Способ и устройство коррекции координат в гидроакустической системе навигации

Способ и устройство коррекции координат в гидроакустической системе навигации

Реферат

 

Использование: при определении взаимного местоположения судна и гидроакустического маяка, а также для определения местоположения подводного буксируемого или автономного аппарата относительно судна в гидроакустической системе навигации. Сущность изобретения: способ и устройство коррекции координат в гидроакустической системе навигации с корректной обработкой измерительной информации, включая определение скорректированных пространственных координат с учетом трех степеней свободы при движении судна за счет дополнительного измерения поправки к курсовому углу. Устройство содержит блок вычисления пространственной ориентации, блок вычисления координатной апликаты и блок вычисления плановых координат. Способ и устройство обеспечивают более точную по сравнению с известными коррекцию координат и уточнение местоположения объекте путем учете трех степеней свободы при движении объекта. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к гидроакустическим навигационным средствам, а именно к гидроакустическим системам навигации (ГСН) с короткой и (или) сверхкороткой базовыми линиями, и может быть использовано при определении взаимного местоположения судна и гидроакустического маяка (ГМ), а также для определения местоположения подводного буксируемого или автономного аппарата относительно судна.

В ряде известных ГСН [7-9] с пониженными требованиями к точности определения местоположения объекта расчет прямоугольных координат X₁, Y₁, Z₁ объекта проводят без учета качки судна, принимая, что гидроакустические приемники с короткой или сверхкороткой базами находятся в горизонтальной плоскости. В этом случае взаимные координаты ГМ и объекта (судна или подводного аппарата) находят по известным формулам [2, с. 10].

Однако плоскость, в которой находятся приемники ГСН движущегося объекта, практически никогда не совпадают с горизонтальной плоскостью [2, с. 11], поэтому повышение точности местоопределения требует учета крена и дифферента объекта.

Известен способ [2] коррекции определяемых по ГСН координат ГМ, учитывающий изменение значений крена и дифферента , последовательность выполнения операций в котором описывается алгоритмом [2, ф-лы (11), (12): , где H=Z₁ - глубина установки ГМ; X₁, Y₁, Z₁ - нескорректированные прямоугольные координаты, полученные по измерениям ГСН; X₀, Y₀ - скорректированные прямоугольные координаты; , - измеренные углы крена и дифферента соответственно. См. п. 1 примечаний.

Известно устройство [6], реализующее способ (1) [2], выполненное в виде блока обработки прямоугольных координат, имеющее четыре входа для измеренных величин сигналов, соответствующих значениям X₁, Y₁ и , , а также два выхода для скорректированных значений X₀, Y₀ плановых координат.

Однако коррекция координат с помощью устройства [2] является в ряде случаев недостаточно точной, поскольку алгоритм (1) является приближенным. См. п. 2 примечаний.

Известен способ коррекции координат [1], учитывающий крен и дифферент объекта. Последовательность выполнения операций в способе [1] описывает алгоритмом [1, ф-ла 3.25]: [x₀y₀z₀]^т = (x₁y₁z₁] (2) где X₁, Y₁, Z₁ и X₀, Y₀, Z₀ - прямоугольные координаты объекта без коррекции и с коррекцией соответственно: , - параметры крена и дифферента : Известно также устройство, реализующее способ [1], выполненное в виде блока обработки прямоугольных координат (спецвычислителя) и имеющее пять входов для измеренных величин сигналов, соответствующих значениям , и X₁, Y₁, Z₁, а также три выхода скорректированных значений X₀, Y₀, Z₀.

Этот способ [1] коррекции координат и устройство для его осуществления являются наиболее близкими по совокупности технических признаков и достигаемому техническому результату к предлагаемому техническому решению и приняты за прототип.

Однако, как показали математическое моделирование и экспериментальная оценка погрешности, способ и устройство [1], реализующее алгоритм (2), ограничены в применении малыми углами качки, относительно малыми глубинами и горизонтальными дальностями от объекта до ГМ, что не позволяет получить потенциальную точность коррекции координат в ГСН. См. п. 3 примечаний. Кроме того, прототип не учитывает третью степень свободы (поправку к курсовому углу) при движении судна, что при требованиях к высокой точности позиционирования в ГСН является в ряде случаев некорректным.

Сущность изобретения заключается в создании способа и устройства коррекции координат в ГСН, которые без каких-либо ограничений обеспечили бы адекватную корректную обработку измерительной информации, включая определение скорректированных пространственных координат X₀, Y₀, Z₀ с учетом трех степеней свободы при движении судна, и позволили бы получить более точную по сравнению с прототипом коррекцию координат, а также значения точности определения местоположения, близкие к потенциальным.

Основная техническая задача изобретения - повышение точности коррекции координат в ГСН за счет дополнительного измерения и использования при определении координат поправки к курсовому углу, что позволяет (без каких-либо ограничений) получить корректное местоположение, учитывающее в отличие от известных способов и устройств не две, а три степени свободы при движении судна (объекта). При этом погрешность определения скорректированных координат может быть уменьшена в 1,5-2,0 раза при ошибке вычисления, близкой к нулю. См. п. 4 примечаний.

Технический результат достигается за счет того, что в способе коррекции координат в ГСН, включающем измерения нескорректированных координат X₁, Y₁, Z₁ объекта, а также измерение крена и дифферента с последующим определением по значениям X₁, Y₁, Z₁, , скорректированных координат X₀, Y₀, Z₀, дополнительно измеряют поправку . См. п. 5 примечаний, к курсовому углу, а скорректированные координаты X₀, Y₀, Z₀ определяют из соотношений где X₁, Y₁, Z₁ - координаты объекта, определенные без коррекции; X₀, Y₀, Z₀ - скорректированные координаты; ,, - крен, дифферент и поправка к курсовому углу соответственно; = (,,) - угол пространственной ориентации, определяемый из выражения). См. п. 6 примечаний.

sin(-)coscos+sinsin = 0 При этом угол пространственной ориентации определяют в зависимости от измеренной поправки к курсовому углу из соотношения. См. п. 7 примечаний.

-2 +2 Технический результат устройства, реализующего предложенный способ достигается за счет того, что устройство коррекции координат (УКК) в ГСН, содержащее блок обработки измерительной информации, включающей прямоугольные координаты X₁, Y₁, Z₁ объекта, его крен и дифферент и имеющее пять входов и три выхода, причем первый третий входы УКК являются соответственно входами сигналов X₁, Y₁, Z₁, 4-й и 5-й входы УКК являются соответственно входами сигналов и , а первый-третий выходы УКК являются соответственно выходами скорректированных координат X₀, Y₀, Z₀, дополнительно имеет 6-й вход для измеренной поправки к курсовому углу и включает в себя блок вычисления пространственной ориентации (БПО), блок вычисления координатной апликаты Z₀ (БКА) и блок вычисления плановых координат X₀, Y₀ (БПК). Причем четвертый-шестой входы УКК подключены к первому-третьему входам БПО, к первому-третьему входам БКА и первому-третьему входам БПК. Выход БПО подключен к 4-му входу БКА и к 4-му входу БПК, 1-й вход УКК подключен к 5-му входу БКА и 6-му входу БПК, 2-й вход УКК - к 6-му входу БКА и 7-му входу БПК, а 3-й вход УКК - к 7-му входу БКА. Выход БКА подключен к 5-му входу БПК, а 1-й и 2-й выходы БПК и выход БКА являются соответственно первым-третьим выходами УКК.

Одним из основных отличительных признаков предлагаемого УКК является введение блока вычисления пространственной ориентации (БПО).

БПО включает в себя первое-третье устройства вычисления тригонометрических функций (УВТФ), первое-пятое устройства возведения в квадрат (УВК), первый-девятый умножители, вычитатель, устройство для решения квадратного уравнения (УРКУ) и устройство отбора. При этом вход 1-го УВТФ и 3-й вход устройства отбора объединены и являются 1-м входом БПО, вход 2-го УВТФ и 4-й вход устройства отбора объединены и являются 2-м входом БПО, вход 3-го УВТФ и 5-й вход устройства отбора объединены и являются 3-м входом БПО, 1-й выход 1-го УВТФ подключен к входу 1-го УВК и 1-му входу 5-го умножителя, 2-й выход 1-го УВТФ - к входу 2-го УВК и к 1-му входу 4-го умножителя, 1-й выход 2-го УВТФ подключен к входу 3-го УВК и к 1-му входу 3-го умножителя, 2-й выход 2-го УВТФ - к входу 4-го УВК и к 1-му входу 2-го умножителя. 1-й выход 3-го УВТФ подключен к 2-му входу 2-го умножителя, 2-й выход 3-го УВТФ - к входу 5-го УВК. Выход 1-го УВК подключен к 1-му входу 7-го умножителя, выход 2-го УВК - к 1-му входу 1-го умножителя и к 1-му входу 9-го умножителя. Выход 3-го УВК подключен к 2-му входу 7-го умножителя, выход 4-го УВК - к 1-му входу 8-го умножителя и к 2-му входу 1-го умножителя, выход 5-го УВК - к 2-му входу 8-го умножителя. Выход 1-го умножителя подключен к 1-му входу УРКУ, выход 2-го умножителя - к 2-му входу 3-го умножителя, выход 3-го умножителя - к 2-му входу 4-го умножителя. Выход 4-го умножителя подключен к 2-му входу 5-го умножителя, выход 5-го умножителя - к входу 6-го умножителя. Выход 6-го умножителя подключен к 2-му входу УРКУ, выход 7-го умножителя - к 1-му входу вычитателя. Выход 8-го умножителя подключен к 2-му входу 9-го умножителя, выход 9-го умножителя - к второму входу вычитателя. Выход вычитателя подключен к 3-му входу УРКУ. 1-й и 2-й выходы УРКУ подключены соответственно к 1-му и 2-му входам устройства отбора, а выход устройства отбора является выходом БПО.

БКА выключает в себя первое-шестое устройства вычисления коэффициентов (УКФ), первый-четвертый делители, первый-третий умножители, первое-седьмое УВК, вычитатель, первый-шестой сумматоры, УРКУ и логическое устройство. При этом соответствующие первый-четвертый входы первого-шестого УКФ объединены и являются соответственно первым-четвертым входами БКА. 5-й вход 1-го УКФ, 5-й вход 4-го УКФ и вход 3-го УВК объединены и являются 5-м входом БКА, 6-е входы 1-го УКФ и 4-го УКФ объединены с входом 4-го УВК и являются 6-м входом БКА. Вход 5-го УВК является 7-м входом БКА. Выход 1-го УКФ подключен к 1-му входу 1-го делителя, выход 2-го УКФ - к 1-му входу 2-го делителя, выход 3-го УКФ - к вторым входам 1-го и 2-го делителей. Выход 4-го УКФ подключен к 1-му входу 3-го делителя, выход 5-го УКФ - к 1-му входу 4-го делителя, а выход 6-го УКФ - к вторым входам 3-го и 4-го делителей. Выход 1-го делителя подключен к 2-му входу 1-го умножителя и к входу 7-го УВК, выход 2-го делителя - к 1-му входу 1-го умножителя и к входу первого УВК, а выход 3-го делителя - к 1-му входу 2-го умножителя и к входу 6-го УВК. Выход 4-го делителя подключен к 2-му входу 2-го умножителя и к входу 2-го УВК. Выход 1-го УВК подключен к 1-му входу 1-го сумматора, выход 2-го УВК - к 2-му входу 1-го сумматора. Выход 1-го сумматора подключен к входу 2-го сумматора, выход которого подключен к 1-му входу УРКУ. Выход 1-го умножителя подключен к 1-му входу 3-го сумматора, а выход 2-го умножителя - к 2-му входу 3-го сумматора, выход которого подключен к входу 3-го умножителя. Выход 3-го умножителя подключен к 2-му входу УРКУ. Выход 3-го УВК подключен к 1-му входу 4-го сумматора, а выход 4-го УВК - к 2-му входу 4-го сумматора, выход которого подключен к 1-му входу 5-го сумматора. Выход 5-го УВК подключен к 2-му входу 5-го сумматора, выход которого подключен к 2-му входу вычитателя. Выход 6-го УВК подключен к 1-му входу 6-го сумматора, а выход 7-го УВК - к 2-му входу 6-го сумматора, выход которого подключен к 1-му входу вычитателя. Выход вычитателя подключен к 3-му входу УРКУ. 1-й и 2-й выходы УРКУ подключены соответственно к 1-му и 2-му входам логического устройства, выход которого является выходом БКА.

БПК включает в себя первое-четвертое устройства УВТФ, первый-седьмой умножители, первый и второй вычитатели и устройство для решения системы двух линейных уравнений (УРСУ). Причем входы первого-четвертого УВТФ являются соответственно первым-четвертым входами БПК, вторые входы 6-го и 7-го умножителей объединены и являются 5-м входом БПК, первые входы 1-го и 2-го вычитателей являются соответственно 6-м и 7-м входами БПК. 1-й выход 1-го УВТФ подключен к 1-му входу 6-го умножителя, 2-й выход 1-го УВТФ - к 1-му входам 1-го и 2-го умножителей. Выход 1-го умножителя подключен к входу 3-го умножителя. Выход 6-го и 7-го умножителей подключены соответственно к 2-м входам 2-го и 1-го вычитателей. Выходы 5-го умножителя, 4-го умножителя, 1-го вычитателя, 3-го умножителя, 2-го умножителя и 2-го вычитателя подключены соответственно к первому - шестому входам УРСУ, 1-й и 2-й выходы которого являются 1-м и 2-м выходами БПК соответственно.

Устройство отбора (УО) блока БПО включает в себя первое - пятое устройства УВТФ, два сумматора, два делителя, первый - шестой умножители и логическое устройство. Причем 2-й вход 5-го умножителя и 2-й вход 4-го УВТФ объединены и являются 1-м входом УО, 2-й вход 6-го умножителя и 2-й вход 5-го УВТФ объединены и являются 2-м входом УО. Входы 1-го и 2-го УВТФ являются соответственно 3-м и 4-м входами УО, а объединяемые вход 3-го УВТФ и 3-й вход логического устройства 5-м входом УО. 1-й и 2-й выходы 1-го УВТФ подключены соответственно к первым входам 1-го и 2-го умножителей, 1-й и 2-й выходы 2-го УВТФ - соответственно к вторым входам 1-го и 2-го умножителей. 1-й выход 3-го УВТФ подключен к 2-му входу 4-го умножителя, 2-й выход 3-го УВТФ - к 2-му входу 3-го умножителя, а выход 1-го умножителя - к 1-му входу 1-го сумматора и к 1-му входу 2-го сумматора. Выход 2-го умножителя подключен к первым входам 3-го и 4-го умножителей, выход 3-го умножителя - к 2-м входам 1-го и 2-го делителей, а выход 4-го умножителя - к первым входам 5-го и 6-го умножителей. Выход 5-го умножителя подключен к 2-му входу 1-го сумматора, выход 6-го умножителя - к 2-входу 2-го сумматора. Выход 1-го сумматора подключен к 1-му входу 1-го делителя, выход 2-го сумматора - к 1-му входу 2-го делителя. Выход 1-го делителя подключен к 1-му входу 4-го УВТФ, выход 2-го делителя - к 1-му входу 5-го УВТФ, а выходы 4-го и 5-го УВТФ - соответственно к 1-му и 2-му входам логического устройства, выход которого является выходом УО.

Первое - шестое устройства УВК в блоке БКА выполнены в виде вычислительных средств, реализующих соответствующие алгоритмы по известным значениям На фиг. 1 проиллюстрировано взаимное положение нескорректированной и скорректированной систем координат X₁, Y₁, Z₁ и X₀, Y₀, Z₀ при выполнении способа; на фиг. 2 представлена структурная схема УКК; на фиг. 3 - вариант выполнения БПО; на фиг. 4 - вариант выполнения БКА; на фиг. 5 - схема варианта выполнения БПК; на фиг. 6 - устройство отбора.

УКК содержит БПО 1, БКА 2 и БПК 3 (фиг. 2). БПО1 (фиг. 3) содержит первое - третье УВТФ 4, 5, 6, первое - пятое УВК 7-11, первый - девятый умножители 12-20, вычитатель 21, УРКУ 22 и УО 23. БКА 2 (фиг. 4) содержит первое - шестое устройства УКФ 24-29, первый - четвертый делители 30-33, первый - третий умножители 38, 39, 41, первое-седьмое УВК 34, 35, 42, 43, 45, 47, 48, вычитатель 50, первый - шестой сумматоры 36, 37, 40, 44, 46, 49, УРКУ 51 и логическое устройство 52. БПК 3 (фиг. 5) содержит первое-четвертое УВТФ 53-56, первый-седьмой умножители 57-63, первый и второй вычитатели 64 и 65, УРСУ 66. УО 23 (фиг. 6) содержит первое - пятое УВТФ 67-69, 80, 81, первый и второй сумматоры 76 и 78, первый и второй делители 77 и 79, первый-шестой умножители 70-75 и логическое устройство 82.

Способ коррекции координат выполняется следующим образом.

Традиционным методом (см. п. 8 примечаний) измеряют нескорректированные координаты X₁, Y₁, Z₁ объекта, его крен и дифферент . Затем дополнительно измеряют (см. п. 9 примечаний) поправку к курсовому углу. Скорректированные координаты X₀, Y₀, Z₀ по измерениям X₁, Y₁, Z₁, ,, определяют в соответствии с выражением (3).

Устройство УКК работает следующим образом.

На первый - шестой входы УКК поступают соответственно сигналы ,, , X₁, Y₁, Z₁. Сигналы ,, подаются на входы БПО1, на выходе которого формируется сигнал . На семь входов БКА 2 поступают соответственно сигналы ,,, , X₁, Y₁, Z₁, по которым БКА 2 на выходе вырабатывает сигнал Z₀. БПК 3 по сигналам ,,, , X₁, Y₁, Z₁ формирует на выходе сигналы X₀ и Y₀. Таким образом на трех выходах УКК вырабатываются сигналы, соответствующие скорректированным координатам X₀, Y₀, Z₀.

БПО 1 работает следующим образом.

На входы УВТФ 4, 5, 6 поступают соответственно сигналы ,, . На двух выходах УВТФ 4, 5, 6 формируются соответствующие сигналы sin и cos( = ,,). . УАК 7 выполняет операцию sin² , а УВК 8 - операцию cos² . На выходе УВК 9 вырабатывается сигнал sin², , на выходе УВК 10 - сигнал cos², . УВК 11 выполняет операцию cos² . На выходе умножителя 12 вырабатывается сигнал cos²,cos². . Умножитель 13 выполняет операцию cossin , умножитель 14 - операцию sincoscos, , умножитель 15 - операцию sincossoncossin , умножитель 16 - операцию coscoscoscos, , а умножитель 17 - операцию умножения на два. На выходе умножителя 18 вырабатывается сигнал sin²sin², , на выходе умножителя 19 - сигнал cos²cos², , на выходе умножителя 20 - сигнал cos²cos²cos, , а на выходе вычитателя 21 - сигнал (sin²sin²-cos²cos²cos). . УРКУ 22 формирует сигналы (cos)₁ и (cos)₂ , значения которых соответствуют значениям корней квадратного уравнения ax²+bx+c=0 с коэффициентами .

На выходе УО 23 формируется сигнал . .

БКА 2 работает следующим образом.

На первый - четвертый входы первого - пятого УКФ 24-29 поступают сигналы ,, и соответственно. На 5-й и 6-й входы УКФ 24 и УКФ 27 поступают соответственно сигналы X₁ и Y₁. На вход УВК 45 поступает сигнал Z₁. На выходах УКФ 24-29 формируются сигналы, соответствующие значениям S₁^oCS₆ (выражения 4^oC9). Делитель 30 выполняет операцию b₁=S₁/S₃, делитель 31 - операцию a₁=S₂/S₃, делитель 32 - операцию b₂=S₄/S₆, а делитель 33 - операцию a₂= S₅/S₆. На выходе УВК 34 вырабатывается сигнал a²₁ , а на выходе УВК 35 - сигнал a²₂. . На выходе сумматора 36 формируется сигнал (a²₁+a²₂), , а на выходе сумматора 37 - сигнал (1+a²₁+a²₂), . Умножитель 38 выполняет операцию a₁b₁, а умножитель 39 - операцию a₂b₂. На выходе сумматора 40 формируется сигнал (a₁b₁+a₂b₂), а на выходе умножителя 41 - сигнал 2(a₁b₁+a₂b₂). УВК 42 выполняет операцию x²₁, , а УВК 43 - операцию y²₁. . Сумматор 44 формирует сигнал (x²₁+y²₁) . УВК 45 выполняет операцию z²₁, , а сумматор 46 - операцию (x²₁+y²₁+z²₁). . На выходе УВК 47 вырабатывается сигнал b²₂ , а на выходе УВК 48 - сигнал b²₁. . Сумматор 49 выполняет операцию b²₁+b²₂ . Вычитатель 50 формирует сигнал (b²₁+b²₂-x²₁-y²₁-z²₁). . На выходе УРКУ 51 вырабатываются сигналы (Z₀)₁ и (Z₀)₂, значения которых соответствуют значениям корней квадратного уравнения ax²+bx+c=0 с коэффициентами a = 1+a²₁+a²₂; ; b=2(a₁b₁+a₂b₂); c = b²₁+b²₂-x²₁-y²₁-z²₁ Логическое устройство 52 выполняет операцию выбора из значений (Z₀)₁ и (Z₀)₂ неотрицательного значения. Таким образом, на выходе логического устройства 52, являющегося выходом БКА 2, формируется сигнал, соответствующий значению Z₀.

БПК 3 работает следующим образом.

На входы УВТФ 53-56 поступают сигналы, соответствующие значениям ,,,. . На вторые входы умножителей 62 и 63 поступает сигнал Z₁. На 1-й вход вычитателя 64 поступает сигнал X₁, на 1-й вход вычитателя 65 - сигнал Y₁. Сигнал Z₁ поступает на вторые входы умножителей 62 и 63. На 1-м и 2-м выходах УВТФ 53 вырабатываются сигналы sin и cos. . На 1-м и 2-м выходах УВТФ 54 - сигналы sin и cos. . На 1-м и 2-м выходах УВТФ 55 формируются сигналы sin и cos, , на 1-м и 2-м выходах УВТФ 56 - сигналы sin и cos соответственно. Умножитель 57 выполняет операцию (sincos), , а умножитель 59 - операцию (sincos). . На выходе умножителя 58 вырабатывается сигнал (coscos) , на выходе умножителя 60 - сигнал (cossin), , а на выходе умножителя 61 - сигнал (coscos). . Умножитель 62 выполняет операцию (zsin), , а вычитатель 65 - операцию (y-zsin) . На выходе умножителя 63 формируется сигнал (zsin), , а на выходе вычитателя 64 - сигнал (x-zsin) . На первом выходе УРСУ 66 вырабатывается сигнал X₀, а на втором его выходе - сигнал Y₀. Таким образом на трех выходах БПК формируются сигналы скорректированных координат X₀, Y₀, Z₀.

Устройство отбора УО 23, входящее в БПО 1, работает следующим образом. На входы УВТФ 67-69 поступают сигналы ,, соответственно. Кроме того, сигнал поступает на 3-й вход логического устройства 82. Сигнал (cos)₁ подается на вторые входы умножителя 74 и УВТФ 80, сигнал (cos)₂ - на вторые входы умножителя 75 и УВТФ 81. На первых и вторых выходах УВТФ 67-69 вырабатываются сигналы sin и cos(=,,). . Умножитель 70 выполняет операцию (sinsin), , а умножитель 71 - операцию (coscos). . На выходе умножителя 72 формируется сигнал (coscoscos), , на выходе умножителя 73 - сигнал sincoscos), , на выходе умножителя 74 - сигнал [(sincoscos(cos)₁] , на выходе умножителя 75 - сигнал [sincoscos(cos)₂]. . Сумматор 76 выполняет операцию [sinsin+sincoscos(cos)₁]. , а сумматор 78 - операцию [sinsin+sincoscos(cos)₂]. . Делители 77 и 79 формируют сигналы (sin)₁ и (sin)₂ . См. п. 10 примечаний. УВТФ 80 по сигналам (sin)₁ и (cos)₁ формирует значение ₁ , а УВТФ 81 по значениям (sin)₂ и (cos)₂ - значение в интервале 0 ₁, ₂ 2 . Логическое устройство 82 выбирает из значений ₁ и ₂, значение, принадлежащее интервалу -2 +2. . Таким образом, на выходе логического устройства 82 формируется сигнал , соответствующий углу пространственной ориентации.

Таким образом, за счет новых существенных признаков предложенных способа и устройства получен новый технический результат: повышения точности корректировки координат с учетом трех степеней свободы при движении судна (объекта). Возможность практического осуществления технического результата подтверждается испытаниями макета и моделированием процесса коррекции координат в ГСН с короткой и/или сверхкороткой базами. См. п. 11 примечаний.

Примечания.

1. Согласно [1, 2] принято, что ось X₁ направлена к носу судна (объекта), ось Y₁ - ортогонально правому борту и направлена в сторону правого борта. Оси X₀ и Y₀ лежат в горизонтальной плоскости и при отсутствии крена ( = 0) оси Y₀ и Y₁ совпадают, при отсутствии дифферента ( = 0) совпадают оси X₀ и X₁. Оси Z₀ и Z₁ направлены вниз (см. фиг. 1).

Под углом крена понимают угол между осью Y₁ и ее проекцией на плоскость X₀Y₀, а под углом дифферента - угол между осью X₁ и ее проекцией на плоскость X₀Y₀ (подробнее см. фиг. 1).

2. В [2] принято, что дифферент не сказывается на значении Y, а крен - на значении X, что не вполне корректно (см. подробнее 1, с. 30). Кроме того, значение третьей координаты Z принято равным H, что не выполняется в условиях качки, а координата Z₀ в данном способе не определяется.

Математическое моделирование и экспериментальная оценка погрешностей показали, что способ [2] дает приемлемую точность коррекции координат лишь при глубинах ГМ более 5 тыс. м и при горизонтальных дальностях ГМ менее 700 м. При других значениях перечисленных параметров погрешность способа [2] возрастает.

Как показали матмоделирование и экспериментальная оценка погрешностей способ и устройство [1] дают приемлемую точность коррекции координат только при соблюдении хотя бы одного на следующих условий: а) малые углы крена и дифферента (, < 2); ; б) малые глубины установки ГМ (менее 2500 м); в) при горизонтальных дальностях между объектом и ГМ не превышающих половину наклонной дальности.

Если эти условия не выполняются, то ошибка определения каждой их координат X₀, Y₀ может достигать 30-40 м, причем ошибка вычисления составит до 15 м. Для ГСН с повышенными требованиями к точности такие значения погрешностей не приемлемы (см. например [1]).

4. Основным отличительным признаком изобретения является учет не двух, а трех степеней свободы при движении судна. Как показал А.А.Борисов, необходимость введения третьей координаты обусловлена тем, что при углах крена и дифферента, отличных от нуля, либо ось X₁ лежит в плоскости X₀Z₀, либо ось Y₁ не лежит в плоскости Y₀Z₀, либо обе оси не лежат в указанных плоскостях (в противном случае оси X₁ и Y₁ были бы не ортогональны).

Введение 3-й степени свободы, т.е. дополнительное измерение и использование поправки к курсовому углу, что ранее не использовалось, обеспечивает полный корректный набор входных данных и делает погрешность вычисления координат, близкой к нулю.

Согласно известному (см., напр.: Штурман флота: Справочник по кораблевождению /В.И.Каманис, А.В.Лаврентьев, Р.А.Скубко. - М.: Воениздат, 1986, с. 308) соотношению для погрешности определения координат , где m_н.п. - погрешность, обусловленная измерением; m_в - погрешность вычисления, при уменьшении погрешности вычисления уменьшается и погрешность определения координат.

Т.о. погрешность определения координат (m_к=20^oC40 м) при снижении погрешности m_в вычисления до нуля уменьшается в предложенном изобретении в 1,5^oC2,0 раза.

5. Поправка к курсовому углу представляет собой "дополнительный" угол к курсовому углу: угол между проекцией оси X₁ на плоскость X₀Y₀ и осью X₀, отсчитываемый по часовой стрелке от оси X₀ (см. фиг. 1).

Способы измерения значений и технические средства для этого с помощью, например, среднеорбитальной спутниковой радионавигационной системы подробно описаны в [3].

Однако в литературных источниках (напр., в [3]) поправка используется лишь для оценки (уточнения) курса судна (объекта). Измерение значений для коррекции координат в ГСН предложено в данной заявке впервые.

6. Угол пространственной ориентации определяется как угол между проекцие