一種羅差計(jì)算裝置的設(shè)計(jì)分析

湯永東，董坤林

（國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007）

飛機(jī)進(jìn)廠維修時(shí)，需對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)的部附件進(jìn)行修理或調(diào)整，在使用過程中磁感應(yīng)傳感器可能會(huì)受外部磁物質(zhì)影響而被磁化，會(huì)直接產(chǎn)生磁偏差，影響磁航向參數(shù)的計(jì)算，使得慣導(dǎo)系統(tǒng)獲得的磁航向精度降低，為了消除慣導(dǎo)系統(tǒng)的磁偏差，必須要開展飛機(jī)的校羅差工作。本文研究的目的就是在掌握校羅差工作原理基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出一個(gè)操作簡(jiǎn)單、使用方便、工作可靠的飛機(jī)羅差計(jì)算裝置，簡(jiǎn)化操作步驟，提高飛行參數(shù)輸入的快速性和狀態(tài)顯示的高效性，從而替代傳統(tǒng)的人工計(jì)算。

1 飛機(jī)磁羅差原理

除了地球磁場(chǎng)以外，飛機(jī)上鐵磁體對(duì)磁環(huán)境的影響作用在磁感應(yīng)傳感器上，使得磁傳感器感應(yīng)地磁航向的能力受到干擾，使得慣導(dǎo)系統(tǒng)獲得的磁航向精度降低。這些干擾的主要來源是磁性物質(zhì)：鋼構(gòu)件，鋼索，發(fā)動(dòng)機(jī)等，從而產(chǎn)生系統(tǒng)的羅差。由于羅差的存在，影響慣導(dǎo)系統(tǒng)的磁傳感器周圍磁場(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)航控制的精度。校羅差工作就是消除慣導(dǎo)系統(tǒng)的這部分磁偏差，在消除羅差前，飛機(jī)指示的磁航向誤差大，消除羅差后磁航向才有實(shí)用意義。

2 總體設(shè)計(jì)思路與方案

2.1 設(shè)計(jì)需求

某型飛機(jī)在羅盤校正過程中，需要計(jì)算飛機(jī)的方位羅差、半圓羅差和象限羅差，再根據(jù)上述數(shù)據(jù)調(diào)整機(jī)上的控制耦合部件，對(duì)比羅盤顯示的誤差，達(dá)到校正羅盤的目的。目前采用的計(jì)算方法是人工換算和加、減等常規(guī)手段，從而計(jì)算得出羅差值，過程繁瑣，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，精度低，計(jì)算中容易出錯(cuò)?；谶@一需求，提出一種羅差計(jì)算裝置的設(shè)計(jì)，適用于羅盤校正過程中的羅差計(jì)算，替代現(xiàn)有的人工計(jì)算，達(dá)到提高計(jì)算準(zhǔn)確率和效率，簡(jiǎn)化過程，減少人為差錯(cuò)的目的。

2.2 總體設(shè)計(jì)

2.2.1 功能實(shí)現(xiàn)

羅差計(jì)算裝置需能夠?qū)崿F(xiàn)8個(gè)實(shí)際測(cè)量羅盤方位值的換算（由六十進(jìn)制換算為十進(jìn)制），自動(dòng)計(jì)算出羅盤校正工作需要的方位羅差、半圓羅差、象限羅差，用于調(diào)整機(jī)上的控制耦合組件；計(jì)算出羅盤方位值，用于調(diào)整后機(jī)上羅盤方位值的對(duì)比驗(yàn)證。

2.2.2 設(shè)備主要技術(shù)要求

外置充電器輸入電壓：220V（交流電）；工作電壓：5V；計(jì)算精度：保留兩位有效數(shù)字；處理時(shí)間：小于5秒；除a1～a8外，其它數(shù)據(jù)輸入后，與其存在關(guān)系的數(shù)據(jù)同步發(fā)生變化；使用環(huán)境溫度：-10℃～50℃；設(shè)備內(nèi)置電容量不小于800mA。

2.2.3 其他要求

羅差計(jì)算裝置應(yīng)有開機(jī)自檢能力，開機(jī)進(jìn)行自校驗(yàn)，保證設(shè)備計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，驗(yàn)證字符顯示的完整性；計(jì)算的羅差數(shù)值極其重要，需保證在頻繁的演算過程中不會(huì)產(chǎn)生漏洞；緊扣準(zhǔn)確、方便的設(shè)計(jì)理念，羅差計(jì)算裝置的顯示方式、按鍵、屏幕等選配，需要對(duì)軟、硬件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；羅差計(jì)算裝置用于室外環(huán)境，主要風(fēng)險(xiǎn)在日照下顯示清晰度以及磕碰、高處跌落；其它使用環(huán)境設(shè)計(jì)規(guī)范按通用設(shè)備要求。

2.3 軟硬件設(shè)計(jì)

2.3.1 硬件設(shè)計(jì)

羅差計(jì)算裝置基本組成結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，包括一個(gè)顯示數(shù)值的顯示器和一組數(shù)字按鍵，尺寸和普通科學(xué)計(jì)算器相近。計(jì)算器包括4個(gè)主要模塊：顯示模塊、輸入模塊、主控模塊和電源模塊。

圖1 羅差計(jì)算裝置基本組成框圖

2.3.1.1 顯示模塊

LCD顯示屏幕（或同類屏）需至少顯示37組數(shù)據(jù)（分別為a1～a8，b1～b8，c1～c8，A,B,C,Д,E），顯示方式采用燈光顯示和虛擬界面顯示相結(jié)合的顯示方式，參數(shù)由LCD屏進(jìn)行虛擬顯示，而有些數(shù)字則通過發(fā)光器件進(jìn)行顯示，如發(fā)光二極管等。

2.3.1.2 輸入模塊單元

輸入模塊為獨(dú)立按鍵的小型鍵盤，至少包括17個(gè)按鍵（分別為0～9，上、下、左、右、Enter和Del鍵），以及聲音功放功能（用于按鍵發(fā)聲）；輸入方式主要采用鍵盤輸入方法，通過對(duì)鍵盤輸入轉(zhuǎn)換程序的處理實(shí)現(xiàn)各參數(shù)的輸入。

2.3.1.3 主控模塊單元

結(jié)合仿真試驗(yàn)的效果，主控模塊為單片機(jī)模塊（51系列或同類單片機(jī)），通過PC104總線與外圍電路接口實(shí)現(xiàn)對(duì)接；對(duì)各種控制信號(hào)的接收、處理，形成相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果。

2.3.1.4 電源模塊單元

電源模塊由一塊充電電池（提供5V電源）及配套使用的通用充電裝置組成，采用220V 50Hz交流電源進(jìn)行充電，電源模塊為顯示模塊、主控模塊提供電信號(hào)。

羅差計(jì)算裝置應(yīng)用于室外自然光照環(huán)境，屏幕及按鍵應(yīng)封裝緊密，要求字符在日照下顯示清晰，應(yīng)有抗震防摔與防塵設(shè)計(jì)。屏幕及按鍵、電池、充電裝置應(yīng)通用易采購，并能方便維護(hù)。

2.3.2 軟件設(shè)計(jì)

羅差計(jì)算裝置的測(cè)試環(huán)境是設(shè)備功能測(cè)試的載體實(shí)現(xiàn)途徑，首先對(duì)系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境進(jìn)行自檢，測(cè)試需要用到的硬件相關(guān)資源是否符合，通過自檢后，進(jìn)入檢測(cè)參數(shù)設(shè)置界面，如果自檢不能通過，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)功能無法使用。本計(jì)算裝置采用基于arm的linux語言研發(fā)，實(shí)現(xiàn)以下計(jì)算方法。

（1）將a1～a8（六十進(jìn)制）轉(zhuǎn)換為b1～b8（十進(jìn)制）；

（2）根據(jù)ki=ci-bi（i=1～8），計(jì)算出k1～k8；

（3）根據(jù)下列公式，分別計(jì)算出A、B、C、Д和E：

在羅差計(jì)算裝置上分別輸入實(shí)際測(cè)量的8個(gè)羅盤方位值a1～a8（六十進(jìn)制）和飛機(jī)上顯示的8個(gè)羅盤方位值c1～c8，運(yùn)用羅差計(jì)算裝置內(nèi)置計(jì)算程序，首先計(jì)算出方位羅差A(yù)、半圓羅差B、C、象限羅差Д、E，依據(jù)A、B、C、Д、E，調(diào)整飛機(jī)上可調(diào)整部件，得出調(diào)整后的8個(gè)飛機(jī)羅盤方位值c1～c8；再用羅差計(jì)算裝置計(jì)算理論上的8個(gè)羅盤方位值c1～c8，將機(jī)上顯示的羅盤方位值與羅差計(jì)算裝置上顯示的理論羅盤方位值進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證飛機(jī)羅盤方位值的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語

本文從飛機(jī)磁羅差工作原理出發(fā)，分析了飛機(jī)修理時(shí)需要對(duì)進(jìn)行校羅差的原因，結(jié)合校羅差工作原理，提出了一種飛機(jī)羅差計(jì)算裝置的軟硬件設(shè)計(jì)方案，替代傳統(tǒng)的人工計(jì)算，達(dá)到操作簡(jiǎn)單、使用方便、工作可靠的目的，并通過工程化實(shí)現(xiàn)該飛機(jī)羅差計(jì)算裝置的設(shè)計(jì)，應(yīng)用于飛機(jī)測(cè)試修理中。