[發(fā)明專利]船舶大圓航法航行航跡偏差的測定方法

有效

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• 申請日: 2015-02-27
• 公開（公告）號: CN104808659B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設計）人: 王紅波;劉洋;朱顯明;楊樹仁;劉廷偉;孫志鵬;吳欽;李小剛
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司22100
• 代理人: 陳宏偉

技術領域

本發(fā)明屬于船舶航跡與航向控制技術領域，具體涉及一種船舶大圓航法航行航跡偏差的測定方法。

背景技術

隨著GPS定位系統(tǒng)的逐步商業(yè)化，航跡控制也逐步在自動舵中得到實現(xiàn)。如果船舶在航行過程中可以始終趨近期望航線航行，那么既可以減小航跡偏差提高航行效率,又可以節(jié)約燃料低碳環(huán)保。

求取大圓航法航跡偏差的傳統(tǒng)方法一般采用分段方法，即將大圓航線等分為若干段后，將每段近似看做等航向線，再利用幾何關系求解航跡偏差；該方法計算比較粗糙，計算的精度對分段個數(shù)的依賴性較強，分段數(shù)越多精確度越高；但分段數(shù)的選取并沒有統(tǒng)一的標準，一般依靠經(jīng)驗選取，在航行距離很遠時存在較大誤差。如從美國東北部的波士頓到荷蘭西部的鹿特丹，大圓航線距離約為1767海里，將大圓航線等分為若干段，取每段中間點切線的垂線距大圓航線500±20米的點作為船舶當前位置，計算航跡偏差。若將大圓航線等分4段，每段傳統(tǒng)算法的航跡偏差約為14284米；若將大圓航線等分20段，每段傳統(tǒng)算法的航跡偏差約為1040米；若將大圓航線等分50段，每段傳統(tǒng)算法的航跡偏差約為605米。具體見附表1。

為了提高航跡控制精度、簡化操作過程，迫切需要研究一種精度高、不依賴分段數(shù)的航跡偏差測定方法，便于船舶在大圓航法航行時的制導，減小航跡偏差，縮短航行距離，相應減少航行時間，提高航跡自動舵的性能。本航跡偏差測定方法已應用于某型船舶自動操舵儀，并取得了良好的航跡控制效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種船舶大圓航法航行航跡偏差的測定方法，旨在改善船舶的航跡控制效果，達到節(jié)約能源低碳環(huán)保的目的，使海洋運輸更加安全可靠。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種船舶大圓航法航行航跡偏差的測定方法，首先提出兩個方法：方法1，已知兩點經(jīng)緯度，計算其大圓航法兩點間的最短距離以及兩點計劃航向；方法2，已知起點經(jīng)緯度、起點計劃航向和大圓航法航行兩點間最短距離，計算終點經(jīng)緯度以及終點計劃航向；其次結(jié)合上述兩個方法計算大圓航法航跡偏差，具體包括以下幾個步驟：

步驟一、計算期望航線兩點間最短距離；

步驟二、計算起點到當前位置間的航線最短距離；

步驟三、尋找期望航線上輔助參考點；

步驟四、計算輔助修正偏差角；

步驟五、計算航跡偏差，并回到步驟二。

方法1，已知起點和終點的經(jīng)緯度，計算大圓航法兩點間的最短距離以及起點和終點的計劃航向，具體方法為：

已知起點A和終點B的經(jīng)緯度坐標分別為和計算起點A和終點B的歸化緯度U_A,U_B，計算經(jīng)度差λ_AB，計算大圓航法兩點間的最短距離S_AB以及起點A和終點B的計劃航向Ψ_A,Ψ_B，某點的計劃航向即該點所在弧切線方向與正北向的夾角；

1)、計算起點A和終點B的歸化緯度：

其中和分別為起點A和終點B的經(jīng)緯度坐標，f為地球扁率；

2)、計算經(jīng)度差λ_AB：

λ_AB＝Δλ_AB+(1-M)fsinΨ_AB{θ_AB+Msinθ_AB[cos2θ_m+Mcosθ_AB(-1+2cos²2θ_m)]}；

其中經(jīng)度差初值Δλ_AB＝λ_B-λ_A，θ_m為赤道到A,B所在弧線連線中點間的角距，Ψ_AB為起點A與終點B所在弧的延長線與赤道交點的航向角，θ_AB為起點A和終點B間的角距，M為引入的參數(shù)；

3)、計算大圓航法起點A和終點B間的最短距離S_AB以及起點A和終點B的計劃航向Ψ_A,Ψ_B：

S_AB＝bN(θ_AB-Δθ_AB)；

其中b為地球短半軸長，θ_AB為起點A和終點B間的角距，Δθ_AB為起點A和終點B之間的角距偏差。