定义
伪经度是指从常规地球经度系移动任意距离后的坐标系中的经度,这样可使子午线收敛区(极区)离开导航系统预期的工作位置。
产生原因现代导航均以经线作为航向参考基准,位置用经纬度坐标来表示,而北极地区位于地球的最北端,经线迅速收敛于极点。这就造成了建立相对经线的航向参考基准越来越困难,并且在北极点,所有的方向都是南,这就为极区导航带来了困难,这也就是导致传统惯性导航系统在极区无法定向的原因。此外,随着极区经线的快速收敛,极区经纬度误差也越来越大,因此,在极区还存在定位难的问题。1
当船舶航行接近北磁极,磁罗经的稳定性降低到一个临界值,而无法实现精确指向。此时船舶可以由陀螺导航设备进行导航,但其真航向的持续指示依赖于陀螺仪指向的修正,其中包括对地球速率的补偿,由于陀螺仪趋向于保持子午线的方向,因此必须对船舶相对大地平面的运动进行修正,在中低纬度,陀螺的修正能够达到足够的精度,但是在高纬度地区速率修正极大,无法实现;此外,天文真航向的计算是有误差的,任何经度上的推算定位误差会直接对地方时角产生影响并因此影响测者方位的计算。GPS 系统由于覆盖角度的关系对极区定位存在缺陷。由此可见极区船舶航行缺乏精确的方位信息保障,因此对高纬度惯性导航方法的研究是必要的。
对于惯性导航系统,经线在极区的集聚收敛使得传统坐标系下的导航算法失效。虽然游移和自由方位惯导可在极区完成姿态和位置方向余弦矩阵的解算,但从位置方位余弦矩阵中提取游移角和经度信息时存在奇异值。有效地解决手段是对极区的定位和定向采用另一种表征参数。
研究现状按照地球特有的自转轴而将地球表面划分为经纬度的方法是我们所熟知的。从数学意义上讲,将地球球面划分成经纬度表示的系统,可以是任意分割的,任何绕地球的大圆都可以被选择作为“赤道”,从而通过与赤道平面正交并且通过球心的平面能确定相应的“极点”。其实收敛速率的难题仅仅出现在“极点所在位置”。
海军大连舰艇学院的张萍萍等提出解决极区导航的伪经纬度方法是指将地球表面以另外一种方式进行划分:即在通过极点处设置一个伪赤道,在赤道上设置一个伪极点。然后依据伪赤道和伪极点设置伪子午线和伪经线,这样就可以进行伪经纬度的定义和测量。为了使两个系统之间的数学变换最为简便,他们以90°来进行轴的旋转。
这样在横墨卡托投影上的格网实际上是一种伪经纬度结构。在海图中,圆柱被放置于90°W/90°E 子午线的切向方向。那么这个子午线和其下子午线可以看成伪赤道。新的极点位于 0° /180°W 与赤道的交点处。伪子午线是穿过伪极点的大圆;大圆在投影上表示为直线并且正交于伪赤道(这与墨卡托投影中的子午线投影类似)。伪纬线正交于伪子午线。
右图给出了赤道与极点互相正交的伪赤道和伪极点。并给出一条穿过地球上点 P 的伪子午线和伪纬线。横向圆柱被置于 90°W/90°E 的正切位置。下图给出了投影到新的圆柱上的伪经/纬度示意图。经线间的间隔为10°(实线表示)。示意图给出了伪经度。每隔 10 度用点虚线表示。伪经度的值取决于基准伪子午线的选择。他们将本初子午线 0° /180°W 作为伪经度的基准。2