陀螺罗经误差及消除

第一章 陀螺罗经误差及其消除陀螺罗经的主轴在方位上偏离地理真北方向的角度称为陀螺罗经误差。

陀螺罗经误差也是船舶真航向与陀螺罗经航向之间的差值或真北与陀螺罗经北之间的差角。

陀螺罗经误差有纬度误差、速度误差、冲击误差、摇摆误差和基线误差。

第一节 纬度误差 (latitude error)一. 纬度误差产生的原因在第一章讨论具有阻尼重物的液体连通器单转子式陀螺罗经时指出,在北纬φ处的静止基座上稳定位置为⎪⎩⎪⎨⎧-=-=M H tg M M r D r 2ωθϕα （2－1） 由(2－1)式可见,位于北纬φ处的具有阻尼重物的水银器式罗经,稳定后罗经主轴并不恰好位于子午面内,而是偏离子午面一个角度αr ,当罗经的结构参数M 、M D 确定后, αr 角仅与地理纬度φ有关,故称为纬度误差。

以具有阻尼重物的液体连通器式罗经为例,分析纬度误差产生的原因消除方法。

当罗经稳定后,罗经主轴指北端自水平面升高θr 角,产生沿水平轴OY 负向的控制力矩M Y =-Mθr ,使主轴产生绕垂直轴OZ 正向的主进动角速度ωPZ ,主轴指北端向西主进动的线速度u 2= Mθr ,与位于北纬φ处因地球自转角速度垂直分量ω2的影响,使主轴指北端东偏的线速度V 2=Hω2等值反向,亦即u 2＝V 2。

于是,罗经主轴相对于子午面获得稳定。

由于罗经主轴指北端自水平面升高θr 角,阻尼重物则产生与θr 角成正比的阻尼力矩M D θr 沿垂直轴OZ 作用,指OZ 轴的正向。

因此,阻尼力矩M Z 将引起罗经主轴绕水平轴OY 的阻尼进动角速度ωPY ＝M D θr /H ,亦即主轴指北端以阻尼进动线速度u 3= M D θr 向下运动,罗经主轴不能在子午面内r 点稳定。

欲使罗经主轴获得相对于水平面的稳定。

只有借助于主轴相对于水平面的升降视运动的线速度V 1=Hω2α与阻尼进动线速度u 3的平衡。

为此,主轴指北端只有自子午面向东偏离适当的方位角αr ,并满足条件:⎩⎨⎧==r D r M H u V θαω131 （2－2） 即阻尼力矩M D θr 使主轴指北端向下进动的线速度u 3与视运动线速度V 1等值反向。

航海仪器课后复习题第一章陀螺罗经1.叙述陀螺仪的定义及其基本特性。

定义：工程上将高速旋转的对称刚体（转子）及其悬挂装置的总称叫做陀螺仪。

基本特性：定轴性进动性2.何谓平衡陀螺仪和自由陀螺仪？平衡陀螺仪：陀螺仪的中心和其几何中心相重合的陀螺仪。

自由陀螺仪：不受任何外力矩作用的平衡陀螺仪。

4.位于地球上的自由陀螺仪的视运动有何规律？如何解释其物理实质？自由陀螺仪在地球上的视运动规律：北纬东偏南纬西偏，（偏转角速度为w2）东升西降南北一样（升降角速度为w1a）物理实质：当地球自转时，在北纬子午面北点N 向西偏转，由于陀螺仪的定轴性，主轴空间指向不变，跟地球一起运动的观察者看到主轴北端在不断向东偏转。

同理在南纬，主轴指北端向西偏转。

当陀螺仪主轴指北端偏离子午面以东时，受w1 的影响，水平面东半平面下降，陀螺仪主轴的指北端相对水平面产生上升的视运动；当陀螺仪主轴的指北端偏离子午面以西时，由于水平面西半平面上升，陀螺仪主轴则产生下降视运动。

5.影响自由陀螺仪主轴不能稳定指北的主要矛盾是什么？克服该主要矛盾对自由陀螺仪影响的基本原则是什么？W2 是影响自由陀螺仪主轴不能指北的主要矛盾。

克服该矛盾对自由陀螺仪影响的基本原则是利用陀螺仪的进动性，对陀螺仪水平轴施加一个外力M ，使陀螺仪周周绕OZ 轴进动，并满足w'=M/H=w26.叙述变自由陀螺仪为摆式罗经的两种方法。

第一种是重力下移法。

将陀螺仪的重心沿垂直轴下移，时重心不与支架中心O 重合，当主轴不水平时，产生控制力矩。

根据这种方法制成的罗经称为下重式罗经。

第二种是水银器法或液体连通器法。

在平衡陀螺仪上悬挂液体连通器，液体连通器中注入适量的高比重液体（如水银或其他化学溶剂），用以产生控制力矩。

这类罗经一般被称为水银器罗经或称液体连通器罗经。

7.为何双转子摆式罗经与液体连通器罗经二者的动量矩H 的指向不同？由于地球自转，双转子摆式罗经主轴指北端偏离水平面后产生的重力控制力矩My 使陀螺仪主轴指北端向子午面北端靠拢，自动找北。

标准罗经误差记录簿Standard compass error record bookM.V.编号： 1 No.： 1自年月日至年月日FM TO根据《1978年海员培训、发证和值班标准国际公约马尼拉修正案》附件2附则A部分第八章关于值班的标准第34条规定：负责航行值班的高级船员应做定期检查，以确保：.1 舵工或自动舵正操作在正确的航向上；.2 标准罗经误差每班至少测定一次，如可能，在任何大幅度改向后也应测定；标准罗经和陀螺罗经应经常进行核对，罗经复示仪与主罗经同步；.3 自动舵至少每班手动测试一次；.4 航行灯和信号灯及其他航行设备正常工作；.5 无线电设备按照本节第86条规定正常工作；以及.6 无人机舱（UMS）控制装置、报警和指示器工作正常。

According to THE MANILA AMENDMENTS TO STCW CONVENTION ANNEX PART A Chapter VIII paragraph 34:The officer in charge of the navigational watch shall make regular checks to ensure that：．1 the person steering the ship or the automatic pilot is steering the correct course；．2 the standard compass error is determined at least once a watch and，when possible，after any major alteration of course；the standard and gyro compasses are frequently compared and repeaters are synchronized with their master compass；．3 the automatic pilot is tested manually at least once a watch；．4 the navigation and signal lights and other navigational equipment are functioning properly；．5 the radio equipment is functioning properly in accordance with paragraph 86 of this section；And．6 the UMS controls．alarms and indicators are functioning properly．测定罗经差的方法一、利用陆标测定罗经差（Observe a natural or artificial range）TB在海图上量取CB在航行中观测ΔC = TB - CB二、陀螺罗经航向比对法求罗经差（Comparing the ship’s heading while give gyro error）已知陀螺罗经误差的情况下，同时观测陀螺罗经和标准罗经读数，求出磁罗经误差TC = GC + ΔGΔC = GC + ΔG - CC三、利用天体测定罗经差（Celestial methods）罗方位CB——用罗经观测太阳或星体得到；真方位TB——以天体的计算方位A C代替。

陀螺罗经总结1. 陀螺仪定义？陀螺仪：高速旋转的转子及其悬挂装置的总和。

平衡陀螺仪：重心与几何中心重合的陀螺仪自由陀螺仪：不受任何外力矩作用的平衡陀螺仪2. 陀螺仪特性？定轴性：在不受外力矩作用时, 自由陀螺仪主轴保持它的空间的初始方向不变。

进动性：在外力矩作用下, 陀螺仪主轴的动量矩H矢端以捷径趋向外力矩M Y矢端。

M3. 动量矩H 大小与外力矩M Y、进动角速度ω P之间关系：ωP= ，H地球自转角速度的垂直分量ω 2 是影响自由陀螺仪不能指北的主要矛盾。

陀螺仪在地球上的视运动规律：“ 北纬东偏、南纬西偏、东升西降、全球一样”4. 在控制力矩作用下陀螺罗经产生等幅摆动，控制力矩使主轴运行轨迹为椭圆；在阻尼力矩后主轴运行轨迹为衰减的螺旋线，分为：1、水平轴阻尼法（液体阻尼器，如安许茨），稳定位置在北半球指北偏上，南半球指北偏下；2、垂直轴阻尼法（西侧加重物、如斯伯利，电磁控制、如阿玛—勃朗），稳定位置在北东上，南西下。

阻尼因数：又称衰减因数,它表示主轴在方位角上减幅摆动过程的快慢程度。

通常阻尼因数f 取2.5 ～4之间,一般为3。

通常罗经约经3个周期的阻尼摆动（约为4小时）才能达到稳定，所以船舶驾驶员一般在开航前4—6小时启动罗经。

4、陀螺罗经误差及其修正：1）纬度误差：产生原因：垂直轴阻尼方式造成（斯伯利、阿玛—勃朗有，安许茨没有）。

修正方法：○1 、外补偿法（不回子午面内），○2 、内补偿法（回子午面内）2）速度误差：产生原因：船舶恒向恒速运动造成。

特征：1、所有陀螺罗经都有速度误差，2、船速越大, 速度误差越大；。

3、纬度增高时, 速度误差增大，4、速度误差随船舶航向而变，航向正北正南时，速度误差最大；航向正东正西时，速度误差为0；修正方法：○ 1、查表法；○2 、外补偿法（安许茨系列）；○ 3 、内补偿法（斯伯利系列、阿玛—勃朗系列）3）冲击误差：产生原因：船舶作机动航行所出现的惯性力对罗经的影响造成。

1：陀螺仪组成，定义，基本特性？组成：由转子和内环，外环及基座组成的悬挂装置共同构成。

定义：高速旋转的对称刚子及其悬挂装置。

基本特性：1，定轴性2，进动性2：影响主轴不能稳定指北的主要原因？在其他纬度上，地球自转角速度垂直分量W2 是~3：下重式摆式陀螺罗经指北原理：下重式：利用陀螺仪的进动性，施加控制力矩使其克服地球自转角速度的影响，跟踪地理子午面的运动，实现自动找北功能，还需对等幅摆动进行处理，使其实现减幅运动，并最终能稳定于地理子午面内，具有指北功能摆式：在已装置重力控制设备的摆式陀螺罗经上，必须再指一个阻尼设备使其阻尼力矩产生的新的角速度，当主轴向着稳定位置运动则使其速度加快，当主轴偏离稳定位置时，速度减慢，从而使主轴通过减幅摆动能较快的抵达其稳定位置。

4：什么是陀螺罗经的阻尼因数和阻尼周期？阻尼因数：表示主轴在方位角上减幅摆动过程的快慢程度。

阻尼周期：表示罗经作减幅摆动时，主轴阻尼摆动一周所需的时间5：什么是陀螺罗经的纬度误差，如何消除？采用垂直轴阻尼法的陀螺罗经，主轴指北端的稳定位置不在子午面内，其在方位上偏离子午面的角度，称为纬度误差。

消除方法：1 外补偿法2 内补偿法6：什么是陀螺罗经的速度误差？因素有关？如何消除？船舶作恒速恒向运动时，陀螺罗经主轴的稳定位置，与船速为零时主轴稳定位置二者在方位上的夹角有关因素：船舶航向，航速与船舶所在纬度消除方法查表法外补偿内补偿7:简述平衡陀螺仪、自由陀螺仪、摆性陀螺仪的定义，何为陀螺仪的定轴性和进动性？若三自由度陀螺仪的重心G与几何中心O相重合，则称为平衡陀螺仪。

若三自由度陀螺仪的中心G与几何中心O不重合，则称为摆性陀螺仪。

不受外力矩作用的平衡陀螺仪，成为自由陀螺仪。

定轴性：当陀螺仪的转子不断高速旋转时，若转动其基座，与一般刚体没有区别，主轴将随基座一起转动而改变指向。

但当转子绕主轴高速旋转时，若再转动其基座，则主轴OX不再随基座一起转动，而是保持其原有的空间指向不变，表现为定轴性。

陀螺罗经第一章 陀螺罗经指北原理陀螺罗经是船舶上指示方向的航海仪器。

其基本原理是把陀螺仪的特性和地球自转运动联系起来，自动地找北和指北。

描述陀螺罗经指北原理所涉及的内容用式（1－1）表示:陀螺罗经=陀螺仪+地球自转+控制设备+阻尼设备 （1－1）第一节 陀螺仪及其特性一. 陀螺仪的定义与结构凡是能绕回转体的对称轴高速旋转的刚体都可称为陀螺。

所谓回转体是物体相对于对称轴的质量分布有一定的规律,是对称的。

常见的陀螺是一个高速旋转的转子。

回转体的对称轴叫做陀螺转子主轴,或称极轴。

转子绕这个轴的旋转称为陀螺转子的自转。

陀螺转子主轴相当于一个指示方向的指针，如果这个指针能够稳定地指示真北，陀螺仪就成为了陀螺罗经。

如图1-1所示，一个陀螺用一个内环（视其水平放置，也可称水平环）支承起来，在自转轴（主轴）水平面内，与主轴相垂直的方向上，用水平轴将内环支承在外环（垂直环）上，而外环则用与水平轴相垂直的垂直轴支承在固定环及基座上。

把高速旋转的陀螺安装在这样一个悬挂装置上,使陀螺主轴在空间具有一个或两个转动自由度,就构成了陀螺仪。

可以看出高速旋转的转子及其支承系统是构成陀螺仪的两个要素。

实用罗经中，陀螺仪转子的转速都是每分钟几千转到每分钟几万转。

陀螺仪的支承系统应具有这样的特点，即它应保证主轴在方位上指任何方向，在高度上指示任何高度，总之，能指空间任何方向。

由此，我们可以将陀螺仪概述为：陀螺转子借助于悬挂装置可使其主轴指空间任意方向，这种仪器就叫陀螺仪。

实用陀螺仪，其转子、内环及外环等相对主轴、水平轴以及垂直轴都是对称的，无论几何形体或质量都是对称的。

重心与几何中心相重合的陀螺仪称为平衡陀螺仪。

不受任何外力矩作用的陀螺仪称为自由陀螺仪。

工程上应用的都是自由陀螺仪。

陀螺仪的转子能绕一个轴旋转，它就具备了一个旋转自由，也就是具有一个自由度。

像图1-1所示的陀螺仪，1－转子；2－内环；3－外环；4－固定环；5－基座图1－1具有三个自由度,一是转子绕O X轴作自转运动,一是转子连同内环绕OY轴(水平轴)转动,一是转子连同内环和外环绕OZ轴(垂直轴)转动。

中文：航海仪器课程名称英文：Navigation Apparatus课程编号 1105300 学分/学时 3.5/60所属教研室航海教研室先修课程 高等数学、大学物理、理论力学、电路与电机、无线电技术等课程类型 专业课 考核方式 考试开课专业 航海技术专业教学目的和要求目的:本课程是航海技术专业的一门主干专业课。

其目的是使学生掌握正确使用航海仪器应具备的基本知识和技能，并通过国家海事局要求的《航海仪器的正确使用》评估项目和《航海学》考试。

要求:1、理解陀螺罗经和磁罗经的指北原理及其结构组成，掌握测定和校正仪器误差的方法，熟练掌握仪器的正确使用方法与保养工作。

2、掌握测深仪和计程仪的基本原理、正确使用方法与维护保养工作。

3、掌握罗兰C系统、GPS/DGPS卫星导航系统的组成、定位原理和定位精度，熟练掌握GPS 卫导仪和罗兰C接收机的正确使用方法。

4、掌握AIS系统的功能、组成与特点，并能正确使用AIS收发机。

5、了解VDR和组合导航系统的主要功能与特点等。

教学内容和基本要求（分章节）绪论第一章 陀螺罗经的指北原理第一节 陀螺仪及其特性第二节 陀螺仪在地球上的视运动第三节 变自由陀螺仪为陀螺罗经的方法第四节 摆式罗经的等幅摆动和减幅摆动第五节 电磁控制式罗经原理第六节 光纤陀螺罗经定向原理基本要求：正确理解陀螺罗经的指北原理。

本章重点：陀螺罗经的指北原理。

本章难点：陀螺罗经的指北原理。

教学内容及基本要求（分章节）第二章 陀螺罗经误差及其消除第一节 纬度误差第二节 速度误差第三节 冲击误差第四节 其它误差基本要求：掌握陀螺罗经的各种误差的定义、特点及其校正方法。

本章重点：陀螺罗经的各种误差的特点及其校正方法。

本章难点：陀螺罗经纬度误差、速度误差的原因分析。

第三章双转子陀螺罗经第一节 安许茨4型罗经概述、主罗经结构组成、使用与保养第二节 安许茨20型罗经第三节 北辰CMZ500型罗经基本要求：掌握安许茨罗经的主罗经结构组成及各主要部件的作用，能熟练使用安许茨4型陀螺罗经。