低速作業(yè)時計程儀輸出信號的必要改進

潘 科吉雨冠

（1.武昌船舶重工有限責任公司工作 武漢430060；2.中國船舶及海洋工程設計研究院 上海 200011）

0 引 言

在《深?？臻g站導航技術(shù)初探》［1］一文中，我們已較詳細地介紹了利用陀螺原理進行航向輸出的電羅經(jīng)導航技術(shù)，現(xiàn)再簡單介紹有關(guān)輸出航速的計程儀導航技術(shù)的應用。

1 計程儀及對外輸出信號

計程儀分為相對計程儀和絕對計程儀。

相對計程儀結(jié)構(gòu)簡單、使用較廣泛，但只能測出相對于水的航速和航程。按原理不同，相對計程儀分為轉(zhuǎn)輪式（含拖曳式）計程儀、水壓式計程儀和電磁式計程儀等，其中電磁式計程儀靈敏度較高、應用最廣。絕對計程儀直到20世紀70年代才獲得較快發(fā)展，有多普勒計程儀和聲相關(guān)計程儀。絕對計程儀的靈敏度和精度均較相對計程儀高。

根據(jù)多普勒頻移和相關(guān)技術(shù)原理，在數(shù)百米水深內(nèi)可直接測出相對于海底（地）的絕對航速和航程。當水深超過儀器的設計極限時，可利用船底下10～30 m處的水層反射，作為相對計程儀使用。

計程儀對外輸出信號接口可以參照《船用導航雷達接口要求GB/T 14556-93》，一般有100脈沖（次）/n mile、200脈沖（次）/n mile、400脈沖（次）/n mile和2 000脈沖（次）/n mile等。未作特別說明的，均按國內(nèi)、國際慣例采用200脈沖（次）/n mile。

2 系泊和航行試驗出現(xiàn)的問題及解決辦法

在我們近期完成的一艘特種工程船舶系泊和航行試驗中，均出現(xiàn)了導航雷達接收計程儀速度信號后，不能正常工作的問題。

2.1 系泊試驗出現(xiàn)的問題及解決辦法

在系泊試驗時，我們發(fā)現(xiàn)：低速時，導航雷達接收的計程儀速度信號顯示不穩(wěn)定。

2.1.1 測試

我們組織導航雷達和計程儀設備廠家，對計程儀輸出的200脈沖（次）/n mile速度信號進行了波形測試，結(jié)果如表1。

表1 脈沖寬度與航速關(guān)系

2.1.2 分析

從表1數(shù)據(jù)可以看出：脈沖寬度與輸出的速度成反比關(guān)系。隨著速度的下降，脈沖寬度越來越寬。這樣，對接收信號的導航雷達來說，可能無法正常觸發(fā)，所以出現(xiàn)了導航雷達接收計程儀速度信號后，顯示不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

2.1.3 軟件修改

計程儀設備廠家對脈沖寬度的軟件進行了修改，將脈沖寬度與輸出速度成反比關(guān)系修改為同一寬度的尖脈沖，試驗結(jié)果由接收顯示不穩(wěn)定變?yōu)檎！?/p>

2.2 航行試驗出現(xiàn)的問題及解決辦法

在航行試驗時，我們又發(fā)現(xiàn)了另外一種不正常的現(xiàn)象：低速航行時，導航雷達在真運動模式下，目標信號幾乎不動。

2.2.1 原因分析

在“2.1系泊試驗出現(xiàn)的問題及解決辦法”一節(jié)中，我們對計程儀輸出波形進行了測試和分析。下面我們再計算一下，不同速度情況下每秒輸出波形數(shù)，見表2。

表2 脈沖數(shù)與航速關(guān)系

從表2數(shù)據(jù)可以看出：脈沖數(shù)與輸出的速度成正比關(guān)系。隨著速度的下降，每秒脈沖數(shù)越來越少。如果計算平滑的取樣周期為1 s，那么當航速下降到18 n mile/h（18 kn）以下時，可能無樣可取。 所以，在航速低于4.5 n mile/h導航雷達真運動模式下，會出現(xiàn)目標信號幾乎不動的現(xiàn)象。

2.2.2 改進提高

當作業(yè)時的航速低于4.5 n mile/h（4.5 kn）時，要達到取樣周期每秒1個以上樣本數(shù)時，應采用800脈沖（次）/n mile以上的接口。我們推薦使用2 000脈沖（次）/n mile接口標準。

3 結(jié) 論

現(xiàn)在計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)普遍應用于艦船和特種工程船舶中，如果在艦船中有一人駕駛系統(tǒng)IBS或綜合導航系統(tǒng)，我們就可采用計算機技術(shù)和網(wǎng)絡交換機來進行數(shù)據(jù)交換。如果沒有，我們同樣可以將TTL數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)格式后進行傳送。我們推薦采用下列數(shù)字接口方式：

（1）采用EIA RS-422A接口通訊標準；

（2）采用 NMEA-0183 標準（V2.00）；

（3）采用串行、異步單向通訊；

（4）通訊波特率 9.6 kbit；

（5）字符碼制為ASCⅡ：起始位1位、數(shù)據(jù)位8位；

（6）接收端加光電隔離；

（7）數(shù)據(jù)更新率：1 次/秒。

IBS促進了信息的流動和共享，提高了艦船和特種工程船舶的安全性和自動化程度。IMO早期推出的ECDIS S57、S52性能執(zhí)行標準，促進了導航設備的標準化、信息化、網(wǎng)絡化的發(fā)展。相信在未來科技的發(fā)展中，導航設備的集成化將上一個新的臺階，所以對低速作業(yè)時的計程儀輸出信號進行改進是有必要的。

［1］吉雨冠，程榮濤.深?？臻g站導航技術(shù)初探［J］.船舶.2011（1）：48-50.

［2］夏用泰.中國軍事百科全書·軍事技術(shù)［M］.北京：軍事科學出版社，2007.

［3］大連和上海海運學院航海儀器教研室編.電航儀器［M］.北京：人民交通出版社，1983.