Патент на изобретение №2383464

(54) УСТРОЙСТВО ИСКЛЮЧЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЯ СУДНА С ВСТРЕЧНЫМ ДВИЖУЩИМСЯ ОБЪЕКТОМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области судовождения и, в частности, к автоматическому управлению движением судна по заданному направлению с выявлением встречных объектов, с которыми возможно столкновение, и автоматическим расхождением с ними. Устройство выполнено с использованием приемника спутниковой навигационной системы, вычислителя, радара, рулевого привода, сумматора и блока коррекции скорости хода судна. В последний из вычислителя вводится сигнал коррекции скорости хода судна, вырабатываемый в случае удовлетворения условий столкновения судна со встречным объектом. Ведение заданной коррекции скорости хода судна позволяет надежно исключить столкновение с встречным подвижным объектом. 1 ил.

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.

На чертеже представлена блок-схема аппаратуры автоматического расхождения судна со встречным объектом, содержащая: приемник СНС – 1, задатчик путевого угла ПУ_зд. – 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).

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 ^гр/_сек; 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.

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_зд.», датчика – 3 угловой скорости судна «» и датчика – 4 руля «». На выходе сумматора – 6 вырабатывается скорость перекладки руля – «d/dt », которая поступает на вход рулевого привода – 5:

– угол перекладки руля,

К_i=1,2,3 – постоянные коэффициенты регулирования.

При отсутствии встречного объекта судно движется с заданной скоростью «V_суд.зд.»

2. При появлении встречного объекта с выхода радара – 8 поступят на первый вход вычислителя – 9:

– азимут встречного объекта «»,

– расстояние от встречного объекта до судна «L».

На второй вход вычислителя – 9 с выхода приемника СНС-1 поступят:

– курс судна «»,

– текущая широта судна «Ф_i»,

– текущая долгота судна «_i»,

– путевой угол судна «ПУ_суд.i»,

– текущая скорость судна V_суд.i.

В вычислителе – 9 формируются текущая широта и долгота встречного объекта, вектор расстояния от судна до встречного объекта «L_{об.,суд.}», путевой угол встречного объекта ПУ_об. и скорость хода V_oб.:

а) текущая широта и долгота встречного объекта

где:

– текущий курс судна,

– текущий азимут встречного объекта,

L_об.суд. – расстояние от судна до встречного объекта,

Ф_об.об.,(Ф_суд.,_суд.) – текущая широта и долгота встречного объекта (и судна),

б) путевой угол встречного объекта:

где:

ПУ_об. – текущий путевой угол встречного объекта,

Ф_об.i-1, _об.i-1. и Ф_об.i, _об.i – текущая широта и долгота встречного объекта в момент времени «t» и в следующий момент времени «t+t»,

в) скорость хода встречного объекта:

где:

Ф_об.i-1, _об.i-1. и Ф_oб.i, _об.i – текущая широта и долгота встречного объекта в момент времени t и в следующий момент времени t+t, V_oб. – скорость движения встречного объекта,

d/dt – символ дифференцирования.

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_n·_n) – возможного пересечения отрезков траекторий будущего движения судна и встречного объекта:

где:

Ф_об.i+Ф_об.=K₁(_oб.i–_об.),

Ф_суд.i+Ф_cуд.=K₂(_суд.i–_суд.),

Ф_об., Ф_суд., _об., _суд. – 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 «t» вновь решаются зависимости (2)-(4).

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_n, _n):

где:

t_суд.=L_суд./V_суд.,

t_об.=L_об./V_об.,

L_суд. – расстояние между текущим положением судна (Ф_суд., _суд.) и точкой пересечения траекторий (Ф_n, _n),

L_об. – расстояние между текущим положением встречного объекта (Ф_об., _об.), и точкой пересечения траекторий (Ф_n, _n),

V_суд., V_oб. – скорость движения судна и встречного объекта,

t_суд., t_об. – расчетное время движения судна и встречного объекта от текущих широт и долгот судна и встречного объекта (Ф_суд. Ф_об., _суд., _об.) до точки пересечения траекторий (Ф_{n n}).

5а. Если условие (6) не выполняется – в вычислителе – 9 через интервал времени «t» вновь решают зависимости (2)-(4) и т.д.

5б. Если условие (6) выполняется – в вычислителе – 9 вырабатывается уставка V_суд., при введении которой в блок коррекции скорости хода – 7 условие (6) перестает выполняться.

Уставка V_суд. определяется из зависимостей:

где:

t_{суд корр.}=L_суд./V_{суд.корр.},

t_об.=L_об./V_об.,

L_суд. – расстояние между текущим положением судна (Ф_суд., _суд.) и точкой пересечения траекторий (Ф_n, _n),

L_об. – расстояние между текущим положением встречного объекта (Ф_об., _об.) и точкой пересечения траекторий (Ф_n, _n),

V_{суд.корр.,} V_oб. – корректированная скорость движения судна и скорость встречного объекта.

Величина V_суд. определяется в вычислителе – 9, используя зависимость (6А):

при t_суд.-t_об.<0, – V_суд. (определяется в отрицательной области приращения скорости хода судна),

при t_суд.-t_об.>0, +V_суд. (определяется в положительной области приращения скорости хода судна).

6. Величина «V_суд.», полученная в вычислителе – 9 по зависимости (6А), поступает в блок коррекции скорости хода – 7, при этом судно переходит в режим движения со скоростью «V_корр.».

7. В вычислителе – 9 формируется t_{суд.кор.}:

t_{суд.кор.} = L_суд./V_{суд.кор.}

8) Через интервал натурального времени t_{суд.кор.} сигнал «V_суд.» 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 «t» в вычислителе – 9 вновь решаются зависимости (2)-(4).

Формула изобретения

Аппаратура автоматического расхождения судна со встречным объектом, содержащая приемник спутниковой навигационной системы, вырабатывающий сигналы курса, текущей широты, текущей долготы, путевого угла и текущей скорости судна, задатчик путевого угла, датчик угловой скорости судна и датчик угла руля, выходы которых подключены к соответствующим входам сумматора, вырабатывающего сигнал скорости перекладки руля и соединенного с рулевым приводом, отличающаяся тем, что дополнительно содержит блок коррекции скорости хода, радар, вырабатывающий сигналы азимута встречного объекта и расстояния от встречного объекта до судна, и вычислитель, подключенный входами к радару и приемнику спутниковой навигационной системы, а выходом – к входу блока коррекции скорости хода, и выполненный с возможностью формирования траекторий будущего движения судна и встречного объекта, а также определения по ним в ограниченной акватории судна широты и долготы точки пересечения отрезков траекторий будущего движения судна и встречного объекта.

РИСУНКИ