一种罗差计算装置的设计分析

汤永东，董坤林

（国营芜湖机械厂，安徽 芜湖 241007）

飞机进厂维修时，需对惯导系统的部附件进行修理或调整，在使用过程中磁感应传感器可能会受外部磁物质影响而被磁化，会直接产生磁偏差，影响磁航向参数的计算，使得惯导系统获得的磁航向精度降低，为了消除惯导系统的磁偏差，必须要开展飞机的校罗差工作。本文研究的目的就是在掌握校罗差工作原理基础上，设计出一个操作简单、使用方便、工作可靠的飞机罗差计算装置，简化操作步骤，提高飞行参数输入的快速性和状态显示的高效性，从而替代传统的人工计算。

1 飞机磁罗差原理

除了地球磁场以外，飞机上铁磁体对磁环境的影响作用在磁感应传感器上，使得磁传感器感应地磁航向的能力受到干扰，使得惯导系统获得的磁航向精度降低。这些干扰的主要来源是磁性物质：钢构件，钢索，发动机等，从而产生系统的罗差。由于罗差的存在，影响惯导系统的磁传感器周围磁场变化，会直接产生磁偏差，影响磁航向参数的计算，从而影响导航控制的精度。校罗差工作就是消除惯导系统的这部分磁偏差，在消除罗差前，飞机指示的磁航向误差大，消除罗差后磁航向才有实用意义。

2 总体设计思路与方案

2.1 设计需求

某型飞机在罗盘校正过程中，需要计算飞机的方位罗差、半圆罗差和象限罗差，再根据上述数据调整机上的控制耦合部件，对比罗盘显示的误差，达到校正罗盘的目的。目前采用的计算方法是人工换算和加、减等常规手段，从而计算得出罗差值，过程繁琐，耗费时间长，精度低，计算中容易出错。基于这一需求，提出一种罗差计算装置的设计，适用于罗盘校正过程中的罗差计算，替代现有的人工计算，达到提高计算准确率和效率，简化过程，减少人为差错的目的。

2.2 总体设计

2.2.1 功能实现

罗差计算装置需能够实现8个实际测量罗盘方位值的换算（由六十进制换算为十进制），自动计算出罗盘校正工作需要的方位罗差、半圆罗差、象限罗差，用于调整机上的控制耦合组件；计算出罗盘方位值，用于调整后机上罗盘方位值的对比验证。

2.2.2 设备主要技术要求

外置充电器输入电压：220V（交流电）；工作电压：5V；计算精度：保留两位有效数字；处理时间：小于5秒；除a1～a8外，其它数据输入后，与其存在关系的数据同步发生变化；使用环境温度：-10℃～50℃；设备内置电容量不小于800mA。

2.2.3 其他要求

罗差计算装置应有开机自检能力，开机进行自校验，保证设备计算数据的准确性，验证字符显示的完整性；计算的罗差数值极其重要，需保证在频繁的演算过程中不会产生漏洞；紧扣准确、方便的设计理念，罗差计算装置的显示方式、按键、屏幕等选配，需要对软、硬件进行优化设计；罗差计算装置用于室外环境，主要风险在日照下显示清晰度以及磕碰、高处跌落；其它使用环境设计规范按通用设备要求。

2.3 软硬件设计

2.3.1 硬件设计

罗差计算装置基本组成结构框图如图1所示，包括一个显示数值的显示器和一组数字按键，尺寸和普通科学计算器相近。计算器包括4个主要模块：显示模块、输入模块、主控模块和电源模块。

图1 罗差计算装置基本组成框图

2.3.1.1 显示模块

LCD显示屏幕（或同类屏）需至少显示37组数据（分别为a1～a8，b1～b8，c1～c8，A,B,C,Д,E），显示方式采用灯光显示和虚拟界面显示相结合的显示方式，参数由LCD屏进行虚拟显示，而有些数字则通过发光器件进行显示，如发光二极管等。

2.3.1.2 输入模块单元

输入模块为独立按键的小型键盘，至少包括17个按键（分别为0～9，上、下、左、右、Enter和Del键），以及声音功放功能（用于按键发声）；输入方式主要采用键盘输入方法，通过对键盘输入转换程序的处理实现各参数的输入。

2.3.1.3 主控模块单元

结合仿真试验的效果，主控模块为单片机模块（51系列或同类单片机），通过PC104总线与外围电路接口实现对接；对各种控制信号的接收、处理，形成相应的计算结果。

2.3.1.4 电源模块单元

电源模块由一块充电电池（提供5V电源）及配套使用的通用充电装置组成，采用220V 50Hz交流电源进行充电，电源模块为显示模块、主控模块提供电信号。

罗差计算装置应用于室外自然光照环境，屏幕及按键应封装紧密，要求字符在日照下显示清晰，应有抗震防摔与防尘设计。屏幕及按键、电池、充电装置应通用易采购，并能方便维护。

2.3.2 软件设计

罗差计算装置的测试环境是设备功能测试的载体实现途径，首先对系统的软硬件环境进行自检，测试需要用到的硬件相关资源是否符合，通过自检后，进入检测参数设置界面，如果自检不能通过，对应的检测功能无法使用。本计算装置采用基于arm的linux语言研发，实现以下计算方法。

（1）将a1～a8（六十进制）转换为b1～b8（十进制）；

（2）根据ki=ci-bi（i=1～8），计算出k1～k8；

（3）根据下列公式，分别计算出A、B、C、Д和E：

在罗差计算装置上分别输入实际测量的8个罗盘方位值a1～a8（六十进制）和飞机上显示的8个罗盘方位值c1～c8，运用罗差计算装置内置计算程序，首先计算出方位罗差A、半圆罗差B、C、象限罗差Д、E，依据A、B、C、Д、E，调整飞机上可调整部件，得出调整后的8个飞机罗盘方位值c1～c8；再用罗差计算装置计算理论上的8个罗盘方位值c1～c8，将机上显示的罗盘方位值与罗差计算装置上显示的理论罗盘方位值进行对比，以验证飞机罗盘方位值的准确性。

3 结语

本文从飞机磁罗差工作原理出发，分析了飞机修理时需要对进行校罗差的原因，结合校罗差工作原理，提出了一种飞机罗差计算装置的软硬件设计方案，替代传统的人工计算，达到操作简单、使用方便、工作可靠的目的，并通过工程化实现该飞机罗差计算装置的设计，应用于飞机测试修理中。