Дипломный проект №25 | Судовождение | «Разбор и анализ английских астрономических пособий»

«Using of english publications for nautical astronomy».

- Diploma project. instructor - Mishik N.А., - NSMA, Navigation department, 2005.-127p.

The most common used publications for the nautical astrono-my that are published in english language are examined in the diploma project. The theory of pubications is brought. The calcula-tions that refer to the purposes of the practical nautical astronomy have been executed and illustrated.

Illusr. 63, tab. 2, bibl. 14 names.

ОГЛАВЛЕНИЕ Стр. 5
ВВЕДЕНИЕ Стр. 6
1. СПИСОК ТЕРМИНОВ Стр. 7
2. РАСЧЕТ ЧАСОВЫХ УГЛОВ И СКЛОНЕНИЙ ПО NAUTICAL
ALMANAC Стр. 15
2.1. Общие положения Стр. 15
2.2. Вычисление гринвичевской даты и всемирного времени Стр. 17
2.3. Примеры вычисления часовых углов и склонений звезд Стр. 20
3. ИСПРАВЛЕНИЕ ВЫСОТ Стр. 31
3.1. Теория исправления высот Стр. 31
3.2. Исправление высот по Nautical Almanac Стр. 36
3.3. Исправление высот по Norie's Nautical Tables Стр. 45
3.4. Исправление высот по Brown's Nautical Almanac Стр. 58
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОПРАВКИ КОМПАСА Стр. 60
4.1. Общие положения Стр. 60
4.2. Определение поправки компаса по Norie's Nautical Tables
(А, В и С) Стр. 62
4.3. Определение поправки компаса по Полярной звезде
(Nautical Almanac) Стр. 66
4.2. Определение поправки компаса по амплитуде
(Norie´s Nautical Tables) Стр. 62
5. ОМС МЕТОДОМ ЛИНИЙ ПОЛОЖЕНИЯ Стр. 72
6. ТАБЛИЦЫ 214, 229 Стр. 79
6.1. Таблицы 214 (Tables of computed altitude and azimuth) Стр. 79
6.2. Таблицы 229 (Sight reduction tables for marine navigation) Стр. 96
7. ОМС УСКОРЕННЫМИ МЕТОДАМИ Стр. 110
7.1. ОМС с использованием таблиц АР 3270
(Sight reduction tables for air navigation) Стр. 110
7.2. Определение широты по высоте Полярной звезды
(Nautical Almanac) Стр. 115
8. ОХРАНА ТРУДА Стр. 119
8.1. Общая характеристика труда, связанного с работой на ЭВМ Стр. 119
8.2. Практические расчеты Стр. 120
8.3. Выводы Стр. 125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Стр. 126
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Стр. 127

Actual Фактический.
Additional (Add., Add'l) Дополнительный.
Altitude (Alt) Высота.
Sexstant altitude (hs) Секстанная высота (отсчет секстана).
Sexstant reading (SR) Отсчет секстана.
Apparent altitude (ha) Видимая высота (отсчет секстана, исправленный поп-
равкой отсчета индекса, инструментальной поправ-
кой и поправкой за наклонение горизонта).
Observed altitude (Ho) Обсервованная высота (видимая высота, исправлен-
ная поправками. В таблицах для ускоренного исправ-
ления высот- hs, исправленная поправкой отсчета ин-
декса; в этом случае обозначается hо).
Tabulated altitude (ht,Tab.Hc) Табличная высота (счислимая высота, выбирается из
таблиц без интерполяции).
Computed altitude (Hc) Вычисленная высота (счислимая высота, расчитыва-
ется с помощью таблиц методом интерполяции).
Аlmucantar Альмукантарат.
Amplitude Амплитуда (измеряется по дуге горизонта от точки E
или W до вертикала светила).
Assumed position (АР) Перемещенное место.
Atmospheric pressure (B) Атмосферное давление
Augmentation (A) Увеличение (полудиаметра Луны).
Azimuth (Zn; Az) Азимут (круговой).
Azimuth angle (Z) Азимутальный угол (полукруговой азимут).
Celestal equator Небесный экватор.

Сelestial horison Небесный горизонт (истинный горизонт).
Сelestial meridian Небесный меридиан (меридиан наблюдателя).
Сelestial pole Небесный полюс (полюс мира).
Circle of equal altitude (CEA) Круг равных высот.
Compass bearing (CB) Компасный пеленг.
Compass error Ошибка (поправка) компаса.
(Ce, Comp. error)
Correction (Corr'n, Corr.) Поправка.
Contrary Противоположный (разноименный - склонение с ши-
ротой).
Course made good (CMG) Фактический путевой угол.
Course over ground (COG) Курс относительно грунта (то же, что и CMG).
Course to make good (CTG) Расчетный путевой угол
Course steered (CS) Фактический истинный курс.
Course to steer (CTS) Расчетный истинный курс.
Dead reckoning position (DR) Полностью рассчитанное место (счислимое).
Decimal Десятичная дробь (десятые доли градуса или ми-
нуты).
Difference (Diff., d) Разность.
Dip of horison (D) Наклонение горизонта.
Dip of shore horison (D') Наклонение берегового горизонта (наклонение зри-
тельного луча).
Declination (Dec, d) Склонение.
Ecliptic Эклиптика.
Elevated pole Повышенный полюс.
Geographical position (GP) Географическое место (полюс освещения).
Great circle Большой круг.
Greenwich hour angle (GHA) Гринвичевский часовой угол (измеряется в сторону
W, от 0º до 360º).
Height (h) Высота (в метрах или в футах).
Hour circle Часовой круг (меридиан светила или Точки Овна).
Horisontal parallax (HP) Горизонтальный параллакс
Increment (Incr.) Приращение.
Index correction (IC) Поправка отсчета индекса.
Instrument correction (I) Инструментальная поправка.
Intercept (a, р) Отделение (перенос; если прокладывается по направ-
лению азимута, обозначается буквой Т (towards), если
против направления- A (away).
Interpolation Интерполяция.
Latitude (Lat., L) Широта.
Line of position (LOP) Линия положения.
Local hour angle (LHA) Местный часовой угол (измеряется в сторону W, от
0º до 360º).
Local mean time (LMT) Среднее местное время.
Longtitude (Long., λ) Долгота.
Lower transit (culmination) Нижний транзит (кульминация).
Lower branch Нижнее ответвление (полуночная часть меридиана
наблюдателя).
Lower limb (LL) Нижний край.
Mean Средний.
Meridian angle (t) Мериднанный угол ( практический часовой угол,
измеряется по дуге небесного экватора от полуден-
ной части меридиана наблюдателя до меридиана све-
тила от 0º до 180º в сторону E или W, соответственно
присваивается наименование E или W).
Multiplication Умножение.
Nadir (Na) Надир.
Navigational triangle Навигационный треугольник (параллактический).
Oblateness (OB) Сжатие (Земли у полюсов).
Offset Смещение.
Parallax (P) Параллакс.
Parallel of declination Параллель склонения (суточная параллель).
Polar distance (p) Полярное расстояние.
Prime meridian Первый меридиан (меридиан, являющийся началом
отсчета географической долготы- меридиан
Гринвича (Greenwich)).
Prime vertical Первый вертикал (большой круг, проходящий через
точки Z, Na, E и W).
Principal vertical circle Главный вертикальный круг (совпадает с меридиа-
ном наблюдателя).
Refraction (R) Рефракция.
Same Одинаковый (одноименный- склонение с широеой).
Semi-diameter (SD) Полудиаметр.
Sidereal hour angle (SHA) Звездный часовой угол (измеряется по дуге небес-
ного экватора от точки Овна до меридиана светила
в сторону W, от 0º до 360º, совпадает с звездным
дополнением).
Sight reduction Преобразование наблюдения (вычисление необходи-
мых величин через известные).
Small circle Малый круг.
Speed made good (SMG) Фактическая путевая скорость.
Speed over ground (SOG) Скорость относительно грунта (то же, что и SMG).
Speed to make good (STG) Расчетная путевая скорость.
Substractive Отрицательный.
Sum Сумма.
Temperature (T) Температура.
Ten Десять (число десятков).
Track made good (TMG) Фактически пройденное расстояние (по CMG).
True bearing (TB) Истинный пеленг.
Unit Единица.
Upper transit (culmination) Верхний транзит (кульминация).
Upper branch Верхнее ответвление (полуденная часть меридиана
наблюдателя).
Upper limb (UL) Верхний край.
Vernal equinox Tочка весеннего равноденствия (точка Овна).
(first point of Aries)
Vertical circle Вертикальный круг (вертикал светила).
(Vertical of body)
Zenith (Z) Зенит.
Zenith distance (z) Зенитное расстояние.

Список терминов включает в себя основные термины, которые встречаются в пособиях и расчетных схемах и их обозначения. В списке дается прямой перевод термина и его значение, в отдельных местах прямой перевод не дается. В некото-рых местах термины даны не в алфавитном порядке, а сгруппированы по значе-нию. Приведенный выше список достаточен для работы со всеми рассматривае-мыми пособиями.
Ниже приведены горизонтная (The celestial horison system of coordinates) и
экваториальная (The celestial equator system of coordinates) системы координат, а так же временная диаграмма (Time diagram), показывающая счет часовых углов

В современной навигации для определения места судна в открытом море наиболее часто используются радионавигационные системы (РНС), в частности спутниковые радионавигационные системы (СРНС) НАВСТАР (ГЛОНАСС). Однако, в качестве дублирующих методов ОМС для открытого моря по-прежнему остаются астрономические методы. Поэтому, согласно требований Конвенции ПДМНВ 78/ 95 к компетентности ВПКМ (А-II/1), штурман должен уметь исполь-
зовать небесные тела для ОМС. Кроме того, в навигационных руководствах компаний (Manual), как правило, содержатся требования касательно осущест-вления ОМС астрономическими методами (как правило, не реже одного раза в сутки) и определения поправки компаса при плавании в открытом море.
На сегодняшний день большинство российских судоводителей работают под иностранным флагом, и в процессе работы им приходится сталкиваться с опре-
деленными трудностями в использовании английских пособий по мореходной астрономии. Затруднения, как правило, вызваны уровнем владения английским языком, недостаточным для работы с пособиями, а также отличием (зачастую-существенным) теории используемых пособий и методов расчета от отечественных
и своеобразием отдельных пособий.
Целью данной дипломной работы является подробный разбор и анализ наиболее распространенных на флоте на сегодняшний день английских астро-номических пособий, а так же детальный (с применением иллюстраций) разбор использования пособий при решении задач практической мореходной астрономии с учетом всех особенностей использования. Дипломная работа включает в себя рассмотрение пособий, изданных не только в Англии, но и США, слово «английские» следует понимать как «опубликованные на английском языке».

В дипломной работе в разделе 1 приведены основные термины, которые встречаются в пособиях и расчетных схемах и их обозначения. Так же приведены иллюстрации, включающие в себя астрономические системы координат и схему счета часовых углов. В разделе 2 приводится элементарная теория Nautical Almanac, рассмотрены вопросы и приведены иллюстрированные примеры вычис-
ления гринвичевской даты и всемирного времени, а также расчета экваториальных координат светил по Nautical Almanac. В разделе 3 дана теория исправления высот,
рассмотрены вопросы и приведены иллюстрированные примеры исправления вы-сот по Nautical Almanac, Norie's Nautical Tables и Brown's Nautical Almanac. В раз-деле 4 рассмотрена общая теория определения поправки компаса методом момен-тов, дано теоретическое обоснование и приведены иллюстрированные примеры расчета поправки компаса по Norie's Nautical Tables (A, В и C) и Полярной звезде
(Nautical Almanac), рассмотрен способ и приведен иллюстрированный пример рас-
счета поправки компаса по амплитуде (Norie's Nautical Tables). В разделе 5 рас-смотрены общие принципы получения высотной линии положения и ОМС мето-
дом линий положения. В разделе 6 дана элементарная теория таблиц 214, 229, при-
ведены иллюстрированные примеры расчета высоты и азимута, подробно рассмот-рены примеры возможных способов ОМС по данным таблицам, разобраны допол-нительные задачи, решаемые таблицами (идентификация звезд, определение поп-
равки компаса). В разделе 7 рассмотрена элементарная теория таблиц АР 3270, приведен иллюстрированный пример использования таблиц для получения линии положения, рассмотрена теория и приведен иллюстрированный пример определе-
ния широты по высоте Полярной Звезды. В разделе 8 рассмотрены вопросы охра-
ны труда при работе с ЭВМ. На основании вышеизложенного можно утверждать, что задание на дипломный проект выполнено- рассмотрена теория и практическое использование наиболее распространенных английских астрономических пособий

Сейчас много российских судоводителей работает под иностранным флагом, и им приходится встречаться с иностранными пособиями. Поэтому знание в первую очередь английской терминологии по вопросам судовождения, в том числе и по мореходной астрономии, необходимо для работы с ними. Целью данной дипломной работы является не только ознакомление со специализированным английским, но изучение иностранных и отечественных учебных пособий для их сравнения и анализа, а так же выявления особенностей иностранных учебных пособий. На первой стадии выполнения дипломной работы решена задача поиска иностранного пособия из Интернета (в прложении приводятся ссылки на дополнительные сайты). Наиболее интересным для изучения оказалось пособие Хеннинга Умланда. В своём пособии он приводит методы ОМС, определение широты по двум высотам, определение времени и долготы по лунному расстоянию и др., которые, в общем, не являются популярными, но всё же могут оказаться полезными в некоторых случаях, а также представляют интерес для их рассмотрения с исторической стороны развития мореходной астрономии. Более того, на основании его пособия и сравнении с отечественными пособиями, выделены методы, которые у нас не опубликованы, или описаны, но очень коротко.

В первой части дип работы приводятся термины по МА на англ языке и их перевод, а т.ж. рисунки горизонтальной и экваториальной систем координат. Здесь примечательно только то, что меридиан наблюдателя имеет различную терминологию. В горизонтальной сист это Principal vertical circle, а в экваториальной это Celestial meridian. Кроме этого, можно заметить новое понятие – дуга истинного горизонта от точки E или W до вертикала светила называется амплитудой (Amplithude).

Во второй части приведены формулы для исправления высот, которые опубликованы в пособии Умланда.
Начну атмосферной рефракции.
Атмосферная рефракция r равна вертикальному углу между истинным направлением МС на светило и видимым направлением MC¢.
- показать рисунок Астрономическая рефракция
Если считать атмосферу состоящей из концентрических слоёв воздуха, каждый из которых имеет свой показатель преломления m (от приземного mо до предельного μ =1), то угол r зависит от величины μ и угла ί падения луча на данный слой атмосферы. По дифференциальному уравнению рефракции в бесконечно малом слое можно получить полную рефракцию как интеграл вида:
(2.1)
Решая интеграл на основе какой-либо из гипотез Ньютона, Лапласа, Гульдена и др. о зависимости m, можно получить рефракцию в виде ряда:
(2.2)
где z'- видимое зенитное расстояние
первый член ряда даёт приближённое значение рефракции по формуле:
(2.3)
При t = +10º и B = 760 мм.рт.ст. получаем приближённую формулу средней рефракции:
(2.4)
Эта формула справедлива только для значений высот свыше 10º. На практике применяют таблицы рефракции, составленные по ряду (2.2) в соответствии с принятой гипотезой. По Пулковским таблицам рефракции для t = +10º и B = 760 мм.рт.ст. вычислена табл.8 для Солнца и табл.10 для Луны, но в сумме с другими поправками. Эти поправки с их знаками приведены в табл.14-а и 14-б МТ-75 [12] для температуры t от –40º до +40º, давления B от 720 до 790 мм.рт.ст. и высот h от 0º до 50º. Аналогичные таблицы рефракции приведены на внутренней обложке табл. ВАС-58 [13].
В пособии Хеннинга Умланда опубликованы другие формулы, по которым можно рассчитать поправку за рефракцию.
- показать рисунок Табл. Рефр. 2.1, 2.2
прокомментировать: формула Смарта высокоточна при высотах от 15 до 90. для навигационных целей её можно использовать для высот от 10. ниже 5 ошибка увеличивается прогрессивно. Поэтому для высот от 0 до 15 рекомендуется следующая формула:
- показать 2ую формулу на этом рисунке
- показать рисунок Табл. Рефр. 2.3, 2.4
читать по рисунку.
- показать рисунок Анализ табл рефр
прокомментировать:
На основе расчётных данных по формулам, приведённым в этом подразделе, составлен график, по которому можно наглядно представить точность и надёжность приведённых формул. Здесь можно видеть, что кривые 2.1, 2.3, 2.4 – практически сливаются в одну линию, и их можно использовать почти с одинаковой точностью в промежутке высот от 5º до 90º. Таблицу 2.2 рекомендуется использовать при малых высотах ( до 10º).

Для учёта суточного параллакса в пособии Умланда представлена ещё одна формула, кроме той, по которой составлена табл. 10 МТ-75
- показать рисунок поправки за параллакс

Для исправления высоты за видимый угловой полудиаметр, под которым понимают видимый радиус светила с поверхности Земли, в пособии Умланда можно найти ряд дополнительных формул. Следующий рисунок демонстрирует понятие полудиаметра,
- показать рисунок ТопоГеоПолудиаметры луны
прокомментировать: для луны в зените эта величина достигает 0.3 мин.
- показать рисунок Поправки за полудиам
прокомментировить аргументы формул.
Подводя итог данного раздела, стоит заметить, что значения поправок к высоте, принятые в отечественных пособиях, достаточно близки к тем, о которых поведано в пособии Умланда. Однако, для более точных расчётов, особенно для определения лунных расстояний или для измерения малых высот, лучше воспользоваться формулами по Умланду.

В третьей части приведено описание метода Сомнера, который опубликовал свой метод в 1843г., и его метод заложил основу современной астронавигации.
По измеренной высоте светила мы получаем КРВ, который пересекает две широты и образует между ними секущие AB и CD. При грубом определении своей долготы нетрудно выбрать ближайшую к нам.
Итак, Сомнер предложил выбрать две широты – одну выше нашей счислимой и одну ниже (желательно, чтобы на параллелях карты), и найит точки пересечения КРВ с этими широтами - см. рис. 11
Здесь же приведены правила получения долготы.
Где можно найти более или менее полное описание этого же метода в российских пособиях – так это в книге Чебана «МА». Однако стоит заметить, что он не описывает как находится первая долгота – приведены формулы для нахождения второй долготы, зная первую для счислимой широты φсч и Δφ.
- см. рис. 13
Далее, в четвёртой части, приводится описание метода определения широты по двум высотам, который можно найти далеко не во всех популярных российских изданиях.
Несмотря на то, что метод определения широты по двум высотам требует более сложных вычислений, чем, например, определение широты по полярной звезде или по наибольшей высоте, он всё же имеет некоторые преимущества – нет ограничений по широте, как в первом случае с полярной звездой и более короткий интервал наблюдений во втором случае. Более того, если наблюдаются звёзды, то ошибка хронометра, даже в несколько часов, не скажется на результате, так как разница часовых углов между наблюдаемыми звёздами и их склонения не изменяются быстро.
Суть заключается в следующем – см. рис. 14
Некоторые вариации так называемой задачи двух высот можно найти в пособии Чебана - показать рис. 15
Суть метода Дана – необходимо взять две широты, отличающиеся на градус или немного меньше и близких к счислимой, для каждой из них рассчитывается часовой угол. Тогда выполняется пропорция - см. последнюю формулу на рис. 15

Теперь я хочу рассказать об определении времени и долготы по лунным расстояниям (седьмая часть). Способ лунных расстояний в нашей стране описан в специальной литературе, которая мало публикуется.
Поскольку луна движется по своей орбите вокруг земли со скоростью ≈ 0.5º в час, угловое расстояние между луной M и звездой B на её пути изменяется с той же скоростью, причём довольно быстро, так, что можно измерить. Время, соответствующее угловому расстоянию, сравнивается с рассчитанным в таблицах.
Таблицы рассчитываются по геоцентрическим экваториальным координатам точек М и В (см. рис. 7.2), используя закон косинуса:

cosD = sinδM • sinδB + cosδM • cosδB • cos( tM – tB)

или

cosD = sinδM • sinδB + cosδM • cosδB • cos[15•( αM[час] – αB[час])]

где D – геоцентрическое лунное расстояние. Эти формулы могут быть использованы для расчёта собственных таблиц, или для использования в компьютерных программах.
Почти столетие после того, как в морском ежегоднике Nautical Almanac перестали печатать лунные таблицы, эту традицию возобновил Стивен Вепстер (Steven Wepster), и его таблицы доступны на сайте Интернета [51]. Вот фрагмент такой таблицы - показать рис. 16
Для того, чтобы воспользоваться таблицей, необходимо измеренный угол привести к геоцентрическому. Эта задача называется очищением
- показать рис. 17
комментарий: красным – истинные положения луны и светила, синим – видимые. D и Dвид выражаются из соответствующих треугольников, применяя угол α. Т.к. азимуты одинаковы, то и α одинаков для этих треугольников - показать рис. 18
D выражается через формулы . . .
На этом рис. т.ж. приведены формулы осреднения высот светил, а т.ж. формулы поправок - показать рис. 19, прочитать внизу рисунка об интерполяции.
В российском пособии можно найти определение D по методу Халла – показать рис. 20 Халл представил вот эту формулу для определения D (показать на рис.)
Следующий рис. 21 демонстрирует разницу результатов вычислений между строгим методом и методом Халла.
По современным требованиям метод лунных расстояний очень неточен. Но в 18-м и 19-ом веках он успешно применялся и ошибка в определении долготы в 0,5 – 1 град лучше, чем ничего. В своей статье Халл с горечью писал: «Способ лунных расстояний уже не долго будет входить в сферу практической навигации. Несмотря на это, я не могу изменить своего мнения, что способ лунных расстояний должен остаться как высший тест искусства обсервации и вычисления».