航海儀器

航海儀器（navigational instruments），用於確定船位和保證船舶安全航行的各種儀器的統稱。主要是航行定位儀器，它分為航跡推算儀器、陸標定位儀器、天文定位儀器和無線電定位儀器4類。

基本介紹

• 中文名：航海儀器
• 外文名：navigational instruments
• 性質：航行定位儀器

簡介

概述

用於確定船位和保證船舶安全航行的儀器的統稱，主要是航行定位儀器。航行定位儀器可大致分為用於航跡推算、陸標定位、天文定位（見天文航海）和無線電定位（見船舶無線電導航）等四類。有些儀器可供幾種定位方法採用。

分類

①航跡推算儀器。用於航跡推算。包括羅經、計程儀、自動操舵儀和航跡記錄器。羅經是供確定航向和觀測物標方位用的儀器。通常有陀螺羅經和磁羅經兩種，前者精確方便，後者簡單可靠。在海圖上劃出航線後，船舶就靠羅經指示方向航行。計程儀在海圖的航線上量取航行距離，用於測量航速和累計航程。自動操舵儀用作自動控制舵機以保持航向。航跡記錄器用作自動在海圖上進行航跡推算作業。其他還有一些常規的儀器，如兩腳規、計算器等。

②陸標定位儀器。供沿岸航行船舶進行陸標定位用，主要有測方位用的方位圈等測方位儀器；測量物標距離用的測距離儀器；用於測量物標水平夾角用的測夾角儀器，如六分儀等；測水深儀器，如船用回聲測深儀等。

③天文定位儀器。主要是在陸標看不見時，用以觀測天體定位，包括六分儀、天文鐘、星球儀、索星卡、天文計算器等儀器。其中六分儀和天文鐘是傳統定位儀器。

④無線電定位儀器。它是船舶利用無線電技術定位的儀器，包括通用的測向儀、康索爾方位系統，羅蘭、台卡、奧米加、子午儀導航等雙曲線系統。此外，船上使用的航海儀器還有常規的水文、氣象測量等儀器、儀表。

套用

航跡推算

供航跡推算用儀器。主要有羅經、計程儀、自動操舵儀和航跡記錄器等。①羅經：確定航向和觀測物標方位的儀器。一般海船都裝有陀螺羅經和磁羅經兩種，前者精確方便，後者簡單可靠，互相取長補短。羅經和海圖同為最重要的航海工具，在海圖上畫出航線後，船舶就依靠羅經指示航向，沿航線駛向目的地。②計程儀：測量航速、累計航程的儀器。它和羅經同為航跡推算的基本儀器，在海圖上作業就是根據計程儀讀數在航線上量取航行距離。③自動操舵儀：能自動控制舵機（見舵設備）以保持航向的設備，又稱自動操舵裝置。使用較多的是機電式自動操舵儀，可根據海況和船舶裝載情況由人工調節偏舵角、反舵角和壓舵角。20世紀70年代出現的自適應自動操舵儀，能根據客觀情況自動調整上述各種舵角，使航向更穩定，經濟效益更好。④航跡記錄器：能自動在海圖上進行航跡推算作業的儀器，簡稱航跡儀。它根據輸入的羅經和計程儀（或主機轉速）的信息進行工作。此外，還有海圖作業用具如兩腳規、平行尺等；計算工具如計算尺、航海計算器等。

陸標定位

供沿岸航行船舶進行陸標定位的儀器。有測方位的、測距離的、測夾角的和測水深的四類。①測方位儀器：主要有方位圈，是套在羅經或羅經復示器上，觀測地物或天體方位的儀器。主要部分是由照門和照準架組成的照準儀。方位圈上有 0°～360° 刻度供測舷角用。在方位圈上裝上望遠鏡可便於精測。有的船上裝有啞羅經，用以觀測標準羅經視線受阻擋的物標方位。啞羅經結構簡單，沒有指北部件，要先對準航向再觀測方位。②測距離儀器：船用測量物標距離的光學儀器，有基線式和仰角式兩類。前者是根據測距儀的基線長度求物標距離；後者是根據物標高度求物標距離。用六分儀或用帶有密位標尺刻度的望遠鏡也可根據物標高度測仰角，從而求物標距離。雷達(見航海雷達)是既可測方位，又可測距離的儀器。它能在能見度不良的情況下和夜間進行觀測，是定位精度較高的一種儀器。雷達測距離的精度比測方位的高。③測夾角儀器：主要有六分儀。用六分儀測得3個物標的兩水平夾角，再用由一個圓形刻度盤和三條直尺構成的三桿定位儀（又稱三桿分度儀），按所得水平夾角的數值在海圖上定位。有一種三桿定位儀帶有一組反射鏡，可代替六分儀直接觀測水平夾角後在海圖上定位。④測水深儀器：通常船用測深設備有手砣和回聲測深儀。在等深線形狀合適的水域可用以測深辨位。正在發展的利用洋底地形定位的技術，就是將測深設備連續測得的水深數據通過電子計算機處理，然後與已知洋底地貌進行比較定位。

天文定位

主要是在看不到陸標的情況下，觀測天體定位用的儀器，包括六分儀，天文鐘、星球儀、索星卡、眼高差測定器以及天文計算器等。六分儀、天文鐘是傳統的定位儀器，雖然有了無線電定位設備，但由於它們結構簡單、使用可靠和隱蔽性好，仍是主要航海儀器之一。①六分儀：主要是用以觀測天體高度定船位的手持光學儀器。普通六分儀利用水天線作為觀測基準。也有利用氣泡水準提供人工地平的氣泡六分儀和用簡易陀螺儀提供人工地平的陀螺六分儀，它們在水天線不清時也能觀測天體高度，但其精度尚不能滿足航行中定位精度的要求。此外，還有利用光的增強裝置將夜間灰暗的水天線增亮的微光夜視六分儀，能接收天體輻射的無線電波和用人工平台自動觀測天體高度的射電六分儀，它們都有待改進和完善。②天文鐘：是指示世界時的精確時計。觀測天體高度時需記下準確時刻，以便在航海天文歷中入表，查找天體坐標。③星球儀：用以辨認星體或選擇適於觀測的星體的天球模型。星球儀上畫有常用恆星，也可臨時標上日、月、行星。④索星卡:按不同緯度將星空投影在平面上的一組圖卡，用途同星球儀。⑤眼高差測定器：是測量真地平與視地平（即水天線）之間夾角的儀器。以水天線為基準觀測天體高度須修正眼高差，其數值除可由航海表查得外，還可用眼高差測定器實測。在實際氣溫、水溫與航海表採用的標準值有較大差別時，用眼高差測定器求取眼高差更準確。⑥天文計算器：能簡化天文定位中人工計算作業的電子計算器。它能迅速解算天文三角形。有的記憶體有常用天體視坐標數據；有的還內裝準確時計，如與六分儀相聯自動記時，可在很大程度上減輕駕駛員負擔。

無線電定位

供船舶利用無線電技術定位的儀器。通用的有測向儀、康索爾等方位系統和羅蘭、台卡、奧米加、子午儀導航等雙曲線系統。它們各有優缺點，可以配合使用以取長補短，但不能相互替代。理想的定位系統還有待研製，它要求全球性、全天候、自備式、被動式、完全可靠和高精度。奧米加和子午儀導航系統曾被稱為20世紀60年代以來航海技術的兩大成就，但它們都只具備部分上述條件。80年代後期將正式投入使用的美國新的衛星導航系統，稱為 GPS全球定位系統。它可以連續定位，精度比子午導航儀系統更高，是向著理想定位系統跨進一步的新的技術成就。

此外，航海儀器還包括氣象、水文觀測儀，如氣壓表、乾濕溫度計、風速計等。

由於航海儀器對保證航行安全有重要意義，國際海上人命安全公約和國際海事組織通過的有關決議對航海儀器的安裝和性能標準分別作出了規定。

現狀與發展

磁羅經現狀與發展

現狀：

船舶仍然使用傳統的指向儀器磁羅經作為船舶的指向儀器， 或使用磁羅經和陀螺羅經共同作為船舶的指向儀器。磁羅經指向可靠的優點， 可以較好地彌補陀螺羅經容易發生故障、指向錯誤或不能指向的缺點。而陀螺羅經也彌補了磁羅經指向精度差，即指向誤差大、且誤差變化複雜的缺點。陀螺羅經不但為船舶航行提供精確的向位， 還可以比較方便地將所指示的航向轉換為信號，非常方便地傳輸到船舶上需要向位的位置， 並為ARP A 、電子海圖、自動舵等提供向位， 可以說是船舶自動航行所必須的指向儀器。但是， 由於陀螺羅經結構複雜， 是由眾多的機械器件和電器器件組成的。陀螺羅經一般需要連續工作幾十天、幾個月甚至幾年， 因此航行中就比較容易發生故障。有時即使是發生一個很小的故障， 就可能使整台羅經錯誤指向或不能指向。對此，一般採取的應對辦法是當陀螺羅經不能指向時，用人工操舵按磁羅經指示的航向航行，而不能使用謅動舵自動操舵航行，而其他需要輸人航向的儀器則改為人工輸人， 降低了船舶自動化航行的程度和可靠性。而且這種情況必將影響到今後船舶自動化航行的進一步發展。

發展：

1、提高陀螺儀的可靠性。船用陀螺羅經使用的陀螺儀( 陀螺電機) ， 全部使用電動陀螺儀，工作時轉子必須高速旋轉，電流大、機械磨損大、誤差大、故障率高， 壽命短， 是影響陀螺羅經指向性能的重要因素。未來可用體積小、精度高、壽命長的雷射陀螺儀或性能更好的陀螺儀代替使用的電動陀螺儀， 以提高陀螺羅經指向的可靠性和使用壽命。

2、 全部採用數位化技術處理和傳輸航向。陀螺羅經一般採用信號電橋、隨動變壓器、交流自整角機、光電轉換器等， 測量和傳輸陀螺球航向至主羅經( 刻度盤) 和分羅經。測量精度低、故障率高，信號傳輸過程中不容易對信號進行再處理， 以消除有關指向誤差和對信號的自動監測，影響了傳輸到其他儀器的航向精度及可靠性。若採用數位技術和CP U 電路， 將大幅度提高航向傳輸的精度和可靠性。

3、 增加羅經的自動監測功能。設定陀螺儀( 球) 主軸指向、主羅經指向、各復示器指向、電路故障、主要元器件故障和指向誤差等的自動監測功能， 當有關要素及器件發生變化時， 能夠自動檢測故障原因、位置， 並及時顯示和發出報警， 告知使用人員， 以便採取及時正確的應對措施， 確保陀螺航向信號源的可靠性。

定位儀器的現狀與發展

現狀：

船舶上用於定位的儀器主要是美國的“ 全球衛星導航系統( GPS ) ” 和雷達。衛星定位系統除了G PS ，還有俄羅斯的“ 全球導航衛星系統( GLONAS ) ” 、國際民航組織的“ 全球導航星系統( GNSS ) ” ; 我國也已於2000 年10 月、12月和2003年5 月發射了3 顆北斗l 號定位衛星。我國船舶主要利用GPS 定位。GPS 定位存在的主要問題是: 它是美國自己的一種衛星定位系統， 若完全依賴其定位， 特殊情況下可能存在不安全因素。另外， GPS 只有一個民用頻率和一種可選擇性編碼信號， 不能有效地消除電離層傳播延時誤差，只能獲得不精確的偽距; 現有衛星顆數( 24 顆) 較少， 有時不能保證選取定位精度高的衛星，使船舶航行時的定位精度不是很高。為了提高GPS 定位精度， 我國從19% 年開始建立差分GPS ( DGPS ) 基準台( DGPS 基準台) ， 1997 年已建成大三山島等6個DGPS 基準台並投人使用。隨後， 又先後建立了14 個DG p S 基準台， 使DGP S 基準台達到20 個， 有效地提高了我國近海水域船舶利用G 鄧定位的精度。美國政府鑒於國際衛星導航市場的發展情況和國際影響， 早在1 9 9 8 年就宣布， 儘快取消GP S 的SA 政策， 提高G PS 的民用定位精度。據有關資料介紹， 2000年美國總統已宣布取消了SA 政策，可使GPS 民用定位精度由以前的約100 米提高到約12 米。

發展：

據有關資料介紹，美國計畫在2 0 05 年以前， 將GPS 衛星從現有的24 顆增加到30 顆；再增添一個衛星第三發射頻率( L3 ) ， 使GPS 民用頻率增加到2 個。若這些計畫全部兌現， 將有效提高船舶航行時利用G PS 定位的精度。歐盟於19 9 年提訟了建立全球衛星定位系統的“ 伽利略計畫” 。我國已加人歐盟的“ 伽利略計畫” ， 並向“ 伽利略聯合企業” 投人約2 億歐元， 並在其中持有相應股份，此協定已於10 月30 日北京中歐首腦會議期間簽署。“ 伽利略計畫” 的導航衛星由27 顆工作衛星和3 顆預備衛星共30 顆衛星組成， 可以覆蓋全球。“ 伽利略計畫”總投資約32 億歐元， 預計2 0 08 年建成投人使用。屆時， 將改變我國船舶主要依賴GPS 定位的現狀。另外， 我國的北斗衛星導航系統也將繼續增發衛星，逐步由定點定位功能向綜合導航功能發展，必將提高衛星定位的安全性和多元化。