基本介紹
- 中文名：航向測量
- 外文名：heading measurement
- 所屬領域：航空航天
- 測量儀表：直讀磁羅盤、陀螺半羅盤
- 航向分類：磁航向、真航向
- 目的：實現自動飛行管理
儀器種類,直讀磁羅盤,陀螺半羅盤,陀螺磁羅盤,組合航向測量,
儀器種類
直讀磁羅盤
直讀磁羅盤是根據磁針恆指南北的特性製成的，它是早期飛機上測量航向的主要儀表，具有體積小、構造簡單、不易發生故障的優點，現在主要用做各型飛機的備用羅盤。
直讀磁羅盤是利用永磁鐵與地磁相互作用的原理而指示航向的。它由外殼和羅盤兩部分組成，外殼固定在飛機上，外殼的玻璃中央刻有一條航向標線，羅盤刻度環上刻有刻度。當航向改變時，羅盤不動，外殼隨飛機轉動，航向標線在刻度環上所對應的刻度就是飛機的航向，從而測量出飛機任一航向的刻度。
直讀磁羅盤的缺點主要是當飛機進行機動飛行或飛機姿態長時間不穩定時，存在較大的飛行誤差；在高緯度地區她磁水平強度很弱，不能準確而穩定地測量航向；直讀磁羅盤指示的是羅航向，使用時必須修正羅差後才是磁航向。
陀螺半羅盤
陀螺半羅盤是利用陀螺的定軸性，通過一個二自由度陀螺儀來測定羅盤的基準線，依靠人工調整羅盤基準線同經線的方向一致，從而測定出飛機的航向。目前飛機上使用的陀螺半羅盤有直讀式和遠讀式兩種。
1．直讀陀螺半羅盤
刻度環固定在二自由度陀螺儀的外框上，如果將刻度環上0度-180度線(羅盤基準線)人工調整與經線方向一致，外殼上航向標線指示的就是航向。
飛行過程中，直讀陀螺半羅盤存在自走誤差，自走誤差為每15 min 2～3°，所以飛行中必須每隔約15 min校準一次航向。航向的調定或校準通過儀表下方的航向調整鈕進行。先推進旋鈕，陀螺上鎖，然後向左或右轉動，使航向標線指示直讀磁羅盤或其他羅盤航向的刻度，刻度盤上0°-180°線便與經線一致，拔出旋鈕，便指示飛機的航向。
2．遠讀陀螺半羅盤
遠讀陀螺半羅盤由陀螺感測器、指示器和控制器等組成。指示器和控制器裝在儀錶板上，陀螺感測器裝在飛機其他位置。
遠讀陀螺半羅盤的陀螺穩定性和測定航向的精確度大大提高，飛行中陀螺自走誤差每30 min約1.5°，是一種性能較好的羅盤。
陀螺半羅盤的結構簡單，造價低，而且指示穩定、準確，但羅盤基準線需人工調定，因此，飛行中必須與磁羅盤配合使用，而且存在自走誤差，飛行中必須定時與磁羅盤校準。
陀螺磁羅盤
陀螺磁羅盤主要由磁感測器、陀螺感測器、指示器等部件構成，是一種較先進的羅盤。陀螺磁羅盤利用地磁敏感元件和二自由度方位陀螺，實現測量飛機在任何情況下的航向。既兼顧磁羅盤測量以磁經線為基準的航向，又在高緯度地區和強磁區由陀螺半羅盤測量轉彎角；消除了磁羅盤受地磁影響和陀螺半羅盤不能獨立測量航向的缺陷。陀螺磁羅盤有磁條式和感應式兩種。
磁條式陀螺磁羅盤：測量航向的感測部分是磁條式羅盤。
感應式陀螺磁羅盤：測量航向的感測部分是地磁感應元件。
陀螺磁羅盤的主要優點：①直線飛行指示航向穩定、準確；轉彎誤差很小，積累誤差一般不大於0.50/min；②由於修正機構中的羅差修正器和補償器能消除磁感測器的羅差，磁感測器輸出的是磁航向信號，因此指示器指示磁航向，使用中不需要換算為磁航向；③地磁感應元件靈敏度比較高，高緯度地區仍能正常工作，是該區測量航向的主要儀表；④飛行中不需要定時進行航向校準，減少了飛行員的負擔。
陀螺磁羅盤不足的地方：構造比較複雜，價格較高，故障率高，維護困難。
組合航向測量
不同的航向確定方法呈現不同的誤差特性。磁航向測量精度受加速度和局部磁場異常的影響。多天線GNSS測量航向噪聲大且易受信號中斷的影響。由軌跡推得的航向角依賴於可得到的速度解，且低速時不可靠。單陀螺或差分里程計能提供精確的短期航向變化測量，但由於感測器誤差和車輛側傾、斜坡或路面不平等因素的影響會造成誤差積累。
更穩定和更精確的航向解，通常通過絕對航向測量方法和角速率測量方法組合得到。前者如磁測量、GNSS測量或軌跡推導的航向，後者如陀螺測量或差分里程計測量。角速率感測器可以平滑絕對航向測量的噪聲，而絕對航向測量可以校正陀螺或里程計的漂移。
將磁羅盤與陀螺或差分里程計組合，可獲得更穩定的航向測量。這兩種感測器能夠提供短時的精確航向變化，但有長期漂移較大的缺點。因此，陀螺或里程計可以平滑磁羅盤噪聲，而磁羅盤能夠修正陀螺/里程計的漂移。
