RU165915U1 - Система автоматической проводки судов по заданной траектории движения - Google Patents

Abstract

Система автоматической проводки судна по заданной траектории движения, содержащая курсоуказатель, приемоиндикатор СНС, измеритель скорости движения судна по заданной траектории, электронную картографическую навигационно-информационную систему, блок управления, авторулевой, при этом выходы данных технических средств через блок управления соединены с входом авторулевого, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена средством автоматического определения пеленга с судна, движущегося по заданной траектории, на навигационный ориентир, выход которого через блок управления соединен с входом авторулевого, а средство автоматического определения пеленга с судна, движущегося по заданной траектории, на навигационный ориентир выполнено в виде системы астронавигационных электронных оптических пеленгаторов, а также с метеорологическим локатором.

Description

Полезная модель относится к области судовождения и может быть использована для повышения точности автоматического управления судами, а также для автоматической проводки судов морского и внутреннего водного плавания по заданной траектории движения (ЗТД) или оси судового хода в стесненных обстоятельствах плавания.

Задача повышения точности авторулевого особенно актуальна не только для крупнотоннажных судов, но для речных судов в связи со следующим: значительная сложность фарватера, извилистость судового хода; большая протяженность внутренних водных путей (ВВП) РФ; тяжелые погодные условия; отсутствие навигационных карт крупного масштаба необходимой точности, значительные сроки и средства на их создание; ухудшение состояния средств навигационного оборудования судовых ходов, а в значительной части водных бассейнов РФ и их отсутствие. Как следствие возникают экономические потери грузоперевозок, снижается безопасность движения по ВВП.

Известно техническое решение для проводки судна по ЗТД (Е.Л. Смирнов, А.В. Яловенко, А.А. Якушенков. Технические средства судовождения: Теория: Учебник для вузов/Под ред. Е.Л. Смирнова. М.: Транспорт, 1988. - 376 с.[1]), включающее установку в заданных точках на траектории движения с известными координатами плавучих средств навигационного оборудования - буев, определение на движущемся судне пеленга на буй и координат судна с помощью приемоиндикатора спутниковой навигационной системы (СНС), вычисление по полученным данным истинного курса движения судна по ЗТД.

Устройство для проводки судна по ЗТД [1] содержит курсоуказатель, оптический пеленгатор, приемоиндикатор СНС, измеритель скорости движения судна, электронную картографическую навигационно-информационную систему (ЭКНИС), блок управления, авторулевой, при этом выходы курсоуказателя, приемоиндикатора СНС, измеритель скорости движения судна, ЭКНИС через блок управления соединены с входом авторулевого.

Недостатком данного устройства является то, что заданный маршрут вводят в авторулевой в виде координат начальной, промежуточных и конечной точек (путевых точек) прямолинейных отрезков заданной траектории, снятых с навигационной карты. При отклонении судна от заданного направления или, если боковое отклонение судна будет больше установленной расчетной величины, на рулевое устройство подается управляющее воздействие, возвращающее судно на прежний курс. В силу большой инерции судна и его гидродинамических свойств, изменяющихся под внешними воздействиями, такой процесс носит неустойчивый колебательный характер, вследствие чего судно перемещается не по прямой, а по извилистой кривой, имеющей генеральное направление, которое соответствует заданному направлению.

Кроме того, недостатком технического решения [1] является то, что в настоящее время направление (пеленг) на буй определяется на движущемся судне вахтенным помощником капитана с помощью оптического пеленгатора и, следовательно, при плохих гидрометеорологических условиях (низкая видимость) использование данного пеленгатора для определения пеленга на буй не представляется возможным. Определение же пеленгов на движущемся судне на буй глазомерно является неприемлемым, поскольку их ввод в авторулевой должен производиться вручную. Эти обстоятельства не обеспечивают при использовании данного устройства автоматизацию судовождения по ЗТД.

Кроме того, в известном устройстве для автоматической проводки судна по ЗТД [1], содержащем курсоуказатель, приемоиндикатор СНС, измеритель скорости движения судна, ЭКНИС, блок управления и авторулевой, выходы которых через блок управления соединены с входом авторулевого, дополнительно включено автоматическое средство определения пеленга с судна на буй, выход которого через блок управления соединен с входом авторулевого, выработанные управляющие сигналы поступают на авторулевой, который соответствующим образом реагирует на управляющие сигналы.

Подобные буи выставляются вдоль заданной траектории движения судна: в прибрежной морской зоне - по оси рекомендованного пути, а на реках - вдоль оси судового хода.

В также известных системах автоматического управления судном (патент RU №2207296С2, 27.06.2003 [2], патент RU №2150409С1, 10.06.2000 [3], заявка JP №62-34597, 28.07.1987 [4], заявка JP №62-45119, 24.09.1987 [5], патент US №3946690А, 30.03.1976 [6]) управляющие сигналы, подаваемые на рулевой привод, формируются в зависимости от рассогласования текущих параметров движения и программных. Для получения программных параметров, определяющих положение судна, на навигационной карте прокладывается маршрут, определяются координаты поворотных точек маршрута (ПТМ).

Такое формирование программных параметров отягощается сложностью прокладки маршрута, отсутствием навигационных карт для большинства участков ВВП.

Использование СНС позволяет увеличить точность определения текущих координат судна, однако при определении координат с помощью СНС используется система координат WGS84, в то время как в навигационных картах используется система координат ПЗ-90. Таким образом, при перенесении координат ПТМ с навигационной карты в систему спутниковой навигации возможна ошибка до 45 м с вероятностью 95%, что для значительной части ВВП и некоторой части морей недопустимо. Кроме того, маршруты движения речных судов по ВВП требует значительного количества ПТМ и их расчет даже при наличии навигационных карт является весьма трудоемкой процедурой.

Известно устройство для автоматической проводки судна [3], предназначенное для реализации управления движением морского судна, которое обеспечивает повышенную точность удержания судна при движении по заданной траектории, как при спокойном море, так и при сильном волнении моря. Авторулевой содержит датчики отклонения руля, угловой скорости, задатчик путевого угла, приемоиндикатор СНС, рулевой привод, блок оценки состояния и вычислительные устройства. Авторулевой для управления судном использует информацию о путевом угле и боковом сносе судна от приемоиндикатора СНС. Недостатком данного аналога является отсутствие на участках разворотов заданной траектории, относительно которой определяется боковой снос судна, что не позволяет его использовать для сложного изрезанного фарватера реки.

В известном устройстве [4], содержащем задатчик генерального курса, вырабатывающий сигнал отклонения от курса, схему, управляющую судном так, чтобы истинный курс судна совпадал с генеральным, навигационный прибор, определяющий положение судна на карте по сигналам от различных передающих пунктов, блок вычисления отклонения положения судна от расчетного положения на карте и схему, которая по выходным данным блока вычисления изменяет выходной сигнал задатчика генерального курса с целью уменьшения отклонения положения судна.

При этом устройство обеспечивает поддержание сигнала отклонения положения судна на уровне, не превышающем максимальную величину сигнала отклонения от курса, и позволяет стабилизировать боковое отклонение судна от заданной на карте траектории. Для этого используется информация о текущем и генеральном курсах судна, информация от навигационного прибора, определяющего текущее положение судна на карте, а управляющий сигнал на руль формируется так, чтобы истинный курс судна совпадал с генеральным, формируемым задатчиком, последний корректируется так, чтобы уменьшить отклонение текущего положения судна от расчетного на карте.

Недостатком является то, что определение текущих и программных координат судна производится в разных системах координат, и невозможность использования авторулевого для участков рек, для которых отсутствуют навигационные карты.

Известно также изобретение, техническим результатом которого является повышение точности управления судном на речных фарватерах, в конечном итоге повышение безопасности движения и экономичности перевозок [2].

Суть известного изобретения [2] состоит в том, что для автоматической проводки судна, измеряют параметры движения судна от датчиков угла курса и угловой скорости, от датчика положения руля и навигационного прибора, определяющего текущее положение судна, осуществляют их последующее сравнение с программными значениями данных параметров движения и формирование управляющего сигнала на рулевой привод в функции данных рассогласования и скорости судна, определяемой навигационным прибором, программные параметры движения, определяющие положение судна, получают путем обработки сигналов о положении судна от навигационного прибора при эталонном проходе судна по заданному маршруту, при этом выделяют участки судового хода, которые в зависимости от ширины участка судового хода аппроксимируют прямыми линиями, для которых программные значения угла курса постоянные, и криволинейные участки, соединяющие прямолинейные, которые аппроксимируют дугами круга радиуса разворота и переходными участками, при этом программные значения угла курса, угловой скорости, положения руля определяют в соответствии с упрощенной моделью движения судна в функции радиуса разворота, текущей скорости и времени.

При этом формирование программы, задающей положение судна, и определение текущих координат судна производятся в одной и той же системе координат, так как для формирования программы используется запись текущих координат, определяемых приемником СНС, расположенным на судне, при эталонном проходе судна по заданному маршруту. При обработке записанной информации в результате аппроксимации выделяют прямолинейные участки маршрута и формируют программную ось судового хода, на стыке прямолинейных участков определяют поворотные точки маршрута, относительно которых производится программный разворот (криволинейный участок). Криволинейный участок записанного эталонного маршрута аппроксимируется дугой определенного радиуса с примыкающими для плавности перехода переходными участками.

При формировании разворота по радиусу программные значения остальных параметров движения определяются на основании упрощенной модели движения судна.

Таким образом, на участке разворота формируют все программные параметры, определяют боковое отклонение текущих параметров от программных и формируют управляющий сигнал, подаваемый на рулевой привод, что обеспечивает движение судна по заданной криволинейной траектории. При этом для автоматической проводки судна для расхождения, обгона и других маневров на прямолинейном участке программной оси судового хода предусмотрена возможность проведения маневра ввода смещения, т.е. переход на смещенную ось судового хода, параллельную программной и отстоящую от нее на заданное расстояние, также предусмотрен маневр возврата для обеспечения дальнейшего движения судна по программной оси судового хода.

Маневр смещения предполагает проведение разворота для ухода с программной оси судового хода, движение по прямолинейному участку для отхода от программной оси судового хода, разворот для выравнивания судна по оси судового хода, параллельной программной. Соответственно, маневр возврата включает два разворота, обеспечивающих уход с оси судового хода, параллельной программной, и постановку судна на программную ось судового хода и прямолинейный участок между ними.

Недостатком известного изобретения [2] является то, что при формировании программы, задающей положение судна и определение текущих координат судна в одной и той же системе координат, используется запись текущих координат, определяемых приемником СНС, расположенным на судне, при эталонном проходе судна по заданному маршруту. Согласно предложенному техническому решению судно, следуя по маршруту, должно сначала выполнить движение по эталонному маршруту, полученные данные на котором в дальнейшем будут использованы в качестве эталонных для конкретного участка маршрута. Такой вариант с существенными допущениями может быть использован для судов, стоящих на строго определенных судовых линиях, но с учетом постоянства судового хода и погодных условий на каждом конкретном проблемном участке маршрута, что на практике практически не осуществимо.

Известно также техническое решение для управления движущимся судном (патент RU №2553610С1, 20.06.2015 [7]), в котором в пределах контура судна в его диаметральной плоскости (ДП) выбирают на носу и корме судна точки, относительно которых производят непрерывные измерения координат с высокой точностью (±1 м) и непрерывно вычисляют смещения этих точек от заданной линии положения ДП судна. На основе этих смещений вырабатывают сигналы для отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна по определенному закону. При этом используют определенную координатную систему, меняют ее положение и ориентацию на плоскости с учетом особенностей маневрирования судна и с учетом текущего направления ветра, а коэффициенты усиления подбирают специально для конкретного судна и конкретной судовой ключевой операции. При этом обеспечивается энергетическая эффективность и безопасность выполнения ключевой судовой операции.

Однако в результате применения данного изобретения достигается возможность получения технического результата - обеспечение приведения судна в заданное положение на плоскости при выполнении удержания судна в заданном положении или движения судна по заданной траектории с соблюдением условия периодического изменения заданного положения, исходя из требований энергетической эффективности и безопасности выполнения ключевой судовой операции, только при решении одной конкретной операции, например швартовной операции или позиционирования в заданной точке.

Кроме того, выработка сигналов для отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна осуществляется по определенному закону, который включает ряд допущений и отягощен сложным математическим аппаратом, что может привести к субъективным результатам при выработке сигналов для отдельных элементов или всего движительно-рулевого комплекса судна в целом. Так значение погрешности в скорости, передаваемой по автоматизированной информационной системе, не превышает 0,2уз и при таких условиях выявлено, что значения погрешности в относительном курсе могут достигать 17,19 градусов (Некрасов С.Н., Старое М.С. Применение АИС для решения задач расхождения судов в море//Труды VII российской научно-технической конференции «Навигация, гидрография, океанография: приоритеты развития и инновации морской деятельности», 18-20 мая 2011, СПб. ОАО «ГНИНГИ», с. 137), что практически не приемлемо при плавании в узкостях и по фарватеру.

Также следует учитывать, что на крупнотоннажных судах отмечается повышенная электромагнитная обстановка за счет роста радиоэлектронных систем и плотности их размещения, которые создают помехи GPS. Для уменьшения влияния помехи на качество регулирования в продольном и боковом каналах в программном обеспечении системы управления движением и системы динамического позиционирования должны быть предусмотрены алгоритмы, позволяющие увеличивать постоянные времени фильтров для уменьшения степени прохождения составляющих спектра помехи GPS.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности управления судном на речных фарватерах и безопасности движения.

Поставленная задача достигается за счет того, что система автоматической проводки судов по заданной траектории движения, содержащая курсоуказатель, приемоиндикатор СНС, измеритель скорости движения судна по заданной траектории, электронную картографическую навигационно-информационную систему, блок управления, авторулевой, при этом выходы данных технических средств через блок управления соединены с входом авторулевого, дополнительно снабжена средством автоматического определения пеленга с судна, движущегося по заданной траектории, на навигационный ориентир, выход которого через блок управления соединен с входом авторулевого, а средство автоматического определения пеленга с судна, движущегося по заданной траектории, на навигационный ориентир выполнено в виде системы астронавигационных электронных оптических пеленгаторов.

Пример реализации системы поясняется чертежом (фигура), на котором изображена структурная схема системы автоматической проводки судна по ЗТД, которая содержит курсоуказатель - 2, приемоиндикатор СНС - 3, измеритель скорости движения судна - 1, задатчик траектории движения - 4, ЭКНИС - 5, техническое средство автоматического определения пеленга - 6 на ориентир, блок управления - 7, авторулевой - 8, при этом выходы данных устройств 2,3,4,5,6 через блок управления - 7 соединены с входом авторулевого - 8, береговой ориентир - 9, метеорологический локатор -10.

Измеритель скорости 1. В качестве измерителей скорости могут быть использованы доплеровские гидроакустические, индукционные электромагнитные и радиодоплеровские, включая совмещенные радиодоплеровские системы измерения скорости и параметров волнения, или их сочетание, например, доплеровский гидроакустический лаг и совмещенная радиодоплеровская система измерения скорости и параметров волнения (Оценка работы лагов на ледоколе / А.Г. Гузеев, Н.Н. Пирогов, В.В. Чернявец и др. // Судостроение, №1, 1981, с.30-31. Совершенствование доплеровских радиолагов, устанавливаемых на судах ледового плавания / Чернявец В.В., Перепелицын О.В., Харитонов Ю.П. и др. // Судостроение, №1, 1987, с.26-27. Ванаев А.П., Чернявец В.В. Определение параметров волнения совмещенной системой измерения скорости судна и высоты волны / Судостроение, №8-9,1993, с.6-8).

Курсоуказатнель 2 представляет собой гирогоризонткомпас, состоящий из гирокомпаса, блока поправок, измерителей угловых ускорений с взаимно ортогональными осями чувствительности, ньюмометров с взаимно ортогональными осями чувствительности, вычислителя углов качки и курса. Аналогом является устройство, описанное в патенте RU №2056037. В конкретном устройстве использовано изделие по ИДТЛ 461.529.006 ТУ.

Приемоиндикатор ИНС 3 представляет собой совмещенный приемоиндикатор спутниковых и радионавигационных систем, состоит из антенного блока, приемоиндикатора и сетевого адаптера и обеспечивает автоматический выбор оптимального созвездия навигационной аппаратуры ГЛОНАСС и GPS, а в зоне действия РНС прием сигналов от наземных станций; интегральную оценку ожидаемой точности определения текущих координат; ввод и обработку корректирующей информации в соответствии с RTCM SC-104; решение навигационной задачи при работе в дифференциальном режиме; ввод и хранение до 500 маршрутных точек и до 50 маршрутов движения; запоминание текущих координат в качестве маршрутной точки; расчет расстояния и направления между двумя маршрутными точками движения по маршруту с выработкой параметров отклонения от маршрута; вывод координат в системе координат WGS-84, ПЗ-90, СК-42 или в системе координат, параметры которой задаются оператором посредством навигационного пульта блока управления 7; выбор береговых РНС различного радиуса действия (ближнего, дальнего) и определения координат по их сигналам с оценкой точности. В конкретном устройстве применен приемоиндикатор типа NT-300. Прием и обработка сигналов системы GPS производится по пяти каналам, а системы ГЛОНАСС по трем каналам.

Приемоиндикатор 3 содержит четыре дополнительных канала для измерения дельтапсевдодальностей до четырех искусственных спутников Земли и навигационный фильтр для моделирования движения судна, что при непрерывных измерениях дельтапсевдодальностей до четырех спутников, исключив систематическую погрешность эталона частоты приемоиндикатора, позволяет измерить координаты точки судна, совмещенной с фазовым центром антенны приемоиндикатора 3.

Электронная картографическая система (ЭКНИС) 5 включает блок оцифровки видеосигнала, преобразователь видеосигналов, блок совмещения радиолокационной и картографической информации, модуль программного обеспечения и информационно-вычислительное устройство.

В блоке оцифровки видеосигнала производится оцифровка видеосигнала. В преобразователе видеосигналов осуществляется перевод оцифрованного видеосигнала в соответствующий масштаб и систему координат. В блоке совмещения радиолокационной и картографической информации производится наложение радиолокационного сигнала на изображение карты. В модуле программного обеспечения находится программный продукт, обеспечивающий функционирование блока совмещения радиолокационной и картографической информации, при использовании официальных картографических данных, соответствующих стандарту IHO S-57, навигационных карт издания Главного управления Навигации и Океанографии МО РФ и мировых коллекций электронных навигационных карт типа С-МАР в формате СМ-93. В информационно-вычислительном устройстве осуществляется индикация электронной карты, прием, обработка и передача сообщений по стандарту NMEA-0183. В информационно-вычислительном устройстве также выполняются вычислительные операции, по формированию зоны безопасности плавания по допустимому расстоянию до навигационной опасности или по допустимому времени движения до опасности с текущей скоростью; расчету уровня приливов; трехмерному моделированию рельефа дна на основе батиметрических данных, содержащихся на текущей карте, а также по данным, измеренным эхолотом, с отображением рельефа дна; автоматизированной корректуре карт, сконвертированных из формата S-57; формированию электронного судового журнала; прогнозу положения судна; обсервованному счислению по данным, вырабатываемым РЛС; расчету текущего траверзного расстояния до ориентира, определению места судна по пеленгам и дистанциям с вычислением поправок к счислимым координатам, величин и направления невязок, с вычислением радиальных среднеквадратических погрешностей обсерваций; контролю целей РЛС (дистанция кратчайшего сближения, время до кратчайшего сближения, скорость и курс цели), расчету времени прибытия в заданную точку; счислению пути судна, составлению навигационного формуляра; предварительной прокладке; расчету поправок системы координат. Информационно-вычислительное устройство построено на основе процессора Intel Core2Duo. В ЭКНИС также предусмотрено использование карт типа NT МАХ стандарта C-MAP, которые поддерживают отображение навигационных знаков, приливных течений, фарватеров.

Блок управления 7 выполнен на основе микропроцессора со специальным программным обеспечением, позволяющим осуществлять ввод/вывод информации, преобразование сигналов от всех навигационных датчиков (приборов), например микропроцессоров семейства AVR фирмы АТМЕС.

Блок управления 7, как и в прототипе, может содержать центральный процессор, ОЗУ, ПЗУ, модульный параллельный интерфейс, устройство параллельного обмена, устройство для цифровой индикации, электронно-лучевую трубку, газоразрядную индикаторную панель, цифровые индикаторы, блок для отображения информации на электронно-лучевой трубке, блок отображения информации на газоразрядной индикаторной панели, Блок управления 7 может быть также выполнен на основе микропроцессора, обеспечивающего ввод-вывод информации и преобразование сигналов от нескольких датчиков, например микропроцессоры семейства AVR фирмы АТМЕС. Вычислитель предназначен для обработки сигналов по определению комплексных навигационных параметров, выполнен на основе DSP-процессора и включает процессор, сопроцессоры, блок памяти, таймер, контроллер прерываний, порты связи.

Авторулевой 8 включает блок сопряжения с рулевым приводом, который содержит приемное устройство, множитель, блок формирования восстановленного сигнала перекладки руля, блок формирования сигнала скорости перекладки руля, блок формирования модели рулевого привода, сумматоры, интеграторы, вычислитель, который собран на основе микропроцессора DSP-процессора, работающего под управлением встраиваемой операционной системы «UCLinux». Аналогом является устройство, описанное в патенте RU №2072547. Обработка сигналов осуществляется в соответствии с алгоритмами, приведенными в кн. - Управление подвижными морскими объектами /Лернер Д.М., Лукомский Ю.А., Михайлов В.А. и др. - Л.: Судостроение, 1979. Блок сопряжения с рулевым приводом предназначен для формирования сигналов управления авторулевому, позволяющих осуществлять выход и стабилизацию судна на маршруте с минимальным перерегулированием. Блок сопряжения с рулевым приводом может функционировать с любым авторулевым, принимающим управляющие сообщения по стандарту NMEA-183 с реализацией режима стабилизации судна на модифицированном маршруте. В этом режиме производится модификация исходного кусочно-прямолинейного маршрута (алгоритмы Rout Modification и Rout Preparation) путем гладкого сопряжения галсов непрерывной криволинейной траекторией, реализуемой судном при назначенных ограничениях на угол перекладки руля в процессе поворота. При этом на электронной картографической навигационно-информационной системе 5 отображается исходный и модифицированный маршруты с целью предоставления судоводителю предполагаемого движения судна.

При прохождении маршрута вблизи зон с навигационными опасностями обеспечивается возможность корректировки как положения поворотных точек, так и изменения радиуса поворота судна путем редактирования величины предельного угла перекладки руля в каждой поворотной точке. Управление судном на модифицированном маршруте осуществляется специальными алгоритмами, формирующими для авторулевого сигналы: типа ХТЕ, равный тождественному нулю, и непрерывный изменяющийся сигнал bearin to origin. Для отслеживания этих сигналов авторулевой переключается в режим Remout Control, в котором не требуется подтверждения оператором нового заданного курса. Алгоритмы управления судном на траектории и модификации маршрута используют для своей работы математическую модель судна, учитывающую управляющее воздействие руля, действующие на судно возмущения, а также факторы, изменяющие динамику судна - загрузку, изменение мощности, скорость судна.

Основными алгоритмами являются алгоритмы управления рулевым приводом, стабилизации курса судна, маневрирования курсом, управления движением по заданному маршруту, восстановления параметров движения судна, адаптации законов управления движением судна. При этом алгоритмы обеспечивают решение таких задач, как стабилизация судна на заданном курсе; управление маневрированием курсом; восстановление и фильтрация угловой скорости судна; адаптация параметров регуляторов авторулевого; управление движением по заданному маршруту.

Для решения данных задач на блок сопряжения с рулевым приводом авторулевого с блока управления 7 поступает информация о курсе и угловом ускорении с измерителя курса 2, о скорости с измерителя скорости 1, о положении руля от датчика угла перекладки руля, о положении золотника рулевой машины, принимаемом от датчика исполнительного механизма, о заданном маршруте (заданный курс, координаты места, боковое перемещение). При этом адаптация регуляторов авторулевого производится к скорости хода судна, глубине моря, погодным условиям, загрузке судна, конкретным характеристикам судна, соответствующим приведенным в лоцманской карте и таблице маневренных элементов данного судна.

Программное обеспечение реализовано на языке ALGOL-68 в Кросс-системе.

Аппаратные средства обеспечивают независимое управление приводов каналов крена и курса, осуществляют измерение углов курса, крена и дифферента судна, измерение компонент векторов угловой скорости, линейного ускорения, формируют управляющие сигналы для решения целевых задач управления и стабилизации.

Независимый привод каждого из каналов управления построен на основе системы привода производства компании «Faulhaber». Высокоточная цифровая система управления приводом обеспечивает высокое быстродействие, позволяет регулировать параметры привода в широком диапазоне, обеспечивает точное позиционирование по углу поворота оси привода колеса.

Микропроцессор на основе DSP-процессора является устройством, обеспечивающим программную и аппаратную интеграцию отдельных блоков, входящих в состав аппаратных средств авторулевого. Микропроцессор позволяет выполнять операции над 32-разрядными числами в формате с плавающей запятой, что обеспечивает точность вычислений, достаточную для решения большинства задач управления и навигации. Тактовая частота процессора составляет 400 МГц. Помимо процессора в состав платы вычислительно-управляющего модуля входят микросхемы памяти SDRAM, микросхемы памяти flash, микросхемы интерфейсов ввода-вывода.

Технические средство автоматического определения пеленга на ориентир - 6 с судна, идущего по ЗТД, представляет собой систему астронавигационных электронных оптических пеленгаторов (САНЭОП).

САНЭОП предназначена для измерения горизонтных координат (высоты и азимута) небесных светил и береговых светящих ориентиров, видимых в оптическом диапазоне длин волн, в условиях качки и маневрирования.

В состав САНЭОП входят:

два пеленгатора с телевизионным и оптическим каналами:

пульт дистанционного управления (монитор телевизионного канала и манипулятор управления наведением пеленгатора):

комплект средств наблюдения за визуальными ориентирами в инфракрасном диапазоне (встроенный в основной прибор);

приборы сопряжения;

приборы электропитания.

Состав САНЭОП может также включать инерциальные навигационные системы, гиростабилизированную астролябию и спутниковую геодезическую аппаратуру КНС ГЛОНАСС и GPS «Navstar».

САНЭОП позволяет автоматизировать задачи определения поправок курса и координат и обеспечивает измерения уклонений отвесных линий с подвижных объектов, для обеспечения высокоточной съемки параметров уклонения отвесных линий в акваториях морей и океанов с высоким градиентом аномалий силы тяжести.

Кроме задачи определения поправки системы курсоуказания система САНЭОП позволяет определять место судна по азимутальным линиям положения. Особенностью астропеленгаторов являются стабилизация этих систем с высокой точностью и наличие в их составе системы автоматического слежения.

Устройство работает следующим образом.

В процессе перемещения судна по ЗТД по управляющим сигналам, выработанным в блоке управления - 7, производится одновременное определение координат места судна приемоиндикаторами СНС - 3 и берегового ориентира - 9,.

Принятые на судне идентификационный номер ориентира - 9 и его обсервованные координаты, поступают на вход технического средства определения пеленга (азимута) А на ориентир - 6 с судна, идущего по ЗТД.

Величина рассчитанного азимута А представляет собой путевой угол (ПУ) с судна на береговой ориентир - 9. Для задания истинного курса (ИК) рулевому устройству судна в авторулевом по полученным данным от технических средств 2,3,4,5,6 необходимо произвести его расчет по формуле (В.И. Дмитриев, В.Л. Григорян, В.А. Катенин. Навигация и лоция./Учебник для вузов. -М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 471 с.):

где С - суммарный снос судна от дрейфа и течения, определяется по непрерывным спутниковым обсервациям.

Вычислитель пеленга с судна на береговой ориентир 9 может быть выполнен, например, на основе ПЭВМ типа PC/AT фирмы IBM со специальным программным обеспечением.

В качестве приемоиндикаторов СНС могут быть использованы приемоиндикаторы спутниковых навигационных систем второго поколения (GPS, ГЛОНАСС, GPS+ГЛОНАСС), работающие в непрерывном режиме.

Метеорологический локатор 10 предназначен для получения, обработки, регистрации и отображения следующей информации:

- гидрометеорологических параметров окружающей среды;

- метеорологической информации от метеорологических искусственных спутников (МИСЗ) типа «Метеор», «NOAA» в виде снимков подстилающей поверхности и облачного покрова Земли;

- факсимильной и телеграфной информации от радиометеорологических центров.

Зарегистрированные сигналы посредством метеорологического локатора поступают в вычислитель, где учитываются при автоматической проводки судна по ЗТД.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает автоматическую безопасную проводку судна от места назначения до пункта прихода в любых условиях с повышенной точностью в кратчайшие сроки. Оно может быть широко использовано на речных судах для плавания по ВВП, а также на морских судах особенно при плавании в условиях сложных фарватеров и узкостей.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование и приспособления, используемые для изготовления морских приборов и технических средств, а также существующих средств навигации.

Технико-экономическая эффективность заявленной системы заключается:

- в обеспечении автоматической проводки судна по ЗТД, в том числе и при плохих гидрометеорологических условиях с повышенной точностью вследствие исключения погрешности местоположения ориентира, выполненного в виде буя относительно его якоря, обусловленной сносом буя под суммарным воздействием ветра и течения;

- в уменьшении негативного влияния человеческого фактора на принятие управленческих решений;

- в уменьшении числа выставляемых средств плавучего ограждения (буев) вдоль маршрута перехода;

- в экономии средств за счет судовождения по оптимальной траектории, минимизирующей расход топлива и время перехода судна из одного пункта в другой.

Источники информации.

1. Е.Л. Смирнов, А.В. Яловенко, А.А. Якушенков. Технические средства судовождения: Теория: Учебник для вузов/Под ред. Е.Л. Смирнова. - М.: Транспорт, 1988. -376 с.

2. Патент RU №2200796 С2, 27.06.2003.

3. Патент RU №2150409 С1, 10.06.2000.

4. Заявка JP №62-34597, 28.07.1987.

5. Заявка JP №62-45119, 24.09.1987.

6. Патент US №3946690 А, 30.03.1976.

7. Патент RU №2553610 С1, 20.06.2015.

Claims (1)

1. Система автоматической проводки судна по заданной траектории движения, содержащая курсоуказатель, приемоиндикатор СНС, измеритель скорости движения судна по заданной траектории, электронную картографическую навигационно-информационную систему, блок управления, авторулевой, при этом выходы данных технических средств через блок управления соединены с входом авторулевого, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена средством автоматического определения пеленга с судна, движущегося по заданной траектории, на навигационный ориентир, выход которого через блок управления соединен с входом авторулевого, а средство автоматического определения пеленга с судна, движущегося по заданной траектории, на навигационный ориентир выполнено в виде системы астронавигационных электронных оптических пеленгаторов, а также с метеорологическим локатором.

   

Images