RU2465170C1 - Ship gyropilot - Google Patents

Ship gyropilot Download PDF

Info

Publication number
RU2465170C1
RU2465170C1 RU2011120523/11A RU2011120523A RU2465170C1 RU 2465170 C1 RU2465170 C1 RU 2465170C1 RU 2011120523/11 A RU2011120523/11 A RU 2011120523/11A RU 2011120523 A RU2011120523 A RU 2011120523A RU 2465170 C1 RU2465170 C1 RU 2465170C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
navigation
input
control unit
output
vessel
Prior art date
Application number
RU2011120523/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Олегович Адамов (RU)
Николай Олегович Адамов
Юрий Владимирович Румянцев (RU)
Юрий Владимирович Румянцев
Владимир Александрович Катенин (RU)
Владимир Александрович Катенин
Владимир Васильевич Чернявец (RU)
Владимир Васильевич Чернявец
Виктор Сергеевич Аносов (RU)
Виктор Сергеевич Аносов
Василий Алексеевич Воронин (RU)
Василий Алексеевич Воронин
Сергей Павлович Тарасов (RU)
Сергей Павлович Тарасов
Николай Николаевич Жильцов (RU)
Николай Николаевич Жильцов
Original Assignee
Николай Олегович Адамов
Юрий Владимирович Румянцев
Владимир Александрович Катенин
Владимир Васильевич Чернявец
Виктор Сергеевич Аносов
Василий Алексеевич Воронин
Сергей Павлович Тарасов
Николай Николаевич Жильцов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Николай Олегович Адамов, Юрий Владимирович Румянцев, Владимир Александрович Катенин, Владимир Васильевич Чернявец, Виктор Сергеевич Аносов, Василий Алексеевич Воронин, Сергей Павлович Тарасов, Николай Николаевич Жильцов filed Critical Николай Олегович Адамов
Priority to RU2011120523/11A priority Critical patent/RU2465170C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2465170C1 publication Critical patent/RU2465170C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Navigation (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: invention relates to navigation equipment. Ship gyropilot includes control unit, feedback sensor, control modes switch. Outputs of steering wheel, rudder control hydraulic unit and electronic cartographic navigation-information system are connected to input of control unit via control modes switch. Receiver-indicator of GPS satellite navigation system is connected to input of electronic cartographic navigation-information system. Control unit output is connected with steering engine input the output of which is connected with control unit input via feedback sensor. To the control unit, unit for determination of permissible vessel lateral deviation from its guided path is additionally connected. Input of this unit is connected to outputs of the mentioned receiver-indicator and electronic cartographic navigation-information system. In the gyropilot, inertial position navigation system, panoramic hydroacoustic system containing echo sounder with two directional characteristics, two side-looking sonars with switchable directional characteristic, parametrical profile recorder are additionally included. Output of panoramic hydroacoustic system is connected with one more input of control unit. The inertial system by its inputs is connected with output of receiver-indicator and output of log, and by its input-output - with one more control unit input.
EFFECT: invention allows for functionality enhancement of gyropilot, while excluding risk of human factor influence on vessel navigation safety; duty captain's mate works more effectively, fuel and engine oil is saved, navigational safety and sailing safety of heavy-tonnage vessels for hazardous cargoes transportation in constraint navigation environment is increased.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области технических средств судовождения, предназначенных для автоматической проводки судна по заданному курсу, оси фарватера (судового хода) или по заданной траектории движения.The invention relates to the field of technical means of navigation intended for automatic piloting of a vessel at a given course, axis of the fairway (ship's way) or along a given path of movement.

Известны авторулевые (патенты: RU 2224279 C1, 20.02.2004 [1], RU 2207585 C2, 27.06.2003 [2], RU 2260191 C1, 10.09.2005 [3], US 5523951 A, 04.06.1996 [4], US 5179385 A, 12.01.1993 [5], US 4513378 A, 23.04.1985 [6]), которые содержат блок управления с панелями управления, датчик обратной связи, переключатель режимов управления, при этом к входу блока управления подключены выходы электронной картографической навигационно-информационной системы, приемоиндикатора спутниковой навигационной системы GPS, лага, рулевого колеса и гидравлического устройства управления рулем, а выход блока управления соединен с входом рулевой машины, выход которой через датчик обратной связи соединен с входом блока управления.Auto steering are known (patents: RU 2224279 C1, 02.20.2004 [1], RU 2207585 C2, 06/27/2003 [2], RU 2260191 C1, 09/10/2005 [3], US 5523951 A, 06/04/1996 [4], US 5179385 A, 01/12/1993 [5], US 4,513,378 A, 04/23/1985 [6]), which contain a control unit with control panels, a feedback sensor, a control mode switch, while the outputs of the electronic cartographic navigation and information system, receiver-indicator of satellite navigation system GPS, lag, steering wheel and hydraulic steering control device, and the output of the control unit is connected to the input of the steering m a bus, the output of which through a feedback sensor is connected to the input of the control unit.

В существующих образцах авторулевых отсутствуют подходы по формальному определению параметров управления движением судна удоп и автоматическому вводу этого значения в блок формирования закона управления рулем. Величина удоп рассчитывается и вводится в блок формирования закона управления рулем вручную.In the existing autopilot models, there are no approaches to formally determine the parameters of the vessel’s motion control for the auxiliary and to automatically enter this value into the block for the formation of the steering law. The value of dop is calculated and entered into the block for the formation of the steering law manually.

Таким образом, недостатками известных авторулевых судна является то, что не обеспечивается автоматизированное определение и учет допустимого бокового отклонения судна от заданной траектории движения (оси судового хода, фарватера, рекомендованного курса и т.п.), зависящего от ширины судового хода, габаритов судна и суммарного сноса последнего под воздействием ветра и течения.Thus, the disadvantages of the known autopilot vessels are that they do not provide automated determination and accounting of the permissible lateral deviation of the vessel from a given trajectory (axis of the passage, fairway, recommended course, etc.), depending on the width of the passage, dimensions of the vessel and total drift of the latter under the influence of wind and current.

Это вызывает необходимость с изменением условий плавания периодического отвлечения вахтенного помощника капитана на производство соответствующих расчетов и ручного ввода искомой величины (допустимого бокового отклонения судна) в авторулевой, что, в конечном счете, снижает навигационную безопасность плавания судна, а также делает невозможной автоматизацию процесса судовождения.This makes it necessary to change the navigation conditions for periodically diverting the officer in charge of the shift to make the appropriate calculations and manually enter the desired value (permissible lateral deviation of the vessel) into the autopilot, which ultimately reduces the navigational safety of the vessel’s navigation, and also makes it impossible to automate the navigation process.

Известен также авторулевой судна (патент RU №2410282), в котором к известному авторулевому судна, содержащему блок управления с панелями управления, датчик обратной связи, переключатель режимов управления, при этом на вход блока управления подключены выходы электронной картографической навигационно-информационной системы, приемоиндикатора спутниковой навигационной системы GPS, лага, рулевого колеса и гидравлического устройства управления рулем, а выход блока управления соединен с входом рулевой машины, выход которой через датчик обратной связи соединен с входом блока управления, дополнительно подсоединен блок определения допустимого бокового отклонения судна от заданной траектории его движения, при этом вход данного блока подключен к выходам приемоиндикатора спутниковой навигационной системы GPS и электронной картографической навигационно-информационной системы, и выход которого подключен к входу блока управления, что позволяет расширить функциональные возможности существующего авторулевого за счет автоматизированного определения и учета допустимого бокового отклонения судна от заданной траектории движения, увеличения степени автоматизации процесса судовождения, исключения до минимума негативного влияния так называемого «человеческого фактора» в экстремальных условиях и повышения навигационной безопасности плавания судна. Однако для оценки навигационной безопасности плавания крупных судов, перевозящих опасные грузы (танкеры, суда для перевозки газа и продуктов химического производства) на подходах к портам и при плавании в узкостях, необходимо определить обобщенный показатель навигационной безопасности плавания (НБП).An autopilot ship is also known (patent RU No. 2410282), in which a known autopilot ship containing a control unit with control panels, a feedback sensor, a control mode switch, and the outputs of the electronic cartographic navigation information system, satellite receiver indicator are connected to the control unit input GPS navigation system, lag, steering wheel and hydraulic steering control, and the output of the control unit is connected to the input of the steering machine, the output of which is through the return sensor the connection is connected to the input of the control unit, an additional unit is connected to determine the permissible lateral deviation of the vessel from a given trajectory of its movement, while the input of this unit is connected to the outputs of the receiver-indicator of the satellite navigation system GPS and the electronic cartographic navigation and information system, and the output of which is connected to the input of the control unit , which allows you to expand the functionality of the existing autopilot due to the automated determination and accounting of allowable lateral opening ship sinking from a given trajectory, increasing the degree of automation of the navigation process, eliminating to a minimum the negative impact of the so-called "human factor" in extreme conditions and increasing the navigation safety of the ship. However, to assess the navigational safety of navigation of large vessels carrying dangerous goods (tankers, vessels for transporting gas and chemical products) on approaches to ports and when navigating in narrow places, it is necessary to determine a generalized indicator of navigational safety of navigation (NLP).

Под опасностью для судна понимается любой фактор, который приводит к потере судном его функционального предназначения - находиться на плаву или осуществлять движение в водной среде.Danger for a ship is understood to be any factor that leads to the loss of a ship’s functional purpose - to be afloat or to move in an aquatic environment.

Важнейшими из этих факторов с точки зрения морской навигации могут считаться глубины моря и стесненные условия, ограничивающие свободу маневра или движения судна. Очевидно, что в любом случае глубина моря под килем или по пути движения судна не может быть (для надводных кораблей и судов) меньше осадки судна. Однако условие Нмс, где Нм - гарантированная глубина моря под килем судна в точке измерения или по линии его пути; Тс - максимальная осадка судна, не является гарантией безопасного в навигационном отношении плавания судна.The most important of these factors from the point of view of maritime navigation can be considered the depths of the sea and cramped conditions that restrict the freedom of maneuver or movement of the vessel. Obviously, in any case, the depth of the sea under the keel or along the path of the ship cannot be (for surface ships and ships) less than the draft. However, the condition N m > T s , where N m is the guaranteed depth of the sea under the keel of the vessel at the measuring point or along the line of its path; T s - maximum draft of the vessel, does not guarantee a safe navigation of the vessel.

Судно является динамическим объектом, имеющим габаритные размеры и находящимся в состоянии динамического равновесия относительно поверхности водной среды. Поэтому касание грунта может произойти вследствие наличия статического или динамического крена или дифферента судна, отстояния точки измерения глубины места от точки касания, влияния волнения, изменения плотности воды и др.The vessel is a dynamic object that has overall dimensions and is in a state of dynamic equilibrium relative to the surface of the aquatic environment. Therefore, the touch of the ground can occur due to the presence of a static or dynamic roll or trim of the vessel, the distance of the point of measurement of the depth of the place from the point of contact, the influence of waves, changes in the density of water, etc.

Кроме того, поскольку траектория движения и курс судна могут не совпадать ввиду наличия течения и дрейфа, на циркуляции и т.п., а длина и ширина судна могут быть значительными, необходимо оценивать глубины не только по линии траектории движения судна, а в определенной полосе движения.In addition, since the trajectory and course of the vessel may not coincide due to the presence of flow and drift, on circulation, etc., and the length and width of the vessel can be significant, it is necessary to estimate the depth not only along the line of the trajectory of the vessel, but in a certain strip movement.

Таким образом, одним из основных условий обеспечения НБП является отсутствие опасных глубин в полосе движения судна.Thus, one of the main conditions for ensuring NLP is the absence of dangerous depths in the lane of the vessel.

При этом в качестве безопасной должна рассматриваться глубина, превышающая осадку судна на необходимую величину запаса, учитывающего ранее перечисленные динамические характеристики и габариты судна, а в качестве безопасной ширины - ширина, превышающая ширину судна на величину запаса, учитывающего линейные размеры и возможное несовпадение линии курса с диаметральной плоскостью, рысканием на курсе и т.д., то есть:In this case, the depth should be considered as safe, exceeding the draft of the vessel by the required margin, taking into account the previously listed dynamic characteristics and dimensions of the vessel, and as safe width, the width exceeding the width of the vessel by the margin, taking into account linear dimensions and possible mismatch of the course line with diametrical plane, yawing on the course, etc., that is:

Figure 00000001
Figure 00000001

где U, V, W, Θ, … - совокупность внешних условий, определяющих величины запасов ΔH (глубины), ΔB (ширины), которые являются условиями навигационной безопасности плавания по заданной траектории.where U, V, W, Θ, ... is the set of external conditions that determine the reserves ΔH (depth), ΔB (width), which are the conditions for navigational safety of navigation along a given trajectory.

Для оценки навигационной безопасности плавания судов на путях движения, подходах и непосредственно на акватории портов нормативы, приведенные в руководящих документах по проектированию подходных каналов, фарватеров и элементов акватории портов не в полной мере соответствуют понятиям навигационной безопасности, заложенной в Резолюциях ИМО.To assess the navigational safety of navigation of vessels on traffic routes, approaches and directly on the port water area, the standards given in the guidance documents for the design of approach channels, fairways and port water area elements do not fully comply with the concepts of navigational safety laid down in IMO Resolutions.

Как правило, приведенные нормативы не учитывают (или не в полной мере учитывают) погрешности определения места центра тяжести судна, полученные по данным навигационного оборудования, а также погрешности нанесения «навигационных опасностей» на морские навигационные карты при их составлении, графические погрешности нанесения места судна на морские навигационные карты, погрешности «нуля глубин», принятых для морских навигационных карт и т.д.As a rule, the given standards do not take into account (or do not fully take into account) the errors of determining the place of the center of gravity of the vessel, obtained according to the navigation equipment, as well as the errors of applying “navigation hazards” to marine navigation charts when compiling them, and the graphic errors of applying the vessel’s place to marine nautical charts, "zero depth" errors accepted for marine nautical charts, etc.

Минимально допустимая безопасная навигационная глубина на морской навигационной карте на подходных каналах может быть определена в соответствии с выражением (РД 31.31.47-88):The minimum permissible safe navigational depth on the navigational chart on approach channels can be determined in accordance with the expression (RD 31.31.47-88):

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где T - осадка расчетного судна в грузу;where T is the draft draft of the cargo;

ΔT - поправка на изменение осадки расчетного судна при плотности ρ (солености, ‰) воды в районе плавания, отличающейся от стандартной ρ=1025 кг/м3;ΔT - correction for the change in draft vessel draft at a density ρ (salinity, ‰) of water in the navigation area that differs from the standard ρ = 1025 kg / m 3 ;

ΔH - максимальное отклонение уровня моря от указанного на морской навигационной карте, м;ΔH is the maximum deviation of sea level from that indicated on the marine navigation chart, m;

Z1 - минимальный навигационный запас глубины, необходимый для обеспечения управляемости судна, м. Определяется в зависимости от вида грунта;Z 1 - the minimum navigational reserve of depth necessary to ensure the controllability of the vessel, m. It is determined depending on the type of soil;

Z2 - волновой запас глубины на погружение оконечности судна при волнении, м.Z 2 - wave depth reserve for the immersion of the tip of the vessel during a wave, m

Рассчитывается исходя из расчетной высоты волны hb 3% обеспеченности, курсового угла волнения qb, длины судна L и числа Фруда

Figure 00000003
.It is calculated on the basis of the estimated wave height h b 3% coverage, heading wave angle q b , vessel length L and Froude number
Figure 00000003
.

В случае перевозки опасного груза величина hbоп=1.4 hb. Расчет производится с использованием специальных номограмм;In the case of the transport of dangerous goods, the value of h bop = 1.4 h b . The calculation is made using special nomograms;

Z3 - скоростной запас глубины на изменение осадки судна на ходу на тихой воде по сравнению с осадкой без хода, м. Определяется по специальным номограммам в зависимости от осадки судна Тпр, числа Фруда и суммарного навигационного запаса

Figure 00000004
;Z 3 - speed margin of depth for a change in draft of the vessel on the move in quiet water compared with draft without running, m. It is determined by special nomograms depending on the draft of the vessel Tpr, the Froude number and the total navigational reserve
Figure 00000004
;

Z4 - запас на крен судна, возникающий от воздействия расчетного ветра и гидродинамических сил на повороте, м; определяется в зависимости от типа судна и его измерений;Z 4 - stock on the roll of the vessel, arising from the effects of the estimated wind and hydrodynamic forces at the turn, m; determined depending on the type of vessel and its measurements;

Z5 - запас глубины на заносимость.Z 5 - stock depth for drift.

Подходной канал или фарватер можно считать безопасным в навигационном отношении, если на его акватории отсутствуют глубины, равные или менее Hmin.An approach channel or fairway can be considered safe in navigational terms if there are no depths equal to or less than H min in its water area.

Ось подходного канала или фарватера должна находиться в области навигационной безопасности плавания (ОНБП).The axis of the approach channel or fairway should be in the area of navigational safety of navigation (BSS).

Область навигационной безопасности плавания (ОНБП) определяется по следующему алгоритму. Рассчитываются значение глубины, являющееся для судов заданных размерений навигационной опасностью. Вокруг точек с рассчитанной глубиной и других навигационных опасностей, обозначенных на карте, проводятся окружности с радиусами безопасной дистанции до опасностей. Площадь акватории, ограниченная этими окружностями, определяет зону, опасную в навигационном отношении, за границей которой судно гарантированно (P=0.95) не совершит навигационное происшествие, связанное с касанием грунта или навалом на гидротехническое сооружение.The area of navigational safety of navigation (ONBP) is determined by the following algorithm. The depth value is calculated, which is a navigation hazard for ships of specified dimensions. Around the points with the calculated depth and other navigational hazards indicated on the map, circles with radii of a safe distance to hazards are drawn. The water area limited by these circles defines a zone that is dangerous in navigational terms, beyond the border of which the vessel is guaranteed (P = 0.95) to not make a navigational accident related to touching the ground or in bulk to a hydraulic structure.

Безопасной дистанцией до навигационных опасностей принимается значение проектной ширины канала, определенное в соответствии с РД 31.31.47-88 для подходного канала или полосы безопасного движения конкретного судна, определяемое в соответствии с РД 31.63.01-83 г, для фарватера с учетом точности знания места центра тяжести судна, которое определяется по техническим средствам судовой или береговой системы навигационного оборудования и точности нанесения на морские навигационные карты глубин, являющихся для судов заданных размерений навигационными опасностями.The safe distance to navigational hazards is the value of the design channel width, determined in accordance with RD 31.31.47-88 for the approach channel or the safe traffic lane of a particular ship, determined in accordance with RD 31.63.01-83 g, for the fairway taking into account the accuracy of the location the center of gravity of the vessel, which is determined by the technical means of the ship or coastal system of navigation equipment and the accuracy of applying to the sea navigation charts the depths that are for ships of specified dimensions and dangers.

Если ось канала или фарватера находится в ОНБП, то такой канал или фарватер может считаться безопасным в навигационном отношении для судов заданных размерений. В соответствии с требованиями нормативных документов по проектированию портов (РД 31.3.05-97) минимально допустимую расчетную глубину на морской навигационной карте в месте нахождения кораблей можно определить выражением:If the axis of the channel or channel is located in the BSS, then such a channel or channel may be considered to be navigationally safe for vessels of specified dimensions. In accordance with the requirements of regulatory documents on the design of ports (RD 31.3.05-97), the minimum allowable calculated depth on the sea navigation map at the location of the ships can be determined by the expression:

Figure 00000005
Figure 00000005

где T - осадка. В наших расчетах соответствует осадке судна в соответствии с исходными данными;where T is the draft. In our calculations, it corresponds to the draft of the vessel in accordance with the initial data;

ΔH - максимальное отклонение уровня моря от указанного на морской навигационной карте, м;ΔH is the maximum deviation of sea level from that indicated on the marine navigation chart, m;

Z1 - минимальный навигационный запас глубины, м. Определяется в зависимости от вида грунта в интервале от H до H+0,5 м;Z 1 - minimum navigational reserve of depth, m. It is determined depending on the type of soil in the range from H to H + 0.5 m;

Z2 - волновой запас глубины, м. Рассчитывается исходя из расчетной высоты волны hb 3% обеспеченности, курсового угла волнения qb, длины судна L и числа Фруда

Figure 00000006
;Z 2 - wave depth reserve, m. It is calculated based on the calculated wave height h b 3% coverage, heading wave angle q b , vessel length L and Froude number
Figure 00000006
;

Z3 - скоростной запас глубины, м. Определяется по специальным номограммам в зависимости от осадки судна Тпр, числа Фруда и суммарного навигационного запаса

Figure 00000007
. Ширина полосы безопасного движения Вбд при одностороннем движении определяется выражением:Z 3 - speed stock of depth, m. It is determined by special nomograms depending on the draft of the vessel Tpr, the Froude number and the total navigation stock
Figure 00000007
. The width of the lane of safe traffic In the OBD with one-way traffic is determined by the expression:

Figure 00000008
,
Figure 00000008
,

где Вм - ширина маневровой полосы, м; В - ширина корабля, м;where In m - the width of the shunting strip, m; B - ship width, m;

Figure 00000009
,
Figure 00000009
,

где L - длина судна, м; α1 - угол сноса, град;where L is the length of the vessel, m; α 1 - drift angle, degrees;

α2 - угол дрейфа, град;α 2 - drift angle, degrees;

tsinβ - принимается равным 3 с;tsinβ - taken equal to 3 s;

V - скорость корабля, м/с.V - ship speed, m / s.

Таким образом, расчет условий отсутствия навигационного происшествия осуществляется применительно к рассматриваемым условиям для данного судна. При этом для расчета должны использоваться максимальные значения статистических параметров с наиболее неблагоприятных направлений относительно выбранных курсов движения корабля (ΔH, hb, α1, α2, qb и др.).Thus, the calculation of the conditions for the absence of a navigation incident is carried out in relation to the conditions under consideration for this vessel. In this case, the maximum values of the statistical parameters from the most unfavorable directions relative to the selected courses of movement of the ship (ΔH, h b , α 1 , α 2 , q b , etc.) should be used for calculation.

Входной рейд должен иметь размеры и очертание в плане, которые дают возможность при сильном ветре осуществлять любые маневры, требующиеся при входе или выходе судна из порта, в частности:The entrance raid should be of a size and shape in the plan that make it possible to carry out any maneuvers required for a ship entering or leaving a port in case of strong winds, in particular:

- возможность гашения инерции входящего судна;- the possibility of damping the inertia of the incoming vessel;

- возможность разворота судна собственными средствами на требуемый угол по дуге циркуляции;- the possibility of turning the vessel with its own means at the required angle along the arc of circulation;

- возможность отдачи якоря и временной аварийной стоянки.- the ability to return the anchor and temporary emergency parking.

Указанные требования должны соблюдаться при условии: если на площади входного рейда может быть вписана окружность диаметром, равным не менее D=3,5Lc, где Lc - длина расчетного судна.These requirements must be met provided that if a circle with a diameter equal to at least D = 3.5Lc, where Lc is the length of the calculated vessel, can be entered on the inlet raid area.

Минимальное расстояние прямолинейного участка по оси входа в конкретных случаях может быть увеличено до 4,5 Lc с учетом маневренных характеристик расчетных судов, а также гидрометеорологических условий (ледовый режим, течения, ветер) проектируемого порта.The minimum distance of the rectilinear section along the entry axis in specific cases can be increased to 4.5 Lc, taking into account the maneuvering characteristics of the design vessels, as well as the hydrometeorological conditions (ice regime, currents, wind) of the designed port.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей судового авторулевого.The objective of the proposed technical solution is to expand the functionality of the ship autopilot.

Поставленная задача решается за счет того, что в авторулевом судна, содержащем блок управления с панелями управления, датчик обратной связи, переключатель режимов управления, при этом выходы рулевого колеса, гидравлического устройства управления рулем и электронной картографической навигационно-информационной системы подключены к входу блока управления через переключатель режимов управления, приемоиндикатор спутниковой навигационно-информационной системы подключен на вход электронной картографической навигационно-информационной системы, а выход блока управления соединен с входом рулевой машины, выход которой через датчик обратной связи соединен с входом блока управления, в котором дополнительно подсоединен блок определения допустимого бокового отклонения судна от заданной траектории его движения, при этом вход данного блока подключен к выходам приемоиндикатора спутниковой навигационной системы GPS и электронной картографической навигационно-информационной системы, и выход которого подключен к входу блока управления, в который дополнительно введены инерциальная навигационная система, панорамная гидроакустическая система, содержащая эхолот с двумя характеристиками направленности, два гидролокатора бокового обзора с переключаемой характеристикой направленности, параметрический профилограф, выход которой соединен с еще одним входом блока управления с панелями управления, инерциальная система своими входами соединена с выходом приемоиндикатора спутниковой навигационной системы и выходом лага соответственно, а своим входом-выходом соединена с еще одним входом блока управления.The problem is solved due to the fact that in the autopilot vessel containing a control unit with control panels, a feedback sensor, a switch of control modes, while the outputs of the steering wheel, hydraulic steering control device and electronic cartographic navigation and information system are connected to the input of the control unit through switch of control modes, receiver indicator of satellite navigation information system is connected to the input of electronic cartographic navigation information system, and the output of the control unit is connected to the input of the steering machine, the output of which through the feedback sensor is connected to the input of the control unit, which additionally connects the unit for determining the permissible lateral deviation of the vessel from a given trajectory of its movement, while the input of this unit is connected to the outputs of the receiver indicator satellite navigation system GPS and electronic cartographic navigation information system, and the output of which is connected to the input of the control unit, into which the inertia is additionally introduced A navigation system, a panoramic sonar system containing an echo sounder with two directivity characteristics, two side-scan sonars with a switchable directivity pattern, a parametric profiler, the output of which is connected to another control unit input with control panels, the inertial system is connected by its inputs to the output of the satellite navigation navigation indicator system and lag output, respectively, and its input-output is connected to another input of the control unit.

В состав панорамной гидроакустической системы входят эхолот с двумя характеристиками направленности, два гидролокатора бокового обзора с переключаемой характеристикой направленности, параметрический профилограф, цифровой блок обработки сигналов и цветной дисплей. Цифровой блок обработки своими входами соединен с выходами эхолота, гидролокаторов бокового обзора, профилографом, приемоиндикатора спутниковой навигационной системы GPS, электронной картографической навигационно-информационной системы и цветным дисплеем, а своим выходом соединен с блоком управления с панелями управления.The panoramic sonar system includes an echo sounder with two directivity characteristics, two side-scan sonars with a switchable directivity characteristic, a parametric profilograph, a digital signal processing unit and a color display. The digital processing unit with its inputs is connected to the outputs of the echo sounder, side-scan sonars, profiler, receiver-indicator of the GPS satellite navigation system, electronic cartographic navigation and information system and a color display, and is connected to the control unit with control panels by its output.

Пример реализации заявляемого технического решения.An example of the implementation of the proposed technical solution.

Фиг.1. Блок-схема авторулевого судна. Блок-схема включает блок управления 1, в котором находятся устройство формирования закона управления рулем 2 и усилительно-преобразующее устройство 3, рулевая машина (исполнительный механизм ИМ) 4, датчик обратной связи 5, инерциальная навигационная система 6, блок определения допустимого бокового отклонения судна от заданной траектории движения (адаптивный вычислитель АВ) 9. Усилитель и рулевая машина через датчик обратной связи 5 охвачены внутренней отрицательной обратной связью и образуют следящую систему управления рулем. Ее назначение - обеспечить перекладку руля в соответствии с заданным значением угла перекладки руля, выработанным в устройстве формирования закона управления.Figure 1. Block diagram of an autopilot ship. The block diagram includes a control unit 1, in which there is a device for the formation of the law of steering the steering 2 and power-converting device 3, a steering machine (actuator MI) 4, a feedback sensor 5, an inertial navigation system 6, a unit for determining the permissible lateral deviation of the vessel from predetermined motion path (adaptive calculator AB) 9. The amplifier and the steering machine through the feedback sensor 5 are covered by internal negative feedback and form a servo steering system. Its purpose is to ensure that the rudder is shifted in accordance with the preset value of the rudder angle, worked out in the control law formation device.

При этом к входу блока управления подключены через переключатель режимов управления 14 выходы рулевого колеса 12 и гидравлического устройства управления рулем 13, электронной картографической навигационно-информационной системы 7, на входы которой подключены приемоиндикатор спутниковой навигационной системы GPS 8, лага 11, а выход блока управления 1 соединен с входом рулевой машины 4, выход которой через датчик обратной связи 5 соединен с входом блока управления 1, вход блока определения допустимого бокового отклонения судна от заданной траектории движения 9 подключен к выходам приемоиндикатора спутниковой навигационной системы GPS 8 и электронной картографической навигационно-информационной системы 7, и выход которого подключен к входу блока формирования закона управления 2. Панорамная гидроакустическая система 15 включает эхолот 16 с двумя характеристиками направленности, два гидролокатора 17 бокового обзора с переключаемой характеристикой направленности, параметрический профилограф 18, цифровой блок обработки сигналов 19 и цветной дисплей 20. Цифровой блок обработки сигналов 19 своими входами соединен с выходами эхолота 16, гидролокаторов 17 бокового обзора, профилографа 18, приемоиндикатора спутниковой навигационной системы GPS 8, электронной картографической навигационно-информационной системы 7 и цветным дисплеем 20, а своим выходом соединен с блоком управления 1 с панелями управления. Магнитный компас 10, инерциальная навигационная система 6.At the same time, the outputs of the steering wheel 12 and the hydraulic steering control device 13, the electronic cartographic navigation and information system 7, the receiver indicator of the satellite navigation system GPS 8, lag 11, and the output of the control unit 1 are connected to the input of the control unit via the control mode switch 14 connected to the input of the steering machine 4, the output of which through the feedback sensor 5 is connected to the input of the control unit 1, the input of the unit for determining the permissible lateral deviation of the vessel from a given track the movement theory 9 is connected to the outputs of the receiver-indicator of the satellite navigation system GPS 8 and the electronic cartographic navigation and information system 7, and the output of which is connected to the input of the control law generation unit 2. The panoramic sonar system 15 includes an echo sounder 16 with two directivity characteristics, two side-scan sonars 17 with switchable directivity, parametric profilograph 18, digital signal processing unit 19 and color display 20. Digital signal processing unit at 19 its inputs are connected to the outputs of the echo sounder 16, side-scan sonars 17, profiler 18, receiver-indicator of the GPS 8 satellite navigation system, electronic cartographic navigation and information system 7 and a color display 20, and is connected with the control unit 1 to the control panels by its output. Magnetic compass 10, inertial navigation system 6.

Фиг.2. Структурная схема панорамной гидроакустической системы. Панорамная гидроакустическая система 15 состоит из забортной части 21, генератора зондирующих импульсов 41, приемника эхосигналов 22.Figure 2. The structural diagram of a panoramic sonar system. Panoramic hydroacoustic system 15 consists of an outboard part 21, a probe pulse generator 41, an echo signal receiver 22.

Забортная часть 21 включает в себя антенну 23 эхолота 16, антенны 24 гидролокаторов 17 бокового обзора правого борта и левого бортов, антенну накачки 25 параметрического профилографа 18. Кроме того, в забортной части размещаются датчики температуры 26 и солености 27, по измеренным значениям которых определяют скорость звука в водной среде на горизонте излучающих и принимающих антенн гидроакустических средств для ввода соответствующих поправок.Outboard part 21 includes an antenna 23 of the echo sounder 16, antennas 24 of sonars 17 of the side view of the starboard and left sides, a pump antenna 25 of the parametric profilograph 18. In addition, temperature sensors 26 and salinity 27 are located in the outboard part, the measured values of which determine the speed sound in the aquatic environment on the horizon of the emitting and receiving antennas of hydroacoustic means for the introduction of appropriate amendments.

Генератор зондирующих импульсов 41 содержит излучающие тракты 28 эхолота 16, излучающие тракты 29 гидролокаторов 17 бокового обзора правого и левого бортов, генераторы накачки 30 параметрического профилографа 18.The probe pulse generator 41 comprises emitting paths 28 of an echo sounder 16, emitting paths 29 of side-scan sonar 17 of the right and left sides, pump generators 30 of a parametric profiler 18.

Приемник эхосигналов 21 содержит приемные тракты 31 эхолота 16, приемные тракты 32 гидролокаторов 17 бокового обзора правого и левого бортов, приемный тракт 33 высокочастотного профилографа 18, четыре сигнальных процессора 34, предназначенных для преобразования аналоговых сигналов в цифровую форму и первичной обработки этих сигналов, интерфейс связи 35 между различными частями системы, схему управления 36, формирователь сигналов 37, схему временной автоматической регулировки усиления 38 и преобразователь сигналов датчиков 39. Кроме того, в приемник эхосигналов входит схема проверки параметров системы 40. Тракты и схемы связаны между собой линями связи двух типов: сигнальными, представляющими собой витые экранированные пары, и управления по внутренней локальной сети и через соответствующие разъемы.The echo signal receiver 21 contains the receiving paths 31 of the echo sounder 16, the receiving paths 32 of the sonar 17 of the right and left sides, the receiving path 33 of the high-frequency profilograph 18, four signal processors 34 designed to convert analog signals to digital form and primary processing of these signals, a communication interface 35 between different parts of the system, a control circuit 36, a signal conditioner 37, a temporary automatic gain control circuit 38, and a sensor signal transducer 39. In addition, in the receiver echo signals include a circuit for checking the parameters of the system 40. The circuits and circuits are interconnected by two types of communication lines: signal lines, which are twisted shielded pairs, and control via the internal LAN and through the corresponding connectors.

Максимальная дальность до целей, которая в условиях мелкого моря определяется не столько энергетикой, сколько условиями распространения с учетом границ, составила 30-40 м, хотя исходя из геометрии (высота антенной системы над поверхностью дна 2,5 м, угол наклона антенны 25 градусов, ширина характеристики направленности антенны в вертикальной плоскости 50 градусов, ожидаемая дальность в 2-3 раза меньше).The maximum range to targets, which in the shallow sea is determined not so much by energy as by the propagation conditions taking into account the borders, was 30-40 m, although based on the geometry (the height of the antenna system above the bottom surface is 2.5 m, the angle of the antenna is 25 degrees, the width of the directivity of the antenna in the vertical plane is 50 degrees, the expected range is 2-3 times less).

Технические характеристики эхолота 16, гидролокатора бокового обзора 17 и параметрического профилографа 18 приведены в табл.1.Technical characteristics of the echo sounder 16, side-scan sonar 17 and parametric profilograph 18 are given in table 1.

Технические характеристикиSpecifications ЭхолотEcho sounder Гидролокатор бокового обзораSide-scan sonar Параметрический профилографParametric Profiler Рабочая частота, кГцWorking frequency, kHz 204204 286 и 320286 and 320 10 и 15010 and 150 Ширина характеристики направленности, градWidth of directivity, degrees 6×10 и 12×206 × 10 and 12 × 20 1,5×50 и 3×501.5 × 50 and 3 × 50 3×43 × 4 Длительность импульсов, мксPulse Duration, μs 50, 200, 50050, 200, 500 50, 100, 1 мс50, 100, 1 ms 0,5, 1, 2 мс0.5, 1, 2 ms Диапазоны, мRanges, m 5, 10, 20, 50, 100, 2005, 10, 20, 50, 100, 200 10, 20, 50, 100, 20010, 20, 50, 100, 200 10, 20, 50, 100, 20010, 20, 50, 100, 200

Эхолот 16 представляет собой многолучевой эхолот типа «R2Sonic 2022» с центральным лучом 1 градус.The sounder 16 is a multi-beam sounder type "R2Sonic 2022" with a central beam of 1 degree.

Высокочастотный профилограф 18 представляет собой профилограф с линейно-частотной модуляцией типа «Chirp».The high-frequency profilograph 18 is a Chirp-type linear frequency modulation profilograph.

Гидролокаторы бокового обзора 17 представляют собой батиметрический гидролокатор типа «Benthos C3D» с шириной полосы обзора 1,2 км.Side-scan sonars 17 are a bathymetric sonar of the Benthos C3D type with a 1.2-kilometer bandwidth.

Блок управления 1 выполнен на основе микропроцессора со специальным программным обеспечением, позволяющим осуществлять ввод/вывод информации и преобразование сигналов от нескольких навигационных датчиков (приборов), например микропроцессоров семейства AVR фирмы АТМЕС.The control unit 1 is made on the basis of a microprocessor with special software that allows for the input / output of information and the conversion of signals from several navigation sensors (devices), for example, microprocessors of the AVR family of ATMEC company.

Блок определения допустимого бокового отклонения 2 судна от заданной траектории выполнен на основе микропроцессора DSP - процессора, работающего под управлением встраиваемой операционной системы «UCLinux».The unit for determining the permissible lateral deviation of 2 vessels from a given trajectory is made on the basis of the DSP microprocessor - a processor running under the control of the UCLinux embedded operating system.

Аппаратные средства блока управления 1 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.The hardware of the control unit 1 provides independent control of the roll channel and course channel drives, measures the course, roll and trim angles of the vessel, measures the components of the angular velocity and linear acceleration vectors, generates control signals for solving control and stabilization targets.

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.The independent drive of each control channel is based on the Faulhaber drive system. High-precision digital drive control system provides high speed, allows you to adjust the drive parameters in a wide range, provides accurate positioning by the angle of rotation of the axis of the wheel drive.

Инерциальная навигационная система 6 определяет углы курса, крена и дифферента, обеспечивает систему управления инерциальной и навигационной информацией.Inertial navigation system 6 determines the angles of heading, roll and trim, provides a control system for inertial and navigation information.

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 400МГц. Помимо процессора в состав платы вычислительно-управляющего модуля входят микросхемы памяти SDRAM, микросхемы памяти flash, микросхемы интерфейсов ввода-вывода. Такое построение системы авторулевого позволяет решать в реальном времени сложные вычислительные задачи, большой объем оперативной памяти системы позволяет осуществлять реализацию ресурсоемких алгоритмов.A microprocessor based on a DSP processor is a device that provides software and hardware integration of individual units that are part of the autopilot hardware. The microprocessor allows you to perform operations on 32-bit numbers in a floating point format, which ensures the accuracy of calculations sufficient to solve most control and navigation tasks. The processor clock speed is 400 MHz. In addition to the processor, the computational control module board also includes SDRAM memory chips, flash memory chips, and input-output interface chips. Such a construction of the autopilot system allows real-time complex computational problems to be solved; a large amount of system RAM allows the implementation of resource-intensive algorithms.

Различные компоненты системы управления и навигации подключены к блоку определения допустимого бокового отклонения 2 судна от заданной траектории с помощью последовательных синхронных и асинхронных портов ввода-вывода. Контроллеры привода каналов управления подключены к модулю с помощью асинхронных портов ввода-вывода UART0 и UART1. С помощью данных интерфейсов контроллерам передаются команды, задающие режимы движения валов, а контроллеры, в свою очередь, обеспечивают информацией об угловом положении валов, токах в двигателях, скорости вращения.Various components of the control and navigation system are connected to the unit for determining the permissible lateral deviation of 2 vessels from a given trajectory using serial synchronous and asynchronous input-output ports. The control channel drive controllers are connected to the module using asynchronous I / O ports UART0 and UART1. Using these interfaces, the controllers transmit commands specifying the modes of shaft movement, and the controllers, in turn, provide information about the angular position of the shafts, currents in the motors, and rotation speed.

Инерциальная навигационная система 6 подключена к вычислительному устройству блока управления с помощью синхронного последовательного порта SPORT. Вывод данных, а также управление оператором осуществляется с помощью блока, реализующего двунаправленный канал передачи данных, подключенного к вычислительно-управляющему модулю с помощью асинхронного интерфейса UART2. Все операции обмена между модулем и периферийными устройствами осуществляются с помощью использования механизмов DMA (прямого доступа к памяти), что позволяет несмотря на интенсивность операций обмена данными разгрузить ядро цифрового сигнального процессора.The inertial navigation system 6 is connected to the computing device of the control unit using the synchronous serial port SPORT. Data output, as well as operator control, is carried out using a unit that implements a bi-directional data transmission channel connected to a computer-control module using the asynchronous UART2 interface. All exchange operations between the module and peripheral devices are carried out using the DMA (direct memory access) mechanisms, which, despite the intensity of data exchange operations, allows to relieve the core of the digital signal processor.

Ввод в состав измерительной аппаратуры инерциальной навигационной системы 6 позволяет выполнять инерциальное счисление судна с вводом начальных и последующих определений места судна по спутниковой навигационной системе и исключить из состава измерительной аппаратуры гирокомпас, а вместо него использовать магнитный компас 10.The introduction of the inertial navigation system 6 into the measuring equipment allows for inertial reckoning of the vessel with input of the initial and subsequent vessel position determinations using the satellite navigation system and excluding the gyrocompass from the measuring equipment, and use the magnetic compass 10 instead.

Для управления ориентацией судна вокруг одной оси используется система привода, состоящая из двигателя постоянного тока с редуктором и магнитным энкодером и системы управления. Двигатель постоянного тока типа «Faulhaber» имеет конструкцию с полым ротором, что дает ряд преимуществ, таких как: низкое энергопотребление, отсутствие потерь в сердечнике ротора, низкое напряжение трогания, малый момент инерции ротора, позволяющие быстрые разгон и торможение, низкие массогабаритные показатели. В составе привода использован редуктор типа «Faulhaber» в исполнении со стальными шестернями для обеспечения повышенной износоустойчивости. Магнитный энкодер IE-512 обеспечивает высокое разрешение в 512 линий на оборот, что позволяет осуществлять плавное и высокоточное управление приводом.To control the orientation of the vessel around one axis, a drive system consisting of a direct current motor with a gearbox and a magnetic encoder and a control system is used. The Faulhaber type DC motor has a hollow-rotor design, which offers a number of advantages, such as: low power consumption, no loss in the rotor core, low starting voltage, low rotor inertia, allowing fast acceleration and braking, and low overall dimensions. As part of the drive, a Faulhaber type gearbox is used, with steel gears to provide increased wear resistance. IE-512 magnetic encoder provides high resolution of 512 lines per revolution, which allows smooth and high-precision drive control.

В цифровом контроллере MCDC3003 в качестве вычислителя используется цифровой сигнальный процессор, что позволяет осуществлять высокоточное и высокоскоростное управление (0.18° - ошибка по углу, частота работы следящего контура - 100 Гц). Цифровой контроллер привода принимает по интерфейсу UART поступающие от блока управления команды. Режимы работы привода задаются соответствующими форматами команд, при этом используются режимы управления по угловому положению (задается и поддерживается по достижении целевого углового положения) и управления по скорости (задается величина угловой скорости вращения вала). Для настройки параметров следящего контура контроллера пользователю предлагается ряд параметров, таких как: максимальное угловое ускорение, максимальная угловая скорость, максимальный ток в двигателе, пропорциональный и интегральный коэффициенты цепи обратной связи по угловой скорости, пропорциональный и дифференциальный коэффициенты цепи обратной связи по угловому положению вала. Все вышеперечисленные коэффициенты могут быть подобраны исходя из заданного критерия оптимальности и изменены в процессе работы для адаптации к изменившемуся режиму движения.In the digital controller MCDC3003, a digital signal processor is used as a calculator, which allows for high-precision and high-speed control (0.18 ° - angle error, tracking loop frequency - 100 Hz). The digital drive controller accepts commands from the control unit via the UART interface. The drive operating modes are set by the corresponding command formats, while the control modes by the angular position (set and maintained upon reaching the target angular position) and the speed control (the value of the angular velocity of rotation of the shaft) are used. To configure the parameters of the controller’s servo loop, the user is offered a number of parameters, such as: maximum angular acceleration, maximum angular velocity, maximum current in the motor, proportional and integral coefficients of the feedback loop for angular velocity, proportional and differential coefficients for the feedback loop for the angular position of the shaft. All of the above coefficients can be selected on the basis of a given criterion of optimality and changed in the process to adapt to the changed mode of movement.

Блок определения допустимого бокового отклонения 2 судна от заданной траектории может быть выполнен также на основе стандартного микропроцессора, в том числе и зарубежных фирм.The unit for determining the permissible lateral deviation of 2 vessels from a given trajectory can also be performed on the basis of a standard microprocessor, including foreign firms.

При движении по заданной траектории основной регулируемой величиной является боковое отклонение центра масс судна от заданной траектории движения. Боковое отклонение вычисляется по данным счисления (лаг + магнитный компас) или инерциальной навигационной системы и спутниковым навигационным системам второго поколения (GPS, ГЛОНАСС, GPS+ГЛОНАСС), работающим в непрерывном дифференциальном режиме.When moving along a given trajectory, the main controlled variable is the lateral deviation of the ship's center of mass from a given trajectory. Lateral deviation is calculated according to numbering (lag + magnetic compass) or inertial navigation system and second-generation satellite navigation systems (GPS, GLONASS, GPS + GLONASS), operating in continuous differential mode.

Заданный маршрут вводится в электронно-картографическую навигационно-информационную систему, а из нее - в авторулевой, в виде координат начальной и конечной точек прямолинейных отрезков желаемой траектории, снятых с морской навигационной или лоцманской карт. На основе непрерывных данных о текущем месте судна автопилот вырабатывает значения маршрутных координат: бокового отклонение судна у от заданной траектории, а также расстояние х до следующей точки поворота. Второй регулируемой величиной в автопилоте судна является угловое отклонение судна от заданного курса, который при этом совпадает с направлением заданной траектории. Автоматическое управление судном по заданной траектории движения осуществляется по командам в авторулевой, которые вырабатывает электронная картографическая навигационная информационная система (ЭКНИС) 7. Задача управления движением решается на основании информации, включающей:The specified route is entered into the electronic cartographic navigation and information system, and from it into the autopilot, in the form of coordinates of the starting and ending points of straight sections of the desired trajectory taken from the sea navigation or pilot chart. Based on continuous data about the current position of the vessel, the autopilot generates route coordinates: the lateral deviation of the vessel y from a given trajectory, as well as the distance x to the next turning point. The second adjustable value in the autopilot of the vessel is the angular deviation of the vessel from a given course, which in this case coincides with the direction of a given trajectory. Automatic control of the vessel along a predetermined trajectory of movement is carried out according to the commands in the autopilot that are generated by the Electronic Cartographic Navigation Information System (ECDIS) 7. The task of traffic control is solved on the basis of information including:

- допустимое боковое отклонение удоп судна от заданной траектории движения. Когда фактическое отклонение у, вызванное суммарным сносом судна течением и ветром и определяемое по обсервациям, становится равным допустимому, т.е. у=удоп, ЭКНИС вырабатывает команду в АР на изменение удерживаемого курса на угол К в сторону возвращения судна на заданную траекторию движения;- permissible lateral deviation of the additional vessel from a given trajectory of movement. When the actual deviation y caused by the total drift of the vessel by the current and the wind and determined by observations, becomes equal to the permissible, i.e. y = y add , ECDIS generates a command in the AR to change the held course by angle K towards the return of the vessel to a given trajectory;

- угол К изменения курса судна в сторону заданной траектории движения. По умолчанию К=5° или курс направляется в очередную поворотную (маршрутную) точку заданной траектории движения.- angle K changes the course of the vessel in the direction of a given trajectory. By default, K = 5 ° or the course is sent to the next turning (route) point of a given trajectory.

Алгоритмы решения данной задачи и необходимый математический аппарат соответствует алгоритмам и математическому аппарату прототипа.Algorithms for solving this problem and the necessary mathematical apparatus corresponds to the algorithms and mathematical apparatus of the prototype.

Панорамная гидроакустическая система 15 включает эхолот 16 с двумя характеристиками направленности, два гидролокатора 17 бокового обзора с переключаемой характеристикой направленности, параметрический профилограф 18, цифровой блок обработки сигналов 19 и цветной дисплей 20. Цифровой блок обработки сигналов 19 своими входами соединен с выходами эхолота 16, гидролокаторов 17 бокового обзора, профилографа 18, приемоиндикатора спутниковой навигационной системы GPS 8, электронной картографической навигационно-информационной системы 7 и цветным дисплеем 20, а своим выходом соединен с блоком управления 1 с панелями управления и предназначен для повышения безопасности движения преимущественно крупнотоннажных судов, предназначенных для транспортировки опасных грузов.The panoramic sonar system 15 includes an echo sounder 16 with two directivity characteristics, two side-scan sonars 17 with a switchable directivity characteristic, a parametric profilograph 18, a digital signal processing unit 19 and a color display 20. The digital signal processing unit 19 is connected to the outputs of the echo sounder 16, sonars with its inputs 17 side view, profiler 18, receiver-indicator of satellite navigation system GPS 8, electronic cartographic navigation and information system 7 and color dis leu 20, and its output is connected to the controller 1 from the control panel unit and is designed to improve the safety movement mainly large vessels for transporting dangerous goods.

Так как обозначенные на навигационных картах глубины и навигационные опасности (подводные рифы, отмели и т.д.) могут отличаться от реальных условий плавания, например неучтенные наносы, появление крупногабаритных предметов, после штормов и т.д., то для повышения безопасности плавания в стесненных условиях плавания целесообразно на этих судах использовать панорамную гидроакустическую систему 15, обеспечивающую измерение глубин, обнаружение подводных препятствий и их классификацию и размерность.Since the depths and navigational hazards indicated on the navigation charts (underwater reefs, shallows, etc.) may differ from the actual swimming conditions, for example, unaccounted for sediments, the appearance of large objects after storms, etc., to increase the safety of navigation in In the cramped conditions of navigation, it is advisable to use a panoramic sonar system 15 on these vessels, which provides depth measurement, detection of underwater obstacles and their classification and dimension.

При этом при обнаружении неучтенных препятствий на навигационной карте или существенном отличии реальных (измеренных) глубин, представляющих опасность для дальнейшего следования судна по намеченному курсу, по измеренным параметрам посредством ЭКНИС 7 устанавливается область навигационной безопасности плавания, она определяется по следующему алгоритму. На электронную навигационную карту выводят значение глубины, являющееся для судна заданных габаритов и маневренных характеристик исходя из конкретных условий плавания (скорость, курс, крен и т.д.) навигационной опасностью. Вокруг точек с опасной глубиной и других навигационных опасностей, обозначенных на карте, проводятся окружности с радиусами безопасной дистанции до опасностей. Площадь акватории, ограниченная этими окружностями, определяет зону, опасную в навигационном отношении (выражения 1-6), за границей которой судно гарантированно (Р=0.95) не совершит навигационное происшествие, связанное с касанием грунта или навалом на гидротехническое сооружение. В экстренных случаях, по измеренным параметрам, в блоке управления 1 формируется сигнал тревоги и на рулевое устройство подаются соответствующие корректирующие сигналы.In this case, if unaccounted obstacles are detected on the navigation chart or a significant difference in real (measured) depths is present that is dangerous for the vessel to continue following the intended course, the navigation navigation safety area is established using the ECDIS 7 according to the measured parameters, it is determined by the following algorithm. The depth value is displayed on the electronic navigation map, which is a given size and maneuvering characteristics for the vessel based on the specific navigation conditions (speed, course, roll, etc.) as a navigation hazard. Around points with dangerous depths and other navigational hazards indicated on the map, circles with radii of a safe distance to hazards are drawn. The area of the water area limited by these circles determines the zone that is dangerous in navigational terms (expressions 1-6), beyond the border of which the vessel is guaranteed (P = 0.95) to not make a navigational accident related to touching the ground or in bulk to a hydraulic structure. In emergency cases, according to the measured parameters, an alarm is generated in the control unit 1 and the corresponding corrective signals are sent to the steering device.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование и элементы вычислительной техники, а также существующие технические средства навигации.The proposed technical solution is industrially applicable, since standard equipment and elements of computer technology, as well as existing technical means of navigation, can be used for its implementation.

Технико-экономическая эффективность заявленного авторулевого судна заключается:The technical and economic efficiency of the declared autopilot vessel is:

- в исключении риска влияния человеческого фактора на безопасность плавания судна;- in eliminating the risk of the influence of the human factor on the safety of navigation of the vessel;

- в повышении производительности труда вахтенного помощника капитана на 15-20%;- in increasing the labor productivity of the watch assistant captain by 15-20%;

- в экономии расхода топлива и моторного масла за счет минимальных отклонений судна от заданной траектории движения до 5% и сокращении времени перехода;- in saving fuel consumption and engine oil due to minimal deviations of the vessel from a given trajectory of movement up to 5% and reducing the transition time;

- в повышении навигационной безопасности плавания за счет исключения отвлечений вахтенного помощника капитана от несения ходовой вахты для производства штурманских расчетов и введения вручную необходимых поправок в авторулевой на 10%,- to increase the navigational safety of navigation by eliminating the distractions of the watchman’s assistant captain from keeping watch for making navigational calculations and manually introducing necessary corrections to the autopilot by 10%,

- повышении безопасности плавания крупнотоннажных судов транспортировки опасных грузов в стесненных в навигационном отношении условий плавания.- improving the safety of navigation of large-tonnage vessels for the transport of dangerous goods in navigational conditions constrained by navigation.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU №2224279 C1, 20.02.2004.1. Patent RU No. 2224279 C1, 02.20.2004.

2. Патент RU №2207585 C2, 27.06.2003.2. Patent RU No. 2207585 C2, 06.27.2003.

3. Патент RU №2260191 C1, 10.09.2005.3. Patent RU No. 2260191 C1, 09/10/2005.

4. Патент US №5523951 A, 04.06.1996.4. US patent No. 5523951 A, 06/04/1996.

5. Патент US №5179385 A, 12.01.1993.5. US patent No. 5179385 A, 12.01.1993.

6. Патент US №4513378 A, 23.04.1985.6. US patent No. 4513378 A, 04/23/1985.

7. Патент RU №2410282, 17.01.2011.7. Patent RU No. 2410282, 01/17/2011.

Claims (1)

Авторулевой судна, содержащий блок управления с панелями управления, датчик обратной связи, переключатель режимов управления, при этом выходы рулевого колеса, гидравлического устройства управления рулем и электронной картографической навигационно-информационной системы подключены к входу блока управления через переключатель режимов управления, приемоиндикатор спутниковой навигационной системы GPS подключен на вход электронной картографической навигационно-информационной системы, а выход блока управления соединен с входом рулевой машины, выход которой через датчик обратной связи соединен с входом блока управления, к которому дополнительно подсоединен блок определения допустимого бокового отклонения судна от заданной траектории его движения, при этом вход данного блока подключен к выходам приемоиндикатора спутниковой навигационной системы GPS и электронной картографической навигационно-информационной системы, отличающийся тем, что дополнительно введены инерциальная навигационная система, панорамная гидроакустическая система, содержащая эхолот с двумя характеристиками направленности, два гидролокатора бокового обзора с переключаемой характеристикой направленности, параметрический профилограф, выход которой соединен с еще одним входом блока управления с панелями управления, инерциальная система своими входами соединена с выходом приемоиндикатора спутниковой навигационной системы GPS и выходом лага соответственно, а своим входом-выходом соединена с еще одним входом блока управления. An autopilot vessel containing a control unit with control panels, a feedback sensor, a switch of control modes, while the outputs of the steering wheel, hydraulic steering control device and electronic cartographic navigation and information system are connected to the control unit input via a control mode switch, GPS receiver of the GPS navigation system connected to the input of the electronic cartographic navigation information system, and the output of the control unit is connected to the steering input the machine, the output of which through the feedback sensor is connected to the input of the control unit, to which is additionally connected a unit for determining the permissible lateral deviation of the vessel from a given trajectory of its movement, while the input of this unit is connected to the outputs of the receiver-indicator of the GPS satellite navigation system and the electronic cartographic navigation and information system characterized in that an inertial navigation system, a panoramic sonar system containing an echo sounder with two characteristics directional characteristics, two side-scan sonars with a switched directional characteristic, a parametric profiler, the output of which is connected to another input of the control unit with control panels, the inertial system is connected by its inputs to the receiver output of the GPS satellite navigation system and the lag output, respectively, and by its input-output connected to another input of the control unit.
RU2011120523/11A 2011-05-20 2011-05-20 Ship gyropilot RU2465170C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011120523/11A RU2465170C1 (en) 2011-05-20 2011-05-20 Ship gyropilot

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011120523/11A RU2465170C1 (en) 2011-05-20 2011-05-20 Ship gyropilot

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2465170C1 true RU2465170C1 (en) 2012-10-27

Family

ID=47147353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011120523/11A RU2465170C1 (en) 2011-05-20 2011-05-20 Ship gyropilot

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2465170C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110262514A (en) * 2019-07-15 2019-09-20 南京航空航天大学 Unmanned vehicle system that remote control is combined with automatic Pilot and man-machine method is driven altogether

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2224279C1 (en) * 2002-10-30 2004-02-20 ФГУП ЦНИИ "Курск" Device for control of ship's longitudinal motion
RU2260191C1 (en) * 2004-03-10 2005-09-10 Чернявец Владимир Васильевич Navigation complex for high-speed ships
RU2269451C1 (en) * 2004-07-19 2006-02-10 Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Auto-pilot at estimation of angular velocity
RU2282884C2 (en) * 2004-08-31 2006-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма Управляющие системы" Method for automatic control of ship route and auto-helmsman system for realization of method
RU2410282C1 (en) * 2009-05-12 2011-01-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научно-Исследовательский Навигационно-Гидрографический Институт Министерства Обороны Российской Федерации" Ship gyropilot

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2224279C1 (en) * 2002-10-30 2004-02-20 ФГУП ЦНИИ "Курск" Device for control of ship's longitudinal motion
RU2260191C1 (en) * 2004-03-10 2005-09-10 Чернявец Владимир Васильевич Navigation complex for high-speed ships
RU2269451C1 (en) * 2004-07-19 2006-02-10 Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Auto-pilot at estimation of angular velocity
RU2282884C2 (en) * 2004-08-31 2006-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственная фирма Управляющие системы" Method for automatic control of ship route and auto-helmsman system for realization of method
RU2410282C1 (en) * 2009-05-12 2011-01-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научно-Исследовательский Навигационно-Гидрографический Институт Министерства Обороны Российской Федерации" Ship gyropilot

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110262514A (en) * 2019-07-15 2019-09-20 南京航空航天大学 Unmanned vehicle system that remote control is combined with automatic Pilot and man-machine method is driven altogether

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10431099B2 (en) Collision avoidance systems and methods
Peng et al. Development of the USV ‘JingHai-I’and sea trials in the Southern Yellow Sea
EP3486742A1 (en) System and method for controlling a position of a marine vessel near an object
RU2483280C1 (en) Navigation system
EP3486160B1 (en) System and method for controlling a position of a marine vessel near an object
US20130080044A1 (en) Automatic Docking System
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
RU2483327C2 (en) Integrated system for navigation and controlling movement for self-contained unmanned underwater vehicles
EP4119981A1 (en) Proximity sensing system and method for a marine vessel
RU2467914C1 (en) Method of ship navigability control and device to this end
RU2277495C1 (en) Method of automatic pilotage of ships
RU2610149C1 (en) Towed underwater vehicle, equipped with sonar equipment for detecting silting facilities and pipelines, and their subsequent monitoring
RU2501708C1 (en) Automatic piloting
Lu et al. Motion pose estimation of inshore ships based on point cloud
EP3478563B1 (en) Tug approach control
RU2465170C1 (en) Ship gyropilot
RU165915U1 (en) SYSTEM OF AUTOMATIC WIRING OF VESSELS ON A PRESENT MOTION TRAJECTORY
RU2260191C1 (en) Navigation complex for high-speed ships
CN107367279B (en) High-precision navigation and berthing method for large ship
Noguchi et al. Wide area seafloor imaging by a low-cost AUV
CN114089750A (en) Semi-physical unmanned ship berthing system based on artificial potential field method and evaluation method
RU2546357C2 (en) Rescue airfoil boat
Itoh et al. Development of an underwater robot for detecting shallow water in a port
RU2809129C1 (en) Method of guiding, mooring and unmooring sea cargo vessel in autonomous mode and method of operating digital instrumental platform for motion control of group of autonomous towing vessels in port water area