УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ СУДНА

Полезная модель относится к судостроению, а именно к экспериментальным средствам определения параметров движения судов в различных метеорологических условиях, и может быть использована при маневренных и ходовых испытаниях надводных судов, в том числе безэкипажных и автономных.
В процессе проведения мореходных испытаний судна определяются следующие параметры его движения: углы курса, крена и дифферента, скорость, географические координаты и др. Известные в указанной области устройства (патент РФ №2259301, опубл. 27.08.2005; патент РФ №2221726, опубл. 20.01.2004 и др.), при определении указанных параметров, как правило, основываются на дополнительных измерениях, требующих участия экипажа, и в этой связи не могут быть использованы для судов с полностью автоматическим управлением, например, для безэкипажных судов.
Известен измерительный комплекс «ВЕГА», предназначенный для автоматического определения параметров движения морских объектов и представляющий собой инерциально-спутниковую интегрированную систему ориентации и навигации, в состав которой входят инерциальный измерительный модуль на микромеханических датчиках и одноосном волоконно-оптическом гироскопе, и мультиантенная приемная аппаратура спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS.
Недостатком комплекса является отсутствие возможности учитывать влияние внешних метеорологических условий на параметры движения судна.
Известно устройство контроля мореходности судна по пат. РФ №2467914, опубл. 27.11.2012, содержащее: датчик курсового угла, датчик скорости, блоки датчиков осадки судна носом и кормой, блок датчиков угловых перемещений колебательного движения судна относительно продольной, поперечной и вертикальной осей, блок датчиков ускорений судна на волнении, соединенные с блоком коммутации и предварительной обработки информации, соединенным с процессором-классификатором, процессором-редактором, метрологическим процессором, которые соединены с интеллектуальным процессором с образованием ЭВМ, соединенной посредством интеллектуального процессора с дисплеем, системой документирования и экспертной системой, радиовысотомер малых высот, соединенный своим выходом с ЭВМ, которая также соединена с выходами датчика курсового угла, датчика скорости и с выходами приемоиндикатора спутниковой навигационной системы и измерителя параметров ветра, аппаратно-программный модуль моделирования динамики движения судна в стесненных навигационных обстоятельствах, соединенный своим входом с экспертной системой, а своим выходом с интеллектуальным процессором.
Недостатком известного аналога является сложность его реализации, связанная с большим количеством измерительных датчиков. Кроме того для обработки поступающих данных необходимо использовать несколько разнородных по своей функциональности программных комплексов.
Среди известных аналогов наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является измерительный комплекс по патенту РФ №144079, опубл. 10.08.2014, выбранный в качестве прототипа устройства. В состав измерительного комплекса входят: интегрированная система ориентации и навигации судна, содержащая инерциальный измерительный модуль, мультиантенную приемную аппаратуру спутниковых навигационных систем, антенный модуль, управляющий компьютер и связанную с ними регистрирующую аппаратуру.
В процессе работы комплекс осуществляет прием сигналов со спутников навигации, обработку и преобразование сигналов в параметры движения судна в цифровом виде и их последующую регистрацию и хранение.
Недостатком данного измерительного комплекса является недостаточная точность определения параметров движения судна, т.к. он не учитывает воздействия внешних естественных метеорологических факторов - скорость и направление ветра, которые существенно влияют на ходовые и маневренные качества судна и должны регистрироваться в процессе испытаний судна.
Предлагаемая полезная модель решает проблему повышения точности определения параметров движения судна при проведении ходовых и маневренных испытаний путем учета и регистрации влияния метеорологических факторов.
Для решения проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в устройстве определения параметров движения судна, включающем так же, как и прототип, антенный модуль, соединенный с мультиантенной приемной аппаратурой спутниковых навигационных систем, инерциальный измерительный модуль, первый вход которого соединен с выходом мультиантенной приемной аппаратуры спутниковых навигационных систем, второй вход - с выходом управляющего компьютера, а выход - с регистрирующей аппаратурой, в отличие от прототипа, в состав устройства включена метеостанция, соединенная с третьим входом инерциального измерительного модуля, при этом все блоки размещены в одном корпусе.
Сущность полезной модели заключается в введении в состав комплекса, осуществляющего определение параметров движения судна, дополнительного блока, который при исследовании объекта позволяет учитывать внешние гидрометеорологические явления, связанные с ветровыми нагрузками на корпус судна. При этом благодаря современной элементной базе, все части устройства, осуществляющие измерение, регистрацию и хранение необходимых параметров, расположены в едином компактном корпусе, что обеспечивает простоту и удобство его применения.
Сопоставление предлагаемого устройства с прототипом показало, что поставленная задача - повышение точности определения параметров движения судна - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие заявленной полезной модели критерию патентоспособности «новизна».
Сущность устройства определения параметров движения судна поясняется графическими материалами (фиг. 1).
Устройство (фиг. 1) содержит: антенный модуль 1, информация от которого поступает в мультиантенную приемную аппаратуру спутниковых навигационных систем 2 и далее инерциальный измерительный модуль 3, работа которого управляется компьютером 4. К инерциальному измерительному модулю 3 подключены метеостанция 5 и регистрирующая аппаратура 6.
Предлагаемое устройство представляет собой единую конструкцию: антенный модуль 1 и метеостанция 5 закреплены снаружи компактного малогабаритного корпуса, остальные блоки установлены внутри него. Такое выполнение устройства позволяет использовать его в качестве переносного прибора, осуществляющего измерение необходимых параметров и за счет возможности беспроводной сетевой коммуникации - передачу информации, полученной в ходе измерений, в центр управления судном. Кроме того автономность устройства позволяет использовать его как «черный ящик» для изучения «поведения» судна во время плавания.
Устройство может быть реализовано на следующих элементах:
В качестве антенного модуля может быть использован блок антенн судового спутникового компаса SC-130, в качестве приемной аппаратуры спутниковых навигационных систем - малогабаритный модуль типа СН-7700, в качестве метеостанции - анемометр от судовой метеостанции АМ706D, в качестве инерциального измерительного модуля - малогабаритная система, построенная на микроэлектромеханических акселерометрах и гироскопах типа ГЛ-ВГ109 или БИНС 500К, в качестве управляющего компьютера - одноплатный компьютер типа Raspberry pi 3, в качестве регистрирующей аппаратуры  ̶ портативный твердотельный SSD диск типа Transcend TS960GESD250C.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Антенный модуль 1 принимает сигналы от глобальный навигационных спутниковых систем (скорость судна, курс судна, широта, долгота, координаты в декартовой системе координат, высота в географической системе координат и т.п.), затем передает их на мультиантенную приемную аппаратуру спутниковых навигационных систем 2, где эти сигналы обрабатываются и преобразуются в параметры движения судна в цифровом виде. Инерциальный измерительный модуль 3 получает данные угла крена и угла дифферента корпуса судна, суммирует их с данными от мультиантенной приемной аппаратуры спутниковых навигационных систем 2 и от метеостанции 5. Управление работой инерциального измерительного модуля 3, в том числе совместный синтез данных в виде поправок от мультиантенной аппаратуры 2 и метеостанции 5 производится при помощи управляющего компьютера 4. Все поступающие, измеренные и расчетные данные в режиме реального времени передаются на регистрирующую аппаратуру 6 для записи, хранения и дальнейшего анализа.
По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает более точное определение и регистрацию ходовых и маневренных характеристик судов во время их испытаний за счет учета и регистрации влияния метеорологических факторов на определяемые параметры.
В дальнейшем, устройство предполагается использовать при проведении натурных испытаний для определения ходовых и маневренных характеристик судов различного назначения, в т.ч. безэкипажных или автономных надводных судов.
Предлагаемая полезная модель была разработана сотрудниками ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в составе научно-исследовательских работ. Было произведено моделирование устройства и изготовлен макет, испытания которого дали хорошие результаты. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость».