[科普中国]-航向测量

仪器种类直读磁罗盘

直读磁罗盘是根据磁针恒指南北的特性制成的，它是早期飞机上测量航向的主要仪表，具有体积小、构造简单、不易发生故障的优点，现在主要用做各型飞机的备用罗盘。

直读磁罗盘是利用永磁铁与地磁相互作用的原理而指示航向的。它由外壳和罗盘两部分组成，外壳固定在飞机上，外壳的玻璃中央刻有一条航向标线，罗盘刻度环上刻有刻度。当航向改变时，罗盘不动，外壳随飞机转动，航向标线在刻度环上所对应的刻度就是飞机的航向，从而测量出飞机任一航向的刻度。

直读磁罗盘的缺点主要是当飞机进行机动飞行或飞机姿态长时间不稳定时，存在较大的飞行误差；在高纬度地区她磁水平强度很弱，不能准确而稳定地测量航向；直读磁罗盘指示的是罗航向，使用时必须修正罗差后才是磁航向。

陀螺半罗盘陀螺半罗盘是利用陀螺的定轴性，通过一个二自由度陀螺仪来测定罗盘的基准线，依靠人工调整罗盘基准线同经线的方向一致，从而测定出飞机的航向。目前飞机上使用的陀螺半罗盘有直读式和远读式两种。

1．直读陀螺半罗盘

刻度环固定在二自由度陀螺仪的外框上，如果将刻度环上0度-180度线(罗盘基准线)人工调整与经线方向一致，外壳上航向标线指示的就是航向。

飞行过程中，直读陀螺半罗盘存在自走误差，自走误差为每15 min 2～3°，所以飞行中必须每隔约15 min校准一次航向。航向的调定或校准通过仪表下方的航向调整钮进行。先推进旋钮，陀螺上锁，然后向左或右转动，使航向标线指示直读磁罗盘或其他罗盘航向的刻度，刻度盘上0°-180°线便与经线一致，拔出旋钮，便指示飞机的航向。

2．远读陀螺半罗盘

远读陀螺半罗盘由陀螺传感器、指示器和控制器等组成。指示器和控制器装在仪表板上，陀螺传感器装在飞机其他位置。

远读陀螺半罗盘的陀螺稳定性和测定航向的精确度大大提高，飞行中陀螺自走误差每30 min约1.5°，是一种性能较好的罗盘。

陀螺半罗盘的结构简单，造价低，而且指示稳定、准确，但罗盘基准线需人工调定，因此，飞行中必须与磁罗盘配合使用，而且存在自走误差，飞行中必须定时与磁罗盘校准。

陀螺磁罗盘陀螺磁罗盘主要由磁传感器、陀螺传感器、指示器等部件构成，是一种较先进的罗盘。陀螺磁罗盘利用地磁敏感元件和二自由度方位陀螺，实现测量飞机在任何情况下的航向。既兼顾磁罗盘测量以磁经线为基准的航向，又在高纬度地区和强磁区由陀螺半罗盘测量转弯角；消除了磁罗盘受地磁影响和陀螺半罗盘不能独立测量航向的缺陷。陀螺磁罗盘有磁条式和感应式两种。

磁条式陀螺磁罗盘：测量航向的传感部分是磁条式罗盘。

感应式陀螺磁罗盘：测量航向的传感部分是地磁感应元件。

陀螺磁罗盘的主要优点：①直线飞行指示航向稳定、准确；转弯误差很小，积累误差一般不大于0.50/min；②由于修正机构中的罗差修正器和补偿器能消除磁传感器的罗差，磁传感器输出的是磁航向信号，因此指示器指示磁航向，使用中不需要换算为磁航向；③地磁感应元件灵敏度比较高，高纬度地区仍能正常工作，是该区测量航向的主要仪表；④飞行中不需要定时进行航向校准，减少了飞行员的负担。

陀螺磁罗盘不足的地方：构造比较复杂，价格较高，故障率高，维护困难。1

组合航向测量不同的航向确定方法呈现不同的误差特性。磁航向测量精度受加速度和局部磁场异常的影响。多天线GNSS测量航向噪声大且易受信号中断的影响。由轨迹推得的航向角依赖于可得到的速度解，且低速时不可靠。单陀螺或差分里程计能提供精确的短期航向变化测量，但由于传感器误差和车辆侧倾、斜坡或路面不平等因素的影响会造成误差积累。

更稳定和更精确的航向解，通常通过绝对航向测量方法和角速率测量方法组合得到。前者如磁测量、GNSS测量或轨迹推导的航向，后者如陀螺测量或差分里程计测量。角速率传感器可以平滑绝对航向测量的噪声，而绝对航向测量可以校正陀螺或里程计的漂移。

将磁罗盘与陀螺或差分里程计组合，可获得更稳定的航向测量。这两种传感器能够提供短时的精确航向变化，但有长期漂移较大的缺点。因此，陀螺或里程计可以平滑磁罗盘噪声，而磁罗盘能够修正陀螺/里程计的漂移。2