книги из ГПНТБ / Шифрин Л.С. Использование картосличительной приставки Пальма в судовождении [практическое пособие]

если совмещать изображение на экране с картой прежде всего по

точкам, в которых направление луча радиолокационной станции со­ впадает с нормалью к береговой черте. Если бы все точки побережья

обладали одинаковой отражательной способностью, то эти точки да­

вали бы максимальное отражение, и на экране это были бы наибо­

лее яркие точки. Поэтому назовем эти точки «блестящими».

Рассчитаем величину смещения для различных значений г и е.

Совершенно очевидно, что это смещение происходит на экране, и

поэтому весь расчет будем вести по формуле (2) для экрана блока

«Пальма», давая г и е различные значения. Расчеты сведем в табл. 5.

Человеческий глаз обладает ограниченной разрешающей способ­

ностью. Если принять точность совмещения радиолокационного изоб­ ражения с картой равной точности графических построений на карте, т. е. равной 0,2 мм, то из табл. 5 видно, что кроме «блестя­

щих» точек при определении места можно пользоваться еще и ря­

дом лежащими точками.

Таким образом, становится ясно, как наиболее правильно нужно

■определять место судна на блоке «Пальма».

Судоводитель должен наметить «блестящие» и прилегающие к ним точки и совмещение радиолокационного изображения с картой производить прежде всего по ним. Остальные участки побережья следует использовать для ориентировки и для опознания берегов.

Следует, конечно, иметь в виду, что при рассмотрении этого во­ проса мы считаем, что все точки уреза воды обладают одинаковой отражающей способностью. На самом деле этого не будет. Тем не ме­

нее рассмотренная методика дает возможность правильно исполь­

зовать блок «Пальма» при судовождении.

При движении судна вдоль берега «блестящие» точки непре­ рывно меняются, но судоводителю нетрудно их сразу находить по ходу движения.

39

На рис. 23 изображены широкой линией «блестящие» точки, сов­

мещение по которым дает минимальную ошибку в месте судна,

когда оно находится в данном положении.

Из предыдущих рассуждений с очевидной ясностью выступает тот факт, что наиболе благоприятными объектами для совмещения являются точечные объекты, видимые на экране, такие, как буи, вы­

ступающие над водой камни, маленькие островки и пр., так как они со всех направлений являются «блестящими» точками.

Отдельные участки ли-

Из формулы (3) видно, что величина смещения в случае прямого берега для любой точки не зависит от расстояния от места судна до точки L, а определяется только расстоянием I от основания перпен­

дикуляра из места судна к линии берега от этой точки.

Рассчитаем по формуле (3) величину смещения при прямом бе­

реге (табл. 6). Очевидно, что на блоке «Пальма» I не может быть больше 80 мм.

Как видим, цифры этой таблицы полностью соответствуют пос­ ледней строке предыдущей таблицы, т. е. самому неблагоприятному

случаю, когда е = 90°. Только в середине прямой линии на неболь­

шом участке величина смещения меньше графической точности ра­ боты на карте — 0,2 мм.

40

Таблица 6

начало координат (точку Р) с угловым коэффициентом:

& = -^~ Р arc l° = O,O14 = tg8

Отсюда § = 48'.

Таким образом, прямой берег на экране блока «Пальма» изобра­ жается двумя прямыми линиями, проходящими под углом в 48?

к прямой линии, как показано на рис. 21.

Допустим теперь, что урез воды

у нас имеет вид окружности. При

этом рассмотрим сперва вогнутый

урез воды, а потом — выпуклый.

Пусть имеем урез воды в виде

окружности, радиуса р (рис. 22).

Обозначим расстояние от судна до точки Р через d. Тогда отрезок

между судом и центром окружности

OC=d—p.

Возьмем какую-нибудь точку L. Бу­ дем считать, что углы а и у из­ вестны. Тогда

е = 180-(180-i-a) = у + «.

По теореме синусов из треугольника OCU.

гsin (180—у)

откуда

г=(с/_р)Д1м.

Подставляя найденное значение в формулу (2), получим:

меньше эта разность, т. е. чем ближе место судна к центру окруж­ ности, тем смещение меньше.

41

2)При d — р =0, т. е. в случае с?=р, когда судно находится в центре окружности, смещение равно нулю.

3)Если 7 =0, то и у2=0.

Если 7=90°, то н — максимально.

4) При p>d смещение становится отрицательным. Это значит, что изображение на экране будет образовываться другой стороной луча.

лица, рассчитанная по формуле (2), полностью подходит и для функции у-2 формулы (4).

Из практики известно, что в случае плавания в закрытом бас­ сейне, если берега со всех сторон окружают судно и расположены с какой-то степенью приближения по окружности, место судна опре­ деляется наиболее точно. Данное положение полностью подтвер­

ждается формулой (4). Это случай, когда d — р =0, т. е. d=p, т. е.

когда судно находится в центре окружности. Как известно из преды­ дущего, в этом случае смещение равно нулю. (В дальнейшем бу­ дет показано, что при таком положении и другие факторы тоже бла­ гоприятствуют точному определению места).

Если дан урез воды в виде выпуклой окружности, то из аналогич­

ных предыдущему геометрических построений можно найти, что смещение будет определяться формулой:

Нз = 4~ {d + р) sin 7 аге 1°

42

На этом мы ограничимся рассмотрением различных отрезков по­

бережья.

В наших предыдущих рассуждениях мы отбрасывали ширину ри­

сующего пятна. На самом деле к полученным нами величинам сме­ щения необходимо прибавить радиус рисующего пятна, т. е. 0,2 мк

для блока «Пальма». Таким образом, все изображение утолщается

в сторону воды еще на 0,2 мм.

На рис. 23 показано' совмещение радиолокационного изображе­ ния с картой. При этом для наглядности взято изображение со стан­ ции, имеющей значительно большую ширину диаграммы направ­ ленности и больший диаметр рисующего пятна, чем на блоке «Пальма». Из рис. 23 видно, как нужно производить совмещение. При правильном совмещении радиолокационного изображения с картой в «блестящих» точках радиолокационное изображение дол­

жно отстоять от линии уреза воды на радиус рисующего пятна в сто­

рону моря.

СРАВНЕНИЕ КАРТОСЛИЧИТЕЛЬНОГО СПОСОБА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА СУДНА С ДРУГИМИ СПОСОБАМИ

Прежде, чем приступить к непосредственному рассмотрению точ­ ности определения места с помощью блока «Пальма», сделаем неко­ торые предварительные замечания.

Хотя картосличительный блок является фактически индикатором кругового обзора радиолокационной станции, определение места с его помощью дает результаты, в общем, точнее, чем при использо­ вании дискретных данных, снятых с ИКО самой станции.

Дело в том, что для определения места обычными способами не­ обходимо измерить одну или несколько дистанций, один или не­ сколько пеленгов (в зависимости от избранного способа определения места), заметить и записать момент по часам и отсчет по лагам, от­ ложить с помощью прокладочного инструмента измеренные вели­ чины на карте, привести их к одному моменту и т. д. Каждой опера­

ции в отдельности присущи свои ошибки: ошибка измерения, ошибка

графики и пр. В результате место судна определяется с какой-то ошибкой, являющейся функцией суммы всех этих случайных

ошибок.

Использование картосличительного устройства радиолокацион­ ной станции исключает эти ошибки измерения и графики и, хотя информация получается от одного источника — радиолокационной станции, — благодаря другой, более совершенной методике местосудна определяется точнее.

Точность определения места может повыситься еще и за счет того,

что совмещение производится не по двум или по трем точкам, а позначительно большему количеству точек.

Считается, что методика определения места с помощью карто­ сличительного устройства эквивалентна способу определения места

по вееру пеленгов и дистанций. Как известно, способ этот появился

43:

одновременно с появлением радиолокации, а до этого его не суще­

ствовало.

Однако при использовании картосличительных устройств место

определяется по бесчисленному числу практически одновременно

измеренных пеленгов и дистанций. Эти количественные измене­ ния в способе определения по вееру пеленгов и дистанций при­ вели к коренным качественным изменениям и, по сути дела, полу­ чается совершенно новый способ определения места.

Если первый способ служит для ориентировки, то способ со­

вмещения является точным и надежным способом определения

места.

Несмотря на то, что радиолокационное изображение стабилизи­ руется на блоке «Пальма» с помощью гирокомпаса, это еще не зна­ чит, что определение места зависит от точности работы гироком­

паса. Наоборот, одним из замечательных свойств определения места

•с помощью картосличительного устройства является независимость от поправки компаса.

Именно, исходя из этого положения, как мы уже выяснили,

можно с помощью картосличительных устройств определить истин­ ный курс судна и поправки компаса.

ТОЧНОСТЬ КОНТУРНЫХ ТОЧЕК КАРТЫ

Известно, что при совмещении радиолокационной картины с кар­ той используется в основном береговая черта, а не береговые нави­ гационные ориентиры, поэтому важно знать, как точно на картах

изображается урез воды и все детали прибрежного рельефа. Про­ цесс составления карты очень сложен, и для определения ошибки в

положении контурной точки на карте нужен учет влияния тех дей­

ствий, в результате которых получена карта, начиная с полевых

съемок и кончая печатью. На основании такой комплексной оценки

можно составить представление об общей ошибке положения контур­ ной точки, которая выражается величиной средней квадратической

ошибки.

Не вдаваясь в подробности метода оценки точности карты, от­ метим, что в лучшем случае за величину средней квадратиче­

ской ошибки определения положения контурных точек береговой черты относительно опорных пунктов можно принять величину,

равную ±0,8 мм на всем диапазоне масштабов карт, используе­ мых в блоке «Пальма», если в данной местности не наблюдаются

приливо-отливные явления \ При наличии отмелых берегов и при-

.ливо-отливных явлений точность положения уреза воды значи­

тельно ниже.

1 См. П. М. Волков. Принципы и методы картометрии, Изд. АН СССР,

М. — Л., 1950.

44

Прежде всего следует отметить, что при наличии приливов на карту наносится урез воды, соответствующий наибольшему сизигий­ ному отливу. Таким образом, только в исключительных случаях пла­ вания, когда судно проходит вблизи этого берега, именно, в момент сизигийного отлива, видимый радиолокацией урез воды будет соот­ ветствовать линии уреза воды на карте.

Таким образом, ориентироваться по осушке очень опасно, так как ее положение следует считать неточным.

Поэтому может случиться, что в некоторых случаях изображе­

ние береговой черты на экране блока «Пальма» будет значительно точнее соответствовать реальной действительности, чем изображение

береговой черты на карте. Следовательно, судоводитель, прежде чем

начать радиолокационную проводку с помощью блока «Пальма», должен оценить возможности использования карты.

Очевидно, что в случае отмелых берегов и наличия приливо-от­

ливных явлений проводку судна, по данным радиолокации, можно осуществлять только при наличии в этом районе достаточного ко­ личества отдельных точечных объектов или пассивных и активных радиолокационных отражателей.

ВЛИЯНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ И СЛУЧАЙНЫХ ОШИБОК НА ТОЧНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА

Из главы 2 нам известно, что любая точка радиолокационного изображения, в том числе и «блестящая», может быть сме­

щена на величину суммарного смещения ;. Это суммарное сме­

щение носит систематический характер и исключить его влияние не­ посредственным вводом каких-либо поправок не представляется воз­ можным. Кроме того, систематический характер имеет ошибка в

выборе «блестящей» точки. Выбрав «блестящую» точку, например,

выдающийся в море мыс, и, опознав этот мыс на экране, судоводи­ тель совмещает кромки радиолокационного изображения мыса с контурами мыса на карте. На самом же деле отражение радиоволн может произойти не от кромок мыса, а от каких-либо деталей на этом мысу. В результате возникает ошибка, имеющая также систе­ матический характер. Эта ошибка может достигать большой ве­ личины.

Увеличение числа обсерваций в этом случае не может умень­ шить влияния систематических ошибок на точность определения ме­ ста. ибо каждая обсервация будет включать одну и ту же ошибку.

Рассмотрим влияние систематических ошибок на конкретных примерах.

Предположим, что место определяется путем совмещения по двум равноудаленным точечным объектам (рис. 24), и все объекты сме­ щены по радиусу на одну и ту же величину С, равную алгебраиче­ ской сумме всех систематических ошибок. Строго говоря, мы не можем в этом случае добиться совмещения, так как расстояния между объектами на радиолокационном изображении и на карте будут различными.

45

Допустим, что из-за растянутости изображений нам удалось про­ извести совмещение. Тогда место судна будет определено с ошиб­ кой

e = Csec-g-,

где f — угол между пеленгами с судна на объекты.

Из формулы видно, что в самом благоприятном случае, когда 7 =0°, ошибка в определении места может быть минимальной и рав­ ной величине систематической ошибки.

Допустим теперь, что при той же суммарной систематической ошибке место определяется по трем равноудаленным точечным

объектам, как показано на рис. 25. В этом случае следует произвести усреднение

возникающей ошибки, и карту нужно ус­

тановить таким образом, чтобы расхо­

ждения между радиолокационными кон­

турами и картой были бы по возмож­

Рис. 24 Рис. 25

ности одинаковыми (насколько позволяет глаз) во всех точках

совмещения. Из рис. 25 видно, что в этом случае влияние систе­

матической ошибки исключается, и остается влияние только слу­

чайных ошибок. Таким образом, при плавании в закрытом районе,

когда берега видны хотя бы с двух сторон судна, можно исклю­

чить влияние систематических ошибок.

Однако нами был рассмотрены случаи точечных и равноудален­ ных объектов, т. е. когда все объекты смещены на одну и ту же величину.

В практике судовождения такие случаи сравнительно редки, и, даже если судоводитель равномерно усредняет систематические

ошибки, то он допускает некоторое их остаточное влияние.

Рассмотрим влияние случайных ошибок на точность обсерваций с помощью блока «Пальма».

46

На точность определения места будут влиять следующие случай­ ные ошибки.

1.Средняя квадратическая ошибка контурной точки на карте тк. Уже отмечалось, что она может быть равна ±0,8 мм и выше.

2.Средняя квадратическая ошибка согласования масштаба тм.

3.Средняя квадратическая ошибка совмещения тс.

4.Средняя квадратическая ошибка отметки центра изображе­

ния Шц .

Последние три случайные ошибки определяются физиологиче­ скими особенностями глаза наблюдателя. Человеческий глаз имеет разрешающую способность порядка Г. Следовательно, на расстоянии

30—40 см это составит 0,1 мм.

Можно было бы ожидать именно такой точности согласования

радиолокационного изображения с картой при определении места и при установке масштаба. Однако, как показывает опыт, такой точ­ ности совмещения получить не удается, так как, во-первых, радио­ локационные контуры сравнительно расплывчаты, во-вторых, по усло­ виям работы карта слабо освещена, в-третьих, что в основном отно­ сится к совмещению радиолокационного изображения с картой, а не к согласованию масштабов, согласование все время приходится производить в динамике, когда вследствие движения судна радио­ локационная картина хотя и медленно, но непрерывно изменяется.

Поэтому данные случайные ошибки больше величины разрешающей

способности глаза и больше предельной точности графической ра­ боты на карте, т. е. больше 0,2 мм. Априорно их можно принять рав­ ными:

тм— ± 0,4 мм; тс= + 0,8 мм; тц= + 0,4 мм.

Так как все эти ошибки случайные, то складываются они квадратически по формуле

М = ±]Л/п2 + тп^ + /п; + ^= ± /0,82 + 0,42 + 0,82 + 0,42=± 1,3 мм.

Таким образом, место судна в благоприятных условиях, в слу­

чае наличия трех и более надежных «блестящих» точек, располо­

Как видно, место судна определяется с высокой точностью, при­

чем, чем крупнее масштаб используемой карты, тем точность об­ серваций выше. Приведенные теоретические расчеты полностью

подтверждаются практикой. Так, например, для нахождения сред­

ней квадратической ошибки определения места с помощью блока

«Пальма» под руководством доц. Е. П. Чурова был проделан сле­ дующий эксперимент.

47

На открытом рейде с судна, идущего переменными галсами, сбра­ сывались укрепленные на якорях доски. Эти доски не давали ра­ диолокационного отражения. В момент сбрасывания доски опера­

тор, работая на блоке «Пальма», отмечал на карте точку сбрасы­

вания. После этого судно уводилось с рейда и заходилось снова на

рейд. Судно направлялось оператором, который работал на блоке

«Пальма» в штурманской рубке с задраенными иллюминаторами. В момент прохождения судна, по данным оператора, над доской он

давал команду, и выставленные по бортам наблюдатели замеряли

фактическое расстояние до досок.

Рис. 26

Из 120 наблюдений была выведена средняя квадратическая

ошибка, которая была равна 15—20 м.

На блоке «Пальма» место можно определять непрерывно. Пред­ положим, что мы наносили место на карту через 15—20 сек и полу­

чили ряд обсерваций, которые в результате действия случайных оши­ бок расположились каким-то образом вдоль линии курса.

Опишем из каждой обсервации окружность радиусом, равным

средней квадратической ошибки определения места М и проведем вероятнейший путь (рис. 26).

В результате проведения вероятнейшего пути местоположение

судна уточняется, вероятная ошибка каждого определения умень­ шится за счет предыдущих и последующих обсерваций.

Вероятнейшим будет путь, проведенный на рис. 26 сплошной прямой.

Если соединить все места, полученные из обсерваций, измене­ ние курса в каждом отдельном случае должно было достигать от точки к точке до 30—60°, что, конечно, невероятно.

Как известно из теории вероятностей, линию вероятнейшего пути, нужно проводить, пользуясь способом наименьших квадратов, т. е. так, чтобы сумма квадратов длин перпендикуляров, опущенных из точек обсерваций на эту прямую была бы минимальной величиной. Очевидно, что применить этот способ во время прокладки невозмож­ но и мы проводим осредняющую прямую на глаз, допуская при этом некоторую ошибку осреднения. Величина этой ошибки зависит от субъективных качеств судоводителя и его навыка. Для оценки этой

ошибки осреднения нужны специальные исследования, однако без­ условным фактом является то обстоятельство, что чем больше будет обсерваций, тем точнее судоводитель получит вероятнейший путь.

48