Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
БИЛЕТ № 18
Наиболее распространенным штурманским методом контроля является корректируемое счисление - периодические обсервации, в промежутках между которыми ведется счисление координат судна (причем с развитием технических средств судовождения дискретность обсерваций все более уменьшается).
Счисление обеспечивает непрерывность контроля, расчет поворотов, опознавание ориентиров, контроль обсерваций на промах, определение (по результатам обсерваций) действующего вектора сноса, выдачу счислимых координат для решения различных навигационных задач (в том числе для расчета обсервованных координат от счислимого места при обобщенном способе линий положения). В свою очередь, навигационные обсервации позволяют периодически уточнять место судна, сбрасывать накапливающиеся погрешности счисления, выявлять действующие систематические факторы (например, снос течением) и тем самым повышать точность самого счисления.
Средняя квадратичная погрешность (СКП) текущего места судна при корректируемом счислении
где Мо - СКП исходной обсервации, от которой ведется счисление; MC(t) - СКП счисления за время плавания от исходной обсервации tС определяемая формулами (6.26):
Кс - коэффициент точности счисления, характеризующий скорость нарастания погрешностей счисления и определяемый экспериментально для различных условий плавания.
СКП счислимого места (18.47) монотонно нарастает по мере плавания по счислению от нулевого значения (кривая 1 на рис. 18.4), а СКП текущего места (18.46) - от уровня Мо (кривая 2). При периодических обсервациях (периодически корректируемое счисление) график Мт(1) имеет «пилообразную» форму (кривая 3), где нижний уровень погрешностей определяется значением Мо, скорость нарастания погрешностей - коэффициентом Кс, а время нарастания погрешностей - дискретностью обсерваций (Δt).
При малой дискретности обсерваций (Δt→0) возможен режим обсервационного счисления - счисление координат, выполняемое путем совместной автоматизированной обработки данных от средств обсервации и счисления. Обсервационное счисление является наиболее эффективным и надежным приборным методом контроля за местоположением и движением судна, СКП текущих координат (в установившемся режиме) может быть меньше СКП обсерваций (кривая 4). Однако данный метод возможен лишь при использовании средств автоматизации судовождения.
В режиме корректируемого счисления обсервации необходимо тщательно анализировать для того, чтобы оценивать надежность счисления и обсерваций, произвести контроль на промахи, выявить и учесть систематические факторы.
Практикой выработано понятие «надежность обсервации». Обсервация считается надежной, если одновременно выполняются условия: 1) навигационные измерения выполнялись с помощью исправных технических средств с надежными известными поправками; 2) измерения выполнялись в пределах зоны хорошей видимости ориентиров или уверенного приема сигналов РНС при обычном уровне помех; 3) избыточность измерений обеспечивает контроль промахов; 4) ориентиры (станции РНС) подобраны оптимально; 5) ориентиры надежно опознаны (многозначность измерений надежно устранена); 6) систематические погрешности надежно учтены, а случайные имеют обычный Уровень; 7) применяемые методы обработки измерений либо исключают возможность промахов, либо допускают контроль на промахи; 8) расстояние между обсервациями соответствует скорости судна и времени, а угол сноса и путевая скорость - условиям плавания; 9) СКП обсервации по меньшей мере втрое меньше, чем СКП счислимого места; 10) невязка между счислимой и обсервованной точками меньше суммы предельных радиальных погрешностей счисления и обсервации:
Большая невязка может быть следствием погрешностей или промаха в самой обсервации (повторить определение, и по возможности - другим способом), в счислении (проверить расчеты и прокладку от последней надежной обсервации), неучитываемого или неточно учитываемого сноса (проверить возможность такого сноса при действующих гидрометеоусловиях), ненадежных поправок компаса или пата либо ненадежной работы этих приборов.
Надежная обсервация может быть принята к учету для дальнейшего счисления. При любых сомнениях место судна, по возможности, определяется снова, желательно другим способом. До выяснения причины появления большой невязки достоверность места судна считается сомнительной.
Оценка надежности обсерваций существенно упрощается, если анализируется целая серия обсерваций, полученных через равные промежутки времени. При движении судна постоянным курсом и скоростью обсервованные точки должны лежать на одной прямой, расстояния между ними одинаковы (или пропорциональны времени) и соответствуют пройденному судном расстоянию, невязка либо постоянна, либо монотонно изменяется по величине и направлению, а при переходе на другую комбинацию ориентиров не наблюдается резкого ее изменения.
Серия надежных обсерваций (рис. 18.5) позволяет решать целый ряд навигационных задач.
1. Определить (снять с карты) фактические элементы движения судна: фактический путь ПУo, фактический угол сноса
фактическую путевую скорость , где t - время между соответствующими обсервациями.
2. Определить (снять с карты) элементы, характеризующие движение судна относительно предварительной прокладки и тенденции их изменения: невязку С, боковое смешение судна с ЛЗП , продольное смешение ds, т.е. отставание (или опережение) обсервованной точки относительно счислимой вдоль ЛЗП.
3. Определить фактический вектор суммарного сноса; для этого необходимо из исходной обсервации проложить линию ИК, отложить по ней расстояние SОБ по оборотам движителя и времени, соединить полученную точку с последней обсервацией и получить вектор сноса ; тогда снять с карты направление сноса () и рассчитать скорость сноса
4. Оценить тенденцию движения судна относительно ЛЗП, спланировать вариант дальнейших действий (см. рис. 18.5):
а) если не изменять курс, то судно будет продолжать движение по линии обсерваций (ПУo), следуя в точку поворота 3;
б) если изменить ГКК на величину Δс, то судно будет следовать параллельно ЛЗП в точку поворота 2:
в) можно изменить курс таким образом, чтобы вернуться на ЛЗП; при этом оптимальная величина угла отворота
г) можно изменить курс таким образом, чтобы выйти в ранее намеченную точку поворота 1; для этого надо снять с карты новый путь ПУн и задать рулевому новый курс
Принцип действия корреляционного лага основан на измерении времени, затрачиваемого судном на прохождение некоторого участка пути, длина которого определяется расстоянием между вибраторами гидроакустической антенны лага и принятым алгоритмом обработки информации.
Сущность процесса определения скорости можно понять, рассмотрев следующую упрощенную схему. Предположим, что на судне вдоль диаметральной плоскости
размещены две гидроакустические антенны A1 и A2.
(рис. 2.17) на расстоянии l друг от друга. В режиме излучения эти антенны совместно с передающим устройством (ПУ) формируют импульсы, которые распространяются в сторону дна, отражаются от него и возвращаются обратно. Принимаемые антеннами сигналы будут зависеть от отражающей способности грунта, рельефа дна, от параметров среды их распространения и представлять собой некоторые случайные процессы U1(t) и U2(t), изменяющиеся во времени (рис. 2.18). В связи с тем, что при отсутствии дрейфа судна антенна А2 проходит над теми же участками дна, что и антенна ΔL процессы U1(t) и U2(t) будут аналогичны друг другу, но сдвинуты по времени на величину Тт, которая получила название транспортного запаздывания. Очевидно, величина транспортного запаздывания зависит от расстояния l между антеннами и скорости Сдвижения судна. В рассматриваемом случае будет иметь место следующее равенство:
Отсюда можно найти скорость V:
Учитывая, что база l известна, задача определения скорости сводится к оценке значения транспортного запаздывания .
Транспортное запаздывание определяется путём искусственной задержки
сигнала первой антенны с помощью регулируемого блока задержки БЗ (рис. 2.17), который осуществляет смещение процесса U1(t) (рис. 2.18) вдоль оси времени. Для каждой задержки , рассчитывается значение взаимной корреляционной функции
(ВКФ) и эти значения сравниваются между собой. Очевидно, что при = , смещение сигнала первой антенны вдоль оси времени будет таким, что процессы практически совпадут и величина ВКФ будет максимальной. Учитывая сказанное, каждый корреляционный лаг должен включать в себя (рис. 2.17):
Передающий тракт.
Передающий тракт включает в себя передающее устройство и антенную систему. Основной задачей передающего устройства является формирование сигнала посылки с заданными параметрами. В корреляционных лагах обычно используется импульсный режим излучения. Формирование сигнала посылки осуществляется типовыми схемами, такими же, как и в других гидроакустических системах.
В качестве антенн используются пьезокерамические вибраторы направленного действия. Как правило, эти вибраторы устанавливаются в одном антенном блоке подобно тому, как это делается в доплеровских лагах. Отличаются антенны ориентацией плоскостей вибраторов. Если в доплеровских лагах плоскости вибраторов наклонены к оси антенного блока, то в данном случае они перпендикулярны этой оси с тем, чтобы создавалось вертикальное излучение.
Количество вибраторов в антенном блоке определяется тем конкретным кругом задач, которые должен решать прибор. Для измерения только продольной составляющей скорости судна, как это было указано выше, достаточно иметь в антенном блоке два вибратора, ориентированных вдоль диаметральной плоскости. Такую антенную систему имела одна из первых моделей SAL - ACCOR (Speed Automatic Log - Acoustic Correlation) корреляционного лага, разработанного шведской фирмой «Jungner Instrument» (рис.2.19). Система использовалась как приемопередающая. В режиме передачи оба вибратора 1 и 2 работали синфазно, образуя излучение, фазовый центр которого расположен ровно посредине между фазовыми центрами вибраторов. Оно эквивалентно излучению, которое создавалось бы некоторой условной передающей антенной , расположенной между антеннами А1 и А2. В режиме приема каждый вибратор подключался к собственному приемному каналу, передавая в него два аналогичных случайных процесса, сдвинутых на величину транспортного запаздывания.
Максимум взаимно - корреляционной функции в рассматриваемом случае имеет место при смещении судна на расстояние, равное половине расстояния l между фазовыми центрами антенн. Действительно, как это следует из рис. 2.20, в позиции 1 по отношению к отражающим точкам 1,2и 3, расположенным на дне антенна А1 получает сигналы, отраженные от точек 1 и 2, а антенна A2 – от точек 2 и 3.
В связи с этим эхосигналы, принятые антеннами, будут различными. При перемещении антенн в позицию 2, отстоящую от предыдущей на величину 0,5l, сигнал, принятый антенной A2, будет аналогичен тому, который принимала антенна A1; в позиции 1, так как и отражающие точки и путь следования сигнала один и тот же. Следовательно, транспортное запаздывание в рассматриваемом случае определяется расстояние 0,5l.
Диаграмма направленности каждого вибратора достаточно широкая (~30°), что при расстоянии между вибраторами, равном 3 см. обеспечивает устойчивую работу прибора в процессе плавания. Частота излучаемого сигнала составляла 150 кГц, что позволяло лагу работать, используя отраженные от дна сигналы до глубин, примерно равных 200 м.
При необходимости получения большего объема или более точной информации о параметрах движения судна используются более сложные по составу антенные блоки и. как следствие, передающие устройства, вырабатывающие различные по характеристикам сигналы посылок.
Используя еще более сложные по своему составу антенные устройства, имеется возможность создания более точных измерителей скорости судна.
Преобразователи сигнала и корреляторы.
На практике могут встретиться различные алгоритмы вычисления корреляционных функций с помощью отличающихся по своей структуре корреляторов. В качестве примера на рис. 2.21 представлена одна из наиболее простых для реализации схем дискретного устройства для определения скорости судна. Принцип ее действия сводится к следующему. Принятые антеннами сигналы U1 (t) и U2 (t), могут быть представлены в виде суммы функций U1'(t) и U2'(t) - определяющих усреднённую форму импульса, и центрированных случайных процессов ΔU1(t) и ΔU2(t), являющихся отклонениями реальной формы импульсов от усреднённой:
U1(t) = U1'(t) + ΔU1(t), U2(t) = U2'(t) + ΔU2(t)
Первые слагаемые выражения используются для оценки глубины под килем судна, аналогично тому, как это делается в эхолотах. Для получения информации о скорости судна используются ΔU1(t) и ΔU2(t). Для этого в усилителях - преобразователях УП они заменяются знаковыми функциями SignΔU(t) (рис. 2.22).
Для измерения длительности положительных и отрицательных значений этих функций ими модулируется непрерывная последовательность коротких импульсов, поступающая от генератора импульсов ГИ с частотой fu и постоянной скважностью. Преобразованный сигнал первой антенны подаётся в блок задержки, представляющий собой регистр сдвига РГ. управляемый импульсами, поступающими с частотой fn от регулируемого генератора тактовых импульсов РГТИ. Время задержки сигнала определяется количеством ячеек регистра сдвига и скоростью продвижения по нему сигнала. Последняя пропорциональна частоте fn. Регистр имеет два отвода. На первом отводе задержка импульса равна , а на втором - . Сигналы, снимаемые с этих выходов, определяющие функции и, поступают на схемы совпадения СС1 и СС2, соответственно.
Сюда же подаётся клиппированный сигнал от второй антенны. Схема совпадения
вырабатывает на выходе счётный импульс только тогда, когда знаки импульсов, поступающих на её входы, одинаковы (рис. 2.22). Таким образом, эта схема выполняет функции множительного устройства коррелятора.
Сигналы от СС1 и СС2 поступают в интеграторы И1 и И2, роль которых выполняют счётчики импульсов. Количество посчитанных за определённый интервал времени Т импульсов будет определять значения корреляционных функций разнесенных по времени задержки на 2Δτ.
Импульсы, подсчитанные интеграторами, поступают в вычитающее устройство ВУ. которое определяет разницу значений корреляционных функций. Знак этой разницы указывает на положение максимума ВКФ относительно Г. (рис. 2.23). При больше максимум находится справа от , при обратном неравенстве - слева. Если =, то количество импульсов, поступающих с И1 и И2. равны и = . Выходной сигнал ВУ управляет частотой fn и. следовательно, скоростью продвижения сигнала в регистре сдвига. В результате fn изменяется до тех пор, пока на выходе ВУ сигнал не станет равным нулю. Зная частоту следования продвигающих импульсов и. в результате, величину транспортного запаздывания, в блоке
вычисления БВ определяется скорость судна, а путём её интегрирования и пройденное расстояние. Аналогично описанному, по сигналам объёмной реверберации, возникающим за счёт отражения от промежуточных слоёв воды, может быть определена относительная скорость судна. Для её измерения, как это уже было указано, могут: использоваться специальные каналы и антенные устройства. Как правило, они имеют более высокую несущую частоту, что обеспечивает возможность получения отражённого сигнала только от слоёв воды, расположенных вблизи корпуса судна.
Использование импульсного характера излучения накладывает определенны ограничения на возможность вычисления скорости в рамках рассмотренного алгоритма. Действительно, длительность реализации случайных процессов и ограничена длительностью τи импульса посылки и, следовательно, величина транспортного запаздывания τm может быть определена только в том случае, если она не превышает τи. В свою очередь, длительность импульса на глубине h не может превышать значения 2h/c. В противном случае отраженный сигнал вернется к антенне раньше, чем закончится цикл излучения. Учитывая сказанное, можно определить диапазон доступных для оценки скоростей:
Д.ля обеспечения возможности измерения скорости независимо от условий плавания следует или использовать режим непрерывного излучения, или иные алгоритмы определения τm.
Дополнительные особенности возникают при движении судна с углом дрейфа. Они касаются как точности определения скорости судна, так и самой возможности сделать это.
Действительно, если считать, что судно движется с некоторым углом дрейфа β (рис. 2.24). то максимум ВКФ будет иметь место тогда, когда антенна А2 переместится в положение А2', максимально близкое к точке В. При этом, изменится как расчетная база антенн (отрезок А2А' не равен l/2),так и величина ВКФ.
В рассматриваемых условиях измеренная скорость судна будет равна:
Как следует, из выражения найденная скорость судна не соответствует ни истинной скорости v его движения, ни ее продольной составляющей Vx. Достаточно часто ее называют индицируемой или кажущейся скоростью.
Снижение значения ВКФ уменьшает вероятность качественной оценки транспортного запаздывания, однако при относительно небольших углах дрейфа, которые наиболее часто имеют место на практике, изменение коэффициента взаимной корреляции несущественно.
Силы, действующие на судно, стоящее на якоре.
Условие безопасной якорной стоянки (без дрейфа на якоре) – сумма внешних воздействий должна быть меньше держащей силы якорного устройства: Rвн ≤ Тяу.
Определяем сумму сил от внешних воздействий:
Rвн = RА + Rт + Rин + Rволн.
Сила воздействия от ветра RА зависит от скорости ветра, площади обдуваемой поверхности и определяется по формуле:
RА = 0,8W2Sx
где: Sx – лобовая площадь парусности, м2;
W – скорость ветра, м/с;
Сила воздействия от течения Rт равна:
Rт = 60SмVт2
где: Sxп – площадь подводной части миделя, м2;
Vт – скорость течения, м/с.
Инерционные силы Rин (силы, возникающие при рыскании) принимаются равными весу якоря в воде:
Rин = 8,5Мя
где: Мя – масса якоря, кг.
В противном случае якорь будет ползти.
Рис. 2.21. Схема сил, действующих на судно, стоящее на якоре
Для учета сил ударов волн о корпус судна вводят коэффициент динамичности Kд, который принимают равным 1,4÷1,7.
Итак, держащая сила якорного устройства должна быть более
суммы всех внешних сил, действующих на судно:
Тяу ≥ Rвн = Kд (RА + Rт + Rин)
Длина вытравливаемой якорь-цепи.
Расчет якорной стоянки заключается в решении двух задач: расчет длины якорной цепи, необходимой для удержания судна на якоре и определение радиуса безопасной якорной стоянки. Оптимальная длина якорной цепи, необходимая для надежного удержания судна на одном якоре при заданных гидрометеоусловиях определяется следующим образом:
Lяц = 0,17(√Rвн/q*(67,5hкл+Rвн/q) - Rвн/q),
где q – линейная плотность 1 м цепи в воде, кН/м;
q = 0,00018dц2
dц – калибр якорной цепи, мм;
hкл – высота клюза над грунтом, м.
Для судов, имеющих якорь Холла и цепные якорные канаты, количество смычек, которое необходимо иметь на клюзе при благоприятных условиях погоды (ветер до 3–4 баллов) и незначительном течении, приблизительно можно определить как корень квадратный из
глубины n = . При длине цепи в 250 метров полностью использовать держащую силу якоря можно до глубины 100 м.
Радиус якорной стоянки складывается из следующих величин:
R = Lяц + Lc + ΔL
где ΔL – навигационный запас на случай дрейфа и маневрирования при съемке с якоря. Площадь круга, ограниченного радиусом R, называется местом якорной стоянки.
Рис. 2.23. Радиус рыскания судна, стоящего на якоре
Держащая силы якоря и якорь-цепи.
Масса якоря, длина якорь-цепи и вес погонного метра якорь-цепи определеяется по характеристике снабжения (Nc) или по приближенным формулам:
или
где: - масса якоря;
- площадь погруженной части миделя;
D – весовое водоизмещение судна.
Вес погонного метра якорь-цепи определяется по формуле:
где: dц – калибр звена якорь-цепи;
k – коэффициент, равный для цепей с контрфорсами – 2,3, без контрфорсов – 2,2.
Держащая сила якоря определяется по формуле:
где: - коэффициент держащей силы якоря;
Держащая сила якорь-цепи определяется:
где: f – коэффициент трения цепи о грунт, применяемый равный 0,35-0,5.
q - вес погонного метра якорь-цепи
– отрезок якорь-цепи, лежащий на грунте.
Длину отрезка якорь-цепи на грунте можно найти путем вычитания длины провисающей части якорь-цепи из длины вытравленной якорь-цепи:
- длина, вытравленной якорь-цепи;
- длина, провисающей якорь-цепи.
При <, держащей силы якорь-цепи не будет.
При ограниченном рыскании судна, удовлетворительные значения длины якорь-цепи, при которой компенсируется сила инерции, могут быть получены за счет введения коэффициента динамичности :
Для удержания судна на якоре необходимом, чтобы держащая сила якорного устройства были больше суммы сил, действующих на судно:
Правило 2