基于计算器的舰船运动要素求解方法研究.pdf
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1、总第347期1引言舰船在海上航行,为掌握海上航行情况并做好规避等措施,需要经常测量其它舰船(后文简称目标)的航向和航速等主要运动要素14,本文在点绘法解算目标运动要素和大量海上实践基础上总结提炼出了一种基于计算器的舰船运动要素的求解方法59。获取目标的运动要素,就是结合雷达、罗经或测距仪等航海仪器解算出其航向、航速,目前常用的方法有舰操图点绘法、交叉航向法、目力判断法、自动雷达标绘仪(APPA)和船舶自动识别系统(AIS)等10,其中舰操图点绘法是比较常用的手动求解方法,也是航海人员必须掌握的基本技能。工作中常因海况、设备或作图工具等各种原因导致无法利用舰操图点绘法完成目标运动要素的求解,而本
2、文提出的基于计算器的舰船运动要素求解方法可以摆脱对舰操图的依赖,同时极大提高运动要素的绘算准确度。2解算原理及实现方法2.1坐标系转换基于计算器的舰船运动要素求解方法是在直角坐标系中完成目标航向与航速、相对运动航向与航速的解算,因目标方位的度量基准、方法和直角坐标系角度的度量基准、方法不一致,需进行统一。航海上本舰周围目标的方位是建立在本舰地面真地平平面之上的11,即以正北为方向基准,按顺时针方向从 0360,正北为 0或 360、正东为90、正南为180、正西为270,如图1所示。在直角坐标系中,以 X轴为基准,按逆时针方向从 0360,X轴正方向为0或360、Y轴正方向为90、X收稿日期:
3、2022年11月16日,修回日期:2022年12月29日作者简介:吴志泉,男,助教,研究方向:舰艇指挥。李世雄,男,副教授,研究方向:海警战术与作战指挥。吴自飞,男,讲师,研究方向:舰艇作战指挥与战术。基于计算器的舰船运动要素求解方法研究吴志泉李世雄吴自飞(武警海警学院宁波315801)摘要为提高舰船运动要素求解的准确性和简便性,通过坐标系转换解决了航海上方位度量方法与数学上角度度量方法不一致的问题,通过分析舰船航向、航速解算原理提出了基于计算器的舰船运动要素求解方法,并构建了舰船运动要素求解步骤,最后通过实例验证了该求解方法的正确性。关键词舰船;航向;航速;解算;计算器中图分类号E911;T
4、J83DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2023.05.013Research on Solution Method of Ship Maneuvering Based onCalculatorWU ZhiquanLI ShixiongWU Zifei(China Coast Guard Academy,Ningbo315801)AbstractIn order to improve the accuracy and the simplicity of solution method of the ship maneuvering,the difference ofme
5、asuring between the course and the angle is solved by conversing the coordinate system,a solution method is proposed by analyzing the solving theory of course and speed,and the steps of the solution method is set up.The correctness of the solution method isvalidated by examples.Key Wordsship,course,
6、speed,solution method,calculatorClass NumberE911,TJ83舰 船 电 子 工 程Ship Electronic Engineering总第 347 期2023 年第 5 期Vol.43 No.560舰 船 电 子 工 程2023 年第 5 期轴负方向为180,Y轴负方向为270;为便于后续解算,把本舰地面真地平所在平面进行翻转,使正北与直角坐标系X轴正方向一致、正东与直角坐标系Y轴正方向一致,如图2所示。图1方位的度量图2直角坐标系2.2舰船运动要素解算原理1)求解航向航速的主要方法根据上文坐标系转换方法,将目标的方位距离转换到直角坐标系,如图3
7、所示,已知MN两个位置点的方位距离,即 M(B1、D1)和 N(B2、D2),根据式(1)和式(2)分别求出线段MN的长度及角度的大小,从而求出相对运动的航向Cr和航速Vr。根据求出的相对运动的航向Cr、航速Vr和我舰的航向Co、航速Vo,如图4所示,根据式(3)和式(4)分别求出线段PQ的长度及角度的大小,从而求出目标的航向Ct和航速Vt。MN=x2+y2=(D2cosB2D1cosB1)2+(D2sinB2D1sinB1)2(1)=tan1yx=tan1D2sinB2D1sinB1D2cosB2D1cosB1(2)PQ=x2+y2=(VocosCoVrcosCr)2+(VosinCoVrs
8、inCr)2(3)=tan1yx=tan1VosinCoVrsinCrVocosCoVrcosCr(4)2)航向解算原理(1)以哪艘舰船为基准来确定相对运动航向。根据相对运动原理,两舰船各自航行时,假设一艘舰船不动,则另一艘舰船将以相对速度沿着相对航向线作相对运动。假设目标不动,即目标在舰操图中心、我舰在舰操图四围,根据速度三角形原理可知12,Co=Ct+Cr,如图5所示,M点和N点的方位在坐标系中表示方法与图3相差180。其相对运动方向为 MN,即 MN=ON OM,可以通过式(2)求得的大小;如图4所示,目标的航向Ct为 PQ,即Ct=PQ=OQ OP=Co Cr,可以通过式(4)求得的大
9、小。同理,假设我舰不动,即我舰在舰操图中心、目标在舰操图四围,根据速度三角形原理可知,Ct=Co+Cr,如图5所示,则相对运动方向为 ST,即 ST=OT OS,其方向与 MN相差180,可以 通 过 式(2)求 得 的 大 小;目 标 的 航 向Ct=PQ=OR=OQ+QR=Co+Cr,目标航向不能通过两个向量相减求得,因此无法通过式(4)求得的大小。因此,应当假设目标不动,即目标在舰操图中心、我舰在舰操图四围,才能使用基于计算器的舰船运动要素求解方法。图3目标方位距离(2)Cr与、Ct与的转换关系。根据上文分析,假设目标不动,则方位是以正南为基准,逆时针方向逐渐增大12,如图1所示。在直角
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