- •Введение
- •Описание содержания курса
- •Лекционные занятия
- •Тема 5.5.1. Некоторые основные понятия математической статистики.
- •Практические занятия
- •Самостоятельная работа студента.
- •Итоговый контроль
- •11. Решение косоугольных сферических треугольников.
- •13. Решение прямоугольных и четвертных сферических треугольников.
- •1. Преобразования угловых (дуговых) величин.
- •2. Работа с таблицами.
- •Математическая обработка результатов наблюдений
- •Работа с таблицами
- •Преобразования угловых (дуговых) величин.
- •Решение сферических треугольников.
- •Основные формулы сферической тригонометрии
- •Решение косоугольных сферических треугольников
- •Решение прямоугольных и четвертных сферических треугольников.
- •Обработка результатов равноточных измерений навигационных параметров.
- •Ошибки наблюдения и их классификация.
- •Вероятнейшее значение измеренной величины и оценка его точности.
- •Средняя квадратичная погрешность функции измеренных величин.
- •Обработка серии измерений навигационных параметров изменяющих своё значение с течением времени.
- •Определение с заданной надёжностью доверительных оценок измеряемой величины и её скп.
- •Обработка результатов неравноточных измерений навигационных параметров.
- •Обработка статистических данных методами линейной корреляции.
- •Использование табличного процессора excel в статистических расчётах.
- •Глава 3.
- •Практическое занятие №1
- •Практическое занятие №2
- •Практическое занятие №3
- •Практическое занятие №4
- •Практическое занятие №5
- •Практическое занятие №6
- •Практическое занятие №7
- •Задание на практические занятия и контрольную работу, для студентов заочного отделения и слушателей фпк.
- •Практическое занятие №1
- •Практическое занятие №2
- •Практическое занятие №3
- •Тестовые задания
- •Литература
Определение с заданной надёжностью доверительных оценок измеряемой величины и её скп.
Хотим подчеркнуть, что методика обработки измерений описанная в предыдущих параграфах, не совсем обоснована, т.к. формулы (4.1)-(4.6) выведены в предположении, что число измерений n очень велико. В частности при расчёте предельного значения мы априори брали коэффициент равный 3 и получали вероятность P=0.997, что верно только при n→ ∞. На практике же это число конечно и весьма ограничено. Поэтому возникает важная задача оценки точности величин aвер, m, m0 при конечном и ограниченном числе n.
Другими словами требуется установить вероятность P= того, что при заданном конечном числе измерений n неизвестное значение aист заключено в границах aвер – m0пред до aвер + m0пред. Эти границы называют доверительными, а интервал aвер ± m0пред доверительным интервалом с заданной надёжностью = P. Таким образом, нам известны n, aвер и задано m0пред. Найти: .
Обратная задача формулируется следующим образом: каким при заданном числе измерений n должен быть доверительный интервал, для того, чтобы с заданной надёжностью можно было утверждать, что неизвестная величина aист не выйдет за границы доверительного интервала:
aвер – m0пред < aист < aвер + m0пред
То есть, нам известны n, aвер и задано . Найти: m0пред
Решение этой задачи в обоих постановках достигается при помощи распределения Стьюдента. Оно учитывает ограниченность числа измерений n и при условии n→ ∞ переходит в нормальное распределение. На его основе составлена Таблица 7.1. связывающая число наблюдений n, надёжность и коэффициент , выносимый в формулу (4.8). В этом случае формула (4.8) приобретает вид:m0пред = t m0 ( 7.0)
Таблица 7.11. Значения коэффициента t по заданным n и.
n |
0.5 |
0.7 |
0.8 |
0.9 |
0.95 |
0.99 |
0.999 |
3 |
0.82 |
1.39 |
1.89 |
2.92 |
4.30 |
9.92 |
31.60 |
4 |
0.76 |
1.25 |
1.64 |
2.35 |
3.18 |
5.84 |
12.92 |
5 |
0.74 |
1.19 |
1.53 |
2.13 |
2.78 |
4.60 |
8.61 |
6 |
0.73 |
1.16 |
1.48 |
2.02 |
2.57 |
4.03 |
6.87 |
7 |
0.72 |
1.13 |
1.44 |
1.94 |
2.45 |
3.71 |
5.96 |
8 |
0.71 |
1.12 |
1.41 |
1.89 |
2.36 |
3.50 |
5.41 |
9 |
0.71 |
1.11 |
1.40 |
1.86 |
2.31 |
3.36 |
5.04 |
10 |
0.70 |
1.10 |
1.38 |
1.83 |
2.26 |
3.25 |
4.78 |
12 |
0.70 |
1.09 |
1.36 |
1.80 |
2.20 |
3.11 |
4.44 |
14 |
0.69 |
1.08 |
1.35 |
1.77 |
2.16 |
3.01 |
4.22 |
16 |
0.69 |
1.07 |
1.34 |
1.75 |
2.13 |
2.95 |
4.07 |
20 |
0.69 |
1.07 |
1.33 |
1.73 |
2.09 |
2.86 |
3.88 |
60 |
0.68 |
1.05 |
1.30 |
1.67 |
2.00 |
2.66 |
3.46 |
120 |
0.68 |
1.04 |
1.29 |
1.66 |
1.98 |
2.62 |
3.37 |
∞ |
0.67 |
1.04 |
1.28 |
1.64 |
1.96 |
2.58 |
3.29 |
Примерно также решается вопрос и об оценке точности определения СКП единичного измерения, если число измерений конечно и ограничено.
На основе распределения Пирсона с заданной надёжностью утверждается, что истинное значение СКП единичного измерения mист отличается от вычисленного не более чем на величину .
На основе этого распределения составлена Таблица 7 .12, связывающая число наблюдений n, надёжность и коэффициент . То есть выбрав из таблицы 7.2 коэффициент и рассчитав величину =∙m c надёжностью можно утверждать, что m – < mист< m +.
Или наоборот, зная величину можно определить надёжность .
Таблица 7.12. Значения коэффициента по заданным n и .
n |
0.5 |
0.7 |
0.8 |
0.9 |
0.95 |
0.99 |
0.999 |
5 |
0.25 |
0.40 |
0.56 |
0.95 |
1.37 |
2.67 |
5.64 |
6 |
0.22 |
0.35 |
0.48 |
0.79 |
1.09 |
2.01 |
3.88 |
7 |
0.20 |
0.32 |
0.41 |
0.65 |
0.92 |
1.62 |
2.98 |
8 |
0.18 |
0.29 |
0.38 |
0.58 |
0.80 |
1.38 |
2.42 |
9 |
0.17 |
0.27 |
0.35 |
0.52 |
0.71 |
1.20 |
2.06 |
10 |
0.16 |
0.25 |
0.33 |
0.49 |
0.65 |
1.08 |
1.80 |
12 |
0.15 |
0.23 |
0.30 |
0.43 |
0.55 |
0.90 |
1.45 |
14 |
0.14 |
0.21 |
0.28 |
0.38 |
0.48 |
0.78 |
1.23 |
16 |
0.13 |
0.19 |
0.26 |
0.35 |
0.44 |
0.70 |
1.07 |
18 |
0.12 |
0.18 |
0.24 |
0.32 |
0.40 |
0.63 |
0.96 |
20 |
0.11 |
0.17 |
0.22 |
0.29 |
0.37 |
0.58 |
0.88 |
100 |
0.05 |
0.07 |
0.09 |
0.12 |
0.14 |
0.20 |
0.27 |
Пример 7.12
В широте = 36.5°N судно следует ИК = 114° со скоростью V = 16 уз. Измерена серия 7 высот светила, азимут которого А=60,7° SOst.
Моменты наблюдения Ti и отсчёты секстана ОСi приведены в таблице.
Таблица 7.13
Ti |
10ч57м13с |
10 57 58 |
10 58 48 |
10 59 35 |
11 00 27 |
11 01 10 |
11 02 02 |
ОСi |
29°46,7′ |
55.5′ |
30°04,8′ |
12,0′ |
20,8′ |
29,0′ |
39,5′ |
Задание:
привести ОСi к одному зениту и моменту времени.
Рассчитать:
вероятнейшее значение высоты светила;
СКП единичного измерения двумя способами;
предельную погрешность единичного измерения;
доверительный интервал накрывающий истинное значение СКП единичного значения с надёжностью (вероятностью) 0,90.
надёжность определения СКП для доверительного интервала в 0,5 единицу измеряемого параметра (±0,5′)
СКП вероятнейшего значения;
предельную погрешность вероятнейшего значения измеренной величины и доверительный интервал накрывающий истинное значение измеряемой величины с надежностью (вероятностью) 0,95.
надёжность для доверительного интервала в одну единицу измеряемого параметра (±1′).
Решение:
Составляем расчётную таблицу (Таблица 7 .14), в первую колонку вносим моменты наблюдений, в пятую отсчёты секстанов.
Таблица 7.14
-
1
2
3
4
5
6
7
8
Ti
Ti
Ti
hT+hz
OСi
OCпр
vi
vi2
10ч
57м
13с
2м
22с
2.37м
25.5′
29°
46.7′
30°
12.2′
-0.2
0.04
10
57
58
1
37
1.62
17.4
29
55.5
30
12.9
0.5
0.25
10
58
48
0
47
0.78
8.4
30
4.8
30
13.2
0.8
0.64
10
59
35
0
0
0.00
0.0
30
12.0
30
12.0
-0.4
0.16
11
0
27
0
-52
-0.87
-9.3
30
20.8
30
11.5
-0.9
0.81
11
1
10
-1
-35
-1.58
-17.1
30
29.0
30
11.9
-0.5
0.25
11
2
2
-2
-27
-2.45
-26.4
30
39.5
30
13.1
0.7
0.49
ОС=30°12.4′
0.0
v22.64
Выбираем момент времени T0 к которому будем приводить все измерения серии, чаще всего это или средний, или последний момент. Возьмём средний момент времени, в нашем случае четвёртый, т.е. T0 = T4.
Рассчитываем промежутки времени Ti между T0 и текущим моментом Ti, Ti = T0 – Ti и вносим результаты во вторую колонку. В третью колонку внесём те же промежуткиTi, но секунды выразим в десятых долях минуты.
Рассчитаем поправки для приведения высоты светила к одному моменту и к одному зениту:
из таблицы 17 МТ-75 по широте и азимуту на светило А
hT10 = +1,75′; hT1 = 6*1,75′=10,50′.
Из таблицы 16 МТ-75(63) по скорости V = 16 уз и КУ=119,3°– 114° =5,3°
hz1 = +0,27.
Рассчитываем совместную поправку за 1 минуту:
h1 = hz1+hT1=10,77
Рассчитываем произведения hi=Ti h1, результаты вносим в четвёртую колонку.
В шестой колонке рассчитываем приведенные отсчёты секстана
ОСпр i=hi+OCi
Находим вероятнейшее значение ОС на T0 (четвёртый момент времени) – внизу колонки среднее арифметическое от ОСпр I.
Рассчитываем СКП:
(методом внутренней сходимости)
В последние две колонки вносим уклонения vi и квадраты уклонений vi2 соответственно. Внизу колонок находим сумму уклонений и сумму квадратов уклонений.
(методом размаха)
ОСmax =30°13.2′
ОСmin =30°11.5′
R = 1.7′
kn = 0.370
m = knR = ±0.63′
Предельная погрешность единичного измерения mпред = 3m = 2.0′
Находим доверительный интервал единичного измерения,
по известному количеству наблюдений n = 7 и заданному в условии = 0,90 из Таблица 7 .12 находим значение коэффициента = 0,65.
Рассчитываем= ∙m = 0.65∙0.66′ = 0.44′
Находим m-=0,22 и m+=1,1 следовательно 0,22≤ mист≤1.1.
Рассчитываем надёжность для заданного доверительного интервала m в примере= ′.
находим /m=0.75
обратным входом в Таблица 7 .12 по n=7 измерениям и по известному =0.75 получаем надёжность > 0.9.
Рассчитываем СКП вероятнейшего значения:
Находим предельную погрешность вероятнейшего значения и доверительный интервал:
по известному количеству наблюдений n = 7 и заданному в условии = 0,95 из Таблицы 7.1 находим значение коэффициента t = 2.45.
m0пред=tm0=2,45∙0.25′ 0.6′ следовательно 30°11,8′≤ ОСист≤30°13,0′.
Рассчитываем надёжность для заданного m0пред=1′
рассчитываем t= m0пред/m0=4
для чего, обратным входом в Таблицу 7.1 по n=7 измерениям и по найденному t получаем надёжность >0.99