Виды навигационных приборов реферат

Обновлено: 05.07.2024

В рулевой рубке каждого торгового судна установлено разнообразное навигационное оборудование, приборы, устройства и инструменты, при помощи которых капитан и штурмана обеспечивают безопасное управление судном.

Навигационное оборудование — это судовые технические средства, которыми укомплектовано судно для решения задач навигации.

Навигация — процесс принятия решения и управления курсом и скоростью судна при движении из одного пункта в другой, с учетом окружающих условий и интенсивности судоходства.

Навигационное устройство — это судовое техническое средство, предназначенное для решения одной или нескольких задач навигации.

Навигационный инструмент — это судовой навигационный прибор, предназначенный для выполнения работ вручную при решении задач навигации.

Навигационный прибор — это прибор, предназначенный для выполнения отдельных функций по измерению навигационных параметров, обработке, хранению, передаче, отображению и регистрации данных при решении задач навигации на судне.

Штурманский прокладочный инструмент находится здесь

Навигационные средства наблюдения находятся здесь

Средства визуальной и звуковой сигнализации и связи находятся здесь

Судовые часы. По судовым часам фиксируется время всех событий. Судовые часы должны ежедневно сверяться по сигналам точного времени и должны иметь точность не боле одной минуты. Все судовые часы должны быть выставлены по одному часовому поясу. Одни судовые часы должны быть выставлены по Гринвичскому времени или Всемирному координированному времени (Coordinated Universal Time — UTC).

Магнитный компас (Magnetic compass). Самый надежный и незаменимый прибор. Если конечно он исправен и регулярно проверяется в береговой мастерской. По крайней мере раз в два года у магнитного компаса должна под уничтожается девиация, определяться остаточная девиация и составляться таблица девиации (Deviation card). На некоторых судах устанавливают главный магнитный компас и путевой. Если на судне установлен только один компас, то как правило должен иметься один запасной компас. Магнитный компас является запасным источником курсоуказания для авторулевого и ECDIS.

Отдельная статья о магнитном компасе находится Здесь.

Путевой магнитный компас Здесь.

В спасательных и дежурных шлюпках обязательно должны быть магнитные компасы для курсоуказания.

Гирокомпас (Gyro compass). Гирокомпас. Основной источник курсоуказания. Курсоуказание от гирокомпаса поступает на радиолокаторы, АРПА, ЭКНИС, авторулевой, цифровой индикатор курса, репитеры гирокомпаса в рулевой рубке, штурманской рубке, крыльях мостика, румпельном отделении.

Репитер гирокомпаса с пеленгатором (Gyro repeater with taking bearing device). Устанавливаются на крыльях мостика и служат для взятия визуальных пеленгов. Пеленга маяков и знаков берутся для определения места судна в море в вблизи берегов. Пеленга небесных светил берутся для определения поправки компасов. Пеленга на приближающиеся суда берутся для определения наличия опасности столкновения с ними. На фото изображен простой пеленгатор. Бывают также оптические пеленгаторы, в которых установлены линзы для приближения пеленгуемых объектов.

Цифровой индикатор курса (Transmitting heading device). Устройство цифрового отображения курса судна. В основном устанавливаются цифровые индикаторы гирокомпасного курса, однако возможна установка и индикаторов показывающих компасный курс от магнитного компаса.

GNSS-компас (GNSS-compass). Спутниковый компас показывает истинный курс судна — курс судна относительно поверхности дна (course over ground — COG). Принцип действия компаса основан на Доплеровском сдвиге принимаемого спутникового сигнала.

GNSS — Global Navigation Satellite System — Всемирная (глобальная) Навигационная Спутниковая Система. В нее спутники систем: GPS — США, GLONASS — Россия, Galileo — Евросоюз и BeiDou — Китай.

Радиолокатор (Radar). Радиолокатор служит для предупреждения столкновения с другими судами и для навигационных целей – определения места судна по пеленгам и дистанциям береговых ориентиров, измеренных при помощи радиолокатора. Служит для наблюдения за окружающей обстановкой в соответствии с Правилом 5 МППСС-72.

САРП — Средство Автоматической Радиолокационной Прокладки (ARPA — Automatic Radar Plotting Aid). Устройство предназначено для предупреждения столкновения с другими судами и плавучими объектами. В большинстве современных радиолокаторов реализованы функции САРП и поэтому в виде отдельного прибора САРП практически не встречается.

Электронно-картографическая навигационно-информационная система – ЭКНИС (Electronic Chart Display and Information System ECDIS). Устройства электронной картографии служат для отображения навигационной карты, навигационной информации и местоположение судна по координатам приемника GPS на дисплеях. На многих судах установлены два комплекта оборудования ЭКНИС и бумажные навигационные карты отсутствуют.

Статьи о применении ЭКНИС на грузовых судах:

Резервное курсоуказание в ЭКНИС здесь

Приемник спутниковой навигации (Global Positioning System – GPS). Служат для определения координат судна при помощи глобальной спутниковой системы. Отображает скорость судна относительно грунта. Пройденное расстояние. Служит для введения координат путевых точек маршрута перехода, составления маршрута перехода, передачи маршрута перехода на радиолокатор. Показывает направление и расстояние до путевых точек, отклонение от маршрута, время прихода в путевые точки.

Навигационный э холот (Echo sounder). Устройство для измерения глубины под килем судна.

Ориентирование путем постоянного сличения карты с местностью в горах, пустыне, лесисто-болотистой и степной местности, где мало ориентиров, затруднено и требует много времени. Кроме того, ориентирование затрудняют ограниченный обзор местности из боевой машины, слабая освещенность карты, стесненные условия. Поэтому возрастает роль технических средств ориентирования, автоматизирующих этот процесс.

К техническим средствам ориентирования относится наземная навигационная аппаратура, которой оснащены многие виды боевых и специальных машин. Она используется, главным образом, при действиях подразделений в бою и совершении марша на местности, бедной ориентирами, в условиях ограниченной видимости и ночью.

Кроме ориентирования навигационная аппаратура в комплексе с имеющимися в машине угломерным устройством и дальномером позволяет осуществлять топогеодезическую привязку огневых позиций, определять координаты целей, наносить на карту не обозначенные на ней дороги, колонные пути, границы районов разрушений, завалов, участков радиоактивного и химического заражения, районов затоплений и пожаров на местности.

Современную наземную навигационную аппаратуру по устройству подразделяют на три типа: гирополукомпасы, координаторы и курсопрокладчики. Название типа навигационной аппаратуры происходит от имеющегося в ней счетно-решающего устройства. Гирополукомпас такого устройства не имеет. В аппаратуре второго типа оно называется координатором, в аппаратуре третьего типа – курсопрокладчиком.

Гирополукомпас (ГПК) предназначен для выдерживания направления движения.

Координатор предназначен для непрерывной автоматической выработки прямоугольных координат местоположения машины и курса ее движения, а также направления на конечный пункт движения и расстояния до него. Координатор является одним из основных приборов танковой навигационной аппаратуры (ТНА) различных модификаций.

Курсопрокладчик предназначен для непрерывной автоматической выработки координат местоположения машины, курса ее движения, а также для вычерчивания на топографической карте пройденного машиной пути. Курсопрокладчик имеет несколько модификаций.

В топографических подразделениях ракетных войск и артиллерии и в некоторых других подразделениях широкое применение получили специальные машины, основное оборудование которых составляет навигационная аппаратура с курсопрокладчиком. Такие машины называются топопривязчиками. Они предназначаются прежде всего для выполнения топогеодезической привязки по карте стартовых и огневых позиций, пунктов, постов и позиций технических средств разведки. Топопривязчики могут также использоваться для вождения колонн войск ночью и в других условиях, трудных для ориентирования.

Принцип работы навигационной аппаратуры.

В основе работы навигационной аппаратуры использовано свойство сохранять неизменным направление оси вращения в пространстве быстровращающегося тела, масса которого равномерно распределена относительно оси вращения. Этим свойством обладает гироскоп – один из важнейших узлов навигационной аппаратуры. Простейшим примером гироскопа является волчок. При быстром вращении ось волчка остается неподвижной. С уменьшением скорости вращения волчка его ось начинает совершать колебания.

Устройство гироскопа.

Гироскоп состоит из ротора и карданного подвеса. При работе гироскопа его ротор (тяжелый симметричный маховик) с большой скоростью вращается вокруг оси Х, закрепленной на подвижной внутренней рамке.

Эта рамка, в свою очередь, может вращаться вокруг оси У, закрепленной на наружной рамке. Наружная рамка вместе с внутренней рамкой и ротором может вращаться вокруг оси Z, которая прикреплена на шарикоподшипниках к основанию. Таким образом, ротор гироскопа имеет возможность свободно вращаться вокруг трех осей, то есть имеет три степени свободы вращения. Такой гироскоп называется трехстепенным.

Система двух подвижных рамок и закрепленной в них оси вращения ротора образует карданный подвес. Ось Х, вокруг которой вращается ротор, называется главной осью гироскопа, а оси подвеса У и Z – соответственно осями чувствительности и прецессии. В современных гироскопах используются, как правило, ротор специального электрического двигателя – гиромотора.

Рис. Схема трехстепенного гироскопа

1 – ротор; 2 – внутренняя рамка; 3 – наружная рамка; 4 – основание.

Свободный гироскоп при быстром вращении ротора приобретает два важных свойства:

1. Главная ось свободного гироскопа стремиться сохранить заданное ей направление в пространстве. Будучи направленной на какую-либо звезду, главная ось некоторое время не изменяет этого направления при перемещении основания гироскопа. Это свойство называется свойством стабилизации. Оно положено в основу при создании гирокомпаса - прибора, предназначенного для автономного определения астрономических азимутов ориентирных направлений. Гироскопы используются при работе с навигационной аппаратурой.

2. Главная ось гироскопа под действием внешней силы отклоняется (прецессирует) в плоскости, перпендикулярной направлению приложенной силы. Это свойство называется свойством прецессии.

Свободный гироскоп удерживает свою главную ось неподвижной в заданном направлении лишь в инерциальном пространстве, то есть по отношению к звездам. Относительно ориентиров на земной поверхности главная ось гироскопа вследствие вращения Земли постоянно смещается. Это смещение обычно называют кажущимся уходом гироскопа, так как в действительности основание гироскопа вместе с Землей вращается относительно неподвижной в пространстве оси гироскопа.

Рассмотрим это явление более подробно. Пусть в начальный момент времени ось гироскопа горизонтальна и расположена в плоскости экватора, то есть ориентирована в направлении восток-запад (рис.). Земля вследствие суточного вращения через некоторый промежуток времени повернется на определенный угол b. Главная ось гироскопа по его первому свойству (свойству стабилизации) останется параллельной своему первоначальному положению, но с плоскостью горизонта она составит угол b.

Рис. Уход главной оси гироскопа вследствии суточного вращения Земли:

а – уход в плоскости горизонта; б – уход в плоскости меридиана.

Рассмотрим случай, когда гироскоп установлен на Северном полюсе

Главная ось гироскопа горизонтальна и направлена на какой-нибудь ориентир. Через определенный промежуток времени t вследствие вращения Земли ориентир переместится на определенный угол и займет другое положение. Положение главной оси гироскопа по свойству стабилизации останется неизменным. Следовательно, азимут направления на ориентир будет постоянно возрастать и за 24 ч изменяться на 360 , а главная ось гироскопа относительно плоскости горизонта сохранит свое первоначальное положение.

Когда гироскоп находится между полюсом и экватором, с течением времени изменяются азимут направления главной оси гироскопа и ее положение относительно плоскости горизонта. На величину изменений кроме суточного вращения Земли влияют также несбалансированность гироскопа и трение в подшипниках.

Свойства гироскопа проявляются тем лучше, чем больше его масса и скорость вращения ротора. Ось вращения в таком случае более устойчиво сохраняет заданное направление в пространстве. Поэтому при изготовлении гироскопов стремятся обеспечить возможно большее число оборотов ротора в единицу времени.

При решении навигационных задач главная ось гироскопа должна не только быть неподвижной в пространстве, но и сохранять заданное направление относительно наземных ориентиров, то есть она должна отклоняться (прецессировать) с угловой скоростью, равной вертикальной составляющей скорости вращения Земли, на данной широте места гироскопа. В навигационной аппаратуре это достигается специальными корректирующими устройствами: азимутальными – для устранения ухода главной оси гироскопа по азимуту и горизонтирующим – для удержания ее в плоскости горизонта.

Преимущество гироскопа по сравнению с магнитной стрелкой компаса заключается в том, что он не подвержен влиянию магнитного поля Земли и устойчиво работает в машине, районах магнитных аномалий и на больших широтах, где часто происходят магнитные бури.

Сущность работы гирополукомпаса заключаются в следующем При движении машины по прямолинейному участку маршрута положение главной оси гироскопа и связанной с ней курсовой шкалы не изменяется.

Арретир предназначен для закрепления внутренней и наружной рамок гироскопа в нерабочем положении. Он служит также для установки рукояткой 7 нужного отсчета на курсовой шкале.

В комплект гирополукомпаса входит преобразователь тока.

Рис. Положение главной оси гироскопа при повороте машины.

Если позволяет обстановка, начинать движение машины следует спустя 10 -20 мин. В таком случае вращение ротора стабилизируется и гирополукомпас обеспечивает сравнительно высокую точность выдерживания направления движения.

Во время движения вращать рукоятку арретира, когда прибор снят со стопора, не рекомендуется, так как это может вызвать срыв шкалы.

При выключении гирополукомпаса рукоятку арретира установить в положение от себя и выключить питание прибора.

Сущность метода счисления пути основана на непрерывном измерении вектора ускорения или скорости движения объекта, интегрировании этого вектора до получения приращений координат (вектор ускорения интегрируется дважды), которые суммируются с координатами начальной точки маршрута. Исходными данными в методе счисления пути являются координаты начальной точки маршрута. Измерительная информация – информация о параметрах движения центра масс объекта и его движении относительно центра масс. Алгоритм решения навигационной задачи основан на алгоритмах динамики твердого тела.

Содержание

1. Не инерциальные навигационные системы. 3
2. Астрономические навигационные системы. 6
3. Спутниковые навигационные системы. 12
4. Угломерные радиотехнические системы. 17
5. Радиодальномеры 20
6. Разностно-дальномерные системы. 21
7. Обзорно-сравнительные навигационные комплексы. 23
8. Комплексирование навигационных систем 26
9. Схемы комплексирования радионавигационных и автономных систем 28
10. Радионавигационные системы. 30
11. Радиотехнические системы ближней навигации. 33
12. Радиотехнические системы дальней навигации. 35
13. Принцип навигации по геофизическим полям 36
14. Особенности проектирования БВК 38
Список литературы 39

Работа содержит 1 файл

Бортовые вычислительные комплексы навигации и самолетоведения.docx

Министерство образования РФ

Пермский Научно- Исследовательский Политехнический Университет

Задание на самостоятельное изучение на тему:

1. Не инерциальные навигационные системы. 3

2. Астрономические навигационные системы. 6

3. Спутниковые навигационные системы. 12

4. Угломерные радиотехнические системы. 17

5. Радиодальномеры 20

6. Разностно-дальномерные системы. 21

7. Обзорно-сравнительные навигационные комплексы. 23

8. Комплексирование навигационных систем 26

9. Схемы комплексирования радионавигационных и автономных систем 28

10. Радионавигационные системы. 30

11. Радиотехнические системы ближней навигации. 33

12. Радиотехнические системы дальней навигации. 35

13. Принцип навигации по геофизическим полям 36

14. Особенности проектирования БВК 38

Список литературы 39

1. Сущность метода счисления пути основана на непрерывном измерении вектора ускорения или скорости движения объекта, интегрировании этого вектора до получения приращений координат (вектор ускорения интегрируется дважды), которые суммируются с координатами начальной точки маршрута. Исходными данными в методе счисления пути являются координаты начальной точки маршрута. Измерительная информация – информация о параметрах движения центра масс объекта и его движении относительно центра масс. Алгоритм решения навигационной задачи основан на алгоритмах динамики твердого тела.

Системы навигации, реализующие метод счисления пути, в отличие от рассмотренных ранее систем являются автономными системами навигации, так как для них не требуется никакой внешней информации. На борту подвижного агрегата размещается измеритель вектора ускорения (скорости) движения. Измерение вектора предусматривает измерение величины параметра и его направление в заданной системе координат. Практически это означает известную ориентацию входных осей измерителей на протяжении всего периода функционирования системы навигации.

Практическая реализация метода счисления пути требует решения следующих задач:

определение исходных данных для системы навигации в начальной точке маршрута;
непрерывное измерение во время движения скорости и направления движения объекта;
вычисление координат текущего местоположения объекта.

Преимуществом систем счисления пути является их автономность. Этим свойством не обладают системы навигации, реализующие позиционный и обзорно- сравнительный методы навигации. Основной недостаток систем счисления пути – нарастание погрешностей в определении координат пропорционально пройденному агрегатом пути. Это обусловлено тем, что координаты каждой последующей точки определяются от координат предыдущей точки. В этом случае к погрешностям из-за ошибок в измерении текущих параметров движения добавляются погрешности в определении координат предыдущей точки.

1.2 Принцип построения неинерциальных автономных наземных навигационных систем

1.2.1 Математические модели неинерциальных наземных навигационных систем

Выше был рассмотрен принцип действия систем счисления пути на примере простейшего прямолинейного движения. Рассмотрим далее общий случай - систему на произвольном маршруте, приведенном в прямоугольной системе координат на рисунок 1.1.

Рисунок 1.1 - К выводу уравнений неинерциальной навигации

Разобьем весь маршрут произвольной конфигурации на прямолинейные отрезки 0 - 1; 1 - 2; 2 - 3; … i - i + 1; …n - 1 - n. Обозначим длину (горизонтальная составляющая) каждого отрезка как , а дирекционные углы направлений с начальной точки каждого отрезка на конечную как . Координаты точек перегиба обозначены как . Согласно принципу счисления пути, в котором координаты последующей точки определяются через координаты предыдущей точки и приращения координат между ними

Полученные уравнения показывают, что реализация метода счисления пути предполагает, что перед началом движения определяются начальные данные, а во время движения измеряются пройденный агрегатом путь и курс движения. Технически реализовать указанные задачи не представляет особых трудностей за исключением измерения на подвижном агрегате текущего значения курса движения. Существующие компасы (магнитные и гироскопические) обладают рядом особенностей, которые требуют применения специальных технических и алгоритмических мер по устранению погрешностей курсоуказания, вызванных различного рода девиациями (магнитными, скоростными, баллистическими и т.п.). Наиболее полно эти проблемы решены в морской навигации, в том числе и за счет увеличения массогабаритных характеристик измерителей.

Более простой способ решения указанной проблемы основан на отказе от измерения во время движения непосредственно курса (азимута или дирекционного угла), и измерения только углов поворота агрегата – приращений курса по отношению к его первоначальному значению. В данном способе отпадает необходимость определять во время движения направление на Север, что и составляет основу рассмотренной технической проблемы. Полный курс движения агрегата применительно к значениям дирекционных углов определяется

где - значение дирекционного продольной оси агрегата, указывающей направление движения, перед маршем (начальное значение дирекционного угла);

- текущее значение приращения дирекционного угла продольной оси движущегося агрегата по отношению к начальному значению.

Тогда основные уравнения неинерциальной навигации принимают вид

Полученные уравнения – дискретные уравнения, которые не обладают полной универсальностью. Приведем их к аналоговому виду. При этом вспомним, что величина пути DS – это горизонтальная составляющая пути. Для перехода к реальному пути DS_р, пройденному по поверхности Земли, необходимо составить уравнение проекции с учетом угла уклона дороги

Увеличивая количество отрезков, и устремляя их число к бесконечности, что приводит к уменьшению отрезков пройденного пути до бесконечно малых величин, и, определяя данные отрезки пути через скорость агрегата V и малые интервалы времени dt

получаем аналоговое выражение, где операция суммирования заменяется операцией интегрирования

Последние выражения определяют решение навигационной задачи в аналитическом виде.

1.2.2 Функциональный состав неинерциальных наземных навигационных систем

Анализ основных уравнений неинерциальной навигации показывает, что их техническая реализация предполагает решение следующих задач:

определение перед началом движения начальных данных для системы навигации: координат начальной точки маршрута и дирекционного угла продольной оси агрегата , находящегося на начальной точке;
измерение во время движения текущих значений приращений дирекционного угла продольной оси агрегата по отношению к начальному значению;
измерение во время движения пройденного агрегатом горизонтальной составляющей пути или скорости движения ;
вычисление текущих значений координат и других навигационных параметров, а также наглядное отображение местоположения движущегося агрегата.

Для технического решения каждой из названных задач введем соответствующую группу приборов. Функционально неинерциальная система навигации счисления пути должна содержать следующие группы приборов:

приборы начального ориентирования (ПНО);
приборы курсовой системы (КС);
приборы путевой системы (ПС);
приборы обработки и отображения навигационной информации (ПООНИ).

Обобщенная функциональная схема системы навигации счисления пути представлена на рисунок 1.2.

Рисунок 1.2 - Обобщенный функциональный состав неинерциальных систем навигации счисления пути

В состав неинерциальной системы навигации счисления пути принципиально входят четыре группы приборов, из которых три являются измерительными системами (ПНО, КС, ПС) и одна - вычислительной системой (ПООНИ).

ПНО предназначены для начального ориентирования систем навигации, то есть для определения перед началом движения и передачи в приборы обработки и отображения навигационной информации начальных данных.

КС предназначена для измерения во время движения изменений курса движения агрегата – приращений дирекционного угла продольной оси агрегата по отношению к начальному значению.

ПС предназначена для измерения во время движения горизонтальной составляющей пройденного агрегатом пути.

ПООНИ предназначены для вычисления по представленной измерительной информации координат текущего местоположения агрегата и наглядного отображения на специальном терминальном устройстве его положения на местности. Дополнительно ПООНИ могут предоставлять информацию и о других навигационных параметрах (величина пройденного пути, текущее значение курса движения, углы продольного и поперечного наклонов агрегата и др.).

Еще раз подчеркнем, что здесь представлен принципиально необходимый состав систем навигации, реализующих метод счисления пути. В конкретных системах представленные группы приборов могут быть построены по различным принципам, иметь отличия в решаемых задачах и функциях, отличаться по названиям. Приборный состав конкретных групп приборов будет рассмотрен в дальнейшем.

Астрономические методы навигации основаны на определении положения известных небесных светил относительно выбранной системы координат. Эти методы реализуются при помощи астрономических оптических и оптико-электронных навигационных приборов. Для астронавигационных приборов характерны автономность измерения, ограничиваемая только видимостью небесных светил (в приземной области), и высокая точность определения координат места, не зависящая от длительности, дальности, высоты и скорости движения. Поскольку основная задача навигации заключается в проведении объекта по заданной траектории в заданное время, учет хода времени является обязательной составной частью навигационных измерений.

Положение светил на небе определяется аналогично тому, как определяется положение точки на земной поверхности, – долготой и широтой. Вводится вспомогательная небесная сфера с центром в центре Земли, и все светила проецируются на нее. Принимается, что все светила расположены на этой сфере, вращающейся вокруг Земли. Небесный экватор рассматривается как проекция земного экватора на небесную сферу, и точно так же получаются Северный и Южный полюсы мира – как проекции земных полюсов.

Широта на небесной сфере называется склонением и может быть северной или южной относительно экватора, как и на Земле. Небесная долгота выражается звездным часовым углом (ЗЧУ), гринвичским часовым углом (ГЧУ) или местным часовым углом (МЧУ) светила

Небесные часовые углы

Небесный меридиан, проходящий через точку весеннего равноденствия, называемую также первой точкой Овна ( ), считается нулевым. ЗЧУ светила отсчитывается к западу от нулевого небесного меридиана в пределах от 0 до 360° и указывается в угловых градусах.

Поскольку небесная сфера равномерно вращается вокруг Земли с востока на запад, всякая задача астронавигации требует соотнесения часового угла наблюдаемого светила с нулевым, т.е. гринвичским, меридианом на Земле. Угол между гринвичским меридианом и светилом называется гринвичским часовым углом светила. ГЧУ тоже измеряется к западу от 0 до 360°.

Местный часовой угол (МЧУ) светила есть угол между небесным меридианом наблюдателя и положением светила. МЧУ всегда измеряется в градусах к западу от меридиана наблюдателя. Чтобы найти МЧУ светила, нужно из его ГЧУ вычесть гринвичский угол наблюдателя. Если результат оказывается отрицательным, то нужно абсолютную величину этого результата вычесть из 360°. Следует учитывать, что долгота на Земле измеряется также к востоку от гринвичского меридиана до 180°.

Приборы.

Географические координаты места объекта можно определить, измерив высоты двух светил над горизонтом. Вычисления координат могут осуществляться оператором или автоматическими астронавигационными системами. Высота же светила измеряется секстантом. Авиационные секстанты снабжаются искусственным горизонтом в виде жидкостного уровня (или гироскопа). После определения по шкале секстанта высоты светила над горизонтом вносятся небольшие поправки на погрешность градуировки прибора и на параллакс – отклоняющее действие земной атмосферы на проходящий сквозь нее свет. В авиационных секстантах предусматриваются автоматическая регистрация показания по завершении визирования, а также усреднение показаний в процессе быстрого многократного визирования. Космические секстанты на один-два порядка величины точнее морских и авиационных.

На ходовом мостике находятся приборы и устройства, необходимые для управления судном. Навигационные приборы – предназначены для определения местоположения судна и измерения отдельных элементов его движения:

компасы
гироазимуты
автопрокладчики
лаги
лоты
эхолоты
секстаны и другие устройства

Компасы

Компас – основной навигационный прибор, служащий для определения курса судна, направлений (пеленгов) на различные объекты. На судах применяются магнитные и гироскопические компасы.

Магнитные компасы используются в качестве резервных и контрольных приборов. По назначению магнитные компасы делятся на главные и путевые. Главный компас устанавливают на верхнем мостике в диаметральной плоскости судна, так, чтобы обеспечить хороший обзор по всему горизонту (рис. 3.1). Изображение шкалы картушки при помощи оптической системы проектируется на зеркальный отражатель, установленный перед рулевым (рис. 3.2).

Путевой магнитный компас устанавливают в рулевой рубке. Если главный компас имеет телескопическую передачу отсчета к посту рулевого, то путевой компас не устанавливают.

На магнитную стрелку на судне действует судовое магнитное поле. Оно представляет собой совокупность двух магнитных полей: поля Земли и поля судового железа. Этим объясняется, что ось магнитной стрелки располагается не по магнитному меридиану, а в плоскости компасного меридиана. Угол между плоскостями магнитного и компасного меридианов называется девиацией.

В комплект компаса входят: котелок с картушкой, нактоуз, девиационный прибор, оптическая система и пеленгатор.

На спасательных шлюпках используется легкий, небольшой по размерам компас, не закрепленный стационарно (рис. 3.3).

Гирокомпас – механический указатель направления истинного (географического) меридиана, предназначенный для определения курса объекта, а также азимута (пеленга) ориентируемого направления (рис.3.4–3.5). Принцип действия гирокомпаса основан на использовании свойств гироскопа и суточного вращения Земли.

Гирокомпасы имеют два преимущества перед магнитными компасами:

они показывают направление на истинный полюс, т. е. на ту точку, через которую проходит ось вращения Земли, в то время как магнитный компас указывает направление на магнитный полюс;
они гораздо менее чувствительны к внешним магнитным полям, например, тем полям, которые создаются ферромагнитными деталями корпуса судна.

Простейший гирокомпас состоит из гироскопа, подвешенного внутри полого шара, который плавает в жидкости; вес шара с гироскопом таков, что его центр тяжести располагается на оси шара в его нижней части, когда ось вращения гироскопа горизонтальна.

Гирокомпас может выдавать ошибки измерения. Например, резкое изменение курса или скорости вызывают девиацию, и она будет существовать до тех пор, пока гироскоп не отработает такое изменение.

На большинстве современных судов имеются системы спутниковой навигации (типа GPS) и/или другие навигационные средства, которые передают во встроенный компьютер гирокомпаса поправки. Современные конструкции лазерных гироскопов не выдают таких ошибок, поскольку вместо механических элементов в них используется принцип разности оптического пути.

Электронный компас построен на принципе определения координат через спутниковые системы навигации. Принцип действия компаса:

1. На основании сигналов со спутников определяются координаты приемника системы спутниковой навигации.

2. Засекается момент времени, в который было сделано определение координат.

3. Выжидается некоторый интервал времени.

4. Повторно определяется местоположение объекта.

5. На основании координат двух точек и размера временного интервала вычисляется вектор скорости движения:

направление движения;
скорость движения.

SC-130 спутниковый компас - Основные особенности:

Не требует технического обслуживания
Точность определения курса 0,25°. Идеально подходит для установки на средних по размеру и крупных судах для навигации в переполненных судами портах
Использование ГНСС Галилео и ГЛОНАСС для получения максимальной точности. За счет приема сигналов от спутников различного типа исключается проблема отсутствия сигнала из-за недостаточного количества спутников
Сверхмалое время инициализации – 90 секунд
Удобное подключение к существующей судовой сети через Ethernet
Высокая скорость слежения 40°/с (в два раза больше, чем требуется ИМО для высокоскоростных судов)
Высокоточные данные о бортовой/килевой качке в аналоговом и цифровом форматах для стабилизаторов качки, гидролокаторов, и др.
Контроль скорости перемещения носа и кормы судна для безопасной швартовки

Эхолот

Навигационный эхолот предназначен для надежного измерения, наглядного представления, регистрации и передачи в другие системы данных о глубине под килем судна (рис. 3.7). Эхолот должен функционировать на всех скоростях судна от 0 до 30 узлов, в условиях сильной аэрации воды, ледяной и снежной шуги, колотого и битого льда, в районах с резко меняющимся рельефом дна, скалистым, песчаным или илистым грунтом.

На судах устанавливаются гидроакустические эхолоты. Принцип их работы заключается в следующем: механические колебания, возбуждаемые в вибраторе-излучателе, распространяются в виде короткого ультразвукового импульса, доходят до дна и, отразившись от него, принимаются вибратором-приемником.

Эхолоты автоматически указывают глубину моря, которую определяют по скорости распространения звука в воде и промежутку времени от момента посылки импульса до момента его приема (рис. 3.8).

Эхолот должен обеспечивать измерение глубин под килем в диапазоне от 1 до 200 метров. Указатель глубин должен быть установлен в рулевой рубке, а самописец – в рулевой или штурманской рубке.

Для измерения глубин применяется также ручной лот в случаях посадки судна на мель, промера глубин у борта во время стоянки у причала и т. п.

Ручной лот (рис. 3.9) состоит из свинцовой или чугунной гири и лотлиня. Гиря выполняется в форме конуса высотой 25–30 см и весом от 3 до 5 кг. В нижнем широком основании гири делается выемка, которая перед замером глубины смазывается солидолом. При касании лотом морского дна частицы грунта прилипают к солидолу, и после подъема лота по ним можно судить о характере грунта.

Разбивка лотлиня производится в метрических единицах и обозначается по следующей системе: на десятках метров вплетаются флагдуки различных цветов; каждое количество метров, оканчивающееся цифрой 5, обозначается кожаной маркой с топориками.

В каждой пятерке первый метр обозначается кожаной маркой с одним зубцом, второй – маркой с двумя зубцами, третий – с тремя зубцами и четвертый – с четырьмя.

Лаг – навигационный прибор для измерения скорости судна и пройденного им расстояния. На морских судах применяются механические, геомагнитные, гидроакустические, индукционные и радиодоплеровские лаги.

относительные лаги, измеряющие скорость относительно воды;
абсолютные лаги, измеряющие скорость относительно дна.

Гидродинамический лаг – относительный лаг, действие которого основано на измерении разности давления, которая зависит от скорости судна. Основу гидродинамического лага составляют две трубки, выведенные под днище судна: выходное отверстие одной трубки направлено к носовой части судна; а выходное отверстие другой трубки находится заподлицо с обшивкой. Динамическое давление определяется по разности высот воды в трубках и преобразуется механизмами лага в показания скорости судна в узлах. Кроме скорости, гидродинамические лаги показывают пройденное судном расстояние в милях.

Индукционный лаг – относительный лаг, принцип действия которого основан на зависимости между относительной скоростью проводника в магнитном поле и наводимой в этом проводнике электродвижущей силой (ЭДС). Магнитное поле создается электромагнитом лага, а проводником является морская вода. Когда судно движется, магнитное поле пересекает неподвижные участки водной среды, при этом в воде индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости перемещения судна. С электродов ЭДС поступает в специальное устройство, которое вычисляет скорость судна и пройденное расстояние.

Гидроакустический лаг – абсолютный лаг, работающий на принципе эхолота. Различают доплеровские и корреляционные гидроакустические лаги.

Геомагнитный лаг – абсолютный лаг, основанный на использовании свойств магнитного поля Земли.

Радиолаг – лаг, принцип действия которого основан на использовании законов распространения радиоволн.

На практике отсчеты лага замечают в начале каждого часа и по разности отсчетов получают плавание S в милях и скорость судна V в узлах. Лаги имеют погрешность, которая учитывается поправкой лага.

Радионавигационные приборы

Судовая радиолокационная станция (РЛС) предназначена для обнаружения надводных объектов и берега, определения места судна, обеспечения плавания в узкостях, предупреждения столкновения судов (рис. 3.10).

В РЛС используется явление отражения радиоволн от различных объектов, расположенных на пути их распространения, таким образом, в радиолокации используется явление эха. РЛС содержит передатчик, приемник, антенно-волноводное устройство, индикатор с экраном для визуального наблюдения эхо-сигналов.

Принцип работы РЛС следующий. Передатчик станции вырабатывает мощные высокочастотные импульсы электромагнитной энергии, которые с помощью антенны посылаются в пространство узким лучом. Отраженные от какого-либо объекта (судна, высокого берега и т. п.) радиоимпульсы возвращаются в виде эхо-сигналов к антенне и поступают в приемник. По направлению узкого радиолокационного луча, который в данный момент отразился от объекта, можно определить пеленг или курсовой угол объекта. Измерив промежуток времени между посылкой импульса и приемом отраженного сигнала, можно получить расстояние до объекта. Так как при работе РЛС антенна вращается, излучаемые импульсные колебания охватывают весь горизонт. Поэтому на экране индикатора судовой РЛС создается изображение окружающей судно обстановки. Центральная светящаяся точка на экране индикатора РЛС отмечает место судна, а идущая от этой точки светящаяся линия показывает курс судна.

Судовые РЛС позволяют за короткий промежуток времени определить курс и скорость встречного судна и избежать, таким образом, столкновения.

Средства автоматической радиолокационной прокладки (САРП) – это радиолокационные информационно-вычислительные комплексы, выполняющие автоматическую обработку радиолокационной информации. САРП выполняет следующие операции (рис. 3.11):

ручной и автоматический захват целей и их сопровождение;
отображение на экране индикатора векторов относительного или истинного перемещения целей;
выделение опасно сближающихся целей;
индикацию на табло параметров движения и элементов сближения целей;
проигрывание маневра курсом и скоростью для безопасного расхождения;
автоматизированное решение навигационных задач;
отображение элементов содержания навигационных карт;
определение координат местоположения судна на основе радио-локационных измерений.

Автоматическая информационная система (АИС) является морской навигационной системой, использующей взаимный обмен между судами, а также между судном и береговой службой для передачи информации о позывном и наименовании судна для его опознавания, координатах, сведений о судне (размеры, груз, осадка и др.) и его рейсе, параметрах движения (курс, скорость и др.) с целью решения задач по предупреждению столкновений судов, контроля за соблюдением режима плавания и мониторинга судов в море.

Электронные картографические навигационные информационные системы (ЭКНИС) являются эффективным средством навигации, существенно сокращающим нагрузку на вахтенного помощника и позволяющим уделять максимум времени наблюдению за окружающей обстановкой и выработке обоснованных решений по управлению судном (рис. 3.12).

Основные возможности и свойства ЭКНИС:

Спутниковая система навигации – это система, состоящая из наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат), а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов (рис. 3.13).

GPS – это глобальная навигационная спутниковая система определения местоположения Global Position System. Система включает группировку низкоорбитальных навигационных спутников, наземные средства слежения и управления и самые разнообразные, служащие для определения координат. Принцип определения своего места на земной поверхности в глобальной системе позиционирования заключается в одновременном измерении расстояния до нескольких навигационных спутников (не менее трех) – с известными параметрами их орбит на каждый момент времени, и вычислении по измененным расстояниям своих координат.

Навигационные инструменты

Навигационный секстан – угломерный инструмент (рис. 3.14), служащий:

в мореходной астрономии – для измерения высот светил над видимым горизонтом;
в навигации – для измерения углов между земными предметами.

Морской хронометр – высокоточные переносные часы, позволяющие получать в любой момент достаточно точное гринвичское время (рис. 3.15).

Судовое время определяется по меридиану местонахождения судна и чаще всего корректируется ночью вахтенным офицером. Так, например, при изменении долготы на 15° на восток часы переводятся на 1 час вперед, а при изменении долготы на 15° в западном направлении – на 1 час назад.

Для того чтобы в машинном отделении, столовой команды, каютах, салонах, барах, камбузе иметь точное и одинаковое показание времени, устанавливают электрические часы, корректируемые от главных часов, находящихся на мостике.

К прокладочным инструментам относятся (рис. 3.16):

измерительный циркуль – для измерения и откладывания расстояний на карте;
параллельная линейка – для проведения на карте прямых, а также параллельных заданному направлению линий;
навигационный транспортир – для построения и измерения углов, курсов и пеленгов на карте.

Кроме этого, на мостике находятся журналы, папки с документацией, навигационные карты, обязательные справочники и пособия и др. (рис. 3.17).

Читайте также: