СПОСОБ ЗРИТЕЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ НА МОРЕ
METHOD FOR VISUAL NAVIGATION ON SEA

Изобретение относится к навигационной технике, а именно к зрительной морской навигации.
Известен способ создания света электрического светооптического аппарата, реализованный в аппарате БЭПА-4 [1], согласно которому стабилизируют напряжение питания источника света, который включают на период темного времени, проблески света программируют тремя коммутаторами, при работе в режиме створных огней синхронизируют диаграмму проблесков с другими аппаратами, также при сгорании лампы, испускающей свет, меняют сгоревшую лампу на новую и устанавливают ее в фокусе линзы.
Недостаткоми данного способа является отсутствие резервирования при пропадании напряжения сети питания, когда прекращается генерирование проблеска света.
Известен способ создания света светооптического аппарата, реализованного в аппарате АП-2 [2]. Данный способ отличается от предыдущего тем, что применяют для освещения одну лампу с двумя нитями накала и в работе аппарата используют обе нити накала, а при перегорании одной нити накала постоянно используют для освещения одну целую нить накала.
Известен способ автоматического переключения основного и резервного источника света, реализованного в аппарате АПРО [3], согласно которому запитывают основным источником напряжения основной источник света, контролируют наличие основного света и при его отсутствии запитывают резервный источник света от аккумулятора.
Недостатком данного способа является отсутствие программирования и формирования проблесков света, а также контроль за режимом работы аккумулятора.
Известен способ зрительной навигации на море, взятый за прототип и реализованный в щите распределительном ШРМ-220 и в установке секторной створной УСС [4]. Согласно данному способу преобразуют внешнее питание в напряжение питания основного источника света и заряжают от внешнего питания резервный аккумулятор, учитывают при этом потребление энергии, при снижении напряжения на основном источнике света или при его отсутствии, а также при перегорании лампы основного источника света подключают резервный аккумулятор к резервному источнику света, при этом определяют момент наступления ночного времени и включают основной источник света в работу, программируют диаграмму проблесков и воспроизводят согласно диаграмме проблески света, причем производят взаимную синхронизацию проблесков двух различных основных источников света, кроме того, излучение источника света формируют оптической линзой в заданном направлении на поверхности моря, по которому ориентируют корабли, также фильтрами красного и зеленого цветов разделяют поток света на два соседних сектора с разными цветами света и при навигации корабля направляют его курс таким образом, чтобы он находился на границе красного и зеленого цветов.
Недостатком такого способа является отсутствие защиты основного источника света от пропадания внешнего питания, отсутствие контроля за состоянием резервного аккумулятора и параметрами диаграммы проблесков, отсутствие возможности оперативно изменять диаграмму проблесков и при необходимости увеличивать у основного источника силу света, а при плавучем исполнении в виде буев отсутствует контроль за его координатами. Кроме того, использование для создания света ламп накаливания, запитанных от напряжения, определяет низкую надежность такого способа, так как при периодических проблесках лампа быстро выходит из строя, а при применении современных металлогалогенных ламп, которые невозможно быстро включать и выключать, приходится механически прерывать поток света согласно диаграмме проблесков, что также снижает надежность системы навигации.
Заявленный способ решает задачу обеспечения зрительной морской навигации, отличающейся высокой точностью и надежностью, малым энергопотреблением в автономном режиме и повышенной длительностью функционирования, возможностью оперативного контроля и управления в зависимости от внешних и внутренних условий.
Для решения поставленной задачи в способ зрительной морской навигации, согласно которому накапливают энергию в резервном аккумуляторе, программируют временную диаграмму проблесков, определяют момент наступления ночи, включают основной источник света и формируют согласно диаграмме проблески основного света, по которым ориентируют корабли на поверхности моря, излучение источника света формируют в заданном направлении оптической линзой, причем в отдельных секторах цвет света устанавливают различным, кроме того, измеряют напряжение на источнике основного света и определяют наличие проблесков основного света и при падении ниже минимального уровня напряжений на основном источнике света запитывают от резервного аккумулятора источник резервного света, также синхронизируют между собой диаграммы проблесков нескольких источников основного света, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, введена последовательность действий, согласно которой заряжают основной аккумулятор от внешнего питания и запитывают основной источник света от основного аккумулятора, заряжают резервный аккумулятор от основного аккумулятора, напряжения аккумуляторов преобразуют в токи, которыми запитывают последовательно включенные "n" светодиодов основного источника света и "m" светодиодов резервного источника света, световой поток каждого светодиода формируют отдельной линзой, которую располагают на поверхности светодиода, при работе резервного источника света отключают основной аккумулятор от основного источника света, также снижают силу тока светодиодов при превышении температуры светодиодов заданной величины и при падении напряжения на основном аккумуляторе ниже заданной величины, а в импульсном режиме во время проблеска формируют прерывание тока в цепи светодиодов с частотой 20 Гц, при этом амплитуду тока увеличивают до максимальной величины, кроме того, несколько основных источников света синхронизируют через радиоканал, причем один из них устанавливают ведущим источником света, а остальные устанавливают ведомыми, а при отсутствии синхронизирующих сигналов ведомые источники света переводят в режим ведущих, также измеряют напряжения, силы токов заряда и разряда аккумуляторов, силы токов светодиодов, температуры светодиодов и аккумуляторов, передают через радиоканал измеренные величины, параметры диаграммы проблесков, режимы работы основной-резервный, наличие импульсного режима, ведомый-ведущий, также принимают через радиоканал параметры новой диаграммы проблесков, команду на включение или выключение импульсного режима.
Кроме того, в способ зрительной морской навигации введены операции, согласно которым цепь из "n" светодиодов делят на "k" частей, с помощью которых освещают поверхность моря в "k" секторах, соприкасающихся между собой сторонами, при этом в секторах моря, где возможно плавание кораблей, устанавливают белый цвет, в соседних с ними секторах устанавливают свет иного цвета, в процессе движения корабль направляют навстречу свету белого цвета, а при отклонении от курса при появлении в поле зрения света иного цвета направляют движение корабля в сторону света белого цвета.
Помимо этого, в способ зрительной морской навигации введены операции, согласно которым на плавучем устройстве зрительной навигации определяют через спутниковую систему навигации свои текущие координаты и передают их параметры по радиоканалу, а при недопустимом изменении текущих координат по отношению к заданным координатам прекращают создавать проблески света, также при начальной постановке устройства на поверхность моря устанавливают частоту проблесков пропорционально расстоянию до заданных координат, при этом транспортируют устройство в сторону, вдоль которой уменьшается частота проблесков, а при нулевой частоте проблесков устанавливают устройство на якорную цепь.
Работа по предложенному способу происходит следующим образом. Предварительно заряжают от внешнего питания основной аккумулятор, при этом в качестве внешнего питания совместно используют сеть 220В 50 Гц, ветроустановку и солнечную установку. При пропадании напряжения сети 220В 50 Гц или при ее отсутствии аккумулятор заряжают от ветра и солнечных установок.
Резервный аккумулятор заряжают от основного, так как обычно емкость основного аккумулятора в несколько раз больше емкости резервного аккумулятора. Затем программируют источник основного света и источник резервного света для создания необходимой временной диаграммы проблесков, характерных для данного района моря. Определяют момент наступления ночи и при этом запитывают от основного аккумулятора источник основного света, с помощью которого создают ток в цепи последовательно включенных "n" светодиодов, изменяющийся во времени согласно диаграмме проблесков.
На каждом из "n" светодиоде располагают отдельную линзу, которая формирует в заданном угле лучи света. Суммарные лучи света от отдельных линз образуют сектор на поверхности моря, в котором осуществляется навигация.
Применение для создания света светодиодов позволяет обеспечить высокую надежность навигации, так как светодиоды имеют продолжительный срок службы, они легко и быстро включаются и выключаются из работы и это не сказывается на сроке службы. Кроме того, светодиоды имеют высокий кпд, который позволяет иметь невысокую емкость основного аккумулятора при автономной организации навигации, например в северных широтах. Также светодиоды по своей природе бывают разного цвета и для создания световых лучей разного цвета не нужны цветные фильтры, ограничивающие дальность действия.
Силу тока светодиодов устанавливают такой величины, чтобы в любую погоду в ночное время излучаемый светодиодами свет был виден на необходимой дальности. При этом постоянно контролируют температуру светодиодов и при превышения температуры 80°С пропорционально снижают силу тока светодиодов, обеспечивая снижение их температуры до 80°С и исключая снижения срока службы светодиодов от перегрева. Также постоянно измеряют напряжение основного аккумулятора, и в автономном режиме при отсутствии сети питания 220 В 50 Гц при слабых ветрах и освещенности аккумулятор расходует свою энергию, снижая свое выходное напряжение. При снижении напряжения аккумулятора ниже заданной величины, например 21 В для 27 вольтового аккумулятора, пропорционально снижают силу тока светодиодов. В результате экономят энергию аккумулятора и увеличивают срок работы системы навигации.
При снижении напряжения основного аккумулятора ниже минимального уровня, например 18 В для 27 вольтового аккумулятора, при котором эксплуатировать аккумулятор запрещено ввиду угрозы выхода его из строя, а также при отсутствии в ночное время проблесков света отключают основной аккумулятор от основного источника света и подключают резервный аккумулятор к источнику резервного света, который временно обеспечивает навигацию в данном районе моря. При этом по радиоканалу сообщают в центр управления о переходе в режим резерв по причине разряда основного аккумулятора или при отсутствии проблесков, после чего принимают решение о замене основного аккумулятора на полностью заряженный аккумулятор, или о ремонте основного источника света.
В условиях плохой видимости, тумана и сильных дождей создают импульсный режим работы источника света, когда формируют во время проблесков прерывания тока в цепи светодиодов с частотой более 20 Гц, а амплитуду тока увеличивают до максимально возможной для светодиодов величины. При этом возрастает яркость импульсов света светодиодов, кроме того, прерывистый свет с частотой 20-40 Гц воспринимается глазом человека с повышенной чувствительностью, поэтому свет навигационных огней виден в этих условиях с большего расстояния. Если длительность импульса тока светодиодов равна длительности паузы между импульсами, то при увеличении в два раза амплитуды импульсного тока светодиодов не изменяется среднее значение тока светодиодов и потребляемая из аккумулятора мощность остается постоянной, однако при этом растет дальность действия системы навигации.
Для навигации иногда используют синхронно мигающие два и более источников основного света, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, например для организации створа, когда два источника света светят в одну сторону вдоль линии, проходящей посредине фарватера. При этом курс корабля прокладывают в направлении, в котором одновременно наблюдают два синхронных огня, то есть в середине фарватера. В этом случае данные источники света синхронизируют между собой свои диаграммы проблесков через радиоканал, причем один из источников является ведущим, а остальные - ведомыми, которые запускают радиосигналы с ведущего источника света. При выходе из строя ведущего источника света или при пропадании синхронизирующих сигналов для обеспечения работы ведомых источников света их переводят в режим ведущих источников, самостоятельно создавая проблески света с заданной диаграммой, обеспечивая непрерывность навигации кораблей.
Кроме того, измеряют напряжения, силы токов заряда и разряда, температуры основного и резервного аккумуляторов и передают через радиоканал в центр управления измеренные параметры. При этом анализируют данные параметры с целью определения качества работы аккумуляторов, определяют степень разряда обоих аккумуляторов, прогнозируют сроки их работы до момента выхода из строя, принимают решение о замене аккумуляторов на новые. Также передают через радиоканал температуру светодиодов, диаграммы проблесков, наличие режимов основной-резервный, ведущий-ведомый, наличие импульсного режима. Тем самым определяют в центре управления состояние светодиодов, работоспособность основного источника света, наличие взаимной синхронизации нескольких источников света, после чего при необходимости заменяют неисправные узлы в системе навигации. Через радиоканал из центра управления передают при необходимости параметры новой диаграммы проблесков, команду на включение импульсного режима при плохой видимости или на выключение импульсного режима при улучшении погоды на море.
В способе по пункту 2 в основном источнике света разбивают "n" светодиодов на "k" групп, каждая группа светит в своем секторе и может иметь различные цвета. В секторе, где разрешена навигация, применяют светодиоды с белым светом, а в соседних секторах, где навигация запрещена, цвет света устанавливают иным, например красным, применяя для этого соответствующие светодиоды красного цвета. При движении корабля прокладывают его курс таким образом, чтобы в поле зрения наблюдали только свет белого цвета, при появлении в поле зрения света красного цвета поворачивают корабль в сторону света белого цвета. Цветом секторного света обозначают для данного участка моря препятствия для плавания кораблей, например, красный цвет означает наличие мелей, зеленый цвет - наличие малых островов, а синий цвет - береговой линии.
В способе по пункту 3 на плавучем устройстве зрительной навигации (буй) определяют свои текущие координаты через спутниковую систему навигации и передают их по радиоканалу в центр управления, в котором собирают информацию о местонахождении всех буев. При недопустимом отклонении текущих координат буя от его заданных координат, например в случае отрыва буя от его якоря, передают через радиоканал команду о прекращении создания на этом буе проблесков. Затем по известным координатам находят буй и транспортируют его на корабле в заданное место.
При постановке буя на заданном месте стрелой крана поднимают буй с палубы и выносят его в сторону от корабля. Точность установки буя должна составлять единицы метра. При этом на буе создают проблеск света, частота которого пропорциональна расстоянию от текущих до заданных координат буя, далее транспортируют кораблем буй в сторону моря, вдоль которой уменьшается частота проблесков, а при нулевой частоте устанавливают буй на якорь.
Использованная литература
1. Дополнение №1 к справочнику по средствам навигационного оборудования. Часть 2. Министерство управления навигации и океанографии министерства обороны Российской Федерации Санкт-Петербург, 1996 г., с.45.
2. Дополнение №1 к справочнику по средствам навигационного оборудования. Часть 2. Министерство управления навигации и океанографии министерства обороны Российской Федерации Санкт-Петербург, 1996 г., с.40.
3. Дополнение №1 к справочнику по средствам навигационного оборудования. Часть 2. Министерство управления навигации и океанографии министерства обороны Российской Федерации Санкт-Петербург, 1996 г., с.37.
4. Дополнение №1 к справочнику по средствам навигационного оборудования. Часть 2. Министерство управления навигации и океанографии министерства обороны Российской Федерации Санкт-Петербург, 1996 г., с.144; 102.