Мореходная астрономия

Но для Полярной можно принять sec h sес и по малости углов А и sin AА , sin, a tм=tм - = t M -33, тогда:

A = sec sin(tм- 33). (11.9)

По этой формуле рассчитана и помещена в МАЕ таблица “Азимут Полярной''. Входными аргументами этой таблицы являются широта места судна цс и местный часовой угол точки Овна tм. Из рис. 11.4 и формулы (11.9) видно, что при tм=33° Полярная имеет верхнюю кульминацию, а при tм =33°+180°=213° - нижнюю кульминацию и в эти моменты азимут Полярной равен нулю. При часовом угле точки Овна в пределах 33°-180°-213° Полярная будет в западной части сферы и наименование азимута будет NW, а при значении 213°-0°-33°- NE. Точность вычисления азимута в данном случае mА=0,1°. Азимут Полярной звезды изменяется очень медленно, поэтому при обычном порядке наблюдений моменты времени можно замечать с точностью до 1 минуты и измерение пеленгов может производить один наблюдатель. Таким образом определение поправки курсоуказания по Полярной является частным случаем способа высот и моментов.

38. Определение и порядок действий при определении поправки компаса по видимому восходу (заходу) Солнца

. (11.7)

Из формулы 11.7 видно, что азимут светила легко найти, если известна его высота. Если в качестве светила взять Солнце, а компасный пеленг его измерять в момент восхода или захода верхнего края Солнца, то его высота в этот момент будет равна:

h= h+ hd+h+hp- R=000.0 - 6.1 - 35.7 - 16.0 = -57.8,

где hd расчитана для высоты глаза наблюдателя е=12 м. Для такой высоты Солнца формула 11.7 преобразовывается к виду:

. (11.10)

По этой формуле рассчитаны и помещены в таблице 3.37а и 3.37б МТ-2000 (в таблицах 20-а и 20-б МТ-75) "Азимуты видимого восхода или захода верхнего края Солнца ". Входными аргументами таблиц являются широта места и склонение Солнца. Первая буква наименования азимута в полукруговом счете одноимённа с широтой, вторая Е - при восходе и W - при заходе Солнца. Из-за нестабильности поправок hd и h СКП расчета счислимого азимута по этим таблицам mA=0,3°. Таким образом определение поправки курсоуказания по видимому восходу и заходу Солнца является частным случаем способа высот. Пеленгование Солнца в данном случае производится не серией, а однократно, при этом момент времени замечается с точностью до 1 мин.

39. Определение обсервованной широты места судна по меридиональной высоте Солнца

Данный способ привлекает внимание своей простотой и малым объемом вычислений.

В процессе видимого суточного движения светило дважды пересекает плоскость меридиана наблюдателя. высота светила будет наибольшей в момент верхней кульминации и наименьшей в момент нижней кульминации.

Если в момент измерения наибольшей высоты Солнца заметить гринвичское время, то с помощью МАЕ (а в аварийном случае и без него) можно получить склонения Солнца на момент наблюдений.

о =(90- H) NS (9.9)

т.е. обсервованная широта равна меридиональному зенитному расстоянию плюс-минус склонение светила, причем знак "плюс" берется при одноимённых широте и склонению, а знак "минус" - при разноимённых.

Если измерялась наименьшая высота Солнца H', что возможно при полярном дне, то:

о =(90- ) +H'

Последовательность действий при определении широты по измеренной меридиональной высоте Солнца.

1. Засчитать с помощью МАЕ судовое время кульминации Солнца и снять с морской навигационной карты счислимте координаты судна цс и лс на этот момент;

2. Подготовить секстан к дневным наблюдениям и определить по Солнцу поправку индекса i;

3. Измерить, если это возможно, наклонение видимого горизонта d;

4. За 5-7 минут да рассчитанного времени кульминации начать измерять высоты Солнца. Измерения прекратить после получения двух-трех убывающих отсчетов. Одновременно зафиксировать время измерения наибольшей высоты с точностью до 1 минуты;

5. Заметить, над какой точкой горизонта измерялась высота Солнца - N или S (измерить компаний пеленг на светило);

6. Рассчитать по рассмотренной выше методике обсервованную широту места судна.

40. Определение обсервованной широты места судна по высоте Полярной

В северном полушарии при широтах 5°-74° удобной звездой с точки зрения объема вычислений является Полярная - звезда б Малой Медведицы. Известно, что высота повышенного полюса мира равна географической широте места судна. Вблизи Северного полюса мира расположена Полярная звезда, которая имеет экваториальные координаты д89,2°N и б33,9°. В своем суточном движении она описывает параллель радиуса ?=90°-д0,8° (рис. 9.3).

41. Назначение, принцип действия, состав, основные ТТХ низкоорбитных СНС. Принцип получения навигационного параметра

Спутниковая (космическая) навигационная система (СНС) предназначена для высокоточного определения координат места и составляющих скорости наземных, морских, речных, воздушных и других подвижных объектов в любой точке земного шара.

К низкоорбитным СНС относятся СНС отечественные СНС «Парус» и «Цикада» и подобная им американская СНС NNSS «Transit». Данные СНС построены на одних и тех же принципах и имеют одинаковую структуру. Несущественные различия есть в параметрах орбит, количестве НКА, организации траекторных измерений, математических методах прогнозирования и формах представления орбиты. Основные характеристики СНС «Парус», «Цикада» и «Transit» приведены в табл. 13.2.

Определение местоположения путём измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами -- спутников. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приёма антенной GPS-приёмника. для определения 3d координат GPS-приёмнику нужно знать расстояние до трёх спутников и время GPS системы. благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. точно зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты.

42. Назначение, принцип действия, состав, основные ТТХ среднеорбитых СНС. Принцип получения навигационного параметра

Для высокоточного определения координат места и составляющих скорости наземных, морских, речных, воздушных и других подвижных объектов в любой точке земного шара. определение местоположения путём измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами -- спутников. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приёма антенной GPS-приёмника. для определения 3d координат GPS-приёмнику нужно знать расстояние до трёх спутников и время GPS системы. благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. точно зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты.

Основное назначение среднеорбитной СНС второго поколения - глобальная оперативная навигация наземных, морских, воздушных и низкоорбитных космических подвижных объектов.

Система ГЛОНАСС разработана по заказу и находится под управлением Министерства Обороны РФ.

43. Пространственная прямоугольная система координат. Взаимосвязь местоположения и скорости судна от расстояний до НИСЗ

В отличие от обычных астрономических обсерваций, где измеряются только направления на светила относительно оси вращения Земли и отвесной линии, при обсервациях по СНС учитываются закономерности изменения расстояния между спутниками и судном при их взаимном перемещении в пространстве. Поэтому при обсервациях по СНС применяют пространственную систему координат XYZ, участвующую во вращении Земли. Начало этой системы координат принимается в центре Земли О, ось X лежит в плоскости гринвичского меридиана, а ось Z направлена к северному полюсу мира. Для получения обсервованных координат места по наклонной дальности D или по скорости ее изменения Vd необходимо математически связать:

- пространственные прямоугольные координаты НКАу (х0, у0, z0) и проекции вектора скорости ИСЗ у (Vx, Vy, Vz);

- пространственные прямоугольные координаты М (xм, ум, zм) и проекции вектора скорости судна (vx, vy, vz).

Исходными данными при этом будут служить:

- для НКА - геоцентрический радиус-вектор = Rу + hп и скорость Vу, а также эфемеридная информация II вида, позволяющая вычислить значения направляющих косинусов углов ХОу, YOу, ZOу;

- для судовой навигационной аппаратуры - геоцентрический радиус-вектор приемной антенны =Rм + hант, где hант - высота антенны над уровнем моря; скорость V и путевой угол судна ПУ, геоцентрические координаты судна ц' и л. Географическая широта ц и геоцентрическая широта ц' связаны известным выражением: ц = arctg [tg ц' (1 - е2)-1] при наибольшей разнице ц - ц'=11,5' на широте ц =45°.

44. Методы получения навигационных параметров, используемые в в СНС

Определение местоположения путём измерения расстояний до объекта от точек с известными координатами -- спутников. Расстояние вычисляется по времени задержки распространения сигнала от посылки его спутником до приёма антенной GPS-приёмника. для определения 3d координат GPS-приёмнику нужно знать расстояние до трёх спутников и время GPS системы. благодаря эффекту Доплера частота принимаемого сигнала увеличивается при приближении спутника и уменьшается при его отдалении. точно зная положение спутника, можно определить собственную скорость и координаты.

Среднестатистические значения погрешностей измерения навигационных параметров среднеорбитных СНС.

45. Получение места судна по измеренным азимутам светил

Азимутальная линия положения. Измеренному азимуту А соответствует на земном шаре изолиния РnМд, называемая изоазимутой (рис. 6.7). Текущие координаты места судна М (ц, л), координаты географического места светила у (tгр, д) и азимут А связывает уравнение изоазимуты:

ctg A = cos ц tg д cosec tм - sin ц ctg tм. (6.11)

Малый отрезок изоазимуты в районе счислимого места С (рис. 6.8), совпадающий с прямой линией 1-1, является азимутальной линией положения (АЛП), уравнение которой имеет вид: cos фАД ц + sin фАДщ = (А-Ас)gА, (6.12)

где - фА - угол, определяющий направление градиента азимута в счислимом месте; - Ас - счислимый азимут; - gA - модуль градиента азимута, выражающийся формулой:

(6.13)

Для получения элементов АЛП необходимо 1. Измерить азимут светила и исправить его поправкой системы курсоуказания ДK и инструментальной поправкой визирующего устройства s. Вычисляют Ас и hc Вычисляют элементы nА и фА азимутальной линии положения

46. Получение места судна по измеренным разностям азимутов светил. Разностно-азимутальная линии положения

Разность азимутов двух светил может быть измерена непосредственно или найдена косвенным путем посредством измерения в один и тот же момент времени пеленгов или курсовых углов этих светил. При неодновременных измерениях пеленгов или КУ потребуется их приведение не только к одному месту, но и к одному моменту измерений, что может значительно осложнить решение. Разность азимутов ДП=И, являясь астронавигационным параметром, обладает важным достоинством: в ней исключается погрешность поправки курсоуказания или погрешность установки измерительного устройства в диаметральной плоскости судна ОД (рис. 6.9), а также другие повторяющиеся погрешности измерений и исправления азимутов. Разность азимутов и вычисляется по формуле:

И=А2 - А1=ИП2 - ИП1 , или И=КУ2 - КУ1. (6.20)

Разность азимутов И является углом на сфере между вертикалами светил, которому соответствует сферическая изогона - изолиния, аналогичная изоазимуте (рис. 6.7), если принять одно из светил находящимся над точкой Рn.

Разностно-азимутальная линия положения (РАЛП) является малым отрезком сферической изогоны в районе счислимого места С, принимаемым совпадающим с прямой линией (рис. 6.10). Элементы РАЛП nИ и фИ вычисляют по формулам:

;(6.21)

, (6.22)

где Ис=Aс2 - Ас1 - счислимая разность азимутов в момет измерения азимутов (курсовых углов); gИ - модуль градиента разности азимутов, определяемый графически (рис. 6.10) или по формуле:

,

47. Получение места судна по измеренным разностям высот светил. Разностно-высотная линии положения

Если в один и тот же момент времени были получены (рис. 6.9):

- для светила у1 - высота h1 и азимут А1 (или КУ1),

- для светила у2 - высота h2 и азимут А2 (или КУ2),

То задача определения обсервованных координат места судна в принципе сводится к отысканию точки пересечения сферической гиперболы I-I, отвечающей параметру h2-h1=Дh (разностно-высотной линии положения - РВЛП), и сферической изогоны II-II (разностно-азимутальной линии положения - РАЛП), отвечающей параметру И=А2-А1 (рис. 6.13). Практически решение выполняется одним из следующих методов:

1. Отыскивается точка пересечения М разностно-высотной линии положения (РВЛП) 1-1 и разностно-азимутальной линии положения (РАЛП) 2-2, как это показано на рис. 6.14. Элементами линий положениям соответственно являются:

,

Затем оценивается их точность и вычисляются веса обсервованных мест. С учетом этих весов находится вероятнейшее место, лежащее на прямой между исходными обсервованными точками.

48. Назначение, состав, принцип получения навигационных параметров в астронавигационной системе (АНС)

- Астронавигационные системы (АНС) - оптические, фотоэлектрические и телевизионные системы, предназначенные для автоматического измерения высот и азимутов (разности азимутов) оптически видимых небесных светил и слежения за ними.

Астронавигационная система (АНС) - это комплекс взаимосвязанных приборов и систем, предназначенных для автоматического или полуавтоматического измерения астронавигационных параметров (высот, азимутов, курсовых углов светил и скоростей их изменения) с целью автоматизированного определения обсервованных координат места и поправки курсоуказания. По принципу действия и построения эти системы можно подразделить на:

- оптические АНС, принимающие излучения светил в оптическом диапазоне частот

- радиоастрономические навигационные системы (или радиосекстаны), принимающие сигналы естественных и искусственных источников космического радиоизлучения (ИКР)

- комбинированные системы, представляющие собой комбинацию первой и второй систем. Структурно-функциональная схема типовой комбинированной АНС без элементов гироскопической стабилизации изображена на рис. 12.11. Для наведения приемных устройств АНС, размещенных в головной части измерительного устройства ИУ на гиростабилизированной в плоскости истинного горизонта платформе ГСП, СЦВМ автоматически подбирает несколько групп светил (в том числе и ИСЗ) для наблюдений на заданные дату Д, всемирное время наблюдений Тгр и счислимые координаты места судна. Судоводителем с пульта задается избранное наименование светила (группы светил) или номер искусственного спутника Земли св для наблюдений. Из системы автоматического счисления (навигационного комплекса или) в СЦВМ через аналоговое вычислительное устройство (АВУ) вводятся счислимые координаты места судна, его курс и скорость. По этим данным СЦВМ вычисляет углы наведения приемных устройств на светило или ИКР по высоте hн=hc, и по азимуту

qн = qc =Ac - КК,

Которые через АВУ поступают на приводы наведения по высоте и курсовому углу.

Приемным устройством для светового излучения является телескоп Тл, сопряженный с приемной телевизионной камерой или фотоэлементом, а для радиоизлучения - антенна Ант с остронаправленной диаграммой приема. Чтобы выделить слабое световое или космическое радиоизлучение объекта наблюдения на фоне атмосферного излучения и помех, производится модуляция принимаемого светового потока или радиосигнала. Световой поток прерывается полупрозрачным вращающимся диском, а радиосигнал модулируется сканированием (вращением) диаграммы направленности антенны. В результате модуляции принимаемого излучения образуется линия визирования телескопа и равносигнальное направление РНС антенны. Если эти линии точно направлены на светило или ИКР, то в фото (оптико-телевизионном) блоке или радиоприемном устройстве электрических сигналов рассогласования не возникает. При отклонении указанных линий от направления на светило или ИКР возникает сигнал рассогласования ер с частотой модуляции, фаза которого зависит от стороны, а амплитуда - от угла отклонения. Фазы сигналов рассогласования по высоте е h и курсовому углу е q отличаются друг от друга на /2- или 90°. Это обстоятельство позволяет в фазовых дискриминаторах, куда дополнительно подаются сдвинутые по фазе на 90 опорные напряжения Uоп от модуляционных устройств, из общего сигнала рассогласования выделить электрические сигналы рассогласования по высоте еh и курсовому углу еq, пропорциональные ошибкам наведения приемных устройств на светило или ИКР. Блоки коррекции по этим сигналам вырабатывают поправки h и q к исчислимым горизонтным координатам светил. Поправки суммируются со исчислимыми высотой и курсовым углом и через приводы наведения корректируют положение приемных устройств до тех пор, пока сигнал рассогласования ер не станет равным нулю, т.е. пока линия визирования телескопа или ось РНС не будут направлены на светило или ИКР. Блоки считывания высоты и курсового угла автоматически снимут фактические высоту hпр и курсовой угол qпр светила или ИКР. Они исправляются инструментальными поправками hu и qu, вычисляемыми в блоках выработки поправок. Измеренные высота hизм =hпр+hи и курсовой угол qизм=qпр+qи светила или ИКР через АВУ поступают в СЦВМ, где высота автоматически исправляется поправкой за рефракцию или радиорефракцию и рассчитывается компасный пеленг

КП=Акр=qизм+КК.

СЦВМ автоматически вычисляет поправки к счислимым координатам о и о, поправку курсоуказания К, обсервованные координаты места о и о, эллиптическую и радиальную СКП обсервованного места Мо. После анализа и утверждения их судоводителем они с пульта управления передаются в систему автоматического счисления (навигационный комплекс или систему электронной картографии). В современных АНС, особенно если они сопряжены с высокоточными гироскопическими приборами и системами (гироазимутами - ГА, гировертикалями - ГВ, гирогоризонтами - ГГ, гироазимутгоризонтами - ГАГ, инерциальными навигационными системами - ИНС), вырабатывающими направление компасного меридиана и плоскость горизонта, могут быть реализованы практически все рассмотренные в главе 6 способы определения места судна - высотный, азимутальный, разностно-высотный, разностно-азимутальный, высотно-разностно-азимутальный, скоростно-высотный и скоростно-азимутальный и другие.

Размещено на Allbest.ru