7.5. С помощью магнитной стрелки буссоли

Основное преимущество данного способа перед другими заключается в простоте и малом времени, затрачиваемом на определение дирекционного угла. Так при определении дирекционного угла с помощью буссоли время работы, включая подготовку прибора, составляет не более 5 минут.

Определение дирекционного угла с помощью магнитной стрелки буссоли основано на свойстве земного магнетизма. Земля представляет собой естественный магнит, имеющий два магнитных полюса (северный и южный, не совпадающие с географическими полюсами) и магнитное поле (совокупность магнитных силовых линий).

В любой точке земной поверхности магнитная стрелка, будучи свободно подвешенной, занимает положение, совпадающее с направлением магнитных силовых линий в данной точке, то есть устанавливается в направлении магнитного меридиана. Следовательно, можно измерить магнитный азимут любого ориентирного направления с этой точки, а затем от него перейти к дирекционному углу.

Взаимосвязь между магнитным азимутом и дирекционным углом изложена в 2.1.2.

Определение дирекционного угла ориентирного направления с помощью магнитной стрелки буссоли заключается в определении прибором по трем измерениям магнитного азимута ориентирного направления Аm и в переходе от него к дирекционному углу a путем учета поправки буссоли DАm по формуле (рисунок 7.10):

a = Аm – (±DАm). (7.24)

Поправкой буссоли называется угол, отсчитываемый от северного направления магнитного меридиана до северного направления вертикальной линии координатной сетки карты. Поправка буссоли имеет знак «+», если северное направление вертикальной линии координатной сетки карты отклонено от северного направления магнитного меридиана вправо (к востоку), и имеет знак «–», если – к западу. На рисунке 7.10 поправка буссоли имеет знак «–».

Из рисунка 7.10 следует, что поправка буссоли может быть определена по зависимости:

DАm = γ – δ, (7.25)

где γ – величина сближения меридианов в точке стояния прибора;

δ – величина магнитного склонения в точке стояния прибора.

Величина сближения меридианов может быть определена с высокой точностью по карте или при наличии геодезических координат точки стояния по зависимостям (7.2) … (7.5). При этом может быть учтено и изменение сближения меридианов при перемещении с одной точки на другую. С увеличением широты района топогеодезических работ величина изменения сближения меридианов с расстоянием увеличивается. Это увеличение можно проследить по таблице 7.1. На широте 65° при перемещении по ординате на 10 км величина сближения меридианов изменяется на 0-03,2. Это не очень большая величина, к тому же изменение сближения меридианов можно рассчитать и учесть.

Величину и знак магнитного склонения также можно определить по топографическим картам района топогеодезических работ, используя данные из информационного текста зарамочного оформления каждого листа карты. На топографических картах масштаба 1:500000 и мельче малиновым цветом (рисунок 7.11) наносятся линии равных магнитных склонений (изогоны). По этим данным можно определить величину магнитного склонения в данном районе и оценить его изменение в пределах интересующего района.

Но точности определения величины магнитного склонения по карте бывает, как правило, достаточно для подготовки данных для движения по азимуту, но недостаточно для топогеодезической подготовки стрельбы артиллерии и, тем более, пусков ракет. Связано это с тем, что по карте величину магнитного склонения можно определить для центра листа карты или для точки, находящейся на изогоне. Для других же точек местности, если магнитное склонение с расстоянием изменяется очень сильно, определить его величину с требуемой точностью не представляется возможным, так как изменяется оно неравномерно.

Кроме того, в одной и той же точки земной поверхности магнитное склонение не остается постоянным с течением времени. Различают вековые, годовые и суточные изменения магнитного склонения.

Вековые и годовые изменения магнитного склонения связаны с тем, что положение магнитных полюсов Земли, а, следовательно, и магнитных меридианов не остается постоянным, а непрерывно меняется.

Суточные изменения магнитного склонения обусловлены электрическими токами, текущими в верхних слоях атмосферы (ионосферы), солнечной деятельностью и другими геофизическими факторами. Эти изменения заключаются в том, что магнитная стрелка в течение суток совершает колебательные движения относительно своего среднего положения.

Амплитуда суточного изменения магнитного склонения зависит от широты места, времени года, высоты Солнца и колеблется от единиц до нескольких десятков угловых минут. Учесть суточное изменение магнитного склонения достаточно сложно.

Кроме годового и суточного изменения магнитного склонения наблюдаются сильные колебания магнитной стрелки во время магнитных бурь. Стрелка в это время в средних широтах отклоняется от среднего положения до 2°, а в северных до 10°. Влияние магнитной бури никакому учету не поддается, поэтому использование магнитной стрелки буссоли для определения дирекционных углов ориентирных направлений в этот период будет приводить к большим ошибкам.

Ориентирование с помощью магнитной стрелки буссоли практически невозможно в районах магнитных аномалий, где при сравнительно небольших перемещениях наблюдается резкое изменение магнитного склонения. Магнитные аномалии вызваны влиянием на магнитную стрелку пород земной коры, обладающих магнитными свойствами (например, магнитные железные руды). Магнитные аномалии встречаются довольно часто, особенно в горных районах.

Одной из самых мощных в мире является Курская магнитная аномалия, в районе которой магнитное склонение может изменяться до ±180°.

Кроме крупных магнитных аномалий встречаются небольшие по площади местные и точечные магнитные аномалии.

Районы площадных, местных и точечных магнитных аномалий наносятся малиновым цветом на топографические карты масштабов 1:500000 или 1:1000 000 (рисунок 7.11).

В северных широтах более 65° магнитное поле очень неустойчиво и ориентирование по магнитной стрелке может сопровождаться большими ошибками даже при отсутствии магнитных бурь.

Таким образом, данный способ определения дирекционных углов используется на широтах менее 65° в неаномалийных районах в периоды, свободные от магнитных бурь, когда величина градиента магнитного склонения не превышает 0‑10. При этом в связи с наличием большого количества точечных магнитных аномалий, не обозначенных на карте, и в связи с тем, что о наличии магнитной бури может быть неизвестно, необходимо в обязательном порядке осуществлять контроль определения дирекционного угла ориентирного направления с помощью магнитной стрелки другим способом хотя бы приближенно.

Градиент магнитного склонения g – изменение магнит­ного склонения при перемещении на 10 км. Если величина градиента больше указанного значения, то пропорционально сокращается радиус использования поправки буссоли.

Величина градиента магнитного склонения определяется по формуле

, (7.26)

где δ1 – величина магнитного склонения на текущий год для листа

карты, где планируется определение поправки буссоли;

δ2 – величина магнитного склонения на текущий год для листа

карты, в направлении которого планируется перемещение;

0,1S– расстояние между центрами листов карты в десятках

километров.

Величины магнитных склонений на текущий год определяются на основе данных, имеющиеся в информационном тексте зарамочного оформления каждого листа.

Пример. Определить величину градиента магнитного склонения на 2006 год, если расстояние между центрами листов карты равно 18 км, а в информационном тексте зарамочного оформления листов имеется следующая информация:

а) на листе, где планируется определение поправки буссоли – склонение на 1992 г. восточное 6˚25′ (1-07), годовое изменение склонения западное 0˚03′ (0-01);

б) на листе, в направлении которого планируется перемещение – склонение на 1993 г. восточное 5˚31′ (0-92), годовое изменение склонения западное 0˚03′ (0-01).

Решение

1. Магнитное склонение на текущий год для листа, где планируется определение поправки буссоли: δ1 = + 1-07 + (2006 – 1992) · (–3') = + 1-07 – 42 ' = + 1-07 – 0-12 = + 0-95.

2. Магнитное склонение на текущий год для листа, в направлении которого планируется перемещение: δ2 = + 0-92 + (2006 – 1993) · (–3') = + 0-92 – 39 ' = + 0-92 – 0-11 = + 0-81.

3. Величина градиента магнитного склонения = 0-08.

Величину поправки буссоли с использованием формулы (7.25) нельзя определять еще и по той причине, что данная зависимость не учитывает технические погрешно­сти конкретной буссоли в конкретных условиях, например, ее инструментальную ошибку – угол между направлением ее оптической оси при нулевых отсчетах на буссольных шкалах и направлением оси ориентир-буссоли.

Поэтому поправку каждой буссоли определяют на местности путем сравнения дирекционного угла направления, определенного гироскопическим, астрономическим или геодезическим способом, с магнитным азимутом этого же направления, определенного не менее чем по четырем-пяти измерениям:

DАm = Аm – a.. (7.27)

Поправку буссоли принимают неизменной в радиусе 10 км от точки, где она была определена. После перемещения на расстояние более 10 км от места ее определения поправка определяется заново. При определении установок для стрельбы из орудий способом полной подготовки радиус использования поправки буссоли принимается равным 5 км.

Если для всех приборов, выверенных в одном месте, определить поправку после перемещения нет возможности, то поправка определяется только для одной или двух буссолей, а затем по полученным данным рассчитывается величина изменения поправки для этой или обеих буссолей относительно места первоначальной выверки по формуле

, (7.28)

где – поправка буссоли полученная соответственно на новом

месте и в месте первоначальной выверки.

Для определения поправок всех остальных буссолей величина (средняя величина) δАm прибавляется со своим знаком к поправкам, полученным для каждой из буссолей в месте первоначальной выверки.

Если величины градиентов магнитного склонения, определенные во всех направлениях (северном, восточном, южном, западном и промежуточных), как в месте первоначальной выверки, так и в новом районе, не превышают 0-02, величину изменения поправки буссоли относительно места первоначальной выверки разрешается определять расчетом по формуле

δАm = (γн – δн) – (γс – δс), (7.29)

где γн и δн – сближение меридианов и магнитное склонение на текущий год

в новом районе;

γс и δс – сближение меридианов и магнитное склонение на текущий год

в месте первоначальной выверки.

Величины сближения меридианов и магнитного склонения определяются на основе данных, имеющиеся в информационном тексте зарамочного оформления соответствующих листов карт.

Значения поправок буссоли с указанием времени и места их определения записывают в Журнал учета поправок буссоли, который заводится на каждый прибор и хранится в его футляре.

При использовании найденного значения поправки буссоли для ориентирования в дневные часы суток весной, летом и осенью надо учитывать ее суточное изменение. Зимой и ночью суточное изменение не учитывается.

Учет суточного изменения поправки буссоли в летние месяцы производят путем введения в нее поправки, получаемой по графику (рисунок 7.12).

Числа вдоль верхней и нижней рамок графика обозначают местное время. Вдоль левой и правой рамок снимают отсчеты, соответствующие пересечению вертикальных линий, проведенных от соответствующего значения времени, с кривой суточного изменения поправки буссоли.

Для получения по графику поправки на суточное изменение поправки буссоли на момент определения дирекционного угла ориентирного направления нужно из отсчета для этого момента вычесть отсчет для момента определения поправки буссоли. Полученную по графику поправку прибавляют, учитывая ее знак, к поправке буссоли.

Пример. Поправка буссоли, определенная в 11.00 25.06, равна – 1-12. Определить величину поправки буссоли на 17.00 26.06.

Решение

1. Отсчет на момент определения дирекционного угла ориентирного направления (на 17.00) равен 0-03,6.

2. Отсчет на момент определения поправки буссоли (на 11.00) равен 0-01.

3. Поправка на суточное изменение поправки буссоли равна: 0-03,6 – 0-01 = + 0-03.

4. Поправка буссоли в 17.00 равна: – 1-12 + 0-03 = – 1-09.

Журнал учета поправок буссоли (образец)

При перемещении в смежную координатную зону (см. 5.5) для определения новой поправки буссоли в смежной зоне из имеющейся (старой) поправки вычитают со своим знаком поправку в дирекционный угол за переход из зоны в зону Δα.

, (7.30)

Поправка Δα положительная при переходе в восточную зону и отрицательная – при переходе в западную зону.

Пример. Поправка буссоли, определенная в западной зоне, равна – 0-82. Определить величину поправки буссоли в восточной зоне, если поправка в дирекционный угол за переход из зоны в зону Δα = + 0-62.

Решение

= – 0-82 – (+0-62) = – 1-44.