Уравнение линии положения в общем виде

Высотная линия положения, ее уравнение. Свойства высотных ЛП

Линией положения называется касательная, проведенная к изолинии вблизи счислимого места и замещающая собой изолинию.
Уравнение изолинии имеет следующий вид Δφcos τ+ Δwsinτ= n, τ- направление градиента, n = (Uo — Uc)/g — перенос,g — модуль градиента навигационного параметра. Касательная к кругу равных высот является высотная линия положения — ВЛП. Уравнение ВЛП имеет следующий вид: ΔφcosА + ΔwsinА = n = ho — hc Свойства ВЛП. ВЛП — это приближенная линия. Градиент ВЛП равен 1. Положение ВЛП на карте не зависит от принятых счислимых координат. Аналитический метод ОМС. Аналитический метод ОМС основан на расчете элементов 2-х ВЛП — азимутов и переносов (ручным методом или с использованием программирумых микрокалькуляторов) и на аналитическом расчете системы уравнений 2-х ВЛП ΔφcosA1 + Δ WsinA1 = n1
Δ φcosA2 + Δ WsinA2 = n2 Δφ- приращение широты относительно счислимого места, ΔW — приращение отшествия относительно счислимого места. Δ φ = DΔ φ/D и Δw = DΔw/D Знак «+» величины Δ φ означает, что РШ направлена к N, а если получается знак «-«, то РШ направлена к S. Знак «+» величины Δозначает, что ОТШ направлена к E, а знак «-«, что ОТШ направлена к W. Переведем отшествие в разность долгот по формуле Δλ= Δw/cos φ Найдем обсервованные координаты: φо = φс + Δиλо = λс + Δλ

Общая характеристика антенн гидроакустических. приборов. Технические параметры антенн.

По характеру изл. антенны делятся на: точечные (не созд. направл-го излучения, интенсивность одинакова во всех направл.), сплошные(изл. определенной направленности), антенные решетки.

Чувствительность – пар-р приемной антенны – отношение напр. на входе антенны к воздействующему на неё звуковому давлению. Она настраивается на опр. резонансную частоту, при которой чувствит.max.

Звуковая энергия может возникнуть в рез-те преобразования энергии одного вида в другой. В гидроакустике это решается с помощью преобразователей.

Ферромагнитные преобразователи работают на эффекте магнитострикции: изменение размеров при изменении магнитного состояния.

Различ. не, и поляризованные магнито-стрикционные преобразователи. Поляриз. питаются постоянным и переменным током, амплитуда кот. меньше амплитуды подмагничивания.

В наст время нашли применение нашли применение более совершенные преобраз. на пьезо эффекте. При подаче напр. на эл-ды происходит их деформация и наоборот.

«+»-хорошие экспл. показ., дешевизна.

3.Определение скорости буксировки судов при ветре и волнении. Длина буксирной линии.

Скорость буксировки в обычных условиях определяют расчетом сопротивления воды и воздуха движению буксируемого и буксирующего судам. Суммарное сопротивление определяется упором гребного винта буксирующего судна: R=R₀+R₁=P_ш, где R – общее сопротивление каравана; R₀ – сопротивление буксирующего судна; R₁ – сопротивление буксируемого судна; Р_ш – упор гребного винта на швартовах.

Сопротивление буксирующего судна равно сумме сопротивлений: R₀=R_f+R_r+R_возд+R_волн

R_j – сопротивление трения; R_r – остаточное сопротивление; R_возд – сопротивление воздуха; R_волн – сопротивление от волнения.

Сопротивление буксируемого судна

R’_винт – сопротивление винта; R_тр – сопротивление буксирного троса.

Упор гребного винта на швартовах

Где Р_в – мощность, потребляемая гребным винтом, Н_в – шаг винта, D_в – диаметр винта, n – частота вращения винта.

Расчет длины буксирной линии. 1. должна обеспечивать хорошую управляемость. 2. Буксируемое судно не должно испытывать влияния кильватерной струи буксировщика. 3. Она д.б. такой, чтобы за счет упругой «весовой игры» обеспечить изменение расстояния м/д судами на величину высоты волны.l=F_гh_B/10k_{i ;}F_г – тяга на гаке

k_i коэф игры буксирного троса

Упругое удлтнение синтетического троса

F — Усиление,растягивающее трос

P — Разрывное усидие

Билет 23.

1.Устройство и теория навигационного секстана. Исправление высот светил, изме­ренных секстаном.

Исправлением высот называют переход (путем введения поправок) от измеренных высот к истинным геоцентрическим (обсервованным) высотам. Общая формула исправления высот имеет следующий вид:

Поправка за наклонение горизонта.

Явление преломления лучей какой-либо средой называется рефракцией. Преломление луча света от светила в земной атмосфере называется астрономической рефракцией, а преломление луча от удаленных земных предметов — земной рефракцией. Высоты светил в море измеряют над линией видимого горизонта. Видимый горизонт представляет малый круг на поверхности моря, описанный лучом зрения, по которому наблюдатель с возвышения глаза е увидит наиболее удаленную точку поверхности моря. Угол между плоскостью истинного горизонта и касательной к лучу, направленного от видимого горизонта называют наклонением видимого горизонтa (Δhd).Для получения видимой высоты над истинным горизонтом (hв) наклонение видимого горизонта надо вычесть из измеренной высоты (hиз). Наклонение видимого горизонта зависит от коэффициента земной рефракции χ, среднее значение которая равно 0,16, радиуса Земли и высоты глаза. Итоговое значение наклонения горизонта определяется формулой (в дуговых минутах).Δh_d=√e

Поправка за астрономическую рефракцию.

Проходя через земную атмосферу, лучи света изменяют прямолинейное направление. Вследствие увеличения плотности атмосферы преломление световых лучей усиливается по мере приближения к поверхности Земли. В результате наблюдатель видит небесные светила как бы приподнятыми над горизонтом на угол, получивший название астрономической рефракции (р). Величина рефракции зависит от многих факторов и может изменяться в каждом месте на Земле даже в течение суток. Для средних условий получена приближенная формула рефракции: Δh_ρ= -0,9666ctgh_в Коэффициент 0,9666 соответствует плотности атмосферы при температуре t=+10° и давлении В=760 мм.рт.ст. Если характеристики атмосферы другие, то поправку за рефракцию, расчитанную по данной формуле необходимо корректировать поправками за температуру и давление .

Поправка за параллакс. Если измеряется высота светила, расстояние до котоорого сопостовимо с размерами Земли, то видимая высота hв будет меньше геоцентрической высоты, т.е. из центра Земли. Параллаксом называют угол между направлениями на светило с поверхности и из центра Земли, или угол при светиле, под которым был бы виден радиус Земли для данного наблюдателя со светила. В течение суток величина параллакса меняется от максимального значения для положения светила на горизонте и называемого горизонтальным параллаксом до нуля при положении светила в зените. Вследствие эллипсоидальности Земли величина горизонтального параллакса для наблюдателя на экваторе, где радиус Земли максимален, будет самой большой. Такой параллакс называют горизонтальным экваториальным параллаксом po, он приводится в МАЕ Параллакс зависит также от расстояния до светила, поэтому достигает заметных величин только для наиболее близких к Земле светил. Наибольший параллакс имеет Луна (61,5′), параллакс Венеры колеблется от 0,1′ до 0,6′, параллакс Марса — от 0,1′ до 0,4′; для Солнца в среднем рo= 0,15′ параллаксы Юпитера и Сатурна меньше 0,1′. Значения горизонтального экваториального параллакса планет даны в ежедневных таблицах МАЕ, ниже колонки склонений, а для Луны в нижнем углу правой страницы. Поправка за параллакс определяется формулой: Δhр=pocoshв Поправка за параллакс всегда имеет положительный знак.

Поправка за полудиаметр.

При измерении высот Солнца и Луны с горизонтом совмещают край диска светила. Для получения высоты его центра необходимо к высоте нижнего края прибавить угловой полудиаметр, а из всоты верхнего края — вычесть его. Угловой полудиаметр Солнца изменяется в течении года от 15,8′ до 16,3′ и приводится в МАЕ и ВАС-58.Угловой полудиаметр Луны зависит от расстояния между Луной и Землей, следовательно, его можно выразить через параллакс: sinR = 0,2725sinpo

Секстан. Из треугольника АВС: h+2α=2β, h=2β-2α . h=2(β-α). Из треугольника ОАВ: ω+α=β; ω=β-α. h=2ω, ω=h/2.

2.Скоростная девиация гирокомпасов и способы ее устранения.

По своему характеру погрешности гирокомпаса принято делить на методические и инструментальные. Основными методическими погрешностями являются скоростная и инерционная

Скоростной погрешностью гирокомпаса называется постоянное в данной широте азимутальное отклонение оси гирокомпаса от истинного меридиана, происходящее вследствие движения судна с постоянной скоростью на постоянном курсе.

Скоростная погрешность имеет полукруговой характер, для курсов северной половины горизонта она отрицательна, южной — положительна, то есть зависит от скорости, широты и курса судна. В большинстве конструкций гирокомпасов она исключается автоматическими или полуавтоматическими корректорами, аналитическим методом с помощью вычислительного устройства, которое формирует корректирующие моменты и действуют на гиросферу. Sinδ=(V*cosKK)/(R_з*w*cosφ)

3.Действия экипажа при посадке на мель. Снятие с мели с посторонней помощью.

1. Объявляют общесудовую тревогу и поднимают сигнал, предписанный МППСС—72 для судна, стоящего на мели.

2. Замечают курс и скорость, на которых судно коснулось мели (если это произошло в шторм, курс и скорость должны быть замечены сразу после посадки).

З. Определяют координаты места посадки.

4. Тщательно замеряют уровни воды в междудонных отсеках и льялах.

5. Замеряют глубину ручным лотом вокруг корпуса судна и определяют характер грунта.

6. Если позволяет погода, на воду спускают шлюпку под командованием одного из помощников капитана. Со шлюпки как можно точнее замечают осадку судна.

7. Устанавливают радиосвязь с находящимися поблизости суда ми, позиции которых наносят на генеральную карту.

8. В случае посадки на мель в штормовую погоду принимают меры к закреплению судна на мели путем затопления отсеков.

9. В ближайшую службу погоды или капитану ближайшего порта посылают запрос о прогнозе погоды на текущие и несколько последующих суток.

10. Рассчитывают среднюю осадку судна, которую оно имело на плаву к моменту посадки на мель.

11. Определяют: стадию прилива или отлива, соответствующую моменту посадки на мель, время ближайших полной и малой вод, величину прилива, направление и скорость приливно-отливного течения.

12. С момента посадки на мель в судовом журнале ведут последовательные, подробные и точные записи всех мероприятий и событий на судне.

13. Если машинно-котельное отделение не получило повреждений при посадке на мель, туда дают указание поддерживать в пол ной готовности все судовые механизмы.

Существуют следующие способы снятия с мели с посторонней помощью. Буксировка. Разворот судна , сидящего на мели. Разворачивающее усилие определяется по формуле:

Т_разв=К_нSМ_f/x_разв, где К_н – коэф. надежности, когда длительное пребывание судна на мели может привести его к гибели =1,1,

SМ_f=М_fтр+М_fбгр+М_fволн, где М_fтр – момент сил трения, М_fбгр – момент сил бокового сопротивления грунта, М_fволн,– момент сил бокового волнового давления, х_разв — расстояние от точки приложения разворачивающего усилия до тачки разворота.

Если статические тяговые усилия буксирующими судами, оказались недостаточными для снятия судна с мели, прибегают к динамическому рывку буксировщика.

Билет 24.

Определение широты по высоте Полярной звезды.

Высота полюса мира над горизонтом всегда равна широте места. Пусть Полярная звезда находится в произвольной точке С. Из данной точки опустим сферический перпендекуляр на меридиан наблюдателя. Величина х — есть проекция полярного расстояния на меридиан наблюдателя. Так как полярное расстояние мало (44′), то прямоугольный треугольник PNCD можно считать плоским. Из данного прямоугольного треугольника имеем x = Δcostм Из рисунка видно, что φ= ho — x (*) На основании основной формулы времени, имеем x = Δсos(Sм -α). Подставляя в формулу (*) значение х, получаем φ = ho — Δсos(Sм — α) Введём обозначения I = — Δo сos(Sм — α o) (**) α o и Δo — среднегодовые значения прямого восхождения и полярного расстояния Полярной звезды. Окончательно широта по высоте Полярной звезды определяется следующей формулой: φ= ho + I + II + III Поправка I выбирается из МАЕ из таблицы «Широта по высоте Полярной звезды» на страницах 277-278. Поправка II выбирается из МАЕ из таблицы «Широта по высоте Полярной звезды» на странице 279 по аргументам Sм и h. Поправка III выбирается из МАЕ из таблицы «Широта по высоте Полярной звезды» на странице 280 по аргументам Sм и дата. Порядок наблюдений и вычислений. . В навигационные сумерки найти Полярную звезду над точкой N на высоте h φ. Измерить секстаном её высоту (ОС) и заметить момент времени по хронометру. Записать Тс, отсчет лага ОЛ, по отсчету лага снять счислимые координаты. Записать высоту глаза, поправку индекса и инструментальную погрешность секстана, поправку хронометра и если надо, то температуру и давление воздуха. Рассчитать приближенное гринвичское время и гринвичскую дату. Рассчитать точное гринвичское время, с ним войти в МАЕ и рассчитать звездное местное время. Исправить отсчет секстана поправками и рассчитать обсервованную высоту Полярной звезды. Далее, войти в МАЕ в таблицу «Широта по высоте Полярной звезды» со звездным местным временем и выбрать поправки I, II и III. Фрагменты этой таблицы с выборками поправок I, II и III представлены ниже. Прибавляя поправки к обсервованной высоте, получить обсервованную широту. Достоинства и недостатки метода. Рассчитывав широту, её можно использовать, как высотную ЛП, которая будет проходить по параллели. На Полярной звезде судоводители экономят до 40% времени вычислений — в этом и заключается преимущества использования Полярной звезды для ОМС по нескольким звездам. К недостатку данного метода можно отнести его ограниченность по широте. Его можно использовать только в северном полушарии (наиболее благоприятный диапазон широт 5°N -6 с. дает погрешность дистанции s*D=c*s*t=300 м., что недопустимо. Требуемая точность согласования шкал времени s*t -10 c, что технически недостижимо, проблема решается введением в систему уравнения (8.1) еще одно неизвестное Dt для разрешимости системы в этом случае необходимо еще одно уравнения, т.е. еще один спутник. При этом система (8.1) имеет вид: D_i=C*(t_i+Dt) (8.2), i=1,2,3.. – плоскость (j,l,Dt) 2-D позиционирование i=1,2,3,4 – пространство (j,l,H,Dt) – 3-D позиционирование. Шкалы времени спутников согласованы между собой с точностью — Dt -12 c. – атомный стандарт. Dt -14 c. – водородный стандарт, т.е. идеальный к требованиям точности, поэтому Dt принимается общей для всех спутников. Одна из важнейших характеристик СНС является доступность навигационной временной информации, .т.е. вероятность получения обсервации в любое время суток, года и в любой точке земного шара.

Расчетная цифра – 0,999997 должна быть достигнута в 2000 г. она означает что в год вы остаетесь без обсервации на 1 минуту. На 1998 г. цифра равна=0,997. В результате во многих районах обсервация недоступна. Сущность расчета географических координат по (8.2) заключается в следующем: дистанция Di выражается через неизвестные прямоугольные геоцентрические координаты потребителя – X,Y,Z и известные прямоугольные координаты спутника X_si, Y_si, Z_si — которые сообщаются спутниками:

(8.3) i=1,2,3,4…. Координаты

потребителя в (8.3) выражаются через географические известные соотношения:

,где N – радиус кривизны принятого референт – эллипсоида или геометрическая модель земли, а применительно к картографии – система координат.

e – эксцентриситет принятого эллипсоида

Н – высота наблюдателя.

3.Влияние штормовых условий на судно. Требования МАРПОЛ 73/78 к осадке танкеров при плавании в балласте в шторм.

Потеря скорости судна. Скорость судна на волнении всегда меньше, чем в тихую погоду, вследствие:

увеличения сопротивления движению судна как из-за непосредственного воздействия на корпус ветра и волн, так и их вторичного влияния через различные виды качки и рыскание судна на курсе;

снижения эффективности действия гребного винта;

ограничения используемой мощности двигателя вследствие разгона гребного винта;

намеренного снижения скорости при возникновении ударов корпуса о волны (слеминг, удары волн в развал носа), заливания палубы и надстроек, чрезмерных ускорений при качке и др.

Основная часть естественной потери скорости судна обусловлена средним дополнительным сопротивлением, которое вызвано ветром и волнами.

Рысканье судна. В отличие от бортовой, килевой и вертикальной качек рыскание судна относят к дополнительным видам качки.

При оценке влияния рыскания на эксплуатационную скорость судна можно выделить следующие основные факторы, действие которых может сказаться на его ходовых качествах:

увеличение сопротивления корпуса вследствие движения судна с переменным по времени углом дрейфа;

увеличение сопротивления из-за перекладок руля;

увеличение длины пути, проходимого судном;

изменение режима работы гребного винта;

повышенный расход топлива и др.

Слеминг. Слеминг (днищевой) возникает в процессе продольной качки при оголении носовой оконечности и последующем соударении с волной. Большие динамические нагрузки могут привести к серьезным повреждениям конструкций корпуса и оборудования. Вероятность опасных ударов тем больше, чем больше высота волн и скорость судна. Наблюдаются они на встречном волнении в широком диапазоне курсовых углов. Поэтому отклонение по курсу от чисто встречного движения не всегда является эффективным средством избежать опасности слеминга.

Заливание палубы и удары волн в развал носа судна. Эти явления вызывают повреждения бака, палубного оборудования, трубопроводов, конструкций люковых закрытий, палубного груза, трюмов и т. д.

Удары волн в развал носа (бортовой слеминг или випинг) сами по себё вызывают вибрацию, вмятины в верхней части наружной обшивки носа и в палубе полубака. Многочисленны случаи повреждения груза. Для избежания заливания палубы наиболее рационально снизить

скорость судна или уменьшить осадку носом.

Разгон гребного винта и двигателя. Переменные гидродинамические силы и моменты, действующие на винт при качке, могут привести к поломке лопастей, конструкций гребного валопровода, вызвать вибрацию вала и кормы. Разгон винтов более вероятен для судов, на которых винты имеют малое погружение, большие удельные упоры, большие отношения шага к диаметру и частоты вращения.

Билет 25.

1.Время и его виды. Соотношения между временами на различных меридианах. Линия смены дат. Местное среднее время (Т_м)— это это промежуток времени между моментом нижней кульминации среднего Солнца и текущим моментов времени для наблюдателя, находящегося на меридиане с долготой λ. Гринвичское время (Т_гр) — это местное время гринвичского меридиана. Из рисунка видно, что на востоке местное время (Т_м) всегда больше гринвичского времени (Т_гр) на величину дуги долготы λ. Т_гр = Т_м ±λ W _EТ_м = Т_гр ± λ E _W Гринвичское время иногда называют всемирным. Оно является аргументом для входа в Морской астрономический ежегодник (МАЕ). Поясное время.Вся Земля разделена на 24 часовых пояса по 15° (или 1 ч ) долготы в каждом. Меридианы 0°, 15°, 30° и далее через 15° (до 180°) являются центральными для каждого пояса, меридианы с долготами 7°30′, 22°30′ и далее — это границы поясов. Они точно следуют по меридианам только в открытом море и океане. Поясным временем Т_п называется местное время центрального меридиана данного часового пояса, принятое по всей территории пояса. Пояс с центральным меридианом Гринвича считается нулевым, а от него идет нумерация поясов к E или W, до двенадцатого пояса включительно. Для определения номера пояса, в котором находится судно или данный пункт, надо его долготу разделить на 15°. Частное от деления дает номер пояса, а если в остатке получится болше 7°30′, то рассчитанный таким образом номер пояса увеличивается на единицу.Т_п = Т_гр ± Т E _W Т_гр = Т_п ± Т W _EМестное время в пределах одного часового пояса теоретически не должно отличаться от поясного Т_п более чем на 30 м , что соответствует ширине пояса в 7°30′. Однако, на суше границы часовых поясов не всегда совпадают с меридианами, кратными по долготе 7°30′. Они устанавливаются правительством стран и обычно совпадают с государственными, административными или географическими границами. Декретное, летнее, стандартное, судовое время. Декретное время Т_д — это поясное время, увеличенное на 1 ч . Россия живет по декретному времени. Т_д = Т_п + 1 ч Летнее время — это время принятое в данном государстве на летний период. Летнее время — это поясное, увеличенное на 1 ч . В России летнее время функционирует с последнего воскресенья марта по последнее воскресенье октября. Стандартное время — это время официально принятое в данном районе Земли. Это может быть поясное, летнее, декретное, поясное ± 30 м Судовым временемТ_с называется поясное время того часового пояса, по которому поставлены судовые часы. Судовое время обычно отсчитывается с точностью до 1 м .Линия смены дат. Особое положение занимает 12 пояс. Он состоит из двух половинок — 12 восточного и 12 западного пояса. Т.е. поясное время в 12-ом поясе одинаковое, но даты в 12-м восточном и 12-западном разные. Поэтому по 180° проходит линия смены дат(ЛСД). Официальная линия смены дат в некоторых районах Земли отклоняется от меридиана 180° так, чтобы территориальные образования относились к одной дате. При пересечении этой линии дату надо менять. Правила смены даты. Смену дат производят не в момент пересечения линии даты, а в полночь. При следовании судна восточными курсами (из Азии в Америку) дата в W-ом полушарии на момент пересечения ЛСД на сутки меньше. А в полночь наступает дата, которая уже была в Е-вом полушарии, т.е дату повторяем, например, после 2-го марта следует снова 2-ое марта. При следовании судна западными курсами (из Америки в Азию и Австралию) дата в Е-вом полушарии на момент пересечения ЛСД уже на сутки больше. Но т.к. дату меняем в полночь, то дату изменяем на двое суток вперед, например, с 2-го марта меняем на 4-ое марта, пропуская одни сутки.

2.Блок схема импульсной РЛС. Виды ориентации изображения, режимы движения.

1 – синхронизатор, задающий временную диаграмму РЛС, вырабатывающий запускающий импульс и согласующий работу всех узлов РЛС (в современных РЛС реализуется программно с помощью компьютера)

2 – передатчик вырабатывающий по запускающему импульсу от синхронизатора кратковременное СВЧ импульсное колебание, называемое зондирующим импульсом (ЗИ)

Частота СВЧ колебаний:

f= 9400*10 6 Гц l=3,2 см – основной диапазон

f=3000*10 6 Гц l=10 см – вспомогательный диапазон

t = (0,1 – 0,7)* 10 6 с – длительность импульса в зависимости от шкалы дальности)

3 – антенный переключатель, подключает антенну к выходу передатчика в момент излучения ЗИ и ко входу приемника в оставшееся время цикла работы РЛС.

4 — приемник, принимает отраженный от цели сигнал, преобразует его в видеосигнал

5 – индикатор, предназначен для отображения окружающей навигационной обстановки, включая сигналы цели, а также для измерения координат цели и параметров ее движения. (раньше только для САРП)

6 – датчик азимута антенны

7 – антенна

По запускающему импульсу ЗИ от синхронизатора передатчик формирует кратковременное СВЧ ЗИ, который через антенный переключатель излучается антенной. Отраженный от находящегося на расстоянии Д цели эхо – сигнал принимается антенной, преобразуясь в видеосигнал, который поступает на катод ЭЛТ индикатор. В индикаторе формируется пилообразное напряжение Uразб, которое поступает на отклоняющие пластины ЭЛТ и отклоняет луч от центра к периферии, образуя линию разверстки. Скорость разверстки пропорциональна скорости радиоволн в масштабе шкалы дальности. Угловое положение разверстки соответствует угловому положению антенн. Измеряемым параметров в РЛС является врем распространения сигнала до цели и обратно.

Типы движения: относительное, истинное.

Ориентации изображения: курс, север, курс стабилизированный.

3.Требования Резолюции ИМО к информации о маневренных характеристиках судна и ее содержанию. Стандарты маневренных качеств судов.

С 1987 г. Резолюцией ИМО была принята новая рекомендация, в соответствии с которой информация о маневренных характеристиках состоит из трех частей:

— таблица маневренных характеристик (для ходовой рубки);

— формуляр маневренных характеристик.

Билет 26.

1.ОМС ускоренными способами. Способ «перемещенного» места.

ОМС по солнцу с предвычислением 2-й ВЛП. При ОМС по солнцу методом ВЛП измерения и вычисления разнесены во времени: первые измерения производятся за 1-1.5ч до кульминации, вторые-после. При хороших погодных условиях 2ю ВЛП можно предвычислить. Предвычисление 2й ВЛП производится заранее параллельно с расчетом 1й ВЛП. Эта параллельность вычислений существенно экономит время. Производя предвычисление, обсервованные координаты можно получить спустя 1-2 минуты после вторых измерений.

2.Точность автономного варианта GPS. Дифференциальные варианты.

2.1. Точность стандартного варианта системы

Автономный вариант.Только ПИ и никаких диф. поправок.

Источниками ошибок являются:

— условия распространения радиоволн;

— соотношение «сигнал/ шум»;

— интерференция прямых и отраженных сигналов;

— рассогласование шкал времени спутников и ошибки зфемеридной ин­формации.

Погрешность, вызываемая особенностями распространения радиоволн имеет две составляющие: ионосферную и тропосферную и обусловлена искрив­лением траектории за счет рефракции.

Ионосферная составляющая зависит от диэлектрических свойств среды и в наибольшей степени проявляется в районах тропиков при максимальной сол­нечной активности. Тропосферная рефракция зависит от температуры, давления и влажности воздуха. Реаль­но погрешность определения координат составляет: порядка Зм — ионосферная составляющая и порядка 1м — тропосферная составляющая.

Погрешность за счёт интерференции мала и состав­ляет величину порядка1м.

Шумовая составляющая может в десятки раз превышать полезный сиг­нал. Для защиты системы излучаемый спутником сигнал формируется как псевдослучайная последовательность.

Для уменьшения этих погрешно­стей наземные контрольно-измерительные пункты измеряют параметры орбит движения спутников и прогнозируют их данные, как и уход времени на каждый час вперёд. Таким образом, обеспечивается точность положения спутника поряд­ка 1,5 м.

С учетом геометрического фактора система имеет следующие характери­стики точности:

в определении координат — 9-200 м,

в определении скорости — 6-15 см/с.

В настоящее время реальным и практически реализуемым путем повы­шения точности являются дифференциальные варианты системы.

Дифференциальные варианты системы и их точность.

Наземными контрольными пунктами (КП) с известными координатами произ­водятся измерения навигационных параметров по сигналам системы. Параметры с периодичностью 1 мин транслируются потребителям, находящимся в окрестно­стях КП. Потребители принимают параметры контрольного пункта и сигналы системы. Их совместная обработка позволяет исключить регулярные (коррелиро­ванные) погрешности и существенно повысить точность определения координат потребителя. К коррелированным погрешностям измерений, общим для КП и потребителя относятся:

— погрешность рассогласования шкал времени спутников;

— погрешности за условия распространения радиоволн;

Общепринятый дифференциальный вариант основан на работе потреби­теля с одним КП.

Развитый дифференциальный вариант позволяет сохранить высокую точность навигационных определений в радиусе до 1000 миль, практически не зависящую от удаления от КП. В таком варианте ряд (порядка 4-х) периферийных КП замыкаются на главный КП. образуя сеть. Геометрия сети такова, что главный КП

размещается в центре окружности, а периферийные КП- по радиусам. Главный КП принимает поправки от периферийных КП и после совместной обработки по довольно сложной модели объединяет их в формат дифференциального сообще­ния, которое действительно для района радиусом порядка 1000 миль, В диффе­ренциальной сети рассчитываются погрешности эфемерид и рассогласование шкал времени спутников. Соответствующие поправки передаются спутникам. При этом эфемеридная погрешность снижается до 1 м, а погрешность за счет вза­имной синхронизации спутников — до 0.3 м. Развитый дифференциальный вари­ант снижает также и атмосферные погрешности: ионосферную до 2 м, а тропо­сферную до 0,4 м.

Обобщенный метод линий положения

Общий принцип определения по ложеиня ВС по отношению к навига­ционным ориентирам реализуется в виде обобщенного метода поверхно­стей и линий положения (ЯП)

Н авигационный параметр — гео­метрическая или физическая величи­на, значение которой зависит от ме стоположення ВС. Примерами нави гационных параметров являются уг­лы, расстояния, атмосферное давле иие, напряженность магнитного поля н т. д.

Поверхностью положения (рис 3.1) называется геометрическое место точек в пространстве, в которых значение навигационного параметра постоянно. Точка пересечения трех
поверхностей положения, соответст­вующих трем измеренным в полете навигационным параметрам, опреде­ляет местоположение ВС в простран­стве.

Линия пересечения земной поверх­ности с поверхностью положения об­разует изолинию соответствующего навигационного параметра (линию положения ВС).

Линия положения — геометриче­ское место точек вероятного место­положения самолета на земной по­верхности, соответствующих посто­янному значению навигационного па раметра. Точка пересечения двух ЛП определяет место ВС (ЛІС) ЛП классифицируются по типу навига­ционных параметров.

Линия равных пеленгов самолета (ЛРПС) характеризуется постоян иым значением пеленга самолета ПС (направления на ВС относительно меридиана некоторой наземной, обычно радионавигационной, точки).

На сфере ЛРПС является орто­дромией, проходящей через РНТ, и описывается уравнением

ctgnc — COS (fp tg

— sincjpCtglX — Хр), (3 1)

где q. и Ар — широта и долгота ра­дионавигационной точки.

На плоскости ЛРПС является прямой линией и описывается урав­нен ием

где 2Р, sp — коортнпаты РИТ в част — ноортотромической прямоугольной системе координат.

Прокладка ЛРПС на карте осу­ществляется аналогично прокладке ортодромичсской ЛЯП.

Линия равных пеленгов радиостан­ции (ЛРПР) характеризуется посто­янным значением пеленга ПР из лю­бой ее точки на наземную РНГ. Уравнения ЛРПР иа сфере и пло скости имеют вид

ctgnP ^cosif tg p cosec (Xp— X) — — sin

tgnP (zp — г) (Sp —s)

ЛРПР на плоскости имеет вид дуги, проходящей через РНТ На сфере ЛРПР имеет вид сложной кривой, построение которой возможно путем расчета по специальным фор­мулам координат ее промежуточных точек. Отрезок ЛРПР в районе ме стоположения ВС может быть пост роен на карте международной проек цин путем прокладки от РНТ орто­дромии С пеленгом ПС = 11Р + 0СГ ± ±180°.

Линия равных разностей гиленгпв (ЛРРПР) характеризуется постоям — ним значением разности пеленгов П двух РНТ. Вид ЛРРПР на сфе­ре такой же, как у ЛРПР, но роль полюса при этом играет очна из РНТ. На плоскости ЛРРПР имеет вит окружности, проходящей через обе РНТ и имеющей радиус

где Б — расстояние между РНТ (база)

Линин равных расстояний (ЛРР) гпь геометрическое место точек, рав иоудаленпых от некоторой точки на земной поверхности (РНТ) ЛРР яв­ляется сферической окружностью с радиусом Ь и описывается следе ю — щимн уравнениями на сфере к пло­скости

cos И — sinqp sinq >

-(-cos фр cos q cos (д — Хр); (3.3)

При небольших значениях D, ха­рактерных дія современных дально- мерных систем, ЛРР можно прокла­дывать на карте в виде окружности.

Линия равных разностей расстоя­ний (ЛРРР) характеризуется посто­янным значением разности расстоя­ний АЛ ю твух точек на земной по­верхности РИТ На плоскости ЛРРР

Рис 3.2 Вид линий положения 26

является гиперболой с фокусами, сов­падающими с РНТ:

где о АЛ 2: 6=1/6* о*.

На сфере ЛРРР является сфери ческой гиперболой. Ввиду сложности прокладки ЛРРР па полетных кар тах при больших 6 используются специальные карты с нанесенными гиперболами.

Линия равных высот светила ха­рактеризуется постоянным значением высоты Л светила и описывается на сфере уравнением

sin ft = sin If sill 6 —

-j- cos q cos 6 cos (/r j, -4- A), (3 4)

где 6, /Гр — склонение и гринвичский часовой угол светила.

Для определения координат ВС на карте проводится касательная к линии равных высот, называемая прямой равных высот (ПРВ) или астрономической линией положения (АЛГІ). Липня рапных rucot свети­ла является окружностью с центром в географическом месте светила. Вид некоторых ЛП на плоскости пока­зан на рис 3.2. Если известны у рав нения линий положения, соответству­ющих двум навигационным парамет­рам:

поверхности. Вектор 1У направлен по касательной к ЛФП и незначительно

отличается от горизонтальной со — —►

ставляющей Wп гор вектора полной скорости (рис 3.3).

Путевым углом р называется угол в горизонтальной плоскости между направлением, принятым за начало отсчета, и вектором путевой скорости. Фактический путевой угол характеризует направление ЛФП и классифицируется в зависимости от направлении, принятого за начало отсчета (аналогично курсам), а за­данный путевой угол — направление ЛЗП

Вертикальной скоростью )УПВ на­зывается вертикальная составляющая вектора полной скорости. Пренебре­гая вертикальным перемещением

Рис. 3 4. Нанигационное и метеоро­логическое направления ветра

воздушной среды, ее принимают рав­ной вертикальной составляющей истинной воздушной скорости VB.

Различают мгновенные и средние на некотором отрезке времени векто­ры скоростей.

Обобщенный метод линии положения

Навигационный параметр. Место самолета можно определить с помощью различных технических, в том числе радионавигационных. средств и разными методами. Но как показал профессор В.В.Каврайский, практически все эти способы можно рассматривать как частные случаи обобщенного метода линий положения. Это не какой-то конкретный способ определения МС, а абстрактный теоретический подход, некая схема, выражающая то общее, что содержится в любом способе местоопределения. Понимание обобщенного метода линий положения позволяет легко осваивать любые конкретные способы определения МС, независимо от того, на каких конкретных технических средствах они основаны, а также позволяет с единых позиций, унифицированными методами оценивать точность применяемых методов.

Основными понятиями, на которых основан этот метод, являются понятия навигационного параметра и линии положения.

В полете с помощью приборов можно измерить самые разные величины: пеленги, дальности, путевую скорость , угол сноса, температуру воздуха и т.д. В широком смысле слова их можно назвать навигационными параметрами, потому что эти величины используются для навигации.

Но в узком смысле, с точки зрения обобщенного метода линий положения, под навигационными параметрами понимаются не любые величины, применяемые в навигации, а только те, значения которых жестко связаны с точкой в пространстве, в которой производится их измерение.

Навигационный параметр — это физическая или геометрическая величина, значение которой функционально связано с данной точкой пространства.

Напомним понятие функции, широко используемое в математике. Если говорят, что y является функцией x, то это означает, что каждому значению x соответствует определенное значение y, то есть, что эти величины жестко взаимосвязаны. Неважно, каким образом задана эта связь. В математике она наиболее часто выражается формулой, по которой можно рассчитать y при любом заданном x. Но эта связь может быть задана и любым другим способом: графиком функции, таблицей… Неважно, каким образом она задана, главное, что она существует.

В приведенном определении навигационного параметра говорится, что его значение является функцией не величины (числа), а точки в пространстве. Это означает, что за каждой точкой «закреплено» определенное значение этой величины (навигационного параметра). Следовательно, для того, чтобы решить, является ли какая-либо измеренная величина навигационным параметром (в узком смысле, с точки зрения обобщенного метода линий положения), необходимо только выяснить, является ли ее значение вполне определенным в данной точке, либо может быть в этой точке различным, то есть с данной точкой жестко не связано.

Приведем примеры некоторых величин, и рассмотрим, являются ли они навигационными параметрами.

1) Наклонная дальность до радиостанции. Наклонная дальность – это расстояние от какой-то конкретной радиостанции до данной точки (например, до ВС) по прямой. Если ВС в данный момент времени находится в какой-то точке пространства, то конечно, его расстояние до радиостанции (наклонная дальность) является вполне определенной величиной, например, 137 км, а не 100 км, не 64 км и т.п. Следовательно, наклонная дальность – это навигационный параметр, являющийся в данном случае геометрической величиной.

2) Атмосферное давление. В любой момент времени в каждой точке околоземного пространства имеется вполне определенное значение атмосферного давления, например, 756 мм рт.ст или любое другое. Следовательно, атмосферное давление тоже является навигационным параметром, это физическая величина.

Не имеет значения, что атмосферное давление непрерывно меняется во времени и уже через минуту его значение в этой же точке, может быть, будет уже другим. Здесь важно, что в любой данный момент оно имеет вполне определенное значение.

3) Путевая скорость, то есть скорость перемещения ВС относительно Земли. Конечно, эта величина широко используется в навигации, но ее можно назвать навигационным параметром только в широком смысле слова, но не с точки зрения метода линий положения, поскольку она не попадает под приведенное определение. Действительно, разве можно сказать, что за данной точкой пространство закреплено какое-то определенное значение путевой скорости. Конечно, нет. Во-первых. если в данной точке сейчас не находится ВС, то путевой скорости в этой точке вообще не существует. Во-вторых, даже если через точку пролетает ВС, то очевидно, что его путевая скорость может быть различной и будет зависеть от истинной воздушной скорости ВС, от курса ВС, от скорости и направления ветра в данной точке. Следовательно, за самой точкой не закреплено никакое конкретное значение путевой скорости, поэтому она не является навигационным параметром.

4) Магнитное склонение. Магнитное склонение – это угол между северными направлениями истинного и магнитного меридианов. В любой точке однозначно определено направление на северный географический полюс (северное направление истинного меридиана) и однозначно определено направление горизонтальной составляющей вектора напряженности магнитного поля Земли (северное направление магнитного меридиана). Следовательно, в каждой точке имеется вполне определенный угол между этими направлениями ( магнитное склонение). Поэтому ΔМ – это навигационный параметр.

Разумеется, можно привести множество примеров величин, которые в соответствии с приведенным определением являются навигационными параметрами. Но в навигации используются только те из них, которые реально могут быть измерены в полете, то есть те, для измерения которых на борту действительно имеются соответствующие приборы. Например, магнитное склонение в принципе является навигационным параметром, но на самолете нет оборудования, которое позволило бы его непосредственно измерить, поэтому ΔМ как навигационный параметр не используется для определения МС (по крайней мере пока). Разумеется, это не отменяет возможность использования ΔМ для решения разных навигационных задач, в том числе, для вычисления значений других навигационных параметров (например, истинного пеленга самолета).

Поверхность и линия положения. Поскольку значение навигационного параметра зависит от того, где в данный момент времени находится ВС, появляется возможность использовать его измеренное в полете значение для определения МС. Действительно, если бортовые приборы показывают, что в данный момент навигационный параметр имеет такое-то вполне определенное численное значение, то это означает что ВС сейчас находится не где угодно, а может находиться только в одной из множества тех точек пространства, в которых значение параметра именно такое. Если, путешествуя пешком по стране и заблудившись, Вы обнаружили, что у вас под ногами асфальт (да еще с с нанесенной на него дорожной разметкой), то это означает, что вы находитесь не в поле, не в лесу, не в болоте, а на какой-то дороге. На какой именно дороге и в каком ее месте Вы, конечно, не знаете, но множество точек на карте, в которых вы в принципе могли бы находиться, существенно уменьшилось. В этом примере роль навигационного параметра играет вид подстилающей поверхности.

Если в какой-то точке пространства навигационный параметр имеет какое-то определенное значение, то это не вовсе не значит, что в других точках его значения должны быть обязательно другие. Наверняка, точно такое же значение параметр имеет и во многих других точках. Например, точки, в которых наклонная дальность равна 100 км находятся и к северу, и к востоку от радиостанции, вообще в любом направлении. Таких точек бесконечно многого. Но, как правило, точки с одинаковым численным значением навигационного параметра выстраиваются в пространстве, образуя некоторую поверхность.

Поверхность положения – геометрическое место точек в пространстве с одинаковым значением навигационного параметра (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Поверхность и линия положения

Обычно для каждого вида навигационного параметра поверхность положения имеет свою определенную форму. Для параметра наклонная дальность поверхность положения имеет форму сферы с центром в точке расположения радиостанции (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Поверхность положения для навигационного параметра наклонная дальность

Ведь сфера и есть геометрическое место точек, одинаково удаленных от некоторой точки, называемой центром сферы. Поэтому, если в полете измерено, что наклонная дальность до радиомаяка составляет 237 км, то это означает, что ВС сейчас расположено в одной из точек сферы радиусом 237 км с центром в точке расположения радиомаяка. Поэтому поверхность и называется поверхностью положения. ВС не может находиться ни внутри, ни снаружи этой сферы, потому что тогда значение параметра (дальности) было бы другим.

Каждому численному значению навигационного параметра соответствует своя поверхность положения, поэтому для каждого вида навигационного параметра существует целое семейство поверхностей положения, отличающихся значением параметра. Так, для параметра наклонная дальность это семейство представляет собой бесконечное множество сфер разного радиуса с общим центром в точке расположения радиомаяка. И когда в полете при измерении наклонной дальности бортовыми приборами определяется численное значение этой дальности, то и становится ясным, на какой именно из этого множества сфер (поверхностей положения) в данный момент находится ВС.

Поверхность положения может пересекаться с земной поверхностью. При пересечении этих поверхностей образуется линия, в каждой точке которой, конечно, такое же значение параметра, как и на всей поверхности положения. Эта линия называется линией положения.

Линия положения – геометрическое место точек на земной поверхности с одинаковым значением навигационного параметра.

Если навигационный параметр является геометрической величиной, то обычно каждому его виду соответствует своя геометрическая форма линии положения (окружность, ортодромия, гипербола и т.д.). Изменяя значение навигационного параметра можно получить целое семейство линий положения, каждая из которых соответствует своему значению параметра.

Определение места самолета. Если в полете с помощью приборов измерить значение навигационного параметра в точке нахождения ВС и построить на карте линию положения, соответствующую этому значению параметра, то очевидно, что МС может находиться только в одной из точек этой линии. Ведь только на ней значение параметра именно такое, какое было измерено. Но в какой именно точке этой линии находится ВС, конечно, неизвестно. Однако можно измерить какой-либо другой параметр и также проложить на карте соответствующую ему линию положения. Поскольку ВС находится одновременно и на первой, и на второй линии положения, то очевидно, что оно находится в точке их пересечения. Собственно в этом и заключается идея обобщенного метода линий положения (рис. 2.12).

В традиционной навигации линии положения действительно прокладывают на карте, и место самолета получают графическим путем. Но в принципе это не обязательно. Ведь каждая линия положения описывается определенным уравнением в географической системе координат. Если в уравнения, описывающие две линии положения, подставить численные значения измеренных параметров, то получится система из двух уравнений, неизвестными в которой будут являться координаты точки, в которой измерены эти параметры. А это и есть широта и долгота самолета. Таким образом, решив эту систему уравнений, можно определить место самолета.

Рис.2.12. Определение места самолета по двум линиям положения

К сожалению, из-за сферичности Земли эти уравнения имеют достаточно сложный вид и решить их в полете «вручную» вряд ли возможно. Однако, при наличии на борту навигационного вычислителя (компьютера), входящего в состав пилотажно-навигационного комплекса, это вполне возможно. Например, в полете непрерывно измеряются дальности до двух радиомаяков, которые поступают в вычислитель. В памяти вычислителя хранятся географические координаты этих радиомаяков. По запрограммированным алгоритмам вычислитель непрерывно решает численными методами упомянутую систему из двух уравнений и выдает экипажу текущие значения широты и долготы самолета. В данном случае никакие линии положения на карте, конечно, не строятся. Задача решается аналитическим путем, по формулам. Но суть от этого не меняется. Это также реализация обобщенного метода линий положения.