5.3.3Интегрированные навигационные системы

В настоящее время в мировой практике судовождения все большее распространение получают интегрированные навигационные системы, основанные на комплексном использовании разнородных данных. Это связано со стремлением получения максимальной эффективности от имеющихся средств навигации путем автоматизации их управлением, оптимизации процессов комплексной обработки навигационной информации, сокращения числа обслуживающего персонала. Внедрение ГНСС второго поколения (GPS + ГЛОНАСС) открыло новые возможности в этой области. Наиболее перспективным направлением считается интеграция инерциальных и спутниковых данных.

На судах устанавливаются так называемые бесплатформенные инерциальные навигационные системы (ИНС), специфика которых состоит в том, что блок чувствительных элементов (акселерометры и гироскопические датчики, измеряющие кажущиеся ускорения и угловые скорости) жестко связан с корпусом, а все необходимые преобразования осуществляются посредством вычислителя. Отсутствие гиростабилизированной платформы, на которой размещаются чувствительные элементы, приводит к существенному упрощению конструкции навигационной системы и снижению ее стоимости, что обусловило большое их распространение.

Достоинства и недостатки ИНС и ГНСС приведены в табл. 34.4.

Совместное использование данных ИНС и ГНСС в интегрированных системах позволяет сохранить достоинства и снизить недостатки каждой из них. ИНС в этом случае служит в качестве интерполятора, корректируемого по данным ГНСС при наличии сигналов от НКА и вырабатывающего навигационные параметры при их отсутствии. При наличии сигналов от спутников продолжительность времени интерполяции совпадает с интервалом поступления навигационной информации от ГНСС, а при пропадании - совпадает со временем их отсутствия. Так как эти интервалы времени незначительны (единицы минут), то в интегрированной системе могут быть использованы менее точные и, следовательно, менее

Таблица 5.6. Сравнительный анализ свойств ИНС и ГНСС

Системы	Достоинства	Недостатки
ИНС ГНСС	Автономность. Высокий темп выдачи координат и углов ориентации. Возможность выработки динамических параметров. Аппаратурное дублирование. Нет накапливающихся погреш- ностей. Нет зависимости от гравитационных аномалий. Малое время готовности. Нет зависимости от широты. Возможность измерения времени.	Накопление погрешностей. Проблема начальной выставки и калибровки. Проблема опреде- ления курса у полюса. Зависимость точности от гравитационных аномалий. Низкая помехозащищенность. Возможность потери сигналов (затенение). Проблема целостности. Начальная неоднозначность фазовых измерений. Возможность потери целого числа периодов.

дорогие чувствительные элементы. При наличии сигналов от НКА легко решается проблема выставки ИНС и происходит непрерывная калибровка чувствительного элемента, в том числе и в период маневрирования судна. Кроме того, используя внешнюю информацию о параметрах движения судна в НАП удается снизить полосу ее пропускания, что снижает шумы приемника и повышает точность спутниковых измерений. Наличие этой же информации существенно сокращает время, необходимое для восстановления приема спутниковых сигналов после их пропадания. Использование данных от ИНС облегчает решение проблемы целостности, а также решение задачи исключения неоднозначности и восстановления потерянного числа периодов при работе с фазовым каналом.

Идея интеграции систем управления, контроля, радиотехнического и навигационного оборудования судов появилась в середине 60-х годов прошлого века. Ее появление было обусловлено возникшими противоречиями: с одной стороны - поступлением в эксплуатацию большого числа новых технических средств судовождения, с другой - наметившейся тенденцией по сокращению обслуживающего их персонала на фоне возросших скоростей судов и интенсивности морских перевозок, а также появления судов, перевозящих особо опасные грузы.

Разрешение этого противоречия в условиях нарастающего дефицита времени на принятие правильного решения стало возможным за счет внедрения процессов автоматизации судовождения и интеграции множества пультов управления техническими средствами в единый пульт.

Первые попытки интеграции были предприняты на боевых кораблях по принципу размещения на одном пульте дистанционного управления и сигнализации различных систем (навигации, связи, общекорабельных и т. д.)- Однотипные технические средства управлялись посредством их коммутации.

Такой подход имел существенный недостаток - низкую модернизационную способность. При замене даже одного централизованно управляемого технического средства на однотипное новое, требовалась значительная доработка всего интегрированного пульта.

С середины 70-х годов начались работы по созданию интегрированных пультов управления на базе вычислительной техники, основные особенности которых заключались в следующем:

• обмен информацией (сигналами управления и данными) между пультом и техническими средствами осуществлялся по единому интерфейсу;

• управление каждым техническим средством осуществлялось с одного рабочего места;

• при подключении к пульту новых технических средств взамен старых аналогичного предназначения доработке подлежало только программное обеспечение.

Реализация всех достижений в этой области была осуществлена в начале 80-х годов в морской системе автоматизации процессов судовождения "Бирюза". В ней обеспечивалось решение основных задач навигации и управления движением судна, включая счисление и прокладку пути; определение географических и маршрутных координат по данным радионавигационных систем, радиолокационных и астрономических измерений; определение элементов движения целей; оценку опасности сближения судов и выработку рекомендаций по безопасному расхождению; регистрацию навигационной информации. В системе также обеспечивался режим автоматизированных расчетов планирования и контроля грузовых операций, расчет прочностных и иных характеристик судна для различных вариантов плавания.

В 90-е годы окончательно оформилась концепция изготовления всего комплекса связного, навигационного оборудования и технических средств управления судном от одного поставщика в едином дизайнерском исполнении. Производители электронных карт и систем автоматической радиолокацион

ной прокладки к этому времени уже перешли на обработку, решение и выдачу информации на основе компьютерных технологий и оказались готовы к распространению своих локальных сетей на весь ходовой мостик. Необходимость интеграции технических средств в целях повышения безопасности судовождения юридически оформлена в ряде регламентирующих документов:

• новой редакции главы V Конвенции СОЛАС-74/88;

• циркулярном письме Комитета по безопасности на море ИМО MSC/Circ. 982 "Руководство по эргономическим критериям оборудования мостика и его расположению";

• требования сертификационных обществ, например, "GermanLloyd" и "DetNorskeVeritas" к оборудованию мостика на судах под классификацию "Один человек на мостике";

• Правила по оборудованию морских судов Российского морского Регистра судоходства (Общие требования к ходовому мостику судов, управляемых одним человеком);

• Кодекс к безопасности высокоскоростных судов.

Таким образом, к 2002 г. в мировом морском сообществе сложилась полная готовность перехода к интегрированным мостиковым системам на судах гражданской постройки.

Создание интегрированной мостиковой системы позволяет не только успешно реализовать функции, которые ранее выполнялись с помощью набора отдельных технических средств, но и обеспечить более оперативное и оптимальное решение "пограничных" задач на стыке нескольких, ранее разделенных (а часто и разнесенных по расположению) систем.

К органам управления, контроля и приборам индикации интегрированной мостиковой системы относятся органы и приборы, предназначенные:

• для изменения хода судна (органы дистанционного управления главными двигателями, тахометры гребного винта, указатели положения лопастей и др.);

• для передачи и регистрации команд об изменении хода судна электромеханическими средствами (машинные телеграфы, реверсографы и др.);

• для наблюдения за окружающей обстановкой в районе плавания (индикаторы РЛС, указатели глубин, гидролокаторы, индикаторы длины вытравленной якорной цепи и др.);

• для индикации величин, относящихся к элементам движения судна (указатели курса, скорости, пройденного расстояния, положения пера руля, скорости поворота, осадки и др.);

• для ведения радиосвязи по УКВ (органы дистанционного управления и переговорные устройства);

• для внешней звуковой и световой сигнализации (органы ручного управления свистками, программные устройства автоматической подачи звуковых и световых сигналов, органы дистанционного управления электромегафонами, ключи проблесковых ламп и лампы дневной сигнализации, коммутаторы сигнальноотличительных фонарей и др.);

• для внутренней связи и звуковой сигнализации (телефоны парной связи, коммутаторы служебной телефонной связи, телефоны судовой АТС, коммутаторы командной громкоговорящей связи и трансляции, замыкатели авральной сигнализации и др.);

• для обеспечения живучести судна и для других ответственных операций (закрытие водонепроницаемых и противопожарных дверей, пуск систем пожаротушения, управление якорным устройством, вентиляцией жилых и служебных помещений и трюмов, подруливающим устройством, активным рулем и т. д.);

• для звуковой и световой сигнализации о неисправностях и исполнительной сигнализации о выполнении заданных команд (обобщенная и индивидуальная сигнализация о неисправностях ответственных механизмов, систем и устройств, сигнализация о достижении предельно допустимых значений отдельных параметров, например, температуры, давления, частоты вращения, глубин и т. п.);

• для автоматизированного и автоматического управления судном и для решения задач по расхождению и предупреждению столкновений судов.

Интегрированная навигационная система должна объединять отдельные навигационные приборы и устройства для непрерывного контроля за навигационной обстановкой и обеспечения соответствующих сигнализаций.

Интегрированные навигационные системы, в зависимости от объема выполняемых функций, подразделяются на три категории (А, Б, В):

А - системы, обеспечивающие обработку и отображение информации о курсе, скорости и координатах судна, а также о текущем времени;

Б - системы, обеспечивающие автоматическую обработку и отображение информации о курсе, скорости, текущих координатах судна, а также о глубине с формированием предупредительно го сигнала об известных по запланированному маршруту и обнаруженных опасностях;

В - системы, обеспечивающие, в дополнение к функциям категории Б, автоматическое управление судном по курсу, траектории или скорости, и осуществляющие контроль за параметрами управления.

Управление интегрированной навигационной системой должно осуществляться с единого пульта управления, включающего в себя органы управления системой, средства отображения информации и сигнализации.