Анализ информации основных внешних навигационных датчиков НИКС Основные навигационные характеристики датчиков информации Для решения задач судовождения навигационно-информационная компьютерная система должна обеспечивать возможность подключения

Анализ информации основных внешних навигационных датчиков НИКС

Анализ информации основных внешних навигационных датчиков НИКС

Основные навигационные характеристики датчиков информации

Для решения задач судовождения навигационно-информационная компьютерная система должна обеспечивать возможность подключения к ней различных датчиков информации: курсоуказателей (гирокомпаса, магнитного компаса с дистанционной передачей показаний, флюксгейт-компаса); лагов (относительного и абсолютного); эхолота, радиолокатора и САРП; приемников РНС, СНС, NAVTEX; а также УКВ транспондера АИС.

Касаясь позиционных средств, следует отметить, что основными из них при решении задач навигации морских судов стали космические системы GPS и ГЛОНАСС. Роль береговых систем определения положения снизилась. РНС «Омега» уже выведена из эксплуатации. Действие системы «Декка» планируется прекратить в 2002 году.

РНС «Лоран-С» по плану будет оставаться в эксплуатации для обеспечения надежности судовождения до 2015 года, и служить в качестве независимого средства, позволяющего обнаружить нарушения в правильности выдаваемой приемоиндикаторами СНС информации. Погрешность определения положения (Р=0.95) по РНС «Лоран-С» зависит от взаимного расположения судна и станций системы и лежит в пределах 0:1-0.25 NM (nautical miles - морских миль). Точность этой РНС может быть несколько увеличена за счет синхронизации работы наземных станций с помощью сигналов времени от СНС, погрешность которых составляет 10-15 нс.

Качество датчиков информации и их способность выполнять те или иные задачи в области судовождения принято оценивать навигационными характеристиками, которые зависят от технических параметров датчиков. К основным навигационным характеристикам датчиков информации относятся: зона действия (диапазон измерений) разрешающая способность, точность, надежность, помехозащищенность, продолжительность одного измерения и частота измерений.

Диапазон измерений Ym определяется минимальным Ymin и максимальным Ymax значением измеряемой величины: ,

Под разрешающей способностью ∆Y понимается определенная минимальная величина приращения измеряемого параметра, которая еще может быть измерена прибором. Разрешающая способность ряда измерительных устройств может быть вычислена через допустимую относительную погрешность е прибора, выраженную в процентах:

Точность представляет собой характеристику допускаемых при измерении погрешностей. Общепринятым критерием точности в судовождении является величина 95% погрешности измерения параметра (Р=0.95).

Под надежностью понимается способность аппаратуры выполнять свои задачи в течение определенного времени. Надежность аппаратуры характеризуется вероятностью безотказной работы, временем наработки на отказ и другими характеристиками.

Под помехозащищенностью понимается способность прибора сохранять свои навигационные характеристики в условиях действия различных помех.

Продолжительность одного измерения (определения) - это временной интервал от момента начала измерения навигационного параметра до момента выдачи результата измерения. Когда такое время мало, измерения называются мгновенными.

Частота измерений (определений) характеризуется интервалом времени между двумя последовательными измерениями навигационного параметра. Когда такая частота является достаточно высокой, измерения считаются непрерывными.

Курсоуказатели и лаги

Гирокомпасы. Основным курсоуказателем на судах является гирокомпас. Это достаточно надежный и точный прибор. Он Непрерывно измеряет курс судна в диапазоне 0-360°. Его точность при Установившемся режиме движения судна ухудшается с ростом широты места. На точность ГК влияют маневрирование судна и качка. Согласно требований ИМО в установившемся режиме движения судна точность ГК должна быть в пределах ±0.25°secφ. Инерционная погрешность ГК при маневрах в широтах до 70° не должна превышать: при быстром изменении скорости на 20 уз - ±2.0°; при быстром изменении курса на 180° при скорости 20 уз. - ±3.0°. Для компенсации скоростной погрешности в ГК вручную или автоматически должны вводиться скорость судна и широта места.

Лаги являются датчиками скорости судна и проходимого им расстояния. В настоящее время на судах применяются относительные и абсолютные лаги. Первые измеряют скорость судна относительно воды, а вторые - относительно грунта.

Лаги современных судов должны измерять скорость на переднем и заднем ходу. Из относительных лагов такой способностью обладают индукционные лаги. Диапазон измеряемых индукционным лагом значений скорости судна зависит от вида лага. Для лагов гражданских морских водоизмещающих судов этот диапазон обычно находится в пределах от -15 до +35 узлов. Инструментальная погрешность лага зависит от климатических условий. При относительной влажности 65±15% и температуре воздуха 0-50°С она меньше ±0.2 уз. При отрицательной температуре воздуха погрешность колеблется в пределах ±0.2-1.0 уз. Счетчик пройденного расстояния позволяет снять отсчет с точностью ±0.02 мили. Снос судна течением индукционный лаг не учитывает.

Для измерения скорости относительно грунта применяются гидроакустические доплеровские и корреляционные лиги. Они с высокой точностью измеряют скорость судна, как на переднем, так и на заднем ходу. Рабочие глубины этих лагов не превышают 200-300 м. При плавании на больших глубинах эти лаги работают в относительном режиме. В этом режиме при измерении скорости не учитывается течение. Доплеровские и корреляционные лаги обычно измеряют продольную и поперечную составляющие скорости судна. Поэтому ввод от них скорости в НИКС должен быть двухкоординатным.

Точность измерений доплеровским лагом скорости в абсолютном режиме работы составляет около ±2%, пройденного расстояния - примерно ±0.2%, угла сноса - ±0.2°.

Корреляционный лаг по сравнению с доплеровским лагом имеет следующие преимущества:

• одновременно с измерением скорости измеряется глубина под килем;

• на точность измерения скорости судна не влияет изменение скорости звука;

• широкие диаграммы направленности акустических антенн не требуется стабилизировать на качке.

Корреляционный лаг также характеризуется высокой точностью:

погрешность измерения скорости составляет до ±0.1 уз, пройденного расстояния - до ±0.2%, глубины под килем - ±1%.


Анализ информации СНС.

Преимущества совместной работы НИКС со спутниковыми навигационными системами

НИКС должна иметь возможность непрерывного отображения места судна на основе обсерваций, точность которых соответствует требованиям безопасного плавания. Информацию для таких обсерваций предоставляют радионавигационные системы, береговые (РНС) или космические (СНС), а также РЛС. В 1989 г. Резолюцией А.666(16) ИМО приняла эксплуатационные требования к Всемирной радионавигационной системе (ВРНС), информация которой отвечает целям судовождения. В соответствии с этими требованиями ВРНС должна обеспечивать глобальность покрытия, непрерывность работы и выдачу координат с точностью, отвечающей стандартам точности судовождения. Система определений места или ее элементы должны быть одобрены ИМО.

Для морского судовождения обсервации могут считаться непрерывными, когда их частота составляет один раз в минуту и больше. Современные требования к точности судовождения определены резолюцией А. 815(19), принятой ИМО в 1995 г. Согласно этим требованиям в открытом море и в прибрежных водах место судна должно быть известно с 95%-погрешностью, не превышающей 4% расстояния до препятствия, но не большей 4 миль. Точность определения места при плавании в стесненных условиях должна быть не хуже 10 м.

К требуемой ИМО ВРНС наиболее близки по своим характеристикам среднеорбитальные спутниковые навигационные системы. В 1996 г. по заявкам правительств США и России ИМО одобрила системы GPS (Global Position System) и ГЛОНАСС (Глобальная навигационная спутниковая система), с объявленными точностями 100 м - у GPS и 45 м - у ГЛОНАСС. Приемоиндикаторы среднеорбитальных СНС включены в состав обязательной судовой навигационной аппаратуры, предусматриваемой главой 5 СОЛАС. С 2000 г. по решению Правительства США был отменен ввод погрешностей искусственного происхождения в данные GPS и ее точность повысилась до 35-45 м.

Системы GPS и ГЛОНАСС не соответствуют современным требованиям к точности определений места только при плавании в стесненных условиях. Одним из способов удовлетворения точности плавания в стесненных водах с помощью среднеорбитальных СНС является использование ими дифференциального режима определения - DGPS, который позволяет установить координаты объекта с точностью 1-5 м.

Приемоиндикаторы среднеорбитальных СНС и аппаратура отображения навигационных карт выгодно дополняют друг друга. Их совместное применение позволяет отображать положение судна в реальном масштабе времени, что имеет особенное значение при плавании в стесненных водах. При использовании бумажных карт требуется определенное время для переноса позиции судна с приемоиндикатора СНС на карту, что вызывает запаздывание в отображении текущей позиции. Кроме того, на бумажной карте нет возможности отображать положение судна непрерывно. При использовании систем отображения электронных карт на судне может быть установлен недорогой приемник СНС, так как дополнительные навигационные задачи в этом случае будут решаться НИКС.

При работе GPS в дифференциальном режиме в районе опорной станции НИКС оказывает значительную помощь судоводителю при плавании в стесненных водах, предоставляя в реальном времени точное положение судна на ЭК. Расширение сети опорных станций DGPS способствует значительному повышению роли НИКС в обеспечении безопасного судовождения.

Краткая характеристика GPS и ее погрешностей

Состав системы. Спутниковая навигационная система Министерства Обороны США GPS, называемая также NAVSTAR (Navigation System using Timing and Ranging), состоит из 24 навигационных искусственных спутников Земли (НИСЗ), наземного командно-измерительного комплекса и аппаратуры потребителей. Она является глобальной, всепогодной, навигационной системой, обеспечивающей определение координат объектов с высокой точностью в трехмерном околоземном пространстве.

Спутники GPS расположены на шести средневысоких орбитах (высота 20183 км) и имеют период обращения 12 часов. Плоскости орбит расположены через 60° и наклонены к экватору под углом 55˚. На каждой орбите располагается 4 спутника, три основных спутника и один запасной. 18 спутников - это минимальное количество для обеспечения видимости в каждой точке Земли не менее 4-х спутников.

Система предназначена для обеспечения навигации воздушных и морских судов и определения времени с высокой точностью. Она может применяться в режиме двухмерной навигации - 2D (определение навигационных параметров объектов на поверхности Земли) и в трехмерном режиме - 3D (измерение навигационных параметров объектов над поверхностью Земли). Для нахождения положения объекта в трехмерном режиме требуется измерить навигационные параметры не менее 4-х НИСЗ, а при двухмерной навигации - не менее 3-х НИСЗ.

В системе используется псевдодальномерный метод определения положения и псевдорадиально-скоростной метод нахождения скорости объекта. Для повышения точности результаты определений сглаживаются с помощью фильтра Калмана.

Излучение навигационных сигналов спутниками GPS производится на двух частотах: Fl=1575,42 и F2=1227,60 МГц. Режим излучения -непрерывный с псевдошумовой модуляцией. Навигационные сигналы представляют собой защищенный Р-код (precision code), излучаемый на часотах Fl, F2, и общедоступный С/А-код (coarse and acquisition code), излучаемый только на частоте Fl.

В GPS для каждого спутника определен свой уникальный С/А-код и уникальный Р-код. Такой вид разделения сигналов спутников называется кодовым. Он позволяет в приемнике распознавать, какому спутнику принадлежит сигнал, когда несущая частота сигналов всех спутников одинакова.

GPS предоставляет два уровня обслуживания потребителей; точные определения (PPS - Precise Positioning Service) и стандартные определения (SPS - Standard Positioning Service). PPS основывается на точном Р-коде, а SPS - на общедоступном С/А-коде. Уровень обслуживания PPS предоставляется военным и федеральным службам США, а SPS - массовому гражданскому потребителю.

Кроме кодов Р и С/А спутник регулярно передает сообщение, которое содержит информацию о состоянии спутника, его эфемеридах, системном времени, прогнозе ионосферной задержки, показателях работоспособности.

Бортовая аппаратура GPS состоит из антенны и приемоиндикатора (ПИ). ПИ включает в себя приемник, вычислитель, блоки памяти, устройства управления и индикации. В блоках памяти хранятся необходимые данные, программы решения задач и Управления работой приемоиндикатора. В зависимости от назначения используется два вида бортовой аппаратуры: специальная и для массового потребителя.

Специальная аппаратура предназначена для определения кинематических параметров ракет, военных самолетов, кораблей и специальных судов. При нахождении параметров объектов в ней используются Р и С/А коды. Эта аппаратура обеспечивает практически непрерывные определения с точностью: местоположения объекта - 5-7 м, скорости - 0.05-0.15 м/с, времени - 5-15 нс.

Аппаратура для массового гражданского потребителя, в том числе и для морских судов, уступает по своим характеристикам специальной аппаратуре. Определение кинематических параметров объектов ведется в ней по наблюдениям находящихся в зоне видимости НИСЗ с использованием только С/А-кода. Эта аппаратура проще и дешевле специальной аппаратуры. Она способна обеспечивать точность определения местоположения порядка 35-45 м. Однако Министерство Обороны США с военной точки зрения посчитало предоставление такой точности всем без исключения потребителям потенциально опасным и искусственно снижала точность местоопределения до 100 м. Для этого в режиме SPS формировались ошибки искусственного происхождения (погрешности режима селективного доступа), вносимые в сигналы на борту спутников. С 2000 г. Правительством США ввод искусственных ошибок в данные GPS был отменен.

Погрешности и ограничения. Основными источниками погрешностей, влияющих на точность бортовой аппаратуры для массового потребителя, являются:

• Ионосферные погрешности, обусловленные задержками в распространении радиоволн в верхних слоях атмосферы, которые приводят к ошибкам определения положения порядка 20-30 м днем и 3-6 м ночью.

• Тропосферные погрешности, причиной которых являются искажения в прохождении радиоволн через нижние слои атмосферы. Они не превышают 30 м.

• Эфемеридная погрешность, обусловленная разностью между расчетным и действительным положениями спутника, которая составляет не более 3 м.

• Погрешность определения расстояния до спутника, обычно не превышающая 10 м.

Средняя квадратическая величина погрешности режима селективного доступа (ошибки искусственного происхождения, вносимой до 2000 г. с целью загрубления навигационных измерений) составляла примерно 30 м.

Следует также обратить внимание и на периодическое возникновение в системе зон PDOP (Position Dilution of Precision), в которых не обеспечивается объявленная точность навигации. Эти зоны возникают в течении 5-15 мин в диапазоне 30-50° северной и южной широт.

Дифференциальный метод определений. Основным способом повышения точности местоопределений GPS в режиме SPS является применение принципа дифференциальных навигационных измерений. Дифференциальный способ (DGPS) реализуется с помощью опорной станции с известными координатами, устанавливаемой в районе определений места. На станции располагается контрольный GPS-приемник. Сравнивая свои известные координаты с измеренными, контрольный GPS-приемник вырабатывает поправки, которые передаются потребителям по радиоканалу. Аппаратура потребителя в этом случае должна быть дополнена радиоприемником для получения дифференциальных поправок. Поправки, принятые от опорной станции, автоматически вводятся в результаты измерений. Это позволяет установить в районе опорной станции координаты объекта с точностью 1-5 м. Точность DGPS-определений зависит от характеристик опорной станции и от расстояния от объекта до опорной станции. По этой причине опорную станцию рекомендуется располагать не далее 500 км от объекта.

Существенной проблемой, снижающей эффективность системы GPS, является неточность геодезической съемки ряда районов Земли. GPS представляет координаты определяющихся объектов во всемирной геодезической системе WGS84. Существуют поправки для перехода от этой системы к ряду других геодезических систем. Однако не ко всем. Кроме этого, горизонтальный датум значительного количества навигационных карт неизвестен. В ряде районов Земли (например, островов Юго-восточной Азии), съемка которых производилась в далеком прошлом, из-за больших погрешностей опорных точек геодезической сети отличия координатной системы карты от WGS84 могут быть значительными. Из-за отсутствия поправок место судна в системе WGS84, перенесенное на такую карту, может оказаться на берегу.

Краткая характеристика системы «ГЛОНАСС»

Советская глобальная спутниковая навигационная система (ГЛОНАСС) состоит из 24 НИСЗ, наземного командно-измерительного комплекса и аппаратуры потребителей. Она является глобальной, всепогодной, навигационной системой, обеспечивающей определение координат объектов с высокой точностью в трехмерном околоземном пространстве. В полном объеме функционирование ГЛОНАСС началось с января 1996 г.

Спутники ГЛОНАСС расположены на трех средневысоких орбитах (высота 19100 км) и имеют период обращения 11 часов 15 минут. Плоскости орбит расположены через 120° и наклонены к экватору под углом 64.8°. На каждой орбите располагается 8 спутников.

Каждый спутник излучает информацию о своей точной позиции и информацию о позициях других спутников. Излучение навигационных сигналов спутниками ГЛОНАСС производится на двух несущих частотах: F1 и F2. Режим излучения - непрерывный с псевдошумовой модуляцией. В отличие от GPS, каждый спутник ГЛОНАСС имеет свои значения F1 и F2. Значения частот F1 всех спутников ГЛОНАСС лежат в диапазоне 1602.6-1615.5 МГц и отличаются для разных спутников на величину, кратную 0.5625 МГц. Соответственно значения частот F2 находятся в диапазоне 1246.4-1256.5 МГц и отличаются для разных спутников на величину, кратную 0.4375 МГц.

Навигационные сигналы представляют собой Р-код , излучаемый на часотах F1, F2, и С/А-код, излучаемый только на частоте F1. В отличие от GPS, где коды Р и С/А для разных спутников разные, в ГЛОНАСС они одинаковы для всех спутников. Таким образом, в отличие от применяемого в GPS кодового метода в ГЛОНАСС реализован частотный метод различения навигационных сигналов спутников.

Аппаратура пользователей включает оборудование, необходимое для сопровождения спутников, определения позиции, скорости и времени по данным орбит спутников и измерениям навигационных параметров. Для приема навигационных сигналов имеется 24 частотных канала. В среднем точность определения положения с помощью специальной бортовой аппаратуры ГЛОНАСС составляет 8 метров. Если GPS имеет наилучшую точность в средних широтах, то ГЛОНАСС - в высоких.

ГЛОНАСС дает место в геодезической системе П390. Разность между положением объекта в П390 и WGS84 не превышает 15 м, в среднем она составляет 5 м. В настоящее время уточняются для разных районов Земли точные значения поправок для перехода от системы П390 к WGS84.

Система ГЛОНАСС может использоваться совместно с GPS (GPS and GLONASS Global Navigation Satellite System - GNSS). Это позволяет по сравнению с GPS повысить точность и надежность определений за счет увеличения числа наблюдаемых спутников. улучшения геометрии их расположения в высоких широтах, использования обоих кодов ГЛОНАСС в аппаратуре для массового потребителя, что дает возможность более точно учесть в GPS ионосферную погрешность.

Информация радиолокатора и САРП

Радиолокатор является для НИКС одним из основных датчиков информации для определений положения и параметров движения судна в стесненных водах. Радиолокационные определения места производятся путем привязки к элементам береговой черты. Кроме этого, информация РЛС и САРП играет основную роль при решении задач предупреждения столкновений судов. Характеризуя информацию РЛС и САРП, необходимо отметить следующее.

Дальность обнаружения объектов в РЛ-системе зависит от нескольких фаеторов, размеров и отражающей способности самих объектов, характеристик РЛС, высоты антенны, наличия помех.

При нормальных условиях распространения радиоволн, когда высота антенны над уровнем моря равна 15 м и нет помех, РЛС должна давать четкое изображение:

• Берега - на расстоянии 20 NM, когда он возвышается над уровнем моря до 60 м; и на расстоянии 7 NM, когда он поднимается до 6 м;

• Надводных объектов: судов вместимостью 5000 брт независимо от ракурса - на расстоянии не менее 7 NM; малых судов длиной порядка 10 м - на расстоянии не менее 3 NM; объектов, таких как навигационные буи, имеющих эффективную отражающую поверхность порядка 10 кв.м. - на расстоянии не менее 2 NM. Когда антенна расположена на высоте 15 м над уровнем моря, то даже в условиях помех от моря РЛ-система должна давать четкую отметку стандартного радиолокационного отражателя на расстоянии до 3.5NM.

Говоря о минимальной дистанции РЛС, следует отметить, что надводные объекты должны быть четко отображены на экране РЛС, начиная с минимальной горизонтальной дистанции 50 м от позиции антенны.

Определение места судна с помощью РЛС производится по измерениям пеленгов и расстояний береговых объектов либо обзорньм методом (совмещением радиолокационного изображения с изображением береговой черты на ЭК).

Погрешность измерений дистанций с помощью РЛС не должна превышать 1% от значения шкалы дальности. Основными Компонентами погрешности РЛ-измерения дистанции до точечного объекта в автоматическом режиме слежения за ним являются: погрешность от нестабильности задержки излучения зондирующего импульса передатчика относительно импульса синхронизации РЛС, погрешность от квантования по времени РЛ-сигнала и нестабильность генератора квантов дальности, отклонение центра отметки объекта от его реального положения.

Погрешность измерения пеленга складывается из погрешности курсоуказания и погрешности измерения курсового угла. В автоматическом режиме слежения за точечным объектом погрешность измерения курсового угла включает в себя: погрешность от квантования угла поворота антенны, люфт антенны, погрешность из-за несиметричности и ширины диаграммы направленности антенны, погрешность от качки судна, погрешность от флуктуации по пеленгу центра РЛ-отметки объекта. Суммарная погрешность измерения курсового угла обычно не превышает 0.4°.

Разрешающая способность по дистанции РЛ-системы на шкале 1.5 NM должна быть не более 40 метров в ситуации, когда две точечные цели расположены на одном пеленге в пределах пространства 50-100% от значения шкалы. Соответственно разрешение по пеленгу на этой шкале для двух точечных целей, расположенных на одном расстоянии от центра в пределах 50-100% значения шкалы должно быть не более 2.5° .

На качество радиолокационной информации влияют состояние атмосферы, ветер, дождь, град, снег, туман и смог, облака, песчаные бури, теневые сектора, работа радаров других судов и др. факторы. Эти обстоятельства могут стать причиной радиолокационной "невидимости" объектов, срывов автосопровождения целей, увеличения погрешностей измерений и погрешностей элементов движения целей, вычисляемых на основе измерений.

Точность результатов вычислений в САРП кинематических параметров целей зависит от точности измеряемых пеленгов и дистанций, погрешностей параметров, характеризующих движение своего судна, геометрии сближения, стадии автосопровождения (захват траектории или устойчивое сопровождение). Следует отметить, что маневр судна обычно выявляется САРП с запозданием порядка 1 мин. Сразу после маневра представляемые САРП значения кинематических параметров целей содержат значительные погрешности и требуется порядка 3 мин, чтобы точность вычисляемых параметров снова стала удовлетворительной.

При использовании САРП для определения кинематических параметров собственного судна на сопровождение берутся неподвижные навигационные ориентиры. Эффективность решения этой навигационной задачи зависит от ряда факторов. Максимальная и минимальная дальность надежного для сопровождения ориентира зависит от характеристик РЛ-системы, геометрических размеров и отражающей способности самого ориентира, наличия теневых секторов РЛС, ее мертвой зоны, состояния моря. Устойчиво САРП сопровождает только точечные ориентиры. Предсказать стабильность автосопровождения протяженного ориентира очень сложно. При сопровождении точечных ориентиров могут наблюдаться срывы, а порой невозможность захвата, если точечный объект расположен близко к берегу, или входит в группу близко расположенных друг к другу точечных объектов.

Автоматические идентификационно-информационные системы

Автоматическая идентификационно-информационная система (АИС) является техническим средством судовождения, использующим взаимный обмен между судами, а также между судном и берегом, с целью опознавания судов, решения задач по предупреждению столкновений, контроля соблюдения режима плавания и мониторинга судов в море.

Согласно пересмотренного в сентябре 1999 г. правила 19 главы 5 «Конвенции по охране человеческой жизни на море» (СОЛАС), все совершающие международные рейсы суда валовой вместимостью от 300 рег.т. и более, каботажные грузовые суда от 500 рег.т. и выше, а также пассажирские суда независимо от их размера, следует в ближайшее время оборудовать АИС.

Так, все вновь строящиеся суда, которые будут входить в эксплуатацию после 1 июля 2002 г., обязаны иметь АИС.

Для судов, построенных до 1 июля 2002 г., определено следующее. На пассажирских судах и танкерах требуется установить АИС до 1 июля 2003 г. Суда, кроме пассажирских и танкеров, должны быть оборудованы АИС не позднее:

• Суда 50000 рег.т. и более -1 июля 2004 г.;

• Суда от 10000 до 50000 рег.т. -1 июля 2005 г.;

• Суда от 3000 до 10000 рег.т., -1 июля 2006 г.;

• Суда от 300 до 3000 рег.т., - 1 июля 2007 г.;

• Каботажные суда - 1 июля 2008 г. От выполнения указанных требований могут освобождаться суда, которые будут выведены из эксплуатации в течение двух лет после указанных дат.

Для обеспечения безопасного расхождения судов в море аппаратурой АИС необходимо оснащать не только транспортные, но и рыболовные суда, а также военно-морские, пограничные корабли и суда специального назначения.

Следует отметить, что внедрение АИС не требует больших затрат. Стоимость судовой аппаратуры АИС при массовых поставках будет составлять порядка 2+3 тыс. долларов США. Расходы на наземное оборудование, размещаемое на станциях УКВ-связи зоны А1 ГМССБ или на СУДС, не превысит 10-15 тыс. долларов.

Назначение АИС, ее режимы работы. Документы, определяющие использование АИС в судовождении

Назначение АИС. Автоматические идентификационно-информационные системы предназначены:

• для обмена навигационными данными между судами при их расхождении в море;

• для передачи данных о судне и его грузе в береговые службы;

• для передачи с судна навигационных данных в береговые системы управления движением судов (СУДС) с целью обеспечения более точной и надежной его проводки в зоне действия СУДС. По линии АИС с берега могут передаваться навигационные и метеорологические предупреждения на суда, плавающие в прибрежных водах.

При намечаемом дальнейшем сопряжении судовой АИС со станцией спутниковой связи ИНМАРСАТ-С станет возможным осуществлять мониторинг флота в глобальном масштабе, включая прибрежные воды, рыболовную и экономическую зоны.

Режимы работы АИС. Основным режимом работы судовой АИС является «автономный и непрерывный» режим. Судовая АИС в этом случае передает блоки информации на одной частоте с короткими временными интервалами. Всемирная радиоконференция выделила в УКВ диапазоне для работы АИС две частоты: 161,975 МГц (AIS-1) и 162,025 МГц (AIS-2). Автономный режим используется при работе АИС во всех районах плавания.

Следует заметить, что при необходимости представители компетентной власти в районе действия СУДС могут переключить АИС с «автономного режима» на один из следующих режимов:

• «назначенный» (предписанный режим) - при котором интервал передачи данных либо различных блоков информации судовой АИС устанавливается дистанционно с берега;

• «по запросу» (контролируемый режим) - когда данные передаются судовой АИС только в ответ на запрос с берега или от другого судна.

Документы, определяющие использование АИС в судовождении. Эксплуатационные требования к АИС на настоящем этапе определены принятой 12 мая 1998 г. резолюцией ИМО MSC.74(69) - «Рекомендации по эксплуатационным требованиям к универсальной судовой системе автоматического опознавания (АИС)».

Основные принципы построения АИС установлены Рекомендацией M.I 371, выпущенной в октябре 1998 г. Международным союзом электросвязи (МСЭ-Р).

Технические параметры АИС и методы их испытаний определены стандартом №61993-2, разработанным Международной Электротехнической Комиссией (МЭК).

Для предотвращения несанкционированного распространения данных АИС следует выполнять требования Резолюции ИМО MSC/43(64) - «Руководство и критерии для систем судовых сообщений».


Аппаратура АИС

Судовое оборудование АИС, используемое для обмена данными, синхронизации, формирования и коммутации потоков информации, называется "универсальным транспондером". Напомним, что термин «транспондер» обычно означает приемо-передающее средство, которое автоматически передает ответный сигнал на определенный внешний запрос с береговой станции или с другого судна, и излучает запрашивающий сигнал по команде оператора или автоматически.

Линия передачи данных универсального транспондера АИС является самоорганизующейся, с разделением времени и свободным доступом. Для передачи информации используется один частотный канал.

В состав судового оборудования АИС входят: связной процессор, устройство обработки данных от электронной позиционной системы, средства автоматического ввода данных от других источников информации, устройство ввода и восстановления данных вручную, средство контроля достоверности передаваемых и принимаемых данных, встроенная система автоматического контроля работоспособности.

Связной процессор контролирует процесс приема данных по линии связи АИС, производит их расшифровку и упорядочивание, управляет выводом информации на устройства отображения, регулирует процесс считывания информации с навигационных приборов, управляет набором морских частот с соответствующим методом выбора и переключения каналов, формирует блоки передаваемой информации и управляет их передачей.

Устройство обработки данных позиционной системы обеспечивает прием и обработку данных от приемоиндикаторов GPS, DGPS, ГЛОНАСС, или данных от интегрированной навигационной системы (ECDIS, ECS, RCDS) с разрешением не хуже одной десятитысячной минуты дуги с использованием геодезической системы координат WGS-84 .

Средства автоматического ввода данных от датчиков позволяют подключать к АИС курсоуказатели, лаги, гироскопические указатели угловой скорости, датчики крена и параметров качки, и другое оборудование, выполняющее протокол МЭК №61162-1.

Средством ввода и восстановления данных вручную обычно является клавиатура с небольшим текстовым дисплеем для отображения набираемой и минимально необходимой принимаемой информации. С помощью клавиатуры вводится часть из предназначенной к передаче информации. Набираемая информация отображается на дисплее, что позволяет контролировать ее правильность. Клавиатура и дисплей АИС должны быть независимыми от других навигационных устройств.

Судовыми системами отображения АИС могут быть система отображения электронных карт (ECDIS, ECS, RCDS), РЛС, САРП или дисплей персонального компьютера.

АИС и связанные с ней датчики информации питаются от основного источника электроэнергии на судне. Дополнительно должна иметься возможность питания АИС и связанных с ней датчиков от альтернативного источника электроэнергии.

Для организации обмена данными с судами в режиме работы «берег-судно» используются береговые станции АИС: В СУДС может входить от одной до нескольких станций АИС. В последнем случае береговые станции АИС объединяются в сеть, и среди них выделяется основная - «базовая станция АИС». При работе в сети станции АИС ретранслируют получаемую информации на базовую станцию АИС.

В СУДС данные АИС представляются системой отображения СУДС (на экране пульта оператора, на дисплее береговой ECDIS, на дисплеях подключенных к СУДС персональных компьютеров).


Функции АИС, предоставляемые сведения, частота обновления данных

Автоматическая идентификационно-информационная система обеспечивает:

• автоматическое и непрерывное предоставление компетентным береговым властям и другим судам информации для опознавания, о типе груза и навигационном состоянии;

• прием и обработку информации подключенных к АИС систем и устройств на собственном судне, а также данных от компетентных властей и других судов, поступающих по каналу связи АИС;

• ответ с минимальной задержкой на сигналы, относящиеся к высокому приоритету и безопасности;

• предоставление информации о местонахождении, кинематических параметрах и маневрировании собственного судна с частотой обновления, достаточной для обеспечения точного сопровождения судна компетентной властью и другими судами;

• обнаружение вывода из строя АИС и предотвращение несанкционированного изменения введенных или передаваемых данных;

• возможность отключения АИС капитаном судна в тех районах, где информация АИС может быть использована для неблаговидных целей, в частности - пиратами.

Информация, предоставляемая АИС. Передаваемая АИС-транспондером информация может быть разделена на информацию о судне, сведения о рейсе, короткие сообщения о безопасности.

Информация о судне делится на статическую и динамическую. Статическая информация включает в себя:

• ИМО номер судна (если он имеется);

• Позывной сигнал и название судна;

• Значения длины и ширины судна;

• Тип судна;

• Данные, характеризующие расположение на судне антенны электронной позиционной системы.

Динамическая информация о судне - это сведения о его положении, элементах движения, навигационном статусе. Навигационный статус характеризует состояние судна как объекта маневрирования. В перечень видов навигационного состояния судна входят следующие значения: «судно не управляется», «судно ограничено в возможности маневрирования», «судно на якоре», «судно стоит на мели», «судно занято буксировкой» и т.д. Информация о состоянии судна вводится в память системы вручную. Данные об элементах движения судна поступает в АИС автоматически от соответствующих датчиков по линиям синхронных передач. Имеется также возможность ручного ввода этой информации. Динамическая информация включает в себя:

• Координаты положения судна с указанием их точности;

• Время UTC, которому соответствуют значения передаваемых данных;

• Курс относительно грунта (путевой угол);

• Скорость относительно грунта (путевая скорость);

• Курс судна (направление диаметральной плоскости судна);

• Навигационное состояние судна;

• Угловая скорость поворота (где возможно);

• Угол крена (если возможно);

• Угол килевой и бортовой качки (если возможно).

Информация, связанная с рейсом, содержит значение осадки судна, сведения о наличии опасного груза и его тип. По усмотрению капитана в эту информацию может включаться порт назначения судна, ожидаемое время прибытия в него и план перехода (последовательность координат путевых точек).

Частота обновления информации. В автономном режиме работы АИС различные типы информации передаются с разной частотой. Статическая информация о судне передается каждые 6 минут и по требованию. Интервал передачи динамической информации зависит от скорости судна и изменения курса (табл. 4.1). Связанные с рейсом сведения передаются с периодом 6 минут, при изменении этих данных и по запросу.

Сообщения относительно безопасности передаются по мере надобности.

Таблица 4.1.

Интервал передачи данных, характеризующих движение судна.

Состояние судна

Интервал между сообщениями

Судно на якоре

3 минуты

Скорость 0-14 узлов

12 секунд

Скорость 0-14 узлов и меняющийся курс

4 секунды

Скорость 14-23 узла

6 секунд

Скорость 14-23 узла и меняющийся курс

2 секунды

Скорость более 23 узлов

3 секунды

Скорость более 23 узлов и меняющийся курс

2 секунды

Чтобы обеспечить все эксплуатационные варианты, АИС должна обрабатывать не менее 2000 сообщений в минуту.

Достоинства АИС

Внедрение АИС способствует повышению безопасности судовождения по нескольким направлениям.

Преимущества АИС перед РЛС и САРП. При решении задач по предупреждению столкновений судов и управления движением судов с берега АИС имеют ряд преимуществ перед РЛС и САРП. Отметим из них следующие.

Использование АИС приводит к увеличению дистанции, на которой обнаруживаются суда-цели, причем дистанция обнаружения не зависит от размеров и ракурса судов-целей. Дальность УКВ связи, применяемой для передачи сообщений АИС, составляет порядка 30-35 миль. При использовании РЛС дистанция обнаружения судов зависит от их тоннажа и ракурса. При отсутствии помех распространению радиоволн и их приему средне тоннажные суда обнаруживаются с помощью РЛС на дистанциях 10-18 миль, а малые суда - 3-10 миль.

Благодаря наличия на судах высокоточных систем определения положения и элементов движения, и передачи с помощью АИС этих данных всем пользователям, повышается точность определения кинематических параметров - судов-целей, а, следовательно, эффективность расхождения с ними.

АИС позволяют получать элементы движения судов практически в реальном масштабе времени как при движении судов-целей одним курсом, так и при маневрировании. В САРП элементы движения судов получаются путем фильтрации отметок целей на определенном временном интервале. Поэтому после захвата цели на сопровождение и после маневрирования на определение ЭДЦ с требуемой точностью затрачивается порядка двух-трех минут. ЭДЦ маневрирующих целей САРП определяет с очень низкой точностью. Ввиду инерционности фильтра данные САРП об элементах движения судов-целей обладают запаздыванием порядка 1 минуты.

Обнаружение начала маневрирования судна-цели при использовании АИС производится в течение нескольких секунд за счет контроля изменениями передаваемых значений текущего курса судна-цели, а в ряде случаев - и передаваемых значений угловой скорости. В САРП на выявление маневра цели затрачивается порядка одной минуты.

При использовании АИС на дистанцию обнаружения судов-целей и точность определения их элементов движения не влияют помехи от моря, осадков, наличие теневых секторов и работа других РЛС, как это имеет место сейчас при использовании РЛС и САРП. В результате обеспечивается возможность своевременного обнаружения малых судов-целей и наблюдения за этими судами в условиях сильного волнения моря и интенсивных осадков.

АИС обеспечивает возможность получения информации об элементах движения целей и возможность их сопровождения при близком нахождении судна от берега, при движении в узком канале, при близком расхождении целей и исключает возможность «обмена целей» при близком нахождении их друг от друга. На сопровождение целей в САРП влияет разрешающая способность радиолокатора и величина стробов для селекции отметок сопровождаемых целей, что может вызвать невозможность получения координат целей при движении их вблизи берега и «переброс» маркеров целей («обмен целей») при их близком прохождении друг от друга.

Предупреждению столкновений судов способствует также взаимный обмен между участниками движения по линии АИС информацией о типе судна, его осадке, наличии опасного груза, навигационном статусе, о планируемых маневрах. С помощью радиолокационной системы такие сведения не получаются.

Имеют значение при расхождении и получаемые с помощью АИС данные о размерах судов-целей и их ракурсе. С помощью САРП эти данные получаются с большим трудом и имеют значительные погрешности.

Значение АИС для береговых систем управления движением. В настоящее время проводятся большие работы по совершенствованию существующих и созданию новых береговых СУДС на основе включения в них дифференциальных станций СНС, аппаратуры АИС, а также средств компьютерной обработки данных. Установка в зоне действия СУДС опорной станции DGPS позволяет судам на расстояниях до 100 км. от этой станции определять свое место с точностью 1-5 м. Использование в Системах управления движением судов АИС позволяет:

• Производить непрерывное автоматическое опознавание контролируемых судов;

• С высокой точностью определять положение контролируемых судов при их движении в зоне обслуживания СУДС (DGPS);

• Расширить зону обслуживания СУДС за счет большей дальности наблюдения судов по данным АИС по сравнению с радиолокационным обзором;

• Осуществлять контроль над судами, находящимися в теневых зонах БРЛС (изгиб мыса, остров) за счет лучшего распространения радиоволн УКВ диапазона по сравнению с РЛС сигналами;

• Автоматически вводить в базу данных СУДС основные сведения о судах (название, размеры, осадка, наличие опасного груза, порт назначения, ЕТА и др.), и направлять их другим заинтересованным службам;

• Обеспечивать высокую надежность автосопровождения контролируемого судна, в том числе при близком нахождении его около берега, около другого судна или навигационного знака, а также при расхождении судов на канале и при подходе судна к причалу порта;

• Осуществлять контроль судоходства на речных участках плавания без установки дополнительных РЛС;

• Регистрировать информацию АИС на электронных носителях, и воспроизводить зарегистрированную информации на экране в любое время;

• Прогнозировать движение судна.

Значение информации АИС для морского Спасательно-координационного центра (МСКП). Передаваемая АИС информация имеет большое значение при оказании помощи в случае бедствия. Знание позиций судов, их названий, характеристик, наличия опасного груза, параметров движения, а также отображение положения судов и другой предоставляемой АИС информации на экране в зоне ответственности МСКЦ, способствует более полной оценке ситуации при оказании помощи в случае бедствия.

По линии АИС возможна передача ближайшим судам и береговым службам сигналов бедствия или срочности, содержащих сведения о происшествии.

Благодаря АИС, в аварийной ситуации каждое судно, а также вертолеты, будут иметь достаточно полную информацию друг о друге в радиусе действия УКВ радиосвязи. Это будет способствовать скорейшему оказанию помощи и улучшению взаимодействия между судами и вертолетами, участвующими в поисково-спасательных операциях в районе бедствия.

Достоинства АИС при использовании береговыми службами. В базу данных СУДС вводится информации о судах, передаваемая по линии АИС. Передача этой информации заинтересованным службам позволяет в обслуживаемом СУДС районе обеспечить эффективный контроль над судами со стороны портовых властей, Морских Администраций и других береговых служб.

Передаваемые судном по линии АИС данные о положении и параметрах движения позволяют береговым службам уточнить ожидаемое время прихода судна в порт и установить время начала обработки судна в порту.

Использование АИС на рыбопромысловых судах дает возможность осуществлять контроль над ними в районе промысла.

Ограничения АИС

Наряду с отмеченными достоинствами АИС обладает определенными ограничениями и недостатками.

По линии АИС невозможно получение информации об объектах, необорудованных АИС-транспондерами. Поэтому в полной мере достоинства АИС могут быть использованы только при полномасштабном оснащении всех судов этими средствами.

Имея определенные преимущества перед радиолокационной системой (РЛС и САРП), АИС не имеет ее полных функциональных возможностей. С помощью РЛС можно обнаруживать и наблюдать любые объекты, отражающие радиоволны (берег, знаки навигационного ограждения, суда, представляющие опасность судовождению плавающие предметы и др.). Кроме того, по измерениям пеленгов и дистанций ряда таких объектов РЛ-система дает возможность определять положение и элементы движения собственного судна. Поэтому АИС не могут полностью заменить РЛ-систему и являются навигационным средством, которое будет использоваться вместе с РЛС и САРП.

Передача по линии АИС информации всем без исключения судам, имеющим АИС-транспондеры, не гарантирует от использования предоставляемой информации в неблаговидных целях.

20:31
RSS
No comments yet. Be the first to add a comment!
Loading...

Subscriptions

All logbook parts
LogBook Parts from Vadim Bonov

Relataed posts

​Основные принципы несения и организации ходовой навигационной вахты
Основные сокращения GMDSS
ОСНОВНЫЕ ТОЧКИ, ЛИНИИ И ПЛОСКОСТИ ЗЕМНОГО ШАРА
ОСНОВНЫЕ ТОЧКИ, ЛИНИИ И ПЛОСКОСТИ ЗЕМНОГО ШАРА
СИСТЕМЫ ОГРАЖДЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ ОПАСНОСТЕЙ ПЛАВУЧИМИ ЗНАКАМИ. ХАРАКТЕР ОГНЕЙ
СИСТЕМЫ ОГРАЖДЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ ОПАСНОСТЕЙ ПЛАВУЧИМИ ЗНАКАМИ. ХАРАКТЕР ОГНЕЙ
​Общая информация по корректуре карт.
КОРРЕКТУРА ИНОСТРАННЫХ МОРСКИХ НАВИГАЦИОННЫХ КАРТ И ПОСОБИЙ
КОРРЕКТУРА ИНОСТРАННЫХ МОРСКИХ НАВИГАЦИОННЫХ КАРТ И ПОСОБИЙ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МОРЕХОДНЫХ КАЧЕСТВАХ СУДНА И ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА СУДНА
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МОРЕХОДНЫХ КАЧЕСТВАХ СУДНА И ОСНОВНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА СУДНА
Информация для судоводителей
Информация для судоводителей
Основные функции ​Кодекса ОСПС
Основные функции ​Кодекса ОСПС
Vadim Bonov in Mariner 1 year ago 0
ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ОТОБРАЖЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ КАРТ (ECDIS)
ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ОТОБРАЖЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ КАРТ (ECDIS)
Vadim Bonov in Mariner 1 year ago 0