摘要：在地圖測繪領域中，方位角的測量與運用尤為重要。在軍事作戰(zhàn)訓練中，判定方位、標定地圖、指示目標、確定射向以及保持行進方向等，更是離不開方位角。尤其在沙漠、草原、山林地等地形上或夜間、濃霧、大風雪等氣候條件下行進時，軍隊常需按方位角行進。能夠準確迅速地表達與量算方位角及偏角，是地圖使用者的必備技能之一。本文提供實用新型角度測量儀器的原型，具體地說是一種適用于地圖測量、易于讀數(shù)、編程換算單位的多功能數(shù)顯式方位角測量尺。該原型不僅能為地方測繪人員的圖上量讀提供參考，同時也具備不可小覷的軍用價值。

關鍵詞：方位角尺；數(shù)字顯示；地圖測繪

目前，公知測量地圖的數(shù)顯方位角尺，大都是在雙直尺式指針式或刻度式機械方位角尺的結構基礎上［1］，加上環(huán)形電阻或者容柵傳感器，經(jīng)數(shù)字處理實現(xiàn)數(shù)字顯示［2］。這種機械方位角尺測量時有局限性，而且結構復雜，加工困難，成本高，影響角度測量產(chǎn)品數(shù)顯化的普及和推廣。還有的甚至沿用人工測量的方式進行測算，耗費時間長，測量誤差大。

綜上所述，對于地圖，尤其是軍用地形圖，亟須一種更加敏銳迅捷的裝置來測算方位角及偏角，從而達到減小誤差、提高作戰(zhàn)反應能力與快速形成作戰(zhàn)方案的目的。

一、多功能數(shù)顯式方位角測量尺的基本組成

這種適于地圖的多功能數(shù)顯式方位角測量尺由刻度圓盤、多功能直尺、環(huán)形電阻、數(shù)顯裝置、內嵌軸承、過渡模塊等部分組成。其特征是：刻度圓盤、環(huán)形電阻和內嵌軸承三軸合一，僅使用一個直刻度尺，且該多功能直尺上嵌入數(shù)顯裝置及其他多功能部件。該多功能數(shù)顯方位角尺的三維結構示意圖如圖1所示。圖1中標號依次為：刻度圓盤1；環(huán)形電阻2；直尺部分3；1∶25000比例直尺4；坐標梯尺5；1∶50000比例直尺6；井字格坐標7；數(shù)顯裝置8；過渡模塊9；內嵌軸承10。

數(shù)顯式方位角測量尺的刻度圓盤由多環(huán)黑色刻度標示，要求刻度圓盤的厚度較薄，約為1.5mm，避免刻度圓盤厚度過大帶來光的折射增大、測量精度不高等問題。同時為避免混淆，要求中環(huán)標示的刻度使用紅色?？潭葓A盤如圖2所示，其上共有6圈刻度，最外面的兩個大圈刻度為正向和反向標示的0°至360°，其分度值分別為1°和10°；中間的兩個小圈刻度為正向和反向標示的0°至360°，其分度值分別為1°和10°；最里面兩圈的刻度量程依次是0°至90°和0°至180°，其分度值均是5°。沿著軸心到邊緣方向設置一紅色起始箭頭，箭頭長度與刻度圓盤半徑相同。圓盤置于最底層，上部與內嵌軸承和環(huán)形電阻同軸固定。另外該刻度圓盤的圓心位置處為硬質透明塑料材質，與刻度圓盤處于同一水平面，在圓心處刻有十字分劃，用以標定待測角的頂點。

在該新型實用裝置中，多功能直尺整體上要求是透明硬質塑料制成，通過過渡模塊與刻度圓盤連接，在直尺一側設置一根指向刻度圓盤軸心的紅色箭頭，長度與直尺的長邊長度相等。多功能直尺兩邊緣處為直刻度尺，分別采用1∶25000和1∶50000的比例制成。要求直尺部分在整體上厚度較薄（除數(shù)顯裝置部分外），約為1.5mm，避免直尺部分厚度過大帶來光的折射增大、測量精度不高等問題，該刻度尺內嵌井字格坐標和坐標梯尺，要求在靠近刻度圓盤處安裝數(shù)顯裝置。（具體分布詳見圖3）

所述的環(huán)形電阻與刻度圓盤同軸，且要求環(huán)形電阻所測角度為直尺部分偏離紅色起始箭頭的角度。環(huán)形電阻接入數(shù)顯裝置內的集成電路，要求環(huán)形電阻與數(shù)顯裝置之間的部分電路通過過渡模塊傳導［3］。根據(jù)設計要求與實際需要，內嵌軸承分為內外兩層，軸承的外層黏合環(huán)形電阻，內層下部黏合在刻度圓盤上，環(huán)形電阻的電刷部分連接多功能直尺［4］。上述設計要求內嵌軸承摩擦系數(shù)小，便于直尺部分繞轉刻度圓盤，同時不得遮擋刻度圓盤中心的十字分劃。而過渡模塊要求連接刻度圓盤和多功能直尺，過渡模塊內部傳導由環(huán)形電阻到數(shù)顯裝置的部分電路。關于多功能數(shù)顯式方位角測量尺的數(shù)顯裝置，其特征是上部為數(shù)字顯示屏，內部含有集成電路。

二、多功能數(shù)顯式方位角測量尺的制作原理

在該測量地圖的多功能數(shù)顯式方位角測量尺中，刻度圓盤內安裝環(huán)形電阻，多功能直尺部分安裝數(shù)顯裝置，環(huán)形電阻的過渡模塊與直尺一端連接，多功能直尺部分與環(huán)形電阻的電刷一起轉動，通過改變環(huán)形電阻接入電路部分的阻值，與環(huán)形電阻的總阻值進行對比，進而根據(jù)周角讀數(shù)得出所測角度的大小。另外，該刻度圓盤的圓心位置處為硬質透明塑料材質，與刻度圓盤處于同一水平面，在圓心處刻有十字分劃，用以標定待測角的頂點。圍繞轉動中心設有環(huán)槽，在環(huán)槽間的環(huán)形電阻接入數(shù)顯裝置的集成電路。環(huán)形電阻裝置如圖4所示，工作電路如圖5所示。

所述的數(shù)顯裝置由數(shù)顯單元和數(shù)顯窗組成，其處在多功能直尺靠近刻度圓盤的一端，當待測方位角的大小改變時，環(huán)形電阻的電刷隨之移位，環(huán)形電阻接入電路的阻值發(fā)生變化。進一步地，電路的總阻值也發(fā)生變化，電流等參數(shù)改變并形成電信號傳入數(shù)顯裝置的芯片部分，芯片模塊對電信號進行處理后將數(shù)值結果呈現(xiàn)在數(shù)字顯示屏上。通過編程控制設置，可以通過執(zhí)行代碼實現(xiàn)度數(shù)和密位的數(shù)值換算。通過計算機編程，把測量工作方法或數(shù)據(jù)處理方法程序化，既提高了測量數(shù)據(jù)計算的效率，又降低了人工計算的出錯概率。利用VisualBasic程序語言設計等編寫的算法，可快速準確地計算出坐標方位角等待求量。實現(xiàn)方位角的自動化測量，成為作訓需要。現(xiàn)將C語言編寫的源代碼提供如下：

#include"stdafx.h"

int_tmain（intargc，_TCHAR*argv［］）{return0；}

#include<stdio.h>

#definePI3.14159265f

voidmain（）

{intx；floaty；

printf（"度數(shù)轉密位請按“密位”鍵，代號為1；密位轉度數(shù)請按“度數(shù)”鍵，代號為2。＼＼n"）；

scanf（"%d"，&x）；

switch（x）{

case1：printf（"輸入角度："）；

scanf（"%f"，&y）；

printf（"密位為：%d＼＼n"，（int）（y*1.0/0.06））；

break；

case2：

printf（"輸入密位："）；

scanf（"%f"，&y）；

printf（"角度為：%0.2f＼＼n"，y*0.06）；

}

}

三、相關使用步驟

刻度圓盤1置于最底層，上部與內嵌軸承10和環(huán)形電阻2同軸固定。直尺部分3兩側邊緣均為比例尺直尺，改進型坐標梯尺5、井字格坐標7和數(shù)顯裝置8設置在直尺部分3上。數(shù)顯裝置8與環(huán)形電阻2的電刷通過過度模塊9傳導連接。數(shù)顯裝置8內部含有集成電路，數(shù)顯裝置中要求設置五個按鈕，依次為“On/Off”“Zero”“Hold”“度數(shù)”“密位”。環(huán)形電阻2的信號最終傳入集成電路內，通過顯示屏顯示。通過編程控制設置，可以通過執(zhí)行代碼實現(xiàn)度數(shù)和密位的數(shù)值換算。內嵌軸承10轉軸帶動環(huán)形電阻2的電刷及直尺部分3可作360°轉動。

圖6為該多功能數(shù)顯式方位角測量尺的工作狀態(tài)，為了更加直觀清晰地闡述該裝置的運轉過程，現(xiàn)給出其工作流程圖，如圖7所示：

四、多功能數(shù)顯式方位角測量尺的有益效果

本實用新型裝置的優(yōu)點在于：環(huán)形電阻測量多功能直尺部分偏離刻度圓盤紅色起始箭頭的角度，與其他測量儀器相比，本裝置簡化原有的主直尺和副直尺，僅配置一個刻度圓盤和一個多功能直尺。同時刻度圓盤和直尺部分均緊貼待測面，避免了其他測量儀器主直尺和副直尺不能同時接觸待測地圖的弊端，減小了測量誤差。通過“Hold”按鈕，可規(guī)避操作不當、角度改變引起的數(shù)據(jù)丟失。使用C語言編寫度數(shù)和密位的換算代碼，簡化了集成電路的結構，減緩了不同單位切換不同阻值電路的缺點。此外，可以通過姿態(tài)解算對裝置誤差進行校正，從理論上構建靜態(tài)的數(shù)學模型及存在測算誤差時的數(shù)學模型，并利用仿真軟件構建角度模型驗證測試精度。

當兩點之間距離較小的時候（即兩點均位于刻度圓盤下面時），此時指針不便于貼緊兩點之間的連線，而使用刻度圓盤上的刻度線可以協(xié)助測量角度或密位。一定程度上，使用刻度圓盤可直接用刻度去貼靠待測點，這將不再需要人工添加延長線，規(guī)避了作圖時延長線偏斜或者筆跡較粗、難以準確貼合的情況，既減少了誤差，又壓縮了作業(yè)時間。而且該設計可與數(shù)顯讀數(shù)裝置優(yōu)勢互補，在直接讀取顯示數(shù)失效時，可展開人工量讀機械刻度。

與現(xiàn)有的刻度尺不同，1∶25000比例直尺和1∶50000比例直尺可以通過量取圖上兩點之間的距離，直接讀出對應兩點的實地距離，縮減了人工換算比例尺單位的時間，降低了誤讀、誤算的概率，有利于使用者在戰(zhàn)場環(huán)境下做出當機立斷的正確決策。坐標梯尺由相互垂直的兩組測尺組成，包含1∶25000和1∶50000兩種比例的刻度，便于快速測算某待測點的精確坐標或根據(jù)精確坐標查找某目標點。坐標梯尺還設有鏤空的幾何框，用于快速、美觀地繪制圓形和三角形標號。使用時，可將刻度圓盤1的紅色起始箭頭與直尺部分3的紅色長箭頭標齊，然后將顯示值置零，即可標定角度零位，提高本實用新型的適應性。

結語

總的來說，本文提供了一種適用于地圖測量、能夠準確迅速地表達與量算方位角及偏角、易于讀數(shù)、編程換算單位的多功能數(shù)顯式方位角測量尺。通過對該裝置的探究與研制，指戰(zhàn)員可在未來戰(zhàn)場上敏銳迅捷地測算方位角及偏角，從而達到減小誤差、提高作戰(zhàn)反應能力與快速形成作戰(zhàn)方案的目的。

參考文獻：

［1］郭慶坤，王忠，來彥明，等.基于VB的陀螺定向測量方位角計算設計與實現(xiàn)［J］.城市勘測，2021（5）：178180，192.

［2］胡斌斌，張海濤.依賴方位角測量的多智能體系統(tǒng)事件觸發(fā)協(xié)同定位（英文）［J］.控制理論與應用，2021，38（11）：18451854.

［3］陳大龍，朱格苗，霍永章，等.基于終端采樣數(shù)據(jù)AOA的方位角預測方法研究［J］.江蘇通信，2021，37（6）：3236.

［4］管軍，任塨曄，房善婷，等.基于方位角和勻速圓周運動的單站無源定位算法［J］.雷達與對抗，2021，41（4）：1519.

基金項目：2022年8月***大學關于“軍事地形學智慧化教學研究”課題（編號**0221）

作者簡介：金復鑫（1978—），男，滿族，遼寧撫順人，博士，陸軍航空兵學院基礎部副教授，主要從事軍事訓練與管理研究；鞏平（1978—），男，漢族，遼寧開原人，碩士研究生，陸軍工程大學軍事基礎系副教授，從事教育研究和地圖測繪相關工作。

*通訊作者：紀文宇（2002—），男，漢族，江蘇宿遷人，本科在讀，陸軍工程大學指揮控制工程學院學員。