Мдк 01.02 управление судном и технические средства судовождения

МДК 01.02 УПРАВЛЕНИЕ СУДНОМ и ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СУДОВОЖДЕНИЯ

Раздел 2 Судовое радиооборудование

Тема 2.25 Теоретические основы радиосвязи

Общие сведения о теории радиосвязи

Излучение Emanation or Radiation

– это создание радиопередающей станцией потока энергии в форме радиоволн

Радиоволны Radiowaves

– это электромагнитные колебания, которые распространяются в пространстве со скоростью света

(скорость света С = 300 000 км/сек)

Амплитуда радиоволны (а) Amplitude

– это максимальное отклонения волны от среднего значения при колебательном процессе

Фаза радиоволны Phase

– это состояние колебательного процесса в каждый момент времени

Период радиоволны (Т) Period or Oscillation

– это время одного полного колебательного движения

Длина радиоволны (λ) Wavelength

– это расстояние между соседними гребнями волны

Частота радиоволны (f) Frequency

– это количество колебаний (полных периодов) в секунду

Frequency is number of oscillations per second

(измеряется герцах Гц (Hz) 1Гц=1 колебание в 1 секунду)

Взаимная зависимость частоты и длины волны:

Длина волны и частота обратно пропорциональны друг другу.

Чем длиннее волна, тем ниже частота.

Чем выше частота, тем короче волна.

λ = С/f λ (метры) = 300/f

f = С/λ f (МГц) = 300/ λ

Несущая частота

– это частота настройки радиопередатчика; она является характерной частотой, которую можно легко опознать радиоприемником, настроенном на эту частоту

Модуляция

– это изменение параметров высокочастотного несущего колебания (радиоволны).

Модуляция осуществляется изменением высокочастотной несущей частоты.

Изменение амплитуды - (амплитудная модуляция АМ).

Изменение частоты - (частотная модуляция ЧМ).

Изменение фазы - (фазовая модуляция ФМ).

Несущий сигнал

Амплитудная Модуляция (АМ)

- используется вПВ/КВ MF/HF

Частотная Модуляция (ЧМ)

- используется вУКВ VHF

Фазовая Модуляция (ФМ)

- используется в УКВ VHF

Распространение Радиоволн

Расстояние, на котором возможно осуществление радиосвязи, зависит от:

• выбранного диапазона частот,
• мощности передатчика (ПРД - Transmiter),
• чувствительности приемника (ПРМ - Receiver),
• типа и размещения антенн,
• условий распространения.

Для конкретного радиооборудования и антенн, установленных на судне, основным фактором, определяющим дальность связи, является выбранная частота связи.

Типы волн

При рассмотрении распространения радиоволн, излучаемых передающей антенной, их можно подразделить на три типа:

1. Поверхностные волны (surface waves);

2. Ионосферные волны (sky waves);

3. Прямые волны (space waves).

Поверхностные волны распространяются вдоль поверхности земли. При этом с ростом частоты увеличивается поглощение энергии волны землей и дальность распространения уменьшается. Поверхностные волны являются доминирующими для радиоволн частотой до 3 МГц. Причем более длинные волны легко огибают препятствия, а также огибают Землю, проходя за линию горизонта.

Ионосферные волны характеризуются наличием и свойствами ионосферы. Ионосфера - это часть атмосферы, находящаяся на высоте от 60 до 800 км и характеризующаяся малой плотностью газа. Под действием солнечной радиации молекулы газа ионизируются, то есть распадаются на ионы и свободные электроны. Ионизированный газ обладает свойством электропроводности и может отражать радиоволны. Ионосфера неоднородна; некоторые ее слои ионизированы наиболее сильно. На рисунке ниже показано расположение трех основных слоев ионосферы: D, E и F.

Степень ионизации атмосферы зависит от интенсивности солнечной радиации и изменяется в различное время суток и года. Днем и в летнее время проводимость и толщина ионизированных слоев увеличивается, а ночью и в зимнее время степень ионизации уменьшается. Ионизация также изменяется вместе с солнечной активностью с периодом 11 лет; с ростом числа солнечных пятен активность слоев растет. Слои D и Е ночью исчезают, а слой F днем делится на два слоя: F1 и F2. Более низкие частоты отражаются нижними, менее ионизированными, слоями ионосферы, а более высокие частоты проходят сквозь нижние слои и отражаются более высокими слоями.

Наиболее важные слои ионосферы находятся на следующей высоте:

- слой D - 50-90 км;

- слой E - 120 км;

- слой F1 - 200 км;

- слой F2 - 300-400 км.

Наибольшая частота, которая отражается от ионосферы в данный промежуток времени, называется "максимальной применимой частотой" (MUF - Maximum Usable Frequency). Эта частота зависит от времени суток, времени года, направления передачи и солнечной активности. Таким образом, каждый слой в каждое время имеет свою граничную частоту, являющуюся наивысшей частотой, отражающейся в данное время от этого слоя. Частоты выше этой частоты проходят сквозь слой без отражения.

Частоты выше 30 МГц всегда проходят сквозь все слои ионосферы, не отражаясь. На практике важно выбрать так называемую оптимальную частоту связи (OTF - Optimum Traffic Frequency), которая примерно на 15% ниже MUF частоты.

Ионосферные волны являются доминирующими при распространении радиоволн в диапазоне от 3 до 27,5 МГц (Промежуточные волны и Короткие Волны ПВ/КВ-MF/HF). Дальнее распространение коротких волн, учитывая, что они хорошо отражаются от земли, может происходить путем нескольких последовательных отражений от ионосферы и земли.

Зона отсутствия приема

Расстояние от передающей антенны до ближайшей точки на поверхности земли, в которую возвращается отраженная от ионосферы волна, называется "расстоянием скачка" (skip distance). Другими словами, это расстояние от передатчика до первой зоны хорошего приема ионосферной волны.

Зона отсутствия приема между точкой полного затухания поверхностной волны и первой зоной хорошего приема ионосферной волны называется зоной отсутствия приема (skip zone) или "мертвой зоной".

На рисунке 2.4 показаны пути распространения поверхностной и ионосферной волн. Ионосферная волна в точке 1 не отражается от ионосферы из-за большого угла излучения (угол между горизонталью и направлением излучения). В точке 2 угол излучения достигает критической величины, когда начинается отражение от ионосферы. Сигналы отраженной волны могут быть приняты в точке 3. Излучение под меньшими углами ведет к тому, что отраженная волна приходит на землю на еще большем расстоянии от передающей антенны. Критический угол, при котором начинается отражение волны для конкретного слоя, зависит от рабочей частоты и уменьшается с ее увеличением. Расстояние скачка увеличивается с частотой (смотри рисунок 2.5).

Прямые волны, или волны, распространяющиеся на расстояние прямой видимости, на частотах выше 30 МГц. Волны этих частот не отражаются от ионосферы, проходя сквозь нее, а также не огибают земную поверхность и препятствия. Связь на этих волнах осуществляется на расстоянии прямой видимости при их распространении вдоль поверхности земли. Кроме того, прошедшая через ионосферу волна может быть принята спутником. Спутник осуществляет ретрансляцию этой волны на землю. Для спутниковой связи важно, чтобы между антенной спутниковой станции и спутником не было препятствий (например, труба или мачта).

Распространение Промежуточных Волн (ПВ-MF)

Промежуточные волны днем распространяются практически за счет поверхностных волн. При этом они испытывают поглощение землей и слоем D ионосферы. Дальность связи составляет 100-150 морских миль и в большой степени зависит от выходной мощности ПРД. Вечером после захода солнца слой D исчезает и пространственный луч отражается от более высокого слоя F и возвращается на землю. За счет этого дальность связи в ночное время может увеличиваться до 300-450 миль.

Распространение Коротких Волн (КВ-HF)

Короткие волны сильно поглощаются землей при распространении вдоль земной поверхности. Поэтому дальность действия поверхностных волн составляет не более 100 миль. Дальнее распространение коротких волн связано с ионосферными волнами. Причем днем более низкие частоты коротковолнового диапазона сильно поглощаются слоями D и Е, а ночью, когда ионизация слабее, более высокие частоты слабо отражаются от слоя F, проходя сквозь него. Поэтому для связи днем используют более высокие частоты, а ночью - более низкие. За счет нескольких последовательных отражений волны от слоев ионосферы и от Земли в диапазоне коротких волн обеспечивается дальняя связь.

Распространение УльтраКоротких Волн (УКВ-VHF)

Ультракороткие волны (УКВ-VHF) распространяются на расстояние прямой видимости. Они не огибают препятствия и земную поверхность. Дальность связи определяется высотой антенн на передающей и приемной стороне и вычисляется по формуле, приведенной на рисунке (где Н1 и Н2 - высоты передающей и приемной антенн в метрах).

Антенны

Устройство, предназначенное для излучения радиоволн, называется передающей антенной. Устройство, предназначенное для улавливания радиоволн, называется приемной антенной.

Антенна соединяется с передатчиком и с приемником фидерной линией. Фидерные линии не должны излучать или принимать энергию, то есть должны быть экранированы. Как правило, в качестве фидерной линии используется коаксиальный кабель. Антенны обладают свойством обратимости: любая передающая антенна может работать как приемная, и наоборот.

Упрощенная схема радиосвязи (ПРМ-ПРД)

Упрощенная структурная схема передатчика (ПРД)

Использование частот в МПС

Для использования в морской подвижной службе Всемирной Административной Конференцией по радиосвязи выделены полосы частот в диапазонах:

- (СВ) средние волны: 405 - 526,5 кГц;

- (ПВ) промежуточные волны: 1605 - 3800 кГц;

- (КВ) короткие волны: 4063 - 4438 кГц;

6200 - 6525 кГц;

8195 - 8815 кГц;

12230 - 13200 кГц;

16360 - 17410 кГц;

18780 - 18900 кГц;

19680 - 19800 кГц;

22000 - 22855 кГц;

25070 - 25210 кГц;

26100 - 26175 кГц;

- (УКВ) ультракороткие волны: 156 - 174 МГц.

Морские районы плавания

Так как различные системы связи, входящие в состав ГМССБ, имеют свои ограничения, связанные с зоной действия и видами предоставляемых услуг, требования к составу судового радиооборудования определяются в зависимости от районов плавания судна, которые характеризуются следующим образом:

· "Морской район А1" - район в пределах зоны действия береговой радиостанции, работающей в диапазоне УКВ-VHF и обеспечивающей постоянную возможность оповещения о бедствии с использованием ЦИВ-DSC (20 - 30 миль);

· "Морской район А2" - район, за исключением морского района А1, в пределах зоны действия береговой радиостанции, работающей в диапазоне ПВ/КВ-MF/HF и обеспечивающей постоянную возможность оповещения о бедствии с использованием ЦИВ-DSC (200-300 миль);

· "Морской район А3" - район, за исключением морских районов А1 и А2, в пределах зоны действия геостационарных спутников INMARSAT (от 70^oСШ до 70^oЮШ).

· "Морской район А4" - район, находящийся за пределами морских районов А1, А2 и А3 (полярные районы Земли – Арктика и Антарктика).

INMARSAT

КОСПАС-SARSAT

Тема 2.29 NAVAREA, NAVTEX, SafetyNET

МЕЖДУНАРОДНАЯ СЛУЖБА ИНФОРМАЦИИ ПО БЕЗОПАСНОСТИНА МОРЕ НАВАРЕА - NAVAREA (Navigation Area)

Для унификации системы передачи навигационной и метеорологической информации с целью обеспечения безопасности мореплавания разработана мировая служба навигационных предупреждений НАВАРЕА- NAVAREA (Navigation Area), обеспечивающая координацию передач навигационных предупреждений по радио всеми морскими странами.

Система введена в действие 1 августа 1992 года, в соответствии с принятой Конвенцией СОЛАС-74 и внедрением ГМССБ (GMDSS) по Резолюции IMO A.419 (11) и должна обеспечивать передачу:

· навигационных предупреждений;

· метеорологической информации;

· сигналов тревоги и необходимой информации при поиске и спасании.

Вся территория мирового океана разделена на 16 районовNAVAREA

NAVAREA XI – Южная Азия

Форматы сообщений NAVTEX

В текстах предупреждений применяются следующие сокращения:

NAVWARN – навигационное предупреждение;

JAN, FEB, MAR, APR, MAY, JUN, JUL, AUG, SEP, OCT, NOV, DEC - наименование месяцев;

151418 UTC JUL01 – 15 июля 2001 года 14:18 по всемирному координированному времени;

В случае отсутствия предупреждений на судне будет получено сообщение следующего вида:

ZCZC

UTC MAY 01

QRU

NNNN

Буква	Тип сообщений	Цифра
*A	Навигационные предупреждения
*B	Метеорологические предупреждения
C	Ледовый обзор
*D	Информация по поиску и спасанию
E	Прогноз погоды
F	Сообщения лоцманской службы
G	Сообщения системы ДЕККА - DECCA
H	Сообщения системы ЛОРАН - LORAN
I	Сообщения системы ОМЕГА - OMEGA
J	Сообщения спутниковой навигационной системы
K	Сообщения других средств электронной навигации
*L	Навигационные сообщения (дополнительно к букве А)
M-Y	Символы зарезервированы, подлежат дальнейшему определению	13-25
Z	Нет сообщений

Выделенные (*) группы сообщений обязательны к приему на судах и не могут быть исключены из печати приемником NAVTEX.

Передающие станции NAVTEX географически расположены так, чтобы при их работе исключались взаимные помехи.

Чтобы избежать взаимных помех, все береговые станции NAVTEX передают информацию по расписанию, и каждая выходит в эфир не более шести раз в сутки.

Пример: (это сообщение от Архангельск-Радио, принятое на частоте 518 кГц, согласно расписанию для района NAVAREA XIII):

ZCZC FE60

UTC NOV 09

PORT ARKHANGELSK

STORM WARNING:NIL

WEATHER S_MMARY:LOW 989 HPA 79N 89E

DEEPENINGMOVING EASTWARD

WIND:WLY SWLY 6 TO 11 M/S

DAYTIME 9 TO 14 M/S

VIS:4 TO 6 KM

SEAS:0,8 TO 1,3 M=

NNNN

ZCZC – символы обозначающие начало передачи, далее FE60

F - опознаватель передатчика, т.е. специальный знак (буква от A до Z) присвоенный береговому передатчику, обслуживающему район,

E - тип сообщения, в данном случае – метеорологическое,

60 - номер сообщения.
141800 UTC NOV 09 – время выпуска сообщения,
ARCHANGEL RADIO WEATHER FORECAST NR 60

- опознаватель радиостанции и номер передаваемого ею сообщения.

Далее идет сам текст сообщения, в данном случае прогноз погоды в районе порта Архангельск, включающего в себя прогноз штормовой обстановки, атмосферного давления, направления и скорости ветра, видимости и высоте волны.

NNNN- символы обозначают конец передачи сообщения.

Само сообщение относится к группе метеорологической информации, тип сообщения - метеорологический прогноз.

Пример сообщения, относящийся к группе навигационных предупреждений:

ZCZC FA67
120800 UTC NOV 09
COASTAL WARNING ARKHANGELSK 78
PORT ONEGA
1. REMOVAL AND REPLACEMENT OF BUOYAGE
FOR WINTER PERIOD IS COMPLETED
2. CANCEL THIS MESSAGE 22 NOV=
NNNN

ZCZC FA66
110700 UTC NOV 09
COASTAL WARNING ARKHANGELSK 77
PORT ARKHANGELSK
LIGHT ICE BUOY NO 23G STARBOARD SIDE
64-38-13.2N 040-30-51.6E OFF STATION=
NNNN

О том, что это навигационные предупреждения подсказывает группа символов FA67 и FA66.

Буква А, после знака опознавателя передатчика F, обозначает навигационные предупреждения. Далее группа цифр обозначает текущий номер сообщения одного типа. Как правило они нумеруются от 01 до 99 и по достижении последнего вновь начинается с 01.

Сообщение с номером 00 присваивается сообщениям о бедствии и другим особо важным сообщениям. Сообщения с таким номером будут всегда распечатываться, и сработает звуковая и световая сигнализация.

SafetyNET

Международный сервис SafetyNET является элементом Глобальной Морской Системы Связи и для Обеспечения Безопасности (GMDSS).

SafetyNET это Международный сервис, служащий для передачи информации бедствия, срочности и безопасности на районы NAVAREA и Отдельные районы-Coastal area через Международную Морскую Спутниковую Систему (INMARSAT). Информация передается бесплатно и обязательна для приема всеми судами всех флагов при плавании в этих районах.

Спутниковая система ИНМАРСАТ-С-INMARSAT-С, в настоящее время, обладает возможностью посылки сообщений индивидуально, для выборочного приема, как отдельным судном, так и группой судов. Этот способ посылки получил название Расширенный Групповой Вызов (РГВ) (EGC - Enhanced Group Call).

Районный координатор пересылает Информацию по Безопасности Мореплавания (ИБМ) для данной области на Береговую Земную Станцию ИНМАРСАТ-С (БЗС – CESCoast Earth Station). CES передает ИБМ через спутниковую сеть для спутника, обслуживающего конкретный океанский район. Прием осуществляется приемником Расширенного Группового Вызова (ПРМ РГВ-EGC Enhanced Group Call Receiver). Суда могут получить SafetyNET ИБМ везде, независимо от их расстояния до БЗС-CES.

В системе РГВ передаются также необязательные для приема коммерческие сообщения FleetNET, а также системные сообщения по работе станций INMARSAT (System Messages).

Система РГВ обеспечивает автоматическую передачу сообщений SafetyNET всем судам в океанские районы NAVAREA, либо в заданные географические районы в виде окружностей или прямоугольника. Передачи осуществляются по расписанию или вне расписания для срочных сообщений.

Зоны охвата четырех спутников INMARSAT определяют четыре океанских района, в пределах которых судно по EGC может принять передачи SafetyNET:

• Восточный район Атлантического океана (AOR-E Atlantic Ocean Region - East);
• Западный район Атлантического океана (AOR-W Atlantic Ocean Region - West);
• Район Тихого океана (POR Pacific Ocean Region)
• Район Индийского океана (IOR Indian Region)

Тема 2.30 Обязательная судовая документация ГМССБ

Судовые радиостанции (МПС и МПСС), оснащенные радиооборудованием ГМССБ, должны иметь следующие документы (Регламент Радиосвязи, Приложение S16, Раздел VA):

1) Лицензия судовой радиостанции (Статья S18 РР);

2) Свидетельство Безопасности судна по радио части с перечнем радиооборудования

3) Акт освидетельствования радиооборудования ГМССБ Регистром

4) Дипломы радиоспециалистов (Статья S48 РР);

· диплом оператора - радиоэлектроника первого класса

· диплом оператора - радиоэлектроника второго класса

· общий диплом оператора GOC (General Operator Certificate)

· ограниченный диплом оператора ROC (Restricted Operator Certificate)

5) Судовой радиожурнал,куда вносятся записи:

· События касающиеся радиообмена по

- БЕДСТВИЮ (Distress),

- СРОЧНОСТИ (Urgency),

- БЕЗОПАСНОСТИ МОРЕПЛАВАНИЯ, (Safety)

· Координаты судна (не реже 1 раз в сутки)

· Сведения о важных судовых радио-инцидентах

· Отметки о регулярных проверках судового радиооборудования

6)Официальные издания МСЭ - Международного Союза Электросвязи.

· Список береговых станций List of Coast Stations (List IV)

· Список судовых станций List of Ship Stations (List V)

· Список береговых обслуживающих станций

List of Radio determination and Special Service Stations(List VI)

· Список позывных судов и список номеров МПСС

MIDXXXX,

где 00 - отличительные цифры береговой радиостанции;

MID (Maritime Identification Digits) - код страны, которой принадлежит данная станция (код России - 273); ;

ХХХХ - регистрационный индивидуальный номер станции.

Например, ЦИВ-DSC идентификатор береговой радиостанции Российского порта Владивосток - 002734412 (выбирается из справочника List of Coast Stations).

ИдентификаторСудовой станции (Ship Station)

MIDXXXXXX,

где MID (Maritime Identification Digits) - три цифры, обозначающие код страны, под флагом которой находится судно (код России - 273);

ХХХХХХ - индивидуальный номер, конкретного судна.

Идентификаторгруппы судов

MIDXXXXX,

где 0 - отличительная цифра группового номера;

MID - код страны, которой принадлежат суда (код России - 273);;

XXXXX - номер, присвоенный конкретной группе судов.

Где можно найти информацию по этим номерам-идентификаторам:

а) в адмиралтейском справочнике (Admiralty List of Radio Signals);

б) в справочниках Международного Союза Электросвязи (МСЭ-ITU):

(List of Coast Stations, List IV; List of Ship Stations, List V);

в) в руководстве по ГМССБ (GMDSS HANDBOOK, MASTER PLAN, Ann 1).

Аварийный Радио Буй (АРБ)

Emergency Position Indicated Radio Beacon (EPIRB)

АРБ-EPIRB спутниковой системы КОСПАС-SARSAT обеспечивают передачу оповещений о бедствии и пригодны для судов любого района плавания. Эксплуатационные требования к данным АРБ-EPIRB изложены в Резолюции А.810 (19) IMO. Основные из этих требований:

· АРБ-EPIRB должен автоматически включаться после свободного всплытия.

· Установленный АРБ-EPIRB должен иметь местное ручное включение. При этом может быть предусмотрено дистанционное включение с ходового мостика, когда АРБ-EPIRB установлен в устройстве, обеспечивающем его свободное всплытие.

· АРБ-EPIRB должен быть снабжен плавучим линем, пригодным для использования в качестве буксира, и лампочкой, автоматически включающейся в темное время суток для указания местоположения АРБ-EPIRB.

· АРБ-EPIRB должен выдерживать сбрасывание в воду без повреждений с высоты 20 метров.

· Устройство отделения АРБ-EPIRB должно обеспечивать его автоматическое отделение от тонущего судна. Механизм отделения должен срабатывать до достижения глубины 4 метра при любой ориентации судна.

· Должна обеспечиваться водозащищенность электрических компонентов АРБ-EPIRB на глубине до 10 метров в течение не менее 5 минут.

· Источник питания должен иметь достаточную емкость для обеспечения работы АРБ-EPIRB в течение по крайней мере 48 часов.

На наружной стороне корпуса АРБ-EPIRB указывается дата истечения срока службы батареи. Ее следует контролировать для своевременной замены батареи. АРБ-EPIRB включают в себя функции проверки без излучения. Проверка осуществляется в соответствии с инструкцией по эксплуатации конкретного изделия.

Достоинства АРБ-EPIRBКОСПАС-SARSAT:

· не требуется ввод координат судна, так как последние определяются по величине доплеровского сдвига частоты сигнала радиобуя, принятого на спутнике;

· зона действия системы КОСПАС-SARSAT не имеет ограничений.

Недостаток системы:

· время доставки сообщения на береговой центр может достигать до 1-1,5 часов в Северном полушарии и до 2 часов в Южном полушарии с учетом времени ожидания пролета спутника и времени движения спутника до ближайшего берегового центра.

Переносные УКВ радиостанции

Handheld VHF radio stations

МДК 01.02 УПРАВЛЕНИЕ СУДНОМ и ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СУДОВОЖДЕНИЯ