船舶无线电导航，又称无线电航海，是利用无线电波测定船位和引导船舶沿预定航线航行的技术。飞行器导航指利用无线电引导飞行器沿规定航线安全达到目的地的技术。利用无线电波，可以测定飞行器的方位、距离、速度等参数，计算出与规定航线的偏差，再由驾驶员或自动驾驶仪进行操作消除偏差。SOLAS公约规定，1600总吨以上的国际海域航行船舶，必须安装无线电测向仪，测量遇险船舶发射的SOS求救信号的传播方向，进行搜索救助。无线电测向仪是最早的一种无线电导航设备。它以岸上两个以上全方向发射的无线电指向标台或无线广播电台的来波方向，来决定船位，也可用于测定发射无线电波的目标所在方位。无线电测向仪由于其作用距离和定位精度等方面远远不如其它一些无线电导航设备，当前在航海中已退居辅助地位，但其测定无线电发射台方位的能力仍然是独一无二的。2、无线电测向仪的组成（1）无线电测向仪分类按照天线形状，分为单环旋转式和双环固定式。按测向方式，分为耳听式、目测式和耳听目测式三种。按接收通道分类，分为单通道测向仪和双通道测向仪。（2）无线电测向仪的组成接收天线、本机和电源三部分组成。无线电测向仪工作原理框图①船用磁罗经分类②磁罗经结构③磁罗经的安装④磁罗经的检查（3）船用磁罗经1.按用途分类：1)标准罗经：安装在驾驶台顶的露天甲板上，因安装位置较高，受船磁影响小，故称为标准罗经。2)操舵罗经：安装在驾驶室内，用于读取船舶航向。3)应急罗经：安装在船尾应急舵前面，用于应急时操舵用。4)救生艇罗经：供操纵救生艇时使用。①船用罗经分类2、按罗盘直径分类：有190mm，165mm和130mm三种。3、按有无液体分类：液体罗经：罗盆内充满液体，罗经性能优良，故被广泛使用；干罗经：罗盘支在轴针上，当船舶摇摆时罗盘稳定性能差，该种罗经已被淘汰。组成：罗经盆，罗经柜，自差校正器1.罗盆(compassbowl)②磁罗经结构罗经盆由罗盆本体与罗盘组成罗盆本体•罗盆盆体一般用铜材料制造。•注液孔:用以消除罗盆内气泡。•基线：首基线用于读取船航向。•罗盆液体：多用酒精（45％）和蒸馏水（55％）的混合液体，酒精的作用是降低冰点（-26º）还有使用煤油和防冻液作为罗盆液体。•采取防止液体热膨胀冷缩措施1)罗盆底部为铜皱片2)罗盆分为上下两室由毛细管连通，通过罗盆内的压力来调节。•为保持罗盆的稳定性1)降低罗盆的重心，在罗盆底部加配重。2)罗盆架在常平环上。罗盘（compasscard）罗盘是指示方向的灵敏部件.罗盘组成：刻度盘，浮室，磁钢和轴帽1)刻度盘由铜片,环氧玻璃布等非磁性材制作,上面刻有0－360度刻度和方向点。2)浮室：为水密空气室以增加罗盘浮力减小轴针与轴帽之间的摩擦力。3)轴帽：轴帽中心处嵌有宝石，轴针尖端由铱金等硬金属制成，以减小与轴帽间的摩擦力。4)磁钢：磁钢轴线与刻度盘0－180度对称平行罗盘磁钢有条形磁棒和环形磁钢两种类型。2.罗经柜(binnaclestand)罗经柜由非磁性材料制作，用于放置罗盆和自差校正器。1.磁罗经安装位置应满足的条件:1)罗经应安装在船首尾面内，否则因船铁不对称，易使罗经产生较大的剩余自差；2)船舶上特别是顶甲板上的钢铁器件应尽量远离罗经，至少大于1米以上；3)罗经周围应是开敞的，以便于观测方位。③磁罗经的安装2、罗经的安装首先用尺测量将罗经安放在船首尾面内利用方位圈，借助位于船首尾内的桅杆和烟囱等目标，校对罗经的基线是否准确罗经基线误差小于0.º5烟囱1.罗盘灵敏度1)该项检查实际上是检查轴针与轴帽间摩擦力的大小；2)检查方法：用小磁铁将罗盘从原平衡位置向左和向右分别引偏2~3度，然后移去小磁铁，视罗盘是否恢复原位；3)要求与原航向读数相差小于0.2度。④磁罗经的检查2、排除罗盆气泡1）气泡产生的原因：a.因胶皮垫圈老化导致罗盆密封处漏水；b.浮室漏水。2）罗盆内有气泡，会影响观测航向和方位，应及时予以排除。3）消除气泡方法：a.先鉴别罗盆内是何种液体；b.配制相同的液体；c.注液孔朝上，用注射器注入液体，直至气泡完全消除为止。5.自差校正器的检查1)硬铁校正器：应无锈，磁棒的极性应与标记相符；2)软铁校正器：应不含永久性磁性；软铁球：将球贴近罗经柜原位转动，若基线所指的度数发生了变化，说明软铁球含有永久性磁性。佛氏铁：船位于东或西航向上，将佛氏铁分段正反向放入筒中，若航向发生变化，说明佛氏铁含有永久磁性。可采用敲击，加热的方法退磁。（4）陀螺罗经（4）陀螺罗经一、陀螺罗经的典型产品•安许茨系列：（ANSCHUTZ-德国）标准4、6、14、20型、22型•普拉特：（PLATH-德国）PLATH-C型•航海I型（中国）•北辰（日本）CMZ-300、CMZ-500型二、安许茨系列罗经主要共性：灵敏部分为双转子陀螺球、采用液浮和辅助支承；利用陀螺球重心下移产生水平轴控制力矩；利用液体阻尼器产生水平轴阻尼力矩。②安许茨4型罗经主罗经结构主罗经组成：•灵敏部分（Sensitiv