Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Усі книги і методички

.pdf
Скачиваний:
29
Добавлен:
28.06.2022
Размер:
6.76 Mб
Скачать

задачу и получим расстояния SM1, SM2 затем их разность 2rM =SM1 — SM2.

Введем в память машины величину необходимого интервала между изолиниями 2r и округлим разность расстояний в начальной точке 2rM, до значения 2r'H, кратного этому интервалу, по формулам:

 

S

 

S

 

 

K

2r;

2r E

1M

 

2M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2r

 

 

 

2r

 

 

 

2r

K;

 

 

 

H

 

H

 

 

 

 

 

K

C S

0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где 2r'H — разность расстояний для начальной гиперболы, надписываемая на планшете (измеряемая непосредственно РНС);

2rH — истинная (геодезическая) разность расстояний для начальной гиперболы;

Е — символ выделения целой части; С — константа постоянного сдвига (например, кодовая задержка);

S0 — база между данной парой станций.

Поясним это на примере. Пусть в результате решения обратной геодезической задачи для первой счислимой точки оказалось: SM1 = 501683м; SM2=480221м;

база S0 = 80232м, кодовая задержка С = 500 000 м, а интервал Δ2r =20км.

Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2r

 

 

501683 480221 580232

 

20

 

 

601694

 

20

30000 * 20м;

 

E

 

 

 

 

 

E

 

 

 

H

 

 

20

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2r

600000

580232 19768м.

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Понятно, что для получения номеров гипербол N, кратных какому-либо целому числу, необходимо задавать интервал 2r кратным линейному эквиваленту γ. Разность расстояний 2'H будет наименьшей из всех, относящихся к гиперболам, проходящим через площадь, ограниченную рамкой карты. Увеличивая эту наименьшую разность расстояний последовательно на интервал 2r, 2 2r и т.д., найдем разности расстояний для остальных гипербол, которые необходимо построить на карте.

Оцифровка изолиний ведется, как правило, в таких единицах, в которых разности расстояний снимаются с индикаторов радионавигационной системы (фазовые циклы, микросекунды и т.п.). Если обозначить через γ линейный эквивалент этой единицы, то номер N, надписываемый для каждой гиперболы, можно получить из очевидной формулы

N

S

1

S

2

K

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разности расстояний 2r'H, надписываемой на карте, соответствует истинная разность расстояний 2rH. Очевидно, любая точка, в которой будет соблюдаться равенство S1 S2 = 2rH , лежит на указанной гиперболе. Из всех этих точек выберем такую, которая близка к точке M

С этой целью положим, что расстояние S2H = S1H — SIM . Тогда расстояние S2H получим из очевидного равенства

S2H = S1H 2rH

Располагая точным значением разности расстояний 2rH и принимая приближенные координаты первой точки гиперболы равными φM, λM, решим уравнения (10.18) и получим точные координаты φ, λ первой точки начальной гиперболы.

Увеличим начальные расстояния S1H, S2H на одну и ту же величину S. Разность расстояний 2rH будет прежней, что свидетельствует о нахождении на той же гиперболе. Сумма расстояний теперь окажется иной, что возможно лишь при перемещении в другую точку гиперболы (рис. 58). Используем расстояния (S1H+ S), (S2H + S) в качестве точного значения навигационных параметров второй точки гиперболы, а приближенными координатами этой точки будем считать только что полученные координаты первой точки.

Вычислим косинусы и синусы направлений с первой точки на опорные пункты и получим новые значения всех коэффициентов гиперболической и эллиптической линий положения. Решив совместно уравнения этих линий по (10.18), получим координаты второй точки гиперболы. Снова увеличим расстояния на интервал S, вычислим координаты третьей точки и так будем продолжать до тех пор, пока не будут рассчитаны координаты всех точек данной гиперболы.

Интервал S приращения расстояний должен быть таким, чтобы расстояние между точками на гиперболе позволяло вычерчивать изолинию без заметных погрешностей, соединяя смежные точки отрезками прямых. Обратимся к § 25 и отыщем величину приращения S при .заданном расстоянии d между точками гиперболы

S dC cos 2 .

Полагая d = 4см,

C

R cos

CP

arc1

 

 

e

 

, подставив значения

R, arc1

и выражая величину S в метрах,

получим

На базе будем иметь

180

 

,

 

 

 

S 74

cos

 

0,

2

 

 

*10

3

cos CP

cos

 

.

(10.19)

 

 

e

2

 

 

 

 

 

 

S 0

и, следовательно, формула (10.19) не позволит

автоматически переходить на вычисление координат последующих точек гипербол. Между тем на рис. 58 видно, что расстояния d между точками пересечения гипербол софокусными эллипсами примерно одинаковы в пределах почти всей рабочей зоны. Поэтому поручим машине рассчитать общий интервал S для построения данной гиперболической сетки по упрощенной формуле

S 74 *10

3

cos

CP

.

 

 

 

 

 

 

e

 

 

(10.20)

Вблизи базы расстояния d начинают резко возрастать, а кривизна гипербол как раз здесь становится наибольшей. Следовательно, для правильного нанесения гипербол в районе баз необходимо получать точки более часто, чем на остальной площади радионавигационного поля.

Вспомним, что на базе сумма расстояний S1 + S2 до фокусов равна длине этой базы S0. Используем это обстоятельство для автоматического уменьшения интервала S. По мере приближения суммы расстояний к S0 интервал S, вычисленный по уравнению (10.20), будем сокращать до величины ΔS', например, в следующем порядке:

1,4S0

 

S1 S2

1,4S0 ;

 

 

 

S S;

1,4S

0

S

1

S

2

1,2S

0

;

S 1

S;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,2S

0

S

1

 

S

2

1,1S

0

;

S 1

S;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,1S

0

 

S

1

 

S

2

;

 

 

 

S 1 S.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В принципе указанные соотношения могут быть и другими: подбирая коэффициенты при S, будем изменять частоту точек, а изменяя коэффициенты при S0, будем перемещать границы зоны, от которой начинается сгущение точек.

Итак, расчет координат заданного количества точек гиперболы заключается в последовательном увеличении начальных расстояний S1 и S2 на величину ΔS', в вычислении расстояний SM1, SM2 и коэффициентов a, b по координатам приближенной точки и в многократном решении уравнений (10.18), позволяющем последовательными приближениями получать координаты с необходимой точностью.

В качестве приближенных координат φM, λM для каждой последующей точки гиперболы, как уже говорилось выше, можно брать координаты только что вычисленной точки, которую будем называть новой. Однако для ускорения процесса сходимости имеет смысл получить первое приближение на принципе линейной экстраполяции. Обозначив координаты только что полученной новой точки через φНОВ, λНОВ, а координаты предшествовавшей ей «старой» точки через φСТ, λСТ, отыщем приближенные координаты φM, λM грядущей точки из очевидных соотношений

φM = φНОВ + (φНОВ φСТ);

λM = λНОВ + (λНОВ λСТ).

На этом можно было бы закончить изложение методики расчета координат точек гипербол, но имеются еще такие особые точки, нанесение которых для правильного построения гипербол крайне желательно, а получение их рассмотренными приемами не предусматривается. Имеются в виду точки пересечения гипербол с линией базы и точки, находящиеся на продолжении баз. Действительно, на линию базы приходятся точки перегиба гипербол и кривизна здесь наибольшая; продолжение линии базы соответствует гиперболам с экстремальным значением разности расстояний. Найдем способ вычисления координат точек гипербол именно на этих линиях. Очевидно, здесь удобнее пользоваться азимутальной и стадиометрической линиями (а не гиперболической и эллиптической), так как значение азимута базы — известная постоянная величина, а расстояниями легко задаваться.

Напишем соотношения расстояний и азимутов:

— на линии базы

S

 

 

1

(S

 

2r);

 

1

2

0

 

 

 

 

 

 

 

S2

S

 

S1 ;

 

 

0

 

 

 

 

A

A

;

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(10.21)

— на продолжении базы со стороны ведомой станции

 

S1

= S2; S2

= S1

+ S0; А = A12 + π;

(10.22)

— на продолжении базы со стороны ведущей станции

 

S1

= S2; S2

= S1

S0; А = A12.

(10.23)

Располагая точным значением расстояний S1, S2 и азимутами A12(A12 + π), решают совместно уравнения азимутальной и стадиометрической линий положения и получают координаты необходимых точек.

Вычисление координат точек, приходящихся на линию базы или на ее продолжение, нужно производить лишь после того, как очередные текущие точки гипербол окажутся в непосредственной близости от этих линий. Найдем способы, позволяющие оценить это обстоятельство.

В связи с тем, что на базе имеет место равенство S1 + S2 = S0, организуем логический оператор, который будет проверять условие

| S1 + S2 S0 | ≤ | 2∆S′ |.

Выполнение этого условия означает, что очередная точка будет находиться в непосредственной близости к линии базы и дальнейший расчет необходимо вести по формулам (10.21), т.е. получать точки непосредственно на базе.

Продолжением базы является экстремальная гипербола с разностью расстояний | S1 + S2 | = S0, поэтому нахождение очередной гиперболы в непосредственной близости к продолжению базы проверяют с помощью условий:

или

S

 

S

 

S

 

 

1

2r

 

1

2

0

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

S

 

S

 

S

 

 

2r

 

 

 

8

 

2

 

1

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(10.24)

При выполнении одного из условий (10.24) вместо очередной гиперболы, отличающейся от предыдущей на интервал ∆2r, будем вычислять гиперболу с разностью расстояний, равной ±S0, т.е. линию продолжения базы, по формулам (10.22) или (10.23).

Надежным признаком завершения расчета координат всех точек любой гиперболы 2rj может служить выход очередной ее точки за пределы рамки карты. Анализ положения точки можно осуществить, сравнивая ее координаты φ, λ с координатами рамки. Сущность операции рассмотрена в § 33 и осуществляется сразу же после получения точных координат φi, λi каждой новой точки гиперболы.

Если точка Рi находится на планшете, то, вычислив ее картографические координаты х, у и передав на специальный счетчик ноль, машина автоматически перейдет на вычисление координат новой точки P(i+1) на той же гиперболе 2rj способом, который рассмотрен выше. Если очередная точка Рi оказалась вне планшета, в упомянутый счетчик будет послана единица, по наличию которой последующие операции будут направлены на организацию перехода к вычислению точек новой гиперболы.

Согласно установленному выше способу определения разности расстояний, каждая новая гипербола отличается от предшествующей на интервал 2r. Следовательно, для перехода необходимо прежде всего увеличить разность расстояний 2rj на интервал 2r, записанный в памяти машины. Другая операция, обеспечивающая переход к вычислению новой гиперболы, состоит в смене знака приращения S. После получения координат первой точки на новой гиперболе все остальные ее точки, находящиеся на планшете, будут рассчитываться прежним способом, так как в счетчик каждый раз будет посылаться ноль. При выходе очередной точки гиперболы 2r(j+1) за рамки в счетчик будет послана единица, а управление вычислительным процессом будет передано операторам, определяющим переход на новую гиперболу 2r(j+2), что сведется к новому увеличению разности расстояний на 2r и изменению знака у приращения S.

Таким способом будут рассчитаны точки на всех гиперболах, кратных интервалу 2r и проходящих в границах карты.

Основным способом автоматического останова ЭВМ после завершения расчета всех гипербол остается условие выхода подряд не менее десяти точек гипербол за пределы рамки планшета.

При расчете гиперболической сетки целесообразно использовать и другие условия останова ЭВМ. Если через карту проходит продолжение базовой линии, возникает возможность организации останова электронной вычислительной машины на основании того, что разность расстояний (S1 S2 = 2r) на продолжении базы экстремальна, но по абсолютной величине не может быть больше расстояния S0. Следовательно, в качестве признака окончания вычислений можно было бы использовать логический оператор

|S1 S2| — S0 ≥ 0.

Однако для того, чтобы гарантировать завершение вычислений всех точек на продолжении базовой

линии, применяют несколько иной оператор, согласующийся с условиями (10.24):

S

 

S

 

S

 

7

2r .

1

2

0

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Еще один способ предусматривает останов машины в случае, если при расчете координат точек гипербол постепенное изменение расстояний S1, S2 приведет к тому, что одно из них окажется меньше приращения ∆S' и, следовательно, дальнейшее его уменьшение немыслимо. Анализ этого условия осуществляется очевидным оператором

S1 > |∆S'|; S2 > |∆S'|

Глава 11

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ И ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

§44. МЕТОДИКА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РНС

1.Основные сведения

При производстве гидрографических работ определение места судна производится, как правило, с помощью радионавигационных систем (РНС).

Измерение радионавигационных параметров с помощью РНС базируется на двух фундаментальных свойствах электромагнитных волн:

1)в однородном пространстве радиоволны распространяются по кратчайшим направлениям;

2)скорость распространения радиоволн в свободном пространстве остается постоянной.

При выборе радионавигационных систем необходимо исходить из того, насколько они соответствуют целому ряду конкретных требований, основными среди которых являются:

1)дальность действия — максимально допустимое удаление береговых станций от района работ;

2)точность определения места, зависящая от погрешностей измерения навигационного параметра;

3)надежность — способность аппаратуры сохранять неизменными свои параметры в течение определенных интервалов времени;

4)быстрота определения места — время, затрачиваемое на измерения, их обработку и получение координат;

5)технологическая совместимость — возможность включения в состав автоматизированных гидрографических комплексов;

6)пропускная способность — количество судов, которые могут одновременно определять свое место с помощью данной РНС;

7)помехоустойчивость — возможность производства измерений в условиях естественных и искусственных радиопомех;

8)простота обслуживания и эксплуатации;

9)габариты и вес береговой и особенно бортовой аппаратуры;

10)экономичность — стоимость радионавигационных устройств и их обслуживания.

Для производства гидрографических исследований. в прибрежных районах используются преимущественно специальные высокоточные системы, развертываемые на период выполнения работ. По методу обработки навигационной информации эти системы могут быть неавтоматическими, полуавтоматическими и автоматическими. В последних все процессы получения навигационной информации,

ееобработка и управление судном осуществляются в автоматическом режиме.

Вудаленных районах океанов используются преимущественно радиотехнические СНО. Как правило, они не удовлетворяют требованиям точности. Методика использования радиотехнических СНО изучается в курсе навигации. При обеспечении гидрографических исследований более тщательно определяются и учитываются всевозможные поправки, а обработка разнородных параметров для получения вероятнейших координат осуществляется методом наименьших квадратов.

Далее будет рассматриваться лишь методика использования радионавигационных систем, специально предназначенных для гидрографических исследований. Надежное и достоверное определение места гидрографических судов обеспечивается прежде всего тактико-техническими свойствами радионавигационной системы, заложенными в ее конструкцию. Однако полная реализация технических возможностей РНС зависит также от целого ряда условий методического характера, забота о соблюдении которых является непосредственной задачей гидрографа.

Совокупность приемов, направленных на достижение наиболее эффективной работы ц полную реализацию технических возможностей РНС, составляет основное содержание методики их использования.

Независимо от того, какая РНС выбрана для определения места, методика ее использования включает,

как правило, разработку следующего круга вопросов, составляющих важную часть технического проекта на

производство гидрографических исследований:

1)размещение береговых станций;

2)геодезическую подготовку района работ;

3)подготовку планшетов;

4)исследование и проверку радионавигационной системы;

5)производство и обработку измерений; оценку точности.

2.Размещение береговых станций

Каждая радионавигационная система обеспечивает определение места в пределах какой-либо ограниченной акватории. Размеры такой акватории зависят от нескольких факторов: диапазона радиоволн, мощности радионавигационных станций и их расположения, характера излучений и тех параметров электромагнитного поля, которые используются для измерений. При этом определяющую роль играет здесь не только наличие уверенного радиоприема, но, главным образом, возможность получения координат с заданной точностью.

Акваторию, в пределах которой возможно определение места по измеренным параметрам электромагнитного поля с заданной точностью, называют рабочей зоной РНС.

Ранее было показано, что наиболее полное представление о точности определения места дает эллипс погрешностей. Следовательно, исчерпывающее представление о рабочей зоне РНС можно получить построением поля погрешностей. С этой целью для сравнительно густой сети точек рассчитывают и строят эллипсы погрешностей заданной вероятности. Недостатки такого представления рабочей зоны состоят в большом объеме расчетов и графических работ, а также в малой наглядности.

Для подавляющего большинства случаев на практике ограничиваются хотя и менее полным, но более наглядным и простым представлением рабочих зон, заключающимся в построении линий постоянного значения средней квадратической погрешности места М.

В этом случае рабочей зоной РНС называют часть акватории, ограниченную изолиниями заданного значения средней квадратической погрешности определения места.

Обратимся к уравнениям, позволяющим вычислить средние квадратические погрешности определения места в дальномерном и разностно-дальномерном способах определения места:

 

 

 

M

 

 

1

 

 

m

2

 

m

2

 

;

 

 

 

 

 

 

 

1

sin

 

S1

S 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

m

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

r1

 

 

 

 

r 2

 

 

 

2

sin 2

 

 

1

 

 

 

 

2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

sin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(11.1)

С целью упрощения расчетов и графических построений положим, что средние квадратические погрешности измерения обоих навигационных параметров в каждом способе равны:

mS1=mS2=mS; mr1=mr2=mr

Тогда

 

 

 

 

M1

mS

 

 

 

 

2

 

 

 

 

mS K1 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M 2

 

 

mr

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

mr K 2 .

2 sin 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

sin

2

 

1

 

 

 

sin

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициенты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K1

 

 

2

 

 

 

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K 2

 

mr

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

.

 

2 sin

2

 

 

 

 

2 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

 

 

 

sin

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зависят от взаимного расположения станций радионавигационной системы и определяемой точки, а также от формы изолиний в данном типе РНС. Иначе говоря, величина коэффициентов Ki определяется только геометрическими величинами и поэтому они получили название геометрических факторов.

Задаваясь постоянным значением геометрического фактора, вычисляют координаты ряда точек относительно, например, одной из станций РНС: соединяют эти точки плавной кривой и получают рисунок

изолинии равной точности. Для некоторых способов определения места линии равной точности представляют собой простые кривые, которые можно построить графическими приемами. Так, например, в дальномерном способе, как это следует из формулы (11.1), линии равной точности представляют собой окружности, вмещающие угол Θ (изогоны).

Для построения схем рабочих зон следует использовать пособие «Расчет и построение схем рабочих зон радионавигационных систем и радиомаяков (№ 9224)».

Таким образом, выбор точек установки береговых станций связан прежде всего с соблюдением геометрических факторов.

Другая группа факторов, оказывающих влияние на размещение наземных станций, обусловлена необходимостью соблюдения определенных технических условий. Так, расстояния между береговыми станциями не должны превышать некоторых предельных значений, что связано с принципом работы РНС, характером распространения радиоволн, мощностью передатчиков или с иными техническими данными. Предельные расстояния между береговыми станциями указываются обычно в правилах использования РНС.

Трассы, вдоль которых распространяются радиоволны, не должны пересекать крупные формы рельефа и проходить над большими участками суши. Поэтому места для установки станций необходимо выбирать возможно ближе к морю, преимущественно на далеко выдающихся мысах. При базах значительной протяженности желательно располагать их большей частью над морем. При этом линии баз не должны проходить в непосредственной близости от уреза воды на границе смены подстилающих поверхностей.

Для обеспечения большей мощности излучения станции следует устанавливать на почве с хорошей проводимостью, признаками которой являются небольшая глубина залегания грунтовых вод, влажность и засоленность.

Площадки для монтажа антенной системы должны быть ровными и горизонтальными, а вблизи них не должно быть объектов, способных становиться вторичными излучателями.

Наконец, третья группа факторов определяется организационными соображениями. Выбранные пункты должны располагаться в таких районах, куда возможно доставить аппаратуру и личный состав. Вблизи от пунктов развертывания береговых станций должны быть источники питьевой воды и энергоснабжения, средства связи, медицинские учреждения. Желательно развертывать станции вблизи населенных пунктов или рядом с маяками и другими береговыми объектами, связанными с деятельностью флота.

Необходимо учитывать также гидрометеорологические условия в районе установки РНС: ветер, осадки, грозы, затопляемость.

Наконец, немаловажное значение имеет наличие опорной геодезической сети и крупномасштабных морских или топографических карт.

3. Геодезическая подготовка района работ Геодезическая подготовка района работ состоит в определении координат береговых станций, а также

в установке на берегу, на воде или на дне дополнительных пунктов, необходимых при исследовании радионавигационных систем, для привязки к исходным величинам навигационных параметров или для контроля надежности определений места.

Координаты точек установки мачт береговых станций определяют как пункты аналитических сетей со средней квадратической погрешностью не более 2м относительно исходных пунктов.

Для определения координат могут быть использованы любые методы, удовлетворяющие по точности указанному требованию. При этом должен обязательно предусматриваться контроль определений, а также избыточные измерения. Если вблизи от точек установки антенн имеются геодезические пункты, то определение координат производят измерением расстояний и примычных углов.

В практике возможны и такие случаи, когда пункты опорной сети находятся далеко и для определения координат береговых станций потребуется проложение полигонометрических ходов или построение сети треугольников. Безусловно, такие работы сопряжены с большими затратами времени и возникает вопрос о допустимости упрощенных приемов определения координат береговых станций. Не останавливаясь на доказательствах, приведем лишь окончательные формулы допустимых погрешностей т определения координат береговых станций в дальномерном и разностно-дальномерном способах определения места.

Если поставить условие, чтобы полностью реализовалась точность данной системы и воспользоваться принципом наименьшего влияния, то можно написать:

m 0,3mS21 mS22 m 0,3mrcp .

;

(11.2)

где т — допустимая средняя квадратическая погрешность определения координат береговых станций;

msi — средние квадратические погрешности измерения расстояний дальномерной системой;

тrcp — среднее значение средней квадратической погрешности измерения

разности расстояний по обоим каналам разностно-дальномерной системы.

Если допустимые средние квадратические погрешности М определения места заранее обусловлены, то суммарная величина погрешностей т:, присущих РНС, и погрешностей т в координатах опорных пунктов должна быть меньше допустимой погрешности М и тогда можно пользоваться иными формулами:

 

m

(M sin )

2

2m

2

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SCP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

m

 

CP

sin

 

 

m

2

 

2 M sin

 

 

 

 

.

2

CP

 

rCP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Θ — угол пересечения изолиний в дальномерном способе; ωср— среднее значение позиционного угла.

4. Подготовка планшетов Для прокладки галсов в процессе выполнения гидрографических работ обычно используются сетки

изолиний. Способы расчета и построения стадиометрических и гиперболических сеток были рассмотрены в гл. 9 и 10.

Здесь остановимся лишь на некоторых особенностях изготовления планшетов, вытекающих из специфики радиотехнических способов определения места.

А. Выбор масштаба Сетки изолиний, используемые для прокладки точек в процессе съемки рельефа, строят

непосредственно на рабочих планшетах или на рубашках отчетных планшетов. Если масштаб планшета задан, то задача его выбора, естественно, не возникает. В этом случае при оценке средней квадратической погрешности положения точек должно учитываться смещение изолиний под влиянием погрешности прокладки.

Опытом установлено, что среднее квадратическое смещение тП прокладываемых отрезков изолиний на планшете составляет 0,5мм. Этому смещению соответствует в натуре среднее квадратическое смещение εП = 5С*10-4, выраженное в метрах.

Таким образом, погрешность прокладки пропорциональна знаменателю С масштаба планшета.

При планировании гидрографических работ стремятся к достижению наивысшей точности, возможной в данных условиях. Следовательно, для многих случаев важно использовать такие масштабы планшетов, при которых погрешность прокладки не ухудшала бы точность координат.

Возможны два условия, которые необходимо учитывать при выборе масштаба планшета:

1)погрешность прокладки не должна заметно влиять на точность определения параметров, свойственную РНС;

2)суммарная погрешность определения места (с учетом погрешности прокладки) не должна превосходить допустимую в данном виде работ.

Будем полагать, что первое условие достигается, если смещение изолинии εП, вызванное погрешностью прокладки, по крайней мере в два раза меньше смещения εИ, зависящего от погрешности измерение навигационного параметра. Тогда можно написать

 

 

 

1

 

 

 

;

 

 

П

2

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5С10

4

 

1

 

 

.

 

2

И

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решая последнее неравенство относительно С, получим оценку масштаба, позволяющего успешно решать поставленную задачу

С

 

10

3

10

3

m

И

.

 

 

И

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для второго условия напишем формулу средней квадратической Погрешности определения места по двум линиям положения

M cos ec

 

2

 

2

1

2

 

 

 

где ε1, ε2 — суммарные средние квадратические погрешности линий положения будем полагать равными

 

2

 

2

 

2

(5*10

4

С)

2

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

Использовав эти значения и решив формулу для М относительно С, получим:

С 103 2(M 2 sin 2 2 2 )

Б. Оцифровка сеток изолиний Для облегчения и ускорения прокладки определяемых точек сетки изолиний на планшетах

оцифровываются не в линейной мере, а в тех единицах, которые непосредственно снимают с индикаторов радионавигационных систем: фазовые циклы, микросекунды и т.п. Для удобства интерполирования изолинии, построенные на планшете, должны соответствовать круглому значению навигационного параметра в этих

единицах.

Кроме того, для устранения отрицательных значений гипербол в разностно-дальномерных системах вводится специальное постоянное увеличение отсчетов (константы сдвига или кодовые задержки).

Таким образом, гиперболы, отвечающие разности расстояний 2r = S1 S2, будут иметь оцифровку, определяемую формулами:

N

S

1

S

2

b

f ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

S

 

 

 

 

 

 

T

1

 

2

t

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

к,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где N — целое число фазовых циклов; φ — доли фазового цикла; Т — целое число микросекунд; τ — доли микросекунды;

b — длина базы между станциями;

f — частота электромагнитных колебаний;

с — скорость распространения электромагнитных волн;

tb — время, за которое волна проходит путь между береговыми станциями; tK — кодовая задержка.

(11.3)

В. Поправки за редуцирование длин В связи с тем, что радиоволны распространяются по кратчайшим направлениям, радионавигационные

системы измеряют длины геодезических линий или разности этих длин на сфероиде.

На планшетах (или картах) в проекции Гаусса изостадии или гиперболы строят по законам этой проекции и вносят в их положение неизбежные искажения. Следовательно, независимо от способа оцифровки надписанные на изолиниях значения расстояний или разностей расстояний не отвечают положению изолиний на планшете. Для устранения этого несоответствия и исключения погрешностей в положении определяемых точек можно поступать двумя способами:

1)перед прокладкой на планшет редуцировать каждое измеренное расстояние или разность расстояний на плоскость проекции, введя поправки, рассчитанные по формуле (9.4);

2)при построении сеток заранее учесть эти расхождения и сместить изостадии или гиперболы на такие величины, чтобы их положение на планшете соответствовало истинной величине навигационного параметра на местности.

Вполне понятно, что поправки за редуцирование расстояний или разностей расстояний должны учитываться лишь в тех случаях, когда смещение изолиний становится больше обычных погрешностей графических построений.

Способ учета поправок редуцирования длин при построении стадиометрических сеток был рассмотрен

вгл. 9.

Поправки редуцирования длин для гипербол равны разности поправок к расстояниям, образующим гиперболу в каждой из текущих точек. При расчете на ЭВМ поправки редуцирования длин учитываются при вычислениях и положение гипербол соответствует действительному значению сфероидических разностей расстояний.

Если же поправки редуцирования длин при построении гиперболических сеток введены не были, то их можно учитывать следующим образом. Обозначим:

S1, S2 — расстояния до береговых станций на сфероиде;

δS1, δS2 — поправки (редукции) этих расстояний на плоскость в проекции Гаусса;

δr1 — поправка (редукция) разности расстояний на плоскость в проекции Гаусса.

Пользуясь этими обозначениями, будем иметь: на сфероиде

2r1=S1 S2

в проекции Гаусса

2r1 + δr1 = (S1+δSI) — (S2 + δS2)

или

δr1 = δSI — δS2.

Таким образом, поправка разности расстояний равна разности поправок к расстояниям.

Отсюда вытекает способ учета δr для случая, когда искажения проекции при построении сеток не учитывались: по измеренным значениям разностей расстояний наносят точку на планшет, снимают расстояния от этой точки до станций и получают поправки δr1, δr2, исправляют этими поправками измеренные разности расстояний и, проложив их на планшет, получают определяемую точку.

Для ускорения учета поправок δr их заранее рассчитывают, например, для вершин квадратов

координатной сетки. Соединяя точки с одинаковой поправкой δr, находят участки, для которых можно принимать единое ее значение, руководствуясь предельной точностью масштаба.

Последний прием можно использовать и для вычерчивания гипербол. Построив в карандаше гиперболическую сетку, одним из способов, рассмотренных в гл. 10, вычисляют поправки редуцирования разности расстояний для густой сети точек на всей площади планшета. Смещают построенные гиперболы по нормалям на расстояния, равные величине n = δr : g в масштабе планшета, используя ближайшие к изолиниям значения поправок. Вычерчивают гиперболы тушью, соединяя откорректированные точки плавной кривой.

На таком планшете прокладку определений можно производить по измеренным разностям расстояний без предварительного их редуцирования.

5. Исследование и проверка РНС

Измерение навигационных параметров с помощью РНС сопровождается, как и при любых других измерениях, рядом систематических и случайных погрешностей. Совокупность случайных отклонений оценивается обычно величиной средней квадратической погрешности радионавигационного параметра (РНП) приемами, рассмотренными в гл. 5.

Выявление систематических погрешностей — важная задача, которая осуществляется постановкой специальных исследований. Источники систематических погрешностей при измерении РНП различны. Среди них различают аппаратурные, внешние и методические. Наибольшее влияние при фазовых измерениях оказывает внешняя среда.

Выше отмечалось, что в основу работы РНС положены два свойства электромагнитных колебаний: способность распространяться с постоянной скоростью с0 = 299792,5км/с и по кратчайшим направлениям. Однако эти свойства присущи только идеальной однородной среде. В реальных условиях радиоволны распространяются в сферообразном волноводе, нижней границей которого является поверхность земли, а верхней — ионосфера. Земная поверхность отличается от идеальной сферической поверхности, а ее электрические параметры (проводимость σ и диэлектрическая проницаемость ε) изменяются в зависимости от температуры, влажности, минерального состава.

Атмосфера в пределах высот 0 — 12км представляет собой неоднородную и нестационарную газовую среду. Ее влияние приводит к общему уменьшению фазовой скорости радиоволн υа = с0 : n и увеличению пути сигнала из-за искривления траектории, обусловленной изменением показателя преломления п с высотой.

Влияние подстилающей поверхности приводит к уменьшению скорости радиоволн по сравнению со скоростью в атмосфере иа. Степень изменения зависит от морфографических и электрических характеристик конкретных трасс.

Следовательно, совместное влияние рассмотренных причин приводит к появлению систематической погрешности РНП, Причем как бы ни была совершенна аппаратура, эти погрешности заранее учесть невозможно.

Индикаторы современных РНС рассчитываются для вполне определенной постоянной скорости с, свойственной однородной среде. В морской радионавигации в качестве такой однородной среды принимается нормальная атмосфера с параметрами t = 15°C; р = 1013,2гПа; еoтн = 70%; n = 1,00033. Для этих условий фазовая скорость распространения радиоволн принимается равной υН = СО: nH==299692км/с. Для конкретных систем в качестве расчетной принимаются значения постоянной фазовой скорости υ0, получаемые по экспериментальным данным.

Однако какая бы скорость ни была принята в качестве постоянной, реальное ее значение всегда в той или иной степени отличается, вызывая заметные систематические погрешности РНП. Другими источниками систематических погрешностей являются отклонения характеристик деталей РНС от расчетных значений, задержка сигналов в трактах береговых и корабельных станций, несовершенство индикаторных устройств.

Невозможность исследовать и устранить каждый источник систематических погрешностей раздельно приводит к необходимости определять и вводить суммарную поправку.

Обратимся к общему методу определения систематических погрешностей путем сравнения результатов измерений с эталонными значениями. Для случая фазовых измерений этот прием представим следующей записью:

Δψ = ψ0 — ψ.

С целью получения надежных значений поправок непосредственно в районе работ организуются специальные исследования РНС, получившие название калибровки. В качестве эталонных значений ψ0 здесь используются расчетные геодезические величины РНП. Следовательно, сущность калибровки состоит в выявлении и устранении расхождений между истинной геодезической ψ0 и непосредственно измеренной φ фазой в отдельных пунктах района работ. Эти пункты получили название контрольных радиоточек (КРТ).

Для получения истинной геодезической разности фаз необходимо располагать точными координатами береговых станций и КРТ. По этим координатам вычисляют истинные расстояния, а затем, пользуясь постоянной скоростью (υН или СО), получают геодезические значения фаз:

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S

1

S

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

S

f

c

 

0

 

 

 

b

f

 

 

для дальномерных систем;

для разностно-дальномерных систем.

Сравнив фазы: ψ0 — геодезическую и φ — непосредственно измеренную в контрольной точке, получим

 

 

0

К

 

Разность

К

представляет сумму систематической и случайных погрешностей. Для выделения лишь

систематической составляющей измерение величины РНП φ производится многократно. Затем, в соответствии с методом наименьших квадратов, получают оценку его вероятнейшего значения по формуле (5.63), а также

среднюю квадратическую погрешность точности калибровки. Разность

m

по формуле (5.69), которая одновременно является и оценкой

 

 

 

0

,

(11.4)

 

 

 

 

свободная от случайных погрешностей (при достаточно большом числе измерений), называется калибровочной поправкой и вводится в виде фазовых сдвигов в соответствующие каналы РНС.

В зависимости от условий размещения, сроков подготовки и требований к точности на практике используют несколько способов калибровки:

—по ведомым станциям;

—по контрольным точкам;

—по точкам пересечения баз или продолжений базовых линий.

Ниже (§ 45) в качестве примера рассмотрена методика калибровки фазовой РНС «Брас». Калибровочная поправка устраняет систематическую погрешность измерений, по существу, лишь в

точке калибровки. Однако, учитывая известное постоянство источников этих погрешностей, ее можно распространять на ближайшие однородные участки рабочей зоны.

Если рабочая зона РНС занимает обширную площадь, в пределах которой не соблюдается постоянство условий распространения радиоволн, задача учета систематической составляющей может быть решена двумя способами:

1) контрольные точки располагают в различных участках рабочей зоны; для каждой зоны получают свою калибровочную поправку; методом наименьших квадратов вычисляют вероятнейшее значение скорости распространения радиоволн и пользуются этим значением для всего района. Если отклонение скорости в отдельных точках при этом будет превышать допустимые пределы, то учитываются специальные поправки Р по соответствующим трассам;

2) если первый прием осуществить не удается, то калибровочную поправку К вводят в

фазовращатели береговых станций. Для всех остальных точек рабочей зоны систематические поправки вводят за дополнительный сдвиг фаз по соответствующим трассам.

6. Производство и обработка радиоизмерений; оценка точности

Приемоиндикаторы фазовых РНС измеряют приращение фазы лишь в пределах одного фазового цикла, а целое их количество N остается неизвестным. Для устранения возникающей многозначности применяется два приема:

—последовательное измерение приращения фазы на разных масштабных частотах;

—привязка к опорным точкам и непрерывный счет целого количества фазовых циклов.

Сущность первого приема заключается в том, что сначала измерения ведутся на более низких частотах, где длина волны заведомо больше возможных погрешностей в счислимом месте корабля. Это позволяет надежно определить целое число фазовых циклов и ввести его в счетные устройства индикаторов. Полоса акватории, в пределах которой приращение фазы изменяется от 0 до 360°, называется дорожкой. Для низких частот ширина таких дорожек большая и поэтому их называют грубыми дорожками. На высоких частотах дорожки становятся узкими и их называют точными дорожками. Последовательный переход на все более высокие частоты позволяет надежно определить целое число фазовых циклов на самом точном измерительном канале.

Сущность привязки состоит в определении места корабля способами, не зависящими от радиоизмерений. Для этого выходят в такие районы работ, где координаты пунктов заведомо известны или могут быть определены с высокой точностью. Такие пункты называют опорными радионавигационными точками (ОРТ), а их координаты определяют способами, при которых погрешности не превышают половины ширины d грубой дорожки λГР

Соседние файлы в предмете Морська Геодезія