СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИСТИННОЙ СКОРОСТИ СУДНА ПО ИЗМЕРЕНИЯМ ДЛИНЫ ПРОБЕГА СУДНА НА ГАЛСЕ ПО ФИКСИРОВАННОМУ СОЗВЕЗДИЮ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ СРЕДНЕОРБИТНОЙ СПУТНИКОВОЙ РАДИОНАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2015 года по МПК G01C21/00 

Изобретение относится к области морской навигации, в частности к способу измерения длины пробега судна на галсе, например, при определении скорости судна.

В морской навигации при определении скорости судна известны способы измерения длины пробега как расстояния между определенными с помощью высокоточных радионавигационных систем с наземными опорными станциями местами судна на моменты времени начала и окончания пробега (Кораблевождение под ред. В.Д. Шандабылова. - Л.: ГУНиО МО, 1972, с.194 [1], Судовые измерители скорости / Под ред. Хребтова А.А. - Л.: Судостроение, 1978, с.218-220 [2]).

Известен способ измерения длины пробега по определениям мест судна теодолитными засечками (Кораблевождение, под ред. В.Д. Шандабылова. - Л.: ГУНиО МО, 1972, с.197 [1]) или с помощью геодезического дальномера (Судовые измерители скорости / Под ред. Хребтова А.А. - Л.: Судостроение. 1978. с.214-216 [2]). Но эти способы могут применяться только в пределах акватории, ограниченной рабочей зоной используемых средств определения места.

Известны также способы определения истинной скорости на визуальной мерной линии, с помощью судовой радиолокационной станции, с помощью радиодоплеровской системы (Судовые измерители скорости / Под ред. Хребтова А.А. - Л.: Судостроение. 1978, с.212-214, 216-218, 220-222 [2]). Данные способы имеют невысокую точность и ограничены по дальности видимости технических средств проведения испытаний.

Известен также способ измерения длины пробега судна по определениям места судна в моменты времени начала и окончания пробега, выполненным по среднеорбитной спутниковой радионавигационной системе, включающий прием радиосигналов космических аппаратов системы, выделение из радиосигналов служебной информации, определение на основе служебной информации состава рабочих созвездий космических аппаратов системы для моментов времени начала и окончания пробега, измерение радионавигационных параметров сигналов космических аппаратов рабочих созвездий в моменты времени начала и окончания пробега, преобразование измеренных радионавигационных параметров в координаты судна на моменты времени начала и окончания пробега и определение длины пробега как расстояния между точками с полученными координатами (Сетевые спутниковые радионавигационные системы, под ред. В.С. Шебшаевича. - М.: Радио и связь, 1993, с.318-323 [3]). Глобальная рабочая зона среднеорбитной спутниковой радионавигационной системы позволяет использовать этот способ на всей акватории Мирового океана в любое время суток и года.

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Практика показывает, что за время выполнения судном пробега на галсе происходит изменение состава космических аппаратов в рабочем созвездии, приводящее к тому, что в различные моменты времени определение координат судна производится по радиосигналам от различающихся по составу космических аппаратов рабочих созвездий. Это вызывает уменьшение систематической составляющей в погрешностях определений мест судна, выполненных в начале и конце пробега, которое ведет к снижению точности измерения длины пробега судна на галсе как расстояния между ними. Получаемая на практике точность измерения длины пробега судна на галсе не соответствует требованиям, предъявляемым к точности измерения длины пробега для определений поправок измерителей скорости судна.

Известны также технические решения (Романов Л.М., Шведов А.К. Моделирование спутниковой радионавигационной системы NAVSTAR. - Зарубежная радиоэлектроника №12, 1987, с.38-40 [4], патенты US №4928107 А, 22.05.1990 [5], US №5751244 А, 12.05.1998 [6], US №5877725 А, 02.03.1999 [7], в которых из числа космических аппаратов системы, находящихся в зоне радиовидимости судовой измерительной аппаратуры в момент выполнения измерений, выбирается рабочее созвездие, содержащее заданное количество космических аппаратов системы, определяемое, как правило, техническими возможностями судовой измерительной аппаратуры, обеспечивающее в сравнении с другими созвездиями наибольшую точность определения места судна в момент выполнения измерений. Однако при указанном выборе состава рабочих созвездий не обеспечиваются измерения радионавигационных параметров сигналов в моменты времени начала и окончания пробега от созвездий с одинаковым составом космических аппаратов, которые достигаются в заявляемом техническом решении.

В известном способе определения длины пробега судна на галсе по определениям места, выполненным по среднеорбитной спутниковой радионавигационной системе, техническим результатом является повышение точности измерения длины пробега судна на галсе как расстояния между определенными с помощью среднеорбитной спутниковой радионавигационной системы местами судна на моменты времени начала и окончания пробега путем сравнения составов рабочих созвездий космических аппаратов системы для моментов времени начала и окончания пробега, выбора группы общих для обоих созвездий космических аппаратов и фиксации выбранной группы космических аппаратов в качестве рабочего созвездия для всего времени выполнения пробега, позволяющей получить координаты судна на моменты измерений с погрешностями, содержащими преобладающую систематическую составляющую (патент RU №2154258 С1, 10.08.2000 [8] - прототип).

При этом технический результат достигается тем, что в известном способе определения длины пробега судна на галсе по определениям места, выполненным по среднеорбитной спутниковой радионавигационной системе [8], заключающемся в приеме радиосигналов от космических аппаратов, выделении из радиосигналов служебной информации, определении на основе служебной информации состава рабочих созвездий космических аппаратов системы для моментов времени начала и окончания пробега, измерении радионавигационных параметров сигналов космических аппаратов рабочих созвездий в моменты времени начала и окончания пробега, преобразовании измеренных радионавигационных параметров в координаты судна на моменты времени начала и окончания пробега и определении длины пробега как расстояния между точками с полученными координатами, определение состава рабочих созвездий космических аппаратов заключается в выборе из общего числа космических аппаратов системы всех космических аппаратов, которые будут находиться в зоне радиовидимости судовой измерительной аппаратуры в планируемые для измерений моменты времени.

При этом известный способ определения длины пробега судна на галсе по определениям места, выполненным по среднеорбитной спутниковой радионавигационной системе [8], отличается тем, что после определения состава рабочих созвездий на моменты времени начала и окончания пробега производится сравнение их составов и выбор группы общих для обоих созвездий космических аппаратов. Выбранная группа космических аппаратов фиксируется в качестве рабочего созвездия для обоих моментов времени измерений, после чего измерения радионавигационных параметров в моменты времени начала и окончания пробега производятся по сигналам космических аппаратов фиксированного рабочего созвездия.

Однако фиксация состава космических аппаратов в рабочих созвездиях для измерений радионавигационных параметров в моменты времени начала и окончания пробега обеспечивает выполнение этих измерений с сильно коррелированными погрешностями, возникающими в результате проявления погрешностей эфемерид космических аппаратов, уходов шкал времени космических аппаратов и влияния ионосферы и тропосферы на распространение радиосигналов, что приводит к получению координат судна на моменты измерений с преобладающими систематическими погрешностями. При этом, для исключения из измерений информации от системы космических аппаратов, видимых только в одной из точек наблюдений, следует провести фиксацию рабочего созвездия судовым приемоиндикатором спутниковой навигационной системы на период измерений (выполнения пробега на мерном галсе).

Для фиксации единого рабочего созвездия космических аппаратов на период измерений координат места необходимо решить в судовом приемоиндикаторе спутниковой навигационной системы задачу целеуказания на предполагаемые моменты времени начала и окончания пробега на мерном галсе и при этом, запретив к использованию в навигационных сеансах информацию от космических аппаратов с номерами, не повторяющимися в обоих созвездиях, но и при выполнении данного условия, в окончательных результатах определения длины пробега будут присутствовать погрешности, обусловленные проявлением инструментальных погрешностей судового приемоиндикатора спутниковой навигационной системы, многолучевостью радиосигнала, воздействием помех соответственно в начальной и конечной точках пробега судна на мерном участке, а также значения соответственно пространственного геометрического фактора и геометрического фактора при определении координат места на плоскости.

Это обусловлено тем, что при любом взаимном пространственном расположении спутника и приемной антенны возможно существование некоторой ограниченной области окружающего антенну пространства, которые реализует зеркальное отражение сигналов спутника в направлении приемной антенны (теория микрорефлекторов, или "блестящих" точек).

Область зеркального отражения (мгновенный рефлектор) при взаимном движении спутника и потребителя также перемещается относительно антенны. Это перемещение с учетом реальной предметной обстановки в окрестности антенны может состоять из гладких отрезков траекторий и конечных скачков.

Из-за неизбежных потерь сигнала при отражении и затухании отраженного сигнала его амплитуда в антенне всегда меньше амплитуды прямого сигнала и быстро убывает с увеличением расстояния до отражающего центра.

Существенный вклад двух и более источников отражений в ошибке измерения дальности и фазы маловероятен, особенно для приемников с узкостробовым коррелятором, поскольку область отражений, воспринимаемых этим приемником, ограничена кругом с радиусом в 1,5 длины дальномерного строба (≈45 м для GPS и 75 м для GLONASS), хотя в некоторых работах такая возможность не исключается (Christopher Y. Comp and Penina Axelrad. An adaptive SNR-based carrier phase multipath mitigation technique, Proc. of ION GPS-96. Pp.683-696. Gadallah EL-Sayed A., Meiz Pachter and Steward L. De Vilbiss. Design of GPS Receiver Code and Carrier Tracking Loops for Multipath Mitigation, Proc. of ION-98. Pp.1041-1053 [9, 10]). Однако необходимо отметить, что наличие нескольких отражений существенно усложняет процедуры их обработки.

Кроме того, известный способ [8] может быть использован для определения истинной скорости судов, оснащенных лагами, приемные устройства которых размещены за пограничным слоем воды, возмущаемой корпусом судна, и измерение скорости не связано с погрешностями, обусловленными свойствами подстилающей поверхности (Судовые измерители скорости / Под ред. Хребтова А.А. - Л.: Судостроение, 1978, с.97-98).

Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей способа определения длины пробега судна на галсе по определениям места, выполненным по среднеорбитной спутниковой радионавигационной системе, с одновременным уменьшением влияния негативных факторов при определении истинной скорости судна.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения истинной скорости судна по измерениям длины пробега судна на галсе по фиксированному созвездию космических аппаратов среднеорбитной спутниковой радионавигационной системы, включающем прием радиосигналов космических аппаратов, выделение из радиосигналов служебной информации, определение на основе служебной информации составов рабочих созвездий космических аппаратов системы для моментов начала и окончания пробега, измерение радионавигационных параметров сигналов космических аппаратов рабочих созвездий в указанные моменты начала и окончания пробега, преобразование измеренных параметров в координаты места судна на моменты начала и окончания пробега и определение длины пробега как расстояния между точками с полученными координатами, в котором после определения на основе служебной информации составов рабочих созвездий космических аппаратов системы для моментов начала и окончания пробега сравнивают составы этих созвездий, выбирая группу общих для обоих созвездий космических аппаратов, и фиксируют выбранную группу в качестве единого рабочего созвездия для всего времени выполнения пробега, в котором в отличие от известного технического решения [8] для всего времени выполнения пробега одновременно с приемом радиосигналов от космических аппаратов дополнительно определяют и оценивают остаточные погрешности доплеровского радиолага на основном скоростном режиме, вычисляют апостериорные средние квадратические погрешности скорости по лагу, для компенсации крена и дифферента вычисляют искомые горизонтальные составляющие вектора скорости.

Предлагаемый способ реализуется посредством совмещенного приемоиндикатора радионавигационных и спутниковых навигационных систем, который состоит из антенного блока, приемоиндикатора и сетевого адаптера и обеспечивает автоматический выбор оптимального созвездия навигационной аппаратуры ГЛОНАСС и GPS, а в зоне действия РНС прием сигналов от наземных станций; интегральную оценку ожидаемой точности определения текущих координат; ввод и обработку корректирующей информации в соответствии с RTCM SC-104; решение навигационной задачи при работе в дифференциальном режиме; ввод и хранение до 500 маршрутных точек и до 50 маршрутов движения; запоминание текущих координат в качестве маршрутной точки; расчет расстояния и направления между двумя маршрутными точками движения по маршруту с выработкой параметров отклонения от маршрута; вывод координат в системе координат WGS-84, П3-90, СК-42 или в системе координат, параметры которой задаются оператором посредством навигационного пульта управления 2; выбор береговых РНС различного радиуса действия (ближнего, дальнего) и определения координат по их сигналам с оценкой точности. В конкретном устройстве применен приемоиндикатор типа NT-300. Прием и обработка сигналов системы GPS производится по пяти каналам, а системы ГЛОНАСС по трем каналам.

В отличие от известного технического решения [8] для всего времени выполнения пробега одновременно с приемом радиосигналов от космических аппаратов дополнительно определяют и оценивают остаточные погрешности доплеровского радиолага на основном скоростном режиме, вычисляют апостериорные средние квадратические погрешности скорости по лагу, для компенсации крена и дифферента вычисляют искомые горизонтальные составляющие вектора скорости.

Прием сигналов от искусственных спутников Земли осуществляется совмещенным приемоиндикатором радионавигационных и спутниковых навигационных систем, что позволяет использовать также дифференциальный режим работы.

Предлагаемый способ определения истинной скорости судна при измерении длины пробега судна по фиксированному созвездию космических аппаратов среднеорбитной спутниковой радионавигационной системы осуществляется следующим образом.

Определения координат места судна производят посредством приемника 1 спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС. Перед началом пробега осуществляется прием радиосигналов космических аппаратов системы ГЛОНАСС и выделение из них служебной информации. На основе служебной информации определяется состав рабочих созвездий космических аппаратов системы ГЛОНАСС на предполагаемые моменты времени начала и окончания пробега. Оператор аппаратуры потребителя сравнивает между собой полученные составы рабочих созвездий и выявляет космические аппараты системы, не повторяющиеся в обоих рабочих созвездиях. Выявленные таким образом космические аппараты исключаются из измерений путем введения команды запрета в аппаратуру потребителя. Этим обеспечивается работа аппаратуры в период времени выполнения судном пробега по фиксированному рабочему созвездию. В моменты времени начала и окончания пробега судна на галсе производятся измерения псевдодальностей до космических аппаратов фиксированного созвездия, которые автоматически преобразуются в координаты места судна на моменты измерений.

Одновременно принимают сигналы станции РНС, передающей дифференциальные поправки.

Длина пробега определяется как расстояние между точками с полученными координатами по формуле D=(Δx²+Δy²)^1/2, где Δx и Δy - разности одноименных координат.

При выполнении судном пробега между точками с зафиксированными координатами измеряют углы крена и дифферента, например, посредством инерциальной навигационной системы или датчиками линейных и угловых перемещений, скорость и направление течения, например, посредством акустического измерителя течения, скорость и направление ветра, например, посредством судового измерителя ветра.

Далее, например, при проверке доплеровского радиолага (ДРЛ) по скорости определяют коэффициент ДРЛ по скорости на основном скоростном режиме с выполнением трех-четырех взаимно противоположных пробегов.

При движении судна заданным курсом и установившейся скоростью по команде штурмана «Начать замеры» по приемоиндикатору с интервалом 10-20 с фиксируют не менее четырех значений оперативного времени (t_н1÷t_н4) и соответствующие этим моментам координаты места судна (φ_н1÷φ_н4; λ_н1÷λ_н4).

Оператор, обслуживающий ДРЛ, регистрируют не менее четырех начальных отсчетов пройденного расстояния по линии пути (S_нл1÷S_нл4) и в соответствующие им моменты запускают секундомеры.

По истечении 5-6 мин с начала первой засечки по РНС при юстировке на скорости до 50 уз и 3-4 мин при юстировке на скорости 200-300 уз по команде штурмана «Окончить замеры» по приемоиндикатору фиксируют моменты времени (t_к1÷t_к4) и координаты судна (φ_к1÷φ_к4; λ_к1÷λ_к4).

Оператор на ДРЛ фиксирует отсчеты пройденного расстояния (S_кл1÷S_кл4) и останавливают секундомеры (t_л1÷t_л4).

Далее вычисляют единичные скорости по лагу на i-м пробеге по формуле:

$$V_{{л}_{ij}}=\frac{S_{{л}_{ij}}^{к}-S_{{л}_{ij}}^{н}}{t_{{л}_{ij}}}$$

Вычисляют скорость по лагу на i-м пробеге по формуле:

$$V_{{л}_j}=\frac{{\displaystyle \sum {}_{j=1}^n{V}_{{л}_{ij}}}}{n}$$

Вычисляют единичные абсолютные скорости на i-м пробеге по формуле:

$$V_{ij}=\frac{60\sqrt{\Delta {\varphi }_{ij}^2+{\omega }_{ij}^2}}{\Delta t_{ij}}$$

где Δt_ij=t_кjj-t_нj - время пробега мерного участка между j-ми измерениями в начале и конце пробега, ч;

Δφ_ij - разность широт между j-ми измерениями на пробеге, градус, вычисляется по формуле:

$$\Delta {\varphi }_{ij}=\frac{{\varphi }_{ij}^{к}-{\varphi }_{ij}^{н}}{C_1\sqrt{{\left(1-C_3\cdot {\sin }^2{\varphi }_{c{p}_{ij}}\right)}^3}}$$

$${\varphi }_{c{p}_{ij}}=\frac{{\varphi }_{ij}^{к}+{\varphi }_{ij}^{н}}{2}$$

ω_ij - отшествие между j-ми измерениями на пробеге, градус. Вычисляется по формуле:

$${\omega }_{ij}=\frac{({\lambda }_{ij}^{к}-{\lambda }_{ij}^{н})\cos {\varphi }_{c{p}_{ij}}}{C_2\sqrt{1-C_3{\sin }^2{\varphi }_{c{p}_{ij}}}}$$

C₁=1,0049174; C₂=9,9819105·10^-1; C₃=6,6934216·10^-3 - константы эллипсоида Красовского.

Вычисляют абсолютную скорость на i-м пробеге по формуле:

$$V_i=\frac{{\displaystyle \sum {}_{j=1}^n{V}_{ij}}}{n}$$

При необходимости выполняют последующие пробеги и повторяют вычисления для каждого последующего пробега.

Вычисляют относительную скорость по лагу на основном скоростном режиме:

$$V_{o_{л}}=\frac{V_{{л}_1}+2V_{{л}_2}+V_{{л}_3}}{4}$$ - при трех пробегах;

$$V_{o_{л}}=\frac{V_{{л}_1}+3V_{{л}_2}+3V_{{л}_3}+V_{{л}_4}}{8}$$ - при четырех пробегах.

Вычисляют абсолютную истинную относительную скорость (V_o) на основном скоростном режиме по формулам

V_oл=V_o1+2V_o2+V_o3/4 - при трех пробегах;

V_oл=V_o1+3V_o2+3V_o3+V_o4/8 - при четырех пробегах.

Вычисляют коэффициент ДРЛ по скорости на основном скоростном режиме:

$${К}_{л}=\frac{V_o}{V_{o_{л}}}$$

Вводят коэффициент К_л в корректирующее устройство ДРЛ.

Определяют и оценивают остаточные погрешности ДРЛ на основном скоростном режиме.

Выполняют два-три взаимно противоположных пробега и производят соответствующие вычисления.

Вычисляют апостериорные средние квадратические погрешности скорости по лагу и абсолютной скорости на i-м пробеге по формулам:

$$m_{V_{{л}_i}}=\sqrt{\frac{{\displaystyle \sum {}_{j=1}^n{\left(V_{{л}_i}-V_{{л}_j}\right)}^2}}{n\left(n-1\right)}}$$ ; $$m_{V_i}=\sqrt{\frac{{\displaystyle \sum {}_{j=1}^n{\left(V_{ij}-V_i\right)}^2}}{n\left(n-1\right)}}$$

Вычисляют апостериорные средние квадратические погрешности относительной скорости по лагу и абсолютной относительной скорости на основном скоростном режиме по формулам:

$$m_{V_{o_i}}=\sqrt{\frac{m_{{л}_i}^2+m_{{л}_j}^2}{2}}$$ ; $$m_{V_o}=\sqrt{\frac{m_{V_1}^2+m_{V_2}^2}{2}}$$ ; при двух пробегах;

$$m_{V_{o_i}}=\sqrt{\frac{m_{{л}_{i1}}^2+{\left(2m_{{л}_2}\right)}^2+m_{{л}_{i3}}^2}{4}}$$ ; $$m_{V_o}=\sqrt{\frac{m_{V_1}^2+{\left(2m_{V_2}\right)}^2+m_{V_3}^2}{4}}$$ ; при трех пробегах;

Оценивают остаточные апостериорные погрешности ДРЛ на основном скоростном режиме на соответствие неравенствам:

m_Vол≤m_Vлн, если m_Vо≤m_Vлн/3, $$m_{Vо\text{л}}\le \sqrt{m_{V_{лн}}^2+m_{V_{о}}^2}$$ , если m_Vo>m_Vлн/3.

При необходимости определяют и оценивают остаточные погрешности ДРЛ по скорости на других скоростных режимах с выполнением двух-трех взаимно противоположных пробегов. При несоответствии остаточной погрешности по скорости требованиям на основном скоростном режиме в показания лага вводят соответствующие поправки (компенсацию дестабилизирующих факторов). При этом компенсация сводится к следующим расчетам.

Для компенсации крена и дифферента вычисляются искомые горизонтальные составляющие вектора скорости, соответственно V_x, V_y:

$$V_x=V_{лх}(1+\Psi /\stackrel{2}{2})+\Psi V_z$$ ; $$V_y=V_{лу}(1+\stackrel{2}{\theta }/2)+\theta V_z$$ ,

V_лх, V_лу - измеренные лагом составляющие вектора скорости;

V_z - вертикальная составляющая вектора скорости.

$$V_0=\sqrt{V_x^2+V_y^2}$$ - полный вектор скорости.

Поверхность воды, относительно которой ДРЛ измеряет скорость, перемещается ветром и течением. Это перемещение вызывает изменение измеряемой ДРЛ скорости. Изменения скорости ДРЛ, обусловленные перемещением водной поверхности ветром и течением, обозначены составляющими лаговой скорости: $$V_{пв}$$ , $$V_{пт}^{п}$$ , $$V_{пт}^{вп}$$ .

Составляющая лаговой скорости V_пв вызвана влиянием перемещения поверхности воды ветром. Это влияние имеет место при движении судна как в водоизмещающем положении, так и в полете или на воздушной подушке (ДРЛ являются штатными измерителями скорости, включая суда на воздушной подушке и экранопланы).

Составляющая V_пв вычисляется в соответствии с формулой, исходным параметром для которой является скорость истинного ветра

$$V_{вп}=\mathrm{0,329}{V}_{ив}^{\mathrm{0,56}}$$ ;

где V_ив - скорость истинного ветра, м/с.

Параметры истинного ветра определяются с помощью судового измерителя ветра или визуальной оценкой степени волнения, переводимой в скорость истинного ветра в соответствии с таблицей приложения 5 ПНГМО-К-86 (Л., ГУНиО МО СССР, адм. №9151) и таблицами 49 и 506 Мореходных таблиц (Л., ГУНиО МО СССР, адм. №9011). При этом направление волнения принимается за направление истинного ветра, т.е. входящим в компас.

Составляющая V_пв вычитается из лаговой скорости при встречном ветре и прибавляется - при попутном.

Продольная и поперечная составляющие скорости V_пв вычисляются по формулам:

V_хвп=V_пвcos q_ив

V_упв=V_пвsin q_ив,

где q_и - курсовой угол истинного ветра в четвертом счете, град.

Составляющая V_хвп вычитается из продольной составляющей лаговой скорости V_лх при встречном ветре и прибавляется - при попутном.

Составляющая V_упв вычитается из абсолютного значения поперечной составляющей V_лу при встречном ветре с борта одноименного с поперечной составляющей V_лу и прибавляется - при курсовых углах ветра других направлений.

Составляющая $$V_{пт}^{п}$$ обусловлена влиянием на показания ДРЛ перемещения водной поверхности при движении судна в полете. Значение $$V_{пт}^{п}$$ равно скорости течения в районе полета, т.е. $$V_{пт}^{п}=V_{т}$$ . Скорость течения V_т в районе полета выбирается из Атласа морских течений.

Составляющая $$V_{пт}^{п}$$ вычитается из лаговой скорости V_л при встречном течении и прибавляется - при попутном.

Продольная и поперечная составляющие скорости $$V_{пт}^{п}$$ вычисляется по формулам:

$$V_{хпт}^{п}=V_{пт}^{п}\cos q_t$$ ; $$V_{упт}^{п}=V_{пт}^{п}\sin q_t$$ ,

где q_т - курсовой угол течения в четвертом счете, град.

Составляющая $$V_{хпт}^{п}$$ вычитается из лаговой скорости V_лх при встречном течении и прибавляется - при попутном.

Составляющая $$V_{упт}^{п}$$ вычитается из абсолютного значения поперечной составляющей V_лу при встречном течении с борта одноименного с поперечной составляющей V_лу и прибавляется - при других направлениях течения.

Составляющая $$V_{пт}^{вп}$$ обусловлена частичным влиянием на показания ДРЛ перемещения поверхности воды течением при движении судна на воздушной подушке. Коэффициент связи корпуса судна с водной средой L при движении на воздушной подушке является конструктивным параметром и его значение находится в пределах 0<L<1. При отсутствии данных о коэффициенте L рекомендуется его значение принимать равным L=0,5, тогда составляющая $$V_{пт}^{вп}$$ будет равна 0,5V_т. Составляющая $$V_{пт}^{вп}$$ вычитается из лаговой скорости V_л при встречном течении и прибавляется - при попутном.

Продольная и поперечные составляющие скорости VnT вычисляются по формулам:

$$\begin{array}{l}{V}_{x_{пт}}^{вп}=V_{пт}^{вп}\cos q_{т}=\mathrm{0,5}{V}_{т}\cos q_{т}\\ V_{y_{пт}}^{вп}=V_{пт}^{вп}\sin q_{т}=\mathrm{0,5}{V}_{т}\sin q_{т}\end{array}\}$$

Составляющая $$V_{хпт}^{п}$$ вычитается из продольной составляющей V_лх при встречном течении и прибавляется - при попутном.

Составляющая $$V_{упт}^{п}$$ вычитается из абсолютного значения поперечной составляющей V_лу при встречном течении с борта одноименного с поперечной составляющей V_лу и прибавляется - при других направлениях течения.

Погрешности составляющих $$V_{пв}$$ , $$V_{пт}^{п}$$ , $$V_{пт}^{вп}$$ обусловлены погрешностями методов и средств, с помощью которых они определяются.

Погрешность m_vпв составляющей V_пв определяется погрешностью измерения ветра и вычисляется по формуле m_vпв=0,329 m_vив, где m_vив - СКП измерения скорости ветра, м/с. Выбирается из формуляра измерителя параметров ветра. При определении скорости ветра по визуальной оценке степени волнения погрешность m_vив принимается равной ±2 м/с.

Погрешность $$m_{vп\text{т}}^{п}$$ составляющей $$V_{пт}^{п}$$ обусловлена погрешностью скорости течения в районе полета судна. При использовании атласов морских течений погрешность $$m_{vп\text{т}}^{п}$$ принимается равной:

$$m_{vп\text{т}}^{п}=m_{vт}=1/3V_{т}$$ , где m_vт - СКП скорости течения, уз.

При отсутствии атласов морских течений погрешность $$m_{vп\text{т}}^{п}$$ принимается равной: 0,5÷4,0 уз в районах со значительным приливо-отливным течением, 0,2÷0,3 уз - в прибрежных районах, 0,3÷0,5 уз - в открытом море.

Погрешность $$m_{vп\text{т}}^{п}$$ составляющей $$V_{пт}^{вп}$$ принимается равной 0,5 m_vт.

Погрешность ДРЛ по скорости при исключении из его показаний составляющих скорости $$V_{пв}$$ , $$V_{пт}^{п}$$ , $$V_{пт}^{вп}$$ в зависимости от режима движения судна вычисляется по формулам:

$$m_{vл}=\sqrt{m_{v\text{ли}}^2+m_{v\text{пв}}^2}$$ - в водоизмещающем положении;

$$m_{vл}=\sqrt{m_{v\text{ли}}^2+m_{v\text{пв}}^2+m_{v\text{пт}}^{вп2}}$$ - на воздушной подушке;

$$m_{vл}=\sqrt{m_{v\text{ли}}^2+m_{v\text{пв}}^2+m_{v\text{пт}}^{вп2}}$$ - в полете,

где m_vли - СКП ДРЛ по скорости, уз. Выбирается из формуляра лага.

Погрешность ДРЛ по скорости при исключении из его показаний составляющей V_пв при движении судна в водоизмещающем положении со скоростью 15 уз, при m_vли=0,2 уз;

m_vпв=0,6 уз, будет равна m_vл=0,63 уз.

Погрешность ДРЛ по скорости при движении судна на воздушной подушке при исключении из его показаний составляющих V_пв и $$V_{пт}^{вп}$$ для скоростей 30, 40 и 50 уз m_vл=0,2; 0,3; 0,4 уз и m_vвп=0,6 уз.

Погрешности ДРЛ по скорости при движении судна в полете при исключении из его показаний составляющих V_пв, $$V_{пт}^{п}$$ , для скоростей V=200; 300 уз; m_vли=0,3; 0,4 уз; m_vпв=0,6 уз; $$m_{vп\text{т}}^{п}=\mathrm{0,2};\mathrm{0,4};\mathrm{0,6}$$ уз.

Погрешность ДРЛ по скорости при не исключении из его показаний составляющих скорости $$V_{пв}$$ , $$V_{пт}^{п}$$ , $$V_{пт}^{вп}$$ в зависимости от режима движения судна вычисляется по формулам:

$$m_{V_{л}}^{\Sigma }=\sqrt{m^2{V}_{{л}_{и}}+\frac{V_{пв}^2}{3}}$$ - в водоизмещающем положении;

$$m_{V_{л}}^{\Sigma }=\sqrt{m^2{V}_{{л}_{и}}+\frac{V_{пв}^2+{\left(V_{пт}^{пв}\right)}^2}{3}}$$ - на воздушной подушке;

$$m_{V_{л}}^{\Sigma }=\sqrt{m^2{V}_{{л}_{и}}+\frac{V_{пв}^2+{\left(V_{пт}^{в}\right)}^2}{3}}$$ - в плете,

где $$m_{V_{л}}^{\Sigma }$$ - суммарная СКП ДРЛ по скорости, уз;

$$V_{пв}$$ , $$V_{пт}^{п}$$ , $$V_{пт}^{вп}$$ - составляющие скорости в качестве не исключенных систематических погрешностей ДРЛ по скорости за счет влияния перемещения водной поверхности ветром и течением, уз.

Значения суммарной погрешности ДРЛ по скорости для различных режимов движения судна без компенсации дестабилизирующих факторов могут составлять от 0,25 уз до 1,7 уз.

Предлагаемый способ измерения длины пробега судна на галсе может быть реализован с использованием любой аппаратуры потребителей среднеорбитной спутниковой навигационной системы и радионавигационной системы с возможностью выбора наиболее эффективной системы для района проведения испытаний.

Источники информации

1. Кораблевождение под ред. В.Д. Шандабылова. - Л.: ГУНиО МО, 1972, с.194, 197.

2. Судовые измерители скорости под ред. А.А. Хребтова. - Л.: Судостроение, 1978, с.212-222.

3. Сетевые спутниковые радионавигационные системы под ред. В.С. Шебшаевича. - М.: Радио и связь, 1993, с.318-323.

4. Романов Л.М., Шведов А.К. Моделирование спутниковой радионавигационной системы NAVSTAR. - Зарубежная радиоэлектроника №12, 1987, с.38-40.

5. Патент US №4928107 А, 22.05.1990.

6. Патент US №5751244 А, 12.05.1998.

7. Патент US №5877725 А, 02.03.1999.

8. Патент RU №2154258 С1, 10.08.2000.

9. Christopher Y. Comp and Penina Axelrad. An adaptive SNR-based carrier phase multipath mitigation technique, Proc. of ION GPS-96. Pp.683-696.

10. Gadallah EL-Sayed A., Meiz Pachter and Steward L. De Vilbiss. Design of GPS Receiver Code and Carrier Tracking Loops for Multipath Mitigation, Proc. of ION-98. Pp.1041-1053.

Изобретение относится к области морской навигации и может быть использовано, в частности, для определения скорости судна. Предложенный способ определения истинной скорости судна по измерениям длины пробега судна на галсе по фиксированному созвездию космических аппаратов среднеорбитной спутниковой радионавигационной системы заключается в том, что осуществляют прием радиосигналов космических аппаратов, выделение из радиосигналов служебной информации, определение на основе служебной информации составов рабочих созвездий космических аппаратов системы для моментов начала и окончания пробега, измерение радионавигационных параметров сигналов космических аппаратов рабочих созвездий в указанные моменты начала и окончания пробега, преобразование измеренных параметров в координаты места судна на моменты начала и окончания пробега и определение длины пробега как расстояния между точками с полученными координатами, в котором после определения на основе служебной информации составов рабочих созвездий космических аппаратов системы для моментов начала и окончания пробега сравнивают составы этих созвездий, выбирая группу общих для обоих созвездий космических аппаратов и фиксируют выбранную группу в качестве единого рабочего созвездия для всего времени выполнения пробега. При этом для всего времени выполнения пробега одновременно с приемом радиосигналов от космических аппаратов дополнительно определяют и оценивают остаточные погрешности доплеровского радиолага на основном скоростном режиме, вычисляют апостериорные средние квадратические погрешности скорости по лагу, для компенсации крена и дифферента, вычисляют искомые горизонтальные составляющие вектора скорости. Данное изобретение направлено на расширение функциональных возможностей способа определения длины пробега судна на галсе по определениям места при одновременном уменьшении влиянии негативных факторов при определении истинной скорости судна.

Способ определения истинной скорости судна по измерениям длины пробега судна на галсе по фиксированному созвездию космических аппаратов среднеорбитной спутниковой радионавигационной системы, включающий прием радиосигналов космических аппаратов, выделение из радиосигналов служебной информации, определение на основе служебной информации составов рабочих созвездий космических аппаратов системы для моментов начала и окончания пробега, измерение радионавигационных параметров сигналов космических аппаратов рабочих созвездий в указанные моменты начала и окончания пробега, преобразование измеренных параметров в координаты места судна на моменты начала и окончания пробега и определение длины пробега как расстояния между точками с полученными координатами, в котором после определения на основе служебной информации составов рабочих созвездий космических аппаратов системы для моментов начала и окончания пробега сравнивают составы этих созвездий, выбирая группу общих для обоих созвездий космических аппаратов и фиксируют выбранную группу в качестве единого рабочего созвездия для всего времени выполнения пробега, отличающийся тем, что для всего времени выполнения пробега одновременно с приемом радиосигналов от космических аппаратов дополнительно определяют и оценивают остаточные погрешности доплеровского радиолага на основном скоростном режиме, вычисляют апостериорные средние квадратические погрешности скорости по лагу, для компенсации крена и дифферента, вычисляют искомые горизонтальные составляющие вектора скорости.