RU2797701C1 - Method of full-scale testing of unmanned vessels - Google Patents
Method of full-scale testing of unmanned vessels Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797701C1 RU2797701C1 RU2022129551A RU2022129551A RU2797701C1 RU 2797701 C1 RU2797701 C1 RU 2797701C1 RU 2022129551 A RU2022129551 A RU 2022129551A RU 2022129551 A RU2022129551 A RU 2022129551A RU 2797701 C1 RU2797701 C1 RU 2797701C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- vessel
- parameters
- route
- movement
- matrix
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к судостроению, а именно к способам испытаний безэкипажных и автономных надводных судов. Способ может быть использован для определения маневренных характеристик судов в условиях различных гидродинамических нагрузок.The invention relates to shipbuilding, and in particular to methods for testing unmanned and autonomous surface vessels. The method can be used to determine the maneuverability of ships under various hydrodynamic loads.
Маневренные характеристики судна - это численные значения элементов циркуляции, рыскания, устойчивости на курсе и тормозного пути, определяемые при проведении натурных испытаний. Существующие способы определения маневренных и ходовых характеристик судов регламентируются Руководством по определению маневренных характеристик судов, НД №2-030101-007 - Российский морской регистр судоходства, 2005 г., Резолюцией Комитета по безопасности на море Международной морской организации MSC. 137(76) «Стандарты маневренных качеств судов», при этом данные документы не приводят точных способов выполнения маневренных испытаний и аппаратуры для регистрации параметров в процессе испытаний. Стандарты маневренных качеств судов выделяют 6 основных качеств маневренности, которые оцениваются путем нормирования соответствующих характеристик: собственная динамическая устойчивость, устойчивость на курсе, начальная поворотливость/способность изменения курса, возможность удерживания судна при повороте, поворотливость и тормозная способность.Maneuvering characteristics of the vessel are the numerical values of the elements of circulation, yaw, course stability and stopping distance, determined during field tests. The existing methods for determining the maneuvering and running characteristics of ships are regulated by the Guidelines for determining the maneuvering characteristics of ships, ND No. 2-030101-007 - Russian Maritime Register of Shipping, 2005, Resolution of the Maritime Safety Committee of the International Maritime Organization MSC. 137(76) "Standards of the maneuvering qualities of ships", while these documents do not provide precise methods for performing maneuvering tests and equipment for recording parameters during the testing process. The standards of ship maneuverability distinguish 6 main qualities of maneuverability, which are assessed by normalizing the relevant characteristics: own dynamic stability, course stability, initial agility / ability to change course, the ability to hold the ship when turning, agility and braking ability.
Маневренные испытания судов при наличии экипажа на борту выполняются путем подачи команд капитаном или другим лицом, проводящим испытания. При этом суть всех команд сводится к управлению главными двигателями, движителями и рулем (подруливающими устройствами). Результатом выполнения команд являются маневры типа набор скорости или торможение судна, движение при постоянном курсе, «циркуляция», «зигзаг», разворот и т.п. В ходе испытаний фиксируются и измеряются следующие параметры: позиция (координаты) судна; направление диаметральной плоскости судна; скорость судна; угол перекладки руля и скорость перекладки; число оборотов движителя; шаг гребного винта в случае винта регулируемого шага; скорость и направление ветра и т.п. В результате испытаний определяются предельные тактико-технические возможности судна при движении и маневрировании.Maneuvering tests of ships with a crew on board are carried out by issuing commands by the captain or other person conducting the tests. In this case, the essence of all commands is reduced to the control of the main engines, propellers and rudder (thrusters). The result of the execution of commands are maneuvers such as accelerating or braking the ship, moving at a constant course, “circulation”, “zigzag”, turning, etc. During the tests, the following parameters are recorded and measured: position (coordinates) of the vessel; direction of the diametrical plane of the vessel; vessel speed; rudder angle and rudder speed; the number of revolutions of the propeller; propeller pitch in the case of a controllable pitch propeller; wind speed and direction, etc. As a result of the tests, the limiting tactical and technical capabilities of the vessel during movement and maneuvering are determined.
Для безэкипажных или автономных судов, управление движением которых производится с использованием аппаратно-программных технических средств, приведенный способ не приемлем.For unmanned or autonomous ships, the movement of which is controlled using hardware and software, this method is not acceptable.
Известен способ испытаний модели судна в опытовом бассейне по патенту RU №2132796С1, 10.07.1999 ([1]), заключающийся в определении кинематических параметров движения модели буксируемого судна и гидродинамических нагрузок, действующих на нее, при движении модели судна в опытовом бассейне по заданной криволинейной траектории с заданным радиусом циркуляции.A known method of testing a ship model in an experimental pool according to patent RU No. 2132796C1, 10.07.1999 ([1]), which consists in determining the kinematic parameters of the movement of the model of the towed vessel and the hydrodynamic loads acting on it, when the vessel model moves in the experimental pool along a given curvilinear trajectories with a given circulation radius.
Недостатком известного способа является то, что в процессе испытаний фиксируются параметры движения модели судна по заданной траектории движения тележки в опытовом бассейне, тогда как на реальное судно в условиях открытой водной акватории действуют дополнительные внешние воздействия, связанные с ветровыми нагрузками, течениями воды и неравномерностью работы приводного двигателя, движителей и рулевых устройств, команд членов экипажа судна, что существенно влияет на маневренные качества судна.The disadvantage of the known method is that in the process of testing the parameters of the movement of the ship model along a given trajectory of the movement of the cart in the test basin are fixed, while the real ship in the open water area is subject to additional external influences associated with wind loads, water currents and uneven operation of the drive engine, propellers and steering devices, commands of the ship's crew members, which significantly affects the maneuverability of the ship.
Известен способ контроля мореходности судна и устройство для его осуществления, описанный в патенте RU №2467914, опубл. 27.11.2012 ([2]). Способ основан на измерении периода бортовой качки, осадки носом и кормой, периода волны, курсового угла и скорости судна на нерегулярном волнении, определении метацентрической высоты и измерении углового перемещения судна относительно продольной, поперечной и вертикальной центральных осей, измерение истинных высоты волн и курсовых углов прихода волн относительно диаметральной плоскости судна и определении скорости и курсового угла течения и величины потери скорости судна от ветра и волнения. Дополнительно используются спутниковые системы высокого разрешения типа ASTER или SRTM данного района плавания, по которым посредством программ моделирования водной поверхности, атмосферных и астрономических явлений производится рендеринг окружающей обстановки, восстанавливается топология корпуса судна путем построения цифровой модели с учетом волнового и ветрового воздействий.A known method for controlling the seaworthiness of a vessel and a device for its implementation, described in patent RU No. 2467914, publ. November 27, 2012 ([2]). The method is based on measuring the rolling period, bow and stern draft, wave period, heading angle and speed of the ship in irregular waves, determining the metacentric height and measuring the angular displacement of the ship relative to the longitudinal, transverse and vertical central axes, measuring the true height of the waves and heading angles of arrival waves relative to the diametrical plane of the vessel and determining the speed and heading angle of the current and the magnitude of the loss of vessel speed from wind and waves. Additionally, high-resolution satellite systems such as ASTER or SRTM of the given navigation area are used, according to which, by means of programs for modeling the water surface, atmospheric and astronomical phenomena, the environment is rendered, the topology of the ship's hull is restored by building a digital model, taking into account wave and wind effects.
Недостатком известного аналога является сложность его реализации, связанная с большим количеством измерительных датчиков, которые необходимо устанавливать на судне, тарировать, настраивать и т.п. Кроме того для обработки поступающих данных необходимо использовать несколько разнородных по своему функционалу программных комплексов.The disadvantage of the known analogue is the complexity of its implementation, associated with a large number of measuring sensors that must be installed on the vessel, calibrated, configured, etc. In addition, to process the incoming data, it is necessary to use several software systems that are heterogeneous in their functionality.
Известен также способ экспериментального определения параметров движения судна с использованием оборудования по патенту RU №144079U1, 10.08.2014 ([3]). Натурные испытания судна основаны на определении набора параметров движения судна с использованием установленного на судне измерительного комплекса определения траектории по заданному углу перекладки руля.There is also known a method for experimental determination of vessel motion parameters using equipment according to patent RU No. 144079U1, 10.08.2014 ([3]). Full-scale ship tests are based on determining a set of ship motion parameters using a measuring complex installed on the ship to determine the trajectory at a given rudder angle.
В состав оборудования, реализующего способ, включены датчик угла перекладки руля, инерциальный измерительный модуль, мультиантенная приемная аппаратура спутниковых навигационных систем, антенный модуль, управляющий компьютер и связанная с ними регистрирующая аппаратура. При проведении испытаний антенный модуль принимает сигналы со спутников навигации, затем передает их на мультиантенную приемную аппаратуру спутниковых навигационных систем, где эти сигналы обрабатываются и преобразуются в данные (скорость судна, широта, долгота, а также координаты в декартовой системе, высота в географической системе координат, угол курса судна). Инерциальный измерительный модуль регистрирует значения угла крена и угла дифферента, затем дополняет ими данные, полученные с мультиантенной приемной аппаратуры спутниковых навигационных систем, и передает их на регистрирующую аппаратуру. На регистрирующей аппаратуре происходит запись полученных данных дополненных показаниями датчика угла перекладки руля. Измерения и запись данных проводится в режиме реального времени. Управление работой инерциального измерительного модуля производится при помощи управляющего компьютера.The equipment implementing the method includes a rudder angle sensor, an inertial measurement module, multi-antenna receiving equipment for satellite navigation systems, an antenna module, a control computer and associated recording equipment. When testing, the antenna module receives signals from navigation satellites, then transmits them to the multi-antenna receiving equipment of satellite navigation systems, where these signals are processed and converted into data (ship speed, latitude, longitude, as well as coordinates in the Cartesian system, altitude in the geographic coordinate system , the angle of the ship's heading). The inertial measuring module registers the values of the angle of heel and the angle of trim, then supplements with them the data obtained from the multiantenna receiving equipment of satellite navigation systems, and transmits them to the recording equipment. On the recording equipment, the received data is recorded, supplemented by the readings of the rudder angle sensor. Measurements and data recording are carried out in real time. The operation of the inertial measuring module is controlled by a control computer.
Основным недостатком известного способа ([3]). также как и известных аналогов (патенты CN №106568444 А. 19.04.2017 ([4]). CN №110516877 А. 29.11.2019 ([5]), CN №110979594 A. 10.04.2020([6]), является отсутствие наглядности за контролем движения безэкипажного судна на заданном маршруте при проведении испытаний в реальных условиях плавания.The main disadvantage of the known method ([3]). as well as well-known analogues (patents CN No. 106568444 A. 04/19/2017 ([4]). lack of visibility over the control of the movement of an unmanned vessel on a given route when testing in real sailing conditions.
Техническим результатом от использования также известного изобретения (патент RU №2735694 С1, 05.11.2020 ([7]), является расширение функциональных возможностей способа за счет возможности проведения испытаний безэкипажных и автономных судов, повышение точности результатов испытаний, упрощение технических средств для маневренных испытаний судов.The technical result from the use of a well-known invention (patent RU No. 2735694 C1, 05.11.2020 ([7])) is the expansion of the functionality of the method due to the possibility of testing unmanned and autonomous ships, increasing the accuracy of test results, simplifying the technical means for maneuvering ships .
Для достижения указанного результата используется следующая совокупность существенных признаков: в способе натурных испытаний безэкипажных судов, основанном на измерении параметров движения судна с использованием установленного на судне измерительного комплекса с входящей в его состав мультиантенной системы приема сигналов спутниковых навигационных систем и микрокомпьютера для обработки сигналов мультиантенной системы в котором, измеренные параметры сравниваются с проектными характеристиками судна с возможностью передачи полученных результатов по радиоканал, на автоматизированное рабочее место оператора для последующего хранения, обработки и анализа переданных результатов, при этом измерительный комплекс выполнен функционально не зависимым от бортовой навигационной аппаратуры ([7]).To achieve this result, the following set of essential features is used: in the method of full-scale testing of unmanned vessels, based on measuring the parameters of the movement of the vessel using a measuring complex installed on the vessel with a multi-antenna system for receiving signals from satellite navigation systems and a microcomputer for processing signals from the multi-antenna system in in which the measured parameters are compared with the design characteristics of the ship with the possibility of transmitting the results obtained via a radio channel to the operator's automated workplace for subsequent storage, processing and analysis of the transmitted results, while the measuring complex is made functionally independent of the onboard navigation equipment ([7]).
Для получения необходимого технического результата в способе выполняется следующая последовательность действий: оператором с автоматизированного рабочего места задается движение судну со скоростью Vi по маршрутным точкам П1, П2, …Пn, определяемым географическими координатами (широтой, долготой), с формированием прямолинейных участков е заданной длиной S1, S2 …Sn и разворотных участков с заданным радиусом разворота R1, R2, …Rn, при этом каждый прямолинейный и радиусный участок (Sz и Rz) формируют отдельный этап испытаний - Z, каждый последующий из которых - Z+1 усложняется за счет сокращения прямолинейного участка Sz+1 и уменьшения радиуса разворотного участка Rz+1 - при этом при прохождении каждого этапа испытаний с помощью мультиантенной системы сигналов спутниковых навигационных систем измеряют фактическую длину пройденного маршрута на участке - sz, фактический радиус разворота при переходе между прямолинейными участками - rz, фактическую скорость прохождения участка - vz, фактическое время прохождения расстояния - tz, максимальное боковое отклонение от заданной линии пути - bz, между маршрутными точками, полученные данные передаются оператору для определения соотношения измеренных и заданных параметров движения судна: Sn=si/Si [%]; Rn=ri/Ri [%]; Vn=vi/Vi [%]; Tn=ti/Ti; Bn=bi/Bo [%], при этом если при прохождении судном соответствующего участка соотношения указанных параметров находятся в пределах 90-110%, то считают, что судно удачно прошло этот этап испытаний и может быть допущено до следующего этапа, если соотношения выходят за пределы 110%, то считают, что судно не прошло этот этап и достигло своих максимальных ходовых и маневренных характеристик.To obtain the necessary technical result in the method, the following sequence of actions is performed: the operator from the workstation sets the movement of the vessel at a speed V i along waypoints P 1 , P 2 , ... P n , determined by geographical coordinates (latitude, longitude), with the formation of straight sections not a given length S 1 , S 2 ... S n and turning sections with a given turning radius R 1 , R 2 , ... R n , while each straight and radius section (S z and R z ) form a separate test stage - Z, each the next of which - Z + 1 is complicated by reducing the straight section S z + 1 and reducing the radius of the turning section R z + 1 - while passing each test stage using a multi-antenna system of signals from satellite navigation systems, the actual length of the route traveled on the section is measured - s z, actual turning radius at the transition between straight sections - r z , actual speed of passage of the section - v z , actual time of passage of the distance - t z , maximum lateral deviation from the given track - b z , between waypoints, the received data are transmitted to the operator to determine the ratio of the measured and specified parameters of the movement of the vessel: S n =s i /S i [%]; R n =r i /R i [%]; V n =v i /V i [%]; T n =t i /T i ; B n \u003d b i /B o [%], while if, when the vessel passes the corresponding section, the ratios of these parameters are within 90-110%, then it is considered that the vessel has successfully passed this test stage and can be admitted to the next stage if ratios go beyond 110%, then it is considered that the vessel has not passed this stage and has reached its maximum running and maneuvering characteristics.
Сущность известного способа ([7]) заключается в определении маневренных и ходовых характеристик безэкипажного судна путем сравнения измеренных параметров движения судна с его проектными характеристиками в условиях поэтапного усложнения маршрута движения и выполнения маневров судном, включающего прямые и разворотные участки. Указанный результат достигается за счет использования независимого измерительного комплекса, обеспечивающего определение текущего географического положения (широта, долгота), скорости и курса движения судна. Эти данные обрабатываются в автоматическом режиме с использованием микрокомпьютера, делается вывод о различных отклонениях от расчетного маршрута движения судна, результаты по радиоканалу передаются оператору. Таким образом, способ позволяет экспериментальными средствами определить параметры движения судна и выявить маневренные и ходовые качества в различных гидрометеорологических условиях и передать информацию на автоматизированное рабочее место оператора с помощью радиомодема или по сетям мобильной связи для последующего хранения, обработки анализа данных.The essence of the known method ([7]) is to determine the maneuvering and running characteristics of an unmanned vessel by comparing the measured parameters of the vessel's movement with its design characteristics under the conditions of a phased complication of the route of movement and the execution of maneuvers by the vessel, including straight and turning sections. This result is achieved through the use of an independent measuring complex that provides the determination of the current geographical position (latitude, longitude), speed and course of the vessel. These data are processed automatically using a microcomputer, a conclusion is made about various deviations from the estimated route of the vessel's movement, the results are transmitted to the operator via a radio channel. Thus, the method allows experimental means to determine the parameters of the movement of the vessel and to identify the maneuverability and driving performance in various hydrometeorological conditions and transmit information to the operator's workstation using a radio modem or mobile communication networks for subsequent storage and processing of data analysis.
Данный способ может быть реализован устройством, содержащим: мультиантенную систему приема сигналов спутниковых навигационных систем, микрокомпьютер для обработки сигналов мультиантенной системы и радиомодем. Устройство выполнено в отдельном корпусе и не связано с навигационной или управляющей системой судна, что обеспечивает ею полную независимость от указанной аппаратуры при проведении натурных испытаний безэкипажных судов.This method can be implemented by a device containing: a multi-antenna system for receiving signals from satellite navigation systems, a microcomputer for processing signals from the multi-antenna system, and a radio modem. The device is made in a separate case and is not connected with the navigation or control system of the ship, which ensures its complete independence from the specified equipment when carrying out full-scale tests of unmanned ships.
Недостатком известного способа является низкая информативность получения результатов испытаний, ввиду отсутствия наглядности за контролем движения безэкипажного судна на заданном маршруте при проведении испытаний в реальных условиях плавания. Кроме того, данный способ апробирован в виртуальном режиме с использованием тренажера, что не позволяет оценить его эффективность в реальных условиях плавания.The disadvantage of the known method is the low information content of obtaining test results, due to the lack of visibility over the control of the movement of an unmanned vessel on a given route when testing in real sailing conditions. In addition, this method was tested in virtual mode using a simulator, which does not allow evaluating its effectiveness in real sailing conditions.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение информативности получения результатов испытаний безэкипажных судов.The objective of the proposed technical solution is to increase the information content of obtaining test results for unmanned vessels.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе натурных испытаний безэкипажных судов, основанным на измерении параметров движения судна с использованием установленного на судне измерительного комплекса с входящей в его состав мультиантенной системы приема сигналов спутниковых навигационных систем и микрокомпьютера для обработки сигналов мультиантенной системы, измеренные параметры сравниваются с проектными характеристиками судна с возможностью передачи полученных результатов по радиоканалу на автоматизированное рабочее место оператора для последующего хранения, обработки и анализа переданных результатов, при этом измерительный комплекс выполнен функционально не зависимым от бортовой навигационной аппаратуры, при этом оператором с автоматизированного рабочего места задается движение судну со скоростью Vi по маршрутным точкам П1, П2, …Пn, определяемым географическими координатами (широтой, долготой), с формированием прямолинейных участков с заданной длиной S1, S2, …Sn и разворотных участков с заданным радиусом разворота R1, R2, …Rn, при этом каждый прямолинейный и радиусный участок (Sz и Rz) формируют отдельный этап испытаний - Z, каждый последующий из которых - Z+1 усложняется за счет сокращения прямолинейного участка Sz+1 и уменьшения радиуса разворотного участка Rz+1. при этом при прохождении каждого этапа испытаний с помощью му льтиантенной системы сигналов спутниковых навигационных систем измеряют фактическую длину пройденного маршрута на участке - sz, фактический радиус разворота при переходе между прямолинейными участками - rz, фактическую скорость прохождения участка - vz, фактическое время прохождения расстояния - tz, максимальное боковое отклонение от заданной линии пути - bz между маршрутными точками, полученные данные передаются оператору для определения соотношения измеренных и заданных параметров движения судна: Sn=si/Si [%]; Rn=ri/Ri [%]; Vn=vi/Vi [%]; Tn=ti/Ti [%]; Bn=bi/Bo [%], при этом, если при прохождении судном соответствующего участка соотношения указанных параметров находятся в пределах 90-110%. то считают, что судно удачно прошло этот этап испытаний и может быть допущено до следующего этапа, если соотношения выходят за пределы 110%. то считают, что судно не прошло этот этап и достигло своих максимальных ходовых и маневренных характеристик, в котором в отличие от прототипа [7], контроль за движением судна выполняют в реальном режиме движения судна по маршруту путем построения матрицы фактической длины пройденного маршрута и сравнения ее с матрицей заданного маршрута, при этом строят матрицы связности совокупности прямолинейных участков и радиусов разворотных участков маршрута, при построении матрицы заданного маршрута каждой ячейке присваивают координаты и подвергают матрицу нечеткой кластеризации с возможностью определения координат ячеек, через которые проходит заданный маршрут, построение реального маршрута движения судна выполняют итерационно и поэтапно, при этом вследствие логических преобразований, происходящих в ячейках матриц, навигационные параметры учитываются в виде значения функции принадлежности конкретной ячейки к кластеру параметров, превышающих заданные программные параметры, выделяют основные навигационные параметры: расстояние до точки разворота, направление и скорость движения управляемого судна, при этом учитываются текущие параметры движения судна, параметры ветра, углы тяги, эксцентриситет и обороты движителей, обороты подруливающего устройства, глубины под килем, траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей, которые сравниваются с программными значениями угла курса, угловой скорости положения руля, которые определяют в соответствии с моделью движения судна, включающей скорость и направления ветра, углы тяги, эксцентриситет и обороты движителей, обороты подруливающего устройства, глубины под килем, траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей и углы дрейфа и сноса судна, посредством ЭКНИС генерируют линии программного и реального маршрутов с учетом полученной матрицы.The problem is solved due to the fact that in the method of full-scale tests of unmanned ships, based on measuring the parameters of the movement of the vessel using a measuring complex installed on the vessel with a multi-antenna system for receiving signals from satellite navigation systems and a microcomputer for processing signals from a multi-antenna system, the measured parameters are compared with the design characteristics of the ship with the possibility of transmitting the results obtained over the air to the operator's workstation for subsequent storage, processing and analysis of the transmitted results, while the measuring complex is made functionally independent of the onboard navigation equipment, while the operator sets the movement of the ship from the workstation at speed V i along waypoints P 1 , P 2 , …P n , determined by geographic coordinates (latitude, longitude), with the formation of straight sections with a given length S 1 , S 2 , …S n and turning sections with a given turning radius R 1 , R 2 , …R n , while each straight and radial section (S z and R z ) form a separate test stage - Z, each subsequent of which - Z+1 is complicated by reducing the straight section S z+1 and reducing turning section radius R z+1 . at the same time, during the passage of each test stage using a multi-antenna system of signals of satellite navigation systems, the actual length of the route traveled in the section is measured - s z , the actual turning radius at the transition between straight sections - r z , the actual speed of passage of the section - v z , the actual passage time distances - t z , maximum lateral deviation from the given track line - b z between waypoints, the obtained data are transmitted to the operator to determine the ratio of the measured and specified vessel movement parameters: S n =s i /S i [%]; R n =r i /R i [%]; V n =v i /V i [%]; T n =t i /T i [%]; B n =b i /B o [%], while, if the passage of the vessel of the corresponding section of the ratio of these parameters are within 90-110%. then it is considered that the vessel has successfully passed this stage of testing and can be admitted to the next stage if the ratios go beyond 110%. then it is considered that the ship has not passed this stage and has reached its maximum running and maneuvering characteristics, in which, unlike the prototype [7], the ship’s movement is controlled in the real mode of the ship’s movement along the route by constructing a matrix of the actual length of the route traveled and comparing it with a matrix of a given route, while building connectivity matrices for a set of straight sections and radii of turning sections of the route, when constructing a matrix for a given route, each cell is assigned coordinates and subjected to a fuzzy clustering matrix with the ability to determine the coordinates of the cells through which the given route passes, building a real route of the vessel are performed iteratively and step by step, while due to the logical transformations occurring in the cells of the matrix, the navigation parameters are taken into account as the value of the function of membership of a particular cell in a cluster of parameters that exceed the specified program parameters, the main navigation parameters are distinguished: the distance to the turning point, the direction and speed of the controlled vessel, while taking into account the current parameters of the vessel's movement, wind parameters, thrust angles, eccentricity and revolutions of the propellers, thruster revolutions, depth under the keel, trajectory of the center of gravity, bow and stern ends, which are compared with the program values of the heading angle, angular position velocity rudder, which are determined in accordance with the ship's movement model, including wind speed and direction, thrust angles, eccentricity and revolutions of propulsors, thruster revolutions, depths under the keel, trajectories of the center of gravity, fore and aft ends, and drift and drift angles of the vessel, by means of ECDIS generate program and real route lines based on the received matrix.
Предлагаемый способ, как и в прототипе [7], включает следующую последовательность действий: Оператор с помощью радиомодема выдает судну задание на движение со скоростью Vi по маршруту, обозначенному точками П1, П2, …Пn, которые формируют прямолинейные участки с расчетной длиной S1, S2, …Sn и разворотные участки с радиусом разворота R1, R2, …Rn. При этом каждый прямолинейный и разворотный участок (например - Sz и Rz) соответствует отдельному этапу испытаний - Z. Каждый последующий этап - Z+1 усложняется за счет сокращения прямолинейного участка Sz+1 и уменьшения радиуса разворотного участка Rz+1.The proposed method, as in the prototype [7], includes the following sequence of actions: The operator, using a radio modem, gives the vessel a task to move at a speed V i along the route indicated by points P 1 , P 2 , ... P n , which form straight sections with the calculated length S 1 , S 2 , …S n and turning sections with a turning radius R 1 , R 2 , …R n. Moreover, each straight and turning section (for example - S z and R z ) corresponds to a separate test stage - Z. Each subsequent stage - Z+1 is complicated by reducing the straight section S z+1 and reducing the radius of the turning section R z+1 .
Кинематические характеристики движения испытуемого судна измеряют с помощью независимой мультиантенной системы приема сигналов спутниковых навигационных систем. Полученные данные могут быть обработаны микрокомпьютером непосредственно на борту судна или оператором на автоматизированном рабочем месте. С целью оценки ходовых и маневренных качеств судна программным методом рассчитываются 5 следующих нормируемых параметров:The kinematic characteristics of the movement of the test vessel are measured using an independent multi-antenna system for receiving signals from satellite navigation systems. The received data can be processed by a microcomputer directly on board the vessel or by an operator at a workstation. In order to assess the running and maneuvering qualities of the vessel, the following 5 normalized parameters are calculated by the software method:
Sn=si/Si [%] - отношение фактической (измеренной) длины прямолинейного участка i к заданной длине участка i: Rn=ri/Ri [%] - отношение фактического (измеренного) радиуса разворотного участка i к заданному радиусу разворота i Vn=vi/Vi [%]; - отношение фактической (измеренной) скорости движения судна на прямолинейном участке i к заданной скорости движения судна па участке i; Tn=ti/Ti [%] отношение фактического (измеренного) времени прохождения судном участка i к заданному времени прохождения участка i; Bn=bi/Bo [%] отношение фактического (измеренного) максимального бокового отклонения судна при прохождении судном участка i на заданной линии пути к заданной ширине участка i.S n =s i /S i [%] - the ratio of the actual (measured) length of the straight section i to the specified length of the section i: R n =r i /R i [%] - the ratio of the actual (measured) radius of the turning section i to the specified turning radius i V n =v i /V i [%]; - the ratio of the actual (measured) speed of the vessel on the straight section i to the specified speed of the vessel on section i; T n =t i /T i [%] the ratio of the actual (measured) time of passage of the vessel section i to the specified time of passage of section i; B n =b i /B o [%] the ratio of the actual (measured) maximum lateral deviation of the vessel when the vessel passes section i on a given track line to a given width of section i.
По значениям полученных соотношений оператор делает вывод о маневренных характеристиках исследуемого судна. Если при прохождении этапа Z судном, соотношения находятся в пределах 90-110%, считается что судно удачно прошло этап испытаний Z и допускается до следующего этапа Z+1. Если они вышли за пределы 1-10%. считается, что судно не прошло этот этап и достигло своих максимальных ходовых и маневренных характеристик.Based on the values of the obtained ratios, the operator draws a conclusion about the maneuvering characteristics of the vessel under study. If during the passage of stage Z by the vessel, the ratios are within 90-110%, it is considered that the vessel has successfully passed the test stage Z and is allowed to the next stage Z + 1. If they went beyond 1-10%. it is considered that the ship has not passed this stage and has reached its maximum running and maneuvering characteristics.
В отличие от прототипа [7], контроль за движением судна выполняют в реальном режиме движения судна по маршруту путем построения матрицы фактической длины пройденного маршрута и сравнения ее с матрицей заданного маршрута. При этом строят матрицы связности совокупности прямолинейных участков и радиусов разворотных участков маршрута, при построении матрицы заданного маршрута каждой ячейке присваивают координаты и подвергают матрицу нечеткой кластеризации с возможностью определения координат ячеек, через которые проходит заданный маршрут. Построение реального маршрута движения судна выполняют итерационно и поэтапно, при этом вследствие логических преобразований, происходящих в ячейках матриц, навигационные параметры учитываются в виде значения функции принадлежности конкретной ячейки к кластеру параметров, превышающих заданные программные параметры, выделяют основные навигационные параметры: расстояние до точки разворота, направление и скорость движения управляемого судна, при этом учитываются текущие параметры движения судна, параметры ветра, утлы тяги, эксцентриситет и обороты движителей, обороты подруливающего устройства, глубины под килем, траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей, которые сравниваются с программными значениями угла курса, угловой скорости положения руля, которые определяют в соответствии с моделью движения судна включающую скорость и направления ветра, утлы тяги, эксцентриситет и обороты движителей, обороты подруливающего устройства, глубины под килем, траектории движения центра тяжести, носовой и кормовой оконечностей и углы дрейфа и сноса судна. Посредством ЭКНИС генерируют линии программного и реального маршрутов с учетом полученной матрицы.Unlike the prototype [7], the control of the vessel's movement is performed in the real mode of the vessel's movement along the route by constructing a matrix of the actual length of the route traveled and comparing it with the matrix of the given route. At the same time, connectivity matrices are built for a set of straight sections and radii of turning sections of the route, when constructing a matrix of a given route, each cell is assigned coordinates and subjected to a fuzzy clustering matrix with the possibility of determining the coordinates of the cells through which the given route passes. The construction of the real route of the vessel’s movement is performed iteratively and in stages, while due to the logical transformations occurring in the cells of the matrices, the navigation parameters are taken into account as the value of the function of belonging of a particular cell to a cluster of parameters that exceed the specified program parameters, the main navigation parameters are distinguished: the distance to the turning point, the direction and speed of the controlled vessel, while taking into account the current parameters of the vessel's movement, wind parameters, thrust angles, eccentricity and revolutions of the propellers, thruster revolutions, depth under the keel, trajectory of the center of gravity, bow and stern ends, which are compared with the program values of the angle heading, the angular velocity of the rudder position, which determine, in accordance with the model of the vessel’s movement, including wind speed and direction, thrust angles, eccentricity and revolutions of the propellers, thruster revolutions, depths under the keel, trajectories of the center of gravity, bow and stern ends and drift angles and demolition of the ship. By means of ECDIS, the lines of program and real routes are generated, taking into account the received matrix.
Данный способ может быть реализован устройством, содержащим: мультиантенную систему приема сигналов спутниковых навигационных систем, микрокомпьютер для обработки сигналов мультиантенной системы и радиомодем. ЭКНИС, устройство сопряжения, соединенное с лагом, курсоуказателем, навигационным эхолотом, навигационной РЛС, судовым измерителем ветра и системой автоматического управления движением.This method can be implemented by a device containing: a multi-antenna system for receiving signals from satellite navigation systems, a microcomputer for processing signals from the multi-antenna system, and a radio modem. ECDIS, an interface device connected to a log, a heading indicator, a navigation echo sounder, a navigation radar, a ship's wind gauge and an automatic traffic control system.
Источники информации.Information sources.
1. Патент RU №2132796 С1, 10.07.1999.1. Patent RU No. 2132796 C1, 10.07.1999.
2. Патент RU №2467914. 27.11.2012.2. Patent RU No. 2467914. 11/27/2012.
3. Патент RU 144079. 10.08.2014.3. Patent RU 144079. 10.08.2014.
4. Патент CN №106568444 А. 19.04.2017.4. Patent CN No. 106568444 A. 04/19/2017.
5. Патент CN №110516877 А, 29.11.2019.5. Patent CN No. 110516877 A, 11/29/2019.
6. Патент CN №110979594 А. 10.04.2020.6. Patent CN No. 110979594 A. 04/10/2020.
7. Патент RU №2735694 С1.05.11.2020.7. Patent RU No. 2735694 C1.05.11.2020.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2797701C1 true RU2797701C1 (en) | 2023-06-07 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7751977B2 (en) * | 2007-07-10 | 2010-07-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Real time environmental measurement and reporting system for navigable waterways and method of use |
| CN106568444A (en) * | 2016-10-28 | 2017-04-19 | 湖南国科防务电子科技有限公司 | Satellite navigation carrier indoor realtime closed-loop feedback testing method |
| RU2735694C1 (en) * | 2020-05-10 | 2020-11-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» | Unmanned vessels full-scale tests |
| RU2751725C1 (en) * | 2020-10-29 | 2021-07-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» | Method for full-scale testing of unmanned vessels |
| RU2765606C1 (en) * | 2020-12-04 | 2022-02-01 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Integrated system for navigation of ships and supply vessels of the navy |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7751977B2 (en) * | 2007-07-10 | 2010-07-06 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Real time environmental measurement and reporting system for navigable waterways and method of use |
| CN106568444A (en) * | 2016-10-28 | 2017-04-19 | 湖南国科防务电子科技有限公司 | Satellite navigation carrier indoor realtime closed-loop feedback testing method |
| RU2735694C1 (en) * | 2020-05-10 | 2020-11-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» | Unmanned vessels full-scale tests |
| RU2751725C1 (en) * | 2020-10-29 | 2021-07-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» | Method for full-scale testing of unmanned vessels |
| RU2765606C1 (en) * | 2020-12-04 | 2022-02-01 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Integrated system for navigation of ships and supply vessels of the navy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3330171B1 (en) | Apparatus for predicting a power consumption of a maritime vessel | |
| Caccia et al. | A practical approach to modeling and identification of small autonomous surface craft | |
| CN110837255B (en) | Autonomous danger avoiding method suitable for high-speed water surface unmanned ship | |
| RU2442718C1 (en) | Determination method for dynamic parameters of marine movement mathematical model | |
| CN108120987A (en) | The underwater river topography measuring device and measuring method of a kind of great rivers | |
| JP3949932B2 (en) | Autonomous underwater vehicle navigation control system | |
| FI123871B (en) | Procedures and systems for measuring movements in six degrees of freedom | |
| CN112180380B (en) | Ultrasonic underwater detection method for unmanned airship driven by air rotor and propeller | |
| Vujičić et al. | Methodology for controlling the ship’s path during the turn in confined waterways | |
| RU2467914C1 (en) | Method of ship navigability control and device to this end | |
| RU2277495C1 (en) | Method of automatic pilotage of ships | |
| Lyon | The navigation of arctic polar submarines | |
| Lu et al. | Motion pose estimation of inshore ships based on point cloud | |
| RU2735694C1 (en) | Unmanned vessels full-scale tests | |
| RU2797701C1 (en) | Method of full-scale testing of unmanned vessels | |
| DE102016202784A1 (en) | route optimization | |
| US8375782B1 (en) | Model hull testing method, platform, and system | |
| US8381584B1 (en) | Model hull testing method, platform, and system | |
| Gierusz et al. | The researching ship “Gdynia “ | |
| Hinostroza et al. | Manoeuvring test for a self-running ship model in various water depth conditions | |
| US3691978A (en) | Apparatus for the automatic navigation of a sailing vessel | |
| CN115202366A (en) | Unmanned ship autonomous berthing method and system based on environment perception | |
| RU2546357C2 (en) | Rescue airfoil boat | |
| Lataire et al. | Systematic techniques for fairway evaluation based on ship manoeuvring simulations | |
| RU2751725C1 (en) | Method for full-scale testing of unmanned vessels |