Устройство и принцип работы сарп
Лекция 12
12.1. ОБОБЩЕННАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА САРП
Несмотря на большое разнообразие технической реализации САРП, многие устройства выполняют общие функции. Это позволяет с помощью упрощенной функциональной схемы (рис 12.1) рассмотреть устройство и принцип работы САРП.
Функциональные схемы конкретных САРП могут отличаться от приведенной упрощенной обобщенной схемы, так как они значительно отличаются по способу построения различных трактов и по их технической реализации.
Большинство САРП состоит из следующих приборов и устройств:
датчиков информации;
сопрягающих устройств;
индикатора ситуаций.
В качестве датчиков информации в САРП применяются:
одно- или двухдиапазонные судовые РЛС,
лаг
гирокомпас.
На рисунке двухдиапазонная РЛС состоит из антенн 3- и 10 сантиметрового диапазонов (А3, А10), приемопередатчиков 3- и 10 сантиметрового диапазонов (П3, П10) и двух индикаторов ИКО1 и ИКО2.
Информация от лага и гирокомпаса подается на ИКО для получения режима истинного движения (ИД).
От РЛСпоступают следующие данные:
текущее значение углового положения антенны в пространстве КУА,
видеосигналы об окружающей обстановке ВС
импульсы синхронизации ИС.
От лага ЛГ поступает:
информация о скорости Vс.
От гирокомпаса ГК поступает:
информация о курсе Kс.
Одно- или двухдиапазонная РЛС может использоваться в обычном режиме, и тогда на ИКО1 и ИКО2 имеется возможность наблюдать окружающую радиолокационную обстановку и решать типичные радиолокационные задачи.
В режиме автоматической радиолокационной прокладки РЛС, выполняя обычные функции, является одновременно основным датчиком информации о наблюдаемой обстановке.
Импульсы синхронизации в дальнейшем используются для синхронизации канала синхронизатора.
Информация об угловом положении антенны после преобразования и кодирования используется в ряде трактов САРП.
Данные лага ЛГ о скорости и гирокомпаса ГК о курсе судна после преобразований используются для формирования вектора скорости собственного судна, для вычисления параметров наблюдаемых целей, для создания режима ИД в режиме автоматической радиолокационной прокладке (АРП) и др.
В некоторых типах САРП, кроме АРП, предусмотрена возможность ручного ввода данных о скорости судна (в случае отсутствия лага или выхода его из строя).
Информация от датчиков поступает в аналоговой форме, а кодирование и вывод ее в цифровой процессор или вычислительную машину требуют дискретной формы ее представления.
Основное назначение сопрягающих устройств – преобразование данных в аналоговой форме от датчиков информации в дискретную форму для ее дальнейшего кодирования, преобразования и ввода в цифровой процессор и другие тракты САРП.
Рассмотрим кратко назначение отдельных сопрягающих устройств.
Преобразователь курсового угла антенны (КУА) предназначен для преобразования углового положения антенны в пропорциональную последовательность импульсов или в кодовую последовательность. Территориально он может располагаться как в районе антенны, так и канале пеленга антенны, в зависимости от типа САРП.
Квантующее устройство предназначено для квантования видеосигналов ВС по амплитуде и по времени (по дальности).
Квантование по амплитуде может быть двухуровневое (бинарное) или многоуровневое. Время квантования по дальности выбирают таким образом, чтобы не загрублять разрешающую способность РЛС по дальности и в тоже время обеспечивать надежное автосопровождение при различных метеоусловиях и заданную точность измерения параметров надводных объектов.
Преобразователи скорость – цифра ПСЦ и курс – цифра ПКЦ служат для преобразования аналоговых значений скорости и курса собственного судна в цифровую форму.
Рассмотрим назначение отдельных трактов и каналов индикатора ситуаций.
Информационно-вычислительный канал ИВК предназначен для приема, переработки, вычисления и хранения информации и выдачи ее на устройства отображения и сигнализации.
Канал включает в себя специализированную ЦВМ или цифровой процессор, устройства связи с другими каналами и трактами, устройство кодирования и имитации и др.
Цифровой процессор в свою очередь состоит из блока арифметического устройства, блоков постоянной, оперативной и буферной памяти, блока преобразования сигналов и др.
Он выполняет следующие функции:
арифметическую и логическую обработку информации в соответствии с управляющими сигналами;
через устройства связи осуществляет обмен информацией с абонентами системы во время выполнения команд ввода и вывода;
обеспечивает прерывание вычисления текущей программы для выполнения команды прерывания и др.
Канал синхронизации КСx предназначен для синхронизации работы всех каналов системы.
В автоматизированных РЛС совмещенных с САРП синхронизатор также синхронизирует работу блоков РЛС.
Сигналы синхронизатора обеспечивают согласование во времени процессов излучения и приема сигналов, обработки и отображения информации.
Вырабатываемые синхронизатором импульсы с периодом следования импульсов Т (рис.15.2) разделяют:
на время t1, необходимое для представления первичной радиолокационной информации;
на время t2, необходимое для представления вторичной информации в устройствах отображения;
на время t3, необходимое для завершения переходных процессов к моменту излучения последующего зондирующего импульса.
Тактирующие и управляющие импульсы синхронизатора управляют работой информационно-вычислительного и других каналов.
В канале видеосигналов нормируется видеосигнал, который смешивается с дополнительными импульсами и служебными метками.
Далее результирующий сигнал усиливается и подается для отображения на ЭЛТ. В канале видеотракта или в отдельных блоках обнаруживаются и классифицируются объекты, кодируются сигналы для ввода в ЦП.
Канал разверток КР (см рис. 12.1) создает напряжение радиально-круговой развертки для отображения первичной информации и напряжение координатной развертки для отображения вторичнойграфической и цифровой информации.
В канале пеленга антенны КПА формируется последовательность импульсов или кодовая последовательность, соответствующая текущему значению пеленга антенны.
Устройство отображения первичной и вторичной информации состоит из канала ЭЛТ (КЭЛТ) и цифровых табло ЦТ.
В большинстве САРП на ЭЛТ совмещается отображение первичной информации об окружающей обстановке, вторичной графической и цифровой.
На ЦТ, как правило, отображается цифровая информация.
Канал управления, контроля и индикации КУКИ предназначен для формирования сигналов управления работой системы и индикации положения органов управления, сигналов контроля, формирования команд управления и др. КУКИ позволяет вести обмен информацией между оператором и системой. судоводитель с помощью органов управления задает и запрашивает, что ему необходимо, а цифровой процессор выдает запрашиваемую информацию на экран ЭЛТ и цифровые табло.
12.2. МЕТОДЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В САРП
Первичную и вторичную информацию в САРП необходимо представлять судоводителю в ясной и легкодоступной форме, которая позволяет быстро и однозначно определять качественные и количественные характеристики сопровождаемых объектов.
Для существующих в настоящее время САРП характерны 2 метода представления информации.
Первый метод основан на совмещенном отображении первичной и вторичной информации на одном экране.
Второй метод основан – на использовании двух отдельных индикаторов для отображения первичного радиолокационного изображения и вырабатываемых системой данных.
Первый метод отображения информации считается более удобным для судоводителя.
Рассмотрим более подробно способы отображения информации на экране ЭЛТ и табло.
Первичная информация на экране ИКО отображается в виде обычного радиолокационного изображения: отметки эхо сигналов от наблюдаемых объектов, метки НВД, метки курса.
Вторичная (вычисленная) информация отображается на экране ИКО в графической и буквенно-цифровой форме.
Для отображения первичной информации в САРП применяются
радиально-круговая развертка,
телевизионная развертка,
векторная (цифровая) развертка.
Применение указанных видов развертки зависит от того, какой экран установлен в САРП: ЭЛТ, телевизионный экран либо жидкостно-кристаллический дисплей.
Основной недостаток экрана в виде ЭЛТ – малая яркость свечения изображения. В свою очередь это требует затемнения помещения или применения тубуса.
Телевизионная развертка позволяет наблюдать радиолокационный сигнал при дневном освещении, что является важным ее преимуществом.
Векторная (цифровая) развертка применяется в жидкостно-кристаллических дисплеях, что гарантирует отличную видимость при любой освещенности. Отметки, символы и текст могут быть представлены на экране различными цветами. В последнее время получила наиболее широкое распространение. Применяется в САРП «FURUNO – FAR – 2817, 2827, 2837 S (Япония), JMA 9832 SA (Япония), BridgeMaster серии Е (Великобритания) и др.
Для отображения вторичной информации в большинстве систем используется координатная развертка.
При координатной развертке луч ЭЛТ перемещается с помощью команд от процессора в заданную точку экрана и вычерчивает требуемый символ или цифру. Эта развертка осуществляется в период после создания основной развертки.
К графической форме вторичной информации относятся символы, линии, маркеры.
Подвижной маркер служит для
- ручного захвата цели на автосопровождение,
- стробирования цели, цифровой формуляр которой необходимо вывести на экран ЭЛТ или табло.
Подвижной маркер может иметь различную конфигурацию. Например, в САРП «Бриз-Е» подвижной маркер выполнен в виде кольца, а в САРП «Океан-С» в виде перекрестия и может свободно перемещаться при помощи специального устройства в любую точку экрана.
Признак сопровождения цели и обработки ее параметров выполняется:
в виде кольца (САРП «Бриз-Е»),
в виде кораблика (САРП «Океан-С»),
в виде двух дуг,
в виде других графических элементов.
Знак сопровождения свидетельствует о том, что данная цель обрабатывается процессором.
Через 1 мин после захвата вырабатываются параметры движения цели и на экране индуцируется вектор перемещения:
ЛИД – линия истинного движения
или ЛОД – линия относительного движения в зависимости от режима ориентации.
Длина вектора соответствует перемещению объекта за время прогноза ТЭ. Время прогноза дискретно может устанавливаться штурманом в пределах от 1 до 30 мин.
Прогнозирование дает возможность судоводителю наблюдать развитие ситуации сближения своего судна с объектом или объектов между собой в ускоренном масштабе времени (например, в САРП «Бриз-Е» время ускорения соответствует 1:60).
Прогнозирование можно осуществлять в режиме ЛИД и ЛОД. При этом длина линий движений увеличивается пропорционально времени прогноза.
Продлевая линию движения объекта до касания с линией движения своего судна, можно легко определить, когда и как (по носу или корме) встречное судно пересечет курс своего судна.
Если концы движения своего и встречного судов сойдутся или сблизятся в одной точке, то это означает, что существует реальная опасность столкновения.
Результаты прогнозирования должны учитываться штурманом при принятии решения о выполнении маневра.
Если цель опасна, то знак сопровождения и вектор перемещения данной цели мигают, что позволяет легко выделить ее среди других целей на экране.
Одновременно включается звуковая и световая сигнализация для привлечения внимания штурмана, если он в это время не вел наблюдения по экрану индикатора.
При срыве автосопровождения цели из-за помех знак сопровождения и вектор перемещения становятся штриховыми.
Это показывает штурману, что данная цель не обрабатывается цифровым процессором, и он должен принять соответствующие меры предосторожности.
В некоторых типах САРП может представляться и другая графическая информация.
Например, в первых САРП фирмы «Sperry», которая сейчас входит в фирму Litton Marine Systems (США), представлялись опасные зоны в виде эллипсов, а в последних моделях – в виде шестиугольника, что значительно упрощает построение их на экране САРП.
Цифровая информация, отображающаяся на экране ИКО или табло, включает, прежде всего, цифровой формуляр цели.
Он представляет собой вычисленные цифровые данные о параметрах сопровождаемого объекта:
П – пеленг на объект;
D – дальность до объекта;
КЦ – курс цели;
VЦ – скорость цели;
DКР – дистанция кратчайшего сближения;
ТКР – время до точки кратчайшего сближения.
На индикаторе также в виде цифр указываются время прогнозирования ТЭ, курс и скорость собственного судна.
Информация, отображаемая на экране САРП «Бриз-Е» (рис. 15.3) состоит из первичной радиолокационной информации в виде наблюдаемой круговой обстановки:
1 – береговая черта;
2 – отметки целей;
14 – неподвижные визиры дальности;
3 – метка курса.
Вторичная (вычисленная) графическая радиолокационная информация представлена:
4 – символ сопровождения цели в виде колец;
5 – линия движения в режиме ОД и ИД;
6 – метка «север»;
7 – время прогноза ТПРОГН;
8 – символ опасной или маневрирующей цели в виде мигающего кольца и линии движения;
9 – символ собственного судна в виде кольца диаметром 8 мм в центре экрана;
10 - вычисленные сглаженные значения курса собственного судна;
11 - вычисленные сглаженные значения скорости собственного судна;
12 – символ срыва автосопровождения в виде пунктирного кольца и линии движения;
13 – подвижный маркер в виде кольца с точкой в центре;
15 – цифровой формуляр цели, в который входят П, D, КЦ, VЦ, DКР, ТКР.
Цифровой формуляр на этих знакоместах появляется, если совместить подвижной маркер 13 с кольцом любой сопровождаемой цели и клавишу «Формуляр».
Если точка кратчайшего сближения пройдена, то ТКР отображается со знаком «-». В случае, когда VОТН < 1 уз, на знакоместе скорости цели отображается символ «+++».
Если подвижной маркер находится в любой точке экрана, то в формуляре индицируется пеленг и дальность до места положения маркера. Это позволяет оперативно измерять пеленг и дальность до любого навигационного ориентира.
На экране также в цифровом виде представлено время прогноза ТПР (7), а также вычисленные сглаженные значения курса 10 и скорости 11 собственного судна.
Рассмотрим особенность отображения информации на экране и табло САРП «Океан-С» в режиме АРП (рис.15.4).
С помощью радиально-круговой развертки создается радиолокационное изображение круговой обстановки (первичная радиолокационная информация):
4 – метка курса;
5 – протяженные цели;
8 – точечные цели;
13 – неподвижные визиры дальности.
С помощью координатных разверток на экране ЭЛТ отображается следующая информация (вторичная радиолокационная информация):
1 – символ подвижного координатного маркера в виде знака умножения;
2 – цифровой формуляр маркера с данными о пеленге В и дальности D;
3 – машинная метка курса в виде короткого вектора, выступающего за пределы экрана. Она высвечивается во всех режимах работы и является указателем курса судна по круговой шкале экрана;
6 - символ начала развертки (положение своего судна) в виде кольца;
7 – символ начала отсчета координат в виде перекрестия;
9 – вектор перемещения цели, длина которого соответствует времени экстраполяции, установленному оператором;
10 – символы сопровождаемых целей для подвижных объектов в виде «корабликов»;
11 – вектор перемещения цели, длина которого соответствует времени экстраполяции, установленному оператором;
12 – охранное кольцо;
14 – символы сопровождаемых целей в виде кружков для неподвижных объектов;
К вторичной радиолокационной информации относится цифровой формуляр целей, находящихся под символом подвижного маркера, индуцирующих одну из следующих пар параметров: пеленг В и дальность D, курс К и скорость V, дистанцию Dкр и время Ткр.
Охранное кольцо 12 позволяет штурману в зависимости от навигационной обстановки устанавливать размер опасной зоны. При пересечении отметок целей границы охранного кольца срабатывает звуковая и световая сигнализация.
Отображение символов подвижных целей в виде корабликов позволяет режиме ОД наблюдать линии относительного движения ЛОД, а также истинные курсы целей по ориентации корабликов.
12.3 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПЕРВИЧНОЙ И ВТОРИЧНОЙ ОБРАБОТКИ
РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ
В зависимости от степени участия судоводителя в обнаружении объектов, определении их параметров движения радиолокационные устройства подразделяют на:
неавтоматизированные,
полуавтоматические
автоматизированные.
В неавтоматизированных радиолокаторах все задачи штурманский состав решает визуально на ИКО.
С помощью полуавтоматических РЛС первоначальное обнаружение объектов, стробирование, принятие решения и выполнение маневрирования осуществляет судоводитель.
Измерение координат встречного судна, вычисление элементов его движения и непрерывное слежение выполняются автоматически.
В автоматизированных радиолокационных комплексах все задачи первичной и вторичной обработки решаются без участия штурмана.