海洋工程中电罗经校正之实用方法

摘 要 本文介绍了电罗经在海洋工程中的应用及其工作原理，详述了利用天文测量理论校正电罗经的方法，并结合观测数据，对精度进行了分析。

关键词 电罗经；真方位角；天文方位角；定位三角形；垂线偏差

中图分类号：P631 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0098-02

海洋工程的许多场合，都需要电罗经提供定向数据。电罗经作为一种实时的方位定向设备，因具有指向精度高，不受外界磁场等诸多因素的干扰影响之特性，使其在海洋工程导航定位中的作用，至今尚无可取代。以SG Brown Meridian Surveyor电罗经为例，其运行稳定后的静态精度为：0.05°sec latitude RMS，动态精度为：0.2°sec latitude。在近海工程领域，当定位基线长度受限的情况下，应用任何一种有效的GPS差分服务，通过实时GPS定位数据进行的方位解算，都无法达到这种精度等级。

一台经检测性能正常的电罗经，当其被安装在需定向的工程设施上时，电罗经的方向基准线很难与这些设施的水平中心轴线完全平行一致，其间的夹角，通常称之为“安装误差”。海洋工程中，习惯上，常将电罗经的这种安装误差与其运行误差视为一个误差整体（称之为联合误差），而进行校正。

1 电罗经的工作原理

电罗经又称陀螺罗经，是根据自由陀螺仪的定轴性和进动性，并利用地球自转和重力场的联合作用，对陀螺仪施加两个控制力矩（“找北”力矩和阻尼力矩）设计而成的。

当电罗经中的陀螺仪主轴与地球自转角速度w方向一致时，地球重力场将不会在陀螺仪上产生力矩作用，此时，陀螺仪主轴将表现出定轴性，始终稳定在子午面内指北。当电罗经的陀螺仪主轴初始指向与地球自转角速度w方向不一致，而是存在一个夹角时，地球重力场将会对陀螺仪施加一个力矩（称为“找北”力矩），此力矩的作用将使陀螺仪主轴产生向其所在子午面方向的进动。因惯性及“找北”力矩的影响，其主轴将以振动的形式反复穿越子午面进动下去。电罗经通过对陀螺仪施加阻尼力矩，使得其主轴最终稳定于子午面内，其指向与地球自转角速度w方向一致。

由上述电罗经的工作原理可知：电罗经提供的方位指示，是以真北方向为基准的真方位角。

2 电罗经的校正方法

设置一方向线，测定其真方位角，作为校正电罗经的方位参考基线。安置电罗经，使其方向基准线与参考基线重合或平行，并令其首向与参考基线的方位指向一致。记录电罗经运行稳定后之测量值，并与参考基线真方位角作差。此差值即为经校正所得出的电罗经运行误差与安装误差之联合误差。

电罗经的校正方法，实质上，是由参考基线真方位角之测定方式决定的。海洋工程中比较实用的校正方法为测定天文方位角法。

2.1 天文方位角的测定原理

测站与地面目标点间连线之天文方位角A，就是测站的子午圈和通过地面目标点的垂直圈之间的水平夹角，由真北方向顺时针量取。由此可以看出：测站至地面某一目标点的天文方位角与真方位角是同等的。这亦使得用测定天文方位角法校正电罗经成为可能。

在天球上，由测站的上子午圈、天体的子午圈（时圈）和天体的地平经圈（垂直圈）相交而构成的球面三角形，称为天文三角形，又称定位三角形。定位三角形的顶点分别为：天顶、天极和天体。其三条边分别为天体之天顶距、天体赤纬之余角和测站纬度之余角。

3 结束语

利用太阳时角法测定天文方位角校正电罗经，实质上是天文测量在海洋工程中的低等级应用。而在其他工程等领域，天文测量的作用依然极为重要。鉴于此，开发更为严密、功能更为强大的天文测量应用软件，或仍具现实意义。

参考文献

[1]徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民.GPS测量原理及应用[M].武汉：武汉大学出版社，2003.

[2]董挹英，刘彩璋，徐德宝.实用天文大地测量学[M].武汉：武汉测绘科技大学出版社，1991.

[3]R.鲁罗佛斯.实用天文测量学[M].北京：北京测绘出版社，1959.

作者简介

夏嘉辉（1973-），男，汉族，吉林省吉林市人，本科，助理工程师，长期从事工程测量、海洋测量及天文大地测量

工作。