船用无线电导航系统.ppt

一、导航概述 二、导航设备 船用无线电导航系统 一、导航概述 导航设备就是引导船舶航行的设 备，天文导航方法，在我国古代叫做“牵 星过洋术”到了800多年前的宋代，出现 了磁罗经，导航方法有了新的发展 不同阶段或区域，对航行安 全要求也因环境不同而各异,但都是为了保 证最小航行交通冲突，最有效地利用日益 拥挤的航路，保证航行安全，提高交通运 输效益，节约能源按照导航系统的功能 划分大致有以下几类： 2、港口管理和进港引导 这种系统主要用在港口/码头的 船舶调度管理、进港船舶引导，以确保港 口/码头航行的安全和秩序该系统需要双 向数据/话音通信，以便于领航员引导船舶 ；港区情境/海图显示，以表明停泊的船舶 和可利用的进港航线，避免冲撞这种系 统对导航系统的精度要求高， 要采用差分 GPS和其他增强技术 1、自主导航 自主导航系统适于上述五种航路 的任何一种，它基本上是一种单纯的导航 系统，其主要特征是仅向用户提供位置、 航速、航向和时间信息，也可包括海图航 迹显示，不需通信系统适应于任何海面 、湖面和内河上航行的船舶，从大型远洋 货轮到私人游艇。

3、航路交通管理系统 主要用于近海和内陆河航路上 的船舶导航和管理，通常需要卫星通讯系 统支持 4、跟踪监视系统 这类系统主要用于海上巡逻艇 、缉私艇及各种游艇，特别是私人游艇以 防盗根据具体的使用对象，有些系统需 要给出导航参量和双向数据、话音通讯， 如缉私艇而有时则不需要给出导航参量 ，如用于私人游艇防盗，仅需要单向数据 通讯，一旦发生被盗，游艇上的导航系统 不断把自己的位置和航向送到有关中心， 以便于跟踪 5、紧急救援系统 系统也包括两栖飞机，直升机 和陆地车辆它适应于所有五类航路，用 于搜寻和救援各种海面、湖面、内河上的 遇险、遇难船舶和人员这类系统需要双 向数据/话音通信，要求 响应时间快、定 位精度高 6、GPS/声纳组合用于水下机器人导 航 该类组合系统可用于水下管道铺 设和维修（需要视觉系统），水文测量以 及其它海下作业，如用于港口/码头水下勘 测，以便于进场航道阻塞物清除，保证航 道畅通，也可用于远洋捕捞， 渔船作业引 导等 7、其它应用 所采用的导航技术主要有：GPS 、 声纳技术、航海图、 无线电导航技术 、 图象匹配技术。

二、导航设备 （1）灯塔 （2）无线电导航 （3）船用磁罗经 （4）陀螺罗经 （5）船用计程仪 （6）声纳 （7）船载航行记录仪 （1）灯塔 位于显要位置处的灯塔应注意其建筑造 型，使其成为港口景点之一 大连红白塔 青岛灯塔 韩国蔚山新 港比萨灯塔 日照灯塔 虽然现代科技发达，但并不能完全代替灯塔的作用 设置航标的目的在于标明航道的界限，针 对暗藏的危险障碍物，如岩礁、浅滩、拦门沙和航道弯 段等，给予警示和引导，使船舶得以安全而迅速地到达 目的地 灯塔是航标之一，用以引导远处船舶接近 港口，或用以指示礁石、浅滩等危及航行的障碍物 港口导航设施包含内容较为广泛，大致分为常规的 、电子的和卫星导助航设施常规导助航标志也称为航标 ，有浮标、固定标、导标和灯塔等电子导航设施即船舶 通航服务站(VTS)，卫星导航(GPS)系统是先进的导航设施 ，它是在陆上和船上分别设有接收和发射装置，通过人造 卫星传递信息，从而及时、准确地控制船位，使船舶安全 进出港口 灯塔设计 由于地球表面为一曲面，故塔身须有充分的高度，使 灯光能为相当远距离的航船所察见，一般视距为15～25 n mile. 灯光也不宜过高，以免受到高出云雾的遮蔽。

重庆规划为导航建世界第一航标塔 “第一塔” 俯瞰主城美景 规划中的“第一塔”与江北嘴的大剧 院、科技馆和朝天门港相协调，无 疑会带来较大的旅游经济效益游 客在“第一塔”上俯瞰重庆主城，肯 定会让游客感到无比新奇 船舶云集 导航功能明显 三峡水库蓄水后，重庆主城的长江和嘉陵江航道都位于回水区内，航运条件更 加优越，船舶数量越来越多，水上浮标已不能完全满足安全航行需要而“第一 塔”将具备明显的导航功能，同时“第一塔”发射的无线电将覆盖广阔水域 重庆正规划建设“世界第一航标塔”，首要功能是导航，其次是景观效应 位于江北嘴 将设观光电梯 这座灯塔将位于长江与嘉陵江交汇的江北嘴水域目前已进入操作阶段， 高度肯定将超过目前世界上最高的航标塔，并将设观光电梯 根 据灯塔的大 小和所在地 点的特点， 灯塔可以是 有人看守的 ，也可以是 无人看守的 重要灯塔 宜有人看守 大型灯塔地点合适时，可以和VTS结合建设 船舶通航服务站(VTS) VTS: vessel traffic services 船舶通航服务站，又称航管站，主 要由岸上雷达系统(包括电视扫描光栅显示器) 和无线甚高频(VHF)岸台组成。

船舶通航服 务站是港口现代化的重要标志之一，可大大减 少事故率 雷达系统可以在各种气候条件下发 现并测定水上船舶的位置因此，如果在雷达 屏幕上显示出航道、锚地等地图形状(视频地图 )，则可方便地观测到船舶在雷达覆盖区内的移 动状态，并通过计算机测定船舶的航向及航速 船舶通航服务站一般具有以下功能 ： （1）监视进港航道、锚地、调头区的船舶 动态； （2）在视线不良或雾天通过甚高频无线电 话向船舶提供导航信息，如船位、航向、航速 及到达转向点距离、偏离航道轴线情况及周围 相关目标动态等； （3）在恶劣气候或台风季节，监视抛锚船 舶的锚位移动并及时发出警告； （4）监视水上航行危险区或禁止抛锚区， 遇有危险状态或违章现象及时发出警告 （2）无线电导航 利用无线电引导飞行器沿规定 航线、在规定时间达到目的地的航行技术 利用无线电波的传播特性可测定飞行器 的导航参量（方位、距离和速度），算出 与规定航线的偏差，由驾驶员或自动驾驶 仪操纵飞行器消除偏差以保持正确航线 （1）发展历史 20世纪20～30年代，无线电测向是 航海和航空仅有的一种导航手段，而且一直沿 用至今。

不过它后来已成为一种辅助手段第 二次世界大战期间，无线电导航技术迅速发展 ，出现了各种导航系统雷达也开始在舰船和 飞机上用作导航手段飞机着陆开始使用雷达 和仪表着陆系统60年代出现子午仪卫星导航 系统70年代微波着陆引导系统研制成功80 年代，同步测距全球定位系统研制成功无线 电导航在军事和民用方面有着广阔的应用前景 （2）无线电导航原理 无线电导航主要利用电磁波传播的基本特性 ：电磁波在在均匀理想媒质中，沿直线（或最短路径） 传播;;电磁波在自由空间的传播速度是恒定的;电磁波在 传播路线上遇到障碍物或在不连续媒质的界面上时会发 生反射 无线电导航就是利用上述特性，通过无线电 波的接收、发射和处理，导航设备能测量出所在载体相 对于导航台的方向、距离、距离差、速度等导航参量（ 几何参量）通过测量无线电导航台发射信号(无线电电 磁波)的时间、相位、幅度、频率参量，可确定运动载体 相对于导航台的方位、距离和距离差等几何参量，从而 确定运动载体与导航台之间的相对位置关系，据此实现 对运动载体的定位和导航 （3）优缺点 无线电导航: 优点：不受时间、天气限制， 精度高，作用距离远方,定位时间短，设备 简单可靠； 缺点：必须辐射和接收无线电 波而易被发现和干扰，需要载体外的导航 台支持，一旦导航台失效，与之对应的导 航设备无法使用；同时，易发生故障。

（4）分类 无线电导航根据运载工具的不同有不同 的分类:船舶无线电导航和飞行器导航 船舶无线电导航，又称无线电航海， 是利用无线电波测定船位和引导船舶沿预定航 线航行的技术 飞行器导航指利用无线电引导飞行器 沿规定航线安全达到目的地的技术利用无线 电波，可以测定飞行器的方位、距离、速度等 参数，计算出与规定航线的偏差，再由驾驶员 或自动驾驶仪进行操作消除偏差 SOLAS公约规定，1600总吨以上的 国际海域航行船舶，必须安装无线电测向仪， 测量遇险船舶发射的SOS求救信号的传播方向 ，进行搜索救助 无线电测向仪是最早的一种无线电 导航设备它以岸上两个以上全方向发射的无 线电指向标台或无线广播电台的来波方向，来 决定船位，也可用于测定发射无线电波的目标 所在方位无线电测向仪由于其作用距离和定 位精度等方面远远不如其它一些无线电导航设 备，当前在航海中已退居辅助地位，但其测定 无线电发射台方位的能力仍然是独一无二的 2、无线电测向仪的组成 （1）无线电测向仪分类 按照天线形状，分为单环旋转式和双 环固定式 按测向方式，分为耳听式、目测式和 耳听目测式三种。

按接收通道分类，分为单通道测向仪 和双通道测向仪 （2）无线电测向仪的组成 接收天线、本机和电源三部分组成 无线电测向仪工作原理框图 ①船用磁罗经分类 ②磁罗经结构 ③磁罗经的安装 ④磁罗经的检查 （（3 3）船）船用磁罗经用磁罗经 l 按用途分类： l 标准罗经：安装在驾驶台顶的露天 甲板上，因安装位置较高，受船磁影响 小，故称为标准罗经 l 操舵罗经：安装在驾驶室内，用于 读取船舶航向 l 应急罗经：安装在船尾应急舵前面 ，用于应急时操舵用 l 救生艇罗经：供操纵救生艇时使用 ①①船船用罗经分类用罗经分类 2、按罗盘直径分类： 有190mm ， 165mm 和 130mm三种 3、按有无液体分类： 液体罗经：罗盆内充满液体，罗 经性能优良，故被广泛使用； 干罗经：罗盘支在轴针上，当船 舶摇摆时罗盘稳定性能差，该种罗经已 被淘汰 组成：罗经盆，罗经柜，自差校正 器 1.罗盆(compass bowl) ②②磁磁罗经结构罗经结构 罗经盆由罗盆本体与罗盘组成 罗盆本体 •罗盆盆体一般用铜材料制造。

•注液孔:用以消除罗盆内气泡 •基线：首基线用于读取船航向 •罗盆液体：多用酒精（45％）和蒸馏 水（55％）的混合液体， 酒精的作用是降低冰点（-26） 还有使用煤油和防冻液作为罗盆液体 •采取防止液体热膨胀冷缩措施 1)罗盆底部为铜皱片 2)罗盆分为上下两室由毛细管连通 ，通过罗盆内的压力来调节 •为保持罗盆的稳定性 1) 降低罗盆的重心，在罗盆底部加 配重 2) 罗盆架在常平环上 罗盘（compass card） 罗盘是指示方向的灵敏部件. 罗盘组成：刻度盘，浮室，磁钢和轴帽 1) 刻度盘由铜片,环氧玻璃布等非磁性材制作,上面 刻有0－360度刻度和方向点 2) 浮室：为水密空气室以增加罗盘浮力减小轴针与 轴帽之间的摩擦力 3) 轴帽：轴帽中心处嵌有宝石，轴针尖端由铱金等 硬金属制成，以减小与轴帽间的摩擦力 4) 磁钢：磁钢轴线与刻度盘0－180度对称平行罗 盘磁钢有条形磁棒和环形磁钢两种类型 2.罗经柜 (binnacle stand) 罗经柜由非磁性材料制作，用于放 置罗盆和自差校正器 1.磁罗经安装位置应满足的条件: l 罗经应安装在船首尾面内，否则因船 铁不对称，易使罗经产生较大的剩余自差 ； l 船舶上特别是顶甲板上的钢铁器件应 尽量远离罗经，至少大于1米以上； l 罗经周围应是开敞的，以便于观测方 位。

③③磁磁罗经的安装罗经的安装 2、罗经的安装 首先用尺测量将罗 经 安放在船首尾面 内 利用方位圈，借助 。