Способ отображения движений судов и устройство для его осуществления

 

Использование: системы управления движением судов в акваториях морских каналов и фиордах с целью предотвращения посадок на мель. Сущность изобретения заключается в передаче, приеме и фиксации угловых координат судов по энергетическим экстремумам сигналов разнесенных радиоизлучателей, преобразовании координат судов в прямоугольную систему координат с последующим отображением на индикаторах, при этом отображают электронное изображение фарватера относительно пространственных положений судов на индикаторах путем передачи, приема упорядоченных информационных радиопосылок, содержащих координаты точек дискретизации линии фарватера, преобразования их в систему координат судов и отображении их на индикаторах. 2 с. и 6 з. п. ф-лы. 10 ил.

Изобретение относится к системам управления движением судов (УДС), предназначенных для совершенствования навигационной обстановки при проводке судов в акваториях морских и речных портов, проходимых каналах, фиордах и других узостях в простых и сложных метеоусловиях. Разработки и исследования в этой области ведутся уже давно. Несмотря на оснащенность современных судов различными электрорадиоизмерительными приборами, увеличение водоизмещения, скоростей и интенсивности движения судов ведет к возрастанию числа навигационных аварий, наиболее тяжелыми из которых являются столкновения и посадки на мель. Предотвращение посадок на мель и плавание по наиболее коротким и выгодным путям требуют повышения точности и надежности определения места судна в районе плавания при сокращении затрат времени на вычисления. Применение на судах радиолокационных систем (РЛС), приемоиндикаторов радионавигационных систем (РНС) и других навигационных приборов способствует в известной степени решению этой задачи. Однако ошибки определения места судна по этим устройствам имеют различный характер и меняются в зависимости от времени суток, района плавания гидрометеорологических и других факторов. Существенное повышение точности определения места судна возможно при комплексном использовании навигационных систем. Даже соглашаясь с высокой точностью современных РНС среднего и дальнего действия, следует признать неэффективность их использования в ограниченных акваториях и проводке судов через сложные каналы, так как они не могут учитывать специфики и динамики изменения трассы фарватера в каждом районе плавания. Поэтому при оценке известных способов эти системы не рассматриваются.

К числу перспективных относят лазерные навигационные системы (ЛНС): секторные, сканирующие и лучевые створы, автоматические системы проводки судов по лазерным створам, лазерные дальномеры, измерители скорости и созданные на их основе системы, обеспечивающие контроль за движением судна, лазерные локаторы, В прибрежных зонах местоположение судна может определяться по радиомаякам, расположенным в пунктах с известными координатами. В зависимости от характера диаграммы направленности последние делятся на ненаправленные и направленные. Использование радиомаяков в сравнении с известной идеологией ЛНС дает преимущества в сложных метеоусловиях. В акваториях морских портов и узостях проходимых каналов ограниченная дальность ненаправленных радиомаяков не является существенным недостатком. Основная погрешность заложена в сложности обеспечения узкой диаграммы направленности бортовым приемным устройством, учетом случайных и систематических ошибок, связанных с конструкцией и условиями работы радиопеленгатора. Применявшиеся до недавнего времени отечественные направленные радиомаяки типа ВРМ-5 и английские типа "Консол" позволяли вести определение на расстояниях до 1000 миль. Однако в связи с невысокой точностью определения по таким радиомаякам (0,5-1,0^о) они не могли на больших удалениях конкурировать с современными РНС. Ограниченное применение в настоящее время находят лишь японские направленные радиомаяки типа "Соя" с вращающейся диаграммой направленности, предназначенные для определения на небольших расстояниях.

Таким образом, все известные способы проводки судов по фарватерам, гарантирующие наибольшую безопасность, базируются на координатной привязке к ориентирам (штатным средствам ограждения, ЛНС и т.п.), расположенным на трассе фарватера либо в прибрежной полосе. Однако эти способы не обеспечивают безопасности плавания и предупреждения возможности загрязнения водной среды вследствие аварий, что наиболее вероятно в сложных метеоусловиях (снег, туман). Кроме того, они не обеспечивают документирования процесса проводки и не отвечают требованиям автоматизированной проводки судов.

Предлагаемый способ управления движением судов свободен от указанных недостатков, обеспечивая управление по отображению на экране индикатора судна относительно его пространственного положения электронного изображения фарватера. Способ осуществляется радиоприемом упорядоченных информационных радиопосылок, содержащих текущие угловые характеристики диаграмм направленности двух разнесенных излучателей и координатные параметры точек дискретизации линии фарватера, фиксацией по энергетическим экстремумам излучателей угловых параметров судна, преобразованием координат точек дискретизации фарватера по формулам где Х_n и Y_n координаты n точек дискретизации фарватера (n 1, 2, m); Х_с и Y_c преобразованные в прямоугольную систему текущие угловые координаты судна; β_c- курсовой угол движения судна, и последующей синхронизацией преобразованных координат с развертками индикатора.

На фиг. 1, а показана линия фарватера через угловые величины (α,γ) и прямоугольную систему координат Х, Y; на фиг. 1, б приведен участок траектории с переменным шагом точек дискретизации, обеспечивающим безопасность проводки; на фиг. 2 пояснение алгоритма функционирования системы; на фиг. 3 структурные варианты компоновки информационных посылок на выходах излучателей А и В; на фиг. 4 последовательность преобразования системы координат, где: X, Y береговая система прямоугольных координат; X', Y' система прямоугольных координат судна; ρ,ϕ- система координат индикатора отображения информации.

Способ создает предпосылки для обеспечения судоводителей дополнительной информацией о трассе фарватера в условиях, когда визуальные средства контроля оказываются не эффективными. Система УДС должна обеспечивать требуемую точность разрешения координат судов и отдельных участков линии фарватера; обслуживание неограниченного числа судов при высокой оперативности и наглядности координатной обстановки; отображение сложных по конфигурации трасс (в том числе и неодносвязных); всепогодность; возможность оперативной перестройки и контроля системы. Помимо перечисленных обязательных условий к способу можно предъявить дополнительное требование-обеспечение условий для автоматизированной проводки судов (без лоцмана и штурвального).

В предлагаемой системе это обеспечивается представлением фиксированными угловыми значениями (см. фиг. 1) любой точки пространства (сектора обзора) как минимум из двух разнесенных опорных источников (А и В) и упаковки этих значений в серии определенным образцом упорядоченных (априорно заданное распределение информации) радиопосылок. Решаемая проблема определяет круг необходимого для этого набора признаков это координаты судна и фарватера, штатных средств ограждения и другой дополнительной информации (например, ширина проходимого канала, тип штатного ограждения, базовое расстояние между излучателями и т. п.) исходя из конкретных условий. Формирование оперативной оценки пространственной обстановки обеспечивается включением в информационные радиопосылки значения текущих угловых координат (α_t,γ_t) диаграмм направленности сканирующих излучателей. Выделяя моменты энергетических экстремумов функций излучателей, бортовое устройство автоматически фиксирует записанные в радиопосылках угловые значения, которые в дальнейшем представляются как текущие угловые координаты судна (α_c,γ_c). Информацию о всей трассе фарватера обеспечивают параллельные радиоканалы с круговыми диаграммами направленности, дублирующие радиопосылки направленных излучателей (см. фиг. 2). Таким образом, независимо от пространственного положения в электронную память бортовых радиоприемных устройств судов вводится оперативная координатная обстановка.

Рассмотрим вариант структуры радиопачки, где набор информативных признаков распределен между временными стробами, количество которых в пачке ограничивается числом одновременно передаваемых позиций. Вариант временной упаковки и структуры информационной пачки на выходе излучателя А представлен на фиг. 3. Здесь синхроимпульсы шести стробов, содержащие текущий угол диаграммы направленности (α_t), прямоугольные координаты очередной точки фарватера (Х_ф, Y_ф), код типа ограждения и его прямоугольные координаты (Х_огр, Y_огр) обеспечивают однозначную выборку и селекцию информации каналами бортовой аппаратуры. Фиг. 3 (б, г) отражают структуру сигнала излучателя В последовательность пачек из одного строба, содержащего значение текущего угла γ_t диаграммы направленности.

Приведенный пример не исключает случая порядковой нумерации радиопосылок (в соответствующем стробе) с информацией о координатах линии фарватера. Нумерация посылок может определять кодовые адреса ячеек соответствующих блоков памяти как приемной, так и передающей частей комплекса. Такой вариант обеспечивает легкость доступа к элементам памяти для выборочной корректировки.

Единственное условие функционирование системы априорная декларация о принятой унификации порядкового номера строба определенной информации. В этом случае бортовая радиоприемная часть комплекса обеспечит: радиоприем, селекцию, запись и выборку информации из соответствующих буферных блоков памяти; преобразование в прямоугольную систему X', Y', пространственного положения судна, прямоугольных координат линии фарватера (Х_ф, Y_ф) и элементов системы штатного ограждения (Х_огр, Y_огр).

Преобразование угловой информации (α_c, γ_c, α_ф,γ_ф,α_огр,γ_огр) в прямоугольную систему координат (X_c, Y_c, X_ф, Y_ф, Х_огр, Y_огр) производится решением косоугольных треугольников (см. фиг. 1, а) через соотношения теоремы синусов: , где а, b, d стороны треугольника; А, В, D противолежащие углы. Запишем (опуская промежуточные выкладки) последовательность преобразования в прямоугольную систему Х, Y относительно источника радиоизлучения А: L_q= 180°-(α+γ), b (1) где d базовое расстояние между излучателями (А, В).

При вычислении необходимо использовать условный оператор: Фиг. 4 поясняет последовательность координатных преобразований значений точек дискретизации фарватера и штатных средств ограждения: а) при переносе начала координат X', Y' на судно:
X' X X_c, Y' Y Y_c; (3)
б) при изменении курсового угла (β_c) судна:
(4)
в) при переходе к полярным координатам индикатора отображения (ρ,ϕ):
ϕ ^{= arccos(X}ʹ^/ρ⁾ (5)
Выражения (5) используются при отображении линии фарватера относительно геометрического центра индикатора РЛС при условии реализации последнего на основе круговой радиальной развертки.

Неравномерность шага дискретизации (см. фиг. 1, б), обусловленная требованиями точности преобразования кривизны трассы, шириной судоходного канала на отдельных участках, задается технической службой, которая осуществляет контроль за фарватером, т.е. безопасность проводки обеспечивается при интерполяции промежуточных значений между выделенными дискретными представлениями линейной зависимостью. Требования неравномерного (заданного) шага дискретизации фарватера обеспечиваются тем, что в структуре информационной пачки сигналов (см. фиг. 3, а) текущая угловая величина α_t не коррелирована с информацией координат дискретных значений фарватера и элементов ограждения, которые имеют достаточно детерминированный характер. Поэтому в процессе проводки судна она может быть однократно внесена в оперативную память бортовых радиоприеных систем и скорректирована (в случае необходимости) в циклах повторения через определенные временные интервалы. Детерминированный характер указанных величин позволяет снизить требования к бортовой аппаратуре, так как преобразование их в систему координат Х, Y по выражениям (1), (2) проводится береговой службой при подготовке программных материалов. Это повышает надежность конечной информации вследствие исключения ошибок преобразования бортовой аппаратурой. В этом случае повышается разрешающая способность системы по определению координат судна через текущие значения α_t и γ_t, так как структуры сигналов излучателей А и В в течение основного периода времени становятся идентичными.

Предложенный способ не ограничивает число каналов радиосвязи, но в этом случае следует решать задачу электромагнитной совместимости используемых частот. Вполне приемлем вариант, когда опорные излучатели поочередно передают информацию на одной частоте. Этот вариант предпочтителен, если угол рабочего сектора обзора составляет небольшую часть окружности, а привод сканирующего антенного блока задает круговую траекторию. При этом необходимо обеспечить временную синхронизацию как передающих, так и приемных частей комплекса. В большинстве случаев поставленные задачи (учитывая ограниченность акватории портов) решаются минимальными комплектами из двух излучателей. В зависимости от технических требований и возможностей реализации выбирается наиболее оптимальный вариант поочередное излучение на частоте ω₁ либо одновременное на частотах ω₁, ω₂. Во втором случае отпадает необходимость в аппаратуре временной синхронизации, но усложняется радиоприемная часть комплекса. В обоих случаях возможно использование стандартных связных приемопередатчиков.

Визуальное отображение линии фарватера и штатных средств ограждения в системе координат судна на экране индикатора РЛС (введением смесителя сигналов) позволяет в комплексе контролировать и прогнозировать пространственную обстановку (встречные и попутные суда, береговую линию и т.п.), что дает судоводителю необходимый резерв времени для принятия надежных команд управления. Предлагаемый способ позволяет автоматизировать проводку судов по сложным фарватерам, так как все необходимые предпосылки для этого имеются: оперативная численная величина отклонения от линии фарватера; возможность экстраполяции траектории движения судна, исходя из скорости (ускорения) и инерционности управления; наличие информации о траектории, которую предстоит пройти в последующие отрезки времени.

Перспективность УДС оценивается возможностями ее унификации и развития. Подходя с этих позиций к предлагаемому способу, следует отметить, что достоверность принятой на судне информации о линии фарватера можно подтвердить вычислением контрольной суммы в каждой информационной радиопачке: координаты позиции фарватера и дополнительного числа (в определенном стробе), изменяющегося по разностному закону. Это позволит судить о надежности радиоприема, функционировании аппаратуры и соблюдении принятой унификации номера строба. Современный уровень реализации систем позволит иметь на судах постоянную магнитную запись электронных координатных линий фарватеров на жестких дисках (по приведенной методике) под определенными кодовыми адресами, обеспечивающими их программный вывод для оперативного контроля принимаемой информации. Форма хранения на жестких дисках позволяет осуществить выборочную проводку судов по заданной трассе, исключив на определенное время из текущих радиопосылок координаты фарватера и штатных средств ограждения, либо дополнительно их зашифровав.

Способ позволяет индицировать траекторию движения судна, вычислять и отображать параметры минимального отклонения от фарватера. Система может получить широкое признание в случае принятия международных стандартов: используемых радиочастот, упаковки и структуры информационных радиопосылок, унификации систем ввода и вывода, адресной кодировки трасс, объемов и структуры оперативной памяти бортовых устройств и т.п.

Предложенный способ управления системы реализуется комплексом аппаратуры, включающей комплект разнесенных радиопередающих излучателей упорядоченных информационных радиопосылок и бортовые приемные устройства, каждое из которых содержит последовательно соединенные блок радиоприемной антенны, избирательный фильтр, блок усилителя с АРУ, формирователь промежуточной частоты, демодулятор и преобразователь кодов, а также блок выделения экстремума и блок индикатора РЛС, связанный с выходом синхрогенератора развертки. В устройство дополнительно введены буферный регистр памяти и N блоков памяти, причем первый и второй входы последних связаны с соответствующими N выходами коммутатора импульсов и коммутатора информационного сигнала, первые входы которых подключены к формирователю адреса строба, а второй вход коммутатора импульсов к формирователю стробирующих импульсов. При этом выход преобразователя кодов соединен с вторым входом коммутатора информационного сигнала и через блок выделения синхроимпульсов соединен с входами формирователя адреса строба, формирователя стробирующих импульсов и блока идентификации излучателя. Два входа буферного регистра памяти соответственно соединены с (N + 1) выходом коммутатора информационного сигнала и через логическую схему И с выходом блока выделения экстремума, входом подключенного к выходу блока усилителя с АРУ, причем второй вход логической схемы И связан с (N + 1) выходом коммутатора импульсов. Выход буферного регистра памяти связан с первым преобразователем координат, вторым входом подключенного к выходу блока идентификации излучателя, а двумя выходами соответственно с (N + 1) и (N + 2) блокам памяти, вторыми входами связанных с третьим выходом первого преобразователя координат, а третьими входами с выходом формирователя адресов памяти, вторым выходом подключенного к третьим входам первого и второго блоков памяти, а другими выходами к N-м блокам памяти. Формирователь адресов памяти связан с синхронизатором, входами подключенного к выходам логической схемы И, блока выделения синхроимпульсов и синхрогенератора развертки. Соответствующие выходы синхронизатора соединены с третьим входом первого преобразователя координат и входом второго преобразователя координат, другими входами связанного с выходами упомянутых N + 2 блоков памяти. Выходы второго преобразователя координат через последовательно связанные третий преобразователь координат, буферный блок согласования и смеситель подключены к входам индикатора РЛС, при этом буферный блок согласования одновременно соединен с соответствующими выходами синхрогенератора развертки.

На фиг. 5 представлен базовый вариант бортовой приемной части комплекса, где 1 блок радиоприемной антенны; 2 избирательный фильтр; 3 усилитель с АРУ (автоматической регулировкой усиления); 4 формирователь промежуточной частоты с МАРУ (мгновенная автоматическая регулировка усиления); 5 демодулятор, 6 преобразователь кодов; 7 блок выделения экстремума; 8 блок индикатора РЛС; 9 синхрогенератор развертки; 10 буферный регистр памяти; 11 первый блок памяти (Х_ф); 12 второй блок памяти (Y_ф); 13 N-й блок памяти (дополнительной информации); 14 коммутатор импульсов; 15 коммутатор информационного сигнала; 16 формирователь адреса строба; 17 формирователь стробирующих импульсов; 18 блок выделения синхроимпульсов; 19 блок идентификации излучателя; 20 схема И; 21 первый преобразователь координат (Х_с, Y_c); 22 (N + 1) блок памяти; 23 (N + 2) блок памяти; 24 формирователь адресов памяти; 25 синхронизатор; 26 второй преобразователь координат (X', Y'); 27 третий преобразователь координат (ρ, ϕ); 28 буферный блок согласования; 29 смеситель; 30 блок цифровой индикации; 31 вычислитель отклонения; 32 блок селективного фотоприемника.

Представление информации на экране индикатора РЛС приведено на фиг. 6, фиг. 7 поясняет вычисление полярных параметров отклонения от фарватера.

Вариант структуры вычислителя параметров отклонения представлен на фиг. 8, где 33 первый регистр памяти; 34 блок логических схем ИЛИ; 35 второй регистр памяти; 36 схема сравнения кодов; 37 формирователь тактовых импульсов; 38 третий регистр памяти; 39 блок логических схем И; 40 четвертый регистр памяти; 41 логическая схема ИЛИ; 42 преобразователь координат (p, η); 43 синхронизатор; 44 пятый регистр памяти.

На фиг. 9 представлена функциональная схема первого излучателя (А) комплекса в режиме "считывание", содержащая 45 формирователь несущей частоты; 46 модулятор; 47 пропускатель; 48 усилитель мощности; 49 антенный блок (с узкой диаграммой направленности); 50 блок программного привода; 51 преобразователь кодов; 52 формирователь адресов; 53 синхронизатор; 54 формирователь синхроимпульсов; 55 мультиплексор; 56 первый блок памяти (Х_ф); 57 второй блок памяти (Y_ф); 58 N-й блок памяти (дополнительной информации); 59 второй антенный блок (с круговой диаграммой направленности); 60 блок импульсного лазера).

На фиг. 10 представлена функциональная схема второго излучателя (В), где сохранена нумерация идентичных блоков с первым излучателем (А): 45 формирователь несущей частоты; 46 модулятор; 47 пропускатель; 48 усилитель мощности; 49 первый антенный блок; 50 блок программного привода; 51 преобразователь кодов; 52 формирователь адресов; 53 синхронизатор; 54 формирователь синхроимпульсов; 55 мультиплексор; 59 второй антенный блок (с круговой диаграммой); 60 блок импульсного лазера; 61 преобразователь углов (γ_t= 180^o -α_t ).

Приведенная на фиг. 5 структура реализует случай, когда информационные посылки излучаются двумя источниками (А, В) на одной несущей частоте ω₁ с временным разделением радиоканалов. Синхронизация приемного устройства обеспечивается блоком 19 идентификации излучателя по одному или нескольким отличительным признакам: количество стробов в пачке сигнала (см. фиг. 3), параметрам синхроимпульсов строба (пачки) и т.п. Второй признак параметр синхроимпульса пачки является предпочтительным, так как не накладываются ограничения на возможность изменения структуры сигнала излучателя в процессе работы. На блок 1 приемной антенны поступают разделенные во времени следующие сигналы: сигнал Е_кр Е˙m₁˙sinω₁t, излучаемый антенным блоком с круговой диаграммой направленности источника А, и сигнал Е_кр' Е˙m₂˙sinω₁t, излучаемый источником В. В определенные моменты времени на вход поступает сигнал Е_угл Е˙m₁˙k˙sinω₁t, излучаемый сканирующим антенным блоком источника А, и сигнал Е_угл Е ˙m₂ ˙k˙sinω_1t, источника В (m₁, m₂- модулирующие информационные сигналы, k коэффициент усиления антенного блока направленного излучателя).

Селекция входных сигналов обеспечивается избирательным фильтром 2, а постоянный уровень сигнала на выходе усилителя 3 поддерживается инерционной системой АРУ, включенной в его состав. Таким образом, постоянный уровень сигнала Е_кр (Е_кр') является опорной величиной, относительно которой устанавливается уровень фиксации энергетического экстремума функции Е_угл. (Е_угл'), которая не отрабатывается из-за инерционности системой АРУ блока 3. Соотношение поступающей в антенный блок 1 энергии Е_кр (Е_кр') и К_угл (Е_угл') всегда остается постоянной величиной, что позволяет обеспечить достаточно высокую точность фиксации экстремума, а следовательно, и угловых координат судна α_c, γ_c. Информативный сигнал на выходе формирователя 4 промежуточной частоты дополнительно селектируется от сигналов помех и нормируется по амплитуде системой МАРУ. С выхода преобразователя 6 кодов сигнал в цифровом двоичном представлении поступает на информационные входы коммутатора 15, который по временному параметру (номеру строба) селектирует ее на входы соответствующих блоков 10, 11, 12, 13. Управление коммутаторами 14, 15 (демультиплексорами) обеспечивает код адреса строба с выхода формирователя 16, на входы которого с блока 18 поступают синхроимпульсы строба и пачки информационных сигналов. Синхронизация запись/считывание в N-х блоках памяти 11-13 осуществляется импульсами коммутатора 14, на сигнальный вход которого приходят стробирующие импульсы с формирователя 17. Адреса ячеек памяти блоков 11-13 задаются логическим формирователем 24, реализованного так, что адрес меняется только при наличии в посылке соответствующего строба синхронизации. Управление режимами запись/считывание, смена адресов блоков памяти и управление преобразованием координат 21, 27, 26 обеспечивается синхронизатором 25 по совокупности временных уровней входных сигналов. Детерминированный характер величин в памяти блоков 11-13 позволяет ограничиться однократной записью и минимально необходимыми объемами памяти. В режиме "считывание" работа синхронизатора 25 изменяется исходя из необходимости согласования с темпом вычислительных процессов преобразователей 21, 26, 27, 28 координат и условий синхронизации с круговой радиальной разверткой индикатора 8 РЛС. В устройство не включен вычислитель контрольной суммы, позволяющий подтвердить достоверность приема детерминированных величин. Вполне очевидно, что этот блок должен быть подключен к выходам соответствующих блоков памяти (11-13). Структура устройства в некоторых случаях может быть модернизирована, если в информационные посылки с детерминированными величинами будет включен дополнительный строб с порядковым номером пачки, который будет при записи информации задавать адреса ячеек соответствующих блоков памяти. В этом случае при несовпадении контрольной суммы запоминаются адреса ячеек памяти с дефектной информацией, а при очередной посылке они выборочно могут быть скорректированы. Реализация блоков, обеспечивающих эти операции, не представляет сложностей.

Запись в буферный регистр памяти 10 производится сигналом логической схемы И 20 при условии фиксации энергетического экстремума функции Е_угл (Е_угл') на выходе блока 7 и наличии импульса синхронизации на соответствующем выходе блока 14. Требуемые преобразования координат блоками 21, 26 и 27 технологично осуществить их программной реализацией на микропроцессорном уровне. Первый преобразователь координат 21 по приведенным выражениям (1) и (2) обеспечивает представление в прямоугольной системе Х, Y угловых координат судна ( α_c,γ_c), которые поочередно записываются в буферный регистр памяти 10. Выходной сигнал блока 19 идентификации излучателя обеспечивает перезапись информации (α_c,γ_c) в соответствующие регистры, включенные в состав преобразователя 21. В структуре блока 21 программно реализуется блокировка вычислений (на определенное время) при переключении излучателей (А, В), так как в эти моменты возможны выбросы на выходе блока 7. Вычисленные значения координат (Х_с, Y_c) вносятся в блоки памяти 22, 23, где адреса очередных регистров задаются выходным кодом формирователя 24, а режим запись/считывание выходом преобразователя 21 координат. Формирователь 24 обеспечивает режим, при котором соблюдается числовая последовательность адресов записи, а при переполнении памяти производится циклическое замещение устаревших значений, которые используются для индикации траектории движения судна. В состав второго преобразователя 26 координат X', Y' входят буферные регистры памяти, в которые заносятся текущие координаты судна (Х_с, Y_c). Синхронизация записи обеспечивается блоком 26, связанным с формирователем 24 адреса. Преобразование в систему координат X', Y' судна производится по выражениям (4). В некоторых случаях буферный регистр памяти необходим и для сигнала датчика курсового угла (β_c).

Структура третьего преобразователя 27 координат (ρ,ϕ) посредством выражений (5) обеспечивает привязку трассы фарватера к полярной системе координат индикатора 8 РЛС, как правило, использующего круговую траекторию радиальной развертки. Аналогичные преобразования могут быть применены к штатным средствам ограждения, координатные параметры которых заложены в дополнительных блоках памяти, и к траектории движения судна, согласно информации заложенной в ячейках памяти блоков 22, 23. Преобразованная информация поступает в буферный блок 28 согласования, где производится сравнение с опорными сигналами синхрогенератора 9 развертки индикатора РЛС с целью формирования управляющих сигналов визуализации информации. В состав блока 28 могут быть введены буферные регистры памяти и электронные средства дополнительной обработки, повышающие зрительное восприятие информации аппроксимирующий интерполятор траектории фарватера, модулятор сигналов траектории судна, специальные метки штатных средств ограждения (см. фиг. 6). Сигналы управления через смеситель 29, на вторые входы которого поступают сигналы выходного блока обработки РЛС, подаются на вход индикатора 8. В структуре буферного блока 28 могут быть предусмотрены управляемые масштабные переключатели для согласования с режимом РЛС. Вследствие того, что в рассматриваемом устройстве преобразователи 21, 26, 27, 28 координат и синхронизаторы 9, 25 завязаны в единую систему, возможно сокращение объема вычислений, исходя из текущей шкалы дальности индикатора 8. В некоторых случаях можно ограничиться визуализацией координат штатных средств ограждений, а в других информацией о параметрах минимального отклонения судна от линии фарватера. Это дублирование говорит о гибкости и надежности алгоритма системы, возможности использования его на плавающих средствах, не оснащенных системой РЛС.

Устройство, дополненное блоками 30, 31, позволяет обеспечить количественную оценку отклонения траектории движения судна относительно фарватера. Это весьма важно, так как появляется возможность документирования точности проводки судна и использования автоматизированной системы управления. Кроме того, снимается психологическое напряжение судоводителя, обусловленное недостаточной разрешающей способностью индикатора 8 РЛС. Наибольшую наглядность (соответствие реальной обстановке) обеспечивает полярное представление отклонения (см. фиг. 7), так как помимо абсолютной величины (p) можно иметь угловую информацию относительно курса судна (η).

Вариант структурной реализации вычислителя отклонения представлен на фиг. 8. Дискретное представление линии фарватера, при котором отдельные его участки можно аппроксимировать линейными зависимостями, определяют структуру вычислителя 31. Совокупность блоков 35, 36 и 37 обеспечивает запись в регистр 35 величины минимального полярного радиуса ρ_min, так как при условии ρ₁<ρ₂на выходе формирователя 37 вырабатываются тактовые импульсы записи информации. Одновременно параллельным четвертым регистром 40 фиксируются соответствующие им угловые значения ϕ. Таким образом, на входах преобразователя 42 устанавливаются полярные координаты (ρ₁,ϕ₁,ρ₂,ϕ₂) двух дискретных значений фарватера (М₁, М₂), имеющих минимальное рассогласование с началом координат. Программный преобразователь 42 информации обеспечивает вычисление коэффициентов А_о, В_о и С_о уравнения прямой А_оx + В_оy + С_о 0, проходящей через две точки М₁, М₂, выраженные в полярных координатах, где
(6) Полярные величины отклонения судна от линии фарватера вычисляются по известным выражениям:
P η ± (7)
В каждом цикле измерения конечная информация (p, η) записывается в буферные регистры 38, 44, а посредством логических схем 34, 39, 41 и первого регистра 33 производится начальная установка блока путем перезаписи во второй регистр 35 содержимого первого регистра 33. В последнем хранится код максимально возможного числа (исходя из разрядности памяти). Перезапись и начальная установка обеспечиваются синхронизатором 43.

Вследствие непрерывного отслеживания уровня сигнала, излучаемого антенной с круговой диаграммой направленности (Е_кр, К_кр'), удается обеспечить достаточно высокую точность фиксации текущих координат судна (α_c,γ_c). Точность фиксации можно более чем на порядок повысить введением в состав аппаратуры излучателей (А, В) импульсных лазеров, конструктивно совмещенных с подвижными платформами направленных антенных излучателей (Е_угл, Е_угл'). Результаты испытаний показывают, что мощное оптическое излучение достаточно надежно "прошивает" атмосферу даже при весьма неблагоприятных метеоусловиях. В этом случае введением в состав приемных устройств блока 32 селективного кольцевого фотоприемника, установленного на определенном уровне, формируется параллельный канал уточнения угловых координат экстремума излучения (Е_угл, Е_угл').

Функциональная схема передающей части комплекса (см. фиг. 9), имеющая в основном типовую структуру, не представляет сложностей. Использование одного и того же сигнала на выходах антенных блоков 49, 59 исключает проблему электромагнитной совместимости и снижает требования к бортовой приемной аппаратуре. В зависимости от условий решаемой задачи блок 50 программного привода обеспечивает заданный закон развертки (круговой, секторный) диаграммы направленности антенного блока 49 с постоянной либо переменной скоростью. Заданная упаковка информационной пачки обеспечивается переключением входных сигналов на выход мультиплексора 55, программное управление которым обеспечивает синхронизатор 53. Детерминированные информационные величины (Х_ф, Y_ф и др. ) хранятся в ячейках памяти блоков 56-58, а текущее угловое положение (α_t) диаграммы направленного излучателя снимается с выхода блока 50 привода. На соответствующий вход мультиплексора 55 поступают синхроимпульсы стробов и пачки, формируемые блоком 54. Адресная выборка информации из ячеек блоков памяти 56-58 обеспечивается формирователем 52 адре- сов. Связь между блоками 47, 53 и 50 обеспечивает синхронизацию, реализующую программное задание углового сектора сканирования и блокировку радиоизлучения при выходе за пределы рабочей зоны. Для синхронизации временного разделения радиоканалов излучателей А и В могут быть использованы временной эталон, кабельная либо радиорелейная связь и т.п.

На выходе преобразователя кодов 51 информации приводится к виду, обеспечивающему минимум искажений, обусловленных условиями прохождения радиосигналов в атмосфере, воздействием посторонних радиоизлучателей, условиями приема и обработки информации. Периодическое изменение структуры сигнала (количества стробов в пачке) можно обеспечить различными приемами, в том числе адресным содержимым блоков 56-58 памяти и программным формированием блоком 52 адресных кодов.

Излучатель В (см. фиг. 10) это упрощенный вариант описанной структуры излучателя А, так как информативными здесь являются лишь текущие значения угла γ_t на выходе преобразователя 61. Функционально преобразователь 61 углов не является обязательным элементом системы. Он позволяет лишь сохранить единый порядок представления угловых отсчетов (см. фиг. 1, а) блоков 50 привода излучателей А и В, что не является принципиальным моментом. С целью идентификации излучателей соответствующими блоками приемных устройств синхроимпульсы пачки излучателей (А, В) имеют различные параметры (например, по длительности либо форме сигнала). Вопросы записи, корректировки и хранения информации в блоках памяти 56, 57, 58 не рассматриваются. Это могут быть результаты предварительных геодезических либо картографических измерений, при которых пересчет угловых координат линии фарватера и штатных средств ограждения в прямоугольную систему Х, Y производится через выражения (1), (2). Возможна разработка автоматизированной методики записи и корректировки информации. Из приведенных структур и их описаний видно, что они не требуют непрерывного операторского надзора, т.е. могут нормально функционировать в автоматическом режиме.

Точность фиксации текущих угловых координат судна (α_c,γ_c) существенно повышается в зоне прямой видимости введением в состав излучателей (А, В) блоков импульсных лазеров, конструктивно совмещенных с подвижной платформой первого антенного блока 49, управляемого блоком привода 50. Высокая точность обеспечивается предварительной юстировкой оптической оси лазера относительно вектора диаграммы направленности блока 49. Дополнительное повышение точности возможно учетом систематической ошибки, обусловленной конечным быстродействием систем обработки сигналов, путем введения фиксированного углового рассогласования оптической оси лазера и вектора диаграммы направленности. Связь блоков 50, 60 привода и лазера обеспечивает возможность блокировки оптического излучения при выходе за пределы рабочей зоны сканирования.

Формула изобретения

1. Способ отображения движений судов, включающий передачу, прием и фиксацию угловых координат судов по энергетическим экстремумам сигналов разнесенных радиоизлучателей, преобразование координат судов в прямоугольную систему координат с последующим отображением на индикаторах, отличающийся тем, что отображают электронное изображение фарватера относительно пространственных положений судов на индикаторах путем передачи, приема информационных радиопосылок, содержащих координаты точек дискретизации линии фарватера, преобразование их в систему координат судов по формулам


где X_n и Y_n - координаты n точек дискретизации фарватера (n = 1, 2, ..., m);
X_с и Y_с - преобразованные в прямоугольную систему текущие угловые координаты судна;
β_c - курсовой угол движения судна,
и синхронизации преобразованных координат с развертками индикатора.

2. Способ по п. 1, в котором на экране индикатора отображают штатные средства ограждения путем передачи приема и координатных преобразований информационных радиопосылок с их параметрами.

3. Способ по п.1, в котором электронное изображение фарватера отображают на индикаторе радиолокационной станции судна с круговой радиальной разверткой путем дополнительных координатных преобразований по формулам


где ρ_n и ϕ_n - полярные параметры точек дискретизации линии фарватера.

4. Устройство для отображения движений судов, содержащее комплект разнесенных радиопередающих излучателей информационных посылок и бортовые приемные устройства, каждое из которых содержит последовательно соединенные блок радиоприемной антенны, избирательный фильтр, блок усилителя автоматической регулировкой усиления (АРУ), формирователь промежуточной частоты, демодулятор и преобразователь кодов, а также блок выделения экстремума и блок индикатора РЛС, соединенный с выходами синхрогенератора развертки, отличающееся тем, что в него введены буферный регистр памяти и N блоков памяти, причем первый и второй входы последних соединены с соответствующими выходами коммутатора импульсов и коммутатора информационного сигнала, первые входы которых подключены к формирователю адреса строба, а второй вход коммутатора импульсов - к формирователю стробирующих импульсов, выход преобразователя кодов соединен с вторым входом коммутатора информационного сигнала и через блок выделения синхроимпульсов с входами формирователя адреса строба, формирователя стробирующих импульсов и блока идентификации излучателя, а два входа буферного регистра памяти соответственно соединены с (N + 1)-м выходом коммутатора информационного сигнала и через схему И с выходом блока выделения экстремума, входом подключенного к выходу блока усилителя с АРУ, второй вход схемы И соединен с (N + 1)-м выходом коммутатора импульсов, выход буферного регистра памяти соединен с первым преобразователем координат, вторым входом подключенным к выходу блока идентификации излучателя, а двумя выходами - соответственно к (N + 1)-му и (N + 2)-му блокам памяти, вторыми входами соединенными с третьим выходом первого преобразователя координат, а третьими входами - с выходом формирователя адресов памяти, вторым выходом подключенного к третьим входам первого и второго блоков памяти, а другими выходами - к N-м блокам памяти, формирователь адресов памяти соединен с синхронизатором, входами подключенного к выходам логической схемы И, блока выделения синхроимпульсов и синхрогенератора развертки, а соответствующие выходы синхронизатора соединены с третьим входом первого преобразователя координат и входом второго преобразователя координат, другими входами соединенного с выходами N + 2 блоков памяти, при этом выходы второго преобразователя координат через последовательно соединенный третий преобразователь координат, буферный блок согласования и смеситель подключены к входам индикатора РЛС, при этом буферный блок согласования одновременно соединен с соответствующими выходами синхрогенератора развертки.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные блок цифрового индикатора и вычислитель отклонения, входами соединенный с соответствующими выходами третьего преобразователя координат и выходом логической схемы И.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в него введен блок селективного кругового фотоприемника, соединенный с входом блока выделения экстремума.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что радиопередающий излучатель содержит последовательно соединенные формирователь несущей частоты, модулятор, пропускатель, усилитель мощности и первый антенный блок, соединенный с выходом блока программного привода, а второй вход модулятора - с выходом преобразователя кодов, и последовательно соединенные формирователь адресов, синхронизатор, формирователь синхроимпульсов и мультиплексор, выходом соединенный с преобразователем кодов, при этом к второму выходу формирователя адресов подключены N блоков памяти, выходами соединенных с вторым, третьим и (N + 1)-м входами мультиплексера, (N + 2)-й и (N + 3)-й входы которого соответственно связаны с третьим выходом формирователя адресов и выходом блока программного привода, соединенного с синхрогенератором, а к выходу усилителя мощности одновременно подключен второй антенный блок, вторые входы N блоков памяти соединены с соответствующим выходом синхронизатора, дополнительным выходом связанного с вторым входом пропускателя.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в него введен блок импульсного лазера, соединенный с выходом блока программного привода и конструктивно расположенный на подвижной платформе первого антенного блока соосно с вектором его диаграммы направленности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10