Software & Systems

Практика совместного маневрирования кораблей в море показала, что недостатки, существующие в системе обеспечения навигационной безопасности плавания и безопасного от столкновений совместного маневрирования кораблей в строях (ордерах), компенсируются решением задач на дистанции, в значительной степени превышающей безопасную [1]. Однако специфика задач, стоящих перед кораблями ВМФ, зачастую вынуждает пренебрегать выполнением требований безопасности в пользу решения главной задачи.

Данный недостаток можно легко устранить путем разработки и внедрения в ВМФ корабельной АСУ, обладающей положительными свойствами автоматической идентификационной системы (АИС) в обеспечение обмена данными между совместно маневрирующими кораблями с дискретностью 1, 4 или 12 секунд [2]. Данные интервалы времени определены дискретностью поступления информации о параметрах движения совместно маневрирующих объектов в соответствии с требованиями резолюции IMO А.917(22) к эксплуатационным характеристикам аппаратуры АИС. Использование в АИС информации о координатах и параметрах движения оцениваемых объектов, выработанных по данным ГЛОНАСС или GPS NAVSTAR, позволило в значительной степени повысить точность расчета параметров сближения в сравнении с используемыми для этих целей РЛС [3–5], благодаря чему управление силами можно осуществлять в режиме реального времени.

В формализованном виде научная задача заключается в повышении вероятности удержания назначенной позиции при совместном маневрировании кораблей:

где P(r, h) – вероятности попадания в область радиусом R с центром рассеивания, находящимся на расстоянии d от центра круга [6, 7].

В настоящее время спутниковая навигация уверенно заняла главенствующую позицию в системе навигационного обеспечения благодаря высокой точности выработки искомых данных, глобальной зоне действия. Данный факт оказывает непосредственное влияние на порядок решения навигационных задач и обеспечение навигационной безопасности плавания и безопасности совместного маневрирования кораблей в море.

Вместе с тем АИС имеет существенный недостаток – отсутствие данных о времени измерений и характере погрешностей места, что довольно несложно исправить путем корректуры заложенного алгоритма. Кроме этого, для обеспечения совместного маневрирования АИС должна позволять

-      производить освещение и оценку надводной обстановки;

-      учитывать время выработки навигационных данных и осуществлять их приведение к единому моменту времени;

-      обеспечивать применение метода централизованных измерений, заключающегося в назначении времени и порядка измерений;

-      производить оценку навигационной безопасности плавания и маневрирования, а также точности позиционирования кораблей в строю.

Оценка возможностей предлагаемой системы в обеспечение навигационной безопасности плава- ния и маневрирования кораблей может быть произ- ведена с применением имитационной модели, построенной в программной среде Mathcad (рис. 1). Применение оператора rnorm позволило получить массив из N корреляционно независимых случайных погрешностей координат, распределенных по нормальному закону распределения, с математическим ожиданием mu и среднеквадратическое отклонение (СКО) sigma (rnorm (N, mu, sigma)) [8].

Моделирование корреляционно зависимых случайных погрешностей координат основывается на теореме предсказания [9], в соответствии с которой можно предсказать значение случайной величины x(t+t) в момент времени (t+t), если известны ее текущее значение x(t), автокорреляционная функция ρx(t) и вспомогательная случайная величина у(t), некоррелированная с x(t), с нулевым математическим ожиданием и с СКО s, равным СКО случайной величины х(t) sх, то есть

Это позволило при моделировании учесть точностные характеристики средств навигации и оценить их влияние на точность позиционирования кораблей.

Оценка полученных результатов показала, что использование для позиционирования ГЛОНАСС, особенно при реализации метода централизованных измерений, приводит к повышению точности определения относительной позиции в сравнении с использованием для этих целей РЛС (рис. 2, 3). (На рисунках 2–5 разность времени снятия данных 1, 4 и 12 секунд соответственно обозначена цифрами 1, 2, 3.)

При определении относительной позиции по данным радионавигационной системы БРАС повышение точности определения относительной позиции заметно при дистанции между совместно маневрирующими кораблями более 2 миль, а при реализации метода централизованных измерений в обеспечение позиционирования кораблей в строю в сравнении с использованием для этих целей РЛС приводит к повышению точности определения относительной позиции в 5 раз, при этом выигрыш составляет 79,5 % (рис. 4, 5).

Структурная схема прототипа предлагаемой корабельной АСУ на базе АИС представлена на рисунке 6. При получении информации от АИС (1) о координатах места уравнителя и координатах места маневрирующего объекта от навигационной аппаратуры потребителя (2) в адаптивном вычислителе (5) производятся расчет допустимой погрешности позиционирования Мдоп маневрирующего объекта, выработка назначенных координат его места и сравнение их с текущими координатами места для оценки выполнения условий системы (4). При невыполнении условий производится выработка сигналов, соответствующих заданному углу перекладки руля и изменению скорости хода, которые поступают на вход блока управления (6), где складываются с сигналами обратной связи авторулевого и датчика управления машинами, определяя таким образом маневр.

Контроль текущих значений курса и скорости производится с использованием курсоуказателя (гирокомпаса) и измерителя скорости (лага).

Контроль угла перекладки руля и изменения скорости хода производится посредством отрицательной обратной связи от авторулевого и датчика управления машинами.

При отсутствии сигнала о позиции уравнителя от АИС (1) оператор может вручную вводить ее параметры, используя либо координаты места, либо пеленг и дистанцию до уравнителя.

Подводя итог, хотелось бы отметить, что, к сожалению, подобные системы уже давно приняты на вооружение в ВС США и за время эксплуатации, а это около двух десятков лет, отлично зарекомендовали себя. Но нам следует не пытаться кого-то догнать, а, используя имеющийся в этом направле- нии потенциал, работать на будущее, учитывая как положительные, так и отрицательные стороны существующих систем.

Литература

1.     Практическое кораблевождение для командиров кораблей, штурманов и вахтенных офицеров: Кн. 2; [сост.: А.И. Павлов, В.П. Илларионов, И.Т. Рыбин]. Л., 1988. 271 c.

2.     Маринич А.Н., Проценко И.Г., Резников В.Ю., Усти- нов Ю.М., Черняев Р.Н., Шигабутдинов А.Р. Судовая автоматическая идентификационная система. СПб: Судостроение, 2004. 180 с.

3.     Лентарев А.А. Морские районы систем обеспечения безопасности мореплавания. Владивосток: Изд-во ИПК МГУ им. адм. Г.И. Невельского, 2004. 119 с.

4.     Вагущенко Л.Л., Вагущенко Л.А. Поддержка решений по расхождению с судами. Одесса: Феникс, 2010. 229 с.

5.     Михайлов С.А., Орлов Е.О. Методика расчета параметров сближения судов с использованием информации АИС: сб. науч. трудов. Вып. 16: Судовождение. Одесса: Изд-во ОНМА им. Попова, 2009. С. 113–123.

6.     Аббезгауз Г.Г. Справочник по вероятностным расчетам. М.: Воениздат, 1982. 251 с.

7.     Абчук В.А. Справочник по исследованию операций. М.: Воениздат, 1979. 368 с.

8.     Дьяконов В.П. MathCAD в математике: справочник. М.: Телеком, 2007. 960 с.

9.     Луконин В.П. Теория обработки навигационной информации: учеб. пособие. СПб: Изд-во ВУНЦ ВМФ «ВМА», 2010. 295 с.