145818 (728782), страница 2
Текст из файла (страница 2)
НИ - навигационные измерительные устройства; АЦП - аналогово-цифровые преобразователи; ЭВМ - вычислительное устройство; УО - средства отображения информации.
В состав навигационных измерительных устройств подсистемы входят гирокомпас, лаг, один или несколько приемоиндикаторов РНС и другая аппаратура для измерения навигационных параметров. Вычислительные устройством обычно является мини - или микроЭВМ, выполняющая обработку информации, поступающей от навигационных измерительных устройств и вводимой вручную. Средства отображения информации включают приборы сигнализации, регистрации информации и индикаторы. При решении задач навигации средства отображения информации, как и средства обработки, играют первостепенную роль при обеспечении безопасности плавания. Наиболее перспективны для навигационных систем дисплеи, отображающие на экране картографическую и навигационную информацию в виде электронной карты, текущее место судна на ней и цифровые данные о параметрах его движения, полученные в результате задачи контроля.
2.1 Принцип автоматического счисления пути судна.
В настоящее время при счислении пути судна в большинстве случаев используется информация гирокомпаса, лага о погрешностях их показаний, а также сведения о ветре и течении. Необходимые для счисления сведения о течениях выбирают из навигационных пособий. Угол дрейфа рассчитывают в зависимости от измеряемых от измеряемых на судне скорости и курсового угла кажущегося ветра, либо определяют по наблюдениям, пользуясь способами, описанными в курсах навигации.
2.2 Принципы обработки информации при обсервации.
Обработка информации при обсервации состоит преобразованиях, позволяющих по результатам измерений навигационных параметров ориентиров получить координаты места судна. Эта обработка подразделяется на первичную и вторичную. В первичную обработку входят операции по уменьшению интенсивности погрешностей отчетов навигационных приборов, определение вектора измерений параметров ориентиров и нахождение параметров точности этого вектора. Вторичная обработка включает вычисление коэффициентов уравнений линий положения, расчет обсервованных координат и получение характеристики точности обсервованного места.
2.3 Расчеты, связанные с планированием пути судна.
Ряд АСНП предоставляет возможность производить с помощью своих ЭВМ расчеты, связанные с планированием переходов. Перед выполнением таких расчетов Маршрут плавания обычно должен быть определен судоводителем и введен в память ЭВМ по координатам точек поворота. ЭВМ по координатам этих точек и намеченной скорости движения вычисляет длину и время прохождения каждого участка пути, направление следования на нем, общую протяженность пути и ряд других элементов.
С улучшением возможностей навигационных вычислителей расширяются их функции при решении вопросов, связанных с планированием переходов и коррекцией пути следования в зависимости от гидрометеорологической обстановки в районе нахождения судна и на оставшемся пути следования к порту назначения.
В последние годы были проведены работы, позволяющие существенно улучшить планирование перехода. Сюда, в частности, относятся работы по маршрутизации и созданию каталогов карт, пособий и других документов в памяти ЭВМ. Работы по маршрутизации состоят в определении типовых маршрутов судов на линиях основных грузопотоков в зависимости от сезона плавания и помещения координат точек этих маршрутов в запоминающем устройстве ЭВМ. Если в дополнение к этому поместить в память ЭВМ каталоги карт с указанием охватываемых ими районов, списки навигационных пособий и других документов, то по запросу судоводителя, состоящему в указании пункта отхода, пункта назначения и сезона плавания, ЭВМ может выдать координаты точек поворота типового маршрута, рассчитать таблицу курсов и расстояний и привести списки необходимых документов.
2.2 Характеристики современных АСНП.
Спутниковые АСНП. Характерным примером АСНП с одним средством для обсерваций являются спутниковые. Они включают в себя измерители собственного движения (гирокомпас, лаг), приемоиндикатор СНС со встроенным вычислителем и антенное устройство. Спутниковые АСНП решают задачи автоматического счисления пути судна, определений места по спутникам, коррекции счисления по этим результатам этих определений. Кроме того, они позволяют автоматически выполнять расчеты связанные, с планированием перехода, вычислять время будущих прохождений спутников и т. Д.
На судах морского флота установлено около 1200 приемоиндикаторов СНС, наиболее распространенными из них являются приемоиндикаторы американской “Транзит” типов МХ-1102 фирмы “Мэгнавокс” (США) и ФСН-70 японской фирмы “Фуруно”. Отечественной промышленностью разработан приемоиндикатор “Бирюза-СН” для определения места по СНС “Транзит”.
Морская навигационная СНС “Транзит” является глобальной и всепогодной. Она включает в себя шесть искусственных спутников Земли (ИСЗ), наземный комплекс и бортовую аппаратуру. ИСЗ служат ориентирами при обсервациях. Место судна находится путем привязки к положениям спутника при одном прохождении его над горизонтом. Все спутники системы “Транзит” находятся на полярных орбитах, высота которых лежит в пределах от 890 до 1220 км. Период обращения ИСЗ вокруг Земли составляет в среднем 1,75 часа.
Передаваемая спутником навигационная информация позволяет рассчитывать в бортовой аппаратуре положения спутника на выбранные моменты времени и получить отчеты доплеровского сдвига частоты.
Наземный комплекс СНС “Транзит” служит для измерения параметров радиосигналов, передаваемых со спутников, уточнения параметров орбит спутников, прогнозирования их движения. Перечисленные функции выполняются на специальных станциях слежения, закладки (ввода) информации, в вычислительном центре и Морской обсерваторией службы системы единого времени США. В наземный комплекс СНС “Транзит” входят четыре станции, размещенные в штатах Гавайи, Калифорния, Миннесота и Мэн.
Бортовая аппаратура СНС “Транзит”, составляющая основу разбираемой АСНП, производится в различных видах и различными фирмами. Производимая американской фирмой “Мэгнавокс” аппаратура МХ-1102 весит 38 кг, потребляет мощность 100 Вт. Она выполнена в виде двух отдельных приборов: антенного устройства и приемоиндикатора. Антенное устройство состоит из антенны, пассивных фильтров и антенных усилителей. Это устройство служит для приема навигационных сигналов спутников на частоте 400 МГц и их предварительного усиления.
Приемоиндикатор выполняет функции выделения полезного сигнала, измерения доплеровского сдвига частоты, обработки и отображения информации.
Устройство управления и индикации МХ-1102 включает клавиатуру и дисплей. Обычно в процессе работы на экране дисплея непрерывно представляется стандартная навигационная информация: время счисления после последнего определения по спутникам, текущие счислимые широта и долгота, гринвичское время, скорость и курс, вводимые либо автоматически, либо вручную. Клавиатура приемоиндикатора используется для ввода исходных данных по запросу вычислителя сразу после включения аппаратуры, а также для ввода по запросу величин при решении дополнительных задач.
Интегрированные АСНП. На отечественных судах и судах мирового флота уже эксплуатируется ряд интегрированных АСНП как отечественных, так и изготовленных фирмами США, Японии и других стран. В качестве примера такой АСНП рассмотрим систему “Навгайд-РС-1000”. Эта система включает в себя гирокомпас, индукционный и доплеровский лаги, РЛС, приемоиндикаторы РНС “Лоран-С”, СНС “Транзит” и основной прибор. Основной прибор объединяет вычислитель, дисплей и пульт управления.
“Навгайд-РС-1000” позволяет вести счисление пути судна, производить обсервации по РНС “Лоран-С”, СНС “Транзит” и РЛС, корректировать счисление при отдельном и совместном использовании средств обсерваций. В системе предусмотрена возможность выполнения расчетов, связанных с планированием переходов и выбором пути.
По сравнению с другими АСНП “Навгайд-РС-1000” имеет более широкие возможности воспроизведения и использования электронных карт. Информация навигационной карты вместе с ее наименованием и номером записывается на специальную кассету. В процессе эксплуатации системы, на судне данные электронной карты, кроме береговой черты, могут, дополнятся и изменятся с пульта с целью осуществления подготовки карты к работе с учетом намечаемого пути и времени перехода, т. е. Может быть проведен подъем карты. В процессе этой работы на карту может быть нанесен маршрут судна, включающий 30 поворотных точек, отмечены опасные зоны, изобаты, нанесены буи, знаки, дополнительно цифрами обозначены глубины и т. Д.
Карта воспроизводится на цветном дисплее с телевизионной разверткой. Береговая черта отмечается голубой линией, маяки выделяются красным цветом, буи - желтым. Характерными знаками обозначаются изобаты, границы фарватеров, зон разделения движения и т. Д.
Таким образом, интегрированная АСНП “Навгайд-РС-1000” не только осуществляет автоматический контроль за координатами положения судна и параметрами его движения, но и отображает навигационную ситуацию в районе плавания в наглядном виде на электронной карте, предоставляя судоводителю довольно обширную информацию, позволяющую повысить безопасность плавания.
Система “Навгайд-РС-1000” может работать в автоматическом режиме управления совместно с авторулевым.
Глава 3. Автоматизированная подсистема управления движением судна по курсу.
3.0 Назначение и решаемые задачи.
Автоматизированная подсистема управления движением судна по курсу служит для выработки управляющих сигналов, обеспечивающих выполнения программы плавания. Эта программа помещается в памяти подсистемы. Маршрут перехода задается координатами точек поворота и величиной, определяющей точность плавания по нему, например ширину полосы движения. Указываются также вид плавания (в открытом море или в стесненных водах), ориентиры и средства для обсерваций, по информации которых будет производиться контроль за движением судна.
В подсистему управления движением входит судно как объект управления и устройство управления, которым может быть АСНП, работающая в режиме управления, либо АСНП в комплексе с аналоговым или цифровым авторулевым. Авторулевые представляют собой регуляторы, осуществляющие стабилизацию курса и выполняющие поворот на задаваемый угол. Иногда (например, в НАК “Бирюза”) устройство управления включает АСНП и оба вида авторулевых - аналоговый и цифровой.
Характеризуя задачу управления движением судна по курсу, следует отметить, что при создании автоматических устройств управления выделяют два крайних: обобщенный и индивидуальный. При обобщенном подходе алгоритм управления и его параметры выбирают в известном смысле пригодными для всего множества условий работы системы управления. В результате отпадает необходимость подстраиваться к изменяющимся условиям эксплуатации. При индивидуальном подходе стремятся для каждой локальной ситуации выбрать наилучшую структуру и наилучшее значение параметров регулятора.
Высокая производительность микропроцессорной техники в сочетании с малыми габаритами и стоимостью позволяет придать системе управления движением судна такие качества, как адаптивность, повышенная точность и надежность, экономичность в расходе энергии.
3.1 Типовые аналоговые авторулевые.
К основным техническим требованиям, предъявляемым к авторулевым, относятся следующие: они должны удерживать судно на с точностью 1 при скорости более 6 уз независимо от условий плавания и загрузки судна. Средняя амплитуда рыскания по курсу в заданном интервале скоростей для состояния моря до 3 баллов должна быть в пределах 1, до 6 баллов -2-3, свыше 6 баллов -4-5. Основной рулевой привод должен обеспечивать перекладку руля с одного борта на другой за время, не превышающие 28 с.
Авторулевые имеют обычно несколько режимов работы: ручной, следящий, автоматический.
Электромеханические авторулевые разрабатывались как автономные устройства управления, вследствие чего при решении задач автоматического плавания по маршруту они не в полной мере отвечают требованиям взаимодействия с автоматизированными судовыми навигационными подсистемами. Кроме того, они имеют и свои собственные недостатки, вот некоторые из них. Во-первых, это выработка частых неэффективных перекладок руля на волнении. Обычные авторулевые отвечают на любые отклонения от курса, что приводит на волнении к появлению частых перекладок руля, на которые судно не успевает нужным образом реагировать из-за своей большой инерционности. В результате происходит трата энергии на неэффективную работу рулевого привода и ускоряет его износ. Во-вторых, из-за ограничения настройки авторулевые на судах в большинстве случаев работают в неоптимальном режиме, что вызывает рост (по сравнению с качественным регулированием) сопротивления движению судна вследствие больших углов дрейфа, перекладок руля, торможения судна инерционного происхождения.
3.2 Адаптивные рулевые
Адаптивными называют авторулевые, которые самостоятельно меняют характер управляющих воздействий, приспосабливаясь к изменению внешних и внутренних условий работы системы для обеспечения высокого качества регулирования. Адаптивные системы разделяются на самонастраивающиеся, самоорганизующиеся и самообучающиеся.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
