Файл: Скворцов, М. И. Теория и практика решения задач кораблевождения с учетом влияния систематических ошибок учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.10.2024
Просмотров: 99
Скачиваний: 0
Если /л-у = 0 |
(слагаемые |
величины некоррелированы), |
||
то |
|
|
|
|
|
= |
4 |
+ |
( 2 Л 1 ° ) |
Если /'л-у=±1 (слагаемые |
величины линейно |
зависи |
||
мы), то |
|
|
|
|
|
= |
|
±°у) я - |
(2.1П) |
Если ошибки счисления на частных курсах взаимно не |
||||
зависимы, то их |
сумма должна характеризоваться |
векто |
риальной ошибкой, отыскиваемой как результат квадратического сложения векториальных ошибок слагаемых ве личин. Правила такого квадратического сложения, являю щегося геометрической интерпретацией сложения корре ляционных матриц (§ 3.5) и обобщения формулы (2.110) на двухмерные случайные величины, изложены во многих пособиях [28, стр. 346—347], [34, гл. 1, § 4], [82, стр. 131 — 135], [59, § 60], поэтому нет необходимости останавливать
ся на |
этом вопросе. |
|
В рассматриваемом случае так подходить |
к оценива |
|
нию суммарной ошибки нельзя, поскольку |
слагаемые |
|
«ошибки |
взаимно независимыми не являются |
(постоянная |
ошибка курсоуказания на всех частных курсах одинакова, то же можно сказать о постоянной ошибке в , поправке лага). Чтобы учесть это обстоятельство, применим способ, который условно назовем векторным (линейным) сложе нием векториальных ошибок. Он является графической интерпретацией формулы (2.111).
Пусть надо оценить ошибку счисления, происходящую вследствие постоянной ошибки в поправке компаса. Век ториальные ошибки счисления на частных курсах вычис лим по формуле (2.107), затем заменим каждую из них вектором, направление которого совпадает с направлением линии курса, повернутым на 90° по часовой стрелке, а мо дуль равен модулю векториальной ошибки. Нетрудно убе диться, что, если геометрически сложить полученные век торы и затем приписать их сумме два взаимно противопо ложных направления ( ± ) , получится тот же результат, что и при непосредственном оценивании векториальной ошибки по формуле (2.107), если подставить гуда гене ральное плавание корабля.
Аналогично следует поступать и при оценивании влия ния систематической ошибки в поправке лага, но заменяя шрп этом векториальную ошибку счисления на очередном1
91
частном курсе вектором, направление которого совпадает с направлением относительного перемещения на этом кур се. Таким образом, при оценивании суммы взаимно неза висимых (случайных) направленных ошибок должно при
меняться |
квадратическое |
сложение |
векториальных оши |
|
бок, их характеризующих; |
при оценивании |
суммы система |
||
тических |
направленных |
ошибок |
должно |
производиться |
геометрическое (линейное) сложение векториальных оши бок.
Отклонение zx(t) мгновенного значения ошибки курсоуказания в рассматриваемый момент времени от ее сред него значения, как уже упоминалось в § 2.1, может быть описано как стационарный случайный процесс с корреля ционной функцией (2.5). Обусловленная этой причиной
ошибка счисления, накопившаяся за |
время /, будет равна |
i |
|
ё а ( 0 = \v^(t)zx(t)-j{t)dt. |
(2.112) |
о |
|
Если заданный рулевому компасный курс неизменен, рассматриваемая ошибка счисления перпендикулярна ли
нии курса корабля. Если и скорость хода |
V |
не ме |
||||||
няется, то, |
выражая величину |
о к ( м ) |
в градусах, |
диспер |
||||
сию этой ошибки |
счисления |
можно |
оценить |
формулой |
||||
|
|
|
|
t ( |
|
|
|
|
|
|
|
"О о |
|
|
|
|
|
|
_ |
57.32 (aJ + |
р) |
\ 1 |
~ |
а? + Р ~ |
• |
|
+ |
- J ^ |
r К*2 - |
f) |
cos V - |
2a? sin щ]. |
|
(2.113) |
Соответствующую векториальную ошибку можно прибли женно оценить" формулой
|
|
J£ |
|
» |
+ J |
l |
A |
l / |
I E I |
• . • |
|
С2 114) |
|
|
W C 2( K) |
|
— |
57,3° |
V |
a? +\V' |
|
|
K*^l*J |
||
Если |
считать a K ( M ) |
= |
0,4°; a = 4,6 ч - 1 |
; р = 5 , 3 ч - 1 |
и |
V p C = |
||||||
= 20 уз, она будет |
равна |
0,06 |
мили |
после |
1 часа |
плава |
||||||
ния, |
0,12 |
мили |
после 4 |
часов и т. д. Аналогично |
можно |
|||||||
оценить |
ошибки |
счисления, |
возникающие |
при' |
неавтома- |
|||||||
92 |
|
|
|
|
' |
|
v |
|
|
|
|
|
тизированном счислении вследствие неучитываемого рьь екания корабля на курсе.
. Отклонения ошибки курсоуказания от ее среднего зна чения, происходящие в моменты времени, удаленные один от другого более чем на час, практически взаимно неза висимы.. Следовательно, если время плавания корабля ча стными курсами измеряется часами, то взаимно независи мыми можно считать и обусловленные этой причиной ошибки счисления, накапливающиеся на каждом, из этих частных курсов. Векториальные ошибки, их характеризую
щие, |
следует |
складывать |
квадратически. |
Ошибка учета ветрового дрейфа, подобно рассмотрен |
|||
ным |
выше ошибкам,, также можег быть представлена в |
||
виде |
суммы |
систематической и случайной составляющих. |
|
Приняв за основу одну из |
моделей дрейфа, описанных, в |
§ 2.2, нетрудно оценить соответствующие ошибки счисле ния.
Перейдем к оцениванию ошибок счисления, происходя щих вследствие ошибок в учете течения.
|
Пусть |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
vT |
(ср, |
X, t)— истинное |
значение |
вектора |
скорости |
тече |
|||||||
|
|
|
ния в точке моря с географическими коор |
||||||||||
|
|
|
динатами |
ср, X в момент |
времени |
t; |
|
||||||
|
|
М--—математическое |
|
ожидание |
вектора |
скоро |
|||||||
|
|
|
сти течения в этой.точке в тот же момент |
||||||||||
|
|
|
времени; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
vTi |
с — счислимое |
значение |
вектора |
скорости |
тече |
||||||
|
|
|
ния (введенное в автоматический проклад |
||||||||||
|
|
|
чик или счислитель). |
|
|
|
|
|
|||||
Истинная |
ошибка |
счисления, |
которая |
накопится |
за вре |
||||||||
мя |
t, |
равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
ё(Т) (0 = 1 fr. с-^т (?, К |
0] dt |
= J (vT. |
с - |
м-) at |
+ |
|||||||
|
|
|
о |
t |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 9 ) X , t)\dt. |
|
|
|
|
|||
|
|
|
+ j [ A f - - ^ T |
|
|
|
(2.115) |
||||||
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Первый |
член в |
правой |
части |
формулы |
(2.115) |
выра- |
.жает влияние систематической ошибки в учете течения, второй — влияние временной и пространственной, изменчи вости течения. Обычно нет причин, которые могли бы по вести ко взаимной зависимости векторов ( t / T , е — М - ) и
93
[М- — 'X, t)]. Если, кроме того, первый из них в те чение времени плавания по счислению остается практи чески постоянным (район и условия плавания существенно не изменяются, приливо-отливные течения незначительны), то вектор ст (^) можно оценить корреляционной матрицей
|
|
j vT |
(<р, к t) dt |
(2.116) |
|
где KTI—корреляционная матрица ошибок оценки мате |
|||||
матического ожидания вектора скорости течения. |
|
||||
В неавтоматизированном |
кораблевождении |
удобно вме |
|||
сто матрицы /СТ1 пользоваться средним квадратическим |
эл |
||||
липсом |
постоянных ошибок |
в учете |
течения. |
Пусть |
a T i, |
Ьц—его |
главные полуоси. |
Тогда ошибка счисления, |
про |
исходящая от постоянных ошибок в учете течения, оцени вается подобным ему и так же ориентированным в про странстве средним квадратическим эллипсом, главные по луоси которого равны
e c( T)i = |
«Ti'; |
*с,т)1 = М - |
С 2 - 1 1 7 ) |
Совершенно очевидно, |
что |
одноименные |
векториальные |
ошибки (главные полуоси средних квадратических эллип сов ошибок), характеризующие эту ошибку счисления на нескольких частных курсах, при оценивании суммарной ошибки счисления должны складываться линейно.
Несмотря на удобство такой оценки, до сих пор выска
зываются рекомендации |
характеризовать |
постоянные |
||
ошибки в учете течения средними квадратическими |
вели |
|||
чинами ошибок |
в учете его направления и скорости. |
Такая |
||
оценка обладает |
рядом недостатков. Во-первых, |
она |
ведет |
к излишним вычислениям. Во-вторых, она пригодна только тогда, когда ошибки направления и скорости течения вза
имно независимы. В-третьих, в |
тех |
случаях, . когда |
а ц > |
||
>M{Vj), |
эта оценка |
становится |
неприменимой. |
|
|
|
|
|
t |
|
|
Корреляционная |
матрица К |
vT |
(?, К t) dt |
в фор |
муле (2.116) характеризует ошибки счисления, обуслов ленные временной и пространственной изменчивостью те чения. Современные исследования показывают, что поле вектора скорости течения в ограниченном районе океана приближенно можно считать стационарным и локально
94
изотропным [34], [56], [57]; корреляционная функция векто ра скорости течения может рассматриваться как функция двух аргументов: расстояния р между двумя любыми точ
ками |
рассматриваемого |
горизонта и промежутка |
т |
между |
||||
двумя |
любыми |
моментами |
времени. |
|
|
|
||
Исследование |
статистических |
характеристик |
простран |
|||||
ственной изменчивости |
поля |
течения в |
океане, по |
сущест |
||||
ву, только начинается. |
Судить |
о них |
мы можем |
.лишь |
на основании общих теоретических представлений и по аналогии с другими физическими полями, изученными бо лее полно. В частности, можно предположить, что если учитывать не только временную, но и пространственную изменчивость вектора скорости течения, то корреляцион ную функцию любой его компоненты (например, мери диональной) можно аппроксимировать выражениями того
же |
вида, -что |
и при характеристике одной |
только |
времен |
||||
ной |
изменчивости: |
|
|
|
|
|
||
|
|
RVrx |
= °\хе~аЫ |
[cos fk + J L sin p h l] • |
(2-118) |
|||
Дисперсия ошибки счисления, обусловленной этой при |
||||||||
чиной, |
равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
J[\R |
d t |
i d |
t " = |
Ы+ |
E 2 - 3 * 2 |
+ |
|
UC(t)X — J J *V a l |
U l |
a 2+ (J2 |
- t " |
„ 2 + p 2 - t - |
00
+- % f £ e~« cos V + - ^ f f в - sin p*] . (2.119)
Соответствующую |
векториальную |
ошибку |
счисления |
|||||||||
можно |
оценивать |
приближенно |
формулой |
|
|
|||||||
|
|
|
m |
, .г |
= + |
; |
' |
т г . |
|
|
(2.120) |
|
Как |
известно |
[8], [57, § 25], параметры |
корреляционной |
|||||||||
функции |
(2.118) |
в |
океане |
могут |
иметь |
значения: от*, |
||||||
а т у — о т |
0,1 до 0,5 уз; а — о т |
0,1 |
до 0,6 ч - 1 |
; {3 — от 0,3 до |
||||||||
0,7 :ч- 1 . Представление |
о том, к |
каким |
ошибкам |
счис |
||||||||
ления это ведет, дает следующий |
пример. При °тх = аТу = |
|||||||||||
= 0,3 уз; а — 0,3 ч - 1 ; § = |
0,4 ч - 1 |
средняя |
квадратическая |
|||||||||
величина оши'бки счисления-составит |
0,6 мили |
за |
1 час |
|||||||||
плавания, |
1,9 мили — за 5 часов, |
2,8 мили — зъ |
10 часов. |
|||||||||
Следует |
иметь в виду, что эта ошибка |
возникает |
не только |
|||||||||
при априорном учете |
течения, |
когда вектор скорости |
тече- |
95