磁罗经的发展前景

1、论磁罗经的发展前景摘要磁罗经是船舶上的助航仪器。其结构简单，使用可靠，造价低廉。目前在大、中、小型各类船舶上仍占有一席之地 . 随若科学技术的发展 . 新的技术理论的出现 . 古老的磁罗经技术将不断发扬光大，使其不仅具有原有的指北功能，更赋予了新的生命力，利用传感器技术的新型 “磁罗经”系统将会展现出诱人的前景。关键词： 磁罗经； 发展趋势；陀螺罗经；固态电子罗经；传感器引言当今，电子技术高度发展、助航仪器与导航设备的自动化程度在不断提高、陀螺定向也得到广泛应用、 电罗经普遍使用， 磁罗经的地位也是不可低估的。 船舶在海上航行， 必须确定其航向。 目前船舶上均使用罗经这种指向仪器， 以引导船舶

2、航行。 sola s公约规定 :150 总吨以上的船舶应装配磁罗经。船舶规范， psc 的检查都免不了磁罗经这一项。 由此可见，如何充分认识磁罗经在使用中存在的主要问题以及解决这些问题从而充分发挥其在船舶上的作用仍然是值得探讨的一个问题。一、磁罗经的发现指南针是我国四大发明之一。 据中外学者考证，不但指南针系我国最早发明，而且先于他国在航海上使用。 传说，四千多年以前， 中华民族的祖先黄帝轩辕氏和蛋尤交成于琢鹿，偶遇芒雾，由于黄帝战车装有指南针，终于取胜。大约在公元前一千多年，西周成王姬诵曾把指南车赠送给越裳氏，以防他返途迷失方向。在诸子百家书中，载有确实年代的，公元前 300年战国末期，我国

3、人民就已发现磁石存在，并了解了磁石吸铁的性能。 公元 50年间东汉初期， 人们已经利用磁石的指极性制成指向仪司南。 此事在鬼谷子和韩非子论者中均有记载。 1119年朱或着萍州可读记载“舟师识地理， 夜则观星，昼则观日，阴晦观指南。 ” 可见，那时从事航海业的人们已经掌握了天文、 地文航海技术。 明朝郑和是个勇敢的实践家， 他曾经组织过七次下南洋， 经过远渡重洋， 最终曾到达过非洲东海岸。此举比哥伦布发现新大陆还早百余年。公元 6181276年唐宋时代，阿拉伯、波斯、罗马等国商人，凡经海上取道来华经商的，其大部分愿意搭中国的航船。因为，他们认为中国航海人员具备了高超技能， 航船上又装设着指向仪器

4、一一磁罗经，保证航船既迅速又安全伪航行。 一切事物总是不断发展的， 磁罗经也是不断加以完善。 到十六世纪， 制造出装于箱体内的液体磁罗经， 这就更加便于操纵和观测，并能保持罗经的水平正值状态，防止了摇摆，克服了古指南针的弊病，保证了磁罗经的精度，成为航海的必备仪器。二、传统航海指向仪器的比较与发现指向仪器的现状目前，船舶仍然使用传统的指向仪器磁罗经作为船舶的指向仪器， 或使用磁罗经和陀螺罗经共同作为船舶的指向仪器。 磁罗经指向可靠的优点， 可以较好地弥补陀螺罗经容易发生故障、 指向错误或不能指向的缺点。 而陀螺罗经也弥补了磁罗经指向精度差， 即指向误差大、 且误差变化复杂的缺点。 陀螺罗经不但

5、为船舶航行提供精确的向位， 还可以比较方便地将所指示的航向转换为信号， 非常方便地传输到船舶上需要向位的位置，并为 arpa、电子海图、自动舵等提供向位，可以说是船舶自动航行所必须的指向仪器。但是，由于陀螺罗经结构复杂， 是由众多的机械器件和电器器件组成的。 陀螺罗经一般需要连续工作几十天、 几个月甚至几年， 因此航行中就比较容易发生故障。有时即使是发生一个很小的故障， 就可能使整台罗经错误指向或不能指向。对此，现在一般采取的应对办法是当陀螺罗经不能指向时， 用人工操舵按磁罗经指示的航向航行， 而不能使用自动舵自动操舵航行， 而其他需要输人航向的仪器则改为人工输人， 降低了船舶自动化航行的程度

6、和可靠性。 而且这种情况必将影响到今后船舶自动化航行的进一步发展。 综上所述，磁罗经在航海事业上的地位依然举足轻重。三、传统磁罗经在现代航海事业上的发展局面：磁罗经使用的局限1、自差影响指向精度磁罗经是利用地磁场对磁针具有吸引力的现象而制成的一种航海指向仪器。当其在钢铁结构的船舶上使用时， 由于船磁的影响而产生自差。 因为自差是随着船舶所在磁纬度、航向倾斜情况的变化而变化的， 因此造成磁罗经使用极大不便。但对于这个问题， 理论和实践证明通过严格的自差校正， 完全可以使得剩余自差不大于士 2度。特别是对于中小型船舶上正装的标准罗经其剩余自差可以更小，因此，即使船舶驾驶员不参照自差表进行修正， 其

7、指向精度也可以和陀螺罗经相比拟，满足海上航行的要求。2、磁差影响船舶操纵磁罗经是以地球磁北作为航向基准， 由于磁北与真北地理位置不一致而造成磁差，磁差的存在也给航向的确定带来不便。 将磁航向转换为真航向需要利用换算公式进行计算。 另外，由于磁差是随着磁纬度的不同而不同， 因而船舶驾驶员还要根据船舶所在的纬度在海图上查出其数值， 并且还要注意磁差的性质。 因此，要很好地使用磁罗经确实不是一件容易的事情。为了充分发挥磁罗经在船舶上的作用就很有必要对磁罗经做些改进工作。3、磁罗经管理使用不当易引发的问题1 、一些港作船舶在距岸很近的水域航行，经常利用罗经观测陆标、灯标方位来进行定位、导航，如果磁罗经

8、指向不准确、误差太大将影响定位精度，甚至发生错误导航，给船舶安全带来威胁。例如:2006 年 3 月 20 日 2130 时，隶属于浙江温岭市长安海运有限公司的“长安 119”轮在进营口老港航行至12#灯浮时，利用罗经观测灯标方位导航，因罗经没有按归定校正自差，罗经指向误差太大，引航员对情况估计不足，造成错误导航，船舶搁浅在营口港区12-13# 灯浮之间的浅滩上。2 、在营口老港、大辽河水道航行时，因航道狭窄且弯多，航行时需修正风流压差、更要保持准确的航向操纵船舶， 注意区分罗经航向与 gps航迹线的不同，充分发挥磁罗经的作用， 才能避免碰撞搁浅等事故的发生。 例如 :2006 年 4 月 1

9、6日 1850 时，隶属于浙江岱山华翔海运有限公司的“安澜”轮在进港过程中，由于大辽河航道弯多， 船长对风流压差情况估计不足， 没有保持合理罗经航向， 导致操纵不当船舶搁浅在营口 11#灯浮附近浅滩上。4、各航海领域磁罗经的使用现状1、随着 gps,ais_电子海图、多功能雷达等仪器被船舶广泛使用以来，航海技术不断在提高，航海事业得到迅速发展。在电子航海仪器越来越被广泛应用，航海技术向数字化发展的同时， 原始的航海方法不断地被废弃， 古老的航海器具逐渐被人们所忽视。然而，当船舶发生紧急情况时，在一些特定条件下，现代先进的仪器无法使用， 而原始的、不需要动力电源的导航仪器一一磁罗经往往能发挥出巨

10、大作用。 一些中小型船舶特别是港作船舶 ( 拖轮、施工船舶、交通艇 ) 对磁罗经的配备、使用、管理都达不到相关要求 . 了解港作船舶磁使用罗经的现状，找出不正确使用磁罗经的原因及改进办法， 对于海上通航安全以及航海事业发展有着十分重要的意义。2、现代海船配备了各种先进航海仪器，但指示船舶航向的仪器仅有陀螺罗经和磁罗经两种。 磁罗经是一种传统的航海指向仪器，目前仍是船舶必备的航海仪器之一。磁罗经结构简单、性能可靠、经济耐用、特别是其不需要外界条件仅借助于地磁场作用力就可独立工作。磁罗经按使用范围分四种： 一是安装在驾驶台顶露天甲板上， 指向准确的标准罗经， 二是安装在驾驶室内专供操舵使用的操舵罗

11、经，三是在救生艇内供操纵救生艇时使用的救生艇罗经，四是安装在舵机房内，在使用应急舵时使用的应急罗经。 因陀螺罗经电路、 构造复杂，易发生故障、难以维修，并且存在速度、冲击等误差。港作船舶靠离泊频繁，所以大多数港作船舶只使用性能稳定的液体磁罗经，其样式有柜式( 立式 ) 、台式、搁式、手提式等。其构造外型上虽各不同但主体部分大体一致，主要是由罗经盆、罗经柜、自差校正器三部分组成。 罗经的核心部件是罗盘， 受地磁作用指示航向。 磁罗经也有缺点，安装在钢铁船舶上的磁罗经除受地磁力作用外，还将受到船舶磁场的影响，存在自差且经常变化，需要专业人员用自差校正器进行校正。3港作船舶磁使用罗经的现状调查与分析

12、由于船舶导航定位系统的日益完善，特别是 gps,ais、电子海图、多功能雷达等仪器在港用船舶上的迅速普及， 使一些航海人员对磁罗经的科学使用、 管理不够重视。在 2007年3月至 6月期间对营口港 50艘港作船舶 ( 拖轮、施工船舶、交通艇 ) 进行调查，发现 41艘船舶磁罗经的装配、使用、管理、自差校正都达不到相关要求，占被调查船的 82%，给海上航行安全带来很大隐患。四、对磁罗经技术在航海领域应用开发方面的回顾与展望船舶指向仪器主要有两种 : 磁罗经和陀螺罗经。虽然陀螺罗经以地球真北作为航向基准， 指向精度高， 操作使用方便而受到多数船舶驾驶人员的偏爱， 不过古老的磁罗经由于其结构简单、

13、性能可靠、 经济耐用、特别是其不需要动力电源而成为必备的导航仪器之一。 然而，随着以信息和计算机技术为代表的高新技术的迅速发展， 船舶正在向智能化、 自动化和数字化方向发展， 船上的各种导航仪器已不再是孤立的， 而是组合在一起发挥组合导航的优势。 磁罗经作为船舶必不可少的导航仪器之一， 其功能已从单纯的指示航向， 发展为一个航向传感器， 为雷达、 arpa、卫导等设备提供航向信息 . 目前，船舶要求配备 a is 设备，由于ais 设备需要本船为它提供航向信号，对于那些要求配备a is 设备而又没有安装电罗经的船舶，就要由磁罗经向ais 提供航向信号。由于传统的磁罗经无法直接输出航向电信号，若

14、要提供航向信息， 必须利用磁场传感器直接敏感周围磁场， 把随外界磁场变化的感应信号进行处理后， 直接输出罗经航向，即电子磁罗经 . 它的输出已摆脱了传统磁罗经单一的模拟输出方式，可用数码管显示数字航向，并将航向方便地传送到需要显示航向的地方 . 由于电子磁罗经采用了计算机技术， 除可完成指向功能外， 还可以测量载体的姿态(rolling,pitching, yawing) ，自动地消除由于船舶摇摆而使罗经产生的摇摆误差及由船舶自身的船磁场使罗经产生的自差 . 输入当地的磁差后，罗经可直接显示船舶的真航向 . 与传统的磁罗经相比，电子磁罗经没有转动的机械部件，体积小、重量轻、数字显示、指向精度高

15、，适应船舶自动化的要求，是磁罗经的发展方向。1、传统航海指向仪器的未来发展方向1、采用数字技术处理磁罗经航向信号以前的磁罗经复示器多采用电磁感应式或光电二极管式转换航向信号， 晶体管放大信号，精确度和可靠性都比较差。 现在采用数码检测技术和 cpu处理航向信号，不但提高了磁罗经航向传输的精度， 还可以通过对航向信号的处理， 将磁差和自差消除， 使磁罗经也能和陀螺罗经一样， 提供精确的向位并控制船舶自动航行。2、 提高陀螺仪的可靠性现在船用陀螺罗经使用的陀螺仪 ( 陀螺电机 ) ，全部使用电动陀螺仪， 工作时转子必须高速旋转，电流大、机械磨损大、误差大、故障率高，寿命短，是影响陀螺罗经指向性能的

16、重要因素。 未来可用体积小、 精度高、寿命长的激光陀螺仪或性能更好的陀螺仪代替现在使用的电动陀螺仪， 以提高陀螺罗经指向的可靠性和使用寿命。3、全部采用数字化技术处理和传输航向现在的陀螺罗经一般采用信号电桥、 随动变压器、 交流自整角机、 光电转换器等，测量和传输陀螺球航向至主罗经 ( 刻度盘 ) 和分罗经。测量精度低、 故障率高，信号传输过程中不容易对信号进行再处理， 以消除有关指向误差和对信号的自动监测，影响了传输到其他仪器的航向精度及可靠性。若采用数字技术和 cpu 电路，将大幅度提高航向传输的精度和可靠性。4、增加罗经的自动监测功能设置陀螺仪 ( 球) 主轴指向、主罗经指向、各复示器指

17、向、电路故障、主要元器件故障和指向误差等的自动监测功能， 当有关要素及器件发生变化时， 能够自动检测故障原因、位置，并及时显示和发出报警，告知使用人员，以便采取及时正确的应对措施，确保陀螺航向信号源的可靠性。2、电子磁罗经电子磁罗经的核心部分是磁性传感器， 不同工作原理的磁传感器构成了不同类型的罗经 . 目前在航海上应用的磁性传感器的种类很多，主要有线圈式的、基于霍尔效应原理的、 磁通门效应原理的、 磁阻效应原理的和巨磁电阻效应原理的传感器 . 它们可以检测磁场的大小、 方向，确定载体的角度、 位置和位移等参量 .线圈式传感器作为传统的磁传感器， 基于法拉第电磁感应原理工作， 其体积大、成本高

18、，主要应用于测量磁场变化的场合 . 例如在交通管制中通过埋在道路中的电路回路由车辆来触发红绿灯信号等 .2. 1霍尔罗经 (hall compass)霍尔罗经是基于霍尔效应原理工作的， 在半导体薄片上若沿 x 轴方向通入电流，沿 y 轴方向加上磁感应强度，则电流与磁感应强度相垂直 . 薄片中的正电荷在洛仑兹力作用下向垂直于 xy平面方向聚集，结果在薄片的上下表面形成正负电荷的积累，形成电势差，即霍尔电压 uh.霍尔罗经均采用二个完全对称的霍尔器件分别沿船首尾方向和左右正横方向放置，见图 1霍尔传感器由经过特殊工艺制造的半导体材料制成 . 近年来，除用 insb 锑化锢 ) 之外，有硅衬底的，

19、也有砷化稼的 . 霍尔器件均制成全桥路器件， 其内阻在 150 一 500 欧。工作电流在 2 一 10ma，一般采用恒流供电法 . 响应速度大约在 1 us 量级 . 霍尔效应传感器用于测量 800 a/ m至几万安每米的磁场强度，目前最常用的是硅型霍尔传感器， 硅片中的霍尔效应在百分之几到上百安每米的范围内是呈线性的，可检测的最小磁场为 80a/ m 单位的数量级 .2. 2磁通门罗经 (flux gate compass)磁通门罗经利用磁性材料具有饱和特性的磁通门效应原理工作(4) 磁通门传感器通常采用双铁芯结构， 在两根磁芯上缠绕的激磁线圈反向串联， 两铁芯中激磁磁场方向在空间是反向的

20、， 见图 2. 当两磁芯形状尺寸和电磁参数完全对称时，两磁芯中的磁通在测量线圈中产生的感应电势互相抵消，输出为零 ; 当沿杆轴方向施加外部磁场时， 其中一个杆先于另一个杆磁性饱和， 造成测量线圈中的感应电势不能互相抵消，输出波形不对称，主要成分为激磁频率的二次谐波 . 由于外磁场产生感应电压的幅值与施加的磁场成正比， 即可通过测量与外磁场成正比的二次谐波分量来测量外磁场 .图 2 磁通门效应磁通门传感器在制造工艺上非常敏感，分辨率最低为8 x10-5 a/ m ，可以测量直流或交流磁场，磁通门传感器主要用于检测弱磁场，其性能可靠、经济、耐用，与霍尔和磁阻传感器相比，它们的尺寸规格大、价格贵.

21、磁通门传感器通常做成三轴结构，即沿船舶 x, y,z 互相垂直的三轴方向放置传感器，类似于霍尔罗经工作原理，当测得位于平面上 x 和 y 二轴传感器的输出电压并经计算后，即可获得船舶的航向 . 与传统的磁罗经相比，磁通门罗经体积小、重量轻、数字显示、指向精度高，还可将航向信号传送给雷达、 arpa等其他设备，适应船舶自动化的要求 . 但磁通门罗经的响应时间较长，当载体运动时，如对于高速航行的船舶或飞机来说，显然跟踪速度还不理想 . 自 20 世纪 30 年代问世以来，它已得到了不断地发展和改进，目前在海洋流向、风向、海洋浮标、海洋机器人水下运动姿态、钻井及航海等方面的磁场测量中得到广泛应用 .

22、2. 3磁阻 (m r) 罗经近年来世界上又出现了磁阻罗经，它是基于铁磁材料具有磁阻效应的原理工作，所谓磁阻效应 (magnetoresistanc effect) 是指导体电阻受磁场影响而产生变化的现象， 当外磁场平行于磁体内部的磁化方向时， 磁体电阻几乎不随外磁场变化，而当磁场偏离内部磁化方向时，则电阻减小 . 随着外磁场的增大，电阻急剧变化，当外磁场达到一定场强时，电阻将趋向于饱和而基本不变. 由于电阻随外磁场发生变化，因此这些材料可作为检测弱磁场的高灵敏度的磁敏感材料 . 磁阻传感器主要由铁磁材料如镍铁导磁合金等组成， 通常组成惠斯通电桥来感应外界磁场。磁阻传感器有如下特点 :1) 磁

23、阻传感器被集成芯片，尺寸小，可方便地装入插板产品中.2) 灵敏度高 . 由于内阻小，使其对电磁噪声和干扰不敏感 .3) 无转动等机械部件，无需日常保养，具有高度可靠性 .4) 成本低，价格便宜 .传感器的霍尔效应和磁阻效应是并存的， 磁阻效应可检测沿芯片平面方向的磁场，而霍尔效应可检测沿芯片平面法线方向的磁场 . 在制造霍尔器件时应努力减少磁阻效应的影响而制造磁阻器件时应努力避免霍尔效应，许 y 应用场合既可以使用霍尔传感器也可以使用磁阻传感器， 在需要低灵敏度、 较宽的线性范围时，应使用霍尔传感器，在要求高灵敏度时则使用磁阻传感器. 磁阻罗经除可测量船舶航向外，还可用来测量船体的姿态，如船舶

24、的纵倾角、横倾角和航向角.与磁通门传感器相比其响应时间短，可为高速运动载体提供航向 . 与传统磁针式罗经相比电子磁罗经不受机械振动等影响， 磁阻罗经可用计算机技术补偿外界磁场的干扰及船舶摇摆对船舶航向带来的误差 . 目前市场上出售的磁阻传感器以美国 honeywell 公司生产的 hmc/ hmr系列产品为代表，它们可应用在交通车辆、导航系统、实验仪器、医疗仪器、钻井设备、农业设备等领域.2. 4 巨磁电阻传感器1988 年法国科学家发现了巨磁电阻 (gm r)效应 . 所谓巨磁电阻效应是一种磁致电阻效应，主要是指在纳米尺度的磁性多层薄膜材料中， 当磁场作用于磁性多层膜中自旋导电电子时，导致膜

25、电阻发生很大的变化 . 这种变化可以通过测量电阻或以电压方式反映出来 . 由于传统的磁阻传感器测量范围较小 ( 士 6 x10-4 t) ，而巨磁电阻效应相对于磁电阻效应大一个数量级以上，因此取名为巨磁电阻(gdant magnetoresistance) ，简称 gm r.巨磁电阻传感器组成惠斯登电桥结构。巨磁电阻效应自发现以来即引起国际上的高度重视 . 由于巨磁电阻传感器具有体积小、灵敏度高、线性范围宽、可靠性高、成本低、热稳定性好等特点，目前完全可取代传统的霍尔及磁阻元件，广泛应用在信息、电机、电子电力、能源管理、汽车、磁信息读写及工业自动控制等领域 .目前船上安装的磁罗经所具有的磁场强

26、度通常很大， 由于磁阻传感器或磁通门传感器通常只能测量弱磁场， 因此无法在较强的罗经磁场强度范围内工作， 而巨磁电阻传感器测量的范围广， 可在较强的磁场强度下工作 . 根据海事局的要求，由于船舶必须配备磁罗经， 而磁罗经附近的磁场通常较大， 因此用巨磁电阻传感器直接去敏感罗盆附近由地磁场、 船磁场和罗经磁场构成的合成磁场是非常方便的 .将巨磁电阻 (gm r)传感器集成芯片 ( 包括有双轴的或三轴的) 及其放大处理电路组成的传感器件， 贴在罗经盆的上表面或下表面上， 此时传感器可同时测量合成磁场的 x 轴和 y 轴的两个分量 . 放大器对两个输出电压进行放大处理后，送至 a/ d 转换器，将模

27、拟信号电压转变为数字信号电压，再送至 cpu，按照编制好的程序计算，可获得船舶的罗航向。 . 由巨磁电阻 (gm r)传感器再结合计算机技术可组成高性能的电子磁罗经， 除可指示船航向外， 还具有可测量船舶姿态等多方面的智能应用 . 其原理框图如图 3 所示。图 3 电子罗经硬件系统框图3、 gps罗经的崛起20 世纪 70 年代，美国开始研制全球定位系统 gps，该系统是一种以卫星为基础的无线电导航系统， 具有高精度的导航、 定位和授时等多种功能， 能为各类静止或高速运动的用户迅速提供精密的瞬时三维空间坐标、 速度矢量和精确授时等多种服务。 在 gps实际运用中， 除确定 gps接收机载体的位

28、置外， 有时还需要了解载体的速度、 姿态和航向等运动信息。 利用 gps载波相位测量技术能够实现载体的姿态测量， 该技术现已被用于越来越多的行业， 尤其是各种飞行器和舰船的姿态确定。 gps罗经则是利用了 gps本身的特点对载体进行姿态测量，不仅能提供载体位置、航迹、速度等基本信息，而且能提供载体航向、姿态信息。作为一种新型的电子罗经， gps罗经利用接收到的 gps信号，基于卫星定位解算出指北，然后采用三维惯性陀螺和卫星指北修正， 从而达到稳定指北的效果。 传统的电罗经具有漂移误差， 系统误差会随工作时间增加； 磁罗经容易受到仪器附近磁场强弱的影响，与前两种罗经相比， gps罗经能够快速准确

29、地指出航向且不受磁场强度和漂移误差的影响，具有体积小，精度高、易安装，免维护、价格低廉等诸多优点，因此， gps罗经正受到越来越多的重视，在导航，测姿等领域具有相当广阔的应用前景。3.1 组成原理gps 罗经，通常也称作卫星罗经， 是一种能够满足现代导航定位需要的新型航向指示设备。它可与雷达、自动舵、电子海图、船舶自动识别系统 (ais) 、船载航行数据记录仪 (vdr) 、以及卫星通信设备等共同完成航海导航和通信任务。gps 罗经一般由 gps接收机、数据处理器 (或微处理器 )和显示器三个部分组成，如图 1 所示。 gps 接收机用于接收来自 gps 卫星的导航数据，数据处理器则是根据 g

30、ps 罗经导航算法模型和动态实时解算整周模糊度算法，解算出基线向量在大地坐标系中的解， 继而得到运动载体的方位角、 俯仰角和横滚角等技术参数。采用惯性陀螺的三维偏向参数， 结合卫星定位精确指北数据进行循环修正，达到稳定指北的目的。 显示器则是显示处理器得出的相关技术参数。 其中，数据处理器是 gps 罗经的核心部分。惯性陀螺仪是惯性导航系统 (ins) 中的主要惯性测量装置，用于测量载体的三维角运动， 经过积分运算求出载体姿态与航向。 与 gps 不同的是， ins 具有自主式、全天候、不受外界干扰和无信号丢失等优点，但其测量误差会随着时间而累积。 gps 罗经正是利用了 gps 和 ins

31、各自优点和性能的互补性进行组合测姿。 gps 罗经采用的主要技术有载波相位差分测量技术、坐标系转换技术、整周模糊度解算与固定技术、组合导航技术等，同时，也包括 gps 接收机数据提取和转换、基线向量解算、滤波器技术、各种硬件接口技术等多种核心技术和算法。3.2 gps三维测姿三维载体姿态是指运动载体(如船舶 )所在的载体坐标系相对于地理坐标系的三维定向参数 :载体的横滚角 (roll )、俯仰角 (pitch)和航向角 (heading)，如图 2所示。 roll pitch 和 heading 为 gps 罗经的主要技术参数，可以采用导航算法模型和动态实时解算整周模糊度的算法来求解，ups

32、罗经测姿其实就是求解这三个参数的过程。在实际测量中，确定三个姿态参数至少需要三个 gps 天线，但如果仅需测量 pitch 和 headng，两个天线即可。如图 3 所示，将两个天线沿载体纵轴方向配置，相对位置固定不变，所以在 bfs 中天线的坐标位置是确定的。通过求解两天线 wgs-84 坐标系中的相对位置， 再根据坐标转换技术， 即可将基线矢量转换到 lls ，那么基线两维姿态角就可以确定。此外，采用 3 台 ups 接收机进行测姿，安装方式如图 4 所示，以天线 2 为基准，连线 21 平行于船舷向，连线 23 平行于横轴 。3.3测姿算法流程3.4发展趋势gps 罗经是一种基于gps

33、的测姿导航仪器，尽管它有上述优点，但也存在一些缺陷，如天线必须对天空可视，保持卫星信号无遮挡 ;通常需要通过初始求解整周模糊度 ;姿态测量操作时，要求接收机对卫星信号连续进行跟踪，如果卫星失锁太多、太久，则需要重新初始化整周模糊度，影响系统的实际使用。但是相对传统的罗经还是具有十分明显的优势， 随着科学技术迅速发展， gps 罗经的应用将会受到越来越多的重视，并逐步取代传统的电罗经和磁罗经。同时，不能将gps 罗经的发展局限于现有的发展模式，必须在前人的基础上争取创新，研制与开发更加新型、高效、稳定的 gps 罗经，例如嵌入式 gps 罗经的人机系统少 。考虑到其缺点，可以采用将 gps 罗经

34、与传统罗经或者其它导航设备相结合， 构成多罗经或多设备共同导航定位， 这样，可以在很大程度提高导航精度、效率和稳定性。此外，也可以开发利用其它卫星系统，也可以多种系统组合使用，这样当一种卫星系统出现信号接收问题而导致整个系统无法工作时，可以继续采用其它卫星系统进行工作，不仅提高了 gps 罗经的稳定性和可靠性，还实现真正意义上的卫星罗经。 作为新一代的电子导航设备， gps 罗经的发展与应用不仅是导航领域的一次创新， 也会进一步推动我国海洋测绘事业的发展，更会对我国海洋调查事业和海洋资源利用与保护产生重要的影响。我国船舶系统的电子化、信息化、现代化正处于发展的关键时期，而且海洋领域在经济建设和社会发展中扮演着越来越重要的角色， 这就特别需要我