УСТРОЙСТВО ИСКЛЮЧЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЯ СУДНА С ВСТРЕЧНЫМ ДВИЖУЩИМСЯ ОБЪЕКТОМ
DEVICE TO RULE OUT COLLISION WITH METRE SHIP

Предлагаемое изобретение относится к области судовождения - автоматическому управлению движением судна по заданному направлению с выявлением встречных объектов, столкновение с которыми может произойти, и расхождением с ними.
Известно устройство управления движением судна (патент России №2238881), содержащее задатчик угла дифферента, датчик угла дифферента, датчик угловой скорости, датчик положения руля, выходы которых подключены к первому, второму, третьему и четвертому входам суммирующего усилителя, выход которого соединен с входом рулевого привода.
Известна также система автоматического управления движением судна (патент России №2248914), принятая нами в качестве прототипа. Автоматическое управление движением судна основано на использовании приемника спутниковой навигационной системы, блока заданного значения путевого угла и сумматора, на вход которого поступают сигналы: текущего путевого угла, заданного путевого угла, угловой скорости судна и угла перекладки руля, для формирования закона управления рулевым приводом судна. Выход сумматора подключен к входу рулевого привода.
Существенным недостатком рассмотренных выше систем автоматического управления движением судна является возможность столкновения с встречными объектами.
Для устранения отмеченного недостатка в предлагаемом нами устройстве автоматического управления движением судна обеспечивается выявление встречных судов, с которыми возможно столкновение. После выявления такого встречного объекта в устройстве определяется требуемая корректировка скорости движения судна, при которой будет исключена возможность столкновения. Величина требуемого изменения скорости движения вводится в блок коррекции скорости хода судна. Через время прохождения судном точки пересечения траекторий (или расчетной минимальной точки сближения с встречным объектом) коррекция скорости хода отключается и судно начинает двигаться с прежней скоростью хода по заданной траектории. Устройство содержит:
- приемник СНС,
- датчик угловой скорости судна,
- датчик угла руля,
- задатчик путевого угла,
- сумматор, выход которого подключают к входу рулевого привода.
К входу сумматора подключены четыре перечисленных выше блока. В предлагаемое устройство дополнительно вводят:
- блок коррекции скорости хода судна,
- радар (вырабатывающий вектор расстояния от судна до встречного объекта),
- вычислитель, в котором формируют сигналы текущей широты, долготы и вектор скорости движения встречного объекта, будущие траектории движения судна и встречного объекта и величину коррекции скорости хода судна.
Целями предлагаемого устройства являются выявление опасного встречного объекта и обеспечение автоматического расхождения судна с встречным объектом путем:
- определения в ограниченной акватории будущего движения судна и встречного объекта траекторий возможного столкновения,
- нахождения минимально возможной величины изменения скорости хода судна от текущего значения, при котором будет исключена возможность будущего столкновения с встречным объектом,
- автоматического перевода судна на новое корректированное значение скорости хода судна,
- после выхода судна к расчетной точке столкновения с встречным объектом автоматического перевода скорости хода до ранее принятого значения.
Рассмотрим, как реализуются поставленные цели в предложенном устройстве.
зд.
На чертеже представлена блок-схема аппаратуры автоматического расхождения судна со встречным объектом, содержащая: приемник СНС - 1, задатчик путевого угла ПУ - 2, датчик угловой скорости - 3, датчик руля - 4, рулевой привод - 5, сумматор - 6, блок коррекции скорости хода - 7, радар - 8, вычислитель - 9, объект управления - 10 (судно).
гр
сек
В качестве возможного варианта реализации рассмотрим: приемник СНС - 1 типовой разработки Московского НПО «Агат» или Красноярского завода, задатчик путевого угла - 2, датчик руля - 4 и блок формирования коррекции скорости хода - 7 - преобразователи угла в напряжение с точностью не хуже 2%; датчик угловой скорости - 3 типовой ДУС с чувствительностью не хуже 0.005 /; сумматор - 6, вычислитель - 9 может реализовываться на микросхемах 140 УД 8 или на процессоре; рулевой привод - 5 и радар - 8 - штатное судовое оборудование.
Устройство работает следующим образом.
зд.
1. Из приемника СНС - 1 сигнал текущего путевого угла судна «ПУ» поступает на первый вход сумматора - 6. На второй - четвертый входы сумматора - 6 подключены выходы: задатчика - 2 путевого угла «ПУ», датчика - 3 угловой скорости судна «ω» и датчика - 4 руля «δ». На выходе сумматора - 6 вырабатывается скорость перекладки руля - «d/dt δ», которая поступает на вход рулевого привода - 5:
δ - угол перекладки руля,
i=1,2,3
К - постоянные коэффициенты регулирования.
суд.зд.
При отсутствии встречного объекта судно движется с заданной скоростью «V»
2. При появлении встречного объекта с выхода радара - 8 поступят на первый вход вычислителя - 9:
- азимут встречного объекта «ψ»,
- расстояние от встречного объекта до судна «L».
На второй вход вычислителя - 9 с выхода приемника СНС-1 поступят:
- курс судна «φ»,
i
- текущая широта судна «Ф»,
i
- текущая долгота судна «λ»,
суд.i
- путевой угол судна «ПУ»,
суд.i
- текущая скорость судна V.
об.,суд.
об.
oб.
В вычислителе - 9 формируются текущая широта и долгота встречного объекта, вектор расстояния от судна до встречного объекта «L», путевой угол встречного объекта ПУ и скорость хода V:
а) текущая широта и долгота встречного объекта
где:
φ - текущий курс судна,
ψ - текущий азимут встречного объекта,
об.суд.
L - расстояние от судна до встречного объекта,
об.
об.,
суд.
суд.
Фλ(Ф,λ) - текущая широта и долгота встречного объекта (и судна),
б) путевой угол встречного объекта:
где:
об.
ПУ - текущий путевой угол встречного объекта,
об.i-1
об.i-1.
об.i
об.i
Ф, λ и Ф, λ - текущая широта и долгота встречного объекта в момент времени «t» и в следующий момент времени «t+Δt»,
в) скорость хода встречного объекта:
где:
об.i-1
об.i-1
oб.i
об.i
oб.
Ф, λ. и Ф, λ - текущая широта и долгота встречного объекта в момент времени t и в следующий момент времени t+Δt, V - скорость движения встречного объекта,
d/dt - символ дифференцирования.
n
n
3. Используя полученные по зависимостям (2-4) в вычислителе - 9 текущую широту, долготу и вектор скорости встречного объекта и из приемника СНС - 1 сигналы широты, долготы и скорости хода судна, в вычислителе - 9 формируются траектории будущего движения судна и встречного объекта, по которым в ограниченной акватории определяют широту и долготу точки (Ф·λ) - возможного пересечения отрезков траекторий будущего движения судна и встречного объекта:
где:
об.i
об.
1
oб.i
об.
Ф+Ф=K(λ-λ),
суд.i
cуд.
2
суд.i
суд.
Ф+Ф=K(λ-λ),
об.
суд.
об.
суд.
Ф, Ф, λ, λ - место нахождения (текущие широты и долготы) встречного объекта и судна.
4а. Если зависимость (5) в ограниченной акватории не имеет решения - в вычислителе - 9 через интервал времени «Δt» вновь решаются зависимости (2)-(4).
n
n
4б. Если условие (5) в ограниченной акватории выполняется - в вычислителе - 9 определяется выполнение условия одновременного будущего нахождения судна и встречного объекта вблизи точки пересечения двух траекторий (Ф, λ):
где:
суд.
суд.
суд.
t=L/V,
об.
об.
об.
t=L/V,
суд.
суд.
суд.
n
n
L - расстояние между текущим положением судна (Ф, λ) и точкой пересечения траекторий (Ф, λ),
об.
об.
об.
n
n
L - расстояние между текущим положением встречного объекта (Ф, λ), и точкой пересечения траекторий (Ф, λ),
суд.
oб.
V, V - скорость движения судна и встречного объекта,
суд.
об.
суд.
об.
суд.
об.
n
n
t, t - расчетное время движения судна и встречного объекта от текущих широт и долгот судна и встречного объекта (Ф Ф, λ, λ) до точки пересечения траекторий (Ф λ).
5а. Если условие (6) не выполняется - в вычислителе - 9 через интервал времени «Δt» вновь решают зависимости (2)-(4) и т.д.
суд.
5б. Если условие (6) выполняется - в вычислителе - 9 вырабатывается уставка ΔV, при введении которой в блок коррекции скорости хода - 7 условие (6) перестает выполняться.
суд.
Уставка ΔV определяется из зависимостей:
где:
суд корр.
суд.
суд.корр.
t=L/V,
об.
об.
об.
t=L/V,
суд.
суд.
суд.
n
n
L - расстояние между текущим положением судна (Ф, λ) и точкой пересечения траекторий (Ф, λ),
об.
об.
об.
n
n
L- расстояние между текущим положением встречного объекта (Ф, λ) и точкой пересечения траекторий (Ф, λ),
суд.корр.,
oб.
V V- корректированная скорость движения судна и скорость встречного объекта.
суд.
Величина ΔV определяется в вычислителе - 9, используя зависимость (6А):
суд.
об.
суд.
при t-t<0, - ΔV (определяется в отрицательной области приращения скорости хода судна),
суд.
об.
суд.
при t-t>0, +ΔV (определяется в положительной области приращения скорости хода судна).
суд.
корр.
6. Величина «ΔV», полученная в вычислителе - 9 по зависимости (6А), поступает в блок коррекции скорости хода - 7, при этом судно переходит в режим движения со скоростью «V».
суд.кор.
7. В вычислителе - 9 формируется t:
суд.кор.
суд.
суд.кор.
t = L/V
суд.кор.
суд.
8) Через интервал натурального времени t сигнал «ΔV» в вычислителе - 9 отключается от блока - 7, тем самым судно переводится в прежний режим скорости хода (до включения блока коррекции - 7).
Через следующий интервал времени «Δt» в вычислителе - 9 вновь решаются зависимости (2)-(4).