导航罗经校准及精度分析

邢延国

摘要：本文介绍了电罗径测定方位角的基本原理，阐述了海洋工程中电罗径校准的步骤以及一些注意事项，并给出计算公式。另外分析了直接法和天文法对电罗径校准产生的误差和消除误差的一些建议。

关键词：罗经；误差；校准；全站仪

一、前言

罗经即测定方向基准的一种仪器。船舶用罗经以确定航向和观测目标方位。目前在海洋工程测量中主要采用电罗经来确定船舶的方位，但是由于船舶上的陀螺罗经会因船舶运动而产生很多误差，如速度差、冲击误差、摇摆误差、纬度误差等；而且安装时又有基线误差等，定位测量用电罗经的精度要求比对航海用电罗经的精度要求更高，所以在定位测量采用电罗经来确定方位的时候必须在定位测量工作开始前进行校准，使它的精度满足作业的需求。本文主要介绍利用全站仪校准电罗经的误差以及误差对测量结果会产生的影响进行探讨。

二、电罗经测量校准的方法

电罗经校准的基本原理就是通过测量坐标方位角计算船舶的中轴线的真方位角来校准电罗经测量的天文方位角，即当电罗经基准线零刻度线与船舶中轴线平行时，电罗经测量值与船舶中轴线真方位角差值即为电罗经改正值。

（1）在平行于中轴线或者在船的中心线上选择观测点A和B，分别架设棱镜；

（2）在观测开始前开始设置电罗经的采样时间，采样时间不得大于2S并记录。记录内容主要包括时间和罗经的读数；

（3）电罗经采样时间和观测时间（如电子表）要进行校准，使它们的时间与GPS时间都达到同步；

（4）将全站仪架设在一个已知的坐标点STATION（x0，y0）中设站，后视另外一个已知的坐标点OP（x1，y1）；

（5）在观测点STATION上观测A（Bow）、B（Stern）两点，记录相应的时间、两点的水平角αA、αB和它们的水平距离Sa、Sb。记录表格如下

图1：校准示意图

公式一

（7）观测水平角αA和αB，距离SA和SB，然后计算出A和B的坐标EA，NA，再根据这两个坐标进行反算得到船体中心线的坐标方位角，最后将坐标方位角换算为真方位角。

公式二

式中：β是船舶的真方位角，γ是本地区的子午线收敛角，C-O是罗经的校准值，Oβ是罗经的读数。

三、全站仪在罗经校准中的设置和使用

3.1、全站仪的介绍

全站仪是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。

3.2、全站仪误差分析

利用全站仪进行电罗经校准容易产生人为误差、整平误差、对中误差以及仪器误差、外界环境带来的误差、大气折光所带来的误差、其它环境因素的影响等

根据公式二，由误差传播公式，可以得到罗经校准值中的误差表达式：

公式三

式中mc-o2是代表罗经校准值得误差，mγ2为本地区子午线收敛角误差，可以准确计算，因此等于0，moβ2为罗经读数的误差，一般是0.4°，mα为船舶的坐标方位角误差。

根据公式一，由误差传播公式得到已知方位角α0得起算误差mα0表达式。考虑到Station和OP两个点均存在误差，假设两点的误差均为m0，则有同样：

公式四

式中msl是测站的点位误差，mα为点STATION到BS的方位角误差。

根据公式中计算不同变量情况下mc-o的结果。如下图表格：

由表可见，若罗径校准值的误差变小，必须采用高精度的已知起始点进行测量。若采用定位精度很差的方法，只能延长观测点之间的距离。结合实际工作经验，在已经知道坐标点的码头进行校正是可以保证测量校准精度的。如果条件不具备则要延长观测点的距离，例如在平台密集的海域将平台作为观测对象。因此，船舶罗经补偿值的精度。

四、结语

电罗经校正方法对测量结果会产生较大的影响，我们可以根据不同工程类型对定位精度的要求确定所需要的校准方法使其达到所需的罗经精度。

在使用本文所讨论的方法时其已知点的精度越高，校准的精度也就越高，所以提高现有已知点的精度将提高校准的精确性。同时尽量避免不必要的人为误差。

参考文献：

[1]《海上施工导航定位方法及精度分析》，水道港口，2001，22（4），裴文斌、曾忠、牛桂芝。

[2]《椭球大地测量学》北京测绘出版社，陈健等；

[3]《测量平差基础》北京测绘出版社，龄宗涛、鲁林成；

[4]《工程测量学》北京测绘出版社，李青岳、陈永奇；

[5]《测量学》上海交通大学出版社，李建华主编；

[6]《天文测量计算用表》测绘局，测绘局编译。

农村生态文明建设与“美丽乡村”建设关系研究

——“美丽乡村”村庄规划实践与思考

蒋晔