УСТРОЙСТВО ИСКЛЮЧЕНИЯ СТОЛКНОВЕНИЯ СУДНА С ВСТРЕЧНЫМ ДВИЖУЩИМСЯ ОБЪЕКТОМ Российский патент 2010 года по МПК B63H25/04 G08G3/00 G05D1/00 

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 «ω» и датчика - 4 руля «δ». На выходе сумматора - 6 вырабатывается скорость перекладки руля - «d/dt δ», которая поступает на вход рулевого привода - 5:

δ - 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 «ψ»,

- расстояние от встречного объекта до судна «L».

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

- курс судна «φ»,

- текущая широта судна «Ф_i»,

- текущая долгота судна «λ_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:

φ - текущий курс судна,

ψ - текущий азимут встречного объекта,

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

Ф_об.λ_об.,(Ф_суд.,λ_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, λ_об.i-1. и Ф_об.i, λ_об.i - текущая широта и долгота встречного объекта в момент времени «t» и в следующий момент времени «t+Δt»,

в) скорость хода встречного объекта:

где:

Ф_об.i-1, λ_об.i-1. и Ф_oб.i, λ_об.i - текущая широта и долгота встречного объекта в момент времени t и в следующий момент времени t+Δt, 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·λ_n) - возможного пересечения отрезков траекторий будущего движения судна и встречного объекта:

где:

Ф_об.i+Ф_об.=K₁(λ_oб.i-λ_об.),

Ф_суд.i+Ф_cуд.=K₂(λ_суд.i-λ_суд.),

Ф_об., Ф_суд., λ_об., λ_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 «Δt» 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, λ_n):

где:

t_суд.=L_суд./V_суд.,

t_об.=L_об./V_об.,

L_суд. - расстояние между текущим положением судна (Ф_суд., λ_суд.) и точкой пересечения траекторий (Ф_n, λ_n),

L_об. - расстояние между текущим положением встречного объекта (Ф_об., λ_об.), и точкой пересечения траекторий (Ф_n, λ_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., λ_суд., λ_об.) до точки пересечения траекторий (Ф_n λ_n).

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

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

Уставка ΔV_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., λ_суд.) и точкой пересечения траекторий (Ф_n, λ_n),

L_об. - расстояние между текущим положением встречного объекта (Ф_об., λ_об.) и точкой пересечения траекторий (Ф_n, λ_n),

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

Величина ΔV_суд. определяется в вычислителе - 9, используя зависимость (6А):

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

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

6. Величина «ΔV_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 «ΔV_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 «Δt» в вычислителе - 9 вновь решаются зависимости (2)-(4).

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.

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.