|
Понятие об астронавигации. В
морском и океанском плавании, если нет возможности определить место судна
визуальными или радиотехническими средствами, пользуются методами мореходной
астрономии, определяя место судна при помощи небесных светил (Солнца, звезд,
планет, Луны). Светила вследствие суточного вращения Земли совершают видимое
движение, восходя в восточной части горизонта, достигая максимальной высоты
на меридиане наблюдателя и заходя в западной части горизонта. Расстояния до
звезд, Солнца, планет по сравнению с размерами Земли так велики, что
направление светового луча от светила к любой точке Земли можно считать
неизменным (световые лучи, идущие от светила к различным точкам Земли, можно
считать параллельными). При определениях места по Луне, расстояние до кото-1
рой не столь значительно, приходится учитывать так называемый параллакс
светила.
Видимое с земной поверхности положение светила
определяется двумя угловыми координатами ( 99).
Одна из них — высота светила h измеряется углом между
плоскостью истинного горизонта ИГ в точке М наблюдателя и направлением на
светило. Дополнение этой координаты до 90°, составляющее угол между отвесной
линией MZ и направлением на светило, называется зенитным расстоянием Z.
Вторая координата — азимут светила А измеряется углом
между двумя плоскостями. Одной плоскостью является меридиан наблюдателя, второй
— вертикал светила, проходящий через отвесную линию MZ и через светило.
В плоскости вертикала светила имеется характерная точка Р,
называемая полюсом освещения. Эта точка представляет собой проекцию светила
из центра Земли О на земную поверхность. Наблюдатель в точке Р будет видеть
светило в зените. При этом дуга РМ равна величине угла зенитного расстояния
Z, а малый круг, проведенный сферическим радиусом Z с центром в точке Р,
представляет собой круг равных высот — изолинию высоты h.
Для того чтобы нанести круг равных высот на земной сфере,
надо знать координаты полюса освещения Р. Широта полюса освещения измеряется
величиной склонения светила 6, которое выбирают по Гринвичскому времени из
Морского астрономического ежегодника, а долгота — по Гринвичскому часовому
углу светила trp, получаемому таким же способом.
Склонение светила 5 представляет собой ( 100) угол между
плоскостью экватора и направлением на светило в плоскости меридиана светила.
Гринвичский часовой угол светила ?гр представляет собой угол между
плоскостями Гринвичского меридиана и меридиана светила.
Нанеся на земную сферу по координатам <рр = б; Хр= trр;
место полюса освещения, по известному зенитному расстоянию Z можно нанести
круг равных высот, являющийся изолинией высоты Л. В практике судовождения на
карте строят не весь круг, а касательную к нему (ЛП) в районе счислимого
места. Две или более линий положения дают обсервованное место судна М0.
Спутниковые радионавигационные системы. Спутниковые
радионавигационные системы (СРНС) основаны на самых совершенных достижениях
науки и техники и включают в себя носитель — искусственный спутник Земли и радионавигационную
систему (РНС).
В зависимости от высоты полета Я орбиты спутников делят на
низкие (Я<5000 км), средние (5000 км<#<20000 км) и высокие (Я>20000 км). От высоты орбиты зависят дальность обнаружения, период обращения
и продолжительность наблюдения спутника.
Дальность обнаружения спутника D - SM ( 101) можно найти
из прямоугольного треугольника OMS:
D = yJ (R + Я)2 —R2 =* V2Щ
ще R - радиус Земли; Н — высота спутника.
При высоте спутника Я = 1100 км D =* 3,5 тыс. км =1,9 тыс. морских миль.
За один оборот зона видимости такого спутника очерчивается
полосой, ширина которой 2D — 7 тыс. км.
По причине дискретности наблюдений спутников в СРНС
"Транзит", например, используют пять спутников на полярных орбитах
(проходящих через полюса Земли) с высотами 1030—1090 км. Для обеспечения
непрерывности обсерва- / ций по низколетящим спутникам их необходимо иметь 25
единиц.
Спутниковые радионавигационные системы отличаются от
обычных РНС лишь тем, что их опорные точки — искусственныеспутники Земли
(ИСЗ) не фиксированы на земной поверхности, а закономерно движутся в
околоземном пространстве.
По виду измеряемого навигационного параметра СРНС делятся
на угломерные, дальномерные, радиально-скоростные, разностно-даль- номерные,
комбинированные. По низколетящим ИСЗ в настоящее время реализованы
радиально-скоростной и разностно-дальномерный методы в советских и
американских СРНС доплеровского типа (до- плеровскими они называются потому,
что в них используется физический эффект Доплера).
Радиопередатчик на спутнике передает радиосигнал
высокостабильной частоты. При сближении (удалении) спутника с судном
вследствие эффекта Доплера на судне принимается радиосигнал со сдвигом
частоты, который определяется величиной
Fd=-(f/C)P, /
где - доплеровский сдвиг частоты; / - несущая частота
передатчика ИСЗ; С - скорость распространения радиоволны; р -радиальная
скорость изменения расстояния от судна до ИСЗ.
Из формулы видно, что величина доплеровского сдвига
частоты (ДСЧ) прямо пропорциональна радиальной скорости сближения судна и
спутника р.
Радиальная и орбитальная скорости ИСЗ связаны соотношением
p=Vc cos а,
где Vc — скорость спутника на орбите; О! - угол между
вектором орбитальной скорости ИСЗ и направлением со спутника на судно.
Измеренной радиальной скорости соответствует
изоповерхность в виде прямого кругового конуса ( 102), вершина которого
совпадает с положением спутника на орбите в момент измерения ДСЧ, ось — с
вектором орбитальной скорости ИСЗ, а угол раствора а определяется выражением
а = arc cos (CFd/fVc).
По мере приближения спутника к судну "зонтик"
конуса раскрывается, в момент траверза разворачивается в плоскость и далее
вновь сужается в противоположную сторону.
Пересечение конической поверхности с поверхностью Земли
дает изолинию равных
радиальных скоростей, получившую название изодопа. Если
выполнено несколько измерений ДСЧ, то в точках пересечения изодоп получают
обсервованное место судна. Двузначность решения разрешается с использованием
счислимого места.
Для решения задачи (построения изодопы) необходимо знать
координаты вершины конуса в момент измерений. Для этой цели на спутнике
имеются стандарт точного времени и блок памяти для хранения эфемеридной
информации о положении спутника на орбите. Исходная информация каждые 12—16 ч
обновляется береговым следящим пунктом, когда спутник появляется в его зоне
видимости.
Зная в фиксированный момент времени координаты вершины
конуса и угол его раскрытия, при помощи ЭВМ в судовом приемо- индикаторе
рассчитывают изодопу на этот момент.
Точность определения места судна зависит от точности
эфемеридной информации, от точности измерения ДСЧ, от стабильности частоты
радиопередатчика, от неучтенной скорости сближения спутника и судна (от
течений, ошибок лага и т. д.) .
Систематическая ошибка в 1 уз в меридиональной
составляющей вектора скорости судна вызывает систематическую ошибку в долготе
200 -400 м.
Систематическая ошибка абсолютной скорости судна по
параллели вызывает систематическую ошибку в широте, но существенно меньшую по
величине. Эти ошибки в сравнении с остальными имеют наибольшую величину, а
уменьшение их представляет наибольшую трудность.
СРНС высвобождают время судоводителя для более
эффективного управления судном, для управления промысловыми механизмами и
орудиями лова, для наблюдения за окружающей обстановкой.
Вопросы для самоконтроля
1. Назовите размеры эллипсоида Красовского.
2. Сформулируйте определения географической широты
и долготы.
3. Назовите морские единицы длины и скорости.
4. Назовите системы и правила счета углов.
5. Дайте определения истинного курса, истинного
пеленга и курсового угла.
6. Напишите уравнение связи истинных и компасных
курсов, пеленгов.
7. Как меняется с широтой масштаб на меркаторской
карте?
8. Напишите и объясните формулу пройденного по
лагу расстояния.
9. Поясните природу возникновения уппа дрейфа
судна и способ его учета.
10. Поясните правила построения фигуры погрешностей
при ведении счисления.
11. Почему гидродинамические лаги имеют низкую
точность на малых скоростях?
12. В чем состоят основные достоинства и недостатки
способов определения места судна по двум и по трем пеленгам?
13. В чем состоят основные достоинства и недостатки
способа определения места по двум горизонтальным углам?
14. В чем состоят основные достоинства и недостатки
способа определения места по двум и трем расстояниям?
15. Поясните графически суть способа определения
места по крюйс-пеленгу.
16. Какой элемент радиопеленгатора обеспечивает
избирательность к сигналу по направлению?
17. Какова связь между ортодромическим и
локсодромическим радиопеленгами?
18. Почему пеленги по секторным радиомаякам
определяются точнее, чем по обычным?
19. Что общего у всех гиперболических
радионавигационных систем?
20. Как можно нанести на земную сферу круг равных
высот?
21. Напишите и проанализируйте формулу доплеровского
сдвига частоты радиосигнала, принимаемого на судне со спутника.
|