[发明专利]船舶大圆航法航行航迹偏差的测定方法

说明书

技术领域

本发明属于船舶航迹与航向控制技术领域，具体涉及一种船舶大圆航法航行航迹偏差的测定方法。

背景技术

随着GPS定位系统的逐步商业化，航迹控制也逐步在自动舵中得到实现。如果船舶在航行过程中可以始终趋近期望航线航行，那么既可以减小航迹偏差提高航行效率,又可以节约燃料低碳环保。

求取大圆航法航迹偏差的传统方法一般采用分段方法，即将大圆航线等分为若干段后，将每段近似看做等航向线，再利用几何关系求解航迹偏差；该方法计算比较粗糙，计算的精度对分段个数的依赖性较强，分段数越多精确度越高；但分段数的选取并没有统一的标准，一般依靠经验选取，在航行距离很远时存在较大误差。如从美国东北部的波士顿到荷兰西部的鹿特丹，大圆航线距离约为1767海里，将大圆航线等分为若干段，取每段中间点切线的垂线距大圆航线500±20米的点作为船舶当前位置，计算航迹偏差。若将大圆航线等分4段，每段传统算法的航迹偏差约为14284米；若将大圆航线等分20段，每段传统算法的航迹偏差约为1040米；若将大圆航线等分50段，每段传统算法的航迹偏差约为605米。具体见附表1。

为了提高航迹控制精度、简化操作过程，迫切需要研究一种精度高、不依赖分段数的航迹偏差测定方法，便于船舶在大圆航法航行时的制导，减小航迹偏差，缩短航行距离，相应减少航行时间，提高航迹自动舵的性能。本航迹偏差测定方法已应用于某型船舶自动操舵仪，并取得了良好的航迹控制效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种船舶大圆航法航行航迹偏差的测定方法，旨在改善船舶的航迹控制效果，达到节约能源低碳环保的目的，使海洋运输更加安全可靠。

本发明是这样实现的，一种船舶大圆航法航行航迹偏差的测定方法，首先提出两个方法：方法1，已知两点经纬度，计算其大圆航法两点间的最短距离以及两点计划航向；方法2，已知起点经纬度、起点计划航向和大圆航法航行两点间最短距离，计算终点经纬度以及终点计划航向；其次结合上述两个方法计算大圆航法航迹偏差，具体包括以下几个步骤：

步骤一、计算期望航线两点间最短距离；

步骤二、计算起点到当前位置间的航线最短距离；

步骤三、寻找期望航线上辅助参考点；

步骤四、计算辅助修正偏差角；

步骤五、计算航迹偏差，并回到步骤二。

方法1，已知起点和终点的经纬度，计算大圆航法两点间的最短距离以及起点和终点的计划航向，具体方法为：

已知起点A和终点B的经纬度坐标分别为和计算起点A和终点B的归化纬度U_A,U_B，计算经度差λ_AB，计算大圆航法两点间的最短距离S_AB以及起点A和终点B的计划航向Ψ_A,Ψ_B，某点的计划航向即该点所在弧切线方向与正北向的夹角；

1)、计算起点A和终点B的归化纬度：

其中和分别为起点A和终点B的经纬度坐标，f为地球扁率；

2)、计算经度差λ_AB：

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

其中经度差初值Δλ_AB＝λ_B-λ_A，θ_m为赤道到A,B所在弧线连线中点间的角距，Ψ_AB为起点A与终点B所在弧的延长线与赤道交点的航向角，θ_AB为起点A和终点B间的角距，M为引入的参数；

3)、计算大圆航法起点A和终点B间的最短距离S_AB以及起点A和终点B的计划航向Ψ_A,Ψ_B：

S_AB＝bN(θ_AB-Δθ_AB)；

其中b为地球短半轴长，θ_AB为起点A和终点B间的角距，Δθ_AB为起点A和终点B之间的角距偏差。