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

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN . ii
MỤC LỤC .iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮTVÀ KÝ HIỆU v
DANH MỤC HÌNH VẼ . vii
DANH MỤC CÁC BẢNG . ix
MỞ ĐẦU . 1
1. Tínhcấp 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 Cơsở 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
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 V Ị
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 BỐLIÊN
QUAN ĐẾN ĐỀTÀI 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


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay, hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu GPS là một phần không thể
thiếu trên các tàu thuyền vượt Đại dương. Hệ thống này được chính phủ Mỹ
xây dựng và quản lý, điều đó đồng nghĩa với việc độ chính xác vị trí tính toán
của các máy thu dân sự bị hạn chế ở một mức độ nhất định. Mặt khác, tại một
số vùng biển trên thế giới, máy thu GPS không nhận được tín hiệu sóng từ các
vệ tinh. Do đó,việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống định vị khác nhau
nhằm hỗ trợ, bổ sung cũng như thay thế hệ thống GPS khi không có tín hiệu
sóng hoặc khi chính phủ Mỹ ngừng phát tín hiệu từ các vệ tinh đã và đang
được các nước trên thế giới tiến hành một cách mạnh mẽ.
Trên quan điểm đó, nhiều hệ thống định vị khác như GLONASScủa
Nga, GALILEO của Liên minh Châu Âu, IRNSS của Ấn Độ đã và đang được
xây dựng, hoàn thiện, thử nghiệm kiểm tra độ chính xác. Đó cũng là những
bước tiến quan trọng nhằm hiện thực hóa giấc mơ làm chủ công nghệ dẫn
đường bằng vệ tinh của các quốc gia tiên tiến này. Tuy nhiên, các hệ thống
trênvẫn chưa thể đáp ứng những yêu cầu về một hệ thống định vị hoàn hảo
đối với lĩnh vực dân sự.
Hàng hải thiên văn là phương pháp tính toán vị trí tàu của người đi
biển, vị trí được xác định bằng cách quan sát thiên thể trên bầu trời. Đồng
thời, đây cũng là môn học bắt buộc đối với học viên chuyên ngành hàng hải
của các Trường Đại học Hàng hải trên Thế giới như: Học viện Hàng hải
California, Đại học Hànghải Đại Liên, Đại học Hàng hải Thượng hải, Đại
học Đại Dương, Đại học Hàng hải Việt Nam vv. Việc đưa hàng hải thiên
văn vào đào tạo, huấn luyện đã được tiêu chuẩn hóa trong công ước STCW -
78/95, sửa đổi Manila -2010. Kể từ khi nhà hàng hải Saint -Hilaire đề xuất
phương pháp hiệu đường cao vị trí đến nay, đã có nhiều phương pháp thiên
văn tính toán vị trí tàu cũng như những chương trình phần mềm ứng dụng
được xây dựng (Ogilvie, R. E (1977), Watkins, R. (1979), Van Allen, J. A
(1981), Sevarance, R.W (1990), Metcalf, T. R (1991), Kaplan, G. H. (1995),
Andrés Ruiz González(2008)) đ ể hỗ trợ các nhà hàng hải xác định vị trí khi
tàu hành trình ngoài Đại dương.
Mặc dù với số lượng lớn các phương pháp và chương trình phần mềm
tính toán vị trí, nhưng đa số, cácphương pháp đều được cải tiến từ phương
pháp hiệu đường cao vị trí, ứng dụng toán học vào đó để tìm nghiệm tối ưu,
một số phương pháp khác giải trực tiếp phương trình vòng đẳng cao bằng
biến đổi lượng giác. Do vậy, các phương pháp này đều mắc sai số phương
pháp do thay thế vòng đẳng cao bằng đường vị trí hoặc mắc những sai số do
không hiệu chỉnh ảnh hưởng của các nguyên nhân gây sai số.
Từ những phân tích trên, có thể thấy nhu cầu về một phương pháp mới
khắc phục những nhược điểm của hàng hải thiên văn cũng như chương trình
phần mềm tính toán vị trí tàu dựa trên phương pháp mới là hết sức cần thiết
đối với ngành hàng hải hiện đại. Do đó, tác giải thực hiện đề tài: “Nghiên
cứu xây dựng chương trình tính toán vị trí tàu theo phương pháp ma
trận vòng đẳng caothiên thể”nhằm đáp ứng những yêu cầu cấp thiết để đưa
hàng hải thiên văn chính xác hơn, hiện đại hơn cả về lý thuyết lẫn thực tế.
2. Mục đích nghiên cứu của đề tài
Từ những nhược điểm của các phương pháp hàng hải thiên văn đang
được sử dụng hiện nay và xu hướng phát triển trong tương lai của phương
pháp này. Đề tài thiết lập phương pháp ma trận giải hệ phương trình vòng
đẳng cao thiên thể thay vì phương pháp hiệu đường cao vị trí của nhà hàng
hải Saint -Hilaire.
Ngoài ra, chương trình tính toán vị trí tàu theo phương pháp mới cũng
được xây dựng để kiểm tra độ chính xác cũng như ứng dụng thực tế trong xác
định vị trí tàu bằng thiên văn.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Phương trình vòng đẳng cao, vị trí tàu trong hệ tọa độ không gian đề
các vuông góc,phân tích ảnh hưởng của các yếu tố gây sai số và đưa ra
phương pháp hiệu chỉnh nhằm nâng cao độ chính xác vị trí tính toán.
Nội dung đề tài giới hạn trong phạm vi bài toán tối ưu hóa xác định vị
trí tàu bằng các thiên thể, chương trình tính toán được xây dựng với cơ sở dữ
liệu cho bài toán mặt trời không đồng thời, bài toán 2 sao, 3 sao.
4. Phương pháp nghiên cứu đề tài
Để thực hiện việc nghiên cứu đề tài, tác giả kết hợp nhiều phương pháp
nghiên cứu khoa học khác nhau như: phương pháp phân tích toán học thiết lập
vòng đẳng cao thiên thể, phương pháp chuyên gia giải bài toán vòng lặp tối
ưu, phương pháp thu thập dữ liệu tính toán tọa độ của các thiên thể.
Hơn nữa, phương pháp tư vấn từ các chuyên gia cũng được sử dụng để
nâng cao độ chính xác của vị trí tính toán.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Phương pháp ma trận giải hệ phương trình vòng đẳng cao tính toán vị
trí tàu được thiết lập, đây là bước phát triển quan trọng trong nghiên cứu hoàn
thiện lý thuyết hàng hải thiên văn hiện đại, từđó làm cơ sở nền tảng định
hướng cho những nghiên cứu sâu rộng hơn trong tương lai, kết hợp phương
pháp hàng hải thiên văn với các phương pháp hàng hải hiện đại khác, nhằm
nâng cao độ chính xác, độ tin cậy của vị trí tàu xác định.
Với kết quả thu được củađề tài, phương pháp ma trận vòng đẳng cao
thiên thể tính toán vị trí tàu có thể làm tài liệu học tập, tham khảo cho môn
hàng hải thiên văn trong đào tạo sinh viên chuyên ngành hàng hải, học viên
các lớp huấn luyện sỹ quan boong.
Chương trình tính toán vị trí tàu theo phương pháp được thiết kế bằng
ngôn ngữ lập trình Visual Basic có thể hỗ trợ các sỹ quan hàng hải trong xác
định vị trí tàu khi hệ thống GPS bị hạn chế hoặc khi kiểm tra độ tin cậy của
các hệ thống hàng hải hiện đại khác.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ
TÀU BẰNG THIÊN VĂN VÀ HẠN CHẾ CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP
1.1 Cơ sở lý thuyết xác định vị trí tàu bằng phương pháp thiên văn
Để xác định vị trí tàu bằng phương pháp thiên văn thì mối liên hệ giữa
vị trí người quan sát và thiên thể trên thiên cầu phải được thiết lập (hình 1.1),
từ đó xây dựng các hệ công thức liên hệ vị trí tàu với tọa độ thiên thể tại thời
điểm quan sát. Giả sử vị trí người quan sát trên địa cầu là M(φ, λ), đài thiên



TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Ths Nguyễn Cảnh Sơn, Thiên văn hàng hải (2004), Trường Đại học hàng
hải Việt Nam.
2. KS. Nguyễn Văn Sướng (2011). Tính toán vị trí tàu bằng các yếu tố đường
vị trí thiên văn dựa trên phương pháp bình ph ương nhỏ nhất, Báo cáo hội
nghị khoa học công nghệ hàng hải, tr 28 -30.
3. KS. Nguyễn Văn Sướng, Ths Đào Quang Dân (2011). Phương pháp tính
toán vị trí tàu theo ma trận vòng đẳng cao thiên thể, Tạp chí khoa học công
nghệ hàng hải, số 28, tr 16 –20.
4. Ths. Vũ Công Thế(2008). Giáo trình Visual Basic 6.0, Học viện Hải quân
Nha Trang.
Tiếng Anh
5. Bowditch, N. American Practical Navigator, DMAH/TC, Washington
1984and 2002.
6. Chih Li Chen, Tien Pen Hsu, Jiang Ren Chang. A novel approach to
determine the astronomical vessel position. Journal of Marine Science and
Technology, Vol. 11, No4, pp. 221-235 (2003)
7. Deborah A. Sigel and David Wettergreen. Star Tracker Celestial
Localization System for a Lunar Rover. (2007)
8. Henning Unland. A short guider to celestial navigation(2006), 90 pp
9. John Locke. A mariner’s guide to the electronic calculator (1981). 233pp
10. The United Kingdom Hydrographic office. Nautical Almanac 2011
11. Van Allen, J.A., An Analytical Solution of the Two Star Sight Problem of
Celestial Navigation, Navigation: J. Inst. Naviga., Vol. 28, No. 1, pp. 40-43
(1981).