книги из ГПНТБ / Болдырев, В. С. Методы математической статистики в гидрографии и кораблевождении учеб. пособие
.pdfC~‘+(I)<P)KE(D(p)T |
-Э ф К Е |
•(2.50)
( - э ф х £ ) т
Ранее іш доказали, что элементы корреляционной матри цы оценок неизвестных, найденных по способу наименьших квадратов, определяется с помощью коэффициентов нормаль ных уравнений
К 2 = 6 г С~' . |
(2.37) |
В формуле (2.50) блок, представляющий характеристику точности неизвестных, включает дополнительные элементы, и поэтому дисперсия неизвестных здесь не будет минималь
ной из возможных. |
Лучшую точность мы получим, действуя |
в соответствии с |
(2 .48). |
§ 20. Вероятнейшее место корабля на галсе
Вычисление вероятнейшего места корабля на галсе на любой момент времени является задачей, решение кетерей представляет не только теоретический, не и практический интерес при навигационно-гидрографическом обеспечении траления, минных постановок, при обработке материалов промера и при решении ряда других задач. Рассмотрим метод вычисления координат на галсе, не связанный с какими-либо априорными предположениями о поведении вектора сноса, при этом будем считать, что поправки основных навигационных приборов надлежащим образом учитываются, а остающиеся погрешности являются случай ными. TQ7
Непосредственно измеренными ъ даинои задаче будут: наблюденные значения н&внгаииоіных параметров, пройден ное кораблем расстояние и направление движения. Для нрестоты записей будем пользоваться прямоугольной сис
темой координат |
Х О У - |
|
|||
Пусть на некоторые моменты времени известны прибли |
|||||
женные координаты точек |
|
||||
И |
Л |
,7 |
Л |
X |
|
*; |
у./ у |
Х 2 |
У 2 |
||
|
и в эти же моменты произведены измерения навигационных
параметров |
7 |
і = 1 , 2 , 3 , А/ *
Поставим уравнения погрешностей навигационных пара
метров |
|
|
. |
|
|
|
|
аі $ xj f |
$ f y |
' <• = |
і |
(2‘ 51) |
|
|
|
£ |
= |
•••> т |
|
|
каждое из |
которых |
имеет |
вес |
|
|
|
|
|
|
Р г |
|
|
|
г - |
|
|
1 в 1 |
|
|
|
Со■- стандарт ошибки измерения параметра. |
||||||
Для каждого |
направления 7^ z с |
точки ^ |
на соседнюю |
|||
точку галса г |
можно написать |
|
|
|||
Я |
h |
|
|
|
|
(2.52) |
|
|
|
|
|
с весом
7
138
£ |
^ 1 2 |
j • - • f /77 t |
'z — i j Z 7 '- - 7 / 7 7 у |
||
% t |
* \ |
|
St,* =SinT<},2 ’ |
cf , - r cosTt} ^ , |
расстояния от
% до 7 ;
<o^z - стандарт |
ошибки измерения |
направления |
|
Аналогично |
для |
каждого измерения |
расстояний |
между точками |
^ |
и г можно записать |
Xx + s |
(2.53) |
ѵ Ѵ ѵ Ѵ ѵ 1*’ |
|
с весом
Из приведенных уравнений складывается система, под-
лехаоая решению по способу наименьших квадратов.Матри ца коэффициентов этой системы имеет следующий вид:
139
*, |
о |
0 . . . |
. . . 0 |
0 |
а2 é2 0 |
0 . . . |
. ■ ■ 0 0 |
||
0 0 а3 €3 . . . . |
. . 0 |
0 |
||
0 0 |
ач |
|
. . 0 |
0 |
(2.54)
О О О 0 . . . .
S,2-°12 **Л С2І. . . .
<** :
1 |
1 |
1 |
1 |
|
|
~S2f \ * * . 0 о _
Здесь д 1 - |
матрица коэффициентов уравнений |
погреш |
|
ностей навигационных параметров. Она имеет |
N |
строк и |
|
п столбцов, |
причем п = 2т ( т - число |
определяе |
мых точек). Отметим, что среди столбцов /)' мояет быть обязательно четное число столбцов, состоящих из одних о. Номер такой пары столбцов будет соответствовать номеру точки, для которой не известно ни одного значе ния навигационного параметра;
А 1 - матрица коэффициентов уравнений погрешностей направлений и расстояний. Число ее строк равно удвоен ному числу*промеиутков между точками, длина и направле ние которых известны. Для одного галса число строк А
равно 2 { т - і ) . Итак, общее число строк в А равно
N+2 п-2 .
Результаты измерений навигационных параметров не за висят от ошибок в длинах и направлениях отрезков галса, определяемых по счисление. Поэтому весовая матрица будет квазидиагональной,
140
II
о
(2.55)
ор "
где р - весовая матрица ошибок измерений навигацион ных параметров размерностью N x N ,
Р- весовая матрица направлений и длин отрезков
галса размерность* ( п - 2 ) х ( п - 2 ) '7
р ' и р " - симметрические, но не «Іязательна диагональ ные.
Лектор свободных членов будет содержать N t гг- 2 компонентов. Если координаты точек вычисляются одна за Другой с использованием приближенных координат первой точки, то последние п - 2 свободных члена будут равны нулю:
4
г
I =
V
о
о
о
о
Напишем матрицу коэффициентов нормальных уравнений:
с М * , |
Р |
О |
(2.56) |
|
О р" |
||||
|
|
MI
- P p 'l '. |
(?.57) |
Теперь вектор неизвестных поправок к координата«
может быть вычислен с помощью следующего выражения:
x =c 'atp l =(a 'tp 'a '+а "тр “а "г А iTp 'l ' .
Тйким образом, задача решена.
Решение получается сравнительно простым в том случае когда все измерения и ошибки счисления на смежных участ пах галса вэаимонезависимы,*.при наличии же корреляцион ной связи матрица весов Р перестанет быть диагональ ной, что ведет к значительному увеличению объема вы числений.
Определение вероятнаИиего места корабля приведением пазнозрсмсиныт линий полояе-
аия к одному иоиенту
Пусть в некоторый момент времени t, выполнено из
мерение навигационного параметра и получено уравнение линии положения
Если немедленное использование этой ЛП не |
предпо |
|
лагается, то необходимо произвести ее параллельное |
||
смещение на величину пройденного расстояния за |
время |
|
t(2 = t g ~ t, |
• После такого смещения точностьJW нельзя |
считать прежней, так как величина смещения известна с погреиностями.
Пусть точность вектора смещения /7 (точность счисле ния за время ^ ) характеризуется корреляционной матри цей
б"" к
ия ; 2
^ах
Составим |
вектор, заданный значениями двух его на- |
. авляющих |
косинусов: |
Так как модуль этой» вектора равен единице, скаляр ное произведение вектора П ,
/7= |
(2.5R) |
7 |
143
на вектор Г ,
|
|
ТП=Дх cos'Z + Д у sin. Т у |
|
|
представляет |
собой |
проекцию вектора П |
на направление |
|
вектора |
Т . |
Дисперсия этой проекции и есть дисперсия |
||
вектора |
/7 |
в данной направлении: |
|
|
D^=TКПТ T=cos2rc |
t s i n Z i - s i n |
2 Z К, |
||
|
|
|
|
АХ, |
Учитывая независимость ошибок измерений и ошибок смещения, дисперсию смещеннойЛП определим из выраже ния
= ф т к п тг
(2.50)
Если считать компоненты корреляционной матрицы оши бок счисления пропорциональными времени, то вид корреля ционной матрицы может быть указан более конкретно:
Кп ІігК - І і2 |
К, К* |
. |
|
^21 ^22 _ |
|
Если кроме этого считать ошибку счисления круговой, |
||
то |
|
|
' б 2 |
О |
|
К= о |
& г |
|
идля последнего случая
ФФ*фт тг=ф t /2e 2 .
ІЬЬ
При вычислениях, связанных с определением координат на море, иногда использупгся ненормированные ЛП вида
а Дх + ЁДу -■ £=0 .
Очевидно, что
€
S in 'с =
Поэтом;
7
где
А - [о é'] •
Отеаиа
Т К „ Г r- - p f p - A К „ЛТ .
Так как
то
і* )< з яг .
Умножив (2,59) на ( а г + € г) , получим
^- стандарт ожибкн в свободном члене уравнения
ссмеженной ЛП .
Всовместную обработку с другими ЛП смеженная линия должна приниматься с весом, вычисленным по последней Формуле,
10 |
145 |
В том случае, когда совместно уравниваются несколько линий положения, полученных в разные моменты времени, необходимо учитывать еще и возникающие при смещении корреляционные моменты. Очевидно, что при смещении сами свободные члены не меняются, однако их корреляцион ные моменты претерпят изменения. Рассмотрим вектор свободных членов
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
" < (С |
|
!<ш |
|
|
|
|
и |
И |
|
■ ис |
Н |
С |
|
|
2 С |
|
2 С |
= |
|
|
|
•> |
||
1 = Uс-* /с |
|
|
- |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
Л ' |
|
С |
|
|
|
Nc |
|
Nc |
|
|
|
|
|
|
||
а * - приведенное |
к одному моменту наблюденное |
|||||
значение |
навигационного параметра; |
|||||
ис - приведенное к одному моменту счислимое зна |
||||||
чение |
навигационного параметра. |
|||||
Вычитаемое в правой части свободно от ошибок измере |
||||||
ний и приведения. |
Все эти |
ошибки входят в вектор сво |
||||
бодных членов за счет уменьшаемого. Поэтому |
||||||
|
|
К, |
|
|
|
|
можно записать, |
что |
|
|
|
|
|
|
и |
н |
иИ+ А П |
(2. 60) |
||
|
|
|||||
|
|
С ' |
|
|
|
|
где
Т46