URZĄDZENIA NAWIGACYJNE- ARPA- VI SEMESTR
1) WYPOSAŻENIE STATKÓW W RADARY ARPA: 1) Radar w paśmie „X” (9300-9500MHz) na wszystkich statkach; w żegludze międzynarodowej o pojemności brutto 300RT i większej, w żegludze innej od 500RT. 2) Dwa radary niezależne (jeden co najmniej w paśmie X).
ARPA- Automatic Radar Plotting Aids
EPA-Electronic Plotting Aids (nakres elektroniczny w radarze).
ATA:Automatic Tracking Aids (pomoc w automatycznym śledzeniu).
BUDOWA ARPY:
RYS1
1) Antena, 2) blok napędu anteny, 3)Blok nadawczo-odbiorczy radaru, 4)Wskaźnik, 5)Blok zasilania-z sieci statkowej. 6)Blok obróbki pierwotnej (ekstraktor), 7)Blok obróbki wtórnej, 8)Wskaźnik, 9)Pulpit operatora.
INFORMACJE:--kąt położenia anteny, --impulsy spustowe, --sygnał wizyjny RAW VIDEO, --echa: (ląd, obiekty poruszające się), --zakłócające (echa od fal, deszczu), --fałszywe (echa od pracy innych radarów), --szumy własne.
OBRÓBKA PIERWOTNA: wyeliminować niepotrzebne rzeczy i to co zostaje przetworzone na sygnał cyfrowy oraz zastosowanie do nich zamieszczonych pomiarów jak N,d.
OBRÓBKA WTÓRNA: obliczanie, przetwarzanie informacji z kolejnych pomiarów, wskazań (cyfrowo, graficznie).
ARPA zastępuje nawigatora w zakresie robienia nakresów.
Nie wolno dopuścić do syt niebezpiecznej zakładając sobie odległość krytyczną lub bezpieczną: DB, DKR.
Odległość określona mianem ryzyka zderzenia: najmniejsza odległość mijania- CPA.
+++DMIN: gdy Dmin≤DB- jeszcze nie jest to sytuacja niebezpieczna, to może doprowadzić do niebezpieczeństwa gdy nie podejmiemy odpowiednich działań (jest to sytuacja zagrożenia).
Jest to stan zagrożenia-HAZARD
Działamy aby DMIN≥DB.
+++TDmin- dodatkowy parametr.
MANEWR ANTYKOLIZYJNY: kursem lub prędkością lub obiema, tak aby sytuacja stała się bezpieczna, aż DMIN stanie się większe lub równe odległości bezpiecznej przez nas założonej.
Gdy są dwa obiekty z takimi samymi DMIN to bardziej niebezpieczny jest obiekt z mniejszym TDmin.
Użycie rodzaju manewru wynika: ++zależy od wykalkulowania nawigatora,++ na podstawie nakresu radarowego wyciągamy wnioski i decydujemy się na manewr.
Zanim wykonamy manewr sprawdzamy jego efektywność czyli graficznie, czy dobrze wykalkulowaliśmy i czy nie pogorszy to sytuacji wobec innych statków- sprawdzenie efektów manewru antykolizyjnego. Jeśli będzie dobrze to wykonujemy wybrany przez nas manewr.
Manewr trwa jakiś czas- sprawdzamy czy sytuacja rozwija się pomyślnie, bo statek obcy też może wykonywać równocześnie manewr antykolizyjny.
Może dojść do zniesienia się efektów manewrów antykolizyjnych i w rezultacie do zderzenia.
Gdy w trakcie nic się złego nie dzieje- cel czyli wyjście z sytuacji osiągamy, aż dochodzi do sytuacji rozejścia się statków to wracamy na założone wcześniej parametry ruchu (K, V).
ALGORYTM WYKONYWANIA DZIAŁAŃ PRZEZ NAWIGATORA:
1) Obserwacja ekranu: --wybór echa (echa rzeczywiste: te od lądu i te poruszające się musimy rozróżnić, są echa zakłócające i fałszywe)
2) „Pomiar” (określenie, oznaczenie) kolejnych pozycji obiektu:
NR1, D1 ; NR2, D2
3) Określenie parametrów zbliżenia: DMIN, TDmin: jeżeli DMIN≤DB- niebezpiecznie; zajmujemy się tym echem, mierzymy jeszcze TDmin, określamy też parametry ruchu obiektu: {KR0, V0}- rzeczywiste, aspekt A również nam pomaga.
4) Wypracowanie manewru antykolizyjnego a/c ; KRW ∪VW∪KRW∧VW
5) Sprawdzenie efektu planowanego manewru a/c
6) Wykonanie manewru z obserwacją sytuacji
7) Powrót na założone parametry ruchu (Kurs pierwotny).
ARPA może wykonać działania aż do pkt 5 (z własnym komputerem)
RYS 2
1-Żyrokompas, 2-Log,3-Radar, 4-Układ pierwotnej obróbki: a)automatyczna detekcja ech, b)inicjowanie śledzenia, c)automatyczne śledzenie.5-Układ obróbki wtórnej: a)obliczanie parametrów ruchu i zbliżenia, b)ocena ryzyka kolizji, c)generowanie alarmów, d)symulacja manewru antykolizyjnego, 6- Wskaźnik antykolizyjny i pulpit sterowniczy: a)wprowadzenie danych wejściowych, b)generowanie alarmów, c)zobrazowanie danych wyjściowych.
TRACKING- śledzenie
{BOW,CROSS,DISTANCE}- odległość przejścia przed dziobem (BCD). (TBCD)- czas do momentu BCD.
RYS 3
W ARPIE są równocześnie rozpatrywane obydwa warunki:
{DMIN≤ DB,,TDmin≤TDB}-ARPA wylicza:DMIN, TDmin,Sami podajemy:DB,TDB
WYSTĘPUJĄ ALARMY- sygnały ostrzegawcze; załączane po przekroczeniu założonych przez nas parametrów. Np.
COLLISION WARNING: ++sygnał dźwiękowy, ++wyświetlona nazwa alarmu, ++wskazany obiekt, który tan alarm wywołał (znacznik, błyska jego echo).
Pkt 4. My musimy podać jaki chcemy wykonać manewr
Pkt 5. TRIAL- symulacja manewru antykolizyjnego. Wyświetli nam na ekranie sytuację po wykonaniu przez nas manewru.
C/W TRIAL-
Przy Pkt6 -ARPA kontroluje wykonywany przez nas manewr.
Po wykonaniu Pkt 7 ARPA sprawdzi nam czy tak jest już bezpiecznie gdy powróciliśmy do pierwotnych parametrów ruchu.
{--ruch ech i sytuacja obliczania, --znaczenie symboli}- graficzny sposób przedstawienia sytuacji.
ZOBRAZOWANIE GRAFICZNE- na ekranie obrazu radarowego są dodatkowe elementy (symbole) ułatwiające nam interpretację obrazu radarowego.
ARPA powinna śledzić min 20 obiektów.
1) AUTOMATYCZNA DETEKCJA ECH: mamy surowy sygnał wizyjny od ech który ma podlec obróbce.
A) Komparacja sygnału- obcinamy sygnał od dołu napięciem progowym- cel to obcięcie szumów własnych (aby się nie pojawiały na ekranie, echa słabe poniżej poziomu napięcia progowego będą obcinane).
RYS4 :1-Zakłócenia od fal, 2-echa od obiektów, 3-Napięcie progowe, 4-Wzmocnienie ogólne.
Jeżeli sygnał minimalnie przekroczy sygnał progowy będzie wówczas poddane dalszej obróbce.
RYS 5 :1-RAW VIDEO, 2-Napięcie progowe, 3-Komparator, 4-ZRW
B) Właściwe wyregulowanie radaru- przede wszystkim ZRW aby wyeliminować echa od fal morskich (5-6Mm).
Echa od fal morskich pojawiają się w nieregularnych miejscach (mogą czasami tworzyć plamy ale rzadko).
Zapamiętywanie obrotów anteny, aby sprawdzić czy echo jest rzeczywiste, które należy brać pod uwagę jako obiekt. Reszta są to echa zakłucające- pojawiające się sporadycznie. ARPA musi je wyeliminować i nie śledzić ich.
C) Stosuje się też porównanie kolejnych sondowań: Echa od pracy innych radarów nie występują w jednakowej odległości w kolejnym sondowaniu; nie powtarza się- są te dwa eliminowane.
POZOSTAJĄ ECHA WŁAŚCIWE: ARPA nie musi śledzić wszystkich obiektów wykrytych przez radar. ++20 obiektów gdy wprowadzanie obiektów do śledzenia odbywa się automatycznie, ++10 obiektów gdy wprowadzanie ręczne (manual).
W pewnych sytuacjach ARPA nie będzie w stanie śledzić widocznych obiektów w sposób automatyczny.
Jest kryterium- jeżeli obiekt będzie większy od 450m to ARPA bierze go za obiekt stały.
Obraz z radaru można nałożyć na mapę ECDIS i grupa pojedynczych obiektów skupionych brana za duże echo (połykanie brzegu linią ciągłą). RYS 6
Pewne linie można wprowadzić do ARPY.
Układ automatycznej akwizycji. 1-Echo od lądu, 2-linia ograniczająca obszar automatycznej akwizycji,3-Obszar kotwicowiska.
Echa przekraczając granicę tego obszaru zostaną automatycznie wprowadzone do śledzenia.
--ALARM NEW TARGET: gdy wyjdzie z obszaru śledzenia automatycznie przestanie być śledzone. ARPA pilnuje granic obszaru wprowadzonego do śledzenia.
KRĘGI AUTOMATYCZNEJ AKWIZYCJI: ustawienie na dowolnej odległości i sektora:
RYS 7; 1-Kreska kursowa, 2-Echo poddane automatycznej akwizycji, 3-kręgi bezpieczeństwa, 4-Echo zbliżające się z tego kierunku nie zostanie poddane automatycznej akwizycji i nie wywoła alarmu, 5-Echo może uaktywnić alarm dopiero po wejściu w obszar drugiego kręgu akwizycji
Zalecane są do wyposażenia ARPY.
Echo jest zbiorem punktów- wiele NR i wiele D
MIGOTANIE ECHA- GLINT: ++różne odbijanie się impulsu od poszczególnych elementów statku oraz poprzez myszkowanie.
Co jeden obrót anteny układ detekcji ma podać NR i D, aby na ich podstawie wyznaczyć nakres i meldunek radarowy.
ARPA musi śledzić obiekty co każdy obrót anteny- musi być ciągłość obserwowania obiektów, nie mogą być one pomylone ze sobą.
Realizuje się to za pomocą BRAMEK ŚLEDZĄCYCH:
HIGH SPEED CRAFT- do 50w, Vq może być do 100w, Przy vq =70w błąd pomiaru≈ 1,5kbl przy zakresie 12Mm.
Chcąc złapać obiekt w następnym obrocie anteny jako ten sam musi być w ARPIE zbudowana bramka śledząca wokół tego echa.
RYS 8
W następnym obrocie anteny jeśli pojawi się obiekt gdziekolwiek w tym obszarze bramki ARPA będzie go śledzić jako ten obiekt wcześniejszy. NR1'≤NR2≤NR1'', d1'≤d2≤d1''
Po kolejnych obrotach anteny tworzone są nowe bramki śledzące, kolejne położenia są przewidywane przez ARPE. Po wielu obrotach anteny i długim śledzeniu echa przewidywanie ARPY są bardzo dokładne.
Przewidywanie ruchu zwane FILTRACJĄ- program uśredniania do wyniku najbardziej zbliżonego do rzeczywistości.
Obiekt jest w bramce, po kolejnym obrocie anteny obiekt już się przesunął i tam ARPA przygotowuje nową bramkę i tak dalej, przewidywane są położenia obiektu, budowanie bramki i identyfikowanie echa- mierzenie parametrów.
METODA ALGORYTMICZNA: N-NEW, P- PAST, VqN, KqN =f(Vqp;Kqp)- w nawiasie do „qp” dodajemy α,β; gdzie: α,β pomiędzy (0,1).
Gdy α zmiejszamy to prędkość względna przyszła jest coraz mniej zależna od Vqp. Gdy Kq się nie zmienia to łatwiej jest śledzić. Gdy Kq zmienia się 9zmienia się trajektoria) to ARPA nie złapie go, echo nie zmieści się w bramce śledzącej.
Przewidywanie na ruchu prostoliniowym lub krzywoliniowym: możemy budować większe bramki śledzące, ale dąży się aby te bramki były jak najmniejsze, bo gdy w bramce znajduje się jeszcze inne echo to może być przyporządkowane do tego poprzedniego echa.
W bramce mogą być 2 echa i może być zamiana ech czyli jeden wejdzie w bramkę drugiego a drugi w bramkę pierwszego i wydaje się, że zmieniły kursy a tak naprawdę idą prostoliniowo.
RYS 9 Zachodzi to, gdy bramki się nałożą. Może też być pomyłka, że statek nagle zostanie pomylony z obiektem stałym- wydaje się, że on się zatrzymał. Bramki muszą być jak najmniejsze.
UKŁAD ŚLEDZENIA SWAP TARGET: ma temu zapobiec. Nie mogą być jednak zbyt małe bramki bo przecież kursy względne obiektów się zmieniają (np. myszkowanie) ale bardziej gdy wykonywane są zwroty. Gdy bramka nie obejmie śledzonego echa to go zgubi- przestaje śledzić- LOST TARGET.
Gdy echo nie pojawiło się w bramce to ARPA ponawia próby znalezienia echa budując na Kq nową bramkę. Na 10 obrotów anteny gdy echo się nie pojawi ponad 5 razy to zostaje ono sklasyfikowane jako zgubione.
Przy sytuacji LOST TARGET WARNING ARPA wskazuje pozycję echa w miejscu gdzie ostatnio było śledzone, musimy je znowu wskazać ręcznie do śledzenia jako nowy obiekt.
Informację o ruchu echa dostajemy po 1 min śledzenia.
W miarę upływu czasu śledzenia wymiary bramki mogą się zmniejszyć, a gdy zauważona jest zmiana kursu względnego echa, bramka jest automatycznie powiększana aby złapać echo, nie zgubić go.
ARPA zbiera kilka położeń echa i wskazuje na jego Kq i Vq
RYS 10
Δ-rzeczywiste położenie echa, • -przewidywane położenie obiektu
ο -zmienione położenie obiektu,
Obliczenie parametrów ruchu i zbliżenia: parametry zbliżenia i ruchu:
{DMIN, NR, D; TDmin; VO , KRO}
RYS 11
3 sposoby (elementy) przedstawienia parametrów: {VO, BCD, TBCD, KRW, VW. } ; 1-Alarmy, 2-Wyświetlanie cyfrowe, 3-Graficzne pokazywanie.
WEKTOR RUCHU (PRĘDKOŚCI):
RYS 12
Długość wektorów zależy od prędkości obiektów i od czasu założonego aby nam pokazywała ARPA. Czas możemy sobie zmieniać na skalowanym wyświetlaczu.
ZOBRAZOWANIE RUCHU:
1) Względny- RELATIVE MOTION, 2) Rzeczywisty- TRUE MOTION
{Relative Motion, Relative Vector} DB≤DMIN, TDB≤TDmin
RYS 13
Przy RELATIVE MOTTION nie mamy parametrów ruchu rzeczywistego.
{RELATIVE MOTION, TRUE VECTOR}- przełączanie za pomocą opcji TRUE VECTOR.
Pozycja obiektu przesuwa się po linii RELATIVE a jego kurs jest pokazywany jako TRUE VECTOR
HISTORIA RUCHU, ŚLEDZENIE OBIEKTÓW: mamy możliwość widzenia mniej niż 4 pozycje przeszłe w odstępach czasu wybranych przez nas. Widzę jak statek się porusza względem innych i widzę jego kurs rzeczywisty.
RYS 14
1-Statek, którego okres śledzenia jest krótszy od okresu pokazywanego przez prezentowane pozycje przeszłe.
2-Statek nie zmienił parametrów ruchu, 3-Statek zmienił kurs w lewo,
4-Statek redukujący prędkość.
SYMULACJE- TRIAL
RYS 15
SYMULACJA STATYCZNA: ++nie jest uwzględniany czas w ciągu którego uzyskamy zamierzone parametry oraz nie są uwzględniane parametry manewrowe naszego statku- wynika z tego iż zaplanowana odległość minięcia będzie na ogół mniejsza w rzeczywistości.
SYMULACJA DYNAMICZNA: uwzględnianie parametrów własnego statku i czasu w ciągu którego wykonamy zaplanowany manewr.
COLLISION WARNING TRIAL: alarm powodują obiekty których parametry ruchu są zasymulowane i z takimi parametrami inicjują one alarm.
Jednakże nie wyklucza to funkcji załączania zwykłych alarmów bieżących typu COLLISION WORNING
Jest funkcja szukania manewru, np. „szukaj kursu w prawo” i ARPA co 50 przesuwa kreskę kursową próbną i szuka optymalnego parametru który będziemy mogli wykonać chcąc wyjść z parametrów kursu kolizyjnego.
SYMBOLE ARPA wg IEC:
1-Znacznik (marker),
2-Granica obszaru automatycznej akwizycji,
3-Echo akwizowane do śledzenia,
4-Przewidywane parametry ruchu echa śledzonego,
5-Zobrazowanie graficzne,
6-Pozycje przeszłe,
7-Alarm NEW TARGET w pierścieniu lub w strefie czuwającej,
8-Echo kolizyjne (CPA/TCPA warning),
9-Lost Target Warning,
10-Manewr probny (Trial Manoeuwre),
11-Test,
12-Echo o którym informacja jest prezentowana w formie cyfrowej.
W arpie musi być możliwość testowania (samosprawdzania) dokładności działania.
FAILURE WARNING- alarm mówiący że arpa nie działa poprawnie, są błędy w jej pracy.
ANALITYCZNE PODSTAWY OKREŚLANIA PARAMETRÓW SYTUACJI SPOTKANIOWEJ STATKÓW:
OCENA SYTUACJI SPOTKANIOWEJ Z INNYMI STATKAMI
Przede wszystkim: DMIN, TDmin, {DMIN≤DB, TDmin≤TDB}
II SPOSÓB OCENY:
RYS 16
1-punkt możliwej kolizji, 2-kurs jakim musiałbym iść ażeby doszło do kolizji, 3-pozycja w której może wystąpić zderzenie statków, 4-punkt na który powinien sterować statek z zachowaniem swojej prędkości aby doprowadzić do zderzenia.
PUNKTY MOŻLIWEGO ZDERZENIA
PPC-Possible Point of Collision; DMIN≤DB
PPC: ++pozycja w której może wystąpić zderzenie statków, ++punkt na który powinien sterować statek z zachowaniem swojej prędkości, co prowadzi do zderzenia.
SYTUACJA SPOTKANIOWA STATKÓW:
RYS -17
1-statek obcy płynący wolniej, 2-punkty możliwego zderzenia, 3-nasz statek, 4- zbiór punktów możliwego zderzenia tworzą figurę- Okrąg
BŁĘDY W OKREŚLANIU PARAMETRÓW SYTUACJI SPOTKANIOWEJ:
1) BŁĘDY DANYCH WEJŚCIOWYCH:
++pozycja spotkanego statku (NR, D), ++informacje żyrokompasu, logu, ++stabilność ruchu (myszkowanie).
md-błąd odległości, mNR- błąd namiaru.
RYS 18
Im większa odległość tym większy błąd liniowy odległości i większy błąd kątowy namiaru. Md= 0,3kbl do 5Mm, 5-10- 0,5kbl, pow 10 Mm > 0,5kbl
Im większy błąd pomiaru pozycji tym większy błąd w określaniu DMIN
Po 3 min od momentu rozpoczęcia śledzenia możemy polegać na wyliczeniom ARPY tak jak na nakresie radarowym.
MDmin= +- [(0,03÷0,08) * odległo średnia] / zmiana odległości
Im dłużej echo jest śledzone tym mniejszy błąd określania DMIN
O błędzie wyznaczenia kursu i prędkości również decydują dokładności w określeniu I i II pozycji.
RYS 19
Suma wektora pozycji własnej pozycji pierwszej przez nas określonej, dają błąd kursu i prędkości statku obcego.
Błąd V0 [%] = 180*śred. Odleg/ V0* T nakresu T-czas
Błąd KR0 [0] = 103*śr. Odległo/ V0* T nakresu.
BŁĘDY POMIARÓW:
A) KĄTA: ++ niedokładności przekazywania informacji o kącie położenia anteny, ++błąd skręcenia charakterystyki promieniowania anteny w czasie ruchu statku na fali, ++asymetryczności charakterystki promieniowania anteny w płaszczyźnie poziomej, ++niedokładność pomiaru pomiarowego, ++ luzy w układzie antenowym
4096 imp/ 3600- pomiar kąta położenia anteny +-0,0450
B) ODLEGŁOŚCI: ++przechyłów statku, ++błędów spowodowanych zniekształceniem impulsów sondujących (tor nadawczy i odbiorczy) oraz opóźnieniem przebiegów impulsowych w radarze, ++niedokładność układu pomiarowego.
GLINT- migotanie echa,
GLINT ERROR- punkt wypadkowy echa przesuwa się po statku na L/6 statku.
Występuje to gdy obiekt nie jest punktowy
{CPAMAX po 1 min=1,6Mm, CPAMAX po 3 min= 0,5Mm}- gdy statki płyną naprzeciw siebie w odległości 8 Mm