Исследование метода автоматического измерения координат характерных очертаний берега в средствах автоматизированного управления движением судна

УДК 621.396.967

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ХАРАКТЕРНЫХ ОЧЕРТАНИЙ БЕРЕГА В СРЕДСТВАХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ СУДНА

Приводится исследование метода измерения координат характерных очертаний берегов при их автоматическом сопровождении в реальных условиях плавания. Даны методика и результаты исследований.

Ключевые слова: радиолокация, измерение, берега.

Введение

Для решения задачи исполнительной автоматической прокладки маршрута с непрерывной коррекцией местоположения своего судна по радиолокационным ориентирам точный ориентир берется на автоматическое сопровождение и значения полярных координат (пеленг и дальность) автоматически с дискретностью, равной одному обороту антенны радиолокационной станции, поступают в автопрокладчик (plotter), где используются в качестве исходных данных для определения местоположения своего судна.

Проблема заключается в том, как осуществить непрерывную автоматическую коррекцию счисления, используя радиолокационную информацию, в отсутствие точных радиолокационных ориентиров. Частично проблема решается посредством автоматического сопровождения характерных очертаний берега (ХОБ): уступов, оконечностей молов, причалов и др., методы определения координат которых разработаны автором и приведены в [1–3].

Цель данной работы – исследование метода определения координат ХОБ при их автоматическом сопровождении в реальных условиях плавания.

Для достижения поставленной цели в данной работе решается задача проверки и исследования результатов измерения координат ХОБ методом исключения оснований [2], который реализован в средствах автоматической радиолокационной прокладки (САРП) «Бриз-Е».

Испытания проводились в период эксплуатации САРП «Бриз-Е» в районе Тихого океана по следующей методике:

Визуально по экрану САРП осуществляется выбор ХОБ с привязкой его к штурманской карте. Производится захват выбранного радиолокационного ориентира на автоматическое сопровождение. Через три минуты после захвата проводятся измерения координат ориентира по данным формуляра САРП. Измерения пеленга и дальности осуществляются с точностью до 1,0 градуса 0,1 мили соответственно. В результате обработки измерений определялись следующие характеристики для случая, когда собственное судно неподвижно: Среднеквадратическая ошибка оценки пеленга берегового выступа

,  (1)

,  (2)

где N – число оборотов антенны, равное 100;

Пn – пеленг берегового выступа, измеренный автоматически на n обороте антенны;

Среднеквадратическая ошибка оценки дальности берегового выступа

,  (3)

,  (4)

где Дn – дальность ориентира, измеренная автоматически на n обороте антенны;

Смещение оценок пеленга и дальности

,  (5)

,  (6)

,  (7)

,  (8)

где Pn и dn – эталонные пеленг и дальность ориентира, измеренные оператором вручную с помощью маркера по индикатору кругового обзора САРП.

При движении своего судна, когда координаты берегового выступа непрерывно изменяются (пеленг и дальность увеличиваются или уменьшаются), определялись характеристики, отличающиеся от общепринятых СКО и смещения. Это характеристики разности автоматически измеренных координат и координат, измеренных оператором вручную на n обороте антенны, принимаемых в качестве эталонных: Среднее значение разности в оценке пеленга

,  (9)

где N – число оборотов антенны, равное 100;

Среднее значение разности в оценке дальности

;  (10)

Среднеквадратическая ошибка разности в оценке пеленга

;  (11)

Среднеквадратическая ошибка разности в оценке дальности

.  (12)

Результаты испытаний

В табл. 1 приведены данные по районам испытаний, названиям ХОБ (береговых выступов), погодных условий, диапазона волн радиолокационного передатчика и графическому изображению ХОБ. Данные для выступов №№ 1-9 получены при движении, а для выступов №№ 10-13 – при стоянке своего судна. Обработка результатов измерений при неподвижности своего судна показала, что среднеквадратическая ошибка оценки пеленга в зависимости от конфигурации выступа лежит в пределах

0°  ≤  уП  ≤ 0,5°,

а среднеквадратическое значение оценки дальности – в пределах 0 мили  ≤  уД  ≤  0,03 мили.

Смещение оценок пеленга и дальности в зависимости от конфигурации выступа изменяется соответственно в пределах

0,15° ≤  дП  ≤  2,4°,

0 мили  ≤  дД  ≤  0,2 мили.

Результаты измерений при движении своего судна показывают, что среднее значение разности пеленга, измеренного автоматически, и пеленга, определенного вручную, зависит от конфигурации береговой черты и лежит в пределах

0,05°  ≤    ≤  0,48°.

Среднее значение разности   дальности также зависит от конфигурации выступа и лежит в пределах

0,016 мили ≤    ≤  0,59 мили.

В процессе проверки наблюдался ряд выступов (№№ 14,16,17,20), после захвата которых строб переходил на береговой массив, перемещаясь по нему в произвольных направлениях. Автосопровождение других выступов после из захвата (№№15,18,19) велось устойчиво в течение 10 - 15 оборотов антенны, после чего происходил сброс автоматического сопровождения.

Таблица 1

№ выступа	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Место	Анадырс. залив	Залив Аляска	б. Прови дения	Лисьи о-ва	Лисьи о-ва	Лисьи о-ва	Лисьи о-ва	б. Провидения	Лисьи о-ва	б. Ком- сомоль-я
Название выступа	мыс Якун	о-в Унимак	м. Леив-ский	м. Мор-двинова	о-в Унимак м. Литке	м. Сарычева	о. Угомак	м. Северный	о. Угомак	м. Пу-зан
Волны (баллы)	3	3	2	2	2	2	2	2	2	якор. ст-ка
Качка (град)	2	2	1	1	2	1	2	1	1	0
Диапазон волн передатчика	10	3	3	3	3	3	3	3	3	3
Графич. изображ. выступа	в начале автосопр-я
в конце автосопр-я
Д выступа (мили)	в начале АС	6,7	13.2	4,3	10,2	13,4	9,7	6,0	3,4	10,3	1,2
в конце АС	5,1	10,1	3,5	9,4	12,9	8,9	7,2	3,3	5,0	1,2
П выступа (град.)	в начале АС	74	322	60	93	26	87	223	27	95	242
в конце АС	47	41	49	16	88	235	19	167	242
Курс свой	39	102	140	165	102	166	100	35	166	225
Скорость своя	13,3	13,5	15	13,4	13,5	13,5	13,8	12,0	13,4	0
(град.)	0,16	0,44	0,4	0,48	0,052	0,3	0,05	0,4	0,28
SП(град.)	0,5	0,53	0,7	0,75	0,89	0,47	0,59	1,12	0,78
(мили)	0,016	0,033	0,06	0,076	0,09	0,1	0,14	0,16	0,595
SД (мили)	0,057	0,070	0,052	0,045	0,07	0,065	0,054	0,152	0,459
д П (град)	0,2

Окончание таблицы 1

№ выступа	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
у П ( град)	0
д Д (мили)	0
у Д (мили)	0
Место	б. Комс - я	б. Комс - я	б. Комс - я	Алеут. о-ва	Залив Креста	Алеут. о-ва	Лисьи о-ва	Лисьи о-ва	Лисьи о-ва	Лисьи о-ва
Название выступа	мыс Сна - ряд-й	мыс Лихачев	Причал	мыс Сарычева	Мээчкин	м. Рей-вен	м. Унимак	м. Унимак	о. Унимак	о. Унимак
Волны (баллы)	0	0	0	2	0	2	2	2	2	2
Качка (град)	0	0	0	I	0	I	2	2	2	2
Диапазон волн передатчика	3	3	3	3	10	3	3	3	3	3
Графич. изображ. выступа	в начале автосопров.
в конце автосопров.	↑ то же самое	↑ то же самое	↑ то же самое	дрейф по берегу	Срыв АС	дрейф по берегу	переход АС на массив через 15 обзоров	сброс АС после 15 обзоров	сброс АС после 10-15 обз.	переход АС на массив
Д выступа (мили)	в начале АС	0,7	0,9	1,3	13	4,0	12	5,0	5,4
в конце АС	0,7	0,9	1,3	13	4,2	12	5,0	5,4
П выступа (мили)	в начале АС	74	273	29	100	358	95	70	51
в конце АС	74	273	29	100	354	95	70	51
Курс свой	225	225	225	166	160	166	140	140	100	100
Скорость своя	0	0	0	13,5	12	13,5	13,5	13,7	13,8	13,8
д п (град)	2,4	0,8	0,15
у п (град)	0,5	0	0,5
д д (мили)	0,04	0,07	0,2
у д (мили)	0	0	0,03

Выводы

В результате проведенных испытаний установлено:

Автоматическое измерение координат характерных очертаний берега методом исключения оснований обеспечивает устойчивое автоматическое сопровождение выступов (№№I - 13), имеющих "крутые склоны" и четко выраженный экстремум функции, аппроксимирующей в координатах строба очертания берега; среднеквадратическая ошибка оценки пеленга и дальности не превышает 0,5° и 0,03 мили, а смещение оценок не превышает 0,48°  и 0,59 мили соответственно; Автоматическое измерение координат берега методом исключения оснований не обеспечивает устойчивое автоматическое сопровождение береговых выступов следующего типа:

выступы сложной конфигурации (№№14, 15); выступ, стороны которого образуют угол, близкий к 180°('"№16-20);

С учетом полученных результатов в перспективе целесообразна реализация и испытания  методов измерения характерных очертаний берега [1–3] при их автоматическом сопровождении в САРП.

ЛИТЕРАТУРА

І. Вимірювання координат берегових виступів у засобах автоматизованої радіолокаційної прокладки/ В. І. Воробей// Водний транспорт. Збірник наукових праць Київської державної академії водного транспорту. – К.: КДАВТ, 2000. – Вип.1 – С. 32-39. І. Методи вимірювання координат характерних обрисів берега в засобах автоматизованої радіолокаційної прокладки/ , В. І. Воробей, // Водний транспорт. Збірник наукових праць Київської державної академії водного транспорту. – К.: КДАВТ, 2001. – Вип.2 – С. 6-10. Воробей преобразования координат в задаче определения местоположения берегового выступа/ // Водний транспорт. Збірник наукових праць Київської державної академії водного транспорту. – К.: КДАВТ, 2002. – Вип.3 – С. 32-37

І.

ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДУ АВТОМАТИЧНОГО ВИМІРУ КООРДИНАТ ХАРАКТЕРНИХ КОНТУРІВ БЕРЕГА В ЗАСОБАХ АВТОМАТИЗОВАНОГО УПРАВЛІННЯ РУХОМ СУДНА

Наведено дослідження метода вимірювання координат характерних обрисів берегів під час їх автоматичного супроводження у реальних умовах плавання. Дана методика та результати дослідження.

Ключові слова: радіолокація, вимірювання, береги.

Vorobei V. I.

STUDY OF AN AUTOMATIC COORDINATE MEASUREMENT METHOD OF SPECIFIC COASTLINE CONFIGURATION BASED ON COMPUTERISED VESSEL NAVIGATION CONTROL

The research of the measuring method of coastline typical contours with their automatic tracing in real sailing conditions is conducted. The techniques and results of the research are described.

Keywords: radar, measuring, coastline.