船用陀螺罗经的组成部分与操作 (全量技术手册)
一、船用陀螺罗经的硬件组成
横河(YOKOGAW) CMZ 900 系列船用罗经组成系统框图如图 4-1-1 所示：
图 4-1-1 罗经组成系统框图
(一) 电源部分
电源控制箱外形及内置图如图 4-1-2 所示，为主罗盘提供直流电源，将船舶电源转变为罗经用电。图中指示了控制箱内部保险丝、电源开关及接线端子板的安装位置。
图 4-1-2 电源控制箱外形及内置图
(二) 主罗经部分
主罗经负责检测船舶的真实航向，图 4-1-3 主罗经结构示意图指示了船舶主罗经的外部及内部结构示意图。主罗经外部装有电源开关单元和 M 操作单元；内部装有罗经球的容器。
[Image of a marine master compass assembly including the gyro sphere housing and digital operating unit]
图 4-1-3 主罗经结构示意图
(三) 控制箱
控制箱如图 4-1-4 所示，用于分配艏向信号和电源至其他单元，并接收其他信号至罗经（如航速、位置等）。控制箱前面板装配有 C 操作单元，内部装有保险丝、电源开关和端子板。
(四) 罗经复示器
罗经复示器如图 4-1-5 所示，从主罗经接收艏向信号，显示船舶的艏向。
图 4-1-5 罗经复示器
二、船用陀螺罗经开机步骤
(一) 确认船舶供电给陀螺的电源符合系统要求
检查船舶交流、直流电源供电正常，检查电压、频率符合罗经用电要求。
(二) 开启控制箱电源
控制箱电源位于箱内右侧，如图 4-1-6 所示，将拨动开关置于 “ON” 位置电源开启。
(三) 开启主罗经电源
主罗经电源开关位于主罗经前面板（M 操作单元），如图 4-1-7 所示，将拨动开关置于 “ON” 位置电源开启。
[Image of the M-type operating unit with a focus on the power toggle switch]
图 4-1-7 主罗经电源开关
(四) 罗经复示器通电并校准
罗经复示器的接线盒单元如图 4-1-8 所示，从主罗经接入艏向信号和电源。这些信号和电源能够驱动罗经复示器工作。同时，接线盒还具备罗经复示器调光的功能。此外，接线盒内部配置了调零开关，操作人员可以使用这个调零开关，调整罗经复示器与主罗经之间的偏差值。
在起动运行约 5h 以后，主罗经艏向就会确定，系统输出真艏向；罗经复示器和步进信号艏向跟踪主罗经艏向传递至其他需要艏向信号的部件或设备，罗经的起动完成。
三、罗经信号与其他设备的连接
罗经信号的读取需要通过按键操作菜单读取 C 操作单元与 M 操作单元的菜单读取。图 4-1-9 为 C 操作单元面板对应按键功能标注。图 4-1-10 为 M 操作单元面板对应按键功能标注。
(一) 罗经输出信号的查看
1. C 操作单元
图 4-1-11 为 C 操作单元面板显示，艏向显示区域显示当前罗经艏向探测数据和系统状态，数据显示区域显示输入方法和输入的船速及船位信息。
[Image of the C operating unit panel display showing heading and data areas]
图 4-1-11 C 操作单元面板显示
2. M 操作单元
图 4-1-12 为 M 操作单元面板显示，GYRO HEADING 一栏显示数据为当前罗经艏向输出数据。
(二) 罗经信号与其他设备的连接
将罗经输出信号连接至雷达、AIS、VDR 或 ECDIS 等设备时，需先对主罗经串行输出端口的通信协议进行修改。具体操作如下：在 Command 命令模式下，于 “Generat Menu” 菜单中找到代码为 42 的 “Out Port” 选项，调整输出端口的波特率设置，如图 4-1-13 所示。
(2) 在菜单中选择代码 “4 Generat”, 按下 “ENT” 键进入。
(3) 选择代码 “42 Out Port” (根据具体操作界面,注：代码需与图示 41 或 42 对应), 按下 “ENT” 键。
(4) 通过上下键选择不同端口后按下 “ENT” 键后，被选择端口的波特率将会开始闪烁，再通过上下键可以进行波特率的不同选择，更改完成后按下 “ENT” 键，波特率设置完成。
(5) 端口参数设置完成后，通过信号电缆将罗经输出端连接至雷达、AIS、VDR 或 ECDIS 等设备的艏向信号输入端口。
四、罗经误差的消除方法
罗经误差的消除需要在 C 操作单元中将操作模式转为命令模式，进入设置功能，进而设置和调整各个参数，使得陀螺罗经能够正确显示真实航向。正常情况下罗经会通过分别从 Log 和 GNSS 等输入船舶的速度信号和纬度信号来自动纠正速度误差。
(一) 命令模式的进入
C 操作单元可按住命令按键切换至 “Command Mode”, 面板按键示意图可参照图 4-1-8 与图 4-1-9 中的命令按键的标注位置。
按下命令按键以后，C 操作单元的数据显示区域会显示初级菜单，如图 4-1-14 所示，可通过上下按键及 “ENT” 键完成菜单项目的切换和进入中级菜单（子菜单）。
(二) 速度误差的消除
速度误差校正需通过命令模式进入设置功能子菜单的指令码 21 SPD SET 选项。设置功能的指令码如表 4-1-1 所示：
表4-1-1设置功能指令码
| 指令码 | 操作单元 | 功能选项 | 等待模式 下执行 | 页码 | |
| C | M | ||||
| 20 | 0 | – | 外部艏向输入选择。 | 0 | 42 |
| 21 | 0 | 0 | 用于速度误差修正的速度设置。 | 0 | 43 |
| 22 | 0 | 0 | 用于速度误差修正的纬度设置。 | 0 | 44 |
| 23 | 0 | 0 | 主罗经自动对齐。 | X | 45 |
| 24 | 0 | 0 | 主罗经手动对齐。 | X | 47 |
| 25 | 0 | 0 | 设置主罗经跟踪增益。 | 0 | 49 |
| 26 | 0 | 0 | 显示/重置主罗经报警原因。 | 0 | 50 |
| 27 | 0 | – | 显示/重置(操作单元报警原因)。 | 0 | 51 |
| 28 | 0 | – | 偏差报警设置。 | 0 | 52 |
| 29 | 0 | 0 | 起动定时设置。 | 0 | 53 |
| 菜单代码 | 指令功能 (Operation MENU) |
|---|---|
| 21 | SPD SET (速度误差校正输入) |
| 22 | LAT SET (纬度误差校正输入) |
(1) 在 “Operation MENU” 中选择 “21 SPD SET” 按下 “ENT” 键，切换至显示速度误差修正速度输入。
(2) 按 “ENT” 键进入自动或者手动输入选择，此时 “AUTO” 和 “MANUAL” 同时闪烁，使用上下键选择后按下 “ENT” 键即可。
(3) 如果选择自动，自动船速输入闪烁，图 4-1-15 为船速 23 kn 时自动输入显示示例。
(4) 如果选择手动，则船速的十位数闪烁，通过左右键切换数位，上下键切换数字，可以手动输入 00~99 kn 船速。
(5) 输入船速以后按下 “ENT” 键，输入的数值闪烁，表示需要更改信息，如果再次按下 “ENT” 键，将停止闪烁并更改输入的数字，速度误差修正完成。
(三) 纬度误差的消除
(1) 在 “Operation MENU” 中选择 “22 LAT SET” (注：原文此处标识22 SPD SET,应为LAT SET) 按下 “ENT” 键，切换至显示速度误差修正纬度输入。
(2) 按 “ENT” 键进入自动或者手动输入选择，此时 “AUTO” 和 “MANUAL” 同时闪烁，使用上下键选择后按下 “ENT” 键即可。
(3) 如果选择自动，自动纬度输入闪烁，如图 4-1-16 为纬度 39° 时自动输入显示示例。
(4) 如果选择手动，则 N 和 S 闪烁，通过左右键切换数位，上下键切换数字，可以手动输入 00~70°。
(5) 输入纬度以后按下 “ENT” 键，输入的数值闪烁，表示需要更改的信息，如果再次按下 “ENT” 键，将停止闪烁并更改输入的数字，纬度误差修正完成。
(四) 冲击误差的消除
陀螺罗经的冲击误差由船舶机动航行（如变速、变向）时产生的惯性力引起。惯性力作用于罗经系统，会导致主轴偏离稳定位置，从而产生误差。其消除方法主要包括以下要点：
1. 设计优化与自然衰减
第二类冲击误差在机动结束后约 1/4 阻尼周期达到最大值，通常经过 1h 左右可自然消失。消除冲击误差的总原则是增长陀螺球的摇摆周期，以减少惯性力对罗经的影响。
2. 补偿法
- 外补偿法：通过外部装置（如基线或刻度盘调整）修正航向读数，直接扣除误差值。
- 内补偿法：向罗经施加补偿力矩（如垂直轴或水平轴补偿力矩），使主轴稳定在子午面内。例如，Sperry MK37 型罗经采用垂直轴补偿，阿玛勃朗 10 型采用水平轴补偿。
当船舶做机动航行时，若船舶纬度低于设计纬度，冲击误差可不做处理；若船舶纬度高于设计纬度，则需关闭阻尼器以消除误差。
(五) 基线误差的消除
船舶陀螺罗经的基线误差，是指罗经设备物理基线与船舶实际首尾面在水平投影上的角度偏差。正常情况下，陀螺罗经航向刻度盘的零刻度线（罗经基线）应与船舶纵轴在水平面的投影线（代表船舶首尾方向）完全重合。若两者存在夹角，罗经指示的航向就会与船舶真实航向产生固定偏差。这种系统性误差会严重影响导航精度，必须通过专业校准来消除。
基线误差的产生主要有三个原因：
- (1) 安装误差：在设备安装时，测量工具不够精确，或者安装操作不当，罗经基座基准面没有与船舶设计首尾面完全对齐，导致一开始就存在基线偏差。
- (2) 船体变形影响：船舶在不同载重状态下，或者遭遇复杂海况时，会发生船体变形，比如出现中拱、中垂等结构性弯曲。这些变形会间接导致罗经安装基座方位偏移。
- (3) 设备部件松动：船舶长期航行过程中，设备持续振动，会使罗经内部机械部件逐渐松动，导致基线随时间慢慢偏移。这种误差会不断累积，需要定期维护控制。
消除基线误差需要按照规范流程进行校准：
(1) 选择校准工况：让船舶处于稳定状态，比如在平静水域锚泊，或者低速直线航行。避免船舶横摇、纵摇，以及频繁改变航向，以防影响校准准确性。
(2) 获取基准方位并测量误差：引入高精度外部参照确定船舶真实航向，常见方法有：使用六分仪观测天体进行天文方位测量；通过差分全球定位系统(DGPS) 解算航迹向；利用陆标方位交会法。对比罗经指示航向与基准方位，两者的差值就是基线误差。
(3) 进行校准操作：通过罗经的机械调整装置（如方位校准旋钮），或者在导航系统软件界面输入补偿参数，重新对齐罗经基线与船舶实际首尾面。校准完成后，要再次验证，确保误差在 IMO 规定的 ±0.5° 范围内。
对于在运营的船舶，建议结合定期维护周期(如每个航次或每月)进行基线校准。特别是当船舶经历大幅载重变化、结构维修，或者长时间高强度航行后，更要增加校准次数，以保证罗经航向测量的准确性和可靠性。
陀螺罗经 (ETO) 年度维护与效用检查清单
| 检查分类 | 维保操作要点 (根据 CMZ 900 规范) | 合格标准 / 细节描述 | 检查结果 |
|---|---|---|---|
| 电源系统 | 电源控制箱内部检查 (图 4-1-2) | 保险丝完好、接线端子板无松动、开关接触良好。 | □ 合格 / □ 需修 |
| 主备电源切换试验 | 模拟交流掉电，直流 24V 备用电源应能无缝切换。 | □ 合格 / □ 需修 | |
| 机械与安装 | 主罗经基座及机械部件检查 | 检查安装基座无锈蚀、内部罗经球容器水平度及机械紧固。 | □ 合格 / □ 需修 |
| 基线误差核对 (Baseline) | 对比 DGPS 或天文方位，确保物理偏差 ≤ 0.5°。 | □ 合格 / □ 需修 | |
| 误差补偿 | 自动纠偏信号输入验证 | 核实 Log 及 GNSS 速度、纬度信号在 C 单元显示为 AUTO。 | □ 合格 / □ 需修 |
| 手动补偿功能测试 | 进入指令码 21、22，验证手动输入值对航向显示的干预。 | □ 合格 / □ 需修 | |
| 信号分配 | 串行输出端口 (Out Port) 设置 | 核查雷达、AIS、VDR 通信协议匹配，波特率闪烁调整功能正常。 | □ 合格 / □ 需修 |
陀螺罗经 (CMZ 900) 操作与维护评估题
适用岗位：电子电气员 (ETO) / 驾驶员 | 考核时长：15 分钟
一、 技术理论与参数核查
- 根据 CMZ 900 说明书要求，陀螺罗经应在船舶开航前 _______ 小时或以上起动。
- 主罗经起动运行约 _______ 小时后，主罗经艏向确定，系统输出真艏向。
- 在消除速度误差时，若选择手动输入方式，手动输入的船速范围为 _______ kn。
- 消除纬度误差时，手动输入的纬度范围通常限制在 _______ 度以内。
- IMO 规定，经过校准后的罗经基线误差应保持在 ±_______° 范围内。
二、 菜单操作实操模拟
场景模拟： 现需将罗经信号接入一台新安装的雷达，请写出在 C 操作单元上修改输出端口波特率的完整指令步骤：
步骤 1：长按 _______ 键进入命令模式。
步骤 2：选择代码 _______ 进入 Generat 菜单。
步骤 3：选择代码 _______ 进入输出端口 (Out Port) 设置。
步骤 4：通过上下键选择端口，观察到波特率 _______ 时进行调整。
步骤 5：调整完毕后按下 _______ 键完成设置。
三、 误差消除原理分析
简述“冲击误差”产生的根本原因，并对比说明“内补偿法”与“外补偿法”在消除冲击误差时的具体实施差异。
