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文檔簡介

1、航海上陸標方位定位精度分析1緒論船舶定位方法和精度以及與電子海圖能否有效結(jié)合是判斷航海技術(shù)水平的方法之一。全球定位系統(tǒng)(簡稱GPS)可在全球范圍內(nèi)全天候地為海陸空三方的用戶提供連續(xù)的高精度的定位,GPS也已然成為了航海上主要的定位導(dǎo)航系統(tǒng)。但是,GPS畢竟是美國以軍事目的發(fā)展的產(chǎn)物,對于我國的使用者來講,時時被人控制或是監(jiān)控下,實屬不利。而我國的“北斗”定位衛(wèi)星,技術(shù)尚未成熟,覆蓋區(qū)域也不是很廣,所以,如何在特殊情況下保持綜合導(dǎo)航系統(tǒng)的有效性是急需解決的問題。方位定位是最簡單,最直接方便的定位方法,但在實際操作過程中仍然存有較大的誤差,這給船舶的航行到來了一定的安全隱患。所以我們有必要了解方位

2、誤差的來源和實際操作中應(yīng)采取的應(yīng)對措施,從而提高船舶定位精度,保障遠洋船舶的航行安全。2方位定位概述利用羅經(jīng)同時觀測兩個或兩個以上陸標的方位來確定船位的方法和過程稱為方位定位。方位定位具有觀測與作圖簡單、迅速、直觀等優(yōu)點,是最基本和最常用的定位方法之一。理論上講,船上測者P觀測某已知坐標的固定物標M的方位時,這種“船測岸”方位位置線是通過測者P、物標M和近極點Pn(Ps)的恒位線上任何一點,對所測物標M都具有相同的大圓方位。當(dāng)測者和物標同位于北半球或南半球時,恒位線在墨卡托海圖上表現(xiàn)為一條凸向赤道的曲線。但由于所測物標都位于測者視界之內(nèi),兩者之間的距離一般小于30n mile,因此除了在極區(qū)航

3、行外,我們可以用圖上兩點間的直線(恒向線)來代替恒位線進行方位定位。同時觀測兩個或兩個以上的陸標方位,可以獲得同一時刻的兩個或兩個以上的方位位置線,其交點即是觀測時刻的觀測船位。海圖作業(yè)時,在交點上繪畫一小圓圈作為陸標定位的船位符號。2.1 兩方位定位2.1.1 定位的步驟 (1)選擇、辨認物標:選擇易于觀察、明顯孤立、海圖上位置準確的物標。 (2)觀測:觀測物標一的陀螺羅經(jīng)方位或磁方位(GB1/CB1);物標二的陀螺羅經(jīng)方位或磁方位(GB2/CB2) (3)求取物標真方位: TB=GB+G=CB+C(TB:真方位;GB:陀螺方位;CB:羅方位;G:陀螺差;C:羅差) (4)自所測物標反方向繪

4、畫方位位置線:TB1±180°;TB2±180°(因為TB是物標相對我船的方位,所以當(dāng)畫船與物標之間的方位位置線時應(yīng)反方向繪畫) (5)標注:將觀測的時間寫在定位點旁,格式為XX(小時)XX(分鐘)例如:08502.1.2 觀測船位精度 1=2=B =B°d/57.3°sin 1=2=BM= B°57.3°sinD12+D22 圖1 觀測船位 式中和分別是方位位置線的觀測方位系統(tǒng)誤差和隨機誤差,M為船位均方差2.2 三方位定位兩方位陸標定位簡單、直觀,但一般情況下兩條方位位置線總會相交于一點,難以判斷觀測船位的準確

5、性。如條件允許,應(yīng)使用三方位定位法,即同時觀測三個物標的方位來測定船位。三方位定位時,三條方位位置線通常并不相交于一點,而形成一個三角形,在大比例尺海圖上尤為明顯。如果有誤差,會形成較大的三角形以提醒觀測者。另外,通過對誤差三角形的正確處理,還可以減小船位誤差。3方位定位誤差產(chǎn)生的原因?qū)嵤┒ㄎ恢饕姓J、選、測、繪、填5個基本步驟,而誤差源都是從這5個基本步驟上來的。在船上觀測幾個物標方位不能同時進行,當(dāng)船舶在運動時,不同時觀測造成定位誤差。由于換算真方位用的羅經(jīng)差不準確,使在海圖上的物標方位線產(chǎn)生相同讀數(shù)的誤差。由于讀錯、看錯、記錯或畫錯物標方位而導(dǎo)致的錯誤船位是錯誤、粗差。在一般情況下,觀測

6、或繪畫物標方位的誤差不得超過±0.5°,對準確定位的影響比較小。4提高方位船位精度的方法4.1 兩方位4.1.1選擇物標要選擇易于觀察、明顯孤立、海圖上位置準確物標。一般選擇物標觀測點的有:海圖上標有符號的孤立島嶼或山峰,以三角點、埋石點、測站點為觀測點;設(shè)有燈塔、燈樁的島嶼或沿海陸地,以燈塔、燈樁為觀測點;面積較小的明礁,以明礁中部為觀測點;多山峰的島嶼以伸向海的岬角為觀測點;沿岸如有顯著的建筑物,且海圖上有記載,則以該建筑物為觀測點。要選擇交角合適的物標應(yīng)按以下方法:1、用兩標方位定位時,兩標方位線的交角應(yīng)大于30°小于150°,以接近90°

7、;為最好。2、用三標方位定位時,相鄰兩標方位線的交角應(yīng)大于90°,以120°為最好。因為在這種交角下,如儀器有誤差,其準確船位將在誤差三角形內(nèi),容易求得準確的船位;當(dāng)物標分布范圍小于180°時,如儀器有誤差,其準確船位將在誤差三角形外,就不好判別,因此如有可能,應(yīng)選擇分布范圍大于180°的物標。當(dāng)只能選擇分布在180°范圍內(nèi)三個物標時,應(yīng)選擇夾角接近60°的物標;避免出現(xiàn)四點共圓,因為當(dāng)四點共圓時三條方位線交于一點,并和實際船位在同一圓周上,很可能存在誤差很大船位誤差。所以,三標方位定位時,不論三個物標分布在360°范圍內(nèi)還

8、是分布在180°范圍內(nèi),兩物標之間的船位線不宜小于30°。要選擇近距離的物標,為了防止四點共圓,中間物標應(yīng)比左、右兩側(cè)物標近。每個人觀測測物標時產(chǎn)生的誤差與正確值的大小各不相同。4.1.2觀測順序?qū)嶋H工作中,一個駕駛員往往是不可能同時用羅經(jīng)觀測兩個物標的方位的,而是在短時間內(nèi)先后觀測所選物標方位,并以觀測第二個物標的時間作為定位時間,這就必將因船舶的航行而產(chǎn)生船位誤差。除了盡量縮短觀測兩物標方位的時間間隔外,還應(yīng)掌握正確的觀測順序,以減小上述誤差。如圖2所示,在船首尾線附近和正橫附近各有一物標M1和M2,而A,B為T1,T2前后兩個觀測時刻的實際船位。假設(shè)先觀測正橫附近物標

9、M2,得T1時刻的方位位置線P1,在測船首尾線附近物標M1,得T2時刻的方位位置線P2,兩條位置線的交點F1即為T2時刻的觀測船位,F(xiàn)1B即為鄭重觀測順序所產(chǎn)生的誤差。若改換觀測順序,先觀測M1,再觀測M2,則相應(yīng)的觀測船位和誤差分別為F2和F2B。顯然,誤差F2B比誤差F1B小得多。可以證明,為了減小由于不同時觀測所產(chǎn)生的觀測船位誤差,白天應(yīng)先觀測首尾附近的、方位變化慢的物標,后觀測正橫附近的、方位變化快的物標。如果以第一次觀測的時刻T1作為定位時間,則觀測順序剛好相反,即應(yīng)先觀測正橫附近的方位變化快的物標,后觀測首尾附近的方位變化慢的物標。夜間觀測燈標時,應(yīng)本著先難后易的原則,盡量縮短前后

10、兩次觀測的時間間隔,即先測閃光燈,后測定光燈;先測燈光周期長的燈標,后測燈光周期短的燈標;先測燈光弱的,后測燈光強的燈標。盡可能減小觀測中的系統(tǒng)誤差和概率誤差圖2 兩方位定位圖在實習(xí)期間利用雷達兩方位定位測得以下數(shù)據(jù),如表1、2所示。數(shù)據(jù)是兩物標方位定位時方位線夾角不同,觀測順序不同這幾種情況,得出不同情況下的方位誤差,從而進行分析。表1 航行中利用雷達6海里檔所測雷達兩方位定位實測數(shù)據(jù)(方位線夾角不同)序號兩物標方位線夾角(大概)與物標一方位與物標二方位觀測船位實際船位(GPS讀得)距離差1110°10°120°30°32.420N122°0

11、2.101E30°32.419N122°02.084E0.162120°15°135°30°32分.422N122°02.114E30°32.420N122°02.110E0.17390°30°300°30°32.450N122°02.121E30°32.445N122°02.120E0.01460°60°120°30°32.480N122°02.128E30°32.483N1

12、22°02.120E0.12590°60°330°30°32.475N122°02.128E30°32.470122°02.130E0.036120°60°180°30°32.479N122°02.124E30°32.470N122°02.120E0.11770°65°355°30°32.485N122°02.122E30°32.480N122°02.120E0.15830&#

13、176;65°95°30°32.468N122°02.120E30°32.470N122°02.124E0.189130°70°200°30°32.488N122°02.124E30°32.480N122°02.127E0.16表1是比較兩物標之間夾角的不同對定位精度的影響,由上表可見最小的距離差是0.01,此值是夾角為90°是所測。相對比較,兩物標之間夾角與90°相差越大,距離差就越大。由此可見,兩方位定位物標之間夾角越近90°越精準

14、。表2 航行中利用雷達6海里檔所測雷達兩方位定位實測數(shù)據(jù)(物標觀測順序不同)序號船舶航向第一次觀測物標的真方位第二次觀測物標的真方位觀測船位實際船位(GPS讀得)距離差1135°半山45°17#燈浮330°30°34.520N122°04.101E30°34.518N122°04.104E0.0717#燈浮330°半山45°30°34.518N122°04.107E30°34.517N122°04.110E0.03290°下礁10°22#燈浮22

15、0°31°44.228N118°26.969E31°44.228N118°26.964E0.0622#燈浮220°下礁10°31°44.228N118°26.973E31°44.228N118°26.969E0.043220°西馬鞍山島240°7#燈浮300°24°41.091N188°49.344E24°41.093N188°49.342E0.027#燈浮300西馬鞍山島240°24°41.08

16、9N188°49.341E24°41.094N188°49.338E0.06表2是針對觀測順序的不同來比較兩者的精度,船舶上的習(xí)慣一般以第二次觀測的時刻作為定位時間,所以每一組的兩個值相比,很明顯先觀測首尾后觀測正橫的物標誤差更小,更精準。因為是方位定位,正橫處的物標方位變化較快,要做到盡可能同時觀測,則應(yīng)盡量使觀測間隔時間內(nèi),物標的方位變化較小,所以要后觀測正橫方向的物標。4.2三方位圖3 誤差三角形實圖4.2.1船位誤差三角形 三方位定位中,由合理的、不可避免的誤差所引起的三角形稱為船位誤差三角形。船位誤差三角形主要由下列因素所致: (1)并不能真正做到同時觀

17、測三物標方位: (2)觀測方位中,存在觀測誤差; (3)羅經(jīng)差CG本身存在誤差; (4)作圖誤差; (5)所測物標的海圖位置不準所引起的誤差。4.2.2誤差三角形的處理 小誤差三角形的處理 在大C海圖上誤差三角形每邊長<5mm(合理的概率誤差) 當(dāng)誤差三角形近似直角時:觀測船位取近直角處;如圖4(1) 當(dāng)誤差三角形近似等邊:觀測船位取三角形中心;如圖4(2) 當(dāng)誤差三角形近似等腰:觀測船位取近三角形短邊中心;如圖4(3) 當(dāng)誤差三角形近似狹長等腰:觀測船位取短邊中點;如圖4(4) 若附近有危險物:觀測船位取對航行最危險的一點;如圖4(5),三角形附近有兩處危險物,若按原航跡線CA航行,則

18、應(yīng)把a點設(shè)為此時的觀測船位,使得船舶盡量向右轉(zhuǎn);若此時船舶轉(zhuǎn)向到CA,則應(yīng)將b點設(shè)為此時的觀測船位,使得船舶盡量向左轉(zhuǎn),遠離危險物。圖4 大誤差三角形的處理 大誤差三角形:誤差三角形其中至少一邊5mm短時間內(nèi)重復(fù)觀測: 1.D基本消除或明顯縮小原因:可認為是消除粗差后由于合理的隨機誤差所至。處理:同小處理; 2.D的大小與方向無顯著變化:可以認為是系統(tǒng)誤差造成的。如圖5可將三條方位船位線均加(或減)一相同小角度(2°4°),則形成另一新船位誤差三角形abc,然后用直線連接兩三角形對應(yīng)頂點。如果連線相交于一點,則該點就是消除了羅經(jīng)差引起的方位系統(tǒng)誤差后的觀測船位;如果連線相交

19、成一個合理的小三角形,則它就是消除了方位系統(tǒng)誤差后,由于仍存在隨機誤差而形成的小船位誤差三角形,可按上述處理小船位誤差三角形的方法求出觀測船位。圖5 改變羅經(jīng)差法 3.D的大小與方向變化無規(guī)律:可以認為是觀測定位過程中存在較大的隨機誤差。最好采用其他有效的定位方法來進行核對,判斷最概率船位的所在。當(dāng)船位誤差三角形較大又無法縮小時,應(yīng)取三角形反中線之交點為最概率船位。若航行前方有危險物時,則應(yīng)將觀測船位取在三角形最靠近前方危險物處。4.3船位誤差 由于觀測方法的錯誤或者觀測者的粗心大意等過失而產(chǎn)生的誤差稱為粗差。它會使用觀測結(jié)果發(fā)生錯誤,甚至?xí)?dǎo)致航海事故的發(fā)生。這些誤差只要心細多檢查就可以避免

20、。同時, 在一定條件下,進行一系列觀測,其大小和符號保持不變或按一定規(guī)律變化的誤差,稱為系統(tǒng)誤差。主要是由觀測儀器本身的缺陷產(chǎn)生的。如羅經(jīng)誤差屬于系統(tǒng)誤差。此外,外界條件與規(guī)定的標準條件不相符合,也會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。這些誤差只有通過調(diào)整和校正的辦法加以消除,或者準確的改正量加以改正。但不能完全消除或改正,只能減小。另外在大體相同的條件下,進行一系列觀測,出現(xiàn)大小和符號各不相同的誤差稱為偶然誤差或隨機誤差。如人的感官的感覺不夠準確、觀測時的疲勞程度、儀器內(nèi)部和外界條件的微小等,任何一次觀測的偶然誤差的大小和符號都是不可預(yù)計的,因而這些誤差是不可能消除和改正。所以,粗差是應(yīng)該可以防止出現(xiàn)的;系統(tǒng)誤差

21、是可以消除和改正,但系統(tǒng)誤差可能發(fā)生變化。為了減小誤差,我們就應(yīng)對定位進行量化分析,來判斷在航行中是否存在航行安全,并采取相應(yīng)辦法來減小誤差。(1)任何一次觀測均存在誤差,觀測中的誤差必然使觀測船位產(chǎn)生誤差。為了減小觀測誤差對船位的影響,提高觀測船位的準確性,所以我們有必要知道觀測誤差。真值與觀測值之差,稱為觀測誤差。觀測船位誤差可能有不同的方向和大小,所以真船位可能出現(xiàn)在以觀測船位為中心的一定范圍內(nèi)。船位均方差就是以觀測船位為中心的一個船位誤差范圍,真船位在該范圍內(nèi)的概率是一定的。船位均方誤差越大,則誤差范圍越大,觀測船位的準確性越低;反之,觀測船位的準確性越高。因此,船位均方差可能作為評定

22、觀測船位準確性的標準?,F(xiàn)在利用船位均方誤差圓兩標方位船位來求均方差:例:測得A標TB=150°,B標TB=230°在海圖上量得A標距離DA=6海里,B標距離DB=10海里,觀測方位均方差°=±1°,求船位均方差M=?解:根據(jù)公式M= °D12+D2257.3sin得M=0.21海里=2.1鏈例:用三標兩角定位,觀測水平角的均方差°=±4.0',從海圖上量得DA=6海里,DB=8海里,DC=10海里,DAB=8海里,DBC=8海里,A=68.0°,C=51.3°,求船位均方差M=?解:=5

23、1.3°+68.0°=119.3°根據(jù)公式M= °D12+D2257.3sin得:M=0.016海里=30m船舶的定位的精確度,能否按照計劃航行以及航行的安全都增加了難度。為了提高船位準確性,就應(yīng)選擇近距離的物標進行定位,兩角夾角e以90°為最好,一般不小于30°或不大于150°;并提高觀測水平,減小觀測方位的均方差,同時可以減小偶然誤差和系統(tǒng)誤差。(2)觀測順序船舶在航行中,由于測者不能同時觀測兩個物標、必然異時觀測而引起船位誤差。為減少船舶航行對定位的誤差,測者除提高觀測速度、盡可能縮短觀測時間外,還應(yīng)掌握正確的觀測順序

24、。(3)觀測方法1)觀測方位時應(yīng)保持羅盆水平,并在船舶平正那一時刻測的得物標方位,以提高觀測的準確度。2)觀測時,當(dāng)物標的視線恰被船上的建筑物遮蔽時,可以用啞羅經(jīng)或雷達測物標舷角的方法求的。3)為了提高觀測方位的速度,應(yīng)邊觀測邊心記物標方位的讀數(shù)。4.3.1船位誤差的處理假設(shè)觀測中沒有誤差,沿船舶位置一定在位置線上,二條位置線的交點就是沒有誤差的觀測船位。但在實際觀測中,觀測誤差是必然存在的,該位置線只是最或是船位的軌跡,則兩條位置線的交點只能是最或是船位。該最或是船位既存在系統(tǒng)誤差,又存在偶然誤差。由誤差理論可知,方位位置線誤差E應(yīng)該是:系統(tǒng)誤差:E=BB=BD隨機誤差:E=BB=BD式中,B、B分別是方位位置線的觀測方位系統(tǒng)誤差和隨機誤差B為平面方位位置線梯度的模,=1DD為船到物標間的距離。在系統(tǒng)誤差影響下,引起的船位系統(tǒng)誤差為:E=BD12+D22-2D1D2cos=B°d57.3°sinD為兩個物標之間的距離。根據(jù)系統(tǒng)誤

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