Особенности работы современного средства автоматической радиолокационной прокладки (САРП)

/

51

165

ОГЛАВЛЕНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ

1. История развития

1.1 Требования ИМО к РЛС и САРП

1.1.1 Технико-эксплуатационные требования к судовым РЛС

1.1.2 Технико-эксплуатационные требования к САРП

2. Принцип функционирования РЛС/САРП

2.1 Сущность и принцип функционирования РЛС

2.1.1 Узлы и устройства РЛС

2.1.2 Какие сигналы используются в радиолокации

2.1.3 Какие сигналы воздействуют на вход РЛС

2.1.4 Как принимать решение о наличии радиолокационной цели

2.1.5 Какие ошибки возникают при принятии решения

2.1.6 Когда и по каким критериям принимать решение

2.1.7 Пути повышения точностных характеристик

2.2 Эксплуатационные и технические характеристики импульсной РЛС

2.2.1 Максимальная дальность

2.2.2 Минимальная дальность

2.2.3 Разрешающая способность по дальности

2.2.4 Разрешающая способностью по направлению

2.2.5 Теневые сектора

2.2.6 Ложные эхо-сигналы

2.2.7 Точность измерения координат

2.2.8 Погрешности датчиков информации

2.3 Сущность и принцип работы САРП

2.3.1 Дискретизация радиолокационного сигнала. Теорема Котельникова

2.3.2 Обработка радиолокационной информации и перевод ее в цифровую

2.3.3 Принципы автоматической обработки эхо-сигналов

2.3.4 Измерение навигационных параметров: дистанции, скорости и координат при автоматическом сопровождении целей

2.3.5 Современные радар-процессоры

2.3.6 Направления в развитии качества обработки радиолокационной информации

2.4 Основные задачи, решаемые в современных РЛС/САРП

2.4.1 Определение места судна

2.5 Ограничения, которые необходимо иметь в виду при работе с РЛС и САРП

2.5.1 Ограничения РЛС

2.5.2 Ограничения САРП

3. Совместное использование АИС и САРП

3.1 Назначение и развитие систем АИС

3.2 Общие требования к системам АИС

3.2.1 Требования к базовым станциям АИС

3.2.2 Требования к обработке информации АИС

3.2.3 Требования к отображению информации АИС

3.3 Эксплуатационно-технические параметры АИС

3.4 Использование АИС на судах

3.5 Современное оборудование АИС

3.6 Современное оборудование САРП

3.7 Ошибки системы. Совместное получение информации

4. Надёжность, доступность системы, резервирование

5. Вспомогательная информация, используемая в РЛС для повышения качества получаемой информации

5.1 Отображение картографической информации на экране дисплея

5.2 Настройка РЛС с целью адаптации под конкретные условия наблюдения

6. Практическое использование САРП и АИС

7. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

7.1 ОХРАНА ТРУДА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

SUMMARY

ПРИЛОЖЕНИЯ

Список используемой литературы

ВВЕДЕНИЕ

Устройство компьютерной индикации, совмещенное со средствами автоматической радиолокационной прокладки (САРП) и с электронной картографической системой, размещаемых в ходовой рубке судна, стало информационным ядром, в котором сосредотачивается вся информация, необходимая судоводителю. С появлением систем автоматизированной радиолокационной прокладки всё изменилось - появились специальные платы - радар-процессора, способные подвергать информацию от приёмника сигнала вторичной обработке, автоматизируют процесс расчёта параметров движения судов - их курса и скорости. Но у САРП, помимо преимуществ, есть и определенные ограничения, налагаемые среди прочего и техническими точностными особенностями используемых радар-процессоров. Информация содержит данные не только о навигационных параметрах целей в окружающем пространстве, но и о навигационных параметрах собственного судна, такие как координаты, скорость, путевой угол, истинный курс и пр. Радиолокационное изображение может накладываться на электронную карту, возможно планирование маршрута, автоматизированное вождение судна по заданному маршруту. САРП намного облегчает работу судоводителя в сложных навигационных условиях, позволяет проигрывать маневры по расхождению судов, которые предполагается производить по истечении некоторого времени.

Данная дипломная работа, как следует из названия, посвящена одной из важнейших систем, обеспечивающих безопасность современного судна - САРП. Соответственно, в ней буду рассмотрены принципы обработки радиолокационного изображения, особенности перевода информации, получаемой от радара, в цифровую форму. Также будут оговорены основные требования ИМО и других профильных организаций к радиолокационному оборудованию, рассмотрена интеграция САРП и других важных судоводителю приборов. В работе приведена примерная оценка точности современных радиолокационных систем и возможности дальнейшего их развития.

1. История развития

В наше время наличие на судне РЛС стало де-факто стандартом, отсутствие на мостике современного судна радара или САРП может привести штурмана в недоумение. Однако, как вы понимаете, такое было далеко не всегда. Начало развитию радиолокации в нашей стране было положено ещё известным ученым Поповым А.С., изобретателем радио. Именно им был впервые замечен эффект отражения радиоволн от металлических объектов.

Первые работы по созданию радиолокационных систем начались в нашей стране в середине 30-х годов. Впервые идею радиолокации высказал научный сотрудник Ленинградского электрофизического института (ЛЭФИ) П.К. Ощепков еще в 1932 году. Позднее он же предложил идею импульсного излучения.

16 января 1934 года в Ленинградском физико - техническом институте (ЛФТИ) под председательством академика А.Ф. Иоффе состоялось совещание, на котором представители ПВО РККА поставили задачу обнаружения самолетов на высотах до 10 и дальности до 50 км в любое время суток и в любых погодных условиях. За работу взялись несколько групп изобретателей и ученых. Уже летом 1934 года группа энтузиастов, среди которых были Б.К. Шембель, В.В. Цимбалин и П.К. Ощепков, представила членам правительства опытную установку. Проект получил необходимое финансирование и в 1938 году был испытан макет импульсного радиолокатора, который имел дальность действия до 50 км при высоте цели 1,5 км. Создатели макета Ю.Б. Кобзарев, П.А. Погорелко и Н.Я. Чернецов в 1941 году за разработку радиолокационной техники были удостоены Государственной премии СССР. Дальнейшие разработки были направлены в основном на увеличение дальности действия и повышение точности определения координат. Станция РУС- 2 принятая летом 1940 года на вооружение войск ПВО не имела аналогов в мире по своим техническим характеристикам , она сослужила хорошую службу во время Великой Отечественной войны при обороне Москвы от налетов вражеской авиации. После войны перед радиолокационной техникой новые сферы применения во многих отраслях народного хозяйства. Без радаров теперь немыслимы авиация и судовождение. За последние десятилетия радиолокационная техника неузнаваемо изменилась.

Стремление увеличить дальность действия привело к тому, что радиолокация, как и многие другие области техники, пережила эпоху «гигантомании». Создавались все более мощные магнетроны, антенны все больших размеров, устанавливавшиеся на гигантских поворотных платформах. Мощность РЛС достигла 10 и более мегаватт в импульсе. Более мощные передатчики создавать было уже физически невозможно: резонаторы и волноводы не выдерживали высокой напряженности электромагнитного поля, в них происходили неуправляемые разряды. Появились данные и о биологической опасности высококонцентрированного излучения РЛС : у людей проживающих вблизи РЛС наблюдались заболевания кроветворной системы, воспаленные лимфатические узлы. Со временем появились нормы на предельную плотность потока СВЧ энергии, допустимые для работы человека (кратковременно допускается до 10 мВт/см2).

Параллельно с исследованиями российских, а затем и советских ученых, над проблемой радиолокации трудились также в ряде европейских стран, а также в США. Отметим вкратце эти этапы становления и развития радиолокации.

Часто считают, что РЛС была британским изобретением, возможно потому, что британцы первыми начали ее систематическое использование для задач ПВО. Однако, в действительности, исследования велись параллельно также в Германии, Италии, Франции и Соединенных Штатах.

Базовые принципы работы РЛС были сформулированы уже достаточно давно и были известны всем. В 1888 году, немецкий физик Генрих Герц доказал, что электромагнитные волны, которые после этого стали называть волнами 'Герца', ведут себя подобно лучам света, и могут быть собраны в один луч, и отражаться от металлической поверхности, давая ответный сигнал, который может быть принят.

Через несколько лет, в 1904 году, инженер из Дюссельдорфа по имени Христиан Хулсмайер затребовал патент на изобретенный им 'радиофонический измерительный аппарат', который состоял из расположенных рядом передатчика и приемника. Эти устройства были объединены таким образом, что волны, излучаемые передатчиком, запускали приемник, если они отражались от металлического объекта. Этот аппарат, который немецкий инженер назвал телемобилскопом, был способен принимать звуки, подобные звону колокольчика, принимая отраженные электромагнитные волны от металлических объектов на расстоянии нескольких сотен ярдов.

Небольшой шаг был сделан в 1922 году, когда Гильермо Маркони, во время конференции, проводившейся Институтом американских радиоинженеров, разъяснил практическую ценность использования радиоволн для навигации на море. Он рассказал о предполагаемом аппарате, способном излучать электромагнитный луч в определенном направлении, который при встрече с металлическим объектом, вроде корабля, отражался бы назад.

В 1933 году, в присутствии итальянского военного командования, Маркони продемонстрировал 'интерференцию' при приеме сигналов, которая возникала при проезде автомобиля рядом с радиолучом радиостанции связывавшей Рим и Кастенгандолфо, работавшей на длине волны 90 см.

Инициатива Маркони закончилась формальным предложением, которое было одобрено Министерством войны Италии в 1935 году, о постройке Радио-детекторного телеметра (RDT).

Однако, наиболее важный вклад в разработку РЛС был сделан двумя американскими физиками - Грегори Брейтом и Мерле Туве в 1924 году. Они провели серию экспериментов, в которых использовали радиоимпульсы для определения высоты слоя ионизированного газа, который окружает Землю. Измеряя время задержки отраженного от газового слоя импульса и его возвращения к Земле, они обнаружили, что ионизированный газовый слой находится на высоте примерно 110 км и, что он отражает радиоволны.

В Германии, в начале 1930 года, доктор Рудольф Кунхольд, руководитель Управления исследований германских ВМС, пытался разработать аппарат способный обнаруживать под водой цели методом отражения от них звуковых волн; в настоящее время такой аппарат называется сонаром. Проводя свои эксперименты, доктор Кунхольд понял, что достижимо под водой может быть также достигнуто и в воздухе при помощи радиоволн. Он провел в этой новой области серию экспериментов и применил в своем приборе новую электронную лампу производства голландской компании Philips, способную генерировать мощность 70 Вт на частоте 600 МГц - что было довольно внушительно в то время. Кунхольд закончил постройку своей РЛС в 1934 году в научно-исследовательских лабораториях германских ВМС в Пелзерхакене. Представление нового аппарата высокопоставленным военно-морским офицерам имело большой успех, поскольку кроме способности обнаруживать корабль на дальности 11 км РЛС также, обнаружила и небольшой самолет, который случайно появился в том месте.

В Соединенных Штатах, исследования по РЛС велись и в Управлении Signal Corps, и в исследовательской лаборатории ВМС, работавших независимо. В 1936 году, исследовательская лаборатория ВМС разработала опытный образец РЛС, которая работала на частоте 200 MГц. Первая серия этих систем, под торговой маркой CXAM, в 1941 году была установлена на кораблях основных соединений ВМС. В 1939 - 1941 годах Signal Corps разработало большой дальности РЛС под обозначением SCR-270. Одна из таких систем принимала участие в отражении атаки японцев на Перл-Харбор утром 7 декабря 1941 года. Однако, хотя оператор РЛС и получил ответные сигналы от приближающихся самолетов, никто не привел корабли, стоявшие в порту, в боевую готовность.

Первоначально, в Великобритании, исследования в области коротких волн велись исключительно в научных целях, типа определения высоты некоторых слоев ионосферы, обнаруженных в 1926 году британским физиком Е.В. Апплетоном (слои Апплетона). Однако, на горизонте собирались грозовые тучи войны и понимание того, что Великобритания особенно уязвима для воздушных налетов, привело к значительному стимулированию научных работ в попытке наверстать упущенное время.

Первые результаты этих работ были получены, когда физику Роберту А. Уотсону-Ватту - потомку известного Джеймса Ватта, давшего свое имя единице измерения электрической энергии, удалось визуализировать радиосигналы при помощи катодно-лучевой трубки Брауна и определить электро-оптическим способом время распространения излучения. Через несколько лет, в 1935 году, Уотсон-Ватт разработал первое практически применимое оборудование для обнаружения присутствия самолетов.

РЛС, как считается, не является инструментом РЭБ; это, скорее, главная цель РЭБ - противник, которому следует противодействовать. РЛС - электронный глаз, который может видеть в темноте и тумане и, который может проникать через дымовые завесы. Она может обнаруживать приближение противника на намного больших расстояниях, чем не вооруженный человеческий глаз; она может наводить орудийный огонь в условиях плохой видимости и может даже обеспечить информацией о топографических особенностях местности.

Новые требования, предъявляемые к РЛС, привели к разработке совершенно новой техники, новых принципов радиолокации. В настоящее время на современных РЛС импульс посылаемый станцией представляет собой сигнал, закодированный по весьма сложному алгоритму (наиболее распространен код Баркера), позволяющий получать данные повышенной точности и ряд дополнительных сведений о наблюдаемой цели. С появлением транзисторов и вычислительной техники мощные мегаваттные передатчики ушли в прошлое. На их смену пришли сложные системы РЛС средней мощности объединенные посредством ЭВМ. Благодаря внедрению информационных технологий стала возможна синхронная автоматическая работа нескольких РЛС. Радиолокационные комплексы постоянно совершенствуются, находят новые сферы применения. Однако есть еще масса неизученного, поэтому эта область науки еще долго будет интересна физикам, математикам, радиоинженерам; будет объектом серьезных научных работ и изысканий.

1.1 Требования ИМО к РЛС и САРП

Согласно Резолюции А.823 (19) ИМО от 23 ноября 1995г., средства радиоэлектронного наблюдения подразделяются на:

СЭП (EPA) - средства электронной прокладки. Минимальный диаметр экрана 180 мм. Может сопровождать 10 целей. Устанавливается на судах от 300 до 500 рег.тонн

САС (АТА) - средства автоматического сопровождения. Минимальный диаметр экрана 250 мм. Может сопровождать 10 целей. Устанавливается на судах от 500 до 1000 рег.тонн

САРП (ARPA) - Средства автоматической прокладки. Минимальный диаметр экрана 340 мм. Может сопровождать от 20 целей. Устанавливается на судах от 10000 рег.тонн обязательно.

1.1.1 Технико-эксплуатационные требования к судовым РЛС

Ассамблея, принимая во внимание Статью 16 (j) Конвенции о Международной морской организации, касающуюся функций Ассамблеи, принимая во внимание Правило 12 Главы 5 Международной конвенции по охране человеческой жизни на море 1974 г., с учетом уточнений, принимая во внимание Резолюцию А.222(7), касающуюся технико-эксплуатационных параметров РЛС, признавая желательным согласовать такие требования к технико-эксплуатационным параметрам судовых РЛС с технико-эксплуатационными требованиями к САРП (Резолюция А.422(11)) и рекомендаций к радиолокационным маякам-ответчикам (Резолюция А.423(11)), учитывая Рекомендации 41-й сессии Комитета по безопасности мореплавания:

принимает Рекомендации по технико-эксплуатационным требованиям к параметрам судовых РЛС, которые указаны в приложении к настоящей Резолюции

рекомендует Правительствам, чтобы:

технико-эксплуатационные параметры судового радиолокационного оборудования, устанавливаемого с 1 января 1984 г., не уступали параметрам, указанным в приложении к настоящей Резолюции

технико-эксплуатационные параметры судового радиолокационного оборудования, установленного до 1 января 1984 г., по крайней мере удовлетворяли параметрам, указанным в Резолюции А.222(7).

1. Область применения.

1.1. Данные технико-эксплуатационные требования относятся ко всему судовому радиолокационному оборудованию, установленному с 1 января 1984 г. В соответствии с правилом 12 ( в уточненной редакции) Главы 4 Международной конвенции по охране человеческой жизни на море 1974 г.

1.2. РЛС, установленные до 1 января 1984 г., должны по крайней мере удовлетворять технико-эксплуатационным требованиям, рекомендуемым Резолюцией А.222(7).

2. Назначение.

Радиолокационная станция (РЛС) должна обеспечивать индикацию относительного положения судов, других надводных объектов, буев, береговой черты и навигационных знаков так, чтобы способствовать навигации и предупреждению столкновений.

3. Требования.

Все РЛС должны соответствовать следующим минимальным требования.

3.1. Максимальная дальность.

При нормальных условиях распространения, когда антенна РЛС расположена на высоте 15 м над уровнем моря, при отсутствии помех от моря РЛС должна обеспечивать четкую индикацию:

3.1.1. Береговой черты -

при высоте берега до 60 м на расстоянии 20 миль

при высоте берега до 6 м на расстоянии 7 миль

3.1.2. Надводных объектов -

судов валовой вместимостью 5000 т на расстоянии 7 миль независимо от ракурса

небольшого судна длиной 10 м на расстоянии 3 мили

объектов, аналогичных навигационному бую, имеющих эффективную поверхность рассеивания приблизительно 10 кв.м на расстоянии 2 мили

Параметры РЛС должны быть такими, чтобы при бортовой и килевой качках ±10° характеристики обнаружения удовлетворяли этим требованиям.

3.2. Минимальная дальность.

Надводные объекты, указанные в п. 3.1.2. настоящих Рекомендаций, должны быть четко видны с минимального расстояния 50 м до расстояния 1 миля при неизменном положении органов управления, кроме переключателя шкал дальности.

3.3. Индикатор.

3.3.1. Без применения внешних увеличительных устройств индикатор должен обеспечивать отображение относительного движения при ориентации относительно диаметральной плоскости судна без стабилизации на экране с эффективным диаметром не менее чем

180 мм для судов валовой вместимостью от 500 до 1600 т.

250 мм для судов валовой вместимостью от 1600 до 10000 т.

340 мм при наличии на судне одного индикатора и 250 мм в случае установки второго индикатора для судов валовой вместимостью 10000 т и выше.

(*Обеспечиваются на ЭЛТ с диаметром 9, 12 и 16 дюймов соответственно)

3.3.2. Индикатор должен предусматривать один из двух наборов шкал дальности:

1.5, 3, 6, 12 и 24 мили и одна шкала с номиналом более 0.5 и менее 0.8 мили либо

1, 2, 4, 8, 16 и 32 мили

Могут быть предусмотрены дополнительные шкалы.

3.3.3. В любое время должна предусматриваться четкая индикация выбранной шкалы дальности и интервала между кольцами дальности.

3.4. Измерение дальности.

3.4.1. Для измерения дальности должны быть предусмотрены неподвижные электронные кольца дальности;

Для набора шкал, соответствующих требованию подпункта 3.3.2.1, на шкале с номиналом более 0.5 и менее 0.8 мили должно обеспечиваться, по крайней мере 2 кольца дальности и для каждой из остальных шкал - по 6 колец дальности

Для набора шкал дальности, соответствующих требованию подпункта 3.3.2.2, на каждой шкале должно быть 4 кольца дальности

3.4.2. Подвижный электронный маркер дальности должен иметь цифровой отчет.

3.4.3. Неподвижные кольца дальности и неподвижный маркер дальности должны обеспечивать измерения дальности до объекта с погрешностью, не превышающей 1.5% от максимального значения используемой шкалы или 70 м, в зависимости от того, что больше.

3.4.4. Должна быть предусмотрена возможность изменения яркости подвижных колец дальности и неподвижного маркера дальности до полного снятия с экрана.

3.5. Отметка курса.

3.5.1. Курс судна должен указываться на экране с максимальной погрешностью не более ±1є. Ширина линии отметки курса должна быть не более 0.5є.

3.5.2. Должны быть приняты меры для выключения отметки курса с помощью переключателя, который не может оставаться постоянно в положении < Отметка курса выключена >.

3.6. Измерение направлений.

3.6.1. Должны быть приняты меры для быстрого измерения направления на любой объект, отметка которого появляется на экране.

3.6.2. Средства, предусмотренные для измерения направлений, должны обеспечивать измерение направления на объект, отметка которого расположена на краю экрана, с погрешностью, не превышающей ± 1°.

3.7. Разрешающая способность.

3.7.1. Индикатор должен обеспечивать на шкале дальности 2 мили или менее раздельное отображение двух одинаковых целей малого размера на расстояниях, равных 50 - 100 % от номинала используемой шкалы дальности и находящихся на одном направлении, если расстояние между целями не менее 50 м.

3.7.2. Индикатор должен обеспечивать раздельное отображение двух одинаковых целей малого размера, находящихся на одном расстоянии между 50 и 100 % от номинала шкалы < 1.5 > или < 2 > мили и их угловом положении, различающемся 2.5°.

3.8. Вращение антенны.

Должно быть предусмотрено непрерывное и автоматическое вращение антенны по часовой стрелки в пределах 360° по азимуту. Частота вращения антенны должна быть не менее 12 об/мин.

3.9. Антенна должна быть работоспособна при относительной скорости ветра до 100уз. Должны быть приняты меры для возможности азимутальной стабилизации РЛС от гирокомпаса, для чего в РЛС должен быть предусмотрен соответствующий вход.

3.9.1. Погрешность согласования с гирокомпасом должна быть в пределах 0.5° при скорости вращения датчика гирокомпаса 2 об/мин.

3.9.2. РЛС должна работать удовлетворительно при ориентации изображения по курсу без стабилизации изображения, когда связь с гирокомпасом отсутствует.

3.10. Контроль работоспособности.

Должны быть предусмотрены средства для быстрого определения во время работы станции значительного ухудшения ее работоспособности относительно калиброванного значения, принятого при установке РЛС, а также для правильной настройки в случае отсутствия целей.

3.11. Устройства для защиты от помех.

Должны быть предусмотрены средства для подавления нежелательных отражений от моря, дождя и других осадков, облаков и самумов (песчаных бурь). Должна быть предусмотрена возможность ручной плавной регулировки органов управления средств помехозащиты. Орган управления в крайнем положении против часовой стрелки должен отключаться. Могут быть предусмотрены дополнительные автоматические органы помехозащиты, однако должна быть возможность их отключения.

3.12. Работа станции.

3.12.1. Должно быть предусмотрено включение станции и управление ею с индикатора.

3.12.2. Рабочие органы управления должны быть доступны, легко различимы и удобны в эксплуатации. Если используются символы, то они должны выполнятся в соответствии с Рекомендациями ИМО для органов управления морского навигационного радиолокационного оборудования.

3.12.3. РЛС должна быть полностью в рабочем состоянии в течении 4 минут после ее включения. На современных РЛС картинка появляется через 6 сек. после включения станции.

3.12.4. Должно быть предусмотрено положение предварительной готовности, из которого станция может быть приведена полностью в рабочее состояние за 15 сек.

3.13. Стабилизация относительно воды и грунта (индикатор истинного движения).

3.13.1. При использовании стабилизации изображения относительно воды или грунта точность и разрешающая способность должны быть по крайней мере равными требованиям настоящих Рекомендаций.

3.13.2. Перемещение начала развертки, кроме индикаторов с ручным возвратом, должно ограничиваться кругом радиусом не более 75 % от радиуса экрана.

3.14. Антенна.

Антенна должна быть установлена таким образом, чтобы существенно не ухудшалась эффективность РЛС.

3.15. Работа с радиолокационными маяками.

3.15.1. Все РЛС, работающие в диапазоне 3 см, должны работать горизонтально поляризованным излучением.

3.15.2. Должна быть предусмотрена возможность выключения устройства обработки сигналов, которые могут исключить изображение сигналов маяка на экране РЛС.

4. Установка нескольких РЛС.

4.1. На судах, где требуется установка двух РЛС, они должны быть размещены таким образом, чтобы каждая РЛС могла работать самостоятельно и обе могли работать одновременно независимо друг от друга. Каждая РЛС должна иметь возможность подключения к аварийному источнику питания, если такой предусмотрен в соответствии с требованиями Правил 1 Главы 11 Конвенции СОЛАС-74.

4.2. При установке двух РЛС может быть предусмотрено устройство взаимного переключения приборов для повышения гибкости и готовности радиолокационной установки. Оно должно быть установлено так, чтобы неисправность любой РЛС не вызывало отключения электропитания или другого нарушения в работе РЛС.

Все РЛС должны удовлетворять вышеперечисленным требованиям для обеспечения безопасности мореплавания, в противном случае не допускается установка и эксплуатация таких станций.

1.1.2 Технико-эксплуатационные требования к САРП

Требования ИМО к средствам автоматической радиолокационной прокладки представлены в резолюции А.422 (11).

Ассамблея, ссылаясь на Статью 16 (j) Конвенции о Международной морской организации, касающуюся функций Ассамблеи, признавая, что надлежащее использование САРП окажет помощь в интерпретации радиолокационных данных и может уменьшить опасность столкновений и загрязнения морской среды.

Учитывая, что САРП с низкими технико-эксплуатационными характеристиками или при обслуживании недостаточно обученным персоналом могут нанести ущерб безопасности мореплавания.

Отмечая Резолюцию 13 Международной конференции 1978 г. По безопасности танкеров и предотвращения загрязнения окружающей среды, касающуюся оснащения судов средствами автоматической радиолокационной прокладки.

Рассмотрев Рекомендацию 41-й сессии Комитета по безопасности на море,

принимает Редакцию по технико-эксплуатационным требованиям к САРП, изложенным в приложении к настоящей Резолюции

рекомендует Правительствам:

(а) обеспечить, чтобы установленные судовые САРП отвечали требованиям, изложенным в приложении к настоящей Резолюции

обеспечить надлежащее обучение правильному использованию САРП, что позволит капитанам и их помощникам понять основные принципы эксплуатации САРП, в том числе их достоинства, недостатки и возможные погрешности.

1. Введение

1.1. В целях уменьшения опасности столкновений средства автоматической радиолокационной прокладки (САРП) должны:

1.1.1. Уменьшить рабочую нагрузку наблюдателей, дав им возможность автоматизированного получения информации, с тем, чтобы навигационная задача со многими целями могла решаться так же просто, как она решается прокладкой вручную в отношении одной цели.

1.1.2. Обеспечивать непрерывную, точную и быструю оценку ситуаций.

1.2. В дополнение к Общим требованиям к электронным навигационным средствам (Резолюция А.281(8)) САРП должны соответствовать следующим минимальным технико-эксплуатационным требованиям.

2. Технико-эксплуатационные требования.

2.1. Обнаружение.

2.1.1. При наличии автоматического обнаружителя целей характеристика обнаружения должны быть не хуже тех, которые могут быть получены при использовании ИКО РЛС.

2.2. Захват.

2.2.1. Захват целей может быть ручным или автоматическим. Однако в любом случае должно быть предусмотрено устройство для ручного захвата и сброса целей. В САРП с автоматическим захватом должна быть предусмотрена возможность запрета захвата в определенных зонах обзора. На любой шкале дальности, на которой захват в определенных зонах не производится, зона захвата должна быть указана на экране индикатора.

2.2.2. Автоматический или ручной захват не должен уступать по качеству тем результатам, которые могут быть получены при визуальном обнаружении целей по экрану РЛС.

2.3. Сопровождение.

2.3.1. САРП должен обеспечивать автоматическое сопровождение, обработку, одновременное отображение и непрерывное обновление данных не менее чем по:

20 целям в средствах с автоматическим захватом, независимо от того, производится захват автоматически или вручную

10 целям в средствах с только ручным захватом.

2.3.2. Если предусматривается автоматический захват, то критерий захвата цели должен указываться в технической документации. Если сопровождаются не все цели, наблюдаемые на экране индикатора, то сопровождаемые цели должны быть четко обозначены. Надежность сопровождения должна быть не хуже той, которая обеспечивается при ручной радиолокационной прокладке непосредственно по данным РЛС.

2.3.3. При отсутствии перебросов сопровождения целей САРП должен обеспечивать сопровождение захваченной цели, отчетливо различимой на экране индикатора в пяти из 10 последовательных обзоров.

2.3.4. В САРП должны быть приняты меры по уменьшению вероятности ошибок сопровождения, в том числе вызванных перебросами стробов сопровождения. Качественное описание влияния источников ошибок на сопровождение, включая влияние малых отношений сигнал/шум и сигнал/помеха, вызванных отражением от моря, дождя, снега, низких облаков и несинхронными излучениями, должно быть указано в эксплуатационной документации.

2.3.5. САРП должен допускать возможность отображения на экране четырех равно разнесенных по времени предыдущих место положений любой сопровождаемой цели за период, по крайней мере 8 мин.

2.4. Отображение.

2.4.1. Устройство отображения может быть либо автономным, либо входить в состав РЛС. Однако оно должно включать все данные, которые обеспечиваются индикатором РЛС в соответствии с технико-эксплуатационными требованиями к судовым РЛС, принятым ИМО.

2.4.2. Конструкция САРП должна быть такой, чтобы любая неисправность средства не влияла на основное радиолокационное изображение, требуемое ИМО.

2.4.3. Эффективный диаметр экрана, на котором отображается информация средства, должна быть не менее 340 мм.

2.4.4. В САРП должно предусматриваться, по крайней мере, следующие шкалы дальности:

12 или 16 миль.

3 или 4 мили.

2.4.5. В САРП должна быть предусмотрена индикация выбранной шкалы дальности.

2.4.6. САРП должно допускать работу в режиме относительного движения при ориентации изображения < Север >, а также < Курс > или < Курс стаб.>. Кроме того, в САРП может быть предусмотрен режим истинного движения. В этом случае судоводитель должен иметь возможность выбора режимов истинного или относительного движения. При этом должна быть четкая индикация ориентации изображения и режима работы.

2.4.7. Информация о курсе и скорости, вырабатываемая САРП по захваченным целям, должна выдаваться в векторной или другой графической форме, четко указывающей экстраполированное перемещение цели. В этом отношении:

В САРП с отображением экстраполированной информации только в векторной форме должен предусматриваться выбор между истинным и относительным векторами.

В САРП с отображением данных о курсе и скорости в другой графической форме должна также, по запросу, обеспечиваться индикация истинного или относительного векторов цели.

Длина отображаемых векторов должна или регулироваться судоводителем, или иметь фиксированное время экстраполяции.

Должна быть предусмотрена индикация времени экстраполяции.

2.4.8. Информация САРП не должна маскировать радиолокационное изображение в такой степени, чтобы ухудшилось обнаружение целей. Индикация данных САРП должна находиться под контролем судоводителя. Должна предусматриваться возможность сброса ненужной информации САРП.

2.4.9. Должна быть предусмотрена независимая регулировка яркости радиолокационного изображения и обработанной информации САРП, вплоть до полного исключения последней.

2.4.10. Метод представления информации должен учитывать необходимость наблюдения данных САРП более чем одним судоводителем при условии нормальной освещенности мостика, как в дневное, так и в ночное время. Может быть предусмотрена защита экрана от попадания солнечных лучей. Должна быть предусмотрена регулировка яркости.

2.4.11. Должна быть предусмотрена возможность быстрого определения пеленга и дистанции до любого объекта, появляющегося на экране САРП.

2.4.12. Через 1 мин после появления цели на экране индикатора РЛС и ее захвата (ручного или автоматического) на экране САРП должна отображаться тенденция ее движения и не позднее чем через 3 мин - вектор экстраполированного перемещения в соответствии с пп. 2.4.7., 2.6., 2.8.2. и 2.8.3.

2.4.13. Время восстановления всей информации после переключения шкал дальности и режимов работы САРП не должно превышать времени 4 оборотов антенны.

2.5. Предупредительная сигнализация.

2.5.1. САРП доложен обеспечивать визуальную и/или звуковую сигнализацию о сближении цели на заданное расстояние или о пересечении зоны, выбранной судоводителем.

Цель, вызвавшая предупредительный сигнал, должна быть отчетливо обозначена на экране индикатора.

2.5.2. САРП должен обеспечивать визуальную и/или звуковую сигнализацию о любой сопровождаемой цели, которая по вычисленным данным имеет расстояние и время кратчайшего сближения, которые меньше значений, установленных судоводителем.

Цель, вызвавшая предупредительный сигнал, должна отчетливо обозначаться на экране индикатора.

2.5.3. Средство должно обеспечивать сигнализацию о сбросе цели с автосопровождения, вызванном любыми причинами, кроме выхода цели за шкалу дальности. Положение цели на момент сброса (потери) должно отчетливо обозначаться на экране.

2.5.4. Должна быть предусмотрена возможность включения и выключения сигнализации.

2.6. Требования к информации.

2.6.1. По желанию судоводителя для любой сопровождаемой цели должна немедленно выдаваться в буквенно-цифровой форме следующие данные:

текущее расстояние до цели

текущий пеленг на цель

экстраполированная дистанция кратчайшего сближения (Дк)

экстраполированное время кратчайшего сближения (Тк)

вычисленный истинный курс цели

вычисленная истинная скорость цели

2.7. Имитация маневра.

2.7.1. В САРП должна быть предусмотрена возможность имитации маневра на расхождения. При этом обработка и отображение информации по сопровождаемым целям не должны прерываться. Имитация должна начинаться нажатием специального переключателя с возвратной пружиной или функциональной (невозвратной) клавиши, обеспечивающей на экране индикатора обозначения режима имитации.

2.8. Точность.

2.8.1. Погрешности САРП должны быть не более указанных в пунктах 2.8.2. и 2.8.3. Данные значения погрешностей соответствуют лучшим результатам ручной прокладки в условиях качки ±10є. С учетом погрешностей датчиков информации.

2.8.2. Не более чем за 1 мин устойчивого сопровождения САРП должен определить тенденцию относительного перемещения цели. При этом значения погрешностей (с вероятностью 95 %) не должны превышать:

2.8.3. Не более чем через 3 минуты устойчивого сопровождения САРП должно определить параметры движения цели с погрешностями, не превышающими с вероятностью 95%.

2.8.4. В течение 1 минуты после завершения маневра сопровождаемой цели или своего судна САРП должен определить тенденцию относительного движения цели, а в течении 3 минут определить экстраполированное перемещение в соответствии с пп. 2.4.7., 3.6., 2.8.2. и 2.8.3.

2.8.5. САРП должно быть разработано таким образом, чтобы при самых благоприятных условиях движения своего судна погрешность, вносимая САРП, была незначительной в сравнении с погрешностями, вызываемые датчиками информации.

2.9. Сопряжение с другими приборами.

2.9.1. САРП не должен ухудшать параметры любых приборов-датчиков входной информации. Сопряжение САРП с другой аппаратурой не должно ухудшать ее параметров.

2.10. Текстовая проверка и сигнализация об отказах.

2.10.1. В САРП должна быть предусмотрена сигнализация о неисправностях режима автоматической прокладки, позволяющая судоводителю производить контроль за правильностью работы средства. Дополнительно должны быть предусмотрены тестовые программы для периодической полной проверки работы САРП путем сравнения с заданными характеристиками.

2.11. Оборудование, используемое с САРП.

2.11.1. Датчики скорости, сопрягаемые с САРП, должны иметь возможность определять скорость судна относительно воды.

На смену индикаторам радиолокационного отображения на монохроматических ЭЛТ с послесвечением пришли мониторы с растровыми ЭЛТ с синтезированным цветным изображением. Получаемая информация преобразуется в цифровой формат и отображается на индикаторном устройстве компьютерного типа, что существенно облегчает работу оператору. Пользователю предоставляется возможность выбора цветовой палитры. Синтезированное изображение хранится в памяти видеопроцессора и может накладываться на электронную карту электронной картографической системы. Разрешающая способность современных мониторов, определяемая числом пикселей по горизонтали и вертикали, может достигать 1280х 1024.

Уменьшение массогабаритных и увеличение надежностных характеристик приемопередатчиков РЛС, построенных на современной элементной базе, позволило перейти к размещению этих устройств в непосредственной близости от антенны РЛС. Это конструктивное построение является основным для большинства видов современных судовых РЛС. Размещение приемопередатчика в непосредственной близости от антенны позволило уменьшить импульсную мощность на выходе передатчика, т. к. при удалении передатчика от антенны на расстояние более 15 м до 50% мощности теряется в антенно-волноводном тракте.

РЛС используют модульную структуру и микропроцессоры. Модульная структура обеспечивает доступность системы и ускорение ремонта РЛС. Повышена надежность системы, за счет постоянного контроля температуры блоков, токов в источнике питания. При выходе за пределы нормы одного из параметров, система сообщает об этом оператору. Также в РЛС увеличены точностные параметры по направлению и по дальности. Это достигнуто за счет уменьшения длительности импульса и диаграммы направленности.

Устройство компьютерной индикации, совмещенное со средствами автоматической радиолокационной прокладки (САРП) и с электронной картографической системой, размещаемых в ходовой рубке судна, стало информационным ядром, в котором сосредотачивается вся информация, необходимая судоводителю. Информация содержит данные не только о навигационных параметрах целей в окружающем судно пространстве, но и о навигационных параметрах собственного судна, таких, как координаты, скорость, путевой курс, истинный курс и пр. Радиолокационное изображение может накладываться на электронную карту, возможно планирование маршрута, автоматизированное вождение судна по заданному маршруту.

Система унифицированных информационных связей позволяет подключать САРП к любой РЛС и к другим навигационным средствам. Унифицированная система связей САРП РЛС и электронной картографической системы с периферийными автономными и радиотехническими средствами навигации позволяет получать всю имеющуюся информацию для комплексного решения задач автоматизации судовождения. На индикатор РЛС, как правило, поступает радионавигационная информация от приемоиндикаторов спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС и GPS.

Наибольшее распространение получили судовые навигационные РЛС, работающие на волне л=3,2 см и 10 см. Но также существуют станции мм диапазона. Они предназначены для увеличения четкости радиолокационной картины, но подвержены сильному влиянию метеорологических факторов, таких как дождь, снег, град и т.п. Такие станции ставятся на военных кораблях, а также используются береговыми СУДС.

2. Принцип функционирования РЛС/САРП

2.1 Сущность и принцип функционирования РЛС

2.1.1 Узлы и устройства РЛС

В приложении 1 приведена обобщенная структурная схема судовой РЛС.

Основными узлами и устройствами РЛС являются: антенное устройство, волноводно-фидерный тракт, передающее устройство, приемное устройство, антенные переключатели и визуальный индикатор.

Опорный генератор совместно с синтезатором частот формирует последовательность посылок, которая управляет работой всех устройств.

Передатчик излучает на рабочей несущей частоте последовательность периодических импульсов - зондирующие сигналы.

Зондирующий сигнал с выхода передатчика поступает в антенный переключатель, обеспечивающий во время излучения зондирующего импульса шунтирование входа приемника. Зондирующие импульсы по антенно-волноводному тракту поступают на вход антенны. Антенна излучает сигналы. Следящий привод вращает антенну в азимутальной плоскости и обеспечивает измерение текущего азимута относительно выбранной линии отсчета (диаметральной плоскости судна или направления на север).

Отраженные сигналы от цели поступают на вход антенны и далее по волноводной линии на вход приемника. Антенный переключатель открывает вход приемника во время пауз между излученными импульсами и, напротив, шунтирует выход передатчика, для того чтобы избежать ненужных потерь принимаемых эхо-сигналов.

Сигналы в приемнике усиливаются, селектируются от помех и после детектора поступают на вход визуального индикатора для последующей обработки. Сигналы управления приемником и визуальным индикатором, как отмечалось выше, формируются в синтезаторе частот задающего генератора.

На экране визуального индикатора отображаются навигационные параметры целей, обнаруженных радиолокатором.

Блок питания формирует нужные номиналы напряжений с требуемой мощностью для питания узлов РЛС.

2.1.2 Какие сигналы используются в радиолокации

В радиолокации используются радиоволны с длиной волны, приходящейся на сантиметровый (реже дециметровый) и миллиметровый диапазоны. Сам же вид излучаемого сигнала оказывается достаточно прост. Как правило, это последовательность коротких во времени импульсов, следующих один за другим через время, много превосходящее длительность этих импульсов. Ширина спектра таких сигналов в подавляющем большинстве случаев оказывается во много раз меньше несущей частоты излучаемого сигнала f0, то есть у радиолокационных сигналов (за исключением особых случаев) отношение . Для функций U(t), обладающих таким свойством (узкополосные сигналы), как это впервые показал Гильберт, допустимо представление

(1)

где A(t) и - медленно за период высокой частоты меняющиеся во времени функции.

Оказывается, такое на вид простое представление, каковым является выражение (1), несет в себе серьезную проблему, превращающую радиолокацию с точки зрения решения стоящих перед ней задач в класс особых наук, что крайне принципиально.

2.1.3 Какие сигналы воздействуют на вход РЛС

Перейдем теперь к рассмотрению процессов, имеющих место после прохождения принятым сигналом антенных трактов и поступлением его на вход радиоприемного устройства РЛС.

Поскольку в радиолокации приходится иметь дело с очень малыми сигналами, интенсивность которых соизмерима с интенсивностью собственных шумов самого радиоприемного устройства РЛС (часто полезный сигнал даже много меньше шумового сигнала), необходимо учитывать, что на вход радиолокационного приемника постоянно воздействует шумовой сигнал, который, как это следует из общей теории, также имеет вид квазигармонического колебания, определяемого равенством (1). При этом его амплитуда и фаза являются случайными функциями времени.

Таким образом, во всех случаях, связанных с наличием или отсутствием цели, и даже в случаях наблюдения свободного пространства, на вход радиоприемного устройства РЛС всегда воздействует некоторое квазигармоническое колебание вида (1) со случайными амплитудой и фазой.

Представим сигнал, воздействующий на вход РЛС, в виде двух слагаемых, первое из которых относится к обнаруживаемому сигналу, а второе ко всем остальным, в том числе и шумовому сигналу:

(2)

В равенство (2) введен параметр n, который в случае наличия цели принимается равным 1 (n=1), а в случае ее отсутствия - равным нулю (n = 0).

Равенство (2) позволяет формализовать основную задачу радиолокации и сформулировать ее следующим образом. В уравнении (2) требуется определить значение параметра n и, если n = 1, определить характер изменения функций A1(t) и . При этом измерению поддается только функция Uin(t). Известными могут считаться некоторые характеристики обнаруживаемой цели, влияющие на характер изменения во времени функций A1(t) и . Слагаемое, связанное с шумовой частью входного сигнала, принципиально неизвестно, так как носит случайный характер, а поэтому функция Uin(t) также является случайной функцией времени.

2.1.4 Как принимать решение о наличии радиолокационной цели

Из сказанного ясно, что строго решить поставленную задачу, то есть решить уравнение (2), принципиально невозможно, тем более по результатам какого-либо разового измерения в какой-то фиксированный момент времени t = t1.

Уравнение (2) позволяет сделать еще ряд принципиальных выводов и заключений.

Прежде всего отметим, что безошибочно ответить на вопрос, чему равен параметр n, то есть ответить на вопрос, есть или нет в разрешаемом элементе обнаруживаемая цель, принципиально невозможно. Этот ответ может носить только характер предположения, количественными оценками которого могут выступать какие-то вероятности достоверности этого предположения. Следовательно, адекватным математическим аппаратом для задач обнаружения, да и большинства радиолокационных задач, могут выступать методы математической статистики и теории вероятностей.

Второй вывод, вытекающий из рассмотрения уравнения (2), состоит в том, что достоверность заключения о значении параметра n можно увеличить, увеличивая время наблюдения, то есть увеличивая отрезок функции Uin(t), подвергающийся анализу.

Наконец еще один вывод, который можно сделать, анализируя с общих позиций уравнение (2), состоит в том, что различие в виде функций Uin(t) при наличии или отсутствии цели заключается в различии статистических законов, которым подчиняются случайные функции Uin(t).

Попытаемся выяснить, какие принципы необходимо заложить в процесс обработки принятого сигнала, чтобы совершаемые при этом ошибки в ответе на вопрос о наличии или отсутствии цели были каким-то образом минимизированы, а для этого попытаемся разобраться в тех типах ошибок, которые неизбежно возникают в процессе принятия решения о наличии или отсутствии цели.

2.1.5 Какие ошибки возникают при принятии решения

Чтобы разобраться в возникающих типах ошибок, рассмотрим простую ситуацию, когда фоновые отражения отсутствуют или ими просто можно пренебречь.

Пусть радиоприемное устройство РЛС производит какую-то обработку принятого сигнала. В этом случае на выходе этого приемника сформируется сигнал, являющийся некоторой функцией от аддитивной смеси принятого сигнала и собственного шума приемного устройства. Это дает возможность выходное напряжение представить в следующем виде:

Uout(t)=f(Un(t)+nUs(t)).

В этой формуле Un(t) - собственный шум радиоприемного устройства, всегда присутствующий в смеси и всегда воздействующий на вход этого устройства; Us(t) - сигнал, вызванный отражением от обнаруживаемой цели, который присутствует в названной смеси только при наличии цели (n = 1) в наблюдаемом элементе разрешения.

Какова бы ни была функция f(z), во всех случаях решение о наличии или отсутствии цели будет приниматься в какой-то фиксированный момент времени t = t1, то есть в результате некоторого разового измерения. Дать же строгий ответ на вопрос, чему равен коэффициент n, принципиальной возможности нет. Как же быть в этом случае? Каково должно быть решающее правило? Как ни странно, ответ на второй вопрос независимо от способа обработки принимаемого сигнала (вида функции f(z)) достаточно прост и очевиден. Единственным возможным решающим правилом может выступать только пороговое правило. Оно сводится к тому, что если входное напряжение Uin(t) больше некоторого значения (порогового значения) U0, то следует считать, что цель есть; если же имеет место обратная ситуация, то следует признать, что цели нет.

Разобранная ситуация позволяет увидеть, что процедура принятия решения при пороговом правиле, то есть процесс обнаружения, сопровождается ошибками двух типов. Рассмотрим эти ошибки.

При радиолокационном наблюдении возможны две ситуации: первая - в элементе разрешения находится цель (ситуация А), вторая - в элементе разрешения цели нет (ситуация В). В обоих случаях наблюдатель может принять одно из двух решений: либо цель есть (решение 1), либо ее нет (решение 2). Таким образом, возможны четыре варианта, которые условно можно обозначить так: A1, А2, В1, В2. При этом два решения - А1 и В2 - являются истинными, а два других - А2 и В1 - ложными.

Итак, мы имеем дело с двумя типами ошибочных решений: 1) Ложная тревога, когда при отсутствии в элементе разрешения цели принимается решение о ее наличии (вариант В1; соответствующая вероятность называется вероятностью ложной тревоги, она обычно обозначается буквой F). 2) Пропуск цели, когда при наличии цели принимается решение о ее отсутствии (вариант A2; соответствующая вероятность называется вероятностью пропуска цели, она обычно обозначается разностью 1-D).

Два других решения являются истинными. 1) Правильное обнаружение, когда при наличии цели принимается решение о ее наличии (вариант A1; соответствующая вероятность называется вероятностью правильного обнаружения, она обычно обозначается буквой D ). 2) Правильное необнаружение, когда при отсутствии цели принимается решение об ее отсутствии (вариант В2; соответствующая вероятность называется вероятностью правильного необнаружения, она обычно обозначается разностью 1 - F).

Какие бы задачи и цели ни стояли перед РЛС, во всех случаях желательно как можно реже принимать ошибочные решения. Однако при пороговом решающем правиле в распоряжении наблюдателя есть только одна-единственная возможность 'воздействия' на ситуацию: изменять величину порога U0. Рассмотрим, как величина U0 влияет на вероятности ложных решений, перечисленных выше.

Рост порогового значения U0 естественно приводит к уменьшению вероятности ложной тревоги, но влечет за собой рост вероятности пропуска цели. Наоборот, уменьшение порогового значения U0 приводит к уменьшению вероятности пропуска цели, но влечет за собой рост вероятности ложной тревоги.

2.1.6 Когда и по каким критериям принимать решение

От чего же зависит выбор порога и кем, и чем он определяется? Уровень вероятностей ложных решений определяется исключительно потребителем радиолокационной информации, исходя из целевого назначения РЛС. В свою очередь, вероятности ложных решений определяют пороговое значение. Таким образом, в конечном счете уровень порога определяет сам потребитель радиолокационной информации. Рассмотрим теперь критерии, которыми руководствуется потребитель радиолокационной информации.

Наличие двух независимых вероятностей ложных решений открывает путь к бесконечному количеству всевозможных критериев оценки эффективности обработки сигналов радиоприемным устройством РЛС, то есть оценки эффективности алгоритма обработки f(z) в формуле (2). В радиолокации принят критерий Неймана-Пирсона, в соответствии с которым при фиксированной вероятности ложной тревоги оценивается вероятность правильного обнаружения. Задача обработки радиолокационного сигнала сводится поэтому к выбору такой функции f(z), при которой в рамках названного критерия максимизируется вероятность правильного обнаружения. Радиоприемное устройство, обеспечивающее максимально возможную вероятность правильного обнаружения при заданной вероятности ложной тревоги, называется оптимальным по критерию Неймана-Пирсона.

В предыдущих рассуждениях открытым остался вопрос о выборе момента времени t1 принятия решения. В рассматриваемых задачах есть два характерных момента. Первый из них ts определяется моментом, когда отраженный от цели сигнал начал воздействовать на вход радиоприемного устройства, и второй момент tf - момент окончания этого воздействия.

Ясно, что принятие решения ранее времени tf, то есть при t=t1 < tf, неразумно, так как при этом теряется информация о сигнале за промежуток времени от t1 до tf. Принятие решения после момента времени tf также неразумно, так как обработка принимаемого сигнала в отсутствие полезного сигнала не приведет к увеличению информации о ситуации. Таким образом, моментом принятия решения должно выступать время tf, то есть t1 = tf.

Следующий вопрос заключается в выработке каких-то подходов к определению алгоритма f (z).

Ясно, что при пороговом правиле линейным алгоритм f(z) быть никак не может. Требование его нелинейности выводит на квадратичную обработку принятого сигнала, то есть на уровень энергетических понятий. К такому же выводу можно прийти, если рассуждать, опираясь на чисто физические представления.

Таким образом, обработка принимаемого сигнала должна сводиться к построению такого радиоприемного устройства, которое будет накапливать энергию полезного сигнала за время наблюдения в период времени с t = ts до t = tf. Естественно, что при этом будет накапливаться и энергия шумового сигнала, а поэтому синтезируемый алгоритм должен обеспечивать определенную избирательность в этой процедуре, обеспечивая упреждающую роль первого из названных накоплений. Физической основой возможности такой избирательности могут выступать только какие-то априорные знания об исследуемом сигнале.

Из сказанного вытекает фундаментальный вывод, что любой сколь угодно малый по отношению к собственным шумам радиоприемного устройства сигнал может быть выделен из его смеси с этим шумом при достаточно длительном наблюдении за процессом. Отраженный сигнал может быть в тысячи, если не в миллионы раз меньше собственных шумов радиоприемных устройств РЛС.

Построение алгоритмов обработки радиолокационных сигналов напрямую связано со знанием статистических закономерностей смеси полезного сигнала, фоновых сигналов и собственного шума радиоприемного устройства. Чем более полными и достоверными знаниями располагает исследователь, тем эффективнее работает алгоритм, тем меньшими можно сделать вероятности ложных решений. Именно поэтому так много внимания уделяется разработке различных теоретических моделей и экспериментальным исследованиям по определению этих закономерностей.

2.1.7 Пути повышения точностных характеристик

Следующей важной проблемой, стоящей перед радиолокацией, является обеспечение точности измерения основных параметров и характеристик отраженных радиосигналов, позволяющих определять пространственные координаты и скорость радиолокационной цели, а также расстояние до этой цели.

Обнаружение радиолокационных целей, как уже говорилось, зависит исключительно от энергии отраженного сигнала и не зависит от его вида и формы. Точность же измерения параметров и характеристик принимаемых сигналов зависит не только от их энергии, но и от формы зондирующего сигнала. Из общей теории следует, что для того чтобы обеспечить высокоточное определение дальности и скорости радиолокационной цели, излучаемый сигнал должен иметь как можно большую длительность во времени и иметь как можно более широкий спектр. (Последнее означает требование сложности формы сигнала, его как бы наибольшее отличие от самого простого радиолокационного сигнала, каковым является обычная синусоида.) Таким требованиям удовлетворяют так называемые сложные сигналы, к которым относятся линейно-частотно-модулированные сигналы, сигналы с фазовой манипуляцией, шумоподобные сигналы и ряд других. Формированию и применению таких сигналов посвящены специальные разделы радиолокации. Невозможность изложения всех проблем радиолокации в одной статье не позволяет более подробно остановиться на этом вопросе. Следует обратить внимание на парадоксальный вывод, что наилучшим по критерию точности одновременного измерения дальности до цели и ее скорости является идеальный шумовой сигнал.

2.2 Эксплуатационные и технические характеристики импульсной РЛС

Каждый тип РЛС имеет определенные эксплуатационные и технические характеристики. Эксплуатационные характеристики или параметры характеризуют способность РЛС выполнять те или иные навигационные задачи.

Главными эксплуатационными параметрами судовой РЛС являются: максимальная дальность, минимальная дальность, мертвая зона, разрешающая способность и точность измерения параметров движения и координат объекта.

2.2.1 Максимальная дальность

Максимальная дальность действия РЛС зависит от ряда факторов, главные из которых: направленность антенны, мощность и длительность импульса, чувствительность приемного устройства, форма, размеры и отражающие свойства объекта, длина волны РЛС и состояние атмосферы.

Основная формула радиолокации:

(3)

где: Dmax - дальность действия радиолокатора; Pи - излучаемая мощность; Ga - коэффициент направленного действия антенны; S0 - эффективная поверхность рассеяния; А0 - эффективная площадь антенны; Pпр - мощность отраженного сигнала.

Дальность действия РЛС в свободном пространстве

Дальность действия радиолокационной станции определяется максимальным расстоянием между радиолокатором и объектом, который должна обнаружить РЛС. Обнаружением называется процесс принятия решения о наличии или отсутствии радиолокационных сигналов в условиях помех.

При обнаружении могут возникать следующие ситуации: при условии, что сигнал есть фактически, решение о наличии сигнала является правильным обнаружением, а решение об отсутствии сигнала -- пропуском объекта или цели.

Если сигнала фактически нет, то решение, что сигнал отсутствует, является правильным необнаружением, а решение о наличии сигнала - ложной тревогой. Значит, пропуск сигнала и ложная тревога являются ошибочными решениями при обнаружении. Поскольку результаты обнаружения радиолокационных сигналов на фоне помех носят вероятностный характер, то возможность возникновения тех или иных ситуаций принято характеризовать вероятностями правильных и ошибочных решений. В соответствии с этим различают: вероятность правильного обнаружения -- спо; вероятность правильного необнаружения -- спн; вероятность пропуска сигнала -- спс и вероятность ложной тревоги -- слт.

Правильное обнаружение и пропуск сигнала, при наличии сигнала, образуют группу несовместных событий. Поэтому сумма вероятностей этих событий равна единице:

l= спо + спс

Аналогично правильное необнаружение при отсутствии сигнала и ложная тревога составляют полную группу несовместных событий, тогда

спн + слт =1

В соответствии с этим дальностью действия радиолокатора называют максимальное расстояние между РЛС и объектом, на котором обнаружение отраженных сигналов производится с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги.

Дальность действия радиолокационной станции зависит, в первую очередь, от параметров станции и отражающего объекта. Кроме того, на дальность действия оказывают влияние отражение радиоволн от земной или водной поверхности и состояние атмосферы. Дальность действия, определяемая параметрами станции и объекта без учета влияния земной (водной) поверхности и атмосферы, называется дальностью действия радиолокационной станции в свободном пространстве.

Дальность действия РЛС зависит от длительности импульса, импульсной мощности, типа отражающего объекта и от коэффициента направленности антенны. Прием последний фактор имеет наибольшее влияние. Например, для увеличения дальности действия в 2 раза мощность передатчика или чувствительность приемника должны быть увеличены в 16 раз; увеличение направленности антенны в 16 раз увеличивает дальность действия РЛС в 4 раза.

Влияние водной (земной) поверхности на дальность действия РЛС

Водная или земная поверхность изменяет полученные данные о дальности действия радиолокатора вследствие отражения электромагнитных волн от земли или воды, а также вследствие сферичности земли, ограничивающей дальность радиолокационного наблюдения. Также на дальность радиолокационного обнаружения влияет кривизна земной поверхности. Дальность распространения ультракоротких волн ограничивается, в первом приближении, дальностью видимости (оптическим горизонтом), которая применительно к РЛС равна

D=2,0(vh1+vh2), (4)

где D - дальность видимости, мили; h1 - высота антенны РЛС, м; h2 - высота объекта, м.

В связи с прямолинейным распространением ультракоротких волн кривизна земной поверхности, кроме того, как бы уменьшает высоту расположения антенны и высоту объекта над землёй.

Влияние атмосферы и взволнованной морской поверхности на дальность радиолокационного наблюдения

Электромагнитные волны радиолокационного диапазона распространяются в нижних слоях атмосферы - тропосфере. Влияние тропосферы сказывается в том, что, во-первых, из-за влияния атмосферной рефракции радиолуч отклоняется от прямолинейного направления и распространяется по криволинейным траекториям; во-вторых, происходит поглощение и рассеяние электромагнитной энергии в тропосфере, особенно в миллиметровом и сантиметровом диапазонах волн. Атмосферная рефракция обусловлена тем, что давление, температура и влажность воздуха медленно убывают с высотой. Это, в свою очередь, уменьшает диэлектрическую проницаемость воздуха и, следовательно, вызывает увеличение, скорости распространения радиоволн с ростом высоты. Из-за этого траектории радиолучей искривляются в направлении земной поверхности. Следовательно, рефракция увеличивает дальность действия РЛС, так как для данной высоты антенны и объекта увеличивается предельное расстояние, на которое будут распространяться радиоволны.

В так называемой стандартной атмосфере, имеющей место при температуре 15°С на уровне моря, равномерном падении температуры с высотой на 0,0065 град/м и постоянной влажностью на различных высотах, наблюдается нормальная атмосферная рефракция. При этом дальность радиолокационного горизонта увеличивается относительно дальности оптической видимости и составляет

D=2,2(vh1+vh2), (5)

где D - дальность видимости, мили; h1 - высота антенны РЛС, м; h2 - высота объекта, м.

Если в атмосфере возникают условия, при которых с увеличением высоты температура воздуха понижается (температурная инверсия), или влажность резко убывает, то изгиб траектории радиолучей сильно искривляется и становится равным кривизне земной поверхности или даже меньше ее. В этом случае радиоволны будут распространяться вдоль земли, т.е. возникает явление сверхрефракции. Благодаря сверхрефракции дальность действия РЛС может значительно возрасти.

Потери в атмосфере обусловлены в основном поглощением энергии в кислороде и парах воды. Поглощением энергии на волнах длиннее 10 см можно пренебречь. Затухание радиоволн в тропосфере происходит из-за поглощения и рассеяния электромагнитной энергии газами атмосферы, гидрометеорами (дождь, туман и пр.), частицами пыли и т. п. Это явление особенно проявляется на волнах короче 10 см и оказывает заметное влияние на дальность действия РЛС. Затухание радиоволн, вызываемое гидрометеорами, происходит по двум причинам. Во-первых, капельки воды являются несовершенным диэлектриком, вследствие чего возбуждаемый в них высокочастотный ток вызывает тепловые потери. Во-вторых, при значительных размерах водяных капель происходит отражение и рассеяние энергии от капель. Это уменьшает плотность мощности у объектов.

Затухание радиоволн от тумана и дождя сильно зависит от длины волны и особенно значительным оно будет для волн миллиметрового и сантиметрового диапазонов. На волнах длиннее 10 см затухание, вызываемое дождем и туманом, незначительно. Поглощение энергии градом и снегом значительно меньше, чем дождем, и поэтому его влияние обычно не учитывают. Поверхность моря можно представить состоящим из большого числа отдельных отражателей, рассеивающих подающую на них энергию независимо друг от друга. Следовательно, мощность мешающих отраженных сигналов от участков морской поверхности изменяется обратно пропорционально не четвертой, а третьей степени дальности. Эту особенность можно объяснить тем, что в данном случае сигналы отражаются от поверхности, величина которой увеличивается с расстоянием.

В общем случае интенсивность сигналов, отраженных от морской поверхности, зависит от длины волны РЛС, угла скольжения луча антенны, состояния моря, силы ветра. Отраженные мешающие сигналы ухудшают обнаружение и уменьшают дальность радиолокационного наблюдения низкорасположенных надводных объектов. С укорочением длины волны и увеличением волнения моря дальность обнаружения D низкорасположенных надводных объектов уменьшается, особенно на малых расстояниях. С увеличением дальности влияние взволнованной морской поверхности сказывается меньше.

2.2.2 Минимальная дальность

Минимальная дальность РЛС определяется длительностью зондирующего импульса, временем восстановления чувствительности приемника, включая инерционность антенного переключателя при переходе из режима передачи в режим приема, а также зависит от высоты установки антенны и ширины диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости. Пока происходит излучение зондирующего импульса, антенна отключена от приёмника. Интервал времени, в течении которого длится зондирующий импульс, соответствует расстоянию Dmin(фи)=150фи. Кроме того, требуется ещё некоторое время на восстановление чувствительности приемника, и необходимо некоторое время на срабатывание антенного переключателя. Тогда Dmin(фи)=300фи. Значит, минимальная дальность уменьшается с укорочением длительности импульсов. Приложение 5 (Рис. 2).

Кроме длительности импульсов на величину минимальной дальности РЛС оказывает влияние так называемая мертвая зона станции, зависящая от высоты установки антенны и ширины диаграммы направленности в вертикальной плоскости. Величина мертвой зоны равна Dмз=h/(tgи/2), где h-высота установки антенны; и-ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости. Таким образом, даже при очень малых значениях длительности импульса минимальная дальность может оказаться большой за счет увеличения мертвой зоны РЛС. Реально у судовых РЛС мертвая зона находится в пределах до 0,5 кбт (50-100 м) за счет боковых лепестков, но она будет не меньше сфи/2.

Разрешающая способность РЛС характеризует возможность раздельного наблюдения и определения координат нескольких объектов, расположенных на определенном расстоянии друг от друга. Различают разрешающую способность по дальности или расстоянию и по углу или направлению.

2.2.3 Разрешающая способность по дальности

Разрешающая способность по дальности численно оценивается расстоянием ДR между двумя раздельно наблюдаемыми точечными объектами, расположенными в створе с РЛС. Пусть в направлении зондирующего импульса находятся два точечных объекта 1,2 на расстоянии r друг от друга. Раздельный прием отраженных сигналов от этих объектов возможен только при условии, что отражение от первого объекта закончится ранее, чем будет принят сигнал, отраженный от второго объекта. Поскольку отражение от первого объекта длится в течение длительности фи импульса, а сигнал от второго объекта запаздывает на время t=2r/c, то условием раздельного приема сигналов будет являться неравенство t>фи. Получаем (ct/2)>(cфи/2). Левая часть - расстояние между объектами r=(ct/2), а правая ДR=(cфи/2) называется разрешающим расстоянием РЛС. Следовательно, для раздельного приёма сигналов от первого и второго объектов необходимо, чтобы расстояние между ними было больше разрешающего расстояния, которое зависит от длительности импульса. Рассмотренное значение разрешающей способности по дальности является предельным, или потенциальным. На практике при приеме радиолокационных сигналов в условиях наличия помех, из-за дополнительного расширения импульсных сигналов в приемнике за счет конечных размеров пятна на экране реальная разрешающая способность будет всегда хуже, чем потенциальная. С увеличением измеряемого расстояния предельная разрешающая способность РЛС ухудшается. (Приложение 5.Рис.3).

2.2.4 Разрешающая способностью по направлению

Разрешающей способностью по направлению называется возможность раздельного обнаружения и определения координат нескольких точечных объектов 1, 2, расположенных на одинаковом расстоянии от РЛС, под углом б0. Если угол б0>0,7бг, где бг - ширина диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости по точкам половинной мощности, то отраженные сигналы от объектов 1, 2 будут приниматься раздельно. При б0<=0,7бг отраженные сигналы от обоих объектов будут приниматься одновременно и разрешение оказывается невозможным. (Приложение 5.Рис. 4). Величина 0,7бг называется потенциальным разрешающим углом РЛС. Чем меньше разрешающий угол, тем выше разрешающая способность РЛС по азимуту.

2.2.5 Теневые сектора

При установке РЛС на судне стремятся поместить антенну в таком месте и на такой высоте, чтобы различные предметы судовой аппаратуры не мешали обзору всего горизонта. Однако так установить антенну можно не на всех судах. В некоторых направлениях на пути распространения радиоволн могут встречаться препятствия: мачты, труба и т.п., которые затеняют всю вертикальную полезную ширину луча антенны. Т.к. металлические предметы непроницаемы для радиоволн сантиметрового диапазона, то пространство, находящееся непосредственно позади препятствия, окажется в тени. Влияние теневого сектора на обнаружение объектов, расположенных в створе с препятствием, зависит от их размеров по отношению к ширине сектора, а следовательно, от их удаления. На грузовом судне обычного типа с антенной, установленной над рубкой мостика, теневой сектор фок-мачты составляет 1…3?, а секторы от ближайших грузовых полумачт 5…10?. Наибольший теневой сектор (10…45?) создает труба. (Приложение 5.Рис. 5).

На рисунке представлены теневые сектора т/х «Дмитрий Пожарский». С левого борта теневой сектор в 7? создает металлическая конструкция, а с правого борта сектор в 17 ? создает мачта сигнальных огней. Фок-мачта не создает теневого сектора, а только уменьшает интенсивность луча и может снизить дальность обнаружения объектов.

Секторы нетрудно обнаружить: они хорошо видны на фоне засветки от волн. В штилевую погоду теневые секторы определяют с помощью небольшого катера или шлюпки. Схему расположения теневых секторов вывешивают в штурманской рубке.

Чтобы обнаружить суда и другие объекты, оказавшиеся в теневых секторах, нужно периодически на короткое время изменять курс на угол, равный наибольшему теневому сектору, расположенному в носовых курсовых углах.

2.2.6 Ложные эхо-сигналы

При чтении радиолокационного изображения наблюдатель сталкивается с появлением на экране различных ложных эхо-сигналов, мешающих радиолокационному наблюдению. Причинами их появления могут быть техническое несовершенство РЛС, физические явления, связанные с распространением радиоволн.

Вследствие несовершенства антенны не могут собирать всю энергию в один пучок, называемый главным лепестком. Часть энергии излучается и по боковым направлениям. Количество этой энергии невелико и составляет в хороших антеннах не более 5% всей излучаемой энергии. Эти дополнительные излучения называют боковыми лепестками. Эхо-сигналы, принятые боковыми лепестками антенны, появляются в виде нескольких изображений одного и того же объекта, расположенных по дуге окружности, радиус которой равен расстоянию до объекта.

Если объект находится достаточно близко к антенне и обладает хорошей отражающей способностью, то эхо-сигналы от боковых лепестков могут засветить экран РЛС. Эхо-сигнал от объекта, вызванный каждым боковым лепестком, появляется на экране в тот момент, когда этот боковой лепесток направлен на объект. Антенна в этот момент не направлена на объект, но эхо-сигнал от бокового лепестка появится на экране на пеленге антенны, указываемом направлением развертки. Очень часто такие эхо-сигналы образуют большие ярко светящиеся дуги, затрудняющие наблюдения. Такие ложные эхо-сигналы могут быть устранены уменьшением общего усиления и применением ВАРУ.

Непрямые эхо-сигналы появляются от реальных объектов, но в другом направлении, так как часть энергии, посылаемая антенной РЛС и отраженная какими-либо металлическими судовыми конструкциями, достигает объектов и отражается от них, в то время как развертка направлена в другую сторону. Отраженный сигнал тем же путем возвращается в антенну и создает засветку экрана в направлении судовой конструкции, расположенной на расстоянии, соответствующем истинной дальности до объекта.

Чаще всего ложные эхо-сигналы наблюдаются на теневых секторах, т.е. на постоянных КУ, независимо от КУ объекта. Вид ложных эхо-сигналов обычно не соответствует виду прямого эхо-сигнала от того же объекта. Если судно находится близко к постройкам, мостам и т.п., от них могут получаться ложные эхо-сигналы точно так же, как и от частей судна. Это обычно бывает при плавании в узкости.

2.2.7 Точность измерения координат

Точность измерения координат зависит от параметров радиолокационной станции. Например, ошибка в измерении расстояний от объектов, при прочих равных условиях, уменьшается с уменьшением длительности импульсов. Ошибка в определении направления на тот или иной объект будет тем меньше, чем более узкой будет диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости.

Также точность измерения координат, как и всякий процесс измерения, зависит от ошибок измерения. Ошибки разделяются на систематические и случайные. Систематическими называются ошибки, повторяющиеся по величине и знаку от одного измерения к другому. Систематические ошибки могут быть определены экспериментально или расчетным путем и учтены в виде поправок с помощью таблиц и графиков.

Случайными являются ошибки, величина и знак которых изменяются от одного измерения к другому. Их точно предвидеть и учесть нельзя.

Эти ошибки представляют собой случайные отклонения результатов измерений от истинного значения измеряемой величины. В отличие от систематических случайные ошибки учесть невозможно, поэтому они определяют в основном точность измерения координат. Случайные ошибки подразделяются на среднеквадратичные, срединные, или вероятные, и максимальные. Оценка точности измерения координат, указываемая в паспорте РЛС, обычно характеризуется средневзвешенным; значением срединой (вероятной) ошибки.

Точность определения дальности зависит от точности: времени запаздывания отраженного сигнала относительно зондирующего, ошибок из-за наличия неучтенных задержек сигнала в трактах передатчика, приемника и индикатора, от случайных ошибок измерения дальности в индикаторных устройствах, от влияния помех.

Срединная (вероятная) ошибка измерения дальности в навигационных РЛС находится обычно в пределах 1% на шкалах дальности до 8 миль и 0,5% на шкалах выше 16 миль.

Точность измерения угловых координат зависит: от ширины диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости, от уровня помех, от согласованности угла передачи поворота антенны и линии развертки на индикаторе и пр.

Принимаемые отраженные сигналы наблюдаются на экране индикатора одновременно с различными помехами и, в первую очередь, собственными шумами приемника. Чтобы объект был обнаружен, отраженный сигнал от объекта необходимо выделить на экране на фоне шумов, состоящих при яркостной отметке из большого количества светящихся точек различной яркости и формы (зернистый фон). Наблюдаемость зависит как от параметров РЛС, так и от внешних причин (чувствительности зрения оператора, цвета свечения экрана, внешнего освещения).

Параметрами РЛС, которые особенно влияют на наблюдаемость сигналов на экране индикатора, являются: скорость обзора пространства, частота следования импульсов, длительность импульсов, ширина полосы пропускания приемника, яркость изображения, послесвечение экрана, качество фокусировки электронного луча, ширина диаграммы направленности антенны, усиление приемника.

При увеличении скорости вращения антенны (скорости обзора) количество принимаемых отраженных импульсов от объектов уменьшается, поэтому с увеличением скорости обзора наблюдаемость будет ухудшаться.

На наблюдаемость сигналов на фоне шумов большое влияние оказывает эффект интегрирования или усреднения изображения на экране индикатора, вызываемый инерционностью зрения наблюдателя, послесвечением экрана ЭЛТ и наложением нескольких рабочих ходов развертки, следующих с частотой следования зондирующих импульсов, на одну и ту же точку (место) экрана. Шумовые светящиеся точки будут распределяться хаотически, поэтому с увеличением частоты следования импульсов до определенной величины (1000-- 2000 им/с) наблюдаемость сигналов будет улучшаться.

Влияние длительности импульсов обусловлено тем, что с увеличением длительности импульса расширяется отметка объекта на экране индикатора и сужается полоса спектра сигнала, отчего уменьшается мощность шумов. Наблюдаемость сигналов в этом случае будет увеличиваться.

При расширении диаграммы направленности антенны увеличивается число отраженных импульсов и увеличиваются размеры отметки объекта на экране ЭЛТ, приобретая более выраженный дугообразный характер. При этом повышается контрастность изображения сигнала на шумовом фоне.

Увеличение послесвечения и яркости изображения на экране повышает наблюдаемость, поскольку в этом случае запоминающие свойства экрана и интегрируются большее число импульсов.

Фокусировка электронного луча влияет на размер диаметра пятна на экране. Ухудшение фокусировки, сопровождающееся увеличением диаметра пятна, ухудшает наблюдаемость, отметок, так как при этом уменьшается яркость отметки.

Усиление приемника влияет на амплитуду напряжения сигнала, поэтому для улучшения наблюдаемости рекомендуется работать при большем усилении приемника, если это не вызывает увеличений помех за счет отражения от взволнованной морской поверхности и пр.

На наблюдаемость сигналов оказывает также влияние расположение отметок на экране ЭЛТ. Наилучшая наблюдаемость имеет место когда отметка объекта располагается вблизи середины линии развертки. Это особенно сказывается на индикаторах с большим диаметром экрана. Приближение отметки к центру экрана уменьшает размеры отметки, а чрезмерное удаление от центра ослабляет яркость сигналов вследствие повышения линейной скорости перемещения крайних точек линии развертки.

Однако, если учесть повышение угловой разрешающей способности РЛС и увеличение протяженности отметки, то оказывается целесообразным так выбирать масштаб шкалы дальности индикатора, чтобы отметки от объектов на экране располагались не менее чем на половине радиуса экрана.

Основными техническими характеристиками, или параметрами судовой РЛС импульсного типа являются: длина волны, частота следования и длительность импульсов, мощность РЛС, чувствительность и полоса пропускания приемника, направленность антенны и пр. Длина волны судовой РЛС выбирается исходя из требований: обеспечить работу импульсами малой дальности; получить минимальную ширину диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости без увеличения размеров антенны; обеспечить обнаружение не только больших, но и малых низкорасположенных надводных объектов; получить заданную дальность действия и пр.

Наибольшее распространение получили судовые навигационные РЛС, работающие на волне л=3,2 см. Применение этой длины волны позволяет получить импульсы длительностью до 0,1-0,05 мкс, выполнить задачу обнаружения низкорасположенных малых надводных объектов, сравнительно уменьшить влияние метеорологических факторов на дальность действия РЛС.

При необходимости повысить дальность радиолокационного наблюдения и избавиться от мешающих отражений от дождевых капель, низких облаков и пр. используют РЛС, работающие на волне 10 см. При этом из-за расширения диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости до 2-3? и увеличении длительности импульса до 1 мкс разрешающая способность РЛС по дальности и угловым координатам ухудшается и снижается точность определения координат.

Береговые станции и СУДС используют станции мм диапазона для увеличения чёткости радиолокационной картины. Наибольшее распространение получила береговая радиолокационная станция миллиметрового диапазона «Балтика-Б».

Основные особенности станции:

· Повышенная информативность радиолокационного изображения;

· Возможность оценки ракурса и линейных размеров судна с наибольшей степенью доверенности и в кратчайшие сроки;

· Оперативность оценки ситуации и динамики её развития;

· Малые масса, габариты и энергопотребление, что значительно упрощает установку внутри портов;

· Обработка и отображение информации реализуется на базе персонального компьютера с использованием цветных мониторов ультра высокого разрешения;

· Обеспечивается возможность регистрации звуковой и радиолокационной информации не менее чем за 3 суток;

· Антенное приёмо-передающее устройство (АППУ) выполнено в виде моноблока;

· Вращение антенны обеспечивается безредукторным приводом.

Основные преимущества РЛС заключаются в использовании 8-мм диапазона, в применении современной элементной базы и цифровой обработки информации. Серийные образцы «Балтика-Б» установлены в СУДС портов Санкт-Петербург, Мурманск и Владивосток.

2.2.8 Погрешности датчиков информации

Значения погрешностей основываются на следующих значениях погрешностей датчиков информации, характеристики которых соответствуют требованиям ИМО для судового навигационного оборудования.

Обозначение: у (сигма) - среднеквадратическое отклонение. Для расчета с вероятностью 95% надо взять 2у

Радиолокационная станция:

a) за счет флюктуаций центра отражения цели (для судна длиной 200 м.)

вдоль длины цели у =30 м;

вдоль наибольшей ширины цели у =1 м;

за счет бортовой и килевой качки

погрешность пеленга с максимальным значением на курсовых углах цели 45, 135, 225, 315. И равная нулю на курсовых углах 0, 90, 180, 270 , изменяющаяся синусоидально с удвоенной частотой качки. Для качки 10 градусов среднее значение этой погрешности равно 0,22є. С наложением синусоидальной погрешности с амплитудой 0,22є;

за счет формы главного лепестка

среднеквадратическая погрешность в определении пеленга, равная 0,05є (при нормальном распределении);

за счет формы зондирующего импульса

среднеквадратическая погрешность в определении дальности, равная 20 м (при нормальном распределении);

за счет люфта антенны

максимальная погрешность в определении пеленга, равная 0,05° (при равномерном распределении);

за счет квантования

максимальные погрешности в определении пеленга и дальности, равные 0,1°. И 0,01 мили соответственно (при равномерном распределении).

Если устройства кодирования связано с сельсином, среднеквадратическая погрешность в определении пеленга не превышает 0,3°. При нормальном распределении.

Гирокомпас.

Остаточная установившаяся погрешность не превышает 0,5є, среднеквадратическое значение случайной погрешности составляет 0,12є. При нормальном распределении.

Лаг.

Остаточная постоянная погрешность калибровки не превышает 0,5 узла, среднеквадратическое значение случайной погрешности составляет 0,07 уз., при нормальном распределении.

2.3 Сущность и принцип работы САРП

Средства автоматической радиолокационной прокладки (САРП)- это радиолокационно-вычислительные системы, обеспечивающие автоматическое сопровождение эхо-сигналов заданных целей, первичную и вторичную обработку радиолокационной информации, выдачу судоводителю всех данных, необходимых для непрерывной, точной и быстрой оценки навигационной ситуации и решения задач обеспечения радиолокационной безопасности.

2.3.1 Дискретизация радиолокационного сигнала. Теорема Котельникова

Непрерывные сигналы описываются непрерывными функциями времени. Мгновенные значения таких сигналов изменяются во времени плавно, без резких скачков (разрывов). Пример временной диаграммы непрерывного сигнала приведен на первом из рисунков. Сигналы, временные диаграммы которых изображены на втором и следующих за ним рисунках, не являются непрерывными, поскольку их мгновенные значения в некоторые моменты времени изменяются скачками. Многие реальные сигналы являются непрерывными. К таковым можно отнести, например, электрические сигналы при передаче речи, музыки, многих изображений, и, наконец, радиолокационные сигналы.

Рисунок 6 - График реализации телеграфного сигнала

Рис. 6 а)

Рис. 6 б)

Рис. 6 в)

Рис. 6 г)

Пояснение к рисунку: Дискретизация, квантование непрерывного сигнала: а - непрерывный сигнал; б - дискретный по времени (импульсный) сигнал; в - дискретный по времени и по значениям (цифровой) сигнал; г - ошибка квантования

Сигналы с дискретным временем

Их можно получить из непрерывных, выполняя над последними специальное преобразование, называемое дискретизацией по времени. Смысл этих преобразований проиллюстрируем с помощью временных диаграмм. Будем считать, что можно измерить мгновенные значения сигнала u(t) в моменты времени Дt, 2Дt, 3Дt…; Дt называют интервалом дискретизации по времени. Измеряемые значения u(Дt), u(2Дt), u(3Дt) отмечены на рис.6а точками. По этим значениям можно сформировать последовательность коротких прямоугольных импульсов, длительность которых одинакова и меньше интервала дискретизации Дt, а амплитуды равны измеренным значениям сигнала u(t). Последовательность таких прямоугольных импульсов изображена на рис.6 б и часто называется импульсным сигналом или сигналом с дискретным временем. Такой сигнал будет обозначен символом uД(t). Отметим, что шаг дискретизации по времени здесь постоянен и равен Dt, а амплитуда каждого импульса равна мгновенному значению сигнала u(t) в соответствующий момент времени. Поскольку непрерывный сигнал u(t) в выделенные моменты времени может принимать любые значения, то и амплитуды импульсов импульсного сигнала, полученного из непрерывного путем дискретизации по времени, также могут принимать любые значения: На рис.6 б значения амплитуд импульсов указаны с точностью лишь до одного десятичного знака после запятой. Для точного указания значения амплитуд импульсов может потребоваться неограниченное число десятичных знаков после запятой, т.е., значения амплитуд импульсов заполняют непрерывно некоторый интервал. Поэтому амплитуды импульсов сигнала uД(t) иногда называют непрерывными величинами.

Цифровые сигналы

Как будет показано в дальнейшем, при передаче импульсных сигналов в электросвязи часто применяют специальное преобразование, состоящее в следующем. Предположим, что при передаче каждый импульс может иметь амплитуду лишь с разрешенным значением. Число разрешенных значений амплитуд импульсов конечно и задано. Например, на рис.6в разрешенные значения амплитуд пронумерованы цифрами 1, 2, 3, …; величина Дu равна разности между любыми двумя соседними разрешенными значениями амплитуд. Если истинное значение амплитуды импульса сигнала uД(t), подлежащее передаче, попадает между разрешенными значениями, то амплитуду передаваемого импульса принимают равной разрешенному значению, являющемуся ближайшим к истинному. Такое преобразование называют квантованием, совокупность разрешенных значений амплитуд передаваемых импульсов называют шкалой квантования, а интервал Дu между соседними разрешенными значениями - шагом квантования. Например, на рис. 6в разрешенные значения амплитуд импульсов приняты равными целым числам 0; 1; 2; 3 и образуют равномерную шкалу квантования, которая может быть продолжена и на область отрицательных значений сигнала u(t); при этом шаг квантования Дu=1.

Последовательность импульсов, полученная в результате квантования импульсов сигнала uД(t), также является импульсным сигналом, для которого введем обозначения uц(t). Особенность этого сигнала состоит в том, что амплитуды импульсов теперь имеют только разрешенные значения и могут быть представлены десятичными цифрами с конечным числом разрядов. Такие сигналы называют дискретными или цифровыми. Квантование приводит к ошибке квантования e(t) = uц(t) - uД(t). На рис.6г приведен пример временной диаграммы ошибки е(t). Передача цифрового сигнала uц(t) вместо сигнала uД(t) фактически эквивалентна передаче импульсного сигнала uД(t) с предварительно наложенным на него сигналом ошибки е(t), который в этом случае может рассматриваться как помеха. Поэтому е(t) часто называют помехой квантования или шумом квантования.

Теорема Котельникова

Поскольку дискретные сигналы широко используют в настоящее время при передаче сообщений, а многие реальные сигналы являются непрерывными, то важно знать: можно ли непрерывные сигналы представлять с помощью дискретных; можно ли указать условия, при которых такое представление оказывается точным. Ответы на эти вопросы дает доказанная в 1933 г. советским ученым В.А. Котельниковым теорема, являющаяся одним из фундаментальных результатов теоретической радиотехники. Эта теорема формулируется следующим образом: если непрерывный сигнал u(t) имеет ограниченный спектр и наивысшая частота в спектре меньше, чем fв герц, то сигнал u(t) полностью определяется последовательностью своих мгновенных значений в дискретные моменты времени, отстоящие друг от друга не более чем на 1/(2fв) секунд.

Смысл теоремы Котельникова поясним с помощью временных диаграмм, приведенных на рисунке 6а. Пусть это будет часть временной диаграммы сигнала u(t) с ограниченным спектром и с верхней граничной частотой fв. Если интервал дискретизации Дt<2 fв, то в теореме утверждается, что по значениям u(Дt), u(2Дt), u(3Дt),… можно определить точное значение сигнала u(t) для любого заданного момента времени t, находящегося между моментами отсчета. В соответствии с этой теоремой сигнал с ограниченным спектром и верхней частотой wв<=wД/2 можно представить рядом

, (6)

где u(nДt), n=…-1, 0, +1,… - отсчеты мгновенных значений сигнала и(t), wД = 2fД , fД=ЅДt - частота дискретизации по времени.

Ряд 6 имеет бесконечное число слагаемых, так что для вычисления значения сигнала u(t) в момент времени t необходимо знать значения всех отсчетов и(nДt), n=…-1, 0, +1, … как до, так и после указанного момента t. Точное равенство в (6) достигается, только когда учитываются все слагаемые; если ограничиться конечным числом слагаемых в правой части (6), то их сумма даст лишь приближенное значение сигнала u(t).

Представление сигнала u(t) рядом (6) иллюстрируется с помощью следующего рисунка, на котором изображены временные диаграммы сигнала u(t) и трех слагаемых ряда (6).

Рис.7. Представление сигнала с ограниченным спектром рядом Котельникова

Таким образом, теорема Котельникова указывает условия, при которых непрерывный сигнал может быть точно восстановлен по соответствующему ему сигналу с дискретным временем. Реальные непрерывные сигналы, подлежащие передаче, как правило, имеют спектры хотя и довольно быстро стремящиеся к нулю с ростом частоты, но все же неограниченные. Такие сигналы могут быть восстановлены по своим дискретным отсчетам лишь приближенно. Однако, выбирая шаг дискретизации Дt достаточно малый, можно обеспечить пренебрежимо малое значение ошибки восстановления непрерывного сигнала по его переданным отсчетам в дискретные моменты времени.

2.3.2 Обработка радиолокационной информации и перевод ее в цифровую

Цифровая обработка радиолокационной информации является мощным средством автоматизации управления движением. Поэтому автоматизированные системы управления движением активно внедряются в практику работы. Использование цифровых принципов обработки радиолокационной информации позволяет эффективно использовать современную элементную базу - интегральные микросхемы высокой степени интеграции, микропроцессоры.

Из приемного тракта РЛС информация о координатах поступает на устройство первичной обработки, где кодируется, обрабатывается и передается на вход ЭВМ вторичной обработки. Вычислительная машина вторичной обработки производит вычисление параметров траекторий, их “завязку”, а также сглаживание и экстраполяцию координат.

Устройство первичной обработки является устройством сопряжения РЛС с ЭВМ, т.е. преобразователем информации о цели в стандартные сообщения применительно к конкретной ЭВМ. Кроме того, устройство первичной обработки должно отсеивать помехи и выделять полезные сигналы, а также измерять координаты целей.

Как известно, оптимальной процедурой обработки при обнаружении импульсных радиосигналов, является их накопление в течение времени нахождения цели в луче диаграммы направленности антенны.

Аналоговые накопители - потенциалоскопы и ультразвуковые линии задержки - технически и эксплуатационно сложны.

Цифровые накопители значительно проще, программа их работы без труда может меняться. Идеи цифрового накопления применительно к РЛС известны с конца пятидесятых - начала шестидесятых годов, однако их практическая реализация оказалась возможной только в настоящее время на основе современной микроэлектронной базы.

Для цифровой обработки радиолокационных сигналов необходимо преобразовать их, как всякие аналоговые сигналы, в дискретную форму. Структурная схема устройства дискретизации (квантования) приведена на нижеследующем рис. 8.

Рис. 8

Аналоговый сигнал с выхода приемника РЛС поступает на аналоговый ключ К, который открывается короткими импульсами, формируемыми генератором импульсов дискретизации ГИД. Мгновенное значение входного напряжения в момент дискретизации запоминается аналоговым запоминающим устройством АЗУ. В простейшем случае ключ АЗУ - это последовательно соединенные диодный или транзисторный ключевой каскад и запоминающий конденсатор. Входное сопротивление аналого-цифрового преобразователя АЦП должно быть большим для того, чтобы напряжение на выходе АЗУ уменьшалось незначительно за период дискретизации. АЦП преобразует ступенчатое 'напряжение с выхода АЗУ в цифровой код. Большое распространение получили АЦП с двумя уровнями квантования: 0 и 1, однако в настоящее время активно совершенствуются методы обработки радиолокационной информации с многозарядным АЦП.

Частоту дискретизации выбирают в соответствии с теоремой Котельникова, и она должна быть, по крайне мере, на порядок больше частоты зондирующих импульсов. Сигнал, отраженный от цели (Эхо-сигнал), на выходе приемника РЛС представляет собой пачку видеоимпульсов, частота которых, без учета эффекта Доплера, равна частоте зондирующих импульсов, а огибающая определяется формой диаграммы направленности антенны. Это значит, что сначала амплитуда импульсов нарастает, доходит до максимума при совпадении оси диаграммы направленности с направлением на цель. После прохождения максимума амплитуда импульсов снова уменьшается до нуля. Таким образом, в начале и в конце пачки при бинарном квантовании возможно либо исчезновение импульсных единиц, либо появление ложных. Это объясняется влиянием шума, особенно на предельных дальностях.

Обработку квантованных сигналов (пачек), в процессе которой используется вся информация о пачке, в том числе и от огибающей, принято называть квазиоптимальной. Наиболее эффективна квазиоптимальная обработка пачки импульсов с помощью симметричной весовой функции. Алгоритм квазиоптимального обнаружения пачки бинарно квантованных сигналов с весовой обработкой основывается на вычислении функции правдоподобия и выглядит следующим образом:

(7)

где Х - последовательность нулей и единиц на выходе бинарного квантизатора (дискретизатора);

Т- количество импульсов в пачке;

n- весовой коэффициент , учитывающий ожидаемые вероятности появления нуля или единицы в позиции . Огибающая последовательности этих коэффициентов соответствует диаграмме направленности антенны РЛС;

Z - порог обнаружения.

Таким образом, процедура заключается в суммировании произведений Х * n; в пределах всей пачки и сравнении с порогом, т.е. в состав аппаратуры должен входить цифровой перемножитель. Однако, поскольку используется бинарное квантование, то величина Х может принимать только значение 0 или 1. Поэтому операция перемножения вырождается в операцию суммирования.

Рис.9

Работает устройство ( рис.9) следующим образом, С выхода квантизатора Кв под действием генератора импульсов дискретизации ГИД поступают последовательно нули или единицы в сдвиговой регистр СР. Емкость СР должна быть равна числу импульсов в пачке или несколько меньше этого числа, с учетом, что импульсы на краях пачки могут исчезать.

Сигналы с каждого разряда СР должны взвешиваться в соответствии со значением весовых коэффициентов, которые рассчитываются заранее и хранятся в регистрах памяти РП. Генератор синхроимпульсов ГСИ выдает пачку из N импульсов на каждый импульс ГИД. Период импульсов ГСИ должен быть больше, чем время, затрачиваемое на суммирование и переходные процессы.

Допустим, в первом разряде СР записана единица. Тогда при поступлении первого синхроимпульса весовой коэффициент, хранимый в РП1, будет перенесен в сумматор. Следующий импульс ГСИ будет воздействовать на схему совпадения И2, однако содержимое РП2 занесено в сумматор не будет, т.к. во втором разряде СР в этот момент записан нуль. Аналогичные действия произойдут с остальными разрядами. Когда будут опрошены все разряды, то с выхода квантизатора поступит единица (или нуль), соответствующие информации с выхода приемника РЛС. Подобные суммирования коэффициентов, хранимых в регистрах памяти, производятся для каждого сдвигового импульса. После суммирования (незадолго до поступления очередного импульса сдвига) накопленная сумма SN с помощью триггера Т2 и схемы совпадения И через схему ИЛИ2 переносится в схему сравнения кодов ССК, где сравнивается с пороговой величиной S0. Если SN > S0, то начинается сравнение SN с предыдущим значением SIN, которое хранится в регистре промежуточной памяти РПП.

Если SN > SI N,, то SN переносится в РПП и процесс продолжается. Если SN < SI N, то выдается выходной сигнал, который с точностью до интервала дискретизации соответствует центру обнаруженной пачки.

Весовая обработка позволяет точно определить центр пачки, однако аппаратурно реализуется достаточно сложно. С целью упрощения аппаратуры можно считать пачку прямоугольной. В этом случае единственный признак, по которому можно отличить область пачки от области помех, увеличение плотности единиц в области цели. Основной проблемой при этом является фиксация границ пачки. Для этого существует ряд критериев, в соответствии с которыми определяют принадлежность отдельных импульсов к одной и той же пачке. Наиболее широко распространен критерий обнаружения, который состоит в принятии решения о появлении пачки в случае, если появляется m единиц на n смежных позициях. Конец пачки наиболее часто фиксируется по наличию серии из К нулей. Если К мало, то велика вероятность 'расщепления' цели или даже ее потери, т.к. на внутренних позициях пачки допустимы пропуски одного или нескольких импульсов (единиц). Для корректного выбора К необходима априорная информация о характере распределения нулей и единиц в реальном сигнале.

Устройства для безвесовой обработки представляют собой логические структуры, которые изучаются в теории цифровых автоматов.

Рассмотрим для примера логический синтез цифрового автомата, обнаруживающего пачку при появлении 2-х единиц на 3-х смежных позициях, а конец пачки - по серии из 2-х нулей.

В таблице приведены все комбинации xi, которые могут возникнуть в 3-х смежных позициях. Видно, что событие Pi=1, удовлетворяющее принятому критерию, выполняется для 4,6,7 и 8 комбинаций. Таким образом, логическая формула, определяющая условие обнаружения следующая:

(8)

После минимизации этого выражения известными методами получим

(9)

Условие фиксации конца (10)

Вторичная обработка радиолокационной информации состоит в автоматизированном определении характеристик траекторий целей (курс цели, скорость и т.д.). Чтобы принять решение о наличии цели и определить параметры ее траектории, необходимо проанализировать информацию, полученную за несколько обзоров. Такой анализ производится ЭВМ по соответствующим алгоритмам.

Процесс обнаружения цели (автозахват) может происходить следующим образом. Допустим, принят отраженный от цели сигнал, сформирована отметка X2 и измерены ее координаты. Порядок максимальной Vmax и минимальной Vmin скоростей воздушных объектов должен быть известен. Тогда можно сформировать кольцо, в которое может попасть цель при следующем обзоре (рис. 10).

Рис. 10

Здесь а0 - исходная отметка (центр кольца),

r1 = Vmin *Tоб,

r2 = Vmax *Tоб

(Tоб - время между двумя обзорами).

Такая операция называется стробированием. Если во втором обзоре отметка попала в строб, то по новым координатам легко рассчитать курс цели и ее скорость и сформировать очередной строб (более узкий, чем первый) вокруг ожидаемой точки нахождения цели в третьем обзоре и т.д. Такой процесс называется экстраполяцией. Если в точках а1 находилась групповая цель, а в точке аi+1 произошло ее разделение, то точка аr+1 считается началом очередной траектории. Экстраполированные значения координат (например, дальность) рассчитываются по формуле

(11)

Попадание цели в новый строб определяют из системы неравенств

, (12)

где Dиз, bиз - соответственно, измеренные значения дальности азимута; D, - полуширина строба по дальности и (азимуту в прямоугольных координатах.

В случае, если цель потеряна (размер строба оказался мал), - отметка от цели будет воспринята как начало новой траектории.

Автоматическое слежение за целью называют автосопровождением. Если цель 'увязана', т.е. идет уверенное сопровождение цели, то задача состоит в том, чтобы из нескольких новых отметок, полученных в очередном обзоре, выбрать ту, которая принадлежит сопровождаемой цели.

В некоторых работах вводится понятие третичной обработки. Речь идет о радиолокационных системах, содержащих несколько территориально разнесенных РЛС. Рабочие зоны таких РЛС перекрываются, поэтому одна и та же цель наблюдается различными РЛС под различными ракурсами. Обработка информации, поступающей со всех РЛС, позволяет значительно улучшить характеристики системы и, в первую очередь, помехоустойчивость.

Одним из весьма перспективных направлений цифровой обработки радиолокационной информации является применение быстрого преобразования Фурье.

2.3.3 Принципы автоматической обработки эхо-сигналов

В современных судовых радиолокационно-вычислительных системах производится автоматическая обработка сигналов, поступающих с выхода радиолокационного приёмника. Она выполняется в несколько последовательных этапов.

На первом осуществляется дискретизация и квантование сигналов, в результате чего непрерывные в некотором интервале сигналы на выходе приёмника разделяются по времени и квантуются по амплитуде. Напряжение видеосигнала с выхода детектора поступает на первый вход схемы временн?й дискретизации, а на её второй вход подаётся последовательность импульсов, вырабатываемых специальным генератором. С выхода временного дискретизатора снимается последовательность импульсов, амплитуды которых соответствуют огибающей входного видеосигнала, поступающая на вход схемы амплитудного квантования, где производится сравнение с заданным порогом. Квантование сигналов неизбежно сопряжено с частичной потерей информации. На втором этапе производится селектирование сигнала. Временной селектор пропускает импульсы, которые по своему положению соответствуют эхо-сигналам, поступающим из определённого участка зоны обзора. При ручном захвате объектов селектирование производится путём подведения визира или специального маркера к отметке объекта. В случае автоматического захвата в кольцевой или секторной зоне селектирование происходит в пределах специального охранного кольца или сектора, устанавливаемого на определённом расстоянии.

Задачей третьего этапа является автоматическое обнаружение сигнала. Соответствующий обнаружитель по определённому алгоритму обрабатывает поступающую последовательность двоично-квантованных импульсов и выдаёт решение о наличии или отсутствии сигнала в элементе разрешения РЛС. Как уже отмечалось, обработка квантованных сигналов всегда сопровождается потерями информации, то есть она является квазиоптимальной. Однако обработка радиолокационной информации цифровыми методами обладает и рядом важных преимуществ: высокой точностью и надёжностью выполнения арифметических операций при достаточном быстродействии, возможностями длительного накопления сигналов и оперативной перестройки параметров устройств. На четвёртом этапе обработки происходит опознавание сигналов. При его автоматической реализации применяются алгоритмы, различающие эхо-сигналы, создаваемые надводными объектами, от сигналов, отражённых от береговой линии и гидрометеообразований. На заключительном этапе на основе получения статистических оценок временного и углового положения производится определение координат и параметров движения надводных объектов.

2.3.4 Измерение навигационных параметров: дистанции, скорости и координат при автоматическом сопровождении целей

Параметры цели (дистанция и азимут) измеряются за время одного оборота антенны РЛС путём усреднения погрешностей параметров, полученных при обработке пачки импульсов, отражённых от цели. Измеренные параметры за время одного оборота антенны можно отнести к классу единичных измерений.

Дальнейшее уменьшение погрешностей измерений можно получить с помощью следящих систем за измеряемыми параметрами. После обработки параметров измерений дополнительно можно получить относительную скорость движения цели, курс и ракурс цели, можно также рассчитать дистанцию кратчайшего сближения Dкр и время кратчайшего сближения tкр. Следящие системы в современных РЛС реализованы программным методом и выполняют основные функции в САРП.

Постановка данной цели на слежение может формироваться в САРП автоматически или устанавливаться вручную оператором. Для захвата эхо-сигнала цели, появившегося на некотором участке дальности, необходимо вручную подвести к нему полустробы опорного напряжения. Для автоматического захвата положение полустробов с помощью специальной схемы плавно меняется во времени, пока не произойдёт звхват цели на сопровождение.

Современные САРП обеспечивают программную реализацию следящих систем с астатизмом второго порядка, то есть измеряют не только координаты цели, но и скорость движения цели. Алгоритм следящих систем построен в рекурентном виде и обеспечивает текущее слежение за координатами цели Xц, Yц и скоростями изменения координат цели хц,Х, хц,Y.

В установившемся режиме работы следящих систем любые последующие оценки координат и скоростей получаются из предыдущих и результатов текущих измерений изменения координат и скоростей по одному и тому же правилу обработки:

(13)

В приведённых выше рекуррентных уравнениях параметры со звёздочкой представляют собой оценки измеряемых параметров за m или m-1 оборотов антенны, параметры без звёздочек - единичные измерения параметров за m-ый оборот антенны. Коэффициенты А, В называются коэффициентами сглаживания. Значения этих коэффициентов выбираются меньшими единицы. Чем меньше значения А и В, тем уже полоса пропускания замкнутой следящей системы и тем в большей степени снижаются погрешности измерений параметров. На выходе системы получаем текущее значение координаты и скорости изменения этой координаты

Погрешности измерений параметров на выходе следящих систем по сравнению с единичными измерениями уменьшаются примерно на порядок. Наименьшие погрешности имеют m-ые отсчёты, которые используются в последующих формулах (значки m опущены).

Относительная скорость движения цели вычисляется с помощью выражения

, (14)

где Дt - время одного оборота антенны РЛС

Относительный курсовой угол цели

(15)

Дистанция кратчайшего сближения

(16)

Время кратчайшего сближения

(17)

Если известны курсовой угол всс и скорость нсс собственного судна, то можно вычислить истинную скорость цели и истинный курсовой угол цели по формулам:

(18)

(19)

В современных САРП вычисление навигационных параметров рассчитывается по вышеприведенным алгоритмам, но с использованием возможностей современных радар-процессоров.

С помощью САРП можно получить следующие параметры цели, представляющие важность для судоводителя:

- дистанцию до цели Dц;

- азимут на цель бц;

- координаты цели цц, лц;

- скорость движения цели хц;

- курс цели вц;

- ракурс цели гц;

- дистанцию кратчайшего сближения с целью Dкр;

- время кратчайшего сближения с целью tкр.

Все параметры могут быть как относительными, так и истинными. Параметры являются относительными если определяются относительно местоположения собственного судна, точнее, относительно координат антенны РЛС.

Если начало координат совместить с местоположением судна, ось Х ориентировать на N, а ось Y - на 0, то можно получить относительные прямоугольные координаты цели из соотношения

(20)

Прямоугольные координаты могут быть преобразованы в геодезические координаты цц,отн, лц,отн.

Для определения истинных навигационных параметров цели должны быть известны параметры движения собственного судна: курс и скорость, которые поступают в САРП от гирокомпаса и лага. Если геодезические координаты собственного судна цс, лс известны, то могут быть вычислены геодезические координаты цели:

(21)

Геодезические координаты собственного судна могут быть получены, в частности, путём радионавигационного определения координат места по сигналим ГЛОНАСС, GPS.

Таким образом, в радиолокационно-вычислительных системах автоматическая обработка сигналов, поступающих с приёмника осуществляется поэтапно: на первом этапе - дискретизация и квантование сигнала, далее селектирование сигнала, на третьем этапе происходит автоматическое обнаружение сигнала, на четвёртом - опознавание сигнала и на заключительном этапе выполняется определение координат и параметров движения цели. К основным параметрам движения цели, рассчитываемых САРП относятся: дистанция и пеленг на цель, курс и скорость цели, как относительные так и истинные, координаты цели, дистанция и время кратчайшего сближения.

2.3.5 Современные радар-процессоры

В России производством радар-процессоров (в английской терминологии - radar-processor, либо Radar Integrated Board) занимается целый ряд фирм, в частности -Транзас, МКиС, и Авиационная и Морская Электроника. Рассмотрим подробнее характеристики двух моделей, поставляемых и изготовляемых последними двумя компаниями.

Итак, многофункциональный радар-процессор от фирмы МКиС может использоваться как в составе индикатора судовых и береговых навигационных РЛС, так и совместно с электронно-картографическими системами для отображения полного радиолокационного образа акватории поверх электронной карты. Также данный процессор применяется в составе систем обработки и отображения радиолокационной информации.

Радарный процессор сопрягается как с отечественными РЛС (Наяда, Океан, Ряд и др.), так и с радарами ведущих зарубежных фирм производителей (Furuno, JRC и другими). Возможно одновременное подключение двух радаров и их коммутация.

Сопряжение с навигационным оборудованием:

С гирокомпасом:

с сельсином точного отсчета (1 об./град.) репитера гирокомпаса в диапазоне напряжений 5-220 В при частоте 50-500 Гц. Допускается параллельное подключение к работающему сельсину-приемнику;

С лагом:

с импульсными лагами, формирующими фиксированное (200, 500 или другое заданное) количество импульсов на каждую пройденную милю пути;

С GPS-приемником:

по линиям RS485 и RS232 в стандарте NMEA0183.

Радар процессор имеет следующие особенности:

Может осуществляется аналогово-цифровое преобразование радиолокационного видеосигнала; в наличии режимы ручной и автоматической (адаптивной) установки порога обнаружения видеосигнала; присутствует режим защиты от протяженных (низкочастотных) помех (режим 'Дождь'), режим подавления асинхронных помех от других РЛС а также режим подавления шумовых помех;

Радар-процессор имеет аппаратную индикацию отсутствия (пропадания) сигналов от радара, лага и гирокомпаса;

Формирование радиолокационного изображения осуществляется с учетом текущего курса судна, что исключает искажения изображения вследствие 'рысканья' судна по курсу и неравномерного вращения антенны РЛС (азимутальная стабилизация); обеспечивается формирование радиолокационного изображения на шкалах дальности от 0,125 мили до 64 миль, чт полностью отвечает как отечественным, так и международным требовниям.

Предусмотрена возможность формирования радиолокационного изображения в декартовых координатах в соответствии с задаваемым масштабом изображения и заданного места судна с целью его дальнейшего 'наложения' на изображение электронной карты;

Технические характеристики плат смотри прилиложение 2.

Перейдём к функциям радар-процессора фирмы Авиационная и Морская Электроника.

Радар Процессоры (РП) предназначены для приема аналогового видеосигнала от радиолокационной станции (РЛС) и его цифровой обработки, обеспечивающей автоматическое обнаружение, автозахват и автосопровождение целей, вычисление и передачу в ЭВМ в реальном времени информации о координатах и параметрах движения целей, а также формирование радиолокационного изображения для отображения совместно с электронной картой.

Конструктивно РП представляет собой одноплатный модуль, в котором, в зависимости от варианта исполнения, загрузка ПО и взаимодействие с управляющей ЭВМ может осуществляться с помощью интерфейсов ISA, PCI, Ethernet. РП функционирует независимо от вычислительных ресурсов и памяти ЭВМ.

РП, в составе ЭВМ, рассчитаны на эксплуатацию при изменении рабочих температур в диапазоне от 0°С до+45°С, при действии одиночных ударов без амортизаторов 15g с длительностью действия ударного ускорения 2 мс. Номенклатура входных сигналов и разъемов РП для сопряжения с РЛС смотри приложение 3.

Сигналы синхронизации «Азимут» («Bearing» или «Azimuth») и «Метка курса» («Head marking») поступают на один разъем типа DB-15 (розетка). На разъеме предусмотрены дополнительные входы (не обязательные к использованию), предназначенные для ввода в РП информации о длительности зондирующего импульса РЛС, и выходы напряжений питания для внешнего дополнительного усилителя или коммутатора видеосигнала, которые при работе РП с РЛС не используются и на работе РП и РЛС не сказываются.

За счет высоких данных данные процессора находят широкое применение в современных радиолокационных станциях - как в бортовых, устанавливаемых на судах, так и в радиолокационных системах, применяемых в СУДС.

2.3.6 Направления в развитии качества обработки радиолокационной информации

Прежде всего, можно предложить улучшить характеристики радиолокационной станции. Даже в рамках неизменного элемента разрешения имеются дополнительные возможности для улучшения обнаружения находящихся там радиолокационных целей. К достаточно эффективным следует отнести поляризационные методы. Их суть сводится к следующему. При изменении вида поляризации излучаемой радиоволны происходит изменение мощности отраженной радиоволны. Ясно, что всегда найдется такой вид поляризации зондирующей радиоволны, при которой отношение мощностей радиоволн, отраженных от исследуемой цели и фоновых объектов, находящихся в элементе разрешения, будет максимально. Теоретические расчеты и экспериментальные результаты показывают, что увеличение радиолокационного контраста для многих типичных ситуаций в среднем составляет 5-8 децибел, достигая в отдельных случаях 20 децибел и более. Существенный рост контраста дает возможность соотносить измеренные элементы матрицы рассеяния с исследуемой радиолокационной целью.

До сих пор речь шла о неподвижных по отношению к радиолокационной станции целях. В случае их движения отраженный сигнал (эффект Доплера) имеет другую по отношению к исходному сигналу частоту, которая отличается от основной частоты на величину, пропорциональную отношению радиальной составляющей скорости цели к длине волны. Если в элементе разрешения движущейся является только исследуемая цель, то, осуществляя прием отраженных радиоволн на частотах, не совпадающих с частотой зондирующего сигнала, можно разделить сигналы, идущие от исследуемой цели и от окружающего его фона. (Это направление получило в радиолокации название селекции движущихся целей (СДЦ). Системами СДЦ снабжены очень многие современные радиолокационные станции (РЛС).)

Наконец есть еще один, хотя и достаточно экзотический, метод повышения радиолокационного контраста. Речь идет о радиолокационных целях, отраженный сигнал от которых содержит частоты, кратные по отношению к частоте зондирующего сигнала - 2f0, 3f0 и т.д. Таким свойством, как правило, обладают объекты, имеющие ржавчину, трущиеся элементы, контакты и т.п. Если другие объекты такими экзотическими свойствами не обладают, то соответствующий радиолокационный контраст может быть увеличен на десятки децибел.

Вновь вернемся к элементу разрешения. Для уменьшения его размеров по дальности есть только один путь: уменьшить длительность зондирующего сигнала. Современные РЛС специального назначения могут формировать импульсы наносекундной длительности, что обеспечивает разрешение по дальности до десятков сантиметров. Если уменьшение длительности импульсов связано с техническими и конструктивными ограничениями, то проблема уменьшения горизонтального и вертикального размеров элементов разрешения, то есть углов и , наталкивается на физическое ограничение, связанное с тем, что углы и пропорциональны отношению . Переход от сантиметрового к миллиметровому диапазону волн дал возможность сократить линейные размеры элемента разрешения в 3-5 раз при соответствующем сравнении с сантиметровым диапазоном. Дальнейшее уменьшение длины волны наталкивается на проблему резкого увеличения энергетических потерь радиоволны на трассе распространения вследствие роста поглощения и рассеяния в атмосферных метеообразованиях. Кроме того, возникающие при этом технические и конструкторские проблемы зажигают красный свет перед волнами короче 1 мм.

Второй путь, связанный с уменьшением отношения , связан с увеличением линейных размеров антенны. 'Лобовая' атака на эти размеры приводит к появлению очень больших антенных систем и конструкций. Однако, поскольку вся 'игра' идет на соотношениях между фазами тока в различных точках антенны, а в сантиметровом и миллиметровом диапазонах фазе в соответствуют расстояния, измеряемые миллиметрами и их долями, проблема юстировки таких систем, их защита от температурного расширения, ветрового и дождевого воздействия, колебаний почвы и т.п. представляет собой самостоятельную проблему исключительной сложности. Сказанного достаточно, чтобы понять уникальность таких антенн и их сверхдорогую стоимость при разработке и эксплуатации. Тем не менее такие антенны существуют, но их число в мире исчисляется единицами. Антенны более скромных размеров размещаются на земле или на передвижных средствах. Однако вполне понятно, что получить у таких антенн отношение слишком большим (свыше 150-200) не представляется реальным.

Для антенн, устанавливаемых на борту летательных аппаратов, эти размеры ограничиваются линейными размерами носителей. Попытка уменьшить угол привела к созданию вдольфюзеляжных антенн. Длительное время казалось, что этим исчерпываются все возможности для бортовых радиолокационных станций.

Прорыв произошел в начале шестидесятых годов, когда впервые было обращено внимание на то, что обработка сигнала в антенне по существу сводится к сложению сигналов от различных ее участков с учетом соответствующего набега фазы, вызванного особенностями геометрии антенной конструкции. Это привело к мысли, что такую обработку можно сделать искусственно. С этой целью необходимо последовательно в разных точках пространства произвести измерение амплитуды и фазы напряженности электрического поля, запомнить эти значения, а затем специальным образом их сложить. Реализация этой идеи состоит в том, что упомянутые выше измерения производятся в процессе полета. Это дает возможность искусственно создать антенну, размеры которой определяются расстоянием между первым и последним замерами, то есть в принципе такая антенна может быть практически безграничной.

Здесь мы не будем говорить о тех теоретических и инженерных трудностях, с которыми сопряжена реализация этой идеи. Главное - это то, что названные трудности были успешно преодолены, что привело к созданию принципиально нового класса антенн - антенн с синтезированной апертурой. Радиолокационные станции, работающие с такими антеннами, получили название РЛС с синтезированной апертурой (РСА). В современных РСА удается получить отношение , исчисляемое несколькими сотнями, а в отдельных случаях даже тысячами. Использование РСА привело к такому сокращению элемента разрешения, что радиолокационное изображение стало приближаться к фотографическому (в фотографии 'точка переводится в точку', в радиолокации 'элемент разрешения переводится в точку'). Сегодняшний уровень РСА - это многочастотная РЛС с управляемой поляризацией излучаемой волны, работающая в реальном масштабе времени.

2.4 Основные задачи, решаемые в современных РЛС/САРП

радиолокационный судно радар местоположение

Функции современных судовых РЛС не ограничиваются отображением на экране индикатора кругового обзора (ИКО) видимых целей.

Все суда, оборудованные РЛС должны обеспечивать радиолокационную прокладку на экране РЛС.

В зависимости от степени автоматизации, средства радиолокационной прокладки подразделяются на электронные средства прокладки (ЭСП), средства автосопровождения (САС), средства автоматической радиолокационной прокладки (САРП). САРП является наиболее автоматизированным средством.

САРП совместно с РЛС предназначены для повышения безопасности плавания судов в районах интенсивного судоходства, вблизи берегов, в зонах разделения движения, в узкостях и по фарватерам в любых гидрометеорологических условиях.

САРП - датчик информации, необходимый судоводителю для правильной оценки ситуации встречи с другими судами и принятия обоснованного решения для успешного расхождения с ними

САРП могут быть использован для решения следующих навигационных задач:

· ручной и автоматический захват целей и их сопровождение;

· отображение на экране индикатора векторов относительного или истинного перемещения целей;

· выделение опасно сближающихся целей по установленным критериям: расстоянию кратчайшего сближения Дкр, и времени кратчайшего сближения tкр;

· индикацию на буквенно-цифровом табло основных параметров движения и элементов сближения целей,

· проигрывание маневра курсом и скоростью для безопасного расхождения;

· автоматизированное решение навигационных задач: счисление пути судна, определение суммарного сноса;

· отображение элементов содержания навигационных карт;

· определение обсервованных координат местоположения судна на основе радиолокационных измерений;

· контролировать поворот на новый курс;

· определять разлив нефти. Это можно делать в основном на мм станциях. В районе нефтяного пятна волнение моря будет меньше за счет уменьшения высоты фронтов. На радаре, в районе нефтяного пятна, засветка экрана будет меньше.

2.4.1 Определение места судна

Определение места судна по расстояниям до нескольких ориентиров.

1. Расстояния измеряются до точечных или имеющих характерные очертания ориентиров (выступающих мысов и островков небольших размеров). Наблюдатель последовательно измеряет расстояния до нескольких ориентиров с помощью ПКД. При этом ПКД нужно совмещать с той частью изображения, которая больше всего выступает в сторону судна.

Чтобы уменьшить влияние разновременности измерения расстояний на точность определения места судна этим способом, необходимо сначала измерять расстояния до объектов, расположенных на траверзе или около него, а затем до объектов, расположенных на острых КУ, или, если скорость судна значительна, приводить измерения к одному месту.

2. Расстояния измеряются до участка береговой черты с плавными очертаниями и точечного (или имеющего характерные очертания) ориентира Измерения расстояний ничем не отличаются от предыдущего способа. Однако прокладка этих расстояний затруднена, так как на плавной береговой черте невозможно найти точку, до которой производились измерения.

Построение ведется следующим образом: от точечного объекта радиусом, равным измеренному расстоянию, проводят дугу окружности и на ней ищут место, откуда дуга, проведенная радиусом, соответствующим второму измеренному расстоянию, касалась бы плавной береговой черты. Положение острия циркуля будет соответствовать месту судна. Точность определения места судна в данном случае будет несколько ниже, чем в первом, за счет всегда возможной ошибки объекта при измерении расстояния до береговой черты.

Для контроля следует определить радиолокационный пеленг точечного объекта и нанести его на карту.

3. Расстояния измеряются до участков береговой черты с плавными очертаниями. В практике часто встречаются случаи, когда на ИКО видны только плавные очертания береговой черты без каких-либо приметных ориентиров, например при входе в проливы, устья рек, широкие каналы и т.п.

В этом случае рекомендуется измерять расстояния до ближайших к судну точек береговой черты.

Затем на кальку наносят линию курса судна и из какой-либо точки этой линии проводят дуги окружностей радиусами, равными измеренным расстояниям (в масштабе карты). Дуги проводят примерно в районе тех КУ, на которых были измерены расстояния. Кальку накладывают на карту так, чтобы общий центр дуг находился примерно в районе счислимого места. Передвигая кальку на карте, находят такое ее положение, при котором дуги коснутся обоих участков берега. Положение центра дут в этот момент и определит место судна. Очевидно, что в случае, когда участки береговой черты параллельны, место судна определить таким способом нельзя.

Если во время измерения расстояний до участков береговой черты с плавными очертаниями одновременно заметить и приближенные пеленги на точки касания ПКД, то построение можно выполнить непосредственно на карте, не пользуясь калькой. Для этого от наблюдаемых объектов проводят линии пеленгов и откладывают на них измеренные расстояния. Через полученные таким путем точки проводят линии, перпендикулярные наблюденным пеленгам. Точка пересечения этих линий и даст место судна.

Реальная средняя квадратичная погрешность определения места судна по двум радиолокационным расстояниям может быть рассчитана по формуле

(22)

где mDl, mD2 -- средние квадратичные погрешности измерения расстояний.

Если точность измерения обоих расстояний примерно одинакова, т. е. mDl = mD2 (как это часто бывает при измерении до точечных объектов) или если расстояния до ориентиров измерялись на одной шкале дальности, то формула примет вид:

(23)

Определение места судна по радиолокационному пеленгу и расстоянию до ориентира

Этот способ применяется, когда на ИКО виден только один хорошо различимый, лучше всего точечный, ориентир и его не видно визуально. Обсервованное место получают на линии пеленга на измеренном расстоянии от объекта. При прокладке линии радиолокационного пеленга не следует забывать исправлять пеленг поправкой ГК.

Средняя квадратичная погрешность в определении места судна данным способом может быть вычислена по формуле

(24)

Если пеленг и расстояние измерялись до одного ориентира и

(25)

если пеленг и расстояние измерялись до разных ориентиров, mD - СКП измеренного расстояния, определяется заданным процентом от шкалы дальности, И - угол пересечения линий положения, снимается с карты между пеленгом и касательной к проложенной дуге расстояния.

Так как расстояние РЛС измеряется с высокой точностью, то погрешности в определении места судна этим способом зависят, главным образом, от погрешностей радиолокационного пеленга.

Определение места судна по двум пеленгам

Исправляем компасные пеленга в истинные, прокладываем их от ориентиров. Место судна в пересечении пеленгов. Средняя квадратичная погрешность в определении места судна данным способом может быть вычислена по формуле

, (26)

где mп - известная СКП измерения пеленга, И - угол пересечения линий положения, D - расстояния до ориентиров, снятые с карты.

Кроме названных выше, могут применяться также и комбинированные способы определения места, например по визуальному пеленгу маяка и радиолокационному расстоянию и др.

Учитывая, что главную трудность при радиолокационных наблюдениях составляет точное опознавание объектов, нужно стремиться получить не менее трех линий положения (три расстояния, два расстояния и пеленг и т. д.). Тогда большой треугольник погрешности, заметно не изменяющийся при повторном наблюдении через небольшой промежуток времени, укажет на погрешность в опознавании объектов или на погрешности наблюдений.

При определении места судна с помощью РЛС главная задача состоит в том, чтобы узнать, от каких участков берега отразился сигнал. Если это не установлено, то определить место судна нельзя, а можно только сказать, проходит судно чисто от опасности или нет.

Поскольку изображение местности на ИКО имеет особенности и лишь в общих чертах сходно с ее изображением на карте, для уверенного опознавания различных участков береговой черты необходимо проводить радиолокационное изучение района плавания.

Исправно работающая и умело используемая РЛС позволяет уверенно плавать в условиях полного отсутствия видимости. Однако при этом нельзя пренебрегать обычными методами контроля за движением судна. Нужно аккуратно вести счисление и возможно чаще определять место судна при хорошей видимости с помощью РЛС, особенно при плавании в незнакомых или малознакомых местах. Тогда при внезапном ухудшении видимости судоводитель уверенно будет опознавать объекты по изображению на экране, чтобы использовать их для дальнейших радиолокационных обсерваций.

2.5 Ограничения, которые необходимо иметь в виду при работе с РЛС и САРП

2.5.1 Ограничения РЛС

Эффективное использование радиолокатора для предупреждения столкновений судов возможно только при четком знании эксплуатационных и технических характеристик радиолокационной аппаратуры, учете ее возможностей, ограничений и недостатков.

Вероятная дальность обнаружения объектов приведена в формуляре РЛС. Однако рекомендуется при всяком удобном случае получать фактические данные о дальности обнаружения реальных объектов, которые необходимо учитывать в конкретных условиях плавания. Так, например, в зависимости от интенсивности тумана дальность радиолокационного обнаружения уменьшается от 10% при визуальной видимости около 100 м примерно на 10 % и до 30 % при визуальной видимости 25-30 м. Мертвая зона современных РЛС редко превышает две-три ширины судна. Помехи при радиолокационном наблюдении могут быть обусловлены наличием теневых секторов обзора от элементов конструкции судна, отражением радиолокационных сигналов от морских волн, осадков и судовых отражателей различного вида, а также различными ложными сигналами. Участки водной поверхности в районах, отличающихся значительной влажностью, полосы ливня и облака вызывают на экранах РЛС помехи, которые можно принять за изображение объекта или берега. Кроме того, эхо-сигналы, вызванные сильным снегопадом, грозовыми и дождевыми тучами, засвечивают экран, и среди этих пятен трудно обнаружить нужные объекты.

Для того чтобы различать ливневые эхо-сигналы и сигналы от объекта, необходимо вести тщательное наблюдение за изменением формы эхо-сигнала. Для эхо-сигналов от туч и грозовых фронтов характерно постоянное изменение формы. Движение облаков будет видно в случае, если РЛС работает в режиме истинного движения.

Эхо-сигналы от близко расположенного объекта могут быть приняты антенной РЛС после их многократного отражения от судовых надстроек и затем появиться на экране РЛС в виде отметок на кратных пеленгах, в том числе в теневом секторе или по одному направлению на кратных расстояниях. Ложные сигналы от берега, многократные отражения от находящегося близко большого судна могут маскировать слабые эхо-сигналы от небольших судов и затруднять их обнаружение. Помехи от морских волн -- одна из главных причин, снижающих эффективность использования РЛС и средств автоматической радиолокационной прокладки (САРП). При сильном волнении сплошная засветка от волн может наблюдаться на расстоянии 2-6 миль от начала развертки. Эхо-сигналы от судов в зоне засветки обычно не обнаруживаются. Следует иметь в виду, что даже самое совершенное радиолокационное оборудование не может полностью заменить визуальное наблюдение.

Из-за радиолокационных помех вследствие волнения моря, метеорологических аномалий, малой отражающей поверхности некоторых судов и объектов могут быть не обнаружены отдельные цели. Точность радиолокационных пеленгов значительно ниже точности визуальных, например маневр изменением курса, выполненный другим судном, визуально обнаруживается быстрее, чем с помощью РЛС или САРП. Наличие теневых секторов впереди траверза вызывает необходимость отворота с курса для их просмотра.

При организации радиолокационного наблюдения и выборе безопасной скорости важно учитывать квалификацию и опыт оператора РЛС. Точность информации, выдаваемой САРП, обуславливается погрешностями РЛС, компаса и лага, а также погрешностями обработки исходных данных и ошибками в интерпретации информации САРП.

2.5.2 Ограничения САРП

Основным способом повышения качества выдаваемой САРП информации является сглаживание входных и рассчитываемых данным путем их накопления и последующей фильтрации. Поэтому основное ограничение САРП заключается в задержке индицируемых данных относительно реального времени на 1--3 мин. Причем, когда судно или сопровождаемый объект маневрируют, паспортная точность аппаратуры вообще не может быть достигнута.

При сближении сопровождаемых целей может произойти их обмен в сопровождающих стробах, что совершенно исказит выдаваемую САРП информацию. САРП, работающее в режиме автозахвата, может не захватить или отфильтровать опасную цель с малой отражающей поверхностью. Все САРП имеют однотипные ограничения, которые необходимо учитывать при их использовании, а именно:

Возможность появления несопровождаемых целей.

Точность вторичной радиолокационной информации САРП зависит не только от ошибок, присущих радиолокационному методу измерения координат объектов, ошибок лага и компаса, но и от взаимного расположения судов. В Резолюции ИМО предусмотрены жесткие требования к САРП в следующих контрольных ситуациях встреч. Не более чем через 1 мин устойчивого автосопровождения САРП в любой из ситуаций должно выдавать данные с вероятностью не ниже 95 %: К0 -- 15°, V0 -- 2,8 уз, Dкр -- 2,0 мили. Не более чем через 3 мин устойчивого автосопровождения САРП в любой из ситуаций должно выдавать данные с вероятностью не ниже 95 %: К0 -- 4,6°, V0 -- 0,9 уз, Dкр -- 0,7 мили, t(кр) - 1минута, истинного Кц-7,4°, истинной Vц-1,2 уз.

Если сопровождаемая цель или наше судно выполнили маневр, информация о новых параметрах движения с приведенными выше погрешностями выдается САРП только примерно через 1 мин после окончания маневра, а расчет прогноза движения становится возможен только примерно через 3 мин после окончания маневра.

Разрешающая способность системы автосопровождения из-за больших размеров стробов значительно ниже разрешающей способности радиолокационного изображения, вследствие чего две близко расположенные цели, наблюдаемые на экране раздельно, могут попасть в один строб и сопровождаться как одна цель. Возможен также обмен целями, приводящий к полному искажению выдаваемой информации.

Сложность автоматического выделения полезных сигналов на фоне помех от моря и осадков, обусловленная неустойчивостью автосопровождения целей в зоне действия помех.

Возможность автозахвата и сопровождения береговых отметок, не превышающих критерия протяженности, особенно, когда изображение береговой черты сильно раздроблено, и в то же время невозможность автозахвата точечных целей, отметки которых расположены вблизи (до 8 мм) сплошной береговой черты, из-за действия программы запрета захвата. Эхо-сигналы от целей, расположенных за эхо-сигналом от мыса, мола, полосы дождя и т. д., классифицируются САРП как берег, вследствие чего эти цели не захватываются и не сопровождаются.

Запаздывание (примерно на 1 мин) отображения маневра цели и недостоверность информации о параметрах ее движения во время маневра, поскольку сглаживающие фильтры автосопровождения САРП рассчитаны, как правило, на прямолинейное равномерное движение.

Возможность сброса цели с автосопровождения при ее резком маневре.

Условность деления целей на подвижные и неподвижные из-за ограниченной точности измерений. Неподвижной считается цель, вычисленная скорость которой составляет менее 1,5-2 уз.

При переходе с большей шкалы дальности на меньшую снятие с автосопровождения всех целей, которые оказались за пределами установленной шкалы (характерно для некоторых САРП).

Неэффективность использования режима АРП на шкалах 1-2 мили в стесненных районах из-за большого количества близко расположенных береговых объектов и ложных захватов.

Вследствие погрешностей ввода курса и скорости судна-наблюдателя точность ЛИД меньше, чем точность ЛОД. В случае работы оператора только в режиме ЛИД без использования ЛОД или цифрового формуляра возможны ошибки в оценке ситуации и выборе маневра.

В районах интенсивного движения судов, характеризующихся малыми глубинами, значительными скоростями течений, частыми изменениями курса и скорости нашего и других судов, а также на подходах к портам, в проливах, вблизи берегов возможны дополнительные существенные ошибки в информации, выдаваемой САРП.

При отношении глубины к осадке порядка 1,5 ошибка в показаниях отечественного относительного индукционного лага может достигать 20 %. Если же САРП сопряжено с абсолютным лагом, скорость приливно-отливных и иных течений будет составляющей скорости судна и исказит векторные уравнения, решаемые САРП. Причем чем меньше скорость судна, тем больше ошибка в решении векторного треугольника.

Из-за частых изменений курса нашего судна и автосопровождаемых судов, особенно паромов, пересекающих курс, ошибки в направлениях векторов истинного перемещения могут достигать нескольких градусов, что также искажает результаты решения векторного треугольника. Возрастанию ошибок САРП по сравнению с данными формуляра при плавании в стесненных водах способствует частое (нередко через каждые 3 мин) изменение судами элементов движения. В результате в районах, где более всего нужна точная радиолокационная информация, она наименее точна. При назначении величин критериев опасности должен быть учтен и этот недостаток.

3. Совместное использование АИС и САРП

3.1 Назначение и развитие систем АИС

В настоящее время, для получения более подробной информации о судах на экране САРП или электронной картографической системы, используются системы автоматической идентификации судов.

Системы АИС (AIS) являются морскими навигационными системами, предназначенными для обмена навигационной информацией между судами и береговыми службами - информацией о судне (позывной, наименование, координаты, размеры и т.п.), его грузе (тип, наименование, категория безопасности), маршруте следования и параметрах движения (истинная скорость, курс и др.) - с целью предотвращения столкновений, контроля режима плавания и мониторинга судов.

В соответствии с положениями новой Главы 5 'Безопасность мореплавания' Конвенции по охране человеческой жизни на море (СОЛАС), предполагается внедрение на морском флоте автоматических информационных (идентификационных) систем (АИС). Обязательному оснащению системами АИС подлежат: все пассажирские суда, независимо от размера, все суда вместимостью более 300 рег.тонн, совершающие международные рейсы и грузовые суда от 500 т., выполняющие прибрежное плавание. Сроки установки на существующие суда варьируются в зависимости от типа и класса судов от 1 июля 2003 г. для пассажирских и нефтеналивных судов до 1 июля 2008 г. для судов малого тоннажа.

Таблица . Требования ИМО к АИС обеспечению

Начало использования транспондерных систем автоматической идентификации судов датируется 90-ми годами 20 века. В декабре 1996 г. Комитет по безопасности на море (КБМ) Международной морской организации (ИМО), на основе изучения позиций государств, принял решение о введении единого стандарта транспондерных систем, использующего протокол SOTDMA. В мае 1998 г. КБМ принял рекомендацию MSC.74(69) перечисляющую эксплуатационные требования к судовым транспондерам.

3.2 Общие требования к системам АИС

3.2.1 Требования к базовым станциям АИС

· Район действия СУДС должен полностью перекрываться рабочими зонами базовых станций АИС, которые устанавливаются в ходе рабочих испытаний оборудования АИС из условий уверенного приема и отображения информации от судовых станций.

· Количество базовых станций и места их установки должны быть обоснованы в проектных документах и подтверждаться результатами рабочих испытаний из условий обеспечения необходимых рабочих зон.

· Геодезические координаты базовых станций должны быть определены уполномоченными организациями в системе WGS-84 с погрешностью не более 1 м.

· Приемопередающие модули базовых станций должны быть резервированы с возможностью переключения на резервный модуль в случае отказа работающего модуля.

· Контролеры базовых станций и средства дистанционного управления базовыми станциями из Центра СУДС должны обеспечивать мониторинг состояния базовых станций, а также автоматическое и/или ручное переключение приемопередающих модулей с места расположения базовых станций и из Центра СУДС.

· Контролеры базовых станций и средства дистанционного управления базовыми станциями из Центра СУДС должны обеспечивать возможность передачи всеми базовыми станциями соответствующих сообщений посредством общей управляющей команды.

· При наличии в составе СУДС двух и более базовых станций АИС принятые сообщения мобильных (судовых) станций должны интегрироваться (объединяться) так, чтобы обеспечить дальнейшую обработку сообщений мобильных (судовых) станций, принятых только одной из базовых станций с исключением сообщений, принятых остальными базовыми станциями.

3.2.2 Требования к обработке информации АИС

· Сопровождение судов, оборудованных АИС, должно осуществляться по принимаемым данным АИС о местоположении и векторе путевой скорости (SOG и COG). Если сообщения судовых станций о местоположении поступают с интервалом, превышающим 2 секунды, то сопровождение должно осуществляться путем прогнозирования местоположения судна с интервалом 2 секунды.

· В оборудовании АИС должны быть предусмотрены средства, позволяющие оператору выбрать один из трех режимов использования информации для судов, одновременно сопровождаемых по данным АИС и посредством РЛС в составе СУДС:

используются только данные радиолокационного сопровождения;

используются только данные АИС;

автоматический выбор интегрированных данных АИС и радиолокационного сопровождения при выполнении установленных критериев.

· Автоматический выбор интегрированных данных для судов, одновременно сопровождаемых по данным АИС и посредством РЛС, должен основываться на корреляции двух видов данных о местоположении, путевом угле и путевой скорости судна для 2-5 последовательных сообщений АИС. Критерии и принцип автоматического выбора интегрированных данных должны быть приведены в эксплуатационной документации. Цифровые параметры таких критериев должны иметь возможность изменения пользователями.

· При невыполнении критериев автоматического выбора интегрированных данных по судну, одновременно сопровождаемому по данным АИС и посредством РЛС, должны выдаваться раздельные данные АИС и данные радиолокационного сопровождения с одновременным отображением двух символов сопровождения и двух векторов экстраполированного движения.

· Для судов, одновременно сопровождаемых по данным АИС и посредством РЛС и начавших изменять курс, должно сохраняться использование интегрированных данных, автоматически выбранное ранее, на время до завершения изменения курса по данным РЛС.

· Установленные оператором предельные значения параметров сближения судов с другими судами или иными объектами (в том числе - дистанция и время до точки кратчайшего сближения или до точки поворота) должны распространяться как на суда, сопровождаемые посредством РЛС, так и на суда, сопровождаемые по данным АИС.

· Сигнализация о предельных значениях параметров сближения для судов, одновременно сопровождаемых по данным АИС и радиолокационного сопровождения, должна действовать по интегрированным данным, если выполняются критерии автоматического выбора интегрированных данных.

· Оборудование АИС в составе СУДС должно обеспечить непрерывную регистрацию информации по судам, сопровождаемым по данным АИС.

· Оборудование АИС в составе СУДС должно быть сопряжено с базой данных СУДС так, чтобы обеспечить автоматическую связь получаемых от судов данных АИС с записями в базе данных, относящихся к этим судам.

3.2.3 Требования к отображению информации АИС

· На отображение информации АИС распространяются применимые требования общего характера, приведенные в разделе 6.3 ТЭТ № МФ-02-22/848-77 «Требования к средствам обработки и отображения радиолокационной информации».

· При отображении информации АИС пользовательский (операторский) интерфейс должен быть аналогичен, насколько это возможно, интерфейсу, используемому при отображении радиолокационной информации.

· Суда, сопровождаемые по данным АИС, должны отображаться графическими символами, обеспечивающими четкое отличие таких судов от судов, сопровождаемых посредством РЛС. Суда, одновременно сопровождаемые по данным АИС и посредством РЛС, должны отображаться графическими символами, обеспечивающими четкое отличие таких судов от судов, сопровождаемых только по данным АИС, и судов, сопровождаемых только посредством РЛС.

· Суда, сопровождаемые по данным АИС, за пределами установленных зон радиолокационного сопровождения должны отображаться графическим символом без вектора путевой скорости и метки курса (символом «спящей» цели). Суда, сопровождаемые по данным АИС, в пределах установленных зон радиолокационного сопровождения должны отображаться графическим символом с вектором путевой скорости и меткой курса (символом «активной» цели). Должны быть предусмотрены средства, позволяющие оператору сделать «активной» любую «спящую» цель.

· Суда, сопровождаемые по данным АИС, для которых выполняются условия срабатывания предупредительной сигнализации, указанные в пункте 6.3.6 ТЭТ № МФ 02-22/848-70, должны индицироваться особым способом, например, изменением цвета или формы символа. При этом могут использоваться символы «опасной» цели и «потерянной» цели, приведенные в Приложении.

· Для судов, одновременно сопровождаемых по данным АИС и посредством РЛС, для которых были выполнены установленные критерии автоматического выбора интегрированных данных, в случае прекращения приема сообщений АИС или прекращения радиолокационного сопровождения должны соответствующим образом измениться символы сопровождения и включиться звуковая сигнализация. Символы «потерянной» цели при этом не индицируются.

· Для судов, сопровождаемых только по данным АИС или посредством РЛС, при вызове оператором цифровых данных в отдельном окне экрана должен быть указан вид отображаемых данных, например, «Данные АИС» или «Данные РЛС». Для судов, одновременно сопровождаемых по данным АИС и посредством РЛС, при вызове оператором цифровых данных в отдельном окне экрана, должны отображаться интегрированные данные или один из видов данных (АИС или радиолокационное сопровождение) в зависимости от выполнения критериев автоматического выбора. Вид отображаемых данных должен быть соответственно указан.

· Все графические символы судов, сопровождаемых по данным АИС, должны иметь идентификаторы, в качестве которых используются название судна, а также его позывной, номер IMO, MMSI по выбору оператора.

В качестве названия судна могут использоваться:

название судна, полученное из сообщения АИС;

краткое или полное название судна из базы данных СУДС;

произвольное название судна, вручную введенное оператором.

· При выборе оператором крупного масштаба изображения (1:10000 и крупнее) графический символ судна, сопровождаемого по данным АИС, должен заменяться изображением контура судна, соответствующим длине, ширине судна и масштабу изображения. Если судно одновременно сопровождается посредством РЛС, то должен сохраняться используемый графический символ радиолокационного сопровождения, например, окружность, центр которой совпадает с центром контура судна.

· Для судов, стоящих на якоре, должны использоваться специальные символы, отличающиеся от символов, используемых для движущихся судов. При этом должен быть указан вид отображаемых данных (данные АИС или данные радиолокационного сопровождения или интегрированные данные).

· При отображении информации АИС в СУДС рекомендуется использовать графические символы, приведенные в приложении к настоящим Требованиям.

3.3 Эксплуатационно-технические параметры АИС

Суда, оборудованные аппаратурой АИС, находясь в открытом море или в прибрежных районах, регулярно передают в диапазоне ОВЧ (УКВ) морской подвижной радиослужбы стандартные сообщения, содержащие информацию о судне, его координатах, курсе, векторе скорости, опасном грузе на борту, порте назначения, времени прибытия и другую.

Одновременно каждым судном, оборудованным АИС, принимается аналогичная информация от других судов, находящихся в радиусе действия, ограниченном распространением радиоволн ОВЧ-диапазона (20 - 30 миль). Принятая информация автоматически обрабатывается и отображается на одном из судовых навигационных дисплеев. Синхронизация работы всех станций АИС (судовых и береговых) обеспечивается глобальной навигационной спутниковой системой (ГНСС), которая также является источником передаваемой информации о координатах и векторе скорости.

В прибрежных районах, где установлены базовые станции АИС, информация, передаваемая судами, принимается базовыми станциями и поступает в распоряжение береговых служб (СУДС и системы судовых сообщений, службы поиска и спасения, службы экологического контроля и ликвидации последствий загрязнения, пограничные и таможенные власти, различные портовые службы). Обычно, для получения целостной картины судоходства в контролируемом районе, базовые станции АИС объединяются в сети, позволяющие интегрировать информацию от отдельных базовых станций между собой, а также с информацией, получаемой в СУДС и в обязательных системах судовых сообщений. В прибрежных районах точность определения координат судов с помощью ГНСС и, следовательно, эффективность АИС могут быть повышены посредством береговых опорных станций и радиомаяков, передающих для судов дифференциальные поправки.

Базовые (береговые) станции АИС могут действовать в активном режиме, управляя режимом работы судовых станций и передавая им информацию, связанную с безопасностью мореплавания (местные навигационные предупреждения, дифференциальные поправки для ГНСС, данные о судах, сопровождаемых СУДС, и другую). При нахождении судов вне районов действия береговых базовых станций и в открытом море АИС может действовать в режиме дальней связи через Инмарсат-С. В этом режиме обеспечивается автоматическая передача информации от судов в адрес береговых служб в целях мониторинга судоходства в территориальных водах, исключительных экономических зонах и районах ответственности морских спасательно-координационных центров (МСКЦ).

Аппаратура АИС может устанавливаться на летательных аппаратах, участвующих в поисково-спасательных операциях на море, и на средствах навигационного оборудования (СНО) морских путей (плавучих и стационарных). Лоцманские службы могут использовать портативную аппаратуру АИС, доставляемую на борт судна и работающую автономно или с подключением к судовому оборудованию АИС.

Принцип взаимного получения и использования информации АИС двумя судами, находящимися в «радиовидимости» друг друга, поясняется рисунком 7 приложение 6. Судовая аппаратура каждого судна упрощенно представлена тремя блоками: приемник ГНСС, контроллер (управляющее устройство на основе микропроцессора) и приемопередатчик диапазона ОВЧ. Обмен информацией между аппаратурой двух судов осуществляется через специальный канал связи АИС, выделенный в диапазоне ОВЧ морской подвижной службы.

Отображение принятой и обработанной информации производится на экране судового навигационного графического дисплея (РЛС/САРП, электронная картографическая система, интегрированная навигационная система). В результате получается наглядное изображение ситуации, во многом похожее на изображение на экране САРП. Символ встречного судна (треугольник) и метка истинного курса ориентированы по данным гирокомпаса. Вектор скорости, получаемый по данным ГНСС, может не совпадать с курсом судна (острым углом треугольника) при наличии дрейфа (сноса).

При наведении на символ встречного судна маркера в дополнительном окне дисплея выдаются данные по судну, включающие название или позывной, координаты или пеленг/дальность, курс и скорость, Дкр и Ткр, тип судна, его навигационный статус (например, ограничено осадкой), данные о наличие опасного груза, порт назначения, ETA и т.д.

Для обеспечения одновременной работы многих судовых и береговых станций АИС на одном частотном канале используется метод множественного доступа с временным разделением (TDMA - Time Division Multiplied Access), поясняемый рисунком 8 приложение 6.

Благодаря общей синхронизации всех станций АИС по сигналам ГНСС, минутный кадр передачи - приема информации делится на 2250 временных интервалов (слотов). Каждая станция АИС выбирает для передачи своей информации один слот или несколько последовательных слотов, не занятых другими станциями. Кроме того, в передаваемые сообщения включается служебная информация о слотах, которые каждая станция АИС резервирует для передачи следующего сообщения. Таким образом, все станции АИС, находящиеся в радиусе «радиовидимости» друг друга, автоматически взаимно синхронизируются, не создавая помех общей работе.

Период передачи информации станциями АИС определяется типом станции (судовая, базовая, установленная на СНО) и состоянием судна (неподвижное, на ходу, маневрирующее). Для большинства движущихся судов период передачи изменяется от 10 до 2 секунд, то есть соизмерим с периодом обновления радиолокационной информации (2 - 4 секунды), определяемым частотой вращения антенны РЛС. Это позволяет осуществить постоянное отслеживание движения судов, аналогичное автоматическому сопровождению с помощью РЛС/САРП.

3.4 Использование АИС на судах

Отображение информации АИС - одна из ключевых проблем, определяющих эффективность практического использования АИС как на судах, так и в береговых службах. Особенное значение эта проблема имеет для судовых условий, где необходима строгая унификация и стандартизация всех аспектов отображения информации АИС, включая интеграцию с другими видами судовой навигационной информации (радиолокационной, электронной картографической и т.д.).

Тем не менее, пока эта проблема окончательно не разрешена и не нашла соответствующего отражения в нормативных документах и стандартах по АИС, за исключением требований самого общего характера. Так, практически не содержится никаких требований по отображению информации АИС в Резолюции IMO MSC.74(69), Рекомендациях МСЭ/ITU-R М.1371 и Главе 5 Конвенции SOLAS (см. раздел 2). В Стандарте МЭК/IEC 61993-2 установлены требования только к минимальному дисплею для судовых мобильных станций класса. А В частности, такой дисплей должен содержать, как минимум, три строки, на каждой из которых должно отображаться название судна, пеленг и дальность. Другие данные по судам могут быть вызваны на экран горизонтальным «скроллингом». Для получения данных по остальным судам может быть использован вертикальный «скроллинг».

Наглядное графическое отображение информации, которое необходимо для эффективного использования АИС, в действующих нормативно-технических документах не регламентируется. Для устранения столь значительного пробела в документах по АИС накануне начала периода внедрения, на 47 сессии Подкомитета IMO по безопасности мореплавания (NAV 47) в июле 2001 г. принято «Временное руководство по отображению информации AИС». «Руководство…» распространено Секретариатом IMO циркуляционным письмом SN/Circ.217 от 11 июля 2001 г. и содержит рекомендации по отображению информации АИС на судах и в береговых службах с применением специализированных или комбинированных графических дисплеев, таких как новые типы индикаторов РЛС/САРП, интегрированные навигационные системы или рабочие консоли операторов СУДС. Основные положения данного документа были использованы в тексте Резолюции IMO A.917(22) от 29 ноября 2001 г. «Руководство по использованию АИС на судах».

Упомянутыми документами рекомендуется применять при графическом отображении информации АИС символы, форма и описание которых приведены в приложении 4.

При графическом отображении информации АИС рекомендуется соблюдать следующие принципы:

· Насколько это практически возможно, пользовательский интерфейс АИС должен быть аналогичен соответствующим интерфейсам других навигационных средств, в частности, САРП.

· Отображаемый символ АИС может идентифицироваться на экране с использованием условного кода (номера) цели, названия судна или его позывного по выбору оператора.

· Дополнительная информация АИС по каждой цели может быть вызвана оператором в отдельном окне вне активного рабочего поля, с использованием курсора или маркера. Если принятая информация АИС по данной цели является неполной, это должно быть индицировано.

· На дисплей могут быть вызваны данные АИС одновременно по нескольким целям в различных окнах. При этом соответствующие символ и данные должны быть идентифицированы.

· Переход от «спящих» целей к «активным» (и наоборот) может осуществляться посредством выбора цели оператором или в установленных зонах.

· Если рассчитанные по данным АИС значения CPA/TCPA для судна-цели (включая «спящие» цели) становятся меньше установленных пределов, должен появиться символ «опасной» цели и включиться предупредительная сигнализация.

· Если данные АИС от «опасной» цели не принимается в течение установленного времени, то должен появится символ «потерянной» цели в последней позиции и включиться предупредительная сигнализация. Символ «потерянной» цели должен исчезнуть после подтверждения оператором.

· Должны быть предусмотрены индикация нерабочего и выключенного состояния собственного АИС, а также индикация предупредительных сообщений от системы технической диагностики собственного АИС.

При крупном масштабе изображения основной символ АИС (треугольник) может автоматически заменяться контуром судна, выраженным в масштабе экрана.

Информация АИС в графическом виде может отображаться на следующих типах дисплейных устройств:

· на индикаторе судовой РЛС или дисплеях с функциями радиолокационной прокладки (САРП);

· на дисплее электронной картографической системы (ЭКС);

· на дисплеях интегрированных навигационных систем (INS - Integrated Navigation System) или интегрированных систем мостика (IBS - Integrated Bridge System);

· на специализированных дисплеях операторов СУДС, систем судовых сообщений и других береговых служб.

· на экране портативной (переносной) лоцманской аппаратуры.

Поскольку основным назначением АИС при использовании на борту судна является предупреждение столкновений, то не вызывает сомнений целесообразность отображения информации АИС, в первую очередь, на судовых дисплеях, традиционно применяемых в целях предупреждения столкновений - РЛС и САРП. Необходимость совместного отображения и использования радиолокационной информации и информации АИС обоснована также тем, что значительная часть судов не будет оборудована АИС, особенно в период внедрения.

Однако, по ряду причин технического характера отображение информации АИС возможно только на современных индикаторах РЛС/САРП, полностью отвечающих требованиям Резолюций IMO MSC.64(67) и А.823(19), а также ряда Стандартов IEC. Кроме того, пользовательский интерфейс таких индикаторов должен включать специфические функции, относящиеся к управлению информацией АИС и/или к интегрированному (комбинированному) отображению информации АИС и радиолокационной информации. Подобные индикаторы (например, «RadarPilot 1000» компании STN Atlas) начали появляться на рынке морской радиоэлектроники к 2002 г. и пока не получили на судах широкого распространения.

Поэтому, одним из доступных средств для отображения информации АИС на борту судна может быть электронная картографическая система (ЭКС). Однако безопасным такое отображение информации АИС можно признать только при условии, что одновременно на экран ЭКС выводится информация от РЛС/САРП. Данный принцип отображения информации практически реализован в ЭКС Tranzas «Navi-Sailor» с дополнительным модулем «радаринтегратора», обеспечивающим ввод информации от РЛС/САРП практически любых типов. На современных судах информация АИС совместно с радиолокационной информацией может отображаться на дисплеях интегрированных навигационных систем (INS) или интегрированных систем мостика (IBS), которые получают все более широкое распространение. Следует заметить, что отображение на экране ЭКС Tranzas «NaviSailor» радиолокационной информации и информации АИС, по существу, превращает данный прибор в интегрированную навигационную систему.

Аналогичная ситуация с графическим отображением информации АИС складывается в СУДС, где АИС должна служить средством, дополняющим радиолокационный контроль судоходной обстановки, а раздельное отображение радиолокационной информации и информации АИС может привести к негативным последствиям ввиду раздвоения внимания операторов СУДС между двумя видами дисплеев.

При совместном отображении информации АИС и информации от РЛС/САРП рекомендуется соблюдать следующие основные принципы, приведенные в указанных выше руководствах IMO и IALA:

· Символы АИС не должны ухудшать наблюдение эхосигналов РЛС и символов радиолокационного сопровождения. Символы АИС и радиолокационного сопровождения должны четко различаться друг от друга (цветом, формой или размерами).

· Данные по цели, получаемые от АИС и в результате радиолокационного сопровождения, должны четко различаться между собой. Источник данных (АИС или РЛС) должен быть индицирован.

· Свойства векторов целей (время экстраполяции, относительное или истинное движение), отображаемых по данным АИС и РЛС, должны быть идентичны.

· Установленный режим индикации (ориентация изображения по курсу или по меридиану, неподвижный или движущийся символ собственного судна) должен распространяться как на цели, сопровождаемые РЛС/САРП, так на цели АИС.

· Если установлены зоны ограничения автоматического захвата для РЛС/САРП, то эти зоны должны действовать для активации целей АИС. При вхождении в зону автоматического захвата «спящая» цель АИС должна становиться «активной».

· Установленные оператором предельные значения CPA/TCPA должны распространяться как на цели, сопровождаемые РЛС/САРП, так на цели АИС. Сигнализация об опасной цели должна действовать по каждому источнику информации независимо от того, выполняются ли условия опасного сближения по другому источнику информации.

· Для целей, сопровождаемых РЛС/САРП, и по которым обеспечивается информация АИС, может быть предусмотрен автоматический выбор вида информации, чтобы избежать отображения двух символов одной и той же цели. Оператор должен иметь возможность изменения предустановленных критериев автоматического выбора.

· Если выполняются критерии автоматического выбора вида информации по целям, должны индицироваться символы и данные АИС. При этом наличие радиолокационного сопровождения и соответствующих данных должно быть индицировано и эти данные должны быть доступны.

Одно из предложений по интеграции информации от АИС и радиолокационного сопровождения на экранах судовых дисплеев было выдвинуто по результатам испытаний АИС, проведенных в Канаде в августе-сентябре 2000 г. Критерии автоматического выбора источника информации (АИС или РЛС/САРП) и индикации единого символа цели сформулированы следующим образом. В течение трех последних обновлений информации АИС разность в данных АИС и радиолокационного сопровождения не должна превышать: по дистанции - 2,5%; в пеленгах - 3 градусов, в относительной скорости - 0,2 узла; в относительном курсе - 10 градусов.

При выполнении данных критериев взамен двух различных символов должен появиться один общий символ - «ромб» с вектором (приложение 7 рисунок 10).

«Ромб» должен располагаться на линии между символами АИС и САРП на расстоянии от символа АИС, равному ожидаемой погрешности определения местоположения цели по данным АИС (ГНСС). Если погрешность определения местоположения больше расстояния между символами АИС и САРП (например, при отсутствии дифференциальных поправок ГНСС), «ромб» устанавливается на место символа САРП. Вектор при «ромбе» в обоих случаях соответствует данным АИС (SOG/COG).

Предложены также символьные формуляры, которые должны отображаться на экране при выборе цели оператором: Collision Avoidance Form (название, пеленг, дальность, СРА, ТСРА, курс, SOG, COG и некоторые другие данные), а также Target Information Form (в основном, статические и рейсовые данные). Аналогичные два формуляра предложены для собственного судна в целях облегчения контроля за передаваемыми данными АИС.

В целях дальнейшей унификации графического отображения информации АИС 48 сессия Подкомитета IMO по безопасности мореплавания (NAV 48) в июле 2002 г. приняла решение о разработке в качестве международного стандарта «Требований по отображению и использованию информации АИС на судовых навигационных дисплеях» (Requirements for the display and use of AIS information on ship borne navigational displays).

3.5 Современное оборудование АИС

Береговая аппаратура Транзас УАИС Т200/Т200-01

- автоматическая идентификация судов;

- самоорганизация системы и управление доступом к радиоканалам;

- прием и передача по радиоканалам УАИС навигационной, маршрутной и другой информации;

- сохранение статических данных, предназначенных для автоматической передачи в радиоканал;

- выдача данных, принятых из радиоканала от других объектов УАИС, для отображения на дисплее УАИС и в устройстве представления данных в УАИС (ECDIS, Radar, INS/ENC/AIS/PILOT);

- прием статических, дополнительных динамических данных и бинарных сообщений для передачи в радиоканал от устройства представления (хранения) данных АИС;

- обмен данными с другими объектами УАИС в соответствии с установленными стандартами;

- выдача информации о работоспособности и режиме работы УАИС;

- представление относительного расположения судов на пульте управления и отображения;

- передача дифференциальных поправок ГНСС от контрольнокорректирующей станции ГНСС или от приемника дифпоправок радиомаячного канала по каналу VDL АИС;

- задание береговыми АИС по каналу Цифрового Избирательного Вызова (ЦИВ) соответствующих режимов работы судовым и береговым станциям, в том числе задание районов, частот, мощности излучения, слотов, периодов докладов и количества их повторений;

- контроль качества функционирования радиоканала любого судна в зоне действия СУДС.

Транзас АИС Т200 имеет внутренний приемник ГЛОНАСС/GPS, АИС Т200-01 имеет внутренний приемник GPS.

Комплектацию и спецификацию смотри приложение 10.

Приемник АИС TDMA Транзас T300

Приемник автоматической идентификационной системы (АИС) TRANSAS T300 предназначен для повышения безопасности плавания судов в открытом море и прибрежных водах путем автоматического приема от судов и береговых станций СУДС навигационной, статической и рейсовой информации, приема сообщений, касающихся безопасности плавания, а также выдачи навигационных данных, получаемых от внутреннего приемника GPS. Выдача информации осуществляется на дисплей электронно-картографической системы или на дисплей персонального компьютера.

ПАИС выполняет следующие функции:

- принимает номер судна IMO, MMSI, его позывной и название;

- принимает сообщения о координатах, курсе, скорости относительно грунта, компасном курсе, расположении антенны GNSS на судне, длине, ширине и осадке судна по радиоканалу АИС от других судов и координаты от базовых станций СУДС;

- принимает данные о скорости поворота, типе судна, порте назначения и времени прибытия в него;

- определяет координаты и параметры движения судна при помощи встроенного GPS приемника(опция);

- принимает дифференциальные поправки GPS по каналу VDL АИС и выдает их приемнику GPS (опция);

- принимает статические, дополнительные динамические данные;

- принимает команды управления частотами приемника по каналу TDMA;

- принимает короткие сообщения, касающиеся безопасности плавания;

- индицирует состояние ПАИС;

- принимает команды управления частотами приемника по каналу TDMA.

Комплектацию и спецификацию смотри приложение 11.

Судовая аппаратура Транзас УАИС Т101/T111

- типовое одобрение Департамента Морского Транспорта и Российского Морского Регистра Судоходства;

- автоматическая идентификация судов;

- самоорганизация системы и управление доступом к радиоканалам;

- использование сигналов системы Глонасс для синхронизации приема/передачи информации УАИС;

- прием данных по радиоканалу от других судов и береговых центров;

- передача собственных данных в радиоканал для использования другими судами и береговыми центрами;

- сохранение статических данных, предназначенных для автоматической передачи в радиоканал;

- в случае неисправности внешнего приемника определение координат и параметров движения судна при помощи встроенного приемника ГНСС, способного повышать точность определения координат при использовании дифференциальных поправок;

- прием дифференциальных поправок ГНСС по каналу УАИС и выдача их приемнику ГНСС;

- выдача данных, принятых из радиоканала от других объектов АИС, для отображения в устройстве представления данных в УАИС (ECDIS, Radar, INS);

- обмен данными с другими объектами УАИС и судовым оборудованием в соответствии со стандартами УАИС;

- прием статических, дополнительных динамических данных и бинарных сообщений для передачи в радиоканал от устройства представления (хранения) данных УАИС;

- выдача информации о работоспособности и режиме работы УАИС;

- выдача на дисплеи ПУО пеленгов и дистанций до судов, расчитанных по их координатам, полученным по каналу VDL (VHF Data Link), и собственным координатам;

- использование внутренней ГНСС в качестве резервного датчика координат для передачи координат на канале VDL;

- отображение относительного расположения судов на пульте управления и отображения.

Комплектацию и спецификацию смотри приложение 12.

3.6 Современное оборудование САРП

Furuno FAR-2117/2127/2137S

· Усовершенствованная обработка сигнала для более качественного обнаружения цели в штормовую погоду

· LCD-дисплей, обеспечивающий четкое изображение радарной картинки

· Соответствует требованиям SOLAS для судов менее 10,000 рт

· До четырех радаров может быть подключено в сеть без дополнительных устройств

· Автоматическое отображение/слежение за 100 целями, выбранными автоматически или вручную

· Удобное управление с помощью настраиваемых функциональных клавиш, трэкбола и поворотных рукояток

· Низкий уровень побочного излучения магнетрона соответствует стандартам ITU-R

· Отображение до 1000 целей с АИС

LCD-дисплей с диагональю 20' обеспечивает эффективный диаметр изображения более 250 мм. Пользователь может выбирать цвет фона картинки радара, показанной на SXGA-мониторе, что гарантирует отличную видимость при любой освещенности. Отметки, символы и текст могут быть представлены на экране различными цветами.

Для обнаружения целей используются современные технологии обработки сигнала. Пользователь может задать две охранные зоны, расположенные на заданном расстоянии в любом секторе. Перемещения других судов оцениваются с помощью специализированного программного обеспечения и оповещений CPA/TCPA. При подключении АИС-транспондера на экране радара серии FAR-21x7 отображаются суда, оборудованные АИС.

РЛС может поставляться с антенной радара с излучателем размером 4, 6,5 или 8 футов. Скорость вращения радаров X-band составляет 24 об./мин. у стандартных радаров или 42 об./мин у РЛС для высокоскоростных судов. Также выпускаются радары S-band с излучателем антенны 10 или 12 футов. Радар S-band обеспечивает хорошие показатели обнаружения целей при неблагоприятных погодных условиях, в то время как работа радаров X-band сильно зависит от помех от моря или дождя.

Радары могут быть связаны в локальную сеть посредством Ethernet для воспроизведения различных вариантов отображения обстановки. В соответствии с требованиями Главы V SOLAS суда водоизмещением 3000 рт и выше должны оборудоваться радарами, излучающими импульсы в 3- и 10-сантиметровом диапазонах (X- и S-band). Каждый из радаров X- и S-band может быть задействован без использования дополнительного оборудования. Поэтому на любом из радаров в сети можно получить необходимую навигационную информацию, в том числе электронные карты, координаты, COG, SOG, STW и т.д.

Комплектацию и спецификацию смотри приложение 13.

Litton Bridge Master серии Е

РЛС BridgeMaster серии E продолжают традиции качества радаров фирмы Decca, хорошо зарекомендовавших себя за 50 лет существования фирмы. BridgeMaster-Е в процессе разработки подвергался длительному воздействию экстремальных условий, эквивалентных 23 годам непрерывной эксплуатации в море, чтобы гарантировать его высокую надежность и длительную работоспособность.

· Одобрение IEC и IMO для обычных и высокоскоростных судов

· Имеется широкий выбор конфигураций

· Уникальная автоматическая регулировка помехоподавления и усиления отраженного сигнала

· Простое и понятное управление

· Быстрая установка и пуско-наладка

· Режимы ARPA или ATA на 40 целей

· Многослойная структура изображения

· Возможна полная интеграция в IBS

Уникальная система помехоподавления

Даже самые простые модели радаров BridgeMaster-E имеют мощную систему подавления помех. Эта система позволяет установить автоматический режим подавления помех даже вблизи побережья, полностью исключая необходимость оперативной регулировки радарного изображения навигатором.

Выбор интерфейса пользователя

Радары BridgeMaster-E могут комплектоваться джойстиком или трекболом, а также специализированной дополнительной клавиатурой, обеспечивающей альтернативное управление основными функциями радара. В некоторых конфигурациях радара панель управления может устанавливаться отдельно, в наиболее удобном для навигатора месте. Различные варианты конфигураций позволяют встроить радар в интегрированный мостик.

Сопровождение целей

Радары BridgeMaster-E ARPA и ATA могут отслеживать одновременно до 40 целей с относительными скоростями до 150 узлов. Они полностью соответствуют всем требованиям, предъявляемым ИМО и организациями к этим модификациям радаров. Захват целей можно произвести как в ручном, так и в автоматическом режимах, выстраивая многоугольные и кольцевые охранные зоны и сектора. Навигатор может отобразить все данные о захваченной цели или параметры СРА/ТСРА шести выбранных целей. Базовая модификация ЕРА соответствует стандарту IEC 60872-3 и имеет возможность отображать до 10 вручную захваченных целей одновременно.

Плоттер

Изображение на экране радара состоит из нескольких слоев, позволяющих навигатору выбирать ту информацию, которая ему необходима. Используемые цвета и символы соответствуют требованиям IEC для радаров с плоттером и являются стандартными, в том числе и для ECDIS. Построение изображений может осуществляться собственными средствами управления радаром или можно получать изображения, созданные системой электронной картографии. ECDIS и радар могут быть частью интегрированного мостика или быть связанными друг с другом через NMEA-интерфейс.

Данные о навигации

Радары BridgeMaster-E принимают все данные о навигационной обстановке непосредственно от навигационных приборов или от электронной картографической системы. Кроме положения собственного судна, его широты и долготы, радар способен показывать пройденный путь, обеспечивая навигатора информацией об отклонении судна от курса. Количество точек отображаемого пути зависит от типа навигационного датчика. С датчиком производства Litton Marine Systems радар покажет 5 предыдущих путевых точек вместе с последней, шестой, точкой.

Простая установка и настройка

При проектировании этих радаров особое внимание уделялось концепции простой установки и настройки. Связь между передатчиком и дисплеем осуществлена через последовательный интерфейс, что позволяет значительно снизить количество используемого при монтаже кабеля. Благодаря встроенному в антенное устройство прибору контроля излучения, отпала необходимость в отдельном контрольном комплекте. Все это помогает снизить общие затраты. За счет ввода используемых в процессе установки полноэкранных меню, шаг за шагом направляющих оператора, настройка радара значительно упрощена.

Комплектацию и спецификацию смотри приложение 14.

Simrad Anritzu RA772UA

Трехмерный режим радара позволяет определять реальные параметры объектов. Поскольку интенсивность эхосигнала отображается в высоте, объекты можно легко отличить от шумов. (В обычных радарах интенсивность эхосигнала отображается в виде различной яркости, что усложняет разграничение объектов от шумов). В радаре используется высокоточный 8-дюймовый LCD-монитор с разрешением 640 х 480 точек. Кроме того, монохромный LCD-монитор имеет 4 режима для четкого изображения даже при ярком свете. Радар имеет три режима - нормальное изображение (PPI), полу-3D (3D) и одновременное отображение (PPI + 3D). RA772UA идеально подходит для яхт и небольших рыболовных судов.

· Определение пеленга и дистанции между точками

· Звуковое оповещение охранной зоны

· Автоматическая настройка

· Меню в нижней части дисплея

· 15 языков для меню и сообщений

· Шкала расстояний устанавливается с периодичностью до 0,1 мили

· Двукратное увеличение изображения

· Слежение за треками эхосигнала для определения движения других судов с периодичностью 15, 30 сек, 1, 3, 6 мин, продолжительное слежение

· Высококонтрастный LCD монитор

· Смещение центра сигнала

Комплектацию и спецификацию смотри приложение 15

Simrad RA-40/41/42

Усовершенствованная модель на основе нового поколения дисплеев, изготовленных по тонкопленочной технологии и обеспечивающих чистое и отчетливое изображение с возможностью работы в режиме двух дисплеев на одном экране.

- Двухдистанционный Режим - вывод радиолокационной картинки ближней и дальней дистанции. Обе части имеют плавную настройку шкалы диапазонов, что делает возможным точную установку требуемого расстояния без предварительно заданных значений шкалы диапазонов.

- Ночной режим - режим измененной цветовой гаммы.

- Высокая частота обновления - использование антенн с высокой скоростью вращения, возможность использования на высокоскоростных судах.

- Полу-трехмерный режим - возможность произвести разделение между слабыми и сильными эхосигналами.

- Перемещающиеся Электронные Линии Пеленга (EBL) / Регулируемый Маркер Дистанции (VRM), Полноэкранный режим - возможность отображения картинки радара в режиме разделенного экрана, т.е. различные режимы обычного радара, а также трехмерного изображения.

- Отражение следа - помогает определить направление движения цели относительно судна. Продолжительность отслеживания отражения следа может быть настроена от 15 секунд до 6 минут или включена в режим постоянного отслеживания.

- Устройство Автоматического Отслеживания Цели (ATA) - до 10 обозначенных оператором целей - ручной захват, автоматическое отслеживание. При захвате цели, радар автоматически предоставляет меню данных, которое включает в себя указание пеленга и дистанции, скорости и курса, точки наибольшего сближения и времени наибольшего сближения с отслеживаемой целью. Встроенная система сигнализации подает сигнал, если цель находится на курсе столкновения с судном, а также при потере цели, что упрощает навигацию и делает ее еще более безопасной.

Режимы работы:

- Режим 'По Курсу' (Head Up)

- Режим 'По Северу' (North Up)

- Режим 'Истинное движение, Курс вверх' (Course Up)

- Режим 'Истинное движение, Север вверх' (True Motion)

- Регулируемый Маркер Дистанции (VRM)

- Электронная линия пеленга (EBL)

Модельный ряд - РЛС для любых целей

Simrad RA40

RA40 - диапазон действия 24 мили, оснащен компактной антенной в обтекателе 1,5 фута с мощностью 2 кВт. Имея компактную антенну в сочетании с 10-дюймовым тонкопленочным дисплеем, радары модели RA40 идеально подходят для использования на маломерных судах. Малый вес и небольшие размеры антенны позволяют устанавливать ее на мачте.

Simrad RA41

RA41 - диапазон действия 36 миль, оснащен компактной 2-футовой антенной в обтекателе с мощностью на выходе 4 кВт. Сочетание 2-футовой антенны с большой мощностью и увеличенным радиусом действия (36 миль), делает RA41 удобным для использования на средних судах. Антенна имеет стандартную функцию выбора повышенной частоты вращения.

Simrad RA42

RA42 - диапазон действия 48 миль. В зависимости от дальности и качества определения целей, 10-дюймовый тонкопленочный радар RA42 может поставляться с 3-футовой или 4-футовой открытой антенной. Высококачественная антенна имеет мощность на выходе 4 кВт. Две скорости вращения антенны (требуется питание 24 VDC) позволяют увеличить скорость обновления изображения на радаре в 2 раза. Данная модель радаров может использоваться как на крупных судах, так и на высокоскоростных плавсредствах.

Комплектацию и спецификацию смотри приложение 15

3.7 Ошибки системы. Совместное получение информации

На борту судна оборудование АИС используется судоводительским составом в следующих целях:

· для предупреждения столкновений в качестве оборудования, дополняющего судовую РЛС и обеспечивающего получение информации о местоположении и параметрах движения других судов;

· для получения дополнительной информации о других судах (название или позывной, тип судна, его навигационный статус, порт назначения, маршрут движения), позволяющей правильно оценить обстановку и принять решение по управлению судном;

· для передачи другим судам и береговым службам сообщений, связанных с безопасностью мореплавания в соответствии с требованиями Правила V/31 Конвенции SOLAS);

· для передачи информации в береговые службы, включая СУДС и обязательные системы судовых сообщений, что позволяет исключить радиотелефонный обмен или снизить его объем;

· для получения от береговых служб местной навигационной информации и предупреждений (судоходная обстановка, обнаруженные опасности, состояние СНО, гидрометеорологическая информация);

· для эффективного обнаружения средств навигационного оборудования (СНО), оснащенных АИС, и получения от них дополнительной информации (местоположение, статус, гидрометеорологические данные);

· для повышения эффективности взаимодействия с ледоколами, буксирами и лоцманскими службами.

Эффективное и безопасное использование АИС на судах возможно при условии надлежащей подготовленности судоводителей к применению этого нового вида навигационного оборудования. Судоводительский состав должен быть достаточно хорошо знаком с принципами работы, информационно-техническими характеристиками, возможностями и ограничениями АИС. Особую важность имеют навыки интерпретации отображаемой информации, ее практического использования в целях предупреждения столкновений. В настоящее время не установлены официальные обязательные требования к подготовке судоводителей к использованию АИС. Однако целесообразность таких требований уже обсуждается в IMO и других международных и национальных организациях, связанных с безопасностью мореплавания. Не исключено, что в ближайшем будущем будет введена обязательная тренажерная подготовка судоводителей по использованию АИС, совмещенная с традиционной подготовкой по использованию РЛС и САРП.

Основным предназначением и главной функцией судового оборудования АИС является предупреждение столкновений судов. Правило 7 Международных Правил предупреждения столкновений судов (МППСС) требует от судоводителей использования всех приемлемых в данной обстановке средств оценки опасности столкновения. Одним из таких средств следует считать установленное на судне оборудование АИС.

Тем не менее, практическое использование АИС на судах в целях предупреждения столкновений можно рекомендовать только после накопления необходимого опыта, соответствующей подготовленности судоводительского состава и окончательного решения проблемы отображения информации АИС на экранах судовых дисплеев. В ближайшее время, то есть в период внедрения и освоения АИС, судовое оборудование АИС следует применять только как средство, дополняющее радиолокационную станцию и другие способы наблюдения за навигационной обстановкой, а также как средство обмена информацией с береговыми службами. К ограничениям АИС, которые необходимо учитывать при использовании в целях предупреждения столкновений, следует отнести:

· Значительная часть судов может быть не оборудована АИС даже по окончанию периода внедрения (рыболовные, местного плавания, маломерные, прогулочные и другие).

· Судовое оборудование АИС может быть выключено по распоряжению капитана судна, если использование АИС может отрицательно повлиять на безопасность судна (например, в районах, где возможна пиратская деятельность).

· В районах с очень высокой интенсивностью судоходства возможно уменьшение реальной дальности действия АИС до 10 - 12 миль.

· Сильные радиопомехи, например, во время грозы, могут вызвать кратковременные нарушения в работе АИС.

· Достоверность и качество принятой информации частично может зависеть от датчиков, формирующих сообщения АИС, и от правильности ввода информации судоводителями на судах-целях (например, навигационный статус или маршрут движения).

· Принципы использования АИС в целях предупреждения столкновений во многом аналогичны принципам использования РЛС и САРП. Общими для двух видов оборудования являются графическое отображение местоположения других судов, экстраполяция взаимного движения с помощью векторов скорости, оценка опасности сближения по дистанции до точки кратчайшего сближения (CPA) и по времени до точки кратчайшего сближения (TCPA).

К преимуществам АИС по сравнению с обычным радиолокационным наблюдением и использованием средств автоматической радиолокационной прокладки (САРП) следует отнести:

1. Увеличение расстояния, на котором возможны обнаружение встречных судов и оценка опасности столкновения. Радиусом действия АИС в открытом море можно считать дальность ОВЧ радиосвязи - 20 - 30 миль с учетом высоты установки антенн. В то же время дальность уверенного обнаружения и автоматического сопровождения встречного судна с помощью РЛС/САРП зависит от размеров судна-цели, погодных условий и других факторов и, обычно, составляет 6 - 15 миль. Как следствие малое судно-цель, оборудованное АИС, будет обнаруживаться примерно на тех же расстояниях, что и крупные суда с помощью РЛС.

2. В районах с изрезанной береговой линией, в архипелагах, в узких проливах, фиордах и на реках АИС позволяет получать информацию по судам, находящимся в «теневых» секторах РЛС, обусловленных береговым рельефом. Этот эффект объясняется тем, что радиоволны ОВЧ диапазона (метровые), излученные ненаправленной антенной АИС, за счет огибания береговых препятствий или за счет отражений от них могут распространяться не только в пределах прямой видимости, как радиоволны СВЧ диапазона (сантиметровые), применяемые в морской радиолокации.

3. На работу судовых РЛС и САРП могут оказывать отрицательное влияние отражения от морской поверхности, помехи от осадков и от соседних РЛС, ложные эхосигналы и другие внешние факторы. Существенно ухудшается работа радиолокационного оборудования на сильном волнении вследствие качки и попадания собственного судна и судна-цели между гребнями волн. В то же время, на работу АИС указанные факторы практически не оказывают никакого влияния.

4. Погрешности РЛС и радиолокационной прокладки, как правило, возрастают с увеличением расстояния до цели. Погрешности информации АИС остаются неизменными в пределах дальности действия и, как правило, существенно меньше соответствующих погрешностей радиолокационной прокладки, особенно в районах, где установлены дифференциальные станции ГНСС. В АИС отсутствуют понятие минимальная дальность действия («мертвая зона»), свойственное РЛС, благодаря чему возможно получение информации от рядом расположенных судов, например, ошвартованных лагом.

5. Эффективность АИС не снижается при использовании на акваториях портов и в стесненных водах, где очень трудно обеспечить своевременный захват и сопровождение целей с помощью РЛС/САРП. Ограниченная разрешающая способность РЛС и отражения от береговых объектов не позволяют, как правило, вести наблюдение за судами, стоящими у причала. Как следствие, затруднено своевременное обнаружение с помощью РЛС/САРП начала движения парома местного сообщения по акватории порта или пересекающего речной фарватер, что может быть обеспечено АИС.

6. При радиолокационной прокладке первичными данными о движении цели являются пеленг и дальность, а также определяемые на основе их изменения относительные курс и скорость. Истинные курс и скорость цели рассчитываются в САРП с учетом гирокомпасного курса и скорости по лагу собственного судна, что вносит в расчеты существенные погрешности, особенно при наличии течения и ветрового дрейфа. В АИС исходными данными являются вектор скорости цели относительно грунта (COG/SOG). Относительные курс и скорость цели рассчитываются с минимальными погрешностями с учетом известного вектора скорости собственного судна относительно грунта.

7. Эхосигнал цели, получаемый от РЛС, подвержен флуктуациям (случайным изменениям амплитуды, формы и временного положения). В результате положение точки автосопровождения в САРП нестабильно и обычно не совпадает с геометрическим центром судна - цели. Как следствие, появляются погрешности определения пеленга, дальности и других элементов движения цели. Для уменьшения случайной составляющей таких погрешностей в САРП применяют алгоритмы сглаживания (фильтрации), которые дают хорошие результаты при неизменных элементах движения цели. При изменении курса цели сглаживание серьезно затрудняет обнаружение маневра, а выдаваемые САРП значения относительного и истинного курса могут существенно запаздывать по отношению к фактическим значениям (в отдельных случаях разность может достигать 50 градусов). В АИС, благодаря прямому получению данных о курсе цели (от гирокомпаса) и угловой скорости (при наличии соответствующего датчика), маневр цели обнаруживается практически одновременно с его началом. Различие в получаемых данных о направлении движения (COG) и курсе цели позволяет оценить угол дрейфа (сноса) цели.

8. Воздействие помех от осадков или попадание цели в теневой сектор может вызвать сброс цели с автоматического сопровождения в САРП. В случае прохождения двух целей на малом расстоянии друг от друга может произойти взаимное переключение автоматического сопровождения (swapping) с появлением грубых ошибок в вырабатываемых данных. Сопровождение целей средствами АИС лишено указанных недостатков и отличается более высокой надежностью и стабильностью.

Существенным преимуществом использования АИС в целях предупреждения столкновений является возможность получения дополнительной информации о судне-цели, его типе и навигационном статусе (например, ограничено в возможности маневрирования), порте назначения и маршруте движения. Такая информация способствует правильной и полной оценке обстановки, а также адекватному выбору предполагаемого маневра расхождения.

Важным достоинством АИС является автоматизация обмена информацией с береговыми службами, включая передачу предписанных правилами плавания обязательных сообщений в адрес Центров СУДС, систем судовых сообщений и других береговых служб. Использование АИС в этих целях позволяет снизить объем радиотелефонной связи судна с берегом, уменьшить нагрузку на судоводителей и отвлечение от непосредственного управления судном, что вносит определенный вклад в повышение безопасности плавания.

Использование АИС не только обеспечивает для судоводителей определенные преимущества, но и накладывает на них дополнительные обязанности по контролю работы оборудования АИС и вводу в него необходимой информации. Резолюцией IMO A.917(22) от 22 ноября 2001 г. введено в действие «Руководство по использованию судовых автоматических идентификационных систем», являющееся первым официальным документом по применению АИС и основой для дальнейшей разработки практических руководств на национальном уровне. «Руководство» кратко описывает принцип действия АИС и виды передаваемой и принимаемой информации, освещает основные достоинства и ограничения АИС, включает краткие указания по обслуживанию судовой аппаратуры АИС, приведенные ниже.

Судовое оборудование АИС должно, как правило, всегда находиться в рабочем состоянии, при нахождении судна на ходу или на якоре, за исключением случаев, когда по соображениям безопасности (угроза пиратства или вооруженного грабежа) выключается по приказу капитана с записью в судовом журнале. По исчезновению опасности АИС должен быть включен как можно быстрее. Порядок использование АИС судами, находящимися у причалов порта, определяется местными правилами.

Подготовка оборудования АИС к работе после включения занимает не более 2 минут, в течение которых выполняется автоматический контроль работоспособности, периодически повторяющийся в процессе работы. Если оборудование неисправно, включается сигнализация и прекращается передача информации.

Вахтенный офицер на борту судна должен обеспечить ввод информации в оборудование АИС в начале рейса и, при необходимости, обновлять следующие данные: осадку, данные об опасном грузе, порт назначения и ЕТА, маршрут движения, навигационный статус. Вахтенный офицер должен периодически проверять информацию, передаваемую оборудованием АИС, в частности, позицию собственного судна в формате WGS-84, вектор путевой скорости (SOG/COG) и курс судна. Статическая информация о судне (идентификаторы, тип, размеры) должна проверяться, как минимум, один раз в течение рейса и не реже, чем раз в месяц.

При входе судна в район, где установлены частотные каналы АИС, отличающиеся от международных, следует убедиться что произошло автоматическое переключение каналов по сигналам береговых станций. В некоторых районах, где такие станции отсутствуют, требуется выполнить ручное переключение каналов.

В соответствии с Правилом 31 Главы 5 Конвенции SOLAS «капитан каждого судна, встретивший опасные льды, покинутое судно, представляющее опасность для плавания, любую другую прямую навигационную опасность ….. обязан всеми имеющимися в его распоряжении средствами передать информацию об этом находящимся поблизости судам, а также компетентным властям». Установленное на судне оборудование АИС следует считать одним из таких средств. Использование АИС не устраняет необходимость передачи информации другими средствами, в том числе, требуемыми процедурами ГМССБ.

4. Надёжность, доступность системы, резервирование

Основные положения теории надежности работы навигационных приборов и систем

Безопасность плавания, надежность получения и обработки необходимой информации достигаются комплексным использованием навигационных приборов, основанных на различных принципах действия, при этом каждая включенная в комплекс аппаратура в отдельности и весь комплекс в целом должны быть надежными в работе.

Под надежностью понимают свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. Одной из характеристик надежности является безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки.

Показателями безотказности являются вероятность безотказной работы в течение заданного времени Р (t), средняя наработка до отказа Tср интенсивность отказов л(t), эксплуатационные коэффициенты технического использования Kис и вынужденного простоя Kп системы и др.

Рассмотрим эти показатели.

Вероятностью безотказной работы системы (изделия, прибора, элемента) называется функция случайного времени Т, определяющая вероятность того, что в пределах этого времени не возникает ни одного отказа:

P(t) =P(T>t) (27)

Отказом называют событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Отказ может наступить из-за выхода параметров элемента за допустимые пределы без повреждения самого элемента. Вероятность отказа как противоположного несовместного события

q(t) =1-P(t)= P(T<t) (28)

т.е. представляет собой интегральную функцию распределения случайного времени Т безотказной работы аппаратуры.

Оценивают вероятность отказа на основе испытаний по формуле

q*(t) =n(t)/N0 (29)

где n(t) - число отказавших элементов за время t; N0 - число элементов (изделий), поставленных на испытание.

Если иметь кривые безотказной работы систем и вероятности их отказов и задаться промежутком времени ф =t2 - t1, то можно определить вероятность отказа q(t) системы (изделия) в этом промежутке.

Средней наработкой до отказа Тср системы называется математическое ожидание времени работы аппаратуры до первого отказа: I

(30)

где q'(t) - плотность (частота) вероятности отказов [q' (t) = - P' (t)].

Практически значение Тср можно получить:

(31)

где ti - время работы до отказа i-го изделия.

Интенсивность отказов л(t) означает среднее число отказов, приходящихся на единицу времени работы системы.

Связь между (t) и Р(t) следующая:

л(t)= -P'(t)/P(t) (32)

откуда

л(t)=[ln P(t)]' (33)

или

(33`)

Статистическая оценка интенсивности отказов

л*(t)=n(t)/[N(t)Дt] (34)

где N(t) -- среднее число элементов, работающих в интервале Дt.

Кривая изменения л(t) (см. рис. 12) может быть разделена на три участка, первый из которых I соответствует периоду доводки аппаратуры и показывает, что она должна подвергаться определенным испытаниям еще до передачи в эксплуатацию. В течение этого времени следует отбраковывать элементы низкого качества, устранять дефекты монтажа и т. п.

Второй участок (II) соответствует нормальной эксплуатации системы, в течение которой значение X остается практически постоянным, зависящим от качества элементов системы и условий ее эксплуатации.

Третий участок (III) характеризует период изнашивания и старения системы.

Особенно важен второй участок, когда значение л постоянно. В этом случае:

т. е. экспоненциальный закон надежности и среднее время безотказной работы системы Тср = 1/л.

Для микроэлектронных цифровых интегральных схем (микропроцессоров) интенсивность отказов составляет 10-7 ч (Тср= 107 ч ? 1000 лет).

Интенсивность отказов и наработка аппаратуры в значительной степени изменяются в зависимости от условий, в которых она работает. Полученная на испытаниях в лаборатории интенсивность отказов при работе аппаратуры на судах увеличивается в 17 раз. Длительность работы в судовых условиях уменьшается в 5 раз.

Если в системе имеется несколько различных типов элементов, то интенсивность отказов системы

(35)

где Ni -- число элементов i-гo типа; лi -- интенсивность отказов i-гo элемента.

Комплексные показатели (коэффициенты) надежности применяют для характеристики восстанавливаемой аппаратуры, они позволяют оценить ее готовность к работе, затраты времени на ремонт, техническое обслуживание, расход запасных элементов, стоимость эксплуатации.

Коэффициент технического использования системы

Kис=Tср/(Tср+tп) (36)

где tп - среднее время простоя, затраченное на ремонт и техническое обслуживание аппаратуры во время ее эксплуатации

Коэффициент вынужденного простоя системы

Kп=tп/(Tср+tп) (37)

Сумма значений коэффициентов

Kис + Kп = 1 (38)

Коэффициент профилактики системы

Kпр=tпр/(Tраб+tпр) (39)

где tпр - время необходимое для осмотров и ремонта; Tраб - время работы между осмотрами.

Коэффициент стоимости эксплуатации системы

Kс.э = Сг.э/Си (40)

Сг.э - стоимость годовой эксплуатации; Си - стоимость изготовления системы.

Во многих случаях выгодно эксплуатировать такую систему, парная стоимость которой минимальна:

Сг.э+Си = C = min (41)

Так как с повышением надежности системы стоимость ее эксплуатации понижается, а стоимость изготовления возрастает, то всегда имеется некоторое оптимальное по стоимости значение надежности.

Коэффициент стоимости может иметь решающее значение при установлении уровня оснащения морских судов различными автоматизированными системами. При этом часто используют комбинированный критерий надежности системы:

Pэ(t)=Kп(1-Kпр)P(t) (42)

Самым уязвимым и относительно не надёжным блоком САРП является магнетрон и индикаторное устройство компьютерного типа, для которых средняя наработка на отказ не превышает 6000-10000 часов и 5000-7000 часов соответственно. Приемо-передающее устройство может проработать 8000-10000 часов. Самой надёжной в РЛС считается механика (привод антенны). Для неё средняя наработка на отказ, в зависимости от условий эксплуатации, составляет 10000-14000 часов.

На судах, как правило, устанавливается 2 или более РЛС. Это сделано с целью повысить надёжность всей системы, т.е. при выходе из строя одной РЛС судоводитель может переключиться на другую и продолжить выполнение навигационных задач. Особенно это важно в узкостях и при ограниченной видимости. РЛС должны быть размещены таким образом, чтобы каждая РЛС могла работать самостоятельно и обе могли работать одновременно независимо друг от друга. Каждая РЛС должна иметь возможность подключения к аварийному источнику питания. При установке двух РЛС может быть предусмотрено устройство взаимного переключения приборов для повышения гибкости и готовности радиолокационной установки. Оно должно быть установлено так, чтобы неисправность любой РЛС не вызывало отключения электропитания или другого нарушения в работе РЛС.

5. Вспомогательная информация, используемая в РЛС для повышения качества получаемой информации

5.1 Отображение картографической информации на экране дисплея

Отображение картографической информации может производиться на индикаторе информационной системы отображения электронных карт или на индикаторе САРП. Радиолокационное изображение в обоих случаях накладывается на электронное изображение электронной карты. Хотя в Японии создали РЛС на который накладывается электронная карта ( рис.12.1.).

Рис. 12.1

Должно быть произведено согласование электронной карты с радиолокационным изображением. Стабилизация картографической информации при маневрировании своего судна обеспечивается, если известны точные координаты судна. Эта задача решается, в частности, путем определения координат судна по сигналам радионавигационных систем ГЛОНАСС или GPS.

5.2 Настройка РЛС с целью адаптации под конкретные условия наблюдения

Мешающее действие помех, отраженных от поверхности моря

Помехи от взволнованной поверхности моря имеют флюктуационный характер и создают на экране множество мерцающих точек, меняющих свое положение и яркость во времени. Эти мерцающие точки засвечивают центр экрана, т к. мешающее действие этих помех быстро убывает с увеличением дистанции. Мощность помех от взволнованной поверхности моря обратно пропорциональна третьей степени от дистанции.

Чем сильнее волнение моря и чем выше коэффициент усиления приемного устройства РЛС, тем большая зона вблизи центра экрана ЭЛТ перекрывается этими помехами. При сильном волнении моря экран засвечивается на расстоянии 3.. .4 мили, а на расстоянии 1... 2 мили при сильном волнении наблюдается сплошная засветка экрана вблизи центра.

Пятно в центре экрана имеет форму овала, т. к. наибольший уровень помех от взволнованной поверхности приходит с наветренной стороны. Сигналы в этом случае отражаются по нормали относительно передней кромки волны. Зыбь отображается на экране в виде полос, т. к. проявляется как множество близко расположенных протяженных целей.

При появлении на экране РЛС эхо-сигналов, вызванных волнением моря, интенсивность которых настолько велика, что эхо-сигналы от малоразмерных целей (буи, малые суда, катера, шлюпки и т. д.) могут быть не обнаружены, используется специальная схема временной автоматической регулировки усиления приемника. При использовании ВАРУ слабые эхо-сигналы от волн исчезают и видны только эхо-сигналы от объектов с большей отражающей способностью. Следует, однако, иметь в виду, что, применяя ВАРУ, уменьшают не только паразитные эхо-сигналы от волн, но и полезные. Если эхо-сигналы слабы, то они также исчезнут с экрана ИКО. Например, в штормовую погоду небольшие деревянные суда и шлюпки не могут быть видны на ИКО вблизи судна. Поэтому пользоваться регулировкой ВАРУ нужно с осторожностью, чтобы ликвидировать только сплошное пятно помех, сохранив отдельные случайные эхо-сигналы от волн. Эхо-сигналы от целей, находящихся в зоне воздействия помех, наблюдаются на одном и том же месте, и поэтому различимы.

Интенсивность помех от морского волнения уменьшается при использовании импульсов меньшей длительности, которые обычно применяют на шкалах более крупного масштаба. Поэтому в некоторых случаях целесообразно использовать шкалы с меньшей дальностью, если при этом сокращается длительность импульса. Потеря дальности наблюдения может быть возмещена сдвигом начала развертки, если это обеспечивается РЛС.

Крупные суда, эхо-сигналы которых не различаются на фоне засветки, могут быть обнаружены по их тени на волнении. Эта тень покрывает собой пространство моря, заслоненное крупным судном от луча антенны.

Влияние метеорологических условий

Опыт работы с РЛС показал, что в туман, дождь и при чрезмерно влажном воздухе наблюдается некоторое уменьшение дальности обнаружения объектов. Это объясняется сильным рассеянием и поглощением радиоволн сантиметрового диапазона водой, находящейся в воздухе. Степень ослабления сигналов увеличивается с уменьшением длины волны, на которой работает РЛС.

При некоторых условиях может наблюдаться аномальное распространение радиоволн сантиметрового диапазона, связанное с изменением коэффициента рефракции. При нормальном состоянии атмосферы радиолокационные лучи слегка изгибаются в сторону земной поверхности. Если коэффициент атмосферной рефракции убывает с высотой со скоростью меньше нормальной, или увеличивается, то изгиб у радиолокационных лучей будет меньшим и они в меньшей степени будут следовать кривизне земной поверхности. При этом лепесток диаграммы направленности РЛС будет стремиться подняться выше над поверхностью моря, что приведет к уменьшению дальности радиолокационного горизонта. Такое явление называется пониженной рефракцией (субрефракцией). Оно возникает, когда холодный влажный воздух распространяется над теплой водой. При субрефракции объекты, имеющие небольшую высоту над уровнем моря, будут обнаруживаться на несколько меньших расстояниях, чем при нормальных условиях. Известны случаи, когда дальность обнаружения небольших судов и островов сокращалась на 30...40% и более.

Субрефракцию обычно замечают, когда температура воздуха не менее чем на 20°С ниже температуры воды. Наиболее часто это случается в полярных районах зимой и вблизи сильно охлажденных береговых массивов. Поэтому если температура поверхности моря на 20°С превышает температуру воздуха, следует ожидать, что очень близкие объекты, находящиеся на расстоянии 2...3 миль, не будут обнаружены РЛС. (Во время арктических плаваний, когда разница между температурами воды и воздуха была особенно большой, судоводители с трудом обнаруживали айсберги и громадные плавучие льдины на расстоянии менее 1 мили.)

Если коэффициент атмосферной рефракции убывает с высотой со скоростью больше нормальной, то радиолокационный луч изгибается сильнее и в большей степени следует кривизне земной поверхности. В этом случае лепесток диаграммы направленности радиолокатора будет стремиться прижаться к земной поверхности, что вызовет увеличение дальности радиолокационного горизонта. Это явление называется повышенной рефракцией (сверхрефракцией). При сверхрефракции дальность радиолокационного горизонта может достигать нескольких сотен миль.

Исключительным случаем сверхрефракции является волноводное распространение, при котором радиоволны распространяются внутри высотного атмосферного волновода на большие расстояния, следуя кривизне земной поверхности.

Сверхрефракция обычно возникает при тихой погоде антициклонического типа, когда над относительно холодной поверхностью моря находится теплый сухой воздух. Наиболее часто такие условия встречаются в прибрежных водах умеренного (летом) или тропического пояса, а также в области пассатов и в Красном море.

Явление сверхрефракции не слишком опасно. Единственные помехи, которые могут появиться на экране, это эхо-сигналы последующего хода развертки. Они появляются в случае распространения радиоволн на большие расстояния по атмосферному волноводу, когда отраженный сигнал возвращается к антенне спустя несколько циклов развертки.

Для того чтобы убедиться, является ли принятый сигнал действительным или ложным, необходимо переключить РЛС на другую шкалу дальности, частота посылки импульсов на которой отлична от предыдущей. Если расстояние до объекта изменится, то это ложный сигнал последующего хода развертки.

Опыт использования РЛС показывает, что на экранах может появиться метеорологическое эхо, т. е. эхо-сигналы от облаков, полос ливня, границ районов с резко отличающейся влажностью. Неопытный наблюдатель может принять их за изображение препятствий (остров, берег и т. п.). Кроме того, такие эхо-сигналы затрудняют наблюдение за другими объектами, так как грозовые и дождевые тучи и сильный снегопад очень сильно засвечивают экран и среди этих пятен невозможно обнаружить нужные объекты.

Недооценка судоводителями этой особенности судового радиолокатора приводила к серьезным авариям. В районах, где одиночные острова являются единственными ориентирами, легко спутать с ними отдельные ливневые образования. В районах с изрезанными берегами во время сильных ливней конфигурация берега может быть сильно искажена, причем границу ливня можно принять за сушу.

Для того чтобы отличить ливень от острова, необходимо вести тщательное наблюдение за изменением формы эхо-сигналов на экране. А также уменьшать усиление приемника РЛС, а в случае затенения - увеличивать усиление, а также использовать специальную схему подавления, которая состоит из дифференцирующей цепочки на выходе детектора приемника. Отличие становится особенно заметным, если у островов имеются характерные по очертаниям мысы. Эхо-сигналы от туч и грозовых фронтов имеют мелкие очертания с постоянно меняющейся формой. Можно также рекомендовать работу РЛС в режиме ИД, при котором будет видно движение облаков.

Наблюдение за пеленгами эхо-сигналов дает возможность во многих случаях уверенно опознать остров среди ливневых образований, так как последние имеют собственное движение.

При наличии помех от сильных осадков рекомендуется использовать помехозащитное устройство с одновременным увеличением усиления или диапазон 10 см и импульсы меньшей длительности

Наблюдения за эхо-сигналами от метеорологических явлений могут дать ценные сведения о метеорологической обстановке. Созданы специальные береговые РЛС для обнаружения и определения положения штормов на расстоянии нескольких сотен километров для наблюдения за их дальнейшим движением и развитием. Такие сведения имеют большое значение для кратковременного предсказания о выпадения осадков, прохождения гроз и для указания вероятных путей движения ураганов.

6. Практическое использование САРП и АИС

Все практические наблюдения проводились во время плановой плавательной практике на танкере - газовозе «LNG LOKOJA» Краткие технические характеристики судна приведены в таблице 3.

Таблица 3

Танкер оснащен современной аппаратурой САРП и АИС. приложение 8)

Таблица 4. Краткие экплуатационно-технические данные DataBridge10

АИС SAAB :

Возможность отображения до 500 целей в пределах радиовидимости, а так же передача информации через спутниковую систему Инмарсат-С. Оснащен одним передатчиком, тремя приемниками, GPS/ГЛОНАСС - приемник процессор, 6“ ЖК терминал оператора.

Типы передаваемой информации: статические данные судна, параметры движения судна, данные рейса, сообщения по безопасности, двоичные данные.

Рассмотрим совместное использование САРП и АИС на примере танкера-газовоза « LNG LOKOJA » . Практические наблюдения приведены в таблицах 6, 7, 8. и приложение 9.

Установленный на судне Радар/САРП одобрен Det Norske Veritas ( DNV ) и удовлетворяет требованиям и резолюциям:

- ?IMO MSC 64 (67) Appendix 4 Recommendation on Performance Standard for Radar Equipment

- ?IMO Resolution A.823 (19). Performance Standard for Automatic Radar Plotting Aids (ARPA)

- ?IEC 60936-1, Shipborne Radar, Operational and Performance Requirements

- ?IEC 60872-1, ARPA, Operational and Performance Requirements

- ?IEC 60945, Maritime Navigation equipment, General Requirements

- ?IEC 60936-3, Radar with Chart Facilities Performance Requirements

- ?IEC 60936-5, AIS presentation on Radar

Таблица 5. Наблюдения конкретного судна PONTODAMON с использованием радара S-band

Таблица 6. Наблюдения конкретного судна GOLDEN LUCY с использованием радара S-band

Таблица 7. Наблюдения конкретного судна TURHAN MILDON с использованием радара S-band

Таблица 8. Наблюдения конкретного судна GRANDE FRANCIA с использованием радара Х-band

Совместное использование информации АИС и САРП помогает судоводителю в сложных условиях плавания, таких как узкости и ограниченная видимость. Однако, проблема совместимости АИС и САРП до сих пор однозначно не решена, и основным камнем преткновения на пути её разрешения является синхронизация информации от различных датчиков (курса, скорости, координат). Вследствие асинхронности работы аппаратуры, разной точности вырабатываемой ими информации крайне тяжело добиться абсолютной совместимости отображения данных на одном дисплее. Одним из путей решения данной проблемы является осреднение параметров, рассчитываемых АИС и САРП и вывод на дисплей единой информации по той или иной цели. Но с другой стороны не обязательно, что осреднённые данные будут самыми точными в различных условиях плавания, так как степень доверия АИС и САРП зависит от данной конкретной навигационной ситуации. Поэтому целесообразнее предоставить судоводителю право выбора отображения информации, т.е. либо данные от АИС, либо от САРП или интегрированная информация от обеих систем.

7. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ.

7.1 ОХРАНА ТРУДА

Электромагнитные поля и защита от них

Спектр электромагнитных колебаний по частоте достигает 10(21) Гц. В зависимости от энергии фотонов (квантов) его подразделяют на область ионизирующих и неионизирующих излучений. В связи с массовым использованием различных радиотехнических средств на судах наибольший интерес представляют именно неионизирующие излучения.

Большую часть спектра неионизирующих электромагнитных излучений составляют радиоволны (3 Гц…….3000 Гц), меньшую часть - колебания оптического диапазона (инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое излучения). В зависимости от частоты падающего электромагнитного излучения ткани организмов проявляют различные электрические свойства и ведут себя как проводник или диэлектрик.

Электромагнитное излучение характеризуется следующими основными параметрами: частотой (f) в Гц, длиной волны () в м., временем распространения (t) и скоростью (с), которая в обычных условиях равна скорости света.

С учетом радиофизических характеристик условно выделяют либо 5 диапазонов частот, либо 12 - последние согласно номенклатуре международного регламента радиосвязи.

Для электромагнитных полей в диапазоне до 300 МГц электрические и магнитные составляющие оцениваются раздельно в единицах напряженности: вольт на метр (В/м) и ампер на метр (А/м). Для электромагнитных полей в диапазоне частот свыше 300 Мгц используется единица плотности потока энергии (ППЭ), выражаемая количеством энергии, проходящим через 1 квадратный метр поверхности, расположенной перпендикулярно направлению распространения энергии, в 1 с - 1 Вт/м(2). Между ППЭ (мкВт/см(2)) и напряженностью электрического поля (B/м) или магнитного поля (A/м) существует зависимость:

ППЭ = Е(2)/ 3,77

ППЭ = 3,77*10(4)*Н(2)

Электромагнитные поля любого радиотехнического средства делят на ближнюю зону (индукции), или зону Френеля, промежуточную (интерференции) и дальнюю (волновую) или зону Фраунгофера. Ближайшая зона имеет радиус, равный примерно 1/6 длины волны от излучателя, а дальняя начинается с расстояния от излучателя, равного примерно 6 длинам волн, и характеризуется окончательно сформированной диаграммой направленности антенны. В ближней зоне электрические и магнитные составляющие смещены по фазе на 90 градусов и отличаются друг от друга в десятки и более раз. В дальней зоне обе составляющие электромагнитного поля совпадают по фазе и находятся в прямой зависимости от между собой. В этой зоне напряженность магнитной составляющей обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника, а электрической - обратно пропорциональна расстоянию, но в третьей степени.

Интенсивность электромагнитных излучений на судах зависит от многих причин, которые определяются как параметрами радиотехнических устройств, таки режимами их работы. Основное значение при этом имеют мощность излучения, коэффициент усиления и диаграмма направленности антенн, частота электромагнитных колебаний.

Развитие судовых радиотехнических устройств идет прежде всего по пути усиления их мощности. Очевидно, что чем больше мощность радиотехнических средств, тем выше уровни электромагнитных излучения, которые распределяют в соответствие с диаграммой направленности. С уменьшением ширины лепестка, т. е. С увеличением коэффициента усиления антенны, уровень электромагнитных излучений возрастает.

В зависимости от места и условий воздействия электромагнитных излучений различают четыре вида облучения: профессиональное, непрофессиональное, облучение в быту и облучение, осуществляемое в лечебных целях (данный вид на судах не встречается). По характеру облучения - различают общее и местное.

Степень и характер воздействия электромагнитных излучений на организм определяются плотностью потока энергии, частотой излучения, продолжительностью воздействия, режимом облучения (непрерывный, прерывистый, импульсный), размером облучаемой поверхности, индивидуальными особенностями организма, наличием сопутствующих факторов (повышенная температура воздуха, свыше 28 градусов Цельсия). Наряду с интенсивностно-временными параметрами воздействия имеют значение режимы модуляции (амплитудный, частотный или смешанный) и условия облучения.

Степень облучения членов экипажей судов во многом определяется режимом работы радиолокационных станций: постоянным или прерывистым (круговой обзор, сканирование). Перемещающиеся в пространстве диаграммы направленности антенн (по горизонтали или по вертикали) создают прерывистое излучение, при котором интенсивность электромагнитного излучения изменяется от нуля до очень значительных величин, определяемых моментом прохождения через облучаемую точку максимума основного лепестка. Установлено, что относительная биологическая активность импульсных излучений выше непрерывных.

Существенное значение имеют места расположения антенны на судах, т.е. их общая архитектура. Надстройки, трубы, мачты, находящиеся между антеннами и местами пребывания членов экипажей, обладают экранирующими свойствами и создают зоны «радиотени». Интенсивность излучения зависит от высоты расположения антенны, в связи с этим, чем выше они размещены, тем меньше уровень электромагнитного излучения на палубах и надстройках. Однако следует иметь в виду, что открытые палубы и надстройки судов являются по существу антенными полями радиотехнических средств, в связи с этим антенны устанавливаются на достаточной высоте, что в определенной мере обеспечивает относительную безопасность пребывания людей на открытых участках палубы и надстройках.

Увеличение интенсивности электромагнитного излучения любого диапазона может возникать вследствие его отражения от различных предметов, установленных на палубах и надстройках, в том числе неметаллических. Интенсивность вторичного излучения будет тем больше, чем выше электрическая проводимость окружающих предметов. Поэтому наличие на палубах большого количества надстроек может обуславливать образование местных электромагнитных полей.

Электромагнитному облучению могут подвергаться все тело (общее облучение) или его отдельные части (локальное облучение). Эффект биологического действия электромагнитного облучения зависит от длины волны, продолжительности и интенсивности воздействия, площади облучаемой поверхности, анатомического строения облучаемых органов, общего состояния здоровья человека. При этом характерны явления отражения, проведения и поглощения энергии.

Исследованиями установлено, что около 50% энергии электромагнитного излучения СВЧ-диапазона, падающей на тело человека, отражается, остальная часть поглощается. В УВЧ-диапазоне поглощается примерно 25% электромагнитной энергии, в ВЧ-диапазоне - в среднем 20%. Следовательно, с увеличением частоты электромагнитных колебаний биологический эффект электромагнитных излучений усиливается и более выражена вероятность поражения жизненно важных органов.

Эффект проникновения электромагнитных волн зависит от диэлектрической проницаемости биологических тканей, которая определяется длиной волны излучений. Установлено, что миллиметровые волны поглощаются поверхностными слоями кожи, сантиметровые - ее глубокими слоями и подкожной жировой клетчаткой, дециметровые волны проникают в ткани на глубину до 10 см. Средняя глубина проникновения электромагнитных волн составляют примерно 10% от их длины. Все формы биологического облучения можно разделить на тепловые и нетепловые.

Общий биологический эффект зависит от количества поглощенной энергии, которая вызывает возбуждение атомов, изменение пространственной ориентации молекул, в основном воды. При этом происходит переход электромагнитной энергии в тепловую, в результате чего облучаемые ткани нагреваются. Эффект этого явления в каждом конкретном случае зависит от возможной скорости оттока тепла от нагреваемых тканей, т.е. от степени их васкуляризации. В органах и тканях с плохим кровоснабжением (хрусталик и стекловидное тело глаза) тепловой нагрев при их электромагнитном облучении наиболее выражен. Паренхиматозные органы и органы, содержащие много жидкости (желудок, желчный пузырь, мочевой пузырь), также подвержены тепловому воздействию электромагнитного излучения, их нагрев может провоцировать обострение вялотекущих воспалительных процессов.

Воздействие мощных электромагнитных полей на человека приводит к определенным сдвигам в нервно-психической и физиологической деятельности, однако как предполагают, «многоступенчатая» система защиты организма от вредных сигналов, осуществляемая на всех уровнях от молекулярного до системного, в значительной степени снижает вредность действия «случайных» для организма потоков информации. Поэтому, видимо, если и наблюдается определенная реакция на эти поля, то здесь нужно говорить скорее о, физиологическом в общем смысле, чем о патологическом аспекте воздействия электромагнитной энергии. Несмотря на то, что нетепловые, или специфические эффекты воздействия радиоволн открыты относительно давно, определяющим для нормирования опасности работы в условиях воздействия ЭМП во многих странах пока принята степень их теплового воздействия.

Для выяснения биофизики теплового действия СВЧ на живые организмы рассмотрим кратко факторы, определяющие нагрев тканей при облучении их ЭМП.

Существование потерь на токи проводимости и смещения в тканях организма приводит к образованию тепла при облучении. Количество тепла, выделяемое в единицу времени веществом со среднем удельным сопротивлением ( Ом.см.) при воздействии на него раздельно электрической и магнитной составляющих на частоте f (Гц) определяются следующими зависимостями:

Qe = 8.4 х 10 х f х E ( Дж/мин )

Qп = 8.4 х 10 х f х H (Дж/мин)

Доля потерь в общей величине поглощенной теплом энергии возрастает с частотой.

Наличие отражения на границе «воздух-ткань» приводит к уменьшению теплового эффекта на всех частотах приблизительно одинаково.

Коэффициент отражения Ко от границ между тканями при различных частотах

С учетом Ко плотность мощности, поглощаемая телом, будет равна:

Ппогл = П (1- Ко)

где П - плотность потока мощности.

Глубина проникновения энергии СВЧ вглубь тканей зависит от резисторных и диэлектрических свойств ткани и от частоты.

Глубина проникновения энергии СВЧ в различные ткани при изменении поля в е раз в долях длины волн.

Соизмеримость размеров тела с длинной волны приводит к появлению существенной частотной зависимости взаимодействия поля с телом. Эффект облучения тела человека сильно зависит от поляризации и ракурса освещения его радиоволн CВЧ.

Существование между различными слоями тела слоев с малой диэлектрической проницаемостью приводит к возникновению резонансов - стоячих волн большой амплитуды, которые приводят к так называемым микронагревам.

Перераспределение тепловой энергии между соседними тканями через кровь наряду с конвенционной отдачей энергии теплоиспусканием в окружающее пространство во многом определяет температуру нагреваемых участков тела. Именно из-за ухудшенной системы отвода тепла от некоторых сред (глаза и ткани семенников - в них очень мало кровеносных сосудов). Эти органы тела наиболее уязвимы для облучения. Критическим для глаз считается повышение температуры на 10 град. С. Высокая чувствительность семенников к облучению связана с известным фактом, что при нагревании их всего на 1 град. С. Возникает частичная или полная временная стерилизация.

Кроме теплового действия радиоволн СВЧ на живой организм, на организм влияет и специфическое их действие.

Наиболее общим эффектом действия радиоволн на организм человека электромагнитных излучений малых уровней является дезадонтация - нарушение функций механизма, регулирующих приспособительные реакции организма к изменениям условий внешней среды (к теплу, холоду, шуму, психологических травм т. п.) т. е. СВЧ поле является типичным стрессом.

К специфическим эффектом воздействия поля также относятся:

Кумуляция - приводит к тому, что при воздействии прерывистого облучения суммарных эффект накапливается и зависит от величины эффекта с самого начала воздействия.

Сенсибилизация - заключается в повышении чувствительности организма после слабого радио облучения к последующим воздействиям.

Стимуляция - улучшение под влиянием поля общего состояния организма или чувствительности его органов.

В РОССИИ проводятся широкие исследования, направленные на выяснения профессиональной вредности СВЧ радиоволн. Исследования позволили выявить у лиц, подвергающихся хроническому СВЧ воздействию, определенные изменения со стороны нервной и сердечно-сосудистой систем, эндокринных желез, крови и лимфы, хотя в подавляющем большинстве случаев эти изменения носят обратимый характер. При хроническом действии СВЧ поля были обнаружены также случаи помутнения хрусталика и снижения обонятельной чувствительности человека.

При плотности мощности СВЧ поглощаемой телом ( П ) больше 5-10 мВт/cм. И хроническом действии полей меньшей интенсивности наблюдается, как правило, отрицательное влияние облучения, появляется повышенная утомляемость, слабость, вялость, разбитость, раздражительность, головокружение. Иногда наблюдается приливы к голове, чувство жара, половая слабость, приступы тошноты, потемнения в глазах. Изучаются генетические последствия воздействия радиоволн.

Биологические эффекты от воздействия электромагнитного излучения могут проявляться в различной форме: от незначительных функциональных сдвигов до нарушений, свидетельствующих о развитии явной патологии. Следствием поглощения энергии электромагнитного поля является тепловой эффект. Избыточная теплота, выделяющаяся в организме человека, отводится путем увеличения нагрузки на механизм терморегуляции; начиная с определенного предела организм не справляется с отводом теплоты от отдельных органов и температура их может повышаться.

Для длительного воздействия электромагнитных излучений различных диапазонов длин волн при умеренной интенсивности характерным является развитие функциональных расстройств в центральной нервной системе с нерезко выраженными сдвигами эндокринно-обменных процессов и состава крови. В связи с этим могут появиться головные боли, повышение или понижение давления, урежение пульса, изменение проводимости в сердечной мышце, нервно-психические расстройства, быстрое развитие утомления. Возможны трофические нарушения: выпадение волос, ломкость ногтей, снижение массы тела. Наблюдается изменения возбудимости обонятельного, зрительного и вестибулярного анализаторов. На ранней стадии изменения носят обратимый характер, при продолжающемся воздействии электромагнитного излучения происходит стойкое снижение работоспособности.

Изменения, возникающие в организме при продолжительном воздействии электромагнитных излучений небольших интенсивностей, разнообразны и, как правило, обратимы. Отмечаются сдвиги со стороны центральной нервной, сердечно сосудистой и эндокринной систем организма. Особенно чувствительна к хроническому воздействию электромагнитных излучений малых интенсивностей центральная нервная система. Имеющиеся научные данные свидетельствуют, что увеличение частоты и тяжести болезней различной природы у лиц, подвергающихся электромагнитному облучению, в значительной степени обусловлено ассенизацией организма и срывом его адаптации к другим неблагоприятным факторам окружающей среды. Установлено, что при систематическом воздействии электромагнитного поля с интенсивностями, превышающими предельно допустимый уровень, развивается синдром СВЧ-воздействия.

Различают три степени нетеплового воздействия электромагнитного излучения:

· Легкую, которая характеризуется начальным проявлением астенического и нейроциркуляторного синдромов;

· Среднюю, когда симптомы вышеуказанных синдромов усилены и сочетаются с начальными проявлениями гематологических и эндокринных нарушений;

· Тяжелую, при которой усиливается симптоматика нарушений функций центральной нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем организма и появляются различные психические нарушения (галлюцинации, чувство страха и т.д.).

Расчет параметров, характеризующих электромагнитное поле:

R(б.з.) = /2= 1/6

Где R(б.з.) - максимальная протяженность ближней зоны для источника, не обладающего направленностью излучения (изотропный излучатель).

Для антенны РЛС: R(б.з.) = D/4 +D/2 *(D/)(1/3)

Где D - максимальный размер раскрыва антенны (м).

Канал 1 : = 3* 10 (8)/ 161,975 *10(6) = 1,852 (м)

Канал 2 : = 3* 10 (8)/ 162,025 *10(6) = 1,851 (м)

R(б.з.) = 1,852/6 = 0,309 (м); R(б.з.) = 1,851/6 = 0,309 (м)

E = I*1/(4***f*R(3)) ; H = I*1/(4**R(2));

Где Е - напряженность электрического поля (В/м); Н- напряженность магнитного поля (А/м); I - ток в проводнике (антенне) (А); 1 - длина проводника (антенны) (м); R -расстояние от точки наблюдения до источника излучения (м).

В промежуточной зоне R(п.з.) = 1/36*

Е = ( 240 I(эмп)); Н = ( I(эмп/60)

Где I (эмп) = (3Р (ср) /S)*( R(б.з.)/R) -плотность потока энергии (Вт/м(2));

S - площадь излучающей поверхности; R - расстояние от центра раскрыва антенны до точки наблюдения (м).

В диапазоне частот 60 кГц - 300 МГц в случае источников, работающих в частотных диапазонах, для которых усьановлены единые значения предельно допустимого уровня, суммарную интенсивность воздействия для электрической (Е) и магнитной (Н) составляющих электромагнитного поля вычисляются по формулам:

Е = ( Е1(2)+ Е2(2)+ …..+Еn(2)) ; H = ( H1(2)+ H2(2) + Hn(2)).

В диапазоне частот 60 кГц - 300 МГц в случае источников, работающих в частотных диапазонах, для которых установлены различные значения предельно допустимого уровня, должно обеспечиваться следующее условие

(Е1/Епду1)(2)+ (Е2/Епду2)(2)+….+ (Еn/Епдуn)(2) 1

В случае одновременного воздействия на персонал электромагнитного поля с различными нормирующими параметрами соответствия уровней облучения гигиеническим нормам достигается при условии:

ППЭ/ППЭпду + (Е/Епду)(2) 1; ППЭ/ППЭпду + (Н/Нпду)(2) 1

ППЭпду = Энпду/t

Где ППЭпду - предельно допустимое значение плотности потока (Вт/м(2))

Таким образом, при работе с аппаратурой необходимо иметь четкое представление и знание конструкции и других особенностей приборов. Регулярные инструктажи по технике безопасности и грамотное использование оборудования будут залогом без аварийной эксплуатации и сохранности человеческой жизни и здоровья.

Техника безопасности при обслуживании РЛС

Соблюдение норм и правил по технике безопасности обязательно для всех. Перед выполнением наиболее опасных работ каждый раз должностными лицами должен производиться инструктаж по технике безопасности.

При работе с аппаратурой необходимо иметь четкое представление о знание конструкции и других особенностей приборов. Надо знать, как выдвигается тот или иной блок, узел из прибора, как его можно зафиксировать, чтобы он не сдвинулся во время качки туда, где находятся наиболее опасные узлы аппаратуры, грозящие поражением электрическим током или облучением высокочастотной энергией и т. п. При повседневной эксплуатации аппаратуры все блоки, дверцы, крышки, лючки, узлы и элементы приборов должны быть закреплены, закрыты. Во время ремонта, регулировок и настройки приборов возникает необходимость в открывании некоторых крышек, замыкании блокировочных контактов в выдвижных блоках. В этом случае элементы, находящиеся под напряжением, оказываются открытыми и представляют опасность для жизни. Поэтому при всех ремонтах радиолокационных станций должны строго соблюдаться правила техники безопасности, исключающие поражение электрическим током.

В судовых условиях напряжение свыше 24 В может оказаться опасным для жизни. В судовых радиолокационных станциях напряжения могут превышать 15000 В. Безопасной принято считать такую величину тока, при которой можно самостоятельно оторваться от токонесущих частей. Эта величина колеблется в пределах 0,02...0.06 А. Токи большей величины могут привести к летальному исходу. Чем больше сопротивление тела человека с защитными приспособлениями, тем меньшей опасности он подвергается. При работе одной рукой и при наличии коврика из диэлектрика под ногами опасность поражения током значительно уменьшается, даже если коснуться токонесущих частей аппаратуры. Но если вторая рука или иные открытые части тела человека имеют соприкосновение с корпусом, опасность резко возрастает. Все защитные приспособления должны по отношению к источнику тока подключаться только последовательно с объемным сопротивлением тела человека. Для увеличения суммарного сопротивления и уменьшения тока, помимо диэлектрических ковриков, на практике широко применяются инструменты с изолированными ручками, диэлектрические перчатки, галоши, боты и другие изолирующие предметы, которые прошли предварительные испытания. Сопротивление тела определяется в основном сопротивлением кожного покрова, которое может меняться в больших пределах. При работе под током руки должны быть чистыми и сухими, ранки на руках изолированы.

Опасность и последствия поражения электрическим током зависят от продолжительности его воздействия. При несчастных случаях надо немедленно обесточить аппаратуру и освободить пострадавшего от токонесущих цепей. Работать под напряжением без напарника запрещается. Каждый из работающих должен хорошо знать, как обесточить аппаратуру и оказать первую помощь пострадавшему. Нельзя работать под напряжением в одежде, стесняющей движения и имеющей металлические детали. Для уверенной и безопасной работы необходимо хорошо знать все токонесущие узлы и элементы приборов, особенно находящиеся под высоким напряжением.

После выключения аппаратуры на некоторых приборах остается напряжение судовой сети или напряжение от сопрягаемых устройств. При производстве работ внутри этих приборов отключение указанных напряжений обязательно.

При замене электронно-лучевых трубок в приборах необходимо надевать защитные очки.

При работе с антеннами судовых РЛС требуется соблюдение всех судовых правил при работе на высоте (на антеннах РЛС обязательно использовать блокировочные выключатели, предотвращающие внезапное включение мотора вращения антенны).

В процессе работ необходимо вывешивать предупредительные надписи у тех приборов, с которых может быть подано питание на аппаратуру. По возможности место работы должно ограждаться.

При работе с радиолокационными станциями высокий уровень электромагнитного поля может вызвать изменения в нервной и сердечно - сосудистой системах организма, ухудшение зрения и другие нежелательные явления. Допустимая интенсивность электромагнитного поля СВЧ при непрерывном облучении в течение рабочего дня - не более 10 мкВт/см2. Более высокие уровни поля допускаются только на короткое время. При повседневной эксплуатации и настройках радиолокационных станций уровень облучения не превышает допустимого, если соблюдаются санитарные правила. Вот некоторые из этих правил.

При полностью включенном передатчике РЛС нельзя рассоединять волноводный тракт и снимать внутреннюю экранирующую крышку передатчика. При открытой или снятой крышке передатчика резко возрастает излучение СВЧ энергии за счет накально-катодных выводов магнетрона. При напряжении около 16000 В может возникать мягкое рентгеновское излучение. Волноводный тракт РЛС должен быть исправен. Особое внимание надо обращать на места сочленения участков волновода, как на наиболее подверженные механическим повреждениям и опасные из-за просачивания СВЧ энергии. Согласно требованиям морского Регистра судоходства, предписывается устанавливать антенну РЛС на высоте не менее 6 м над палубой верхнего мостика, чтобы все открытые палубы судна, на которых могут находиться люди, не попадали в зону облучения.

Инструктаж, обучение безопасным приемам и методам работы, периодическая проверка знаний по технике безопасности согласно действующим положениям обязательны для всего личного состава судов морского флота. Выполнение этих положений является основой обеспечения безопасной работы с судовыми РЛС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе рассматривалась проблема отображения информации о судах, объединение информации РЛС и AIS, а также использование этой информации для обеспечения безопасности мореплавания.

Навигационная информация о целях индицируется в буквенно-цифровой графической форме в пределах рабочего поля индикатора. Навигационная информация о собственном судне индицируется в буквенно-цифровой форме на периферии рабочего поля навигационной обстановки дисплея. Вид и место высвечиваемой информации в основном является одинаковыми для всех видов РЛС и САРП. САРП намного облегчает работу судоводителя в сложных навигационных условиях, позволяет проигрывать маневры по расхождению судов, которые предполагается производить по истечении некоторого времени.

Радиолокационные станции нового поколения используют модульную структуру и микропроцессоры. Модульная структура обеспечивает доступность системы и ускорение ремонта РЛС. Повышена надежность системы, за счет постоянного контроля температуры блоков, токов в источнике питания. При выходе за пределы нормы одного из параметров, система сообщает об этом оператору. Также в РЛС увеличены точностные параметры по направлению и по дальности. Это достигнуто за счет уменьшения длительности импульса и диаграммы направленности. В новых РЛС обработка и отображение информации преобразуется в цифровой формат. Все индикаторные устройства делаются компьютерного типа, что существенно облегчает работу оператору.

Практическое использование АИС на судах в целях предупреждения столкновений можно рекомендовать только после накопления необходимого опыта, соответствующей подготовленности судоводительского состава и окончательного решения проблемы отображения информации АИС на экранах судовых дисплеев. Совместное использование информации АИС и САРП помогает судоводителю в сложных условиях плавания, таких как узкости и ограниченная видимость. Однако, проблема совместимости АИС и САРП до сих пор однозначно не решена, и основным камнем преткновения на пути её разрешения является синхронизация информации от различных датчиков (курса, скорости, координат). Вследствие асинхронности работы аппаратуры, разной точности вырабатываемой ими информации крайне тяжело добиться абсолютной совместимости отображения данных на одном дисплее. Одним из путей решения данной проблемы является осреднение параметров, рассчитываемых АИС и САРП и вывод на дисплей единой информации по той или иной цели. Но с другой стороны не обязательно, что осреднённые данные будут самыми точными в различных условиях плавания, так как степень доверия АИС и САРП зависит от данной конкретной навигационной ситуации. Поэтому целесообразнее предоставить судоводителю право выбора отображения информации, т.е. либо данные от АИС, либо от САРП или интегрированная информация от обеих систем.

SUMMARY

This graduation paper studies the problem of representing information about the ships in the area and combining the data obtained from AIS and ARPA. This problem became important due to wide use of AIS in the world fleet. The paper consists of 8 chapters.

The presentation of AIS information is one of the key problems, defining effective use of AIS both on board the ship and ashore. The proper presentation of AIS information can be possible only on the modern indicators of RADAR and ARPA. The vessels, which are not equipped with AIS present one more problem. The advantages and disadvantages of AIS are studied and analyzed in this work.

Taking into consideration all the above said, the practical use of AIS on board the ships aimed at avoiding collisions can be recommended only after obtaining the necessary experience in use of AIS, appropriate level of a navigator qualification and solution of the problem of representing AIS information on the displays of ship's equipment. That is why the AIS equipment should be used only as an additional device, giving more extended information for RADAR and effective information change between ships and shore services.

Список используемой литературы

1. Дуров А.А., КАН В.С., Ничипоренко Н.Т., Устинов Ю.М. Судовая радиолокация. Судовые радиолокационные системы и САРП: учебник для ВУЗов 2000;

2. Причкин О.Б. Морская автоматическая идентификационная система (АИС): Учебное пособие. - Владивосток: МГУ, 2003;

3. Родионов А.И., Сазонов А.Е. Автоматизация судовождения;

4. Богомолов А.Ф. Основы радиолокации. М.: Сов. Радио, 1972;

5. Конвенция SOLAS;

6. Резолюция IMO A 917(22) от 29.11.01 Руководство по эксплуатации на судах морской АИС;

7. Судовождение. Учебник для вузов;

8. Резолюция А823(19) от 23.11.1995, сборник №4 ЦНИИМФ, 1996;

9. Ломов О.П. Судовая гигиена. СПб, 1993г.;

10. Kongsberg DataBridge 10, User Manual

11. R4-AIS Class A Transponder System, Operator`s Manual.

12. Сайт www.zora.ru