1、航海電子系統的復習思考一、陀螺羅經的典型電路分析，如：傳向系統、隨動系統的基本構成、電路特色等。 以Sperry系列羅經為例：隨動系統由隨動傳感器、隨動放大器、方位電機組成；傳向系統由步進式發送器、控制電路、步進式分羅經組成；原理框圖如下圖所示:電路特色：1.隨動傳感器采用E型變壓器，隨動信號的大小取決于銜鐵偏離E型鐵芯中間的大小，隨動信號的相位取決于銜鐵偏離的方向；2.傳向系統采用直流步進式傳向系統 二、在現代水聲導航儀器中，如：測深儀、聲相關計程儀和多普勒計程儀的工作原理。如何實現向水下發射超聲波？測深儀工作原理?測深儀工作原理：在船底安裝有能發射超聲波的換能器A和接受換能器B,A與B之間

2、的距離為S,稱之為基線.發射換能器A以間歇的形式向水下發射頻率為20200KHZ的超聲波,超聲波經海底一部分被反射,反射回來的一部分被接受換能器B接受.如果能測出聲波自發射換能器A發射至接受換能器B接受所經歷的時間t,即可求出水深.H=D+h=D+DA*DA-AM*AM=D+(ct/2)*(cr/2)-(s/2)(s/2)聲相關計程儀原理:沿船底縱向等間距安裝有前后接受換能器Bf,發射換能器Bt,Ba以及后向接受換能器.前后向換能器間距為S.發射換能器Bt以一定的時間間隔垂直向海底發射超聲波脈沖信號,經海底發射回來的一部分超聲波信號被前向接收器換能器Bf和后向接受換能器Ba所接受.假設船速為V

3、,t1時刻,如(a)圖,Bt正好位于點A正上方,Bt發射的脈沖信號經A點反射后被Bf接受,經時間間隔T時,即t2時刻,船舶向前航行一小段航程.接受換能器Ba正好位于海底A點正上方.此時Bt發射的脈沖信號經A點反射后剛好被Ba接受.Bf,Ba均接受來自海底A點反射回來的信號,在t1,t2時刻,兩回波變化曲線幾乎完全相同,經比對求出時間T. T=S/2/V=S/(2V) 則V=S/(2T),可對航速積分,得到船舶的累計航程.多普勒計程儀工作原理:在船底O處安裝一收發兼用的換能器,以固定俯角向船首前下方海底發射頻率為f0的超聲波,超聲波經海底反射后(海底可視為二次發射的聲源),一小部分聲波能量被換能

4、器接受.顯然,接收到的反射回波經歷了二次多普勒頻移,所以多普勒頻移f為 =2f0Vcos/C,可得V=C*f/(2f0cos). C取1500m/s f0和發射俯角已知,只要測得f,就可以算出V.再對V積分可得航程.通過換能器向水下發射超聲波.三、多普勒計程儀中，用公式證明如何采用三個測速波速（Y型）能實現船舶測量前進、后退和橫移速度。設三條波束與海底平面的交角均為設船舶航行速度為v，方向向前為正，橫蕩速度為w，方向向右舷為正，垂蕩速度為u，方向垂直向上為正。方向1:v方向2:-vcos+wsin 方向3:-vcos -wsin f1=2f0(vcos -usin )/cf2=2f0(-vco

5、s +wsin )cos -usin /cf3 =2f0(-vcos -wsin )cos -usin /c (f2 +f3)/2=2f0(-2vcos cos - 2usin )/c (f2 +f3)/2=2f0(-vcos cos - usin )/c f縱=f1- (f2 +f3)/2=2f0(vcos + vcos cos )/c =2f0

6、vcos （1+cos ）/c f橫=f2 -f3=2f0(2wsin  cos ）/c =4f0(wsin  cos ）/ c 四、GPS工作原理；包括衛星信號的調制及編碼發射過程、接收機的信號接收過程等。畫出各自的電路框圖。答：工作原理GPS是一種測距定位系統，利用測定高軌衛星信號的傳播延時（電波在空間傳播的時間）和多普勒頻移，計算出衛星與用戶之間的距離、距離變化率，以精確測定用戶位置（三維）、速度（三維）、和時間參數。測定出用戶到3顆衛星的距離可以得到以衛星為球心，以衛

7、星到用戶的距離為半徑的三個球面，其交點就是用戶的三維空間位置。然而，一般用戶無精確的時鐘，需要用第四顆衛星來估算出用戶時鐘偏差。 GPS衛星導航儀，將接受到的GPS衛星信號進行變頻、放大、寬帶濾波變為中頻信號后，經過鎖相環路相關檢測，解調出偽隨機碼、載波及導航數據；測量出偽距離和GPS信號的多普勒頻移；計算出用戶的位置、速度及其它所需要的信息。（下面是調制及編碼）五、船載AIS設備的基本組成部分與傳輸的數據種類。 答：（1）組成部分：內置GNSS接收機：如GPS，GLONASS，用來確定精確的UTC時間；它連接到自身的GNSS天線。 一般還有外接的GNSS設備。如外接的GNSS位置信息丟失，A

8、IS將從內置GNSS獲得位置和其它導航數據； 兩個VHF接收機：能同時在AIS1和AIS2頻道同時接收數據；在CH70頻道運行，接收輪詢指令和其它該頻道上的信息。 DSC運行是自動的，不需要人工干預。一個VHF發射機：能運行在所以海上VHF頻道；能應答CH70的協商資訊。任何時候，AIS只能在同時一個頻道上發送，系統能自動選擇正確的發射頻道（AIS1/AIS2/DSC70）第5/6頁一根VHF天線：發射機和三個接收機共同使用； VHF天線和船上其它VHF分離； 數據處理系統：最小顯示和鍵盤 MKD（2）依據用戶相關性的數據類型分為五組： 靜態數據：靜態數據通常僅僅一次輸入AIS系統MMSI 海

9、上移動服務識別碼 Call sign & name 呼號 船名 IMO number IMO號碼 Length and beam 船長 與 船寬 Type of ship 船舶類型Location of position-fixing antenna on the ship 定位天線位置 Height over keel 龍骨以上高度動態數據：動態數據信息通常根據船舶運動而變化Ships position （with accuracy indication and integrity status） 船位 Time in UTC UTC 時間 Course over ground 對地

10、航向 Speed over ground 對地速度 Heading 首向 Rate of turn 偏轉率 Navigational status (e.g. NUC, at anchor, etc. manual input) 航行狀態 航次相關數據：在每個航次開始或由變化時，手動輸入Ship's draught 吃水 Hazardous cargo (type) 危險貨物 Destination and ETA 目的地 ETA Optional - Route plan (waypoints) 計劃航線 DG: (Dangerous Goods) 危險貨物 HS: (Harmful Substances) 有害物質