Теоретическое обоснование применения САРП для расхождения с целями

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие понятия и назначение САРП

Принимать все меры для предупреждения столкновения судов, проявлять постоянное чувство ответственности за доверенные ему человеческие жизни и материальные ценности, иметь и поддерживать на надлежащем уровне профессиональные навыки по расхождению судов - долг каждого судоводителя.

В общей задаче обеспечения безопасности мореплавания одно из главнейших мест занимает проблема безопасного расхождения судов. Ежегодно в море сталкиваются примерно 1500 судов мирового флота вместимостью более 500 р. т. (т.е. примерно одно из каждых 25 судов) и из них от 10 до 30 судов погибают.

В среднем в 15-20 % случаях причиной аварий судов являются столкновения. Следует подчеркнуть относительную тяжесть последствий столкновений. Технические убытки от них, как правило, велики и за последние годы составляют более 30 % от всех технических убытков вследствие аварийности судов.

Наиболее существенно на вероятность столкновения влияет состояние видимости. В мировом морском флоте в условиях ограниченной видимости происходит 2/3 всех столкновений. С учетом относительной частоты туманов, мглы, снегопадов вероятность столкновений в условиях ограниченной видимости в 10-15 раз выше, чем при нормальной видимости. Вследствие этого ограниченная видимость предъявляет повышенные требования к профессиональной подготовке судоводителей и к бдительности несения ходовой вахты.

В 1945 г., когда на транспортных судах практически не было радиолокаторов, в столкновениях участвовало 8% судов мирового флота, что составило 1400 столкнувшихся судов в год. Через 15 лет, в 1960 г., когда на большинстве судов уже были установлены радиолокаторы, в столкновениях участвовало 7% судов мирового флота, что составило около 1500 столкнувшихся судов в год.

Главная причина опасности столкновений - усложнение условий судоходства, вызванное техническим прогрессом в развитии мирового флота. Увеличение водоизмещения морских судов приводит к ухудшению их маневренных качеств, ограничению зоны маневрирования вследствие увеличивающейся осадки. При этом возникает необходимость в заблаговременном решении задачи по оценке ситуации и выборе маневра для безопасного расхождения со встречными судами с учетом динамических и инерционных свойств судов.

Процесс расхождения судов стал быстротечным, так как их скорость движения возросла. Это требует ускорения обработки информации и принятия решения судоводителями. В сложившейся ситуации при высокой плотности движении судов штурман физически не в состоянии обработать всю информацию старыми методами и принять обоснованное решение.

Наряду с совершенствованием организации судоходства были предприняты меры по созданию новых судовых технических средств автоматической радиолокационной прокладки (САРП).

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

Другими словами, САРП при сопряжении с РЛС предназначено для повышения безопасности мореплавания за счет обеспечения судоводителя непрерывной информацией о положении и параметров движения объектов.

В настоящее время на судах мирового флота эксплуатируется более 15000 САРП.

Сама по себе установка САРП на судне не обеспечивает предупреждения столкновения. Эту задачу решает судоводитель, хорошо знающий особенности использования САРП. Поэтому в дополнение к требованиям подготовки судоводителей по использованию радиолокационного оборудования IMO предъявляет требования к обучению практическому использованию САРП. Все судоводители, несущие вахту на судне, оборудованном САРП, должны пройти официально утвержденный курс обучения и иметь соответствующее квалификационное удостоверение.

Англичане говорят: «Хорошего судоводителя САРП делает еще лучше, а плохого - еще хуже». Мировая практика знает немало случаев, когда безграмотная эксплуатация САРП может стать одной из причин навигационной аварии. В тоже время нельзя не учитывать, что САРП представляет собой навигационное средство со свойственными ему ограничениями, включая и ограничения датчиков исходной информации, что делает опасным излишнее доверие к САРП, особенно в части наблюдения за окружающей обстановкой.

Пример, трагедия пассажирского судна «Адмирал Нахимов» при столкновении с т/х «Петр Васев» 31 августа 1986 года в Цемесской бухте Черного моря. Неумелая работа диспетчера порта, неумелое управление пассажирским судном и балкером (включая безграмотную эксплуатацию САРП, установленного на балкере), привели к гибели 485 человек.

04 марта 1994 г около 30 миль к юго-западу от Хельсинки неумелая эксплуатация САРП на пассажирском пароме "Sally Albatross" финско-шведской компании "Silja Line АВ" (валовая вместимость 25000 р. т, осадка 5,6 м, 1101 пассажиров и 159 членов экипажа) привела к посадке судна на каменную гряду и полному затоплению парома. В течение двух часов два ледокола и несколько спасательных судов эвакуировали всех пассажиров и экипаж.

2. Устройство и принцип работы САРП

Несмотря на большое разнообразие технической реализации САРП, многие устройства выполняют общие функции. Это позволяет с помощью упрощенной функциональной схемы рассмотреть устройство и принцип работы САРП,

Функциональные схемы конкретных САРП могут отличаться от приведенной упрощенной обобщенной схемы, так как они значительно отличаются по способу построения различных трактов и по их технической реализации.

Большинство САРП состоит из следующих приборов и устройств:

датчиков информации;

сопрягающих устройств;

индикатора ситуаций.

Если САРП может работать как в режиме кругового обзора, так и в режиме автоматической радиолокационной прокладки, то приведенные каналы условного индикатора ситуаций во многом идентичны каналам САРП в этом режиме.

В качестве датчиков информации в САРП применяются одно- или двухдиапазонные судовые РЛС, лаг и гирокомпас. На рисунке 5,1 двухдиапазонная РЛС состоит из антенн 3- и 10 сантиметрового диапазонов (A3, А10), приемопередатчиков 3- и 10 сантиметрового диапазонов (ПЗ, П10) и двух индикаторов ИКОІ и ИК02.

Информация от лага и гирокомпаса подается на ИКО для получения режима истинного движения (ИД). От РЛС поступают следующие данные: текущее значение углового положения антенны в пространстве КУА, видеосигналы об окружающей обстановке ВС и импульсы синхронизации ИС. От лага ЛГ и гирокомпаса ГК поступает соответственно информация о скорости Vc и курсе Кс собственного судна.

Одно- или двухдиапазонная РЛС может использоваться в обычном режиме, и тогда на ИКОІ и ИК02 имеется возможность наблюдать окружающую радиолокационную обстановку и решать типичные радиолокационные задачи.

В режиме автоматической радиолокационной прокладки РЛС, выполняя обычные функции, является одновременно основным датчиком информации о наблюдаемой обстановке.

Импульсы синхронизации в дальнейшем используются для синхронизации канала синхронизатора. Информация об угловом положении антенны после преобразования и кодирования используется в ряде трактов САРП.

Данные лага ЛГ о скорости и гирокомпаса ГК о курсе судна после преобразований Используются для формирования вектора скорости собственного судна, для вычисления параметров наблюдаемых целей, для создания режима ИД в режиме автоматической радиолокационной прокладке (АРП) и др. В некоторых типах САРП, кроме АРП, предусмотрена возможность ручного ввода данных о скорости судна (в случае отсутствия лага или выхода его из строя).

Информация от датчиков поступает в аналоговой форме, а кодирование и вывод ее в цифровой процессор или вычислительную машину требуют дискретной формы ее представления. Основное назначение сопрягающих устройств - преобразование данных в аналоговой форме от датчиков информации в дискретную форму для ее дальнейшего кодирования, преобразования и ввода в цифровой процессор и другие тракты САРП.

Рассмотрим кратко назначение отдельных сопрягающих устройств.

Преобразователь курсового угла антенны (КУА) предназначен для преобразования углового положения антенны в пропорциональную последовательность импульсов или в кодовую последовательность. Территориально он может располагаться как в районе антенны, так и канале пеленга антенны, в зависимости от типа САРП.

Квантующее устройство предназначено для квантования видеосигналов ВС по амплитуде и по времени (по дальности). Квантование по амплитуде может быть двухуровневое (бинарное) или многоуровневое. Время квантования по дальности выбирают таким образом, чтобы не загрублять разрешающую способность РЛС по дальности и в тоже время обеспечивать надежное автосопровождение при различных метеоусловиях и заданную точность измерения параметров надводных объектов.

Преобразователи скорость - цифра ПСЦ и курс - цифра ПКЦ служат для преобразования аналоговых значений скорости и курса собственного судна в цифровую форму. В некоторых типах САРП здесь же кодируется информация для ее дальнейшего использования. Если на данном конкретном судне применяются цифровые датчики курса и скорости судна, то предусмотрена возможность ввода информации от них непосредственно в канал цифрового процессора и другие тракты.

Рассмотрим назначение отдельных трактов и каналов индикатора ситуаций.

Информационно-вычислительный канал ИВК предназначен для приема, переработки, вычисления и хранения информации и выдачи ее на устройства отображения и сигнализации. Канал включает в себя специализированную ЦВМ или цифровой процессор, устройства связи с другими каналами и трактами, устройство кодирования и имитации и др.

Цифровой процессор в свою очередь состоит из блока арифметического устройства, блоков постоянной, оперативной и буферной памяти, блока преобразования сигналов и др. Он выполняет следующие функции:

арифметическую и логическую обработку информации в соответствии с управляющими сигналами;

через устройства связи осуществляет обмен информацией с абонентами системы во время выполнения команд ввода и вывода;

обеспечивает прерывание вычисления текущей программы для выполнения команды прерывания и др.

Канал синхронизации КСх предназначен для синхронизации работы всех каналов системы. В автоматизированных РЛС совмещенных с САРП синхронизатор также синхронизирует работу блоков РЛС. Сигналы синхронизатора обеспечивают согласование во времени процессов излучения и приема сигналов, обработки и отображения информации.

Вырабатываемые синхронизатором импульсы с периодом следования импульсов T разделяют:

на время ti, необходимое для представления первичной радиолокационной информации;

на время t2, необходимое для представления вторичной информации в устройствах отображения;

Одной из основных функций САРП является прогнозирование маневра. Время прогноза может устанавливаться штурманом в пределах от I до 30 мин. Прогнозирование дает возможность судоводителю наблюдать развитие ситуации сближения своего судна с объектом или объектов между собой в соответственном масштабе времени (например, в САРП «Бриз-Е» время ускорения соответствует 1:60). Прогнозирование можно осуществлять в режиме ЛИД и ЛОД. При этом длина линий движений увеличивается пропорционально времени юза. Продлевая линию движения объекта до касания с линией движения своего I рода, можно легко определить, когда и как (по носу или корме) встречное судно пересечет курс своего судна. Если концы движения своего и встречного судов сойдутся или сблизятся в одной точке, то это означает, что существует реальная опасность столкновения. Результаты прогнозирования должны учитываться штурманом при принятии гения о выполнении маневра.

Если цель опасна, то знак сопровождения и вектор перемещения данной цели мигают, что позволяет легко выделить ее среди других целей на экране. Одновременно включается звуковая и световая сигнализация для привлечения внимания штурмана, если он в это время не вел наблюдения по экрану индикатора.

При срыве автосопровождения цели из-за помех знак сопровождения и вектор перемещения становятся штриховыми. Это показывает штурману, что данная цель не обрабатывается цифровым процессором, и он должен принять соответствующие меры предосторожности. В некоторых типах САРП может представляться и другая графическая информация. Например, в первых САРП фирмы «Sperry», которая сейчас входит в фирму Litton Marine Systems (США), представлялись опасные зоны в виде эллипсов, а в последних моделях - в виде шестиугольника, что значительно упрощает построение их на экране САРП. Размеры шестиугольника формируются с учетом допустимого кратчайшего расстояния сближения и погрешностей определения местоположения цели.

В САРП «Океан-С» предусмотрена возможность установки линий, ограждающих (запрещающих) автозахват на автосопровождение определенных областей (например, отметок от береговой черты) и др.

Цифровая информация, отображающаяся на экране ИКО или табло, включает, прежде всего, цифровой формуляр цели. Он представляет собой вычисленные цифровые данные о параметрах сопровождаемого объекта:

П - пеленг на объект;

D - дальность до объекта;

Кц- курс цели;

Уц - скорость цели;

Dkp - дистанция кратчайшего сближения;

Ткр - время до точки кратчайшего сближения. На индикаторе также в виде цифр указываются время прогнозирования Тэ, с и скорость собственного судна.

Рассмотрим возможность и наглядность использования вторичной информации при проигрывании (имитации) предполагаемого маневра.

При возникновении опасных ситуаций судоводитель имеет возможность перед принятием решения о маневре предварительно провести имитацию маневра курсом или скоростью.

При имитации изменения курса своего судна метка предполагаемого перемещается дискретно в заданном направлении. Цифровое значение предполагаемого курса индицируется на знакоместе Кс. На каждом шаге изменения курса вырабатываются и индицируются новые Л ОД и ЛИД объектов и оценивается степень опасности ситуации. Если мигание символа опасной цели I прекратиться, то на знакоместо Кс можно взять отсчет рекомендуемого нового курса. При этом необходимо проверить, не появились ли новые опасные цели.

Выбор безопасной скорости имитируется дискретным уменьшением скорости в той же последовательности, что и курса.

При прекращении мигания символа опасной цели на знакоместе Ус имитируется безопасное значение скорости собственного судна.

Следует помнить, что при выборе маневра на расхождение в вычислительном устройстве не учитываются возможные маневры сопровождаемых объектов, а так же не учитываются объекты, взятые на автосопровождение.

Информация, отображаемая на экране САРП «Бриз-Е» (рис. 3) состоит из первичной радиолокационной информации в виде наблюдаемой круговой обстановки:

- береговая черта;

- отметки целей;

14 - неподвижные визиры дальности;

3 - метка курса.

Вторичная (вычисленная) графическая радиолокационная информация представлена:

4 - символ сопровождения цели в виде колец; J - линия движения в режиме ОД и ИД;

- метка «север»;

- время прогноза Тпрогн\

- символ опасной или маневрирующей цели в виде мигающего кольца и линии движения;

- символ собственного судна в виде кольца диаметром 8 мм в центре экрана;

- вычисленные сглаженные значения курса собственного судна;

- вычисленные сглаженные значения скорости собственного судна; В

- символ срыва автосопровождения в виде пунктирного кольца и линии движения;

- подвижный маркер в виде кольца с точкой в центре;

15 цифровой формуляр цели, в который входят П, D, Кц, Vu, Dkp, ТКр.

Проконтролировать формуляры других сопровождаемых объектов можно двумя способами:

1. путем перемещения подвижного маркера и его совмещения с интересующим судоводителя объектом и нажатием клавиши «Формуляр». При этом вместо цифрового формуляра предыдущей цели появится новый формуляр;

2. с помощью многократного нажима на клавишу «Формуляр». При этом подвижной маркер автоматически совмещается с сопровождаемыми объектами в направлении увеличения пеленга.

Если точка кратчайшего сближения пройдена, то ТКр отображается со знаком «-». В случае, когда VOTH < 1 уз, на знакоместе скорости цели отображается символ «+++».

Если подвижной маркер находится в любой точке экрана, то в формуляре индуцируется пеленг и дальность до места положения маркера. Это позволяет оперативно измерять Пеленг и Дальность до любого навигационного ориентира. На экране также в цифровом виде представлено время прогноза Тпр (7), а также вычисленные сглаженные значения курса 10 и скорости 11 собственного судна.

Рыскание судна в пределах ±5° не отражается на величине индицируемого курса. При отклонении курса судна более чем на 5° индицируемое значение курса будет совпадать с текущим значением по гирокомпасу.

Сглаженное значение скорости собственного судна вырабатывается в интервале 10 с. Поэтому при маневре сглаженные значения скорости будут индицироваться с задержкой на І0 с относительно лага.

С помощью радиально-круговой развертки создается радиолокационное изображение круговой обстановки (первичная радиолокационная информация):

4- метка курса;

5- протяженные цели; 8 - точечные цели;

13 - Неподвижные визиры дальности.

С помощью координатных разверток на экране ЭЛТ отображается следующая информация (вторичная радиолокационная информация):

1- символ подвижного координатного маркера в виде знака умножения;

2 - цифровой формуляр маркера с данными о пеленге В и дальности D;

3 - машинная метка курса в виде короткого вектора, выступающего за

пределы экрана. Она высвечивается во всех режимах работы и является указателем курса судна по круговой шкале экрана;

6 - символ начала развертки (положение своего судна) в виде кольца;

7 - символ начала отсчета координат в виде перекрестия;

9 - вектор перемещения цели, длина которого соответствует времени экстраполяции, установленному оператором;

10 - символы сопровождаемых целей для подвижных объектов в виде «корабликов»;

11 - вектор перемещения цели, длина которого соответствует времени экстраполяции, установленному оператором; 12 -охранное кольцо;

14 - символы сопровождаемых целей в виде кружков для неподвижных объектов;

К вторичной радиолокационной информации относится цифровой формуляр целей, находящихся под символом подвижного маркера, индуцирующих одну из следующих пар параметров: пеленг В и дальность D, курс К и скорость V, дистанцию Дкр и время Ткр.

Индицируемую пару параметров оператор выбирает, нажав клавиши соответствующих сенсоров. Параллельно информация попарно отображается на цифровом табло справа от экрана (как, правило).

Охранное кольцо 12 позволяет штурману в зависимости от навигационной обстановки устанавливать размер опасной зоны. При пересечении отметок целей границы охранного кольца срабатывает звуковая и световая сигнализация.

Отображение символов подвижных целей в виде корабликов позволяет режиме ОД наблюдать линии относительного движения ЛОД, а также истинные курсы целей по ориентации корабликов.

Вторичная информация обновляется с частотой 23 Гц, что позволяет наблюдать ее глазом как непрерывное немерцающее изображение при снятом тубусе (при его наличии).

радиолокация автоматический курс антенна

3. Основные технико-эксплуатационные требования IMO и SOLAS к САРП

Рассмотрим основные требования IMO к технико-эксплуатационным характеристикам САРП.

1. Наблюдаемые на экране и сопровождаемые (обрабатываемые процессором) цели должны четко обозначаться специальными маркерами. В случае потери цели, т.е. когда она процессором не обрабатывается, обозначение маркера должно изменяться. Это позволяет судоводителю более четко контролировать не обрабатываемые в данной зоне цели.

2. Параметры курса и скорости сопровождаемых целей должны отражаться в векторной или другой графической форме на экране в режиме истинного и относительного движения цели с возможностью переключения временного масштаба. Это позволяет судоводителю наглядно представлять взаимное положение на наперед заданный отрезок времени. При этом необходимо иметь ввиду, что процессор рассчитывает и отображает информацию на экране о положении целей при предположении неизменности их курса и скорости на время прогноза.

Информация САРП не должна маскировать радиолокационное изображение в такой степени, чтобы ухудшилось обнаружение целей. Должна быть предусмотрена возможность сброса ненужной информации САРП.

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

При этом четкость изображения знаков выбирается таким образом, чтобы была обеспечена их видимость более чем одним наблюдателем (стоя, сидя, находящихся на удалении, под углом к дисплею и т.д.).

Условные знаки для экранов РЛС/САРП разрабатываются и принимаются IМО. При этом учитывается необходимость обеспечения совместимости символов, используемых в навигации, САРП и в устройствах с отображением электронных карт.

3. Количество одновременно автоматически сопровождаемых целей с отображением информации на экране - важный качественный показатель САРП. Согласно требованиям IMO к САРП с ручным захватом должны одновременно обрабатываться не менее 10 целей, с автоматическим захватом - не менее 20 (независимо от того, производится захват автоматически или вручную).

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

САРП должен обеспечивать ручной захват на автосопровождение судов с относительной скоростью движения до 100 узлов.

Если предусматривается автоматический захват, то критерий захвата цели указывается в технической документации. Кроме того, судоводитель должен иметь возможность выбрать желаемую зону автозахвата. 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.

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

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, указывается в эксплуатационной документации.

Размещено на Allbest.ru