Судовых информационно-управляющих

СИСТЕМ

Методические указания

 

               к.т.н., доцент Борисенко Константин Петрович

                к.т.н., доцент Михлин Валерий Григорьевич

                к.т.н., доцент Шершнев Андрей Викторович

2000

СОДЕРЖАНИЕ

АННОТАЦИЯ                                                                                 3

1 НАВИГАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ ИУС                                    4

2 МЕТОД ДВУХ ЗАМЕРОВ ДИСТАНЦИИ                      6

3 МЕТОД ЧЕТЫРЕХ ПЕЛЕНГОВ                                            13

4 МЕТОД НАИМЕНЬШИХ ВЗВЕШЕННЫХ КВАДРАТОВ 19

4.1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ В МАТРИЧНОЙ ФОРМЕ        19

4.2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ В КЛАССИЧЕСКОМ ПОДХОДЕ 21

4.3 ТОЧНОСТЬ ОЦЕНИВАНИЯ                                               23

4.4 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ МЕТОДОМ НВК

      ПО ДАННЫМ ЛОКАЦИИ                                                  24

4.5 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ПОКООРДИНАТ-

      НЫМ СГЛАЖИВАНИЕМ МЕТОДОМ НВК ПО ДАННЫМ  

        ЛОКАЦИИ                                                                           29

4.6 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ МЕТОДОМ НВК    

       ПО ДАННЫМ ПАССИВНОГО ПЕЛЕНГОВАНИЯ       35

 5. Экстраполяция КООРДИНАТ И ПАРАМЕТРОВ

   ДВИЖЕНИЯ ОБЪЕКТА НА ЗАДАННЫЙ МОМЕНТ

   ВРЕМЕНИ                                                                                  38

ПРИЛОЖЕНИЯ                                                                              50

 

АННОТАЦИЯ

Методические Указания предназначены для студентов, специализирующихся в области проектирования математического и программного обеспечения судовых информационно-управляющих систем (ИУС).

В Указаниях рассматривается математическое обеспечение ИУС, предназначенных для управления исследовательскими, океанографическими  , спасательными и прочими судами в части ряда навигационных задач. Для оценки качества разрабатываемых алгоритмов предлагаются к изучению методы системного анализа с применением программного имитационного моделирования.

В Указаниях излагается математический аппарат, на основе которого читателям предлагается разработать алгоритмы ИУС и построить программную модель для их исследования. В заданиях к практическим занятиям формируется программа исследования этих алгоритмов.

НАВИГАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ ИУС

 

При управлении судами возникают задачи определения местоположения и параметров движения объектов управления с целью определения последующего их маневрирования и условий безопасного движения. При этом на объектах управления, ввиду их малости, могут отсутствовать собственные средства навигации. В этих случаях задачи навигации решаются на основе данных, полученных от средств наблюдения управляющего судна-носителя.

Взаимосвязи судна-носителя и объектов управления показаны на рис.1.1

 

Рис.1.1

 

На рис. 1.1. использованы следующие обозначения:

С-Н - судно-носитель, ПУО – подводный управляемый объект (необитаемый подводный аппарат), НУО (ВУО) – надводный (воздушный) управляемый объект, ГАС- гидроакустическая станция, РЛС –радиолокационная станция, ССВ- станция связи.

К средствам наблюдения судна-носителя за управляемыми им объектами относятся гидроакустические (ГАС) и радиолокационные (РЛС) станции. Судно-носитель получает информацию о подводном управляемом объекте от бортовой или выносной ГАС. Информация о надводном или воздушном управляемом объекте поступает от РЛС.

ГАС обеспечивает измерения значений пеленгов на объект управления при наблюдениях в режиме прослушивания шумов и пеленгов и дистанций до объекта в режиме гидролокации. В режиме прослушивания шумов ГАС регистрирует направление прихода шумов движущихся объектов, по которым и вычисляется значение пеленга на объект. В режиме гидролокации ГАС излучает направленные звуковые сигналы и регистрирует направление прихода отраженных сигналов и интервал времени между излучением первичного звукового сигнала и приходом его отражения. По направлению прихода отраженного сигнала определяется пеленг на объект управления. По интервалу времени между отправленным и принятым сигналами рассчитывается дистанция до объекта. Для расчета дистанции необходимо знать скорость распространения звука в воде. Эту величину измеряет специальный блок, входящий в состав ГАС. ГАС, включающая в себя только систему гидролокации, называется гидролокационной станцией (ГЛС).

Навигационные РЛС, как правило, работают в режиме радиолокации, то есть в режиме излучения мощных радиосигналов и приема отраженных сигналов.

По данным измерений необходимо определить значения координат, курса и скорости объекта управления.

Координаты объектов управления задаются в полярной системе координат, связанной с судном-носителем. В этой системе измерений координатами являются пеленг судна-носителя на объект управления П и дистанция D между этими объектами. Курс K и скорость V объекта называются параметрами его движения. Вектор, включающий в качестве компонент значения П,D,K,V, называется вектором координат и параметров движения объекта (КПДО).

 

В задачах управления морскими объектами возможны ситуации, когда оценка местоположения, курса и скорости объекта управления проводится по данным выносной гидроакустической станции, установленной в районе проведения работ на значительном расстоянии от судна-носителя и передающей данные наблюдения на исследовательское судно по линиям связи, например, проводным линиям. Эта выносная станция может устанавливаться на вспомогательном судне или на специальном буе, позволяющем погружать антенну на разные глубины и таким образом проводить наблюдения в разных гидрологических условиях, следить за объектом управления в зонах акустической тени бортовых средств наблюдения судна-носителя.

В этих случаях также необходимо вычислять значения КПДО. Данные задачи относятся к задачам теории оценивания

Рассмотрим ряд алгоритмов получения оценок КПДО, основанных на методах линейной интерполяции и экстраполяции, а также фильтрации методом наименьших взвешенных квадратов.

               К методам линейной экстраполяции относится метод двух замеров дистанции.