Бортовая система прогноза гидрофизических параметров
ON-BOARD HYDROPHYSICAL PARAMETER FORECASTING SYSTEM

Настоящее изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано на надводных кораблях (НК) и подводных лодках (ПЛ).
Для осуществления возможности получения нк и пл оперативных и прогнозных оценок характеристик морской среды на кораблях установлены автоматизированные гидрометеорологические станции КМС-3, обрывной термозонд ТЗО-3, аппаратура измерения скорости звука МГИ-01. Подводная лодка (при нахождении в подводном положении) для решения вышеназванных задач способна:
- производить измерения собственными средствами, например, с помощью аппаратуры измерения скорости звука МГ-543, эхоледомера или эхолота;
- использовать статистические данные климатического масштаба, полученные из атласов, пособий и руководств, находящихся на борту корабля, либо из баз данных, встроенных в гидроакустический комплекс (ГАК) или боевую информационно-управляющую систему (БИУС). [Серавин Г.Н., Микушин И.И. Методы и средства измерения скорости звука в море. СПб.: Судостроение, 2012 г., 223 с.].
Для устранения дисбаланса в информационном обеспечении потребителей на пл между необходимостью количественного учета параметров среды ее нахождения и сложившейся системой их получения, рассматривая скрытность действия от обнаружения в качестве основного условия функционирования объекта, применяя принцип системности в гидрологическом обеспечении деятельности, предлагается бортовая система прогноза гидрофизических параметров (БСПГП).
Целью изобретения является повышение точности и своевременности получения характеристик, их анализа и прогнозирования на текущий момент времени и последующий промежуток времени гидрофизических характеристик района применения носителя с выдачей информации внутрикорабельным потребителям.
Поставленная цель достигается тем, что бортовая система прогноза гидрофизических параметров, состоящая в виде трех модулей, при этом в первый модуль входят внутренние источники информации состояния из бортовых измерительных датчиков, разовых измерительных зондов и базы знаний о гидрологических параметрах (ГП) района действия, во второй модуль входят внешние источники информации, состоящие из бортовых измерительных датчиков автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), стационарных измерительных систем, сетецентрической системы освещения подводной обстановки (ΟΠΟ) ВМФ и берегового центра автоматизированной системы гидрометобстановки (АС ГМО) ВМФ, причем как первый, так и второй модуль соединены с третьим модулем, представляющим собой бортовую систему прогноза гидрофизических параметров, в которую входят блок обработки входных данных, к входу которого поступает информация с первого и второго модулей системы, а с выхода блока обработки входных данных информация поступает на блок прогноза гидрофизических характеристик (ГФХ) морской среды, при этом на вход этого блока поступает информация с цифровой модели морской среды и из базы климатических данных ГФХ тактического масштаба, с выхода блока прогноза ГФХ морской среды информация поступает на блок выдачи ГФХ, откуда она поступает корабельным потребителям, таким как ГАК, БИУС и т.д.
На чертеже представлена функциональная схема бортовой системы прогноза гидрофизических параметров.
Она содержит:
I - первый модуль, который состоит из:
1 - бортовых измерительных датчиков;
2 - разовых измерительных зондов;
3 - базы знаний о ГП района действий сил;
II - второй модуль, который состоит из:
4 - бортовых измерительных датчиков АНПА;
5 - стационарных измерительных систем;
6 - сетецентрической системы ΟΠΟ ВМФ;
7 - берегового центра АС ГМО ВМФ;
III - третий модуль, который состоит из:
8 - блока обработки входных данных;
9 - цифровой модели морской среды;
10 - блока прогноза ГФХ морской среды;
11 - базы климатических данных ГФХ тактического масштаба;
12 - блока выдачи ГФХ;
13 - блока потребителей.
Рассмотрим организацию информационного взаимодействия БСПГП. Внутренние источники информации и ГФХ среды (модуль I) обеспечивают систему измеренными параметрами собственными датчиками (сенсорами) 1, 2 или из базы знаний 3, ранее полученными в данном районе данной ПЛ. Они будут являться основными при нахождении ПЛ в подводном положении из-за ограничений пропускной способности канала передачи информации от внешних источников (модуля II).
Внешние источники информации (модуль II) находятся в гидросфере и выполняют измерения ГФХ, например АНПА 4, стационарная измерительная система 5 или система ΟΠΟ ВМФ 6, также могут передавать на ПЛ короткие информационные сообщения с использованием гидроакустического канала передачи информации. Весомая часть информации о ГФХ для отдельных районов Мирового океана сосредоточена в береговом центре АС ГМО ВМФ 7, может поступать в БСПГП с использованием радиосетей в плановые сеансы связи с пл. Вся поступающая информация в БСПГП анализируется в блоке 8 обработки входных данных и в виде начальных условий участвует в выработке текущих и прогнозных оценок ГФХ 10 конкретного морского района. Результаты работы данного блока определяют в значительной мере качество анализа и прогноза. База климатических данных ГФХ 11, находящаяся в цифровом виде в БСПГП, охватывает район одного моря или отдельной части океана, где планируется нахождение ПЛ за весь период плавания. Такая база данных будет иметь статус тактического масштаба. Структура ее построения, состав хранящейся информации, вид и объем выходных параметров определяются требованиями входных параметров цифровой модели морской среды 9 и исходными данными блока прогноза ГФХ 10. Блок цифровой модели морской среды 9 основан на специальном программном обеспечении, реализующем численное моделирование морской среды на основе системы уравнений геофизической гидродинамики, записанных для заданных пространственно-временных масштабов, которые для данной системы являются: тактический масштаб по пространству и период выполнения боевой задачи по времени. В системе уравнений геофизической гидродинамики использованы осредненные по Рейнольдсу уравнения механики сплошных сред, замкнутые надлежащим образом и записанные для слоя несжимаемой жидкости на сферической вращающейся Земле в поле силы тяжести. [Семенов Е.А. Численное моделирование морской среды. Состояние, проблемы и перспективы // Труды IX Всероссийской конференции. СПб.: Наука, 2008, с. 11-16].
С учетом начальных условий, поступивших из блока обработки входных данных 8, и граничных условий, поступивших из базы климатических данных 11, цифровая модель 9 среды района нахождения ПЛ в автоматическом режиме постоянно поддерживается в актуальном состоянии, характеризующемся соответствием рассчитанных ГФХ непосредственно измеренным. В блоке прогноза ГФХ 10 непосредственно формируется объем параметров табличного или графического характера отображения для заданных оператором пространственно-временных масштабов, предположительно по семи параметрам: температура, соленость, плотность, три компоненты скорости течения воды на различных глубинах и гидростатическое давление. Через блок выдачи ГФХ 12 представляются корабельным потребителям информации, которые их используют: в обеспечении управления движением ПЛ (или АНПА), в особом режиме - при всплытии (или погружении) без хода; в обеспечении применения подводного оружия и занятия ПЛ стартовых позиций; в активном и пассивном режимах обнаружения погруженной цели, режиме классификации и определения координат и параметров движения обнаруженной цели, режиме звукоподводной связи и опознавания ГАК; в обеспечении повышения точности характеристик подводной навигации и безопасности мореплавания, решаемых навигационным комплексом.
Заявленная система решает следующие задачи:
- постоянный мониторинг гидрофизических полей морской среды в районе нахождения носителя (ПЛ или НК) с учетом информационного взаимодействия с внешними источниками информации;
- выработка прогнозных оценок ГФХ морского района нахождения носителя на время выполнения задачи;
- поддержание соответствия цифровой модели среды реальной обстановке района моря;
- обеспечение необходимыми информационными данными и прогнозными оценками ГФХ морской среды корабельных потребителей информации.
Таким образом, заявленная система БСПГП позволяет в значительной степени повысить точность и своевременность получения характеристик их анализа и прогнозирования на текущий и перспективный момент времени за счет оперативного учета состояния изменчивости ряда ГФХ среды ее нахождения, выбора оптимальных параметров движения и маскирования своих физических полей гидрофизическими неоднородностями и фоновыми аномалиями водной среды, использования в системе освещения обстановки алгоритмов обработки согласованных со средой распространения информации.