Nghiên cứu xây dựng chương trình tính toán vị trí tàu theo phương pháp ma trận vòng đẳng cao thiên

Luận văn

Nghiên cứu xây dựng chương

trình tính toán vị trí tàu theo

phương pháp ma trận vòng

đẳng cao thiên thể

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng

tôi. Các số liệu, kết quả được nêu ra trong bản luận văn này là hoàn toàn trung

thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nghiên cứu

nào khác trước đó.

Đồng thời, tôi cũng xin cam đoan rằng, các thông tin được trích dẫn

trong luận văn đều đã được chỉ rõ về xuất xứ, nguồn gốc và đảm bảo tính

chính xác.

Hải Phòng, ngày 31 tháng 10 năm 2012

Tác giả

KS. NGUYỄN VĂN SƯỚNG

ii

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cám ơn các thành viên trong gia đình đã động

viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất để tác giả có thể hoàn thành chương

trình học tập của mình.

Tác giả xin chân thành cám ơn Thầy giáo PGS, TS. Nguyễn Cảnh Sơn,

thầy đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình chu đáo trong suốt thời gian tác giả thực

hiện đề tài cũng như theo học tại Trường Đại học Hàng hải Việt Nam.

Tác giả cũng xin trân trọng cám ơn các Thầy giáo PGS, TS. Lê Đức

Toàn, ThS. Đào Quang Dân, các thầy đã giúp đỡ tác giả đăng tải một số công

trình khoa học liên quan cũng như là góp ý để nội dung của đề tài được phong

phú hơn, hoàn thiện hơn.

Mặc dù tác giả đã rất cố gắng trong quá trình nghiên cứu cũng như viết

luận văn, nhưng với nội dung khá lớn, việc thu thập và xử lý tài liệu nhiều và

bản thân còn những hạn chế nhất định, vì vậy, khó tránh khỏi những khiếm

khuyết. Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến xây dựng của các

thầy, các đồng nghiệp và các nhà khoa học quan tâm, để công trình nghiên

cứu ngày càng được hoàn chỉnh hơn.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn!

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................i

LỜI CẢM ƠN...............................................................................................ii

MỤC LỤC…………………………………………………………………...iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .................................. v

DANH MỤC HÌNH VẼ …......................................................................... vii

DANH MỤC CÁC BẢNG...........................................................................ix

MỞ ĐẦU....................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài…………………..................................................1

2. Mục đích nghiên cứu của đề tài ............................................................... 2

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................ 3

4. Phương pháp nghiên cứu của đề tài ......................................................... 3

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................. 3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ

TÀU BẰNG THIÊN VĂN VÀ HẠN CHẾ CỦA CÁC PHƯƠNG

PHÁP................................................................................................................5

1.1 Cơ sở lý thuyết xác định vị trí tàu bằng phương pháp thiên văn………..5

1.2 Các phương pháp xác định vị trí tàu bằng thiên văn từ trước đến nay….8

1.3 Độ chính xác của các phương pháp xác định vị trí tàu bằng quan sát

thiên văn từ trước đến nay……………………………………………..19

1.4 Xu hướng phát triển hàng hải thiên văn trong tương lai………………21

1.5 Kết luận chương 1……………………………………………………..24

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH SỬ

DỤNG ĐỂ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN VỊ TRÍ

TÀU………………………………………………………………………….25

iv

2.1 Các yếu tố cần thiết để giải bài toán xác định vị trí tàu bằng phương

pháp thiên văn, cơ sở dữ liệu cho chương trình tính toán……………..25

2.2 Ngôn ngữ lập trình sử dụng để xây dựng chương trình……………….33

2.3 Kết luận chương 2……………………………………………………..43

CHƯƠNG 3. THIẾT LẬP PHƯƠNG PHÁP MA TRẬN VÒNG ĐẲNG

CAO THIÊN THỂ VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN VỊ

TRÍ TÀU THEO PHƯƠNG PHÁP……………………………………….44

3.1 Thiết lập phương pháp ma trận vòng đẳng cao thiên thể tính toán vị trí

người quan sát…………………………………………………………44

3.2 Xây dựng chương trình tính toán vị trí tàu theo phương pháp ma trận

vòng đẳng cao thiên thể………………………………………………..50

3.3 Độ chính xác vị trí tính toán theo phương pháp và độ tin cậy của chương

trình tính toán………………………………………………………….56

3.4 Kết luận chương 3………………….………………………………….62

KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ………………………………………………....62

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN

QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI CỦA TÁC GIẢ…………………………………….65

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………….66

PHỤ LỤC……………………………………………………………….1/PL1

Phụ lục 1………………………………………………………………1/PL1

Phụ lục 2………………………………………………………………2/PL2

v

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Chữ viết tắt Giải thích

Dec Declination of celestial body – Xích vĩ của thiên thể

GHA

Greenwich Hour Angle of celestial body - Góc giờ thế giới

của thiên thể

Dec*

, δ* Declination of celestial body – Xích vĩ của ngôi sao

SHA*

Sidereal Hour Angle – xích kinh nghịch của ngôi sao

GHAγ

, t

γ

G

Greenwich Hour Angle of Aries – Góc giờ thế giới của điểm

xuân phân

GHA*

, t

*

G

Greenwich Hour Angle of star – Góc giờ thế giới của ngôi

sao

LHA*

, t

*

L Local Hour Angle of star – Góc giờ thế giới của ngôi sao

Dec Declination of Sun – Xích vĩ của mặt trời

GHA Greenwich Hour Angle of Sun – Góc giờ thế giới của mặt

trời

∆Dec Lượng biến thiên xích vĩ thiên thể

∆SHA Lượng biến thiên xích kinh nghịch của thiên thể

Dip Số hiệu chỉnh độ cao do độ nghiêng chân trời

R Refraction – Số hiệu chỉnh độ cao theo nhiệt độ và khí áp

PA Parallax in altitude – Số hiệu chỉnh độ cao do thị sai

HP Horizontal parallax – Thị sai chân trời

SD Semi Diameter – Bán kính thiên thể

vi

SA

Semi Diameter of altitude – Số hiệu chỉnh độ cao do thiên

thể có bán kính lớn

φ Vĩ độ người quan sát trong hệ tọa độ địa dư

λ Kinh độ người quan sát trong tọa độ địa dư

PM Vị trí thiên đỉnh trên thiên cầu

Xo Hoành độ thiên đỉnh trong hệ tọa độ vuông góc

Yo

Tung độ thiên đỉnh trong hệ tọa độ vuông góc

Zo Cao độ thiên đỉnh trong hệ tọa độ vuông góc

XE Hoành độ thiên đỉnh dự đoán trong hệ tọa độ vuông góc

YE

Tung độ thiên đỉnh dự đoán trong hệ tọa độ vuông góc

ZE Cao độ thiên đỉnh dự đoán trong hệ tọa độ vuông góc

hS Độ cao thực tế của thiên thể sau khi hiệu chỉnh

x1, x2, x3 Hoành độ các thiên thể 1, 2, 3 trong hệ tọa độ vuông góc

y1, y2, y3 Tung độ các thiên thể 1, 2, 3 trong hệ tọa độ vuông góc

z1, z2, z3 Cao độ các thiên thể 1, 2, 3 trong hệ tọa độ vuông góc

PK, PK+1 Vị trí tính toán tại vòng lặp thứ K, thứ K + 1

OC.OPM

 

Tích vô hướng của 2 vector

r



Vector chỉ phương

OC OC 1 2 

 

Tích có hướng của 2 vector

OC OC 1 2   

 

 

Độ dài vector tích có hướng của 2 vector

vii

DANH MỤC HÌNH VẼ

Số hình Tên hình Trang

1.1 Vị trí người quan sát trên thiên cầu 5

1.2 Đồ giải 2 vòng đẳng cao xác định vị trí trên thiên cầu 8

1.3 Tam giác thiên văn 9

1.4 Đường vị trí xác định theo phương pháp Sumner 12

1.5 Đường vị trí xác định theo phương pháp Akimov 13

1.6 Đường vị trí xác định theo phương pháp hiệu độ cao 14

1.7 Robot thăm dò 22

1.8 Thiết bị nhận dạng sao (Star tracker) 23

2.1 Cửa sổ làm việc của chương trình 34

3.1 Hệ tọa độ không gian đề các vuông góc 44

3.2 Thiên cầu trên hệ tọa độ vuông góc 45

3.3 Mô tả phương pháp giải bằng hình học 47

3.4

Sơ đồ thuật toán chương trình xác định vị trí tàu bằng

mặt trời

51

3.5

Sơ đồ thuật toán chương trình xác định vị trí tàu bằng 2

thiên thể

52