張 清，吳 劍

(安徽蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007)

飛機(jī)校羅差工作關(guān)系到飛機(jī)慣導(dǎo)系統(tǒng)能否在飛行過(guò)程中正確地導(dǎo)引飛機(jī)按精確的航向飛行。完成飛機(jī)的大修工作，就必須掌握磁羅差的校正方法，而現(xiàn)有引進(jìn)飛機(jī)的資料并未有完整的、簡(jiǎn)便的磁羅差校正方法介紹。某引進(jìn)機(jī)型飛機(jī)使用的是平臺(tái)式捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)，在研究該機(jī)型磁羅差校準(zhǔn)方法過(guò)程中，遇到不少理論和實(shí)踐上的難題，將磁偏給定器設(shè)定為000.0，是通過(guò)推測(cè)、假設(shè)、試驗(yàn)和分析相結(jié)合得出的結(jié)論，如果不將磁差給定器設(shè)定為000.0，羅差計(jì)算會(huì)大大溢出指標(biāo)，而在飛機(jī)地面通常檢查時(shí)，磁差給定器磁偏差值往往設(shè)定為當(dāng)?shù)卮挪?，才能得到正確的航向。理解其工作機(jī)理，是掌握校準(zhǔn)羅差方法的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。文章闡述磁羅差校正的原理和校正方法、磁偏給定器的磁差作用機(jī)理，并進(jìn)一步分析了校羅差時(shí)將磁偏給定器設(shè)定為000.0的工作機(jī)理。

1 磁羅差產(chǎn)生與校正

1.1 校羅差的背景

磁航向角是飛機(jī)縱軸在水平面上投影與磁子午線(xiàn)之間的夾角。真航向角(ψИ)是飛機(jī)縱軸在水平面上投影與真子午線(xiàn)Nt(即地理子午線(xiàn))之間的夾角，方向規(guī)定為從真子午線(xiàn)北端順時(shí)針轉(zhuǎn)到飛機(jī)縱軸之夾角為“+”，反之為“－”，夾角范圍為0°～360°。實(shí)際導(dǎo)航控制中按局部大圓航線(xiàn)坐標(biāo)系計(jì)算導(dǎo)航參數(shù)。

由于飛機(jī)上鐵磁物質(zhì)的存在，影響慣導(dǎo)系統(tǒng)的磁傳感器周?chē)艌?chǎng)變化，會(huì)直接產(chǎn)生磁偏差，影響磁航向參數(shù)的計(jì)算，從而影響導(dǎo)航控制的結(jié)果。消除慣導(dǎo)系統(tǒng)的這部分磁偏差，消除磁羅差，是裝備修理必須完成的一項(xiàng)工作。在消除羅差前，飛機(jī)指示的磁航向可以稱(chēng)為羅航向，消除羅差后磁航向才有實(shí)用意義。

1.2 磁羅差

除了地球磁場(chǎng)以外，還有飛機(jī)鐵磁體的磁場(chǎng)作用在感應(yīng)傳感器上，這會(huì)降低磁航向的精度，也是提高磁航向精度的障礙。這些干擾主要來(lái)源于磁性物質(zhì)鋼構(gòu)件、鋼索、發(fā)動(dòng)機(jī)等。需要分辨出與半圓羅差和象限羅差有關(guān)的基本誤差。

半圓羅差是飛機(jī)上的“硬鐵”所引起的羅差。另一種羅差是由軟磁材料時(shí)引起的，在有地磁和其他電磁環(huán)境的條件下激發(fā)這些材料產(chǎn)生磁場(chǎng)，這種羅差稱(chēng)為“軟鐵”羅差，它具有象限特性，這種羅差的大小與半圓羅差比起來(lái)相當(dāng)小。

1.3 磁羅差測(cè)定

利用磁經(jīng)緯儀在轉(zhuǎn)動(dòng)飛機(jī)時(shí)測(cè)得磁航向，作為飛機(jī)在各轉(zhuǎn)動(dòng)方位的標(biāo)準(zhǔn)磁航向，將使用檢測(cè)設(shè)備測(cè)得的機(jī)上慣導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)際羅航向值與此標(biāo)準(zhǔn)磁航向值進(jìn)行比較，差值是磁羅差，這些差值是機(jī)體對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)磁航向的影響所致的。按照測(cè)得的差值進(jìn)一步利用 КМД－3磁差補(bǔ)償器上 С、В、Д、Е補(bǔ)償電位計(jì)進(jìn)行校正，從而消除這些影響。

1.4 磁羅差校正

為消除儀器誤差和磁修正器的羅差，引入了磁差補(bǔ)償器КМД。校正羅差時(shí)，КМД采用從sin通道向COS通道(或相反)引入一個(gè)附加校正的方法，來(lái)消除具有象限特性的羅差和儀表誤差。在КМД中有一個(gè)電壓穩(wěn)定器，從這個(gè)穩(wěn)壓器中產(chǎn)生一個(gè)對(duì)磁修正器羅差和儀表誤差中具有半圓特性的部分進(jìn)行補(bǔ)償?shù)闹绷麟娏魉腿敫袘?yīng)傳感器的信號(hào)繞組。這個(gè)電流的大小在飛機(jī)上校正羅差時(shí)可通過(guò)補(bǔ)償電位計(jì)來(lái)改變，也就是改變了sin通道和COS通道的放大系數(shù)。

事實(shí)上引起磁通道誤差包括磁通道產(chǎn)品自身的工具誤差和機(jī)體鐵磁物質(zhì)引起的羅差。消除羅差又分為兩部分:一是消除組成Ц－060系統(tǒng)的產(chǎn)品自身對(duì)磁航向產(chǎn)生的誤差，即校正慣導(dǎo)系統(tǒng)磁通道工具誤差，是通過(guò)КМД－3磁差補(bǔ)償器上Син、Вин補(bǔ)償電位計(jì)補(bǔ)償慣導(dǎo)系統(tǒng)磁通道半園特性的工具誤差和通過(guò)КМД－3磁差補(bǔ)償器上Дин、Еин補(bǔ)償電位計(jì)補(bǔ)償慣導(dǎo)系統(tǒng)的磁通道象限特性的工具誤差;另外就是消除機(jī)體包括發(fā)動(dòng)機(jī)的鐵磁物質(zhì)對(duì)半園特性、象限特性磁羅差的影響產(chǎn)生的羅差，是通過(guò)КМД－3磁差補(bǔ)償器上С、В補(bǔ)償電位計(jì)補(bǔ)償引起半園特性的磁差影響和通過(guò)КМД－3磁差補(bǔ)償器上Д、Е補(bǔ)償電位計(jì)補(bǔ)償引起象限特性的磁差影響，這兩部分相互關(guān)聯(lián)和影響，都可以在外場(chǎng)完成，一般情況下，先進(jìn)行磁通道誤差的校正，再進(jìn)行飛機(jī)的羅差校正。［1］

2 羅差校正方法

2.1 經(jīng)緯儀初始校正

飛機(jī)牽引到羅盤(pán)場(chǎng)，先使經(jīng)緯儀垂直平臺(tái)和飛機(jī)縱軸平臺(tái)重合，相當(dāng)于磁經(jīng)緯儀在后面測(cè)得的航向值反映的是飛機(jī)的航向值，利用當(dāng)?shù)啬繕?biāo)的標(biāo)準(zhǔn)磁航向值鎖定磁經(jīng)緯儀端軸承，使目鏡對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)不變，松開(kāi)水平刻度盤(pán)限制器，轉(zhuǎn)動(dòng)飛機(jī)羅盤(pán)刻度變化值就是飛機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，然后按照校羅差方法就可以測(cè)定各方位上的羅差，最終給予補(bǔ)償。［2］

2.2 羅差測(cè)定與校正

轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)緯儀，對(duì)準(zhǔn)減速傘艙上敵我識(shí)別器的詢(xún)問(wèn)天線(xiàn)，按下“МК”(磁修正)按鈕，正常對(duì)準(zhǔn)后按壓“主慣性平臺(tái)”按鈕，磁差給定器則設(shè)定磁偏差為000.0，此時(shí)，慣導(dǎo)航向羅差校正設(shè)備測(cè)定的磁(羅)航向值是導(dǎo)航計(jì)算機(jī)根據(jù)慣性平臺(tái)輸出的陀螺磁航向，經(jīng)磁感應(yīng)傳感器(ИД－6)感受的磁航向信號(hào)、緯度給定器(ПШК－7)給定的緯度信號(hào)、磁差補(bǔ)償器(КМД－3)給定的當(dāng)?shù)卮牌钚盘?hào)補(bǔ)償計(jì)算而產(chǎn)生的。［3］經(jīng)緯儀測(cè)量值就是飛機(jī)這一角度的磁航向，慣導(dǎo)航向羅差校正設(shè)備測(cè)定的磁(羅)航向值與經(jīng)緯儀測(cè)定值的差值就是該方位角上的羅差。［4］

轉(zhuǎn)動(dòng)飛機(jī)到0°、45°……等相差45°的方位上，重新利用慣導(dǎo)航向羅差校正設(shè)備與光學(xué)經(jīng)緯儀測(cè)量值偏差，確定新方位角的羅差。

根據(jù)測(cè)定的羅差值確定系統(tǒng)的安裝誤差和四方方位(0°、90°、180°、270°)上羅差值，并以此КМД－3磁差補(bǔ)償器上С、В、Д、Е補(bǔ)償電位計(jì)進(jìn)行補(bǔ)償校正，將羅差補(bǔ)償?shù)胶细竦囊笾捣秶鷥?nèi)。

3 磁偏差設(shè)為零的機(jī)理分析

羅差的計(jì)算公式為:

式中，ψМК為慣導(dǎo)系統(tǒng)的磁航向，在校準(zhǔn)前可稱(chēng)為羅航向(ψL);ψКК為經(jīng)緯儀測(cè)出的磁航向;ΔψК為羅差，羅差包含前面論述的安裝誤差(或圓周羅差)、半圓羅差、象限羅差，它反映的是飛機(jī)自身對(duì)磁傳感器的影響。

在慣導(dǎo)系統(tǒng)中，慣導(dǎo)系統(tǒng)的航向輸出ψПР與磁航向 ψМК、磁航向 ψКК、羅差 ΔψК、磁差 ΔψМ的關(guān)系如圖 1 所示。［5］

圖1 磁航向、表航向和磁差

從圖1中得公式(2):

式中，ΔψМ為磁差，磁差是磁北方向與真子午線(xiàn)之差，磁差是從真子午線(xiàn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正，逆時(shí)針為負(fù)。［6］

實(shí)際校羅差操作中，利用經(jīng)緯儀測(cè)定的磁航向就是利用經(jīng)緯儀上磁羅盤(pán)測(cè)出羅盤(pán)場(chǎng)該方位的磁航向ψКК，作為飛機(jī)縱軸在該方位磁航向的標(biāo)準(zhǔn)值。

校羅差時(shí)，需要接通慣導(dǎo)系統(tǒng)和導(dǎo)航計(jì)算機(jī)，使用慣導(dǎo)航向羅差校正設(shè)備測(cè)定的磁航向值應(yīng)是慣導(dǎo)系統(tǒng)的計(jì)算航向ψПР，而且必須按下“МК”(磁修正)按鈕，利用右垂尾上的磁感應(yīng)傳感器信號(hào)修正計(jì)算的磁航向，按下“主慣性平臺(tái)”按鈕是選擇主平臺(tái)輸出值來(lái)計(jì)算航向 ψПР。［7］

從公式(2)可以看出，計(jì)算航向ψПР并不是以初始真北(N)為參照來(lái)計(jì)算的，而是以實(shí)際真北(N')來(lái)參照計(jì)算的，ψПР并不就是ψМК，還有一個(gè)反映地球自轉(zhuǎn)角速度的垂直量影響實(shí)際真北N'的積分項(xiàng)。導(dǎo)航計(jì)算時(shí)實(shí)際上根據(jù)實(shí)際真北求解的，實(shí)際真北與初始真北的變化原因就是地球的由于自轉(zhuǎn)角速度的影響，相差值就是式(2)中積分項(xiàng)，飛機(jī)在地面上與地球一起自轉(zhuǎn)，積分項(xiàng)的影響可不計(jì)，視為0。那么ψПР思考用下式(3)來(lái)替代。

經(jīng)緯儀讀取的目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)磁航向是受地磁偏差ΔψМ影響的，指示的是與磁北為參照系的。但由于是羅盤(pán)場(chǎng)地測(cè)定的磁航向值，轉(zhuǎn)動(dòng)飛機(jī)的角度變化僅是方位角的變化，計(jì)算出的各方位上航向值不含飛機(jī)對(duì)經(jīng)緯儀的影響。

而從飛機(jī)儀表讀取的磁航向指示值或從檢測(cè)設(shè)備上讀取的磁航向(羅航向)，是按公式(2)或(3)計(jì)算的，已包含地域磁偏差ΔψМ對(duì)磁感應(yīng)傳感器的影響。但是 ψПР(或 ψГМК)指示的是與地理真北(實(shí)際真北)相對(duì)的真航向值，地面正常對(duì)準(zhǔn)時(shí)，慣導(dǎo)系統(tǒng)為了計(jì)算真航向，按公式(1)測(cè)定羅差時(shí)，應(yīng)該保證兩個(gè)數(shù)據(jù)都是以磁北為參照系，即ψГМК與經(jīng)緯儀上羅航向值一樣都是以磁北為參照系比較，方能得出合理的羅差數(shù)據(jù)。只有機(jī)上磁偏差給定器必須設(shè)定磁差ΔψМ=0，這時(shí)按公式(3)計(jì)算得到的飛機(jī)儀表或檢測(cè)設(shè)備讀取的ψГМК指示值表達(dá)為以磁北為參照系的航向值。

羅盤(pán)場(chǎng)地在建設(shè)時(shí)主要標(biāo)準(zhǔn)要求，各方位上的磁偏差數(shù)值必須相同，且很小可以忽略(不大于6')，因此轉(zhuǎn)動(dòng)飛機(jī)測(cè)得的磁航向ψКК就不考慮羅盤(pán)場(chǎng)地周?chē)h(huán)境的影響，這樣各方位上按公式(1)計(jì)算羅差從理論上就完全成立了。不過(guò)，考慮各地域因地球磁場(chǎng)、環(huán)境以及目標(biāo)參照物等因素對(duì)磁北的影響，羅盤(pán)場(chǎng)地需要適時(shí)進(jìn)行場(chǎng)地羅差再校正，通過(guò)修正目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)航向值，可以消除地域磁差、環(huán)境等因素的影響。［8］

4 結(jié)論

文章校正羅差的方法是根據(jù)引進(jìn)資料方法、校羅差的一般原理和其他機(jī)型校羅差經(jīng)驗(yàn)歸納所得，確定磁偏差給定器設(shè)定值也是掌握校羅差方法的難點(diǎn)和要點(diǎn)。通過(guò)上述分析可知，消除羅差必須先測(cè)定羅差，測(cè)定羅差是利用各方位的羅航向與磁航向相比較而得，飛機(jī)指示的航向是經(jīng)過(guò)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的計(jì)算航向，要用計(jì)算航向代替羅航向，就要求兩個(gè)數(shù)據(jù)表達(dá)的物理意義相同，實(shí)現(xiàn)此目的需要設(shè)定磁偏差給定器的值為000.0。

［1］911－02產(chǎn)品技術(shù)使用指南［Z］.КМИВ.461535.001 РЭ.1986.

［2］張宗麟.慣性導(dǎo)航與組合導(dǎo)航［M］.北京:航空工業(yè)出版社，2000.

［3］Ц－060 產(chǎn)品技術(shù)使用指南［Z］6Д1.790.104 РЭ 第 2冊(cè)

［4］宮經(jīng)寬.航空機(jī)載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)［M］.北京:航空工業(yè)出版社，2010.

［5］秦永元.慣性導(dǎo)航［M］.北京:科學(xué)出版社，2006.

［6］張宗麟.通過(guò)飛機(jī)停放航向判斷慣導(dǎo)平臺(tái)漂移誤差方法的研究［J］.中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，2000，(4).

［7］Изделие ц－ 060 рухнической эксплуатацин .6д1.790.104 рэ Частб 3 .1986.

［8］魏瑞軒，李學(xué)仁.無(wú)人機(jī)系統(tǒng)及作戰(zhàn)使用［M］.北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2009.