7.5. С компас с магнитна стрелка
Основното предимство на този метод пред другите се състои в простотата и краткото време, изразходвано за определяне на дирекционния ъгъл. Така че, когато се определя ъгълът на посоката с помощта на компас, времето за работа, включително подготовката на устройството, е не повече от 5 минути.
Определянето на дирекционния ъгъл с помощта на магнитната стрелка на компаса се основава на свойството на земния магнетизъм. Земята е естествен магнит, който има два магнитни полюса (северен и южен, които не съвпадат с географските полюси) и магнитно поле (набор от линии на магнитното поле).
Във всяка точка на земната повърхност магнитната стрелка, като е свободно окачена, заема позиция, съвпадаща с посоката на силовите линии на магнитното поле в дадена точка, т.е. тя е настроена по посока на магнитния меридиан. Следователно е възможно да се измери магнитният азимут на всяка посока на ориентация от тази точка и след това да се премине оттам към дирекционния ъгъл.
Връзката между магнитния азимут и пеленгуващия ъгъл е описана в 2.1.2.
Определянето на дирекционния ъгъл на посоката на ориентация с помощта на магнитната стрелка на компаса се състои в определяне на устройството от три измервания на магнитния азимут на посоката на ориентация Аm и при прехода от него към дирекционния ъгъл a, като се вземе предвид корекцията на компаса DАm по формулата (Фигура 7.10):
Корекцията на компаса е ъгълът, измерен от северната посока на магнитния меридиан до северната посока на вертикалната линия на координатната мрежа на картата. Корекцията на компаса има знак „+“, ако северната посока на вертикалната линия на координатната мрежа на картата е отклонена от северната посока на магнитния меридиан надясно (на изток), и има знак „-“, ако е на запад. На фигура 7.10 корекцията на компаса има знак "-".
отФигура 7.10 показва, че корекцията на компаса може да се определи от зависимостта:
където γ е стойността на сближаване на меридианите в точката на инструмента;
δ е стойността на магнитната деклинация в позицията на инструмента.
Стойността на конвергенцията на меридианите може да се определи с висока точност на картата или при наличие на геодезически координати на точката на изправяне според зависимостите (7.2) ... (7.5). В този случай може да се вземе предвид и промяната в конвергенцията на меридианите при преместване от една точка в друга. С увеличаване на географската ширина на района на топографски и геодезически работи, мащабът на промяната в конвергенцията на меридианите с разстояние се увеличава. Това увеличение може да се види в таблица 7.1. На ширина 65 °, когато се движите по ординатата с 10 km, стойността на конвергенцията на меридианите се променя с 0-03,2. Това не е много голяма стойност, освен това промяната в конвергенцията на меридианите може да бъде изчислена и взета предвид.
Големината и знакът на магнитната деклинация могат да бъдат определени и от топографски карти на района на топографски и геодезически работи, като се използват данни от информационния текст на маргиналния дизайн на всеки лист с карта. На топографски карти в мащаб 1: 500 000 и по-малък линиите на равни магнитни деклинации (изогони) са нанесени в пурпурен цвят (Фигура 7.11). Въз основа на тези данни може да се определи големината на магнитната деклинация в дадена област и да се оцени нейната промяна в интересуващата ни област.
Но точността на определяне на величината на магнитната деклинация на картата по правило е достатъчна за подготовка на данни за движение по азимут, но не е достатъчна за топографска и геодезическа подготовка на артилерийска стрелба и особено изстрелване на ракети. Това се дължи на факта, че на картата величината на магнитната деклинация може да се определи за центъра на картния лист или за точка, разположена на изогона. За други точки от терена, ако магнитната деклинация сразстоянието варира много, не е възможно да се определи стойността му с необходимата точност, тъй като варира неравномерно.
Освен това в една и съща точка на земната повърхност магнитната деклинация не остава постоянна във времето. Има вековни, годишни и ежедневни промени в магнитната деклинация.
Секуларните и годишни промени в магнитната деклинация се дължат на факта, че положението на магнитните полюси на Земята и следователно на магнитните меридиани не остава постоянно, а постоянно се променя. Средната стойност на годишното изменение на магнитната деклинация е дадена в информационния текст на маргиналния дизайн на всеки лист от картата.
Ежедневните промени в магнитната деклинация се причиняват от електрически токове, протичащи в горните слоеве на атмосферата (йоносфера), слънчева активност и други геофизични фактори. Тези промени се състоят в това, че магнитната стрелка през деня прави колебателни движения спрямо средното си положение.
Амплитудата на дневната промяна на магнитната деклинация зависи от географската ширина на мястото, времето от годината, височината на Слънцето и варира от единици до няколко десетки дъгови минути. Доста трудно е да се вземе предвид дневната промяна в магнитната деклинация.
В допълнение към годишните и дневните промени в магнитната деклинация, по време на магнитни бури се наблюдават силни флуктуации на магнитната стрелка. Стрелката по това време в средните ширини се отклонява от средното положение до 2 °, а в северните до 10 °. Влиянието на магнитна буря не може да бъде взето предвид, следователно използването на магнитна стрелка на компас за определяне на ъглите на посоката на посоките на ориентация през този период ще доведе до големи грешки.
Ориентирането с помощта на магнитната стрелка на компаса е почти невъзможно в дадена областмагнитни аномалии, където при относително малки премествания се наблюдава рязка промяна в магнитната деклинация. Магнитните аномалии се причиняват от влиянието върху магнитната игла на скалите на земната кора, които имат магнитни свойства (например магнитни железни руди). Магнитните аномалии са доста често срещани, особено в планинските райони.
Една от най-мощните в света е Курската магнитна аномалия, в зоната на която магнитната деклинация може да варира до ±180°.
В допълнение към големите магнитни аномалии има малки локални и точкови магнитни аномалии.
Областите на ареални, локални и точкови магнитни аномалии се нанасят в малинов цвят върху топографски карти в мащаб 1:500 000 или 1:1 000 000 (Фигура 7.11).
При северни ширини над 65° магнитното поле е много нестабилно и ориентацията по дължината на магнитната стрелка може да бъде придружена от големи грешки дори при липса на магнитни бури.
По този начин този метод за определяне на дирекционни ъгли се използва при географски ширини под 65° в неаномални региони по време на периоди без магнитни бури, когато величината на градиента на магнитната деклинация не надвишава 0-10. В същото време, поради наличието на голям брой точкови магнитни аномалии, които не са посочени на картата, и поради факта, че наличието на магнитна буря може да не е известно, е наложително да се контролира определянето на ъгъла на посоката на посоката на ориентация с помощта на магнитна стрелка по друг начин, поне приблизително.
Градиент на магнитна деклинация g - промяна на магнитната деклинация при преместване на 10 км. Ако стойността на градиента е по-голяма от определената стойност, тогава радиусът на използване на корекцията на компаса се намалява пропорционално.
Големината на градиента на магнитната деклинация се определя отформула
, (7,26)
където δ1 е стойността на магнитната деклинация за текущата година за листа
карти, където се планира да се определи корекцията на компаса;
δ2 - стойността на магнитната деклинация за текущата година за листа
карти, в чиято посока е планирано движението;
0.1S – разстояние между центровете на картните листове в десетки
Стойностите на магнитните отклонения за текущата година се определят въз основа на данните, налични в информационния текст на маргиналния дизайн на всеки лист.
Пример. Определете големината на градиента на магнитната деклинация за 2006 г., ако разстоянието между центровете на картните листове е 18 km, а информационният текст на границата на листовете съдържа следната информация:
а) на листа, където се планира да се определи корекцията на компаса - деклинацията за 1992 г. е изток 6˚25′ (1-07), годишната промяна в деклинацията е запад 0˚03′ (0-01);
б) на листа, в посоката на която се планира движението - деклинацията за 1993 г. е изток 5˚31′ (0-92), годишната промяна в деклинацията е запад 0˚03′ (0-01).
1. Магнитна деклинация за текущата година за листа, където е планирано определянето на корекцията на компаса:
2. Магнитна деклинация за текущата година за листа, в посоката на която се планира движението:
3. Стойност на градиента на магнитна деклинация = 0-08.
Стойността на корекцията на компаса с помощта на формула (7.25) не може да бъде определена и поради причината, че тази зависимост не отчита техническите грешки на конкретен компас при конкретни условия, например неговата инструментална грешка - ъгълът между посоката на неговата оптична ос при нулеви показания намащабите на компаса и посоката на референтната ос на компаса.
Следователно корекцията на всеки компас се определя на земята чрез сравняване на дирекционния ъгъл на посоката, определен чрез жироскопичен, астрономически или геодезичен метод, с магнитния азимут на същата посока, определен чрез най-малко четири до пет измервания:
Корекцията на компаса се взема непроменена в радиус от 10 km от точката, където е определена. След преместване на разстояние повече от 10 km от мястото на определянето му корекцията се определя отново. При определяне на инсталации за стрелба от оръдия чрез метода на пълна подготовка, радиусът на използване на корекцията на компаса се приема 5 км.
Ако за всички устройства, подравнени на едно място, не е възможно да се определи корекцията след преместване, тогава корекцията се определя само за един или два компаса и след това, въз основа на получените данни, размерът на промяната в корекцията за този или двата компаса спрямо мястото на първоначалното подравняване се изчислява по формулата
, (7,28)
къде е корекцията на компаса, получена съответно на нов
място и на мястото на първоначалното съпоставяне.
За да се определят корекциите за всички останали компаси, стойността (средната стойност) δАm се добавя със знака си към корекциите, получени за всеки от компаса на мястото на първоначалната центровка.
Ако стойностите на градиентите на магнитната деклинация, определени във всички посоки (север, изток, юг, запад и междинни), както на мястото на първоначалното подравняване, така и в новата област, не надвишават 0-02, размерът на промяната в корекцията на компаса спрямо мястото на първоначалното подравняване може да се определи чрез изчисление по формулата
δАm = (γн – δн) – (γс – δс), (7.29)
където γn и δn са конвергенцията на меридианите и магнитната деклинация за текущата година
γс и δс – сближаване на меридиани и магнитна деклинация за текущата година
на първоначалното местоположение.
Стойностите на конвергенцията на меридианите и магнитната деклинация се определят въз основа на данните, налични в информационния текст на маргиналния дизайн на съответните листове карти.
Стойностите на корекциите на компаса, посочващи времето и мястото на тяхното определяне, се записват в дневника за корекции на компаса, който се въвежда на всяко устройство и се съхранява в кутията му.
Когато се използва намерената стойност на корекцията на компаса за ориентация в дневните часове на деня през пролетта, лятото и есента, трябва да се вземе предвид нейната ежедневна промяна. През зимата и през нощта денонощната смяна не се взема предвид.
Отчитането на ежедневната промяна в корекцията на компаса през летните месеци се извършва чрез въвеждане в него на изменение, получено съгласно графика (Фигура 7.12).
Числата в горната и долната част на диаграмата показват местно време. По протежение на лявата и дясната рамка се вземат показания, съответстващи на пресечната точка на вертикални линии, начертани от съответната времева стойност от кривата на дневната промяна в корекцията на компаса.
За да се получи, според графика, корекция за ежедневната промяна в корекцията на компаса по време на определяне на дирекционния ъгъл на посоката на ориентация, е необходимо да се извади показанието за момента на определяне на корекцията на компаса от показанието за този момент. Корекцията, получена според графика, се добавя, като се вземе предвид нейният знак, към корекцията на компаса.
Пример. Корекцията на компаса, определена в 11.00 25.06, е равна на - 1-12. Определете стойността на корекцията на компаса в 17.00 26.06.
1. Обратното броене в момента на определяне на дирекционния ъгъл на посоката на ориентация (в 17.00) е 0-03.6.
2. Обратното броене в момента на определяне на корекцията на компаса (в 11.00) е 0-01.
3. Корекцията за дневната промяна в корекцията на компаса е:0-03.6 - 0-01 = + 0-03.
4. Корекцията на компаса в 17.00 е: - 1-12 + 0-03 = - 1-09.