一種羅差計算裝置的設計分析

湯永東，董坤林

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

飛機進廠維修時，需對慣導系統的部附件進行修理或調整，在使用過程中磁感應傳感器可能會受外部磁物質影響而被磁化，會直接產生磁偏差，影響磁航向參數的計算，使得慣導系統獲得的磁航向精度降低，為了消除慣導系統的磁偏差，必須要開展飛機的校羅差工作。本文研究的目的就是在掌握校羅差工作原理基礎上，設計出一個操作簡單、使用方便、工作可靠的飛機羅差計算裝置，簡化操作步驟，提高飛行參數輸入的快速性和狀態顯示的高效性，從而替代傳統的人工計算。

1 飛機磁羅差原理

除了地球磁場以外，飛機上鐵磁體對磁環境的影響作用在磁感應傳感器上，使得磁傳感器感應地磁航向的能力受到干擾，使得慣導系統獲得的磁航向精度降低。這些干擾的主要來源是磁性物質：鋼構件，鋼索，發動機等，從而產生系統的羅差。由于羅差的存在，影響慣導系統的磁傳感器周圍磁場變化，會直接產生磁偏差，影響磁航向參數的計算，從而影響導航控制的精度。校羅差工作就是消除慣導系統的這部分磁偏差，在消除羅差前，飛機指示的磁航向誤差大，消除羅差后磁航向才有實用意義。

2 總體設計思路與方案

2.1 設計需求

某型飛機在羅盤校正過程中，需要計算飛機的方位羅差、半圓羅差和象限羅差，再根據上述數據調整機上的控制耦合部件，對比羅盤顯示的誤差，達到校正羅盤的目的。目前采用的計算方法是人工換算和加、減等常規手段，從而計算得出羅差值，過程繁瑣，耗費時間長，精度低，計算中容易出錯。基于這一需求，提出一種羅差計算裝置的設計，適用于羅盤校正過程中的羅差計算，替代現有的人工計算，達到提高計算準確率和效率，簡化過程，減少人為差錯的目的。

2.2 總體設計

2.2.1 功能實現

羅差計算裝置需能夠實現8個實際測量羅盤方位值的換算（由六十進制換算為十進制），自動計算出羅盤校正工作需要的方位羅差、半圓羅差、象限羅差，用于調整機上的控制耦合組件；計算出羅盤方位值，用于調整后機上羅盤方位值的對比驗證。

2.2.2 設備主要技術要求

外置充電器輸入電壓：220V（交流電）；工作電壓：5V；計算精度：保留兩位有效數字；處理時間：小于5秒；除a1～a8外，其它數據輸入后，與其存在關系的數據同步發生變化；使用環境溫度：-10℃～50℃；設備內置電容量不小于800mA。

2.2.3 其他要求

羅差計算裝置應有開機自檢能力，開機進行自校驗，保證設備計算數據的準確性，驗證字符顯示的完整性；計算的羅差數值極其重要，需保證在頻繁的演算過程中不會產生漏洞；緊扣準確、方便的設計理念，羅差計算裝置的顯示方式、按鍵、屏幕等選配，需要對軟、硬件進行優化設計；羅差計算裝置用于室外環境，主要風險在日照下顯示清晰度以及磕碰、高處跌落；其它使用環境設計規范按通用設備要求。

2.3 軟硬件設計

2.3.1 硬件設計

羅差計算裝置基本組成結構框圖如圖1所示，包括一個顯示數值的顯示器和一組數字按鍵，尺寸和普通科學計算器相近。計算器包括4個主要模塊：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組數據（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合的顯示方式，參數由LCD屏進行虛擬顯示，而有些數字則通過發光器件進行顯示，如發光二極管等。

2.3.1.2 輸入模塊單元

輸入模塊為獨立按鍵的小型鍵盤，至少包括17個按鍵（分別為0～9，上、下、左、右、Enter和Del鍵），以及聲音功放功能（用于按鍵發聲）；輸入方式主要采用鍵盤輸入方法，通過對鍵盤輸入轉換程序的處理實現各參數的輸入。

2.3.1.3 主控模塊單元

結合仿真試驗的效果，主控模塊為單片機模塊（51系列或同類單片機），通過PC104總線與外圍電路接口實現對接；對各種控制信號的接收、處理，形成相應的計算結果。

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交流電源進行充電，電源模塊為顯示模塊、主控模塊提供電信號。

羅差計算裝置應用于室外自然光照環境，屏幕及按鍵應封裝緊密，要求字符在日照下顯示清晰，應有抗震防摔與防塵設計。屏幕及按鍵、電池、充電裝置應通用易采購，并能方便維護。

2.3.2 軟件設計

羅差計算裝置的測試環境是設備功能測試的載體實現途徑，首先對系統的軟硬件環境進行自檢，測試需要用到的硬件相關資源是否符合，通過自檢后，進入檢測參數設置界面，如果自檢不能通過，對應的檢測功能無法使用。本計算裝置采用基于arm的linux語言研發，實現以下計算方法。

（1）將a1～a8（六十進制）轉換為b1～b8（十進制）；

（2）根據ki=ci-bi（i=1～8），計算出k1～k8；

（3）根據下列公式，分別計算出A、B、C、Д和E：

在羅差計算裝置上分別輸入實際測量的8個羅盤方位值a1～a8（六十進制）和飛機上顯示的8個羅盤方位值c1～c8，運用羅差計算裝置內置計算程序，首先計算出方位羅差A、半圓羅差B、C、象限羅差Д、E，依據A、B、C、Д、E，調整飛機上可調整部件，得出調整后的8個飛機羅盤方位值c1～c8；再用羅差計算裝置計算理論上的8個羅盤方位值c1～c8，將機上顯示的羅盤方位值與羅差計算裝置上顯示的理論羅盤方位值進行對比，以驗證飛機羅盤方位值的準確性。

3 結語

本文從飛機磁羅差工作原理出發，分析了飛機修理時需要對進行校羅差的原因，結合校羅差工作原理，提出了一種飛機羅差計算裝置的軟硬件設計方案，替代傳統的人工計算，達到操作簡單、使用方便、工作可靠的目的，并通過工程化實現該飛機羅差計算裝置的設計，應用于飛機測試修理中。