Идея определения места судна по измерениям навигационных параметров. Способы определения места судна

Одному измеренному навигационному параметру соответствует одно уравнение навигационной изолинии . Если одновременно измерить навигационные параметры и относительно двух ориентиров, то соответствующие им функции составят систему из двух уравнений с двумя неизвестными φ и λ:

.

Совместное решение уравнений этой системы дает искомые координаты судна φ и λ.

Для обработки измеренных навигационных параметров с целью определения места применяются три метода: графический, аналитический и графоаналитический.

При графическом методе на судне в момент времени То измеряется навигационных параметр относительно какого-то навигационного ориентира. Этому параметру соответствует навигационная изолиния , как геометрическое место точек возможного места судна (рис.). Пусть одновременно измерен навигационный параметр относительно второго навигационного ориентира, которому соответствует вторая навигационная изолиния . При графическом решении задачи точка С пересечения изолиний есть обсервованное место судна.

Рис.

Аналитический метод определения мета реализуется с помощью вычислительной техники. Использование уравнений линий положения унифицирует алгоритм определения места судна и приводит к существенному упрощению решения задачи.

При графоаналитическом методе задача частично решается аналитически, а затем производятся графические построения на карте. Он является основным при обработке наблюдений для определения места по высотам небесных светил.

Определение места по двум пеленгам:

Способ определения места судна по двум пеленгам один из наиболее распространённых при плавании в узкостях или вдоль берега, вблизи навигационных опасностей.

Это объясняется ещё и тем, что часто в видимости судна не бывает одновременно большого количества ориентиров. Сущность способа состоит в следующем. В быстрой последовательности берут пеленги двух объектов (маяков, знаков, мысов и т. д.) Рассчитывают истинные пеленги, если имеется поправка компаса, и прокладывают их на карте.

В точке пересечения пеленгов будет обсервованное место судна F.

A Δ B Δ

Θ

F

Этот способ имеет ряд преимуществ (простота и быстрота определения), но и ряд недостатков, главным из которых является полное отсутствие контроля при единичном определении.

Величину линейной ошибки обсервованного места можно получить по формуле для систематической ошибки e_k град, подставляя в неё значения градиентов:

; ; и град получим:

,

где AB – расстояние между ориентирами.

Из этой формулы видно, что величина FF₁ будет увеличиваться с уменьшением Q (при постоянном AB и e_k). Поэтому при 30^о>Q>150^o, когда sinQ уменьшается особенно быстро, определение места по двум пеленгам нельзя считать точным.

Влияние случайных ошибок пеленгования.

Пеленгованию, как и любому измерению, сопутствуют случайные ошибки, к которым можно отнести ошибки из-за неточности наведения, колебаний в момент качки, отсутствие стабилизации в вертикальной плоскости и др. Это приводит к тому, что любому измеренному пеленгу соответствует ошибка , град. Если такую ошибку подставить в формулу для оценки точности обсервованного места, то получим формулу для средней квадратической погрешности обсервации по двум пеленгам:

.

Формула показывает, что при малых и близких к 180^о углах Q ошибки увеличиваются. Следовательно, место будет получаться точнее при . Точность определения зависит также от расстояния до ориентиров.

При определении места судна по двум пеленгам ошибка в принятой поправке компаса может быть значительно более случайных ошибок.

Для определения правильного значения поправки компаса по пеленгам двух предметов достаточно найти величину её ошибки, а затем алгебраически вычесть эту ошибку из принятого значения поправки компаса: , где DК – поправка компаса, DКпр – принятое значение поправки компаса, e_к – ошибка принятого значения с её знаком.

Определение места по трём пеленгам.

При определении места по трём пеленгам в быстрой последовательности берут пеленга трёх предметов A, B, C. Переводят их в истинные и прокладывают на карте. Если бы наблюдения не содержали ошибок и пеленги были взяты одновременно, то все три пеленга пересеклись бы в одной точке F, представляющей собой место судна.

Однако из-за неизбежного действия ряда факторов пеленги обычно не пересекаются в одной точке, а образуют так называемый треугольник погрешности. Его появление может быть вызвано различными видами ошибок:

· Промахами при снятии счёта и при исправлении компасных пеленгов;

· Ошибки в опознавании ориентиров;

· Ошибки в принятой поправке компаса;

· Случайные ошибки пеленгования в прокладке.

Чтобы избежать графических ошибок при построении, можно рассчитать параллельное смещение каждой линии положения при изменении поправки на 3…5^о и построить новый треугольник погрешности, перенеся все линии положения в сторону увеличения или уменьшения. Для рассчёта смещения необходимо снять с карты расстояния до каждого из трёх предметов. Тогда:

, , .

Влияние ошибки, вызванной неодновременным взятием пеленгов, можно исключить несколькими способами. Один из них – правильный выбор очерёдности взятия пеленгов. Первым можно пеленговать объекты, расположенные ближе к диаметральной плоскости судна. Пеленги этих ориентиров изменяются медленнее. Если берутся пеленги огней маяков, то наблюдение надо так организовывать, чтобы не пришлось долго ждать проблеска огня, если он пеленгуется не первым. При скорости до 15 уз, когда прокладка ведётся на путевых картах, этого достаточно для исключения ошибки от неодновременного пеленгования. При больших скоростях или при ведении прокладки на крупномасштабных картах или планах для уточнения следует привести пеленга к среднему моменту. Для этого берут пять пеленгов в следующем порядке, пеленгуют ориентиры A, B и C, а затем ещё повторно пеленги В и А в обратном порядке. Считая, что пеленги изменяются линейно, рассчитывают среднее значение пеленгов объектов А и В.

, .

Определение места судна по измеренным расстояниям.

Если в видимости судна имеются два ориентира, до которых измерены расстояния (по вертикальному углу или по данным РЛС), то обсервованные места судна можно получить по двум расстояниям. Пусть А и В – два объекта, до которых измерены расстояния ДА и ДВ. Известно, что измеренному расстоянию соответствует изолиния –окружность радиусом, равным этому расстоянию, и с центром в точке расположения ориентиров. Если оба наблюдения сделаны одновременно, то, проложив две окружности, в одной из точек получим место судна. Вопрос о том, какую из двух точек считать обсервованным местом, легко решается путём сопоставления её со счислимым местом.

Средняя квадратическая погрешность обсервации места по двум расстояниям получается, если в общую формулу подставить значения ошибок линий полодения, помня, что градиент расстояния равен единице.

.

Определение места судна по пеленгу и расстоянию.

Этот способ наиболее часто употребляется при использовании радиолокатора. Обычно пеленг и расстояние измеряют до одного ориентира, однако бывает целесообразнее измерить пеленг на светящийся маяк по компасу, а расстояние измерить до берега. В первом случае угол пересечения линий положения будет равен 90^о, а во втором – разности пеленгов, снятых с карты.

Чтобы уменьшить ошибки неодновременности наблюдений, вначале измеряются расстояния, а затем берётся пеленг при положении предмета ближе к траверзу и в обратной последовательности – при острых углах. Обсервованное место получается на линии ИП на расстоянии от предмета, равном Д.

При измерении пеленга и расстояния до одного ориентира средняя квадратическая погрешность места судна равна (угол )

При измерении пеленга и расстояния до разных объектов требуется знать угол пересечения, тогда:

9. Градиенты навигационных параметров. Способы оценки точности места судна при навигационных определениях. СКП и 95% погрешность в месте судна. Практический учёт погрешностей в определении места судна для безопасной навигации. Требования ИМО.

Любые измерения содержат погрешности, поэтому, измерив пеленг, дистанцию или угол и проложив на карте соответствующую изолинию, нельзя считать, что судно будет находиться на этой изолинии. Вычислить возможное смещение изолинии из-за погрешностей можно, используя понятие градиента функции.

Градиентом навигационного параметра называется вектор, направленный по нормали к навигационной изолинии в сторону её смещения при положительном приращении параметра, причём модуль этого вектора характеризует наибольшую скорость изменения параметра в данном месте. Этот модуль равен:

.

Если при измерении навигационнаго параметра v допущена ошибка DU и известен градиент, то смещение линии положения параллельно самой себе и определяется формулой:

.

Чем больше величина градиента g, тем меньше смещение линии положения при той же погрешности DU, тем точнее будет определение места судна.

Выражения для градиентов некоторых навигационных параметров приведены в таблице,.

Если при измерении навигационного параметра имела место случайная погрешность m_П, град, то погрешность линии положения, полученная по пеленгу, найдётся по формуле:

.

Полоса положения, ширина которой в три раза больше средней, захватывает места судна с вероятностью 99,7%. Такую полосу называют предельной полосой положения.

Оценка точности места судна производится с помощью эллиптической и круговой (радиальной) погрешностей.

Эллиптическая погрешность- это эллипс соответствующих размеров и ориентировки с центром в месте судна, в пределах которого с заданной вероятностью находится истинное место судна.

Средний квадратический эллипс погрешностей – это эллипс с полуосями a и b, равными средней квадратической погрешности каждой линии положения, в этом случае вероятность нахождения судна в нем равна 0,393.

Предельный эллипс погрешностей – эллипс, в пределах которого судно находится с вероятностью равной или более 0,95, при этом полуоси эллипса равны 2,5 средней квадратической погрешности каждой линии положения.

Средний квадратический эллипс погрешностей строится следующим образом: от полученного места судна производится параллельное смещение с линий положения в одну и другую сторону на величину и , как показано на рис. В образовавшийся параллелограмм вписывается эллипс.

Радиальная (круговая) погрешность места – круг с центром в полученном месте судна с радиусом R, равным , где a и b – полуоси эллипса погрешностей.

СКП (средняя квадратическая погрешность) места судна, это радиальная погрешность с радиусом, полученным по полуосям среднего квадратического эллипса.

Веоятность нахождения судна в таком круге в зависимости от сжатия эллипса равна от 0,63 до 0,68.

Для получения 95% вероятности нахождения судна в круге необходимо радиус R средней квадратической погрешности умножить на 2, и таким радиусом построить круг.

Для предотвращения навигационных аварий, связанных с посадкой на мель, наряду с другими мероприятиями предпринимались попытки нормировать требования к точности и частоте обсервации в зависимости от условий плавания. Неоднократное обсуждение этих вопросов в комитете по безопасности мореплавания Международной морской организации (ИМО) привело к созданию стандарта точности судовождения, принятому в 1983 г. на 13-й Ассамблее ИМО в резолюции А.529.

Цель принятого стандарта обеспечение руководства различного рода администраций стандартами точности судовождения, которые должны применяться при оценке эффективности работы систем, предназначенных для определения места судна, в том числе радионавигационных систем, включая спутниковые. От судоводителя требуется знать свое место на любой момент времени. В стандарте указаны факторы, влияющие на требования к точности судовождения. К ним относятся:

скорость судна, расстояние до ближайшей навигационной опасности, которой считается всякий признанный или нанесённый на карту элемент, граница района плавания.

При плавании в других водах со скоростью до 30 узлов текущее место судна должно быть известно с погрешностью не более 4% расстояния до ближайшей опасности. При этом точность места должна оцениваться фигурой погрешностей с учётом случайных и систематических ошибок с вероятностью 95%. В стандарт ИМО включена таблица, которая содержит требования к точности места, а также допустимое время плавания по счислению при условии, что гирокомпас и лаг (время плавания), соответствуют требованиям ИМО, счисление не корректировалось, погрешности имеют нормальное распределение, а течение и дрейф учитываются с возможной точностью.

10. Ортодромия, ортодромическая поправка. Способы построения ортодромии на картах меркаторской проекции.

Ортодромия, ортодрома (из др.-греч. ὀρθός «прямой» + δρόμος «бег, путь») — кратчайшая линия между двумя точками на поверхности вращения. В картографии и навигации — название геодезической линии кратчайшего расстояния между двумя точками на поверхности земного шара, наименьший из отрезков дуги большого круга, проходящей через эти точки. В отличие от локсодромии ортодромия пересекает меридианы под разными углами. В судо- и самолётовождении, где Земля принимается за шар, ортодромия представляет собой дугу большого круга.

Экватор и меридианы являются частными случаями ортодромии. Через две точки на земной поверхности, расположенные не на противоположных концах одного диаметра Земли, можно провести только одну ортодромию.

В большинстве картографических проекций ортодромии изображаются кривыми линиями (за исключением, быть может, меридианов и экватора). Это неудобно для прокладки кратчайших маршрутов. В гномонической проекции все ортодромии изображены прямыми линиями.

Параллели (за исключением экватора) не являются ортодромиями.