Метод перехвата

В астрономической навигации метод перехвата , также известный как метод Марка Сент-Илера , представляет собой метод расчета положения наблюдателя на Земле ( геопозиционирования ). Первоначально он назывался методом перехвата азимута , поскольку этот процесс включает в себя рисование линии, пересекающей линию азимута . Это название было сокращено до перехвата «метод », а расстояние перехвата — до «перехват».

Метод дает линию положения (LOP), на которой находится наблюдатель. Пересечение двух или более таких линий будет определять положение наблюдателя, называемое «фиксацией». Визирования можно снимать через короткие промежутки времени, обычно в сумеречные часы, или с интервалом в час и более (как при наблюдении Солнца в течение дня). В любом случае линии положения, если они взяты в разное время, должны быть выдвинуты вперед или удалены, чтобы внести поправку на движение корабля в интервале между наблюдениями. Если наблюдения проводятся через короткие промежутки времени, максимум несколько минут, исправленные линии положения по соглашению дают «фиксацию». Если линии позиции должны быть продвинуты или удалены на час или более, соглашение требует, чтобы результат назывался «текущим исправлением».

Краткое содержание

Метод перехвата основан на следующем принципе. Фактическое расстояние от наблюдателя до географического положения ( GP ) небесного тела (то есть точки, где оно находится непосредственно над головой) «измеряется» с помощью секстанта . Наблюдатель уже оценил свое положение методом точного счисления и рассчитал расстояние от расчетного положения до ВП тела; разница между «измеренным» и рассчитанным расстояниями называется точкой пересечения.

На диаграмме справа показано, почему зенитное расстояние небесного тела равно угловому расстоянию его ВП от положения наблюдателя.

Предполагается, что лучи света от небесного тела параллельны (если только наблюдатель не смотрит на Луну, которая находится слишком близко для такого упрощения). наблюдателя, Угол в центре Земли, который луч света, проходящий через ВП тела, образует с линией, идущей от зенита равен зенитному расстоянию. Это потому, что это соответствующие углы . На практике нет необходимости использовать зенитные расстояния, которые составляют 90 ° минус высота, поскольку расчеты можно выполнять с использованием наблюдаемой высоты и расчетной высоты.

Прицеливание методом перехвата состоит из следующего процесса:

• Измерьте высоту небесного тела над горизонтом Но и отметьте время наблюдения.
• Предположим, что имеется определенное географическое положение (широта, долгота), не имеет значения какое именно, если оно находится в пределах, скажем, 50 морских миль от фактического положения (или даже 100 морских миль не внесло бы слишком большой ошибки). Вычислите высоту Hc и азимут Zn , с которых наблюдатель, находящийся в этом предполагаемом положении, будет наблюдать тело.
• Если фактическая наблюдаемая высота Ho меньше вычисленной высоты Hc, это означает, что наблюдатель находится дальше от тела, чем наблюдатель в предполагаемом положении, и наоборот. Для каждой минуты дуги расстояние составляет одну милю, а разница между Hc и Ho, выраженная в угловых минутах (которая равна милям), называется «перехватом». Теперь навигатор рассчитал точку пересечения и азимут тела.
• На карте он отмечает предполагаемое положение АП и проводит линию в направлении азимута Зн. Затем он измеряет расстояние пересечения вдоль этой азимутальной линии по направлению к телу, если Ho>Hc, и от него, если Ho<Hc. В этой новой точке он чертит перпендикуляр к линии азимута, которая является линией положения LOP в момент наблюдения.
• Причина, по которой выбранная ТД не важна (в определенных пределах), заключается в том, что если выбрано положение ближе к телу, то Hc будет больше, но расстояние будет измеряться от новой ТД, которая ближе к телу, и конечного результирующего LOP. будет то же самое.

Методология

Схема, иллюстрирующая процесс уменьшения прицела перехвата

Подходящие тела для небесных достопримечательностей выбираются, часто с использованием Rude Star Finder. С помощью секстанта определяют высоту Солнца, Луны, звезды или планеты. имя тела и точное время прицела в формате UTC Записывается . Затем считывают секстант и записывают высоту ( Hs ) тела. После того как все прицелы сняты и записаны, штурман готов начать процесс приведения прицелов и построения графиков.

Первым шагом в уменьшении видимости является исправление высоты секстанта с учетом различных ошибок и поправок. Прибор может иметь погрешность, коррекцию IC или индекса (см. статью о регулировке секстанта ). Преломление в атмосфере корректируется с помощью таблицы или расчета, а высота глаза наблюдателя над уровнем моря приводит к коррекции «наклона» (когда глаз наблюдателя поднят, горизонт опускается ниже горизонтали). Если наблюдалось Солнце или Луна, для определения центра объекта также применяется поправка на полудиаметр. Результирующее значение — «наблюдаемая высота» ( Ho ).

Затем с помощью точных часов географическое положение наблюдаемого небесного объекта ( GP ) просматривается в альманахе. Это точка на поверхности Земли непосредственно под ней (где объект находится в зените ). Широта географического положения называется склонением, а долгота обычно называется часовым углом .

Далее для выбранной позиции (предполагаемой позиции или AP) вычисляются высота и азимут небесного тела. Это включает в себя разрешение сферического треугольника. Учитывая три величины: местный часовой угол ( LHA ), наблюдаемое склонение тела ( dec ) и предполагаемую широту ( lat высоту Hc и азимут Zn ), необходимо вычислить . Местный часовой угол LHA представляет собой разницу между долготой AP и часовым углом наблюдаемого объекта. Он всегда измеряется в западном направлении от предполагаемого положения.

Соответствующие формулы (полученные с использованием сферических тригонометрических тождеств ):

$\sin(Hc)=\sin(lat)\cdot \sin(dec)+\cos(lat)\cdot \cos(dec)\cdot \cos(LHA)$

${\begin{aligned}\tan(Zn)=\tan(Zn\pm 180)&={\frac {\sin(LHA)}{\sin(lat)\cdot \cos(LHA)-\cos(lat)\cdot \tan(dec)}}\triangleq tanZ\\Z&=arctan(tanZ){\text{ }}\in [-90,+90]\\Zn&={\begin{cases}Z&{\text{if }}LHA\in [0,90]\\Z+180&{\text{if }}LHA\in [90,270]\\Z+360&{\text{if }}LHA\in [270,360]&&\equiv {\text{ mod 360}}\\\end{cases}}\\\end{aligned}}$

Регулировка от Z до Zn (которая находится в $[0,360]$, и измерено с севера) имеет две причины:

(1)Углы в [0,360] с одинаковым $\tan$ не является единственным (поскольку $\tan(X)=tan(X\pm 180)$), но $\arctan$ определяется только в $[-90,90]$.

(2) Отрицательный угол необходимо отрегулировать до положительного угла.

или, альтернативно,

${\begin{aligned}\cos(\pm Zn)&={\frac {\sin(dec)-\sin(lat)\cdot \sin(Hc)}{\cos(lat)\cdot \cos(Hc)}}\triangleq cosZ\\Z&=\arccos(cosZ){\text{ }}\in [0,180]\\Zn&={\begin{cases}+Z&{\text{if }}LHA\in [180,360]\\-Z+360&{\text{if }}LHA\in [0,180]\\\end{cases}}\\\end{aligned}}$

Поправка для устранения неоднозначности $\cos$ ценностей имеет схожие причины.

Где

Hc = рассчитанная высота

Zn = рассчитанный азимут (Zn=0 на севере)

Z = предварительный результат для Zn (в некоторых морских альманахах)

широта = широта

дек = Склонение

LHA = местный часовой угол

Эти вычисления можно легко выполнить с помощью электронных калькуляторов или компьютеров, но традиционно существовали методы, в которых использовались таблицы логарифмов или гаверсинусов. Некоторыми из этих методов были HO 211 (Ageton), Дэвиса, гаверсина и т. д. Соответствующая формула гаверсина для Hc :

$\operatorname {hav} ({\overline {Hc}})=\operatorname {hav} (LHA)\cdot cos(lat)\cdot cos(dec)+\operatorname {hav} (lat\pm dec)$

Где Hc — зенитное расстояние или дополнение к Hc .

Hc = 90° - Hc .

Соответствующая формула для Zn:

$\operatorname {hav} (Zn)={\frac {\cos(lat-Hc)-\sin(dec)}{2\cdot \cos(lat)\cdot \cos(Hc)}}$

При использовании таких таблиц, компьютера или научного калькулятора навигационный треугольник вычисляется напрямую, поэтому можно использовать любое предполагаемое положение. Часто используется положение DR счисления пути. Это упрощает построение графика, а также уменьшает любые незначительные ошибки, возникающие при построении сегмента круга в виде прямой линии.

С использованием астральной навигации для воздушной навигации потребовалось разработать более быстрые методы и разработать таблицы заранее рассчитанных треугольников. При использовании заранее рассчитанных таблиц уменьшения видимости выбор предполагаемой позиции является одним из самых сложных шагов для освоения начинающим штурманом. Таблицы уменьшения видимости предоставляют решения для навигационных треугольников целых значений градусов. При использовании предварительно вычисленных таблиц уменьшения видимости, таких как HO 229, предполагаемое положение должно быть выбрано так, чтобы получить целочисленные значения градусов для LHA (местного часового угла) и широты. Западная долгота вычитается, а восточная долгота добавляется к GHA для получения LHA , поэтому точки доступа должны выбираться соответствующим образом. При использовании предварительно рассчитанных таблиц уменьшения зрения для каждого наблюдения и каждого тела потребуется различное предполагаемое положение.

Профессиональные навигаторы делятся по использованию на таблицы уменьшения зрения, с одной стороны, и карманные компьютеры или научные калькуляторы, с другой. Методы одинаково точны. Какой метод использовать, это просто вопрос личных предпочтений. Опытный штурман может сократить прицел от начала до конца примерно за пять минут, используя морские таблицы или научный калькулятор.

Точное местоположение предполагаемого положения не оказывает большого влияния на результат, если оно достаточно близко к фактическому положению наблюдателя. Предполагаемое положение в пределах 1 градуса дуги от фактического положения наблюдателя обычно считается приемлемым.

Вычисленная высота ( Hc ) сравнивается с наблюдаемой высотой ( Ho , высота секстанта ( Hs ), исправленная на различные ошибки). Разница между Hc и Ho называется «перехватом» и представляет собой расстояние наблюдателя от предполагаемого положения. Результирующая линия положения ( LOP ) представляет собой небольшой отрезок круга равной высоты и изображается прямой линией, перпендикулярной азимуту небесного тела. При нанесении небольшого сегмента этого круга на график он рисуется в виде прямой линии, поэтому возникающие крошечные ошибки слишком малы, чтобы быть существенными.

Навигаторы используют средство памяти, «вычисляющее большее расстояние», чтобы определить, находится ли наблюдатель дальше от географического положения тела (измерьте точку пересечения с Hc вдали от азимута). Если Hc меньше Ho , то наблюдатель находится ближе к географическому положению тела, а точка пересечения измеряется от точки доступа в направлении азимута.

Последним шагом в этом процессе является построение линий положения LOP и определение местоположения судна. Каждая предполагаемая позиция сначала наносится на график. Наилучшая практика заключается в том, чтобы затем перемещать или удалять предполагаемые позиции, чтобы внести поправку на движение судна в течение интервала между визированиями. Затем каждая LOP строится на основе связанной с ней точки доступа путем отсчета азимута на тело, измерения точки пересечения по направлению к азимуту или от него и построения перпендикулярной линии положения.

Чтобы получить фиксацию (позицию), эту LOP необходимо пересечь с другой LOP либо из другого прицела, либо из другого места, например, азимут точки суши или пересечение контура глубины, такого как линия глубины 200 метров на карте.

Достопримечательности

До появления спутниковой навигации корабли обычно производили наблюдение на рассвете, в полдень, в полдень (меридиан прохождения Солнца) и в сумерках. Утренние и вечерние снимки были сделаны в сумерках, когда горизонт был виден и звезды, планеты и/или Луна, по крайней мере, в телескоп секстанта . Всегда требуются два наблюдения, чтобы определить местоположение с точностью до мили при благоприятных условиях. Трех всегда достаточно.

Исправление ошибок

Исправление называется текущим исправлением , если один или несколько LOP, использованных для его получения, являются усовершенствованными или извлекаемыми с течением времени. Чтобы получить фиксацию, LOP должен пересекаться под углом, чем ближе к 90°, тем лучше. Это означает, что наблюдения должны иметь разные азимуты. В течение дня, если видно только Солнце, по результатам наблюдения можно получить LOP, но не фиксацию, поскольку необходима еще одна LOP. Что можно сделать, так это сделать первое визирование, которое даст одну LOP, а через несколько часов, когда азимут Солнца существенно изменится, сделать второе визирование, которое даст вторую LOP. Зная расстояние и курс, пройденный за интервал, первую LOP можно переместить на новую позицию, а пересечение со второй LOP даст действующую фиксацию .

Любой прицел можно усовершенствовать и использовать для получения работающего исправления . Возможно, штурман из-за погодных условий смог получить только один вид на рассвете. Полученную в результате LOP можно будет затем расширить, когда позднее утром станет возможным наблюдение Солнца. Точность текущей корректировки зависит от ошибки в расстоянии и курсе, поэтому, естественно, бегущая фиксация имеет тенденцию быть менее точной, чем неквалифицированная фиксация, и штурман должен учитывать свою уверенность в точности расстояния и курса, чтобы оценить результирующую фиксацию. ошибка в работающем исправлении.

Определение координат путем пересечения LOP и продвижения LOP для получения текущих исправлений не является специфическим для метода перехвата и может использоваться с любым методом уменьшения видимости или с LOP, полученными любым другим методом (пеленги и т. д.).

См. также

• Небесная навигация
• Круг равной высоты
• Уменьшение зрения
• Перекресток (аэронавигация)
• Перекресток (сухопутная навигация)
• Навигация
• Широта
• Долгота
• Формула гаверсина
• Долгота по хронометру

Ссылки

• Краткое руководство Николлса, том 1 , Чарльз Х. Браун, экстра-магистр FRSGS
• Морские таблицы Нори под редакцией капитана. АГ Уайт
• Морской альманах 2005 г. , изданный Управлением морских альманахов Ее Величества.
• Навигация для школы и колледжа , А.С. Гарднер и У.Г. Крилман

Внешние ссылки

• Навигационные алгоритмы http://sites.google.com/site/navigationalalgorithms/
• Программа уменьшения прицела WinAstro
• Навигационные таблицы: навигационные треугольники