[科普中国]-航位推算法

作用

为了保证海上航行的安全，很重要的一一点是在任何时候和任何情况下，航海人员都必须知道自己的船位。只有这样才能够根据船位，在海图上了解船舶周围的航海条件，从而采取必要的航行措施。

船舶在海上航行时确定船位的方法一般可以分为两大类，即推算和定位。所谓推算或航迹推算，是海上求取船位的最基本的方法。它是从已知的推算起始点开始，根据船舶最基本的导航仪器(罗经和计程仪)所指示的航向与航程，以及当时的风、流要素和船舶操纵要素，在不借助于外界导航物标的条件下，推算出具有一定精度的航迹和船位来。而定位是利用各种航海导航仪器，观测外界已确知其位置的物标，如山头、岛屿、灯塔、无线电导航站、天体和人造卫星等，然后根据观测结果定出当时的船位。目前，航海上常用的定位方法，根据所采用物标的性质和观测手段的不同可分为：陆标定位、天文定位、无线电定位、电航仪器定位和卫星定位等几类。

航迹推算是根据船舶的航向、航程和当时的风流资料等推算出来的，这是驾驶员在任何情况下、在任何时候求取船位的最基本的方法。航迹推算还可以使驾驶员清楚地了解到船舶在海上运动的连续轨迹，并且能够根据它推测出船舶在继续前进的前方是否存在有航海危险。同时，推算船位又是天文定位、无线电导航仪器定位和卫星定位必不可少的一种辅助信息。如果没有推算船位，有时就无法解决上述这些定位的双值性问题或卫星定位无法进行。另外，推算航位的精度也会影响到天文船位、无线电航仪器船位的精度。因此，航迹推算是海上导航最基本而必不可少的方法，组合导航系统中就要应用到这一方法。2

算法航迹推算有以下两种方法：

1．航迹绘算法：又称海图作业法。它是在海图上根据航向、航程和风流资料，直接画出推算船位和航迹。这种方法简明、直观，因此是目前航海上普遍采用的推算方法。

2．航迹计算法：又称航法(Sailing)。它是应用数学公式，通过计算：查表或电子计算机的工作，算出到达点的推算航位和推算航迹的数值，然后驾驶员再根据它将推算航位和航迹绘制到航用海图上去，指导船舶航行。因此，目前航迹计算法仅仅是航迹绘算法在某种情况下的补充方法。在电算机已经逐渐普及的今天，航迹计算早已在卫星导航接收机(例如MX-1105卫星导航接收机)、组合导航系统(例如MX-200组合卫导系统)和综合数据驾驶台等设备中被广泛应用，他们都具有航位推算的功能。

航迹推算工作，一般应在船舶驶离港口领航水域或港界，定速航行、并测得准确船位后立即开始，自此航迹推算不应无故中断。直到船舶驶抵目的港的领航水域，或接近港界有物标可以目测校验船位和导航时，方可终止推算工作。航迹推算的起始点和终止点必须记入航海日志中。

如果在航行中发现推算船位与观测船位之间相差较大时，必须查明具体原因。在推算误差主要是由于推算造成的，观测船位是确实可靠的，需要转移推算点时，应报经船长同意后，方可将推算船位转移到观测船位上去。2

应用航向测定对于一般船舶来讲，磁罗经具有结构简单、坚固、可靠及不用电源等优点。但由于它对当地的净磁场会有反应，故在罗经附近的金属体、磁性体甚至仅器仪表和钥匙等都会影响磁罗经的读数。而潜水器由于体积和尺寸非常小，要使罗经远离上述物体几乎是不可能的。再加上潜水器活动海区的井架和管道等对当地净磁场的影响非常大，也会造成磁罗经读数的巨大误差。例如，在北海油田一个潜水器运行过程中不慎与平台发生了碰撞，于是潜水器就从磁罗经读数的航向转过180°，但只前进了十英尺又与平台发生了碰撞。显然磁罗经提供了极其错误的读数。所以，目前在潜水器上采用方向陀螺或电罗经来测定航向。

1．方向陀螺

实际上是一种陀螺仪，它可以指示出所需要的方向，并具有体积小、重量轻等优点，大多在飞机上使用。它可以在某一方向上维持一段时间，故有提供短期航向的基准的功能。现在装在潜水器SDL-1的方向陀螺是借用飞机的。英国维克斯“南鱼座”号上的斯伯利CLJ1方向陀螺的漂移率大约为1°/h，从而对于执行长时间任务，陀螺漂移造成的积累误差是不能容忍的。因此，尚不能用它来作为推算航位的手段。

2．电罗经

电罗经是依靠一只或多只指北的陀螺仪作为指向元件，从而指标出相对真北的航向。故它不受磁场影响，且所产生的误差在所有航向上都是相同的。但电罗经从启动到稳定工作的时间较长，所以一旦电源中断，通常需要几小时才能使电罗经达到稳定工作状态。电罗经还存在若干系统误差，如进动误差等，但这些误差可以在设计时予以消除或抵销，也可通过手动调节桌校正。但是总的来讲，现代罗经的误差都比较小，但是对潜水器来讲．它的重量尺寸都无法使潜水器承受。随着技术的发展，近年来市场上已出现不少体积小重量轻．适合于潜水器用的电罗经。这些电罗经的最小本体已小于35cm3，并可以为潜水器提供精度在±0．5°～±1°之间的长期航向信息。“深星-2000”潜水器所采用的MK-27型电罗经及其复示器．全部采用飞机的设计方案，故尺寸重量很小。潜水器“PC-9”和“PC-14”上使用的电子方向指示器，大约只有网球那么大，可以直接安装在仪表板上。

有些潜水器，如“海崖”和“海龟”号，它们把电罗经作为主要航向指示器同时还使，磁罗经作为辅助指示器。为了减少潜水器磁性壳体的影响，而把罗经的复示器(分罗经)安装在控制屏上．并加以屏蔽以防止磁干扰。

航程测量航位推算法确定位置是从一已知位置出发，根据方向陀螺或罗经提供的航向和每一瞬间潜水器的移动距离来确定新的航位，移动距离可以由速度积分获得。这种方法的误差主要由海流、仪表、操纵和时间引起，同时随着航行距离的增加亦会产生很大的积累误差。目前采用的测量航速和计程的常规仪器有转轮式计程仪、毕托管(水压式)计程仪和电磁式计程仪。这些仪器都是依靠测量水中运行器与水托相对速度而工作的，因此这些计程仪的精度直接取决于水流速度和运行器航速的相对比值，即流速占的成分越大，积分产生的航程误差也就越大。所以这类计程仪在潜水器上的应用受到很大的限制。为了在海底精确导航，最好的方法是以海底作为基准面来测量航速。实现这点的最简单而经济的方法是拖轮里程表法。

拖轮里程表法是在潜水器下部伸出一根杆子，在它的末端安装一只带有重量的滚轮或滚轮车，由潜水器通过这根杆子拖着滚轮(车)接触海底滚动，一条计程电缆与该滚轮(车)相连，从而获得计程信号。计程显示仪可以安装在潜水器内部或观察窗的外部，计程仪和罗经或陀螺配合使用可以测量出潜水器沿某一方向的航行距离。这种测距在平坦的沙质海底可以获得非常满意的结果。例如，潜水器检查海底电缆时，如果用拖轮测量海底电缆的长度，则可以达到与现有其他方法同样的精度。3