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摘 要

磁罗经是一种用于测向定位的助航仪器，是船舶安全航行的基本助航仪器之一。其源于指南针，经过现代的发展，磁罗经的指向精度有了很大的提高，成为海上航行的最常用的设备。不同于其他指向的助航仪器，磁罗经不需要动力支撑，仅依靠地磁力就可以指向，因其优越的性能被广泛使用。但磁罗经本身产生自差，影响船舶的安全航行。所以，校正磁罗经的自差显得尤为重要。论文通过分析地磁力和船舶磁力对磁罗经的作用后，把磁罗经的受力用方程表示出来，再对磁罗经的水平受力进行投影后，带入船正平时的方程中得到磁罗经的半圆自差。通过分析爱利法校正半圆自差原理的基础上，在三维仿真软件模拟和实验室中使用爱利法校正磁罗经的半圆自差，通过对校正结果进行记录与分析后，对校正口诀进行验证从而得出其是否可以用于校正磁罗经的半圆自差。

关键词：磁罗经；半圆自差；爱利法；验证

Abstract

Magnetic compass is a kind of navigational aids for direction finding and positioning, and is one of the basic navigational aids for safe navigation of ships. With the development of modern technology, magnetic compass has greatly improved its pointing accuracy and become the most commonly used equipment for sea navigation. Unlike other navigation AIDS, the magnetic compass does not need power support, only relying on the geomagnetic force can point, because of its superior performance is widely used. But the magnetic compass itself has self-deviation, which affects the safe navigation of the ship. Therefore, it is very important to correct the deviation of magnetic compass. On the basis of analyzing the cause of semicircle deviation of magnetic compass and the principle of correcting semicircle deviation with airy method, the paper simulates the semicircle deviation of magnetic compass by 3D simulation software and corrects it with airy method in laboratory, the calibration formula is verified to analyze whether it can be used to correct the semicircle deviation of the magnetic compass.

Key words：Magnetic Compass; Semicircle Deviation; airy method; Verification

目录

第1章 绪 论 1

1.1目的及意义 1

1.1.1研究目的 1

1.1.2研究意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1磁罗经半圆自差校正的方法 1

1.2.2磁罗经半圆自差校正存在的问题 2

1.3研究目标、研究内容和拟采取的研究方法 3

1.3.1研究目标 3

1.3.2研究内容 3

1.3.3拟采取的研究方法 4

第2章 磁罗经半圆自差产生的原因 5

2.1地磁场简介 5

2.2磁罗经自差 5

2.2.1地磁力对磁罗经作用 5

2.2.2感应磁力和硬铁磁力对磁罗经的作用 6

2.2.3泊松方程 6

2.3磁罗经半圆自差产生的原因 8

2.4本章小结 11

第3章 爱利法校正磁罗经半圆自差的方法 12

3.1爱利法 12

3.2爱利法校正磁罗经半圆自差 12

3.3爱利法校正磁罗经半圆自差口诀 14

3.4本章小结 16

第4章 基于三维仿真软件的磁罗经半圆自差校正 17

4.1三维仿真软件VRML简介 17

4.2基于三维仿真软件的磁罗经半圆自差校正方法的模拟 17

4.3基于三维仿真软件的磁罗经半圆自差校正的口诀验证 21

4.4本章小结 24

第5章 基于实验室的磁罗经半圆自差校正 25

5.1实验室磁罗经半圆自差校正场景设计 25

5.2实验室磁罗经的半圆自差校正方法 26

5.3实验室磁罗经的半圆自差校正口诀验证 29

5.4本章小结 34

第6章 结论与展望 34

参考文献 37

致谢 37

第1章 绪 论

1.1目的及意义

1.1.1研究目的

通过对现有的磁罗经半圆自差校正方法的研究，了解各方法对磁罗经自差校正的准确性，掌握校正磁罗经半圆自差的方法。阅读近年来国内外对于磁罗经半圆自差校正的相关成果，探索一种简单可行的实验方法，为实船中实际校正磁罗经自差工作打下基础。

1.1.2研究意义

随着经济的发展，航海事业越发繁荣。如何保障船舶的航行安全是人们越发关心的问题。而磁罗经作为船舶的一种常用的航海仪器，在确保航行安全上有着重要作用。而如何使磁罗经能够足够精确，提供正确的航行信息^[1]，就需要校正磁罗经的自差，磁罗经的自差校正的精确性直接决定着船舶是否在一个安全的航向上航行，减小船舶发生碰撞的概率。

因为磁罗经的结构简单，可靠性高，且随时可用，无需动力，所以对于船员来说，磁罗经是必须掌握的助航仪器。研究磁罗经的自差校正的方法，会对参加航海事业的船员在校正磁罗经自差时积累经验。

1.2国内外研究现状

1.2.1目前校正磁罗经半圆自差的方法

磁罗经的半圆自差校正主要方法为爱利法，即是在四个磁航向上直接观测自差，用纵横校正磁棒分别抵消横向力和纵向力这两个力^[2][3]。虽然爱利法在校正磁罗经精度上足够有保证，但此法需要在专用的校正场地，且操作繁琐，效率不高。李文明和王霞^[4]在爱利法基础上研究了基于VR船舶磁罗经自差校正训练系统。通过虚拟仿真技术设计出校正磁罗经自差的系统用于磁罗经校正自差的练习。通过合理设置船舶软硬铁磁力和系数模拟磁罗经自差，建立各种磁罗经自差校正模型，再利用对所构建的数学模型进行仿真验证的方法，使所开发的系统能够贴合磁罗经实际校正工作过程。而高杨，王则胜，何楠^[5]的研究巧妙的利用了技巧使用显角法校正磁罗经半圆自差，对于初次或者经验较少的船员在校正磁罗经的自差时给与了有效的帮助。

Zhiwei Chu， Xinhua Lin， Ke Gao， Chilai Chen^[6]开发了一种基于非磁性三轴旋转平台的误差分离方法来校准磁罗经。获得了传感器轴的不对中和非正交的参数以及传感器输出信号对地磁场的响应曲线。此外，根据响应曲线估算了磁力计的灵敏度以及来自偏移和硬磁干扰的偏差。可以使用误差分离法分别评估非正交性和未对准，偏倚和灵敏度不一致对航向误差的独立影响。

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