低速作业时计程仪输出信号的必要改进

潘 科吉雨冠

（1.武昌船舶重工有限责任公司工作 武汉430060；2.中国船舶及海洋工程设计研究院 上海 200011）

0 引 言

在《深海空间站导航技术初探》［1］一文中，我们已较详细地介绍了利用陀螺原理进行航向输出的电罗经导航技术，现再简单介绍有关输出航速的计程仪导航技术的应用。

1 计程仪及对外输出信号

计程仪分为相对计程仪和绝对计程仪。

相对计程仪结构简单、使用较广泛，但只能测出相对于水的航速和航程。按原理不同，相对计程仪分为转轮式（含拖曳式）计程仪、水压式计程仪和电磁式计程仪等，其中电磁式计程仪灵敏度较高、应用最广。绝对计程仪直到20世纪70年代才获得较快发展，有多普勒计程仪和声相关计程仪。绝对计程仪的灵敏度和精度均较相对计程仪高。

根据多普勒频移和相关技术原理，在数百米水深内可直接测出相对于海底（地）的绝对航速和航程。当水深超过仪器的设计极限时，可利用船底下10～30 m处的水层反射，作为相对计程仪使用。

计程仪对外输出信号接口可以参照《船用导航雷达接口要求GB/T 14556-93》，一般有100脉冲（次）/n mile、200脉冲（次）/n mile、400脉冲（次）/n mile和2 000脉冲（次）/n mile等。未作特别说明的，均按国内、国际惯例采用200脉冲（次）/n mile。

2 系泊和航行试验出现的问题及解决办法

在我们近期完成的一艘特种工程船舶系泊和航行试验中，均出现了导航雷达接收计程仪速度信号后，不能正常工作的问题。

2.1 系泊试验出现的问题及解决办法

在系泊试验时，我们发现：低速时，导航雷达接收的计程仪速度信号显示不稳定。

2.1.1 测试

我们组织导航雷达和计程仪设备厂家，对计程仪输出的200脉冲（次）/n mile速度信号进行了波形测试，结果如表1。

表1 脉冲宽度与航速关系

2.1.2 分析

从表1数据可以看出：脉冲宽度与输出的速度成反比关系。随着速度的下降，脉冲宽度越来越宽。这样，对接收信号的导航雷达来说，可能无法正常触发，所以出现了导航雷达接收计程仪速度信号后，显示不稳定的现象。

2.1.3 软件修改

计程仪设备厂家对脉冲宽度的软件进行了修改，将脉冲宽度与输出速度成反比关系修改为同一宽度的尖脉冲，试验结果由接收显示不稳定变为正常。

2.2 航行试验出现的问题及解决办法

在航行试验时，我们又发现了另外一种不正常的现象：低速航行时，导航雷达在真运动模式下，目标信号几乎不动。

2.2.1 原因分析

在“2.1系泊试验出现的问题及解决办法”一节中，我们对计程仪输出波形进行了测试和分析。下面我们再计算一下，不同速度情况下每秒输出波形数，见表2。

表2 脉冲数与航速关系

从表2数据可以看出：脉冲数与输出的速度成正比关系。随着速度的下降，每秒脉冲数越来越少。如果计算平滑的取样周期为1 s，那么当航速下降到18 n mile/h（18 kn）以下时，可能无样可取。 所以，在航速低于4.5 n mile/h导航雷达真运动模式下，会出现目标信号几乎不动的现象。

2.2.2 改进提高

当作业时的航速低于4.5 n mile/h（4.5 kn）时，要达到取样周期每秒1个以上样本数时，应采用800脉冲（次）/n mile以上的接口。我们推荐使用2 000脉冲（次）/n mile接口标准。

3 结 论

现在计算机技术和网络技术普遍应用于舰船和特种工程船舶中，如果在舰船中有一人驾驶系统IBS或综合导航系统，我们就可采用计算机技术和网络交换机来进行数据交换。如果没有，我们同样可以将TTL数据格式转换成数字数据格式后进行传送。我们推荐采用下列数字接口方式：

（1）采用EIA RS-422A接口通讯标准；

（2）采用 NMEA-0183 标准（V2.00）；

（3）采用串行、异步单向通讯；

（4）通讯波特率 9.6 kbit；

（5）字符码制为ASCⅡ：起始位1位、数据位8位；

（6）接收端加光电隔离；

（7）数据更新率：1 次/秒。

IBS促进了信息的流动和共享，提高了舰船和特种工程船舶的安全性和自动化程度。IMO早期推出的ECDIS S57、S52性能执行标准，促进了导航设备的标准化、信息化、网络化的发展。相信在未来科技的发展中，导航设备的集成化将上一个新的台阶，所以对低速作业时的计程仪输出信号进行改进是有必要的。

［1］吉雨冠，程荣涛.深海空间站导航技术初探［J］.船舶.2011（1）：48-50.

［2］夏用泰.中国军事百科全书·军事技术［M］.北京：军事科学出版社，2007.

［3］大连和上海海运学院航海仪器教研室编.电航仪器［M］.北京：人民交通出版社，1983.