Особенности работы современного средства автоматической радиолокационной прокладки (САРП)

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

Тип судна	Тоннаж, б.р.т	Сроки
Суда, совершающие международные рейсы
Все новые суда	>300	2002
Существующие пасс. суда	все суда	до 01.07.2003
Существующие танкеры	все суда	до первого освидет. после 01.07.2003
Существующие суда	>50000	до 01.07.2004
Существующие суда	10000...50000	до 01.07.2005
Существующие суда	3000...10000	до 01.07.2006
Существующие суда	300...3000	до 01.07.2007
Суда, не совершающие международные рейсы
Все новые суда	>500	2002
Существующие суда	>500	до 01.07.2008

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.