罗经进入光纤时代---刘俊成博士访谈

信德海事获悉，2022年3月3日召开的中国 NCSR分委会2022年专题工作会议上，中国海事局、中国船级社、中远海、招商局等单位代表讨论通过了向IMO NCSR9委员会提交关于制定光纤陀螺罗经性能标准建议的提案。该提案通过广泛调研船东、船级社、科研单位及生产厂家，拟在SOLAS公约第V章第18条中新增适用于光纤陀螺罗经的性能标准。

提案经调研得出：光纤陀螺罗经目前采用完全等同于传统机械陀螺罗经的标准，已经取得船级社认证，可以同等替代机械陀螺罗经。与机械陀螺罗经相比，光纤陀螺罗经具有启动时间短、航向精度高、免维护、可提供三轴姿态等优点。目前，光纤陀螺罗经在国内船舶上已有约500台装船量，全球已有约1500台的装船量，且使用效果良好，呈现出光纤罗经代替传统机械陀螺罗经的趋势。

为了加强船舶管理安全，优化机械罗经定期服务的程序，国内许多已安装机械陀螺罗经的船舶打算更换陀螺球时，会优先选择加装一套光纤罗经。以下为2017年10月下水的1900TEU新型节能环保船中外运马尼拉轮，2022年3月4日新加装的中船航海蓝太阳60（MFG-III）型光纤罗经的图片。

光纤罗经操作显示单元显示三轴角度及ROT的界面

光纤罗经操作显示单元

安装在驾控台上

光纤罗经主罗经单元

安装在操舵面板下方

光纤罗经电源单元

安装在操舵面板下方

光纤罗经接口单元

安装在操舵面板下方

信德海事了解到，中远海、招商局等大船东和洲际船管、华洋船管等大船管公司，目前都有明确的光纤罗经的加装计划，也进一步标志着罗经已开始进入光纤时代。

为了让领域内人士进一步了解光纤陀螺罗经，记者专门访谈了中船航海科技有限责任公司（以下简称：中船航海）光学惯导部主任刘俊成博士，对光纤陀螺罗经相关的问题做出了详细解答。

据悉，中船航海是中国第一套电控陀螺罗经（航海—Ⅰ型机械陀螺罗经）的诞生地，该公司持续专注海洋惯性导航领域超过60年，刘俊成博士师从北航惯导专家冯培德院士，负责中船航海光纤罗经产品的研发应用已经超过10年。

中船航海光学惯导部主任 刘俊成博士

一

 光纤陀螺罗经的技术演进历程

人类早期航海采用磁罗盘指引航向。十九世纪后期，钢质轮船逐渐取代木质轮船，磁罗盘的精度无法达到需求，且在极地附近磁罗盘也会失灵，人们开始寻找能够替代磁罗盘的方位指示仪。

随着工业时代的到来，机械陀螺罗经逐渐成为主流的航向传感器。1852年，距今170年前，法国科学家提出了陀螺罗经的理论并展示了第一个简易陀螺转子，为陀螺罗经发展指明了方向。50多年后，也就是1908年，德国的安修斯博士研制出世界上第一台用于实船导航的高速单转子液浮陀螺罗经，并应用于海军。

基于液浮高速旋转机械陀螺球的陀螺罗经已统治船用导航罗经市场110余年，舰船航向的测量主要依靠机械陀螺罗经，目前民船的市场的占有率已达98%，但它的不足慢慢体现出来：1、启动时间长；2、维护成本高；3、存在摇摆和冲击误差，在高速、高动态、高纬度航行时适用性不足；4、体积、功耗、噪音大；5、携带和安装不便。

21世纪以来，随着光学技术、电子技术的发展，机械陀螺罗经逐渐退出主流惯性导航市场。惯性导航领域已形成了微机电陀螺(MEMS)、光纤陀螺、半球谐振陀螺、激光陀螺并存的局面。与半球谐振陀螺和激光陀螺相比，光纤陀螺具有体积更小、成本更低、便于批量生产等优势。与微机电陀螺相比，光纤陀螺具有精度更高、寿命更长的优势。与传统机械陀螺相比，光纤陀螺无运动部件和磨损部件，为全固态仪表，具有成本低、寿命长、重量轻、体积小、动态范围大、精度应用覆盖面广、无加速度引起的漂移、无摇摆误差、结构设计灵活和生产工艺简单等特点。

在航海领域，光纤陀螺罗经作为新一代罗经，代替传统机械陀螺罗经是一个必然的趋势。如果说传统机械陀螺罗经是使用模拟信号的“大哥大”，那么光纤陀螺罗经就是使用数字信号的“智能手机”。罗经已进入光纤时代。

一款常见的机械陀螺罗经主罗经和一款常见的光纤陀螺罗经主罗经

二

 与机械陀螺罗经相比技术和应用的差异

传统的机械陀螺罗经是利用地球自转角速度和重力场的综合效应，使二自由度机械陀螺仪的自转轴自动寻找真北，从而自动、连续地提供船舶的航向信号。为了使陀螺仪稳定指北，工程师必须增加控制力矩和阻尼力矩，并导致陀螺罗经存在纬度误差、速度误差、冲击误差、摇摆误差和基线误差。陀螺球的加工精度要求特别高，且陀螺球在运输过程中，不能大角度倾斜或倒放，不能受冲击或振动。使用一段时间后，陀螺转子和马达磨损会很严重，需要定期更换。高速旋转的陀螺球发热量很大，这导致了散热液体需要经常补充，每年的保养费用近万元，更换一次陀螺球需要近万美金，一旦故障维修成本更是非常高。陀螺球属于精密机械，需要专业工程师进行服务，船员难以自行更换配件解决问题。

光纤罗经的核心传感器由3个垂直正交安装的光纤陀螺和3个垂直正交安装的加速度计组成，首先通过基于光的干涉原理的光纤陀螺来测量载体运动角速度，其次通过加速计测量载体运动加速度，最后通过导航算法解算出载体的航向、纵横摇角、航向转向率等信息。光纤罗经的自主寻北主要依靠对地球自转角速度和地球重力加速度的测量来实现。在生产工艺上，光纤罗经出厂前，要先在生产测试场地经过长时间的变温老化和常温老化，以及专业仪器的测试和校准，然后才能装船使用。光纤绕环的精准度以及对光纤环内部的胶的处理工艺是影响光纤罗经寿命的重要因素。

由于技术原理不同，光纤罗经能提供航向角、纵横、摇角及转向率等信息，自动寻北稳定时间短，动态范围大，结构紧凑，可靠性高，重量轻，功耗低，全寿命周期免维护，不用定期更换陀螺球，满足IMO对陀螺罗经的标准要求，不用担心断电和频繁转向引发故障。

三

与传统机械陀螺罗经两者的法规和标准

光纤陀螺罗经和机械陀螺罗经都属于陀螺罗经，其标准有：IMO的SOLAS公约，中国海事局的法定检验规范，中国船级社的产品检验指南，IMO的6个性能决议，IEC的2个测试标准，ISO的3个测试标准。这些标准对光纤陀螺罗经和机械陀螺罗经的要求没有差别，都同样对待。

在CCS产品认证方面，光纤陀螺罗经和机械陀螺罗经两者的产品认证证书的适用范围都一样。光纤陀螺罗经无机械运动部件，故障率低，可提高安全；免维护，寿命长，可节省船东采购成本和使用维护费用。光纤罗经重量轻、体积小、能耗低、物流成本低，可节省工程师奔波等待成本，也可节省验船师检查成本。

这些都非常符合船级社的绿色低碳发展目标，可增强船舶的安全、经济和便利，符合未来趋势，值得向船东推广。

光纤陀螺罗经CCS产品

型式认可证书

光纤陀螺罗经EC产品

型式认可证书

目前光纤陀螺罗经采用的是机械陀螺罗经的标准，专门针对光纤陀螺罗经的GB和IMO性能标准也会很快出台，对于船东应用会发挥更好的保障和指导作用。

四

  光纤陀螺罗经的性价比和装船反馈

中船航海的蓝太阳系列光纤陀螺罗经对比传统机械陀螺罗经有“安全、稳定、省钱、好用”的特点，表现在：1、安全，全固态无运动部件，故障率低；不惧转弯、频繁转向、断电；航向运动误差小。2、稳定，光纤罗经材料寿命25年，设计寿命15年，主罗经可质保五年，近十年安装的近百艘船皆稳定可靠。3、省钱，按机械陀螺罗经15年换4次球计算，光纤罗经免维护可节省24万以上，加上其他费用可省40万以上；光纤罗经更敏感和顺滑，有利于自动舵控制，更省油。4、好用，启动稳定时间从2-4小时提升到了半小时以内，可提供精准姿态，尺寸小，不占空间，支持船员安装，半天可完工，功率低、无噪音，免维护。

目前，“蓝太阳”系列光纤罗经已装民船超150余套，早在2013年实例安装的第一套光纤罗经已经稳定运行9年，无任何问题出现。据已安装光纤罗经的其他用户反馈，“蓝太阳”光纤罗经启动时间短、性能稳定、不跳数，并且，免维护大大节约了使用成本。

五

 光纤陀螺罗经在服务网络方面是否存在差异

得益于斯伯利公司长期以来在全球开展的光纤陀螺罗经的服务网络建设和培训，目前光纤陀螺罗经的服务网络和机械陀螺罗经服务网络是完全一样的。

中船航海拥有全球完善的服务质量管理体系，在美国、俄罗斯、西班牙、加拿大、巴西、印度、韩国、新加坡等20多个国家地区通过培训发证，已有签约服务代理30多个，覆盖港口70多个。明年计划全球签约服务代理达到50多家，可为远洋商船提供全球及时的、可靠的服务响应。在国内已经做到了沿海港口全覆盖。

六

 国产光纤罗经在技术上比国外是否具备优势

随着中国5G和光通信技术的这几年的高速发展，我国光纤罗经产品的成熟和性价比不断提升。产品5大核心部件：光源、耦合器、Y波导、探测器、光纤环，在华为、中兴等通讯巨头的快速带领发展下，已具有全球领先优势。中国的光纤罗经产品能够赶超国外产品，实现完全自主可控，不惧怕外国封锁制裁。

相同性能的产品，国内的产品价格相当于国外的一半左右，且我们的服务更便捷，中国的光纤陀螺产品在国外非常受欢迎，一些欧洲的豪华邮轮、高端海工船已经选购了中船航海的蓝太阳系列光纤罗经替代国外的光纤罗经。

非常感谢刘俊成博士的精彩回答，“惊涛骇浪寻常在，百里风趠泰然行”，中船航海专注航海惯导60余年，对未来光纤罗经广泛应用充满信心。“长风破浪会有时，直挂云帆济沧海”，信德海事祝愿中船航海不断创新发展，引领我国航海导航事业加速发展。

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