автореферат диссертации по транспорту, 05.22.16, диссертация на тему:Система автоматической радиолокационной прокладки повышенной информативности для крупнотоннажных судов

/•л '

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ МОРСКОГО ТРАНСПОРТА Государственная морская академия им. адм. С.О.Макарова

УДК 621.396.969:656.61 На правах рукописи

Александровский Игорь Игоревич

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ПРОКЛАДКИ ПОВЫШЕННОЙ ИНФОРМАТИВНОСТИ ДЛЯ КРУПНОТОННАЖНЫХ СУДОВ

Специальность 05.22.16 — Судовождение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург— 1992

Работа выполнена в Государственной морской академии им.адм. О.О.Макарова на кэ$едре "Радионавигационные приборы и системы".

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ : Академик АТР, Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, д.т.н., профессор Жерлаков Александр Васильевич.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: Академик АТР, д.т.н., профессор

Жухлин Алексей Михайлович, К.т.н. Щеголев Вадим Иванович.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ : Центральный научно-исследовательский институт морского флота.

Защита состоится >6 мояьря Х992 г. в JO часов на заседании специализированного совета Д 101.02.02 Государственной морской академии им.адм.С.О.Макарова по адресу: г.Санкт-Петербург, В.О., Косая линия, 15-а, ауд.216.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии.

Автореферат разослан 1992 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим набавлять в адрес ученого секретаря специализированного совета ГМА по адресу: 199026, г.Санкт-Петербург, В.О., Косая линия, д.15-а, ГМА.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

В.Л.Прокофьев

iiVbiliH) .алЛ "'"'"""ОБШ'*ХЛРМ«ЕРИСтаКА РАБОТЫ

Актуальность..темы. В последние годы увеличение плотности и скорости судопотоков, а также укрупнение тоннажа мирового флота вызвало рост навигационной аварийности. Но данным Ливерпульской ассоциации страховщиков за период с I960 по 1988 год в результате аварий гибло ежегодно 235 судов мирового флота. Значительная доля этих потерь (около 22%). является результатом столкновений судов в море. Но данным упомянутой ассоциации, за 1988 год от столкновений погибло 30 судов, причем лишь одно из них эксплуатировалось свыше 25 лет. Следует также отметить, что доля танкеров и комбинированных судов крупного тоннажа составляет 60.4% от общего числа аварий этого типа, причем уоытки от каждого столкновения с крупнотоннажным танкером велики. Так, в мировом флоте они составляют в среднем 313 тысяч долларов. Новороссискому пароходству на 1988 год каждая такая авария обходилась в ¿18 тысяч рублей, особенно велики уоытки от столкновений танкеров в открытом море. Например, столкновение супертанкеров "Атлантик Экспресс" и "Эйджен Кэптэн" привело к экологической катастрофе огромных масштабов и убыткам в 150 млн долларов.

По мнению американских специалистов, в основе BOX аварий на флоте лежит "человеческий фактор", который зачастую обусловлен неолтимальным взаимодействием судоводителя с современной навигационной аппаратурой.

Таким образом, для решения проблемы снижения аварийности неоО-' ходимо совершенствовать системы автоматической радиолокационной прокладки (САШ) и другую навигационную аппаратуру с целью получения судоводителем наиболее полной и качественной информации о ситуации расхождения, а также оптимального распределения информационного потока во времени. Это особенно важно для управления крупнотоннажными судами, ограниченными в силу их инерционности и маневренных характеристик в выборе и осуществлении маневров на рас-хоадение.

Важным направлением исследований является также учет взаимодействия штурмана и САРП, нахождения оптимального распределения функций между ними с целью качественного решения проблемы предупреждения столкновений судов в море.

Большой вклад в решение настоящей проОлемы внесли отечественные и зарубежные ученые Л.И.Родионов, М.М.Лесков, Ю.Г.Зурабов, А.В.Жврлаков, А.Е.Сазонов, А.Б.Юдовйч, А.П.Яскевич, В.В.Павлов,

В.В.Клавинг Ничипоренко Н.Т., Зимин Н.С., Черняев P.R., Лисовски H.A., Джеймс М.К. и др. Настоящая работа является продолжением исследований по указанной теме.

Целью..диссертационной_работы является синтез алгоритмов оптимальной обработки радиолокационной информации в САРП повышенной информативности с учетом эрратической направленности систем предупреждения столкновений для крупнотоннажных судов (танкеров).

Метода„исследования. Для решения поставленных задач проведены как теоретические, так и экспериментальные исследования. Теоретические исследования «выполнялись с использованием аппарата математической статистики, теории марковских процессов, теории эргатических систем и нелинейной интегральной инвариантности. В качестве методологического обеспечения работы использовался системный подход. Экспериментальные исследования включают в себя наблюдения, произведенные на т/х "Улан Батор" (БМП) и математическое моделирование но разработанной методике.

На,умная..новизна. В работе получены следующие основные научные результаты:'

- усовершенствован алгоритм оценки опасности ситуации солижэ-ния судов, основанный на применении фигур опасных положений; приведен пример его использования для выработки параметров и выбора маневра расховдения с встречными неманеврирующими судами;

■ - получен алгоритм обнаружения маневра встречного судна и групповой алгоритм фильтрации параметров движения маневрирующей цели, в основе которого лежит математический аппарат марковских процессов;

- разработана и исследована посредством математического моделирования методика двухканальной фильтрации погрешностей радиолокационных измерений, ■ содержащих линейный и нелинейный каналы обработки и алгоритм их переключения;

- в рамках теории эргатических систем с использованием теории нелинейной интегральной инвариантности получен алгоритм расхождения с опасно маневрирующей целью, включающий в себя блок выработки параметров маневра "последнего момента";

- с использованием всех полученных алгоритмов рассмотрена математическая модель комплексной эргатической системы предупреждения столкновений судов для крупнотоннажных танкеров типа "Крым", а также проведено ее исследование методами математического моделирования с использованием современных средств вычислительной техники.

Практическая ценность. Результаты диссертационной работы могут

■айти практическое применение при использовании существующих и [роектировашк новых САРИ и систем предупреждения столкновений су-юв в море. Предложенная в методика фильтрации параметров маневри-|ующвЯ цели может быть применена в вычислителях модернизированных 1АРП в качестве дополнительного канала радиолокационной обработки вдиолокациошой информации.

А^о^ия.раОоту^ основные результаты и положения ;иссертационной работа докладывались и обсуждались нэ следующих шфервнциях и семинарах:

XV Всесоюзная на.учно-техшпескзя конференция (секция радиосвязи и радионавигации), Ленинград, 1990 г.

- научно-техническая конференция профессорско-нреподаватель-кого состава ЛВИМУ, Ленинград, 1990 г.

- XIX Всесоюзная конференция по управлению движением судов и лубоководных аппаратов, Новороссийск, 1992 г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано статьи.

Структура _.и__обьем работы. Диссертационная работа состоит из ведения, четырех глав, заключения, списка литературы и рилокения. Основной текст диссертации содержит 133 машинописных траниц, 20 рисунков и 8 таблиц. Библиография включает в себя 6Э аименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во..введении диссертационной работы обосновывается актуальность емы, формулируется цель и основные задачи исследования.

Первая_главэ посвящена рассмотрению требований к современным АР11. Приводится обзор и классификация САРП и навигационных авто-атизировэнных комплексов, исползуемых на судах мирового флота, по энным отечественной и зарубежной литературы. Установлено, что су-ествукцие системы нредупрежденля столкновений судов нэ полностью твечают требованиям повышения безопасности мореплавания. Обращено нимание на отсутствие дифференциации навигационной аппаратуры в ависимости от условий плавания, класса и размеров судна - ее нойте ля. Между тем, управление крупнотоннажными судами имеет ряд собенностей, связаншх с ограничением их маневренных характерис-ик в силу большой осадки и линейных размеров, а также сравнитель-о невысокой скорости передвижения. Наличие указагашх особенностей вставляет искать пути повышения качества определения степени

опасности ситуации, выбора характеристик маневра расхождения < опасными судами, а также момента осуществления такого маневра.

На основе анализа требований ШО к функциональным возможности!* САРП и состава задач предупреждения столкновений судов в море, ; таете экспериментальных исследований на т/х "Владимир Васляев", найдены пути повышения информативности САРП для более эффективногс использования их на крупнотоннажных судах. При этом следует учесп оОьем и плотность информационно!« потока от САРП к судоводителю £ зависимости от условий плавания и обстоятельств сложившейся ситуации, для чего систему "САРП - судоводитель" целесообразно рассматривать как эрратическую. Установлена необходимость устранения промежутка неопределенности, возникающего при использовании САРП е условиях маневрирования цели и/или собственного судна. Экспериментальные исследования показали, что дал® кратковременный (3 - 3.5 мин) маневр собственного судна небольшой интенсивности (10 - 20 град/мин) способен вызвать погреиность в показаниях САРП до 5° по курсу и до А узлов но скорости цели. Признано целесообразным решать данную задачу на этапе вторичной обработки с использованием группового нелинейного метода фильтрации погрешностей радиолокационных измерений. Важным является вопрос выбора параметров маневра "последнего момента", который осуществляется, как правило, в условиях острейшего дефицита времени, что влечет за собой необходимость быстрого анализа слоившейся ситуации с выдачей соответствующих рекомендаций по выбору параметров маневрирования.

Вторая^глава посвящена исследованию процесса расхождения крупнотоннажных судов со встречными неманеврирущими объектами. Отдельно рассмотрен вопрос об оценке опасности ситуации сближения судов. Сделан бывод, что максимум полезной информации штурман крушютонцажного судна может получить при использовании для этой цели фигур опасного положения (ООН). Для удобства практической реализации и применения ФОН совместно с электронными картами необходимо иметь их аналитическое описание. Установлено, что ФОН могут бить ограничены кап замкнутыми, так и незамкнутыми кривыми второго порядка. В первом случае ФОН достаточно точно аппроксимируется эллипсом, малой полуосью которого является дистанция кратчайшего сближения У .

Для описания разомкнутой фоп предлагается использовать функцию вида:

у = -|Е- |аг<П£(Ю0х) | (I)

Полупены зависимости, позволят» определить вид <ЮН, не эссчитявая ее,параметров:

Чн < V зш

7„ = Уцз1п

УР - агсз1пГ—гр-)

^ х.

, С

УР - агсз1п[ —1

,з1п

г и л УР - агсз!л1 —1

< Ун < уц3щ

- <Х01[ не существует;

- ФОП ограничена кривой (I); Ь

УР - агсэШ

№

= V1"

УР + агозЛп[—рйЕ-]

- две ФОП, ограниченные кривыми (I); 1>„

- две ФОП, ограниченные эллипсом и кривой Ц);

з1п

УР +■ агсзШ

< $ V - две 4011, ограниченные

эллипсами;

V > V н ц

ФОН ограничена эллипсом;

Уи > V з1п(УР) - существует опасность столкновения;

где УР - угол ракурса встречного судна;

Уц,Ун - скорости цели и нашего судна соответственно; Ц - текущая дистанция до цели. Получены зависимости, по которым, зная вид ФОН для данной 'уации сближения, можно определить ее параметры. Для ФОП, шничеиной эллипсом:

0„

а = -тА V.. -

з1п(Кнг- Кц 4 360°)

ь = С,

кр

= агсз!п

Э

(2)

й. =

-¡р з1п УР э

УцсоэУР + ✓ V* - ГаИГУ?

Из поставленной задачи следует, что при формировании постоянной стратегии расхождения необходимо учитывать запас в расстоянии до судна - цели, требуемый для уклонения от любого однократного его маневра. В работе предложено учитывать указанный запас, перенося центр используемой маршрутной системы координат ОЖ (где 0 - центр масс нашего судна) в точку с координатами (0;0). где

г

С = {X 4 X, ) --(4)

и выбирая дистанцию кратчайшего сближения равной

°кр = ^ч.сад + + > —^ + «Р <б>

где * = Уцо = V' + вУц - лУЦ1.

х1 = 1 при ас $ I; ге4 = ае при х > 1; г = г + Т ;

м зап'

еУц - погрешность в выработке скорости цели;

дУЦ1 - возможное изменение скорости цели при маневре;

ьм - время маневра;

Т - время, необходимое на анализ ситуации и оценку параметров маневра.

С использованием полученных зависимостей разработан алгоритм уклонения от неманеврирук%его судна с учетом его возможного маневра.. Блок-схема этого алгоритма представлена на рис.1.

Следует учесть, что при выработке параметров маневра расхождения в соответствующее уравнение ФОН подставляется уже новое значение 0кр и ее расчет производится в новой система координат, центр которой находится в точке с (0;В).

Имитационное моделирование работы полученного алгоритма с учетом параметров реальной ситуации расхождения позволило сделать вывод, что новый алгоритм по некоторым параметрам выгодно отличается от применяемых в настоящее время алгоритмов оценки ситуаций сближения судов.

Определение параметров ФОН для всех _наблюдаемых целей__

т

Определение опасных целей

Определение наиболее опасной цели (о=м>п ;КУ=пр б

Расчет параметра Юкр и перенос начала системы координат в точку (О;»)

не более одного ре иения

начало маневра в точке о координатами («р ; )

проверка возможности возврата на старый курс

7"

возврат на курс, маневр окончен

Рис.1

В...третьей, главе диссертационной работы рассматриваются вопро-[, связанные с фильтрацией и оценкой параметров движеш!Я маневри-чощей цели и обнаружением момента начала такого маневра.

Установлено, что при маневрировании встречного судна юмежуток неопределенности, в течение которого достоверная [формация о параметрах движения маневрирующего судна отсутствует гри использовании существующих алгоритмов обработки

радиолокационной информации), превышает фактическое время, маневра в 2.5 раза, что заставляет искать способы восстановления информации о цели за этот период времени.

' Возможность аппроксимировать процес движения судна инерционной динамической системой второго порядка позволяет обратиться для решения поставленной задачи к хорошо разработанному математическому аппарату марковских цепей и представить движение встречного судна в качестве дискретной модели непрерывной марковской последовательности, состоящей из приращений декартовых координат судна-цели за период его облучения антенной РЛС.

Относительное движение встречного судна но линии относительного движения (ЛОД) в прямоугольной системе координат ХоУ образует

последовательность линейных изменений дХ1,дУ1 (( = 17Н7 этих координат за малые промежутки времени дл, соизмеримые с периодом вращения антенны РЛС (обычно 20 об/мин ):

X = X, + дХ ; X, = X + дХ + дХ: ...; X = X + ... + дХ ;

1 , О » ' 2 о I 2 7 * г> о г. 1

\ = + ч; \ - + + ; у, = *„ + ... ♦ ду,;

Считаем малые приращения координат дХ1,...,дХл и дУ1,...,дУГ1 независимыми и имеющими плотности вероятности Р„(дХ) и Рг,(дУ) соответственно. Используя правило композиции законов распределения, найдем совместные плотности вероятности:

Р<дХ,,дХг.....дХг>) = Р^дХ^дХ^дХ,).....Р^дХ^дХ^)

Р<дУ,.дУ2.....дУ,) =■ Р,(дУ,)Р2'(дУг-дУ1).....Р^дУ^-дУ,.,)

Опираясь на эти соотношения, определим условные плотности вероятности переходов марковского процесса:

Р(дХ .....дХг ) •гс.(дХгдХ,,...,дХг) = ' -г-11— = I1,.<)

Р(дХ,,...,дХГ1.))

Р(дУ(,...,дУ)

* (дУ | дУ.....ДУ ) =-----— = Р (дУ -дУ )

" " 1 г> Р(ДУ......ДУ ,) г' г'

Как видно из приведенных выражений, условная вероятность перехода тс зависит только от предыдущего состояния и не зависит от всех состояний, наблюдавшихся ранее, что является однозначным определением марковской последовательности. Из всех многообразных видов марковских последовательностей для описания движения судна наиболее подходит дискретная модель непрерывного процесса, поскольку само движение судна - процесс непрерывный, но оно дискре-тизируется РЛС, поскольку облучение ооьекта происходит с периодом

Т обзора, равшш периоду вращения антенны РЛС.

Пусть в настоящий момент времени £о мы имеем начальное значение параметра Я0. Задача состоит в отыскании условной вероятности перехода процесса в следующее состояние, обозначенное К, в.момент времени î (t - t = Т - периоду вращения антенны РЛС). Соответствующая вероятность перехода ,t ) рассматриваемого марковского процесса удовлетворяет уравнению Фоккера - Планка - Колмогорова:

^ к(А.Д|Л.оДо) = 1а(АДтлД1Л0Д0)1 +

+ ? ib(A,t)ic(A.,m,t0)] (6)

с 0кг 00

В это уравнение входят коэффициенты а(\Д) и Ь(АД), являщиеся локальными характеристикам диффузионного процесса A,(t).

Коэффициент сноса а(ЯД) характеризует среднее значение локальной скорости приращения процесса:

а(ХД) = Km <[A(t4ût) - A(t))|Mt)> (7)

Коэффициент диффузии Ь(ЛД) характеризует локальную скорость изменения дисперсии приращения диффузионного процесса:

b(\,t) = Um тт <CMt+üt) - A(t))V(t)> (8)

üi -.о

Для отыскания решения уравнения Фоккера-Планка-Колмогорова следует задать начальные vi граничные условия. Если значение марковского процесса в начальный момент времени не фиксировано, то в качестве начального условия принимается плотность вероятности начального состояния:

P(X,t0)=PDa) (9)

Граничные условия связаны с приращением прямоугольных координат встречного судна и соответствуют их изменении за постоянный промежуток времени, равный одному обзору антенны РЛС. Если обозначить максимально допустимый интервал изменения параметра (c;d), то граничные условия запишутся следующим образом:

P(c,t) = P(d,t) = О (10)

где с - нижняя граница допустимого интервала изменения параметра ; d - верхняя его граница.

Итак, задача состоит в отыскании на каадом иаге обработки решения уравнения Фоккера-Планка-Колмогорова с начальными и гранич-

ними условиями.

Данное уравнение принадлежит к уравнениям параболического типа. Представляется наиболее удобным решать его численными конечно-разностными методами, что обьясняется удобством их реализации на ЭВМ.

Для получения решения выбираем прямоугольную сетку узлов, образуемую точками пересечения двух семейств параллельных прямых: Л = с + «й

где I = (ОТН);

а - с н- -5- ;

Ь - шаг по параметру уравнения.

г = л

где J = 1,2,...;

I - шаг по времени.

^Уравнение Фоккера-Планка-Колмогорова можно переписать в несколько ином виде:

£ Р(ЛД) =|ь(\,1)-^-Р(ЛДЛ-Г^-Ь(ЛД)-а(ЛД)]|Э£-Р(Л.Д) + ОХ

+ (II)

При построении конечно-разностной схемы производные можно заменить следующими разностными отношениями, записанными для узла («,./):

ОР „. ) ~ 2Р1-..)

ЗГ

гь.

где Р. . = Р(сИ11,Л);

Я2и р. -г? + р О Р а + 1 , ]_1 . } ^ - « . 1

о\г

эр « ~ ■}

Ж \

Произведя соответствующие подстановки, получим: Р. . = а Р . + р Р. . + 7 Р. . (12)

где а<Л.Д) = —Ц-Ь(\Д) + -угг \Ь - аадЛ

2(1 гП ^ 0\г -1

Р0\Л) = 1--Ц-Ь(ЛД) + Ь(ЯД) - -тД-а^.и]

21г ^ Ок2 0А *

Из начального и граничного условий следует: ( ? = Ро(с+Ш)

| ,с ° (13)

р_ = р =0 I. С,1 N. 1

Совокупность полученных выражений образует явную разностную четырехузловую схему. Алгоритм ее реализации следующий:

- из начальных условий известны решения на начальном слое и=

= О).

- по ним находятся решения на внутренних узлгх первого слоя

~ далее с учетом граничных условий находятся решения на втором слое (/ = 2) и т.д.

Таким образом, на каждом шаге получаем явное выражение решения в слое ,/И через найденные значения в слое

Устойчивость разностной схемы обеспечивается следующими условиями :

Ь(АД) > 0

(14)

< ь(А.,г)

Из последних выражений следует, что устойчивость обеспечивается применением достаточно мелкого шага по времени, причем при необходимости уменьшить величину шага и нельзя не уменьшить и шага по времени 1.

В работе установлено, что максимальная величина шага по параметру составляет:

11 < 1.7.1СГ3кбт

при величине шага по времени I = 60с. При такой величине шагов разностная схема будет устойчива и будет содержать 12 узлов.

Точность подобного метода не ниже половины шага по параметру:

&к = ± 2 Ь = * О.85-10~экбт В работе рассмотрена и предложена система двухканалыюй вторичной обработки радиолокационной информации по типу переключающегося алгоритма. Принцип ее работы изображен на следующем рисунке:

Рис.2

Четвертая_глава посвящена исследованию процесса расхождения с опасно маневрирующим судном, включая выработку параметров маневра "последнего момента", а также рассмотрению различных аспектов построения комплексной эргатичэской системы предупреадения столкновений судов для крупнотоннажных танкеров;

Относительное движение судна-цели в полярной системе координат можно представить системой дифференциальных, уравнений:

ч = гЦ1со8(П1 - V - ^сов<п1 - кн)

^ ушш, - Кн) - У^ШО! -Кц,) <13)

в.

V

где ( = 1,2,..,я;

и - количество встречных судов.

Функциональные уравнения абсолютной инвариантности для условного рефлекторного уровня управления имеют вид (при совпадении регулятора с объектом управления):

Рч = ~ V > - ГнсозКУ

У э1п(К - II ) - У вШКУ р12 в кн_ _Н1-И.-'-В-

(14)

й. I

В этом случае управляющими воздействиями являются: ¿. = р

" (15)

КУ = р12

где р е - новые управляющие воздействия, определяющие 1,2 1.2

динамику расхождения;

<1 - области существования управляющих воздействий.

Для решения задачи предупреждения столкновений необходимо решить локальную задачу приведения маневрирующего' обьекта из некоторого начального положения (Di0.n.o) за траверз собственного судна вне зоны безопасности (D г D__„). Для этой цели по указанным

I ЗсЗД

ранее причинам будем рассматривать маневр курсом. Тогда под управлением будем понимать:

К = ' u

гла*

где |u| «I- управление;

^ - максимальная угловая скорость поворота нашего

ГГ«ДК

судна.

Область гарантированного значения управления находится из выражения:

о = Id : D > -

2

(16)

Далее зададим требуемый закон изменения курсового угла при расхождении судов в виде:

= КУ. = А.8101(КУ4) + (17)

2 1

где к - определенная величина минимума скорости изменения КУ. при расхождении.

С учетом сказанного определим значение угловой скорости поворота для гарантированного расхождения со встречным судном на дистанции В г1) „:

1 зад у

|ирае1 » Ь.В1&ЦКГХ) + (18)

Из последнего выражения следует, что если наше судно в процессе расхождения на, начальных дистанциях В. и пеленгах П выбирает управление ырао, то оно имеет возможность поддерживать скорость изменения КУ, не пике определенной величин« к. При этом можно определить' время, необходимое для приведения цели на траверз на дистанции не менее Я . С учетом полученных выражений запишем: ззд

1), -

( = —- '-¿ад--(19)

■рас У^з 1п I - - |КУ. I и Уц

Для безопасного расхождения со встречным судном собственное судно должно выдерживать такую 'угловую скорость поворота, чтобы

курсовой угод на встречное судно изменился на величину If - |КУ|

Произведя подстановку, получим окончательное выражение для определения необходимой величины угловой скорости для гарантированного расхождения с опасно маневрируюдими судами на заданной ди-

станции 0зад:

- |КУ| .jVItC03|Ky. I + Уц j v

IVd > --Г—i---- + if- (20>

' зад

Последнее соотношение позволяет определить для каждого конкретного случая кинематические параметры безопасного расховдения с маневрирующим объектом. Подставлял эти параметры в уравнения динамики собственного судна, можно получить соотношения для расчета управляющих воздействий, которые будут зависеть от текущих кинематических параметров движения собственного судна, его гидродинамических характеристик, а -также от координат встречного судна и его скорости.

На основании вышеизложенных фактов предложен алгоритм выполнения расхождения с маневрирующей целью (включая маневр последнего момента) для крупнотоннажных танкеров, являющийся одним из модулей комплексной эргатической системы ПСС.

После обнаружения маневра цели с помощью модуля обнаружения маневра (разработанного во второй главе настоящей работы) проверяется возможность уклонения с помощью маневра курсом:

ч

Di - --Г- > 0 (21)

К„ - ЮГ,

Это выражение имеет физический смысл минимальной дистанции, на которой еще возможно уклониться от столкновения с помощью маневра курсом.

Далее рассчитывается угловая скорость маневра наиего судна,

необходимого для расховдения с целью на дистанции I) . Полученное

зад

значение ира0 подставляем в уравнение математической модели управления крупнотоннажным танкером в форме Номото с рассчитанными для

нашего судна коэффициентами К3 и т4:

ы

_упр_

рас = . (22)

1.73(1 - е З Рв )

где з - безразмерное время, з = ;

Ь„ - длина нашего судна. Это уравнение дает величину угла перекладки руля, необходимой для успешного расхождения с опасно маневрирующим обьектом.

После перекладки руля значение ы пересчитывается на каждом шаге (после каждого обзора РЛС) и сравнивается с фактическим, полученным с судового датчика информации. После выравнивания обеих величин руль переводится в нейтральное положение.

Подобная система выбора маневра уклонения является достаточно гибкой и позволяет получить параметры маневра расхождения с целью даже при постоянном и опасном ее маневрировании.

В работе предложена и исследована математическая модель эргатическсЯ системы предупреждения столкновений судов для. крупнотоннажных танкеров типа "Крым" (см.рис.3).

Рис.З

Проверка функционирования эргатической системы предупреждения столкновений судов показала достаточную надежность ее работы в различных режимах и универсальность в решении самых разнообразных задач, связанных с расхождением судов с использованием САШ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты работы заключаются в следующем.

1.Предложено ввести дифференциацию аппаратуры автоматической радиолокационной прокладки в зависимости от габаритов'' и маневренных характеристик судна - ее носителя. В рамках подобной дифференциации признана необходимость создания САШ повышенной информативности для крупнотоннажных танкеров, управление которыми имеет ряд особенностей. К созданию таких САРП предложено подойти с позиций теории эргатических систем для оптимального распределения информационного потока между САРП и судоводителем.

2.Для автоматизации процесса анализа и оценки опасности ситуации сближения судов с учетом навигационных условий плавания предложено использовать аналитические фигуры опасных положений (ФОН), установлены зависимости для определения вида и количества рассматриваемых фигур и дано аналитическое описание ФОП в горизонтной, географически ориентированной системе координат МОЕ. Предложен вариант решения задачи предупреждения столкновений судов с использо-. ванием ФОЛ. Имитационное моделирование- позволило сделать вывод, что новый алгоритм выгодно отличается от подобных алгоритмов, применяемых в настоящее время.

3.Разработана методика двухканальной фильтрации по методу переключающегося алгоритма с использованием дополнительного нелинейного канала обработки, позволяющего, благодаря применению группового алгоритма фильтрации на основе математического аппарата марковских цепей, обнаруживать момент начала маневра встречного судна и получать достоверные параметры движения маневрирующей цели. Указаны пути повышения информативности существующих САРП с использованием подобного алгоритма.

4. С использованием теории нелинейной интегральной инвариантности получен алгоритм расчета параметров маневра уклонения своего судна от опасно маневрирующей цели. На основе полученного алгоритма, а также разработанных в предыдущих главах модулей анализа ситуаций сближения и обнаружения маневра цели произведен синтез структуры комплексной эргэ*нческой системы предупреждения столкновений судов. В качестве объекта установки разработанной системы предложены крупнотоннажные танкера типа "Крым" Новороссийского морского параходства. Также показано, что математическая модель движения судов этого типа »{ожет быть создана на базе уравнения в форме Номото. По данным натурных испытаний т/х "Совнефть" рассчитаны коэффициенты К® и х( математической модели, качество которой проверено методами численного моделирования. Результаты моделирования приведены в виде графиков. Создана математическая модель

разработанной эргатической системы ЦОС, с помощью которой получена аналитическая зависимость, позволяющая учитывать инерционность объекта управления. Проверка функционирования эргатической системы ПСС. показала достатопну» надежность ее работы в различных режимах и универсальность в решении самых разнообразных задач, связанных с расхождением судов с использованием САРП.

По материалам работы имеются следующие публикации:

1. Песков К).Л.,Криворотое В.В. .Александровский И.И. Методика моделирования погрешностей САРП. М.: В/О "Мортехинформреклама", 1989 г.

2. Александровский И.И. Иснользовашю методики анализа влияния погрешностей датчиков навигационной информации на показания САРП. М.: В/О "Мортехинформреклама", 1990 г.

3. Александровский И.И. О возможности и целесообразности использования алгоритма нелинейной фильтрации для решения задач ПСС. М.: Материалы XV Всесоюзной научно - технической конференции секции радиосвязи и радионавигации, 1990 г.

4. Александровский И.И. Особенности первичной обработки отраженных радиолокационных сигналов в САРП. М.: В/О "Мортехинформреклама", 1991 г.