Глава 11.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ НАВИГАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ МОРСКОГО ТЕАТРА

Под навигационным оборудованием океанов и морей» как указывалось выше, подразумевается комплекс мероприятий, проводимых с целью поддержания или развертывания и ввода в действие различных средств навигационного оборудования.

Спомощью средств навигационного оборудования обеспечивается решение трех основных задач:

—навигационное определение места корабля с заданной точностью в открытом море и вблизи берегов;

—плавание кораблей по заданному направлению (по фарватерам, каналам и в узкостях);

—ограждение каналов, фарватеров и навигационных опасностей.

Кроме того, с помощью СНО определяются маневренные элементы, производятся девиационные и радиодевиационные работы, обозначаются различные полигоны и т. п.

Определение места корабля с заданной точностью обеспечивается широким комплексом технических средств навигационного оборудования: радиотехнических, гидроакустических и зрительных. Обеспечение плавания кораблей по заданному направлению осуществляется с помощью зрительных и радиотехнических СНО направленного действия (створов, секторных огней, створных радиомаяков), а также электромагнитных СНО (системы ведущего кабеля).

Ограждение каналов, фарватеров и навигационных опасностей производится в основном зрительными СНО (плавучими предостерегательными знаками и знаками на гидротехническом основании). В качестве предупредительных средств, служащих для ориентировки мореплавателей, используются звукосигнальные СНО.

Совокупность средств навигационного оборудования в том или ином районе — это система навигационного оборудования, которая должна быть спроектирована и выполнена так, чтобы при минимальных затратах материальных и технических средств в сложных метеорологических условиях обеспечивалась возможность навигационных определений и безопасность плавания кораблей в открытом море и вблизи берега, па рекомендованным путям и фарватерам, в гаванях, бухтах и на подходах к ним. Это достигается правильным выбором средств навигационного оборудования, их рациональной расстановкой на берегу и в море и соответствующим режимом работы.

При выборе технических средств для навигационного оборудования морского театра учитывают их основные тактико-технические параметры, а также навигационно-гидрографическую и метеорологическую характеристику оборудуемого района.

§ 11.1 ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К НАВИГАЦИОННОМУ ОБОРУДОВАНИЮ МОРСКОГО ТЕАТРА

В целях конкретизации требований к навигационному оборудованию для различных условий плавания всю акваторию морского театра можно разделить на следующие характерные зоны:

—зона открытого моря;

—прибрежная зона;

—зона стесненного плавания.

Зона открытого моря — акватория, лежащая за пределами визуальной и радиолокационной наблюдаемости береговых ориентиров. Плавание в этой зоне, как правило, свободное — большие глубины, незначительное количество или отсутствие навигационных опасностей дают возможность широкого выбора пути следования корабля. В ряде случаев, особенно в районах интенсивного плавания, объявляются рекомендованные пути следования и устанавливаются районы разделения движения кораблей и судов.

Основным способом получения места корабля в зоне открытого моря является счисление пути с периодическим контролем местоположения корабля по средствам навигационного оборудования или по светилам. Поэтому главное требование к СНО в этой зоне—обеспечение навигационных определений места корабля с заданной точностью, что осуществляется с помощью радиотехнических и гидроакустических средств.

Прибрежная зона — акватория моря, лежащая вдоль материкового берега, архипелагов и отдельных островов, в которой возможно визуальное и радиолокационное наблюдение береговых ориентиров. Она занимает полосу шириной до 30—50 миль. Близость берега, сравнительно небольшие глубины, на-

личие отходящих от береговой черты и отдельно лежащих навигационных опасностей усложняют условия плавания и ограничивают выбор пути следования корабля в прибрежной зоне; Плавание в зоне осуществляется в основном по рекомендованным путям или по фарватерам и только в отдельных районах допускается свободное плавание. Следует также отметить, что прибрежная зона является наиболее оживленной по количеству плавающих в ней кораблей и судов.

Условия плавания в прибрежной зоне требуют систематического контроля местоположения корабля на всем пути следования, указания положения осей и границ фарватеров, рекомендованных путей, а также ограждения навигационных опасностей. Для этого используются зрительные, радиотехнические, электромагнитные и акустические СНО.

Зона стесненного плавания включает в себя каналы, узкости, шхеры, акватории портов, подходы к ним и устьевые участки судоходных рек. Плавание в этой зоне осуществляется, как правило, по строго определенным направлениям (фарватерам), обеспечивающим безопасный путь следования.

Условия плавания в прибрежной зоне требуют непрерывного контроля местоположения корабля с более высокой точностью, чем в других зонах, а также обеспечения следования корабля строго по заданному направлению и надежного ограждения навигационных опасностей. Эта задача решается путем использования зрительных, радиотехнических (радиолокационных), электромагнитных и акустических СНО. .В любой из указанных зон (в районах интенсивного плавания) в целях уменьшения опасности столкновений в соответствии с рекомендациями Межправительственной консультационной организации (ИМКО), членом которой является и СССР, может вводиться система разделения

—надежность действия и помехоустойчивость;

—автономность действия.

Кроме того, должны учитываться и такие показатели, как стоимость, сложность оборудования и его обслуживания, маневренность, возможность включения в систему телеуправления и т. п. Точность, обеспечиваемая СНО при определении места, характеризуется погрешностью в измерении навигационного параметра (направления, угла, расстояния и т. д.), погрешностью в линии положения и в определении места.

Дальность действия СНО зависит от его принципа действия и должна обеспечивать определение места в любой точке оборудуемого района.

Время, затрачиваемое на определение места, зависит от принципа действия СНО, уровня автоматизации бортовой аппаратуры и может колебаться в широких пределах (от десятых долей секунды до нескольких минут).

Надежность СНО — свойство оборудования выполнять заданные функции в определенных условиях эксплуатации при сохранении значений основных показателей в установленных пределах. Надежность СНО обеспечивается рядом мероприятий, проводимых при проектировании, изготовлении и эксплуатации этих средств, и зависит от схемно-конструктивного исполнения, надежности комплектующих элементов, технологии изготовления и своевременного, а также высококачественного технического обслуживания и ремонта.

Один из методов повышения надежности действия СНО — резервирование аппаратуры и источников питания. Включение резервных средств, как правило, должно происходить автоматически, не нарушая режима работы СНО. При отсутствии автоматического резервирования предусматривается аварийная сигнализация, которая должна предупреждать о предаварийном и аварийном состояниях оборудования.

Из принятых критериев количественной оценки надежности с точки зрения практики использования СНО наиболее удобными являются наработка на отказ и вероятность безотказной работы, а также среднее время восстановления. Причем под отказом СНО следует понимать не только нарушение его работоспособности, но и ухудшение основных качественных показателей ниже определенных пределов. Указанные величины могут быть определены статистическим путем по результатам специальных испытаний на надежность или в процессе эксплуатации.

Наработка на отказ То представляет собой отношение суммарной наработки прибора к числу его отказов, т. е.

(11.1)

где tΣ, — общее (суммарное) время исправной работы прибора, ч; п — число отказов за время работы (испытаний).

При оценке работы СНО важное значение имеет знание вероятности безотказной работы, т. е. вероятности того, что в пределах заданной наработки t в приборе не возникнет отказ. Вероятность безотказной работы P(t) за время t определяется как отношение числа приборов, исправно работающих на момент t, к числу приборов, находящихся под наблюдением, т.е.

Нужно помнить, что надежность каждого прибора в целом зависит от надежности всех входящих в него элементов. Следовательно, чем больше элементов в приборе при неизменной величине их надежности,, тем более резко уменьшается его общая надежность.

Среднее время восстановления СНО является показателем его ремонтопригодности и равно среднему времени, затрачиваемому на обнаружение, поиск причины отказа и устранение последствий отказа.

Помехоустойчивость СНО — один из показателей надежности, учитывающий влияние помех. При решении задач навигационного оборудования морских театров особый интерес представляет способность СНО сохранять свои основные показатели в заданных пределах в условиях естественных и искусственных помех. Действие помех может привести к уменьшению точности измерений и дальности действия средств, увеличению времени производства отсчета или создать такие условия, когда в определенной зоне вообще невозможно использовать СНО данного типа.

Автономность СНО — это способность действовать определенный период без обслуживания. Для достижения высокой автономности необходима автоматизация всей аппаратуры с высокой степенью надежности отдельных элементов, узлов и всего устройства в целом, а также наличие высокоэффективных и длительно действующих источников питания.

Уровень автоматизации СНО имеет важное значение как с точки зрения экономической (поскольку дает возможность максимально сократить или полностью снять обслуживающий персонал с объекта СНО), так и с точки зрения включения средств СНО в систему телеуправления.

В зависимости от характера решаемой задачи кораблевождения, навигационно-гидрографических и гидрометеорологических условий оборудуемого района и других факторов различные виды СНО удов-

летворяют предъявляемым к ним требованиям в различной степени.

Так, например, зрительные СНО просты по устройству, обеспечивают высокую точность определения места, однако дальность действия их ограничена и находится в прямой зависимости от условий видимости. Радиотехнические СНО обеспечивают определение места на больших удалениях, независимо от условий видимости с высокой точностью, однако требуют, как правило, наличия на корабле сложных приемо-индикаторных устройств, которые чувствительны к помехам, и часто их дальность действия и точность определения места зависят от времени суток, условий проходимости радиоволн, характера подстилающей поверхности и т. п.

Из сопоставления требований, предъявляемых к навигационному оборудованию, и тактикотехнических данных различных СНО следует, что с помощью СНО какого-либо одного типа решить все задачи в любых условиях часто невозможно. Поэтому при навигационном оборудовании морского театра стремятся применять принцип комплексирования различных СНО, тем самым обеспечивая выполнение всех требований, предъявляемых к навигационному оборудованию того или иного района, не забывая при этом, конечно, об экономии средств.

Например, у радиотехнических СНО большой дальности действия вблизи береговых станций по геометрическим причинам и из-за наличия нестационарного электромагнитного поля расположены области относительно низкой точности определения места, поэтому в этих районах развивается сеть СНО, основанных на других принципах действия: радиотехнических СНО ближнего действия, а также зрительных СНО, — т. е. применяется принцип комплексирования СНО по дальности действия.

Комплексирование СНО необходимо также для того, чтобы обеспечить использование их кораблями и судами с различной степенью оснащенности бортовыми навигационными устройствами или вообще их не имеющими, а также для повышения надежности системы навигационного оборудования.

§ 11.2. НОРМЫ ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА КОРАБЛЯ

Знание требуемой точности определения места корабля имеет первостепенное значение при навигационном оборудовании морского театра, поскольку:

—от обеспечиваемой средствами навигационного оборудования точности определения места в большой мере зависит безопасность кораблевождения и успех выполнения поставленных задач;

—знание требуемой точности определения места в зависимости от решаемых задач позволяет при проектировании навигационного оборудования правильно выбрать тип используемых СНО и их необходимое количество.

Основными факторами, влияющими на требуемую точность определения места корабля для обеспечения навигационной безопасности в зоне плавания, являются расстояния до ближайших к пути следования навигационных опасностей, ширина канала, фарватера или безопасного прохода в узкости. При этом к навигационным опасностям, кроме надводных и подводных препятствий, следует отнести и районы с изобатами, лимитирующими плавание кораблей с определенной осадкой. Кроме того, требуемая точность определения места зависит от характера решаемых кораблями задач, интенсивности движения в данном районе, тактико-технических данных кораблей (скорости хода, маневренных элементов и т.

д.).

Одним из самых сложных и до сих пор не полностью решенных вопросов в системе обеспечения безопасности мореплавания является определение целесообразных и объективно оправданных количественных требований к нормам точности определения места корабля при плавании в том или ином районе. Завышение этих норм ведет к необоснованному завышению соответствующих требований к техническим средствам навигационного оборудования и удорожанию строительства и эксплуатации объектов СНО. Занижение же их может привести к снижению эффективности навигационно-гидрографичёского обеспечения безопасности плавания в оборудуемом районе. Завышение и особенно занижение норм точности недопустимо.

Точность определения места корабля оценивается средней квадратической погрешностью М, представляющей собой радиус круга, в пределах которого может находиться место корабля.

Вероятность Р нахождения действительного места корабля в круге радиусом М составляет примерно 65%. Заметим, что вероятность местоположения определяемой точки внутри окружности радиуса, равного М, несколько меняется в зависимости от характера эллипса погрешностей в данном месте. Если эллипс погрешностей имеет равные полуоси, эта вероятность составляет 63%, при очень вытянутом эллипсе она близка к 68%.

Сизменением радиуса круга, а следовательно, площади его, в пределах которой может находиться

корабль, вероятность этого нахождения при постоянной погрешности определения места меняется. При увеличении радиуса вероятность возрастает, а при уменьшении его понижается. Так, например, средние вероятности местоположения определяемой точки в кругах радиусов, равных 2М и ЗМ, будут соответственно не ниже 95% и 99,7%.

Вобщем случае при решении вопроса о необходимой точности определения места в целях безопасности мореплавания исходят из следующих положений.

Взоне открытого моря при расстояниях до опасностей не менее 50 миль допустимая величина средней квадратической погрешности не должна превышать примерно 1% до ближайшей навигационной опасности (но не более 3 миль).

Вприбрежной зоне при плавании по рекомендованным путям и для районов свободного плавания допустимые средние квадратические погрешности определения места не должны превышать величин, указанных в табл. 11.1.

Таблица 11.1

Приведенные в табл. 11.1 допустимые значения М являются ориентировочными и в отдельных районах прибрежной зоны с неблагоприятными условиями плавания требования к точности определения места могут быть повышены в 2 или даже в 3 раза, особенно это относится к малым расстояниям до опасности (менее 3 миль).

В районах раздельного движения допустимые погрешности определения места с вероятностью не ниже 95% не должны превышать объявленной полуширины полосы одностороннего движения, т. е.

2M ≤ 12 m или M ≤ 14 m

где m — ширина полосы одностороннего движения.

Для естественных фарватеров прибрежной зоны допустимые погрешности определения места с

вероятностью не ниже 95% не должны выходить за пределы объявленной полуширины фарватера, т. е.

2M ≤ 12 B или M ≤ 14 B

где В — ширина фарватера В зонах стесненного плавания допустимые погрешности определения места с вероятностью не

ниже 99,7% не должны превышать полуширину канала, т. е

3M ≤ 12 B или M ≤ 16 B

где В — ширина канала.

Приведенные выше общие требования к точности определения места корабля при плавании в различных зонах хорошо согласуются с временными нормами Главного управления навигации и океанографии Министерства обороны [19] (табл. 11.2). При определении места с точностью, указанной в табл. 11.2, обеспечивается следующая вероятность нахождения корабля в пределах:

—канала шириной 100 м — 99,7%,

—фарватера шириной 250 м — 99,3%,

—фарватера шириной от 2 до 20 кбт — 95%,

—полосы движения шириной от 10 до 20 кбт — 95%.

Приведенные в табл. 11.2 точности определения места соответствуют рекомендациям Международной ассоциации маячных служб (МАМС) и должны использоваться в качестве нормативных при решении задач обеспечения безопасности мореплавания и анализе навигационного оборудования.

При решении других задач по навигационно-гидрографическому обеспечению кораблевождения в каждом конкретном случае требуемая точность определения места может задаваться исходя из характера задач, решаемых кораблями в данной зоне.

Таблица 11.2

§ 11.3. ЭТАПЫ НАВИГАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ МОРСКОГО ТЕАТРА

Рассмотрим последовательность выполнения работ и их содержание при создании системы навигационного оборудования.

В зависимости от условий и требований, предъявляемых к оборудуемому району, может решаться одна из двух задач:

—создание системы навигационного оборудования в необорудованном районе;

—дооборудование заданного района путем развития сети новых и модернизации действующих СНО. Основные этапы оборудования:

1.Составление технического задания на разработку проекта.

2.Разработка проекта размещения СНО и установки на них технических средств навигационного оборудования для заданного района.

3.Разработка проектов отдельных объектов СНО.

4.Строительство объектов СНО, выполнение монтажных и пусконаладочных работ.

5.Навигационная отработка объектов СНО (испытания, оплавывание, калибровка и т. л.) и ввод их в действие.

6.Организация управления объектами СНО и создание системы контроля за их действием.

7.Составление руководств и пособий для использования СНО.

Техническое задание на разработку проекта устанавливает назначение, исходные данные и техни- ко-экономические требования, предъявляемые к проектируемой системе навигационного оборудования, стадии и этапы проектирования, сроки выполнения проектных работ, состав документации проекта и специальные требования к нему.

Содержание исходных данных и требований к создаваемой системе навигационного оборудования учитывается на всех этапах оборудования как комплекса мероприятий, проводимых для поддержания существующего или установления нового режима плавания кораблей (судов) с помощью различных СНО.

Исходные данные должны быть достоверными, составленными на основании последних изыска-

тельских работ (промер, траление, топо-геодезические работы и т. п.) с использованием новейших крупномасштабных карт (планшетов), откорректированных лоций, справочных изданий и материалов. Составление исходных данных должно основываться на глубоких знаниях военно-экономического значения района, перспектив его развития, навигационно-гидрографических и гидрометеорологических условий, задач военного, торгового и рыбопромыслового флотов, тактико-технических данных кораблей.

Кисходным данным относятся:

—положение и границы оборудуемого района;

—навигационно-гидрографическая и гидрометеорологическая характеристика района;

—характер береговой черты и топографические особенности прибрежной полосы;

—сведения о фарватерах и рекомендованных путях (их протяженность, направление, глубины, течения, положения и характер навигационных опасностей);

—сведения о существующих СНО (при дооборудовании района);

—основные данные кораблей и судов, плавание которых предполагается в заданном районе (осадка, длина и ширина корпуса, скорость, высота мостика, штурманское вооружение);

—задачи, решаемые кораблями, и места их базирования;

— перечень картографических и описательных материалов, подлежащих использованию при разработке проекта;

—продолжительность навигационного периода;

—средняя продолжительность темного времени суток и характерный для данного района коэффициент прозрачности атмосферы (с повторяемостью не ниже 65%);

—дополнительные сведения по оборудуемому району, которые могут потребоваться при составлении проекта (сведения о дноуглубительных работах, о наличии линий электропередач и т. п.).

Кисходным техническим требованиям относятся:

—требуемая точность (погрешность с заданной вероятностью) определения места в оборудуемом районе;

—условия, при которых должно быть обеспечено плавание кораблей (период года, время суток, условия видимости);

—требования по использованию действующих СНО (при дооборудовании района), типовых проектов средств навигационного оборудования, аппаратуры СНО и источников питания;

—указания по использованию руководящих документов;

—требования по организации работ.

Проект навигационного оборудования представляет собой совокупность документов, содержащих обоснованное решение на размещение, строительство, реконструкцию и модернизацию СНО. На его основе разрабатываются тактико-технические задания (ТТЗ) на проектирование и строительство отдельных объектов СНО, а также на выполнение строительных и монтажных работ.

Проектирование навигационного оборудования затрагивает широкий круг сложных и различных по своему характеру вопросов и направлено в конечном итоге на эффективное обеспечение навигационной безопасности плавания применительно к особенностям и конкретным навигационно-гидрогра- фическим условиям данного района. Этот проект разрабатывается, как правило, подразделениями ГС ВМФ.

При разработке проекта системы навигационного оборудования предусматривается выполнение следующих основных работ:

—анализ действующей системы навигационного оборудования (при дооборудовании района);

—выбор и обоснование использования новых СНО для решения поставленных задач;

—рациональное размещение проектируемых СНО и определение их тактико-технических характеристик (дальности действия, характера работы и т. д.);

—оценка эффективности спроектированной сети навигационного оборудования.

Разработка проекта проводится, как правило, в три этапа:

—разработка проектного задания (технических предложений);

—разработка эскизного проекта;

—разработка технического проекта.

Проектное задание представляет собой совокупность документов, в которых на основе анализа технического задания приводится обоснование предлагаемых вариантов решений по навигационному оборудованию заданного района.

При разработке проектного задания необходимо:

—выполнить анализ действующей системы навигационного оборудования с целью определения степени обеспечения навигационной безопасности плавания и уточнить необходимые исходные данные;

—определить виды СНО, обеспечивающие решение поставленной задачи и наметить ориентировочные места их установки;

—определить ожидаемые точности по-каждому варианту оборудования

—дать предварительную характеристику организации эксплуатации проектируемой системы;

—определить ориентировочную стоимость строительно-монтажных работ.

Эскизный проект разрабатывается на основании технических предложений проектного задания и представляет собой совокупность документов, дающих принципиальное техническое решение по оборудованию (дооборудованию) СНО заданного района.

Вэскизном проекте дается общее представление:

—о месте строительства новых СНО и типовых сооружений;

—о реконструируемых СНО и замене оборудования на действующих СНО;

—об ожидаемой эффективности проектируемой сети навигационного оборудования;

—об организации обслуживания СНО, ориентировочной стоимости строительных и монтажных работ, а также стоимости оборудования.

На стадии разработки эскизного проекта проводится рекогносцировка оборудуемого района с целью уточнения исходных данных и сбора недостающих материалов для разработки технического проекта. При этом уточняется техническое состояние действующих СНО и выбираются участки будущего строительства новых СНО. Выбранные пункты нового строительства должны обеспечивать как экономичность выполнения строительных работ, так и удобство последующей эксплуатации зданий и сооружений в полном соответствии с их назначением и особенностями согласно тактико-техническим требованиям.

Технический проект разрабатывается на основании эскизного проекта и представляет собой совокупность документов, которые должны содержать законченное техническое решение на размещение, строительство, реконструкцию и модернизацию СНО. Технический проект дает полное представление о системе навигационного оборудования и содержит необходимые данные для разработки тактикотехнических заданий на проектирование, строительство новых, а также на модернизацию действующих объектов СНО.

Строительство объектов СНО производится по проектам, разработанным специализированными проектными организациями ВМФ на основании специальных тактико-технических заданий, составленных ГС ВМФ. Строительство осуществляется, как правило, по типовым и повторным проектам с привязкой их к конкретным условиям места размещения объекта СНО.

Вновь построенные или реконструированные в соответствии с утвержденными проектами объекты СНО принимаются в эксплуатацию Государственными приемочными комиссиями, которые проверяют качество строительно-монтажных работ и соответствие их проекту.

Навигационная отработка и ввод в действие объектов СНО производятся после принятия их в эксплуатацию. В процессе испытаний определяются фактические навигационные параметры СНО и другие характеристики, необходимые для издания «Извещений мореплавателям». Во время испытаний уточняются также координаты места посадки объекта СНО, определяется фактическая дальность действия, обеспечиваемая точность и характер работы СНО, производится (если это требуется) промер и гидрографическое траление фарватеров и каналов, обеспечиваемых створами и т. д.

Управление объектами СНО является одним из важнейших факторов,, определяющих эффективность действия системы навигационного оборудования. При любых условиях должно быть обеспечено надежное и оперативное управление всеми объектами СНО путем отработки связи между органом управления и управляемыми объектами. Средства и способы связи должны выбираться исходя из особенностей данного морского района.

Контроль за действием СНО осуществляется специальными контрольными пунктами (например, радиомаячными), гидрографическими судами (катерами), маяками, рейдовыми постами и другими подразделениями, расположенными вблизи установки СНО.

Контроль за действием СНО имеет целью своевременно обнаружить нарушение режима действия СНО и предупредить выход его из строя. Организация контроля должна предусматривать наблюдение за действием всех СНО, немедленное принятие мер к вводу вышедших из строя СНО или к устранению нарушений режима их действия, а также оповещение мореплавателей о выходе из строя или нарушении режима действия СНО.

Контроль за действием СНО производится путем:

—наблюдения за действием зрительных СНО;

—проверки местоположения буев и вех;

—прослушивания сигналов звукосигнальных СНО;

—прослушивания работы радиомаяков;

—создания системы телеконтроля за действием СНО;

—использования аварийной сигнализации.

Сведения о работе СНО, необходимые для использования их мореплавателями, публикуются в «Извещениях мореплавателям», а также в изданиях ГУНиО МО «Огни и знаки», «Радиотехнические СНО» и в лоциях.

Глава 12.

МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ НАВИГАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ МОРСКОГО ТЕАТРА

Использование обоснованной методики проектирования системы навигационного оборудования в связи с большим объемом работ, проводимых в этой области, имеет первостепенное практическое значение. Важнейшим показателем качества и эффективности навигационного оборудования является обеспечиваемая СНО точность определения места корабля. Поэтому в основе проектирования лежит сравнительная оценка ожидаемых расчетных средних квадратических погрешностей определения места корабля и нормативных требований.

Анализ эффективности СНО производится путем построения на картах зон действия и рабочих зон СНО. Зона действия СНО — это район моря, в пределах которого возможно измерение навигационного параметра по данному СНО. Рабочая зона СНО — это часть зоны действия, в пределах которой возможно определение места корабля с заданной точностью.

§ 12.1. НАВИГАЦИОННЫЕ ГРУППЫ И ИХ ПАРАМЕТРЫ

Средства навигационного оборудования, предназначенные для определения места корабля, представляют собой сеть ориентиров, обеспечивающих возможность измерения направлений, расстояний или других навигационных параметров.

В зависимости от количества и расположения на местности СНО могут быть использованы как одиночные ориентиры или объединяться в навигационные группы. Ориентиры, входящие в навигационную группу (как правило, два или три), должны быть связаны между собой определенными геометрическими параметрами, обеспечивающими благоприятное их использование при определении места корабля навигационными способами.

Навигационная группа из двух ориентиров (рис. 12.1) характеризуется расстоянием (базой) В между ориентирами O1 и О2 и их дальностью действия Д1 и Д2. Величина базы зависит от дальности действия ориентиров и задаваемого угла в пересечений линий положения.

Если задаться принятыми в навигации пределами изменения углов пересечения линий положения

30о ≤ Θ ≤150 о

то из равенств (12.1) и (12.2) найдем оптимальное значение величины базы В для двух ориентиров:при равных дальностях ориентиров

при неодинаковых дальностях действия ориентиров

B = Д12 + Д22 −1,73 Д1 Д2 (12.4)

Определим положение точки в зоне действия навигационной группы из двух ориентиров, где погрешность определения места будет иметь минимальное значение.

Рассмотрим группу из двух ориентиров с равной дальностью действия; Средняя квадратическая погрешность определения места способом двух пеленгов вычисляется по формуле

В выражении (12.7) величины K, m°П и В постоянные для: данной группы; т.е. M = f(Θ) Минимальное значение ошибки М будет при значениях угла Θ, когда

sin 2 Θ2 •cos Θ2 = max

Для нахождения экстремального значения угла Θ возьмем первую производную от функции

Уравнение (12.8) имеет два корня:

1)sin Θ2 = 0, Θ = 0

Следовательно, минимальная погрешность будет располагаться на перпендикуляре к базе при углах пересечения линий положения Θ=109о28/.

В единицах базы положение этой точки может быть определено следующим образом.

Следовательно, минимальная погрешность будет в точке на перпендикуляре к базе, отстоящей от нее на расстоянии 0,35 В.

Из чертежа (рис.12.2) нетрудно определить величину средней квадратической погрешности в этой

Анализ изменения значения М с изменением угла Θ в районе его оптимального значения показы-

вает, что в диапазоне Θ = 105—115° увеличение средней квадратической погрешности по сравнению с минимальной не превышает ~0,4%, а в диапазоне Θ = 95 — 125° — соответственно ~6%.

Таким образом, объекты СНО в навигационной группе из двух ориентиров следует размещать так, чтобы перпендикуляр, восстановленный к середине базы, проходил через район, где по условиям плавания требуется более высокая точность определения места корабля.

Наилучшим является вариант, при котором ориентиры располагаются по обе стороны от рекомендованного пути или фарватера. При такой расстановке используются зоны действия, расположенные по обе стороны базы.

Навигационная группа из трех ориентиров (рис. JS.3) характеризуется расстояниями (базами) В1 В2 и В3 между ориентирами О1 О2 и О3, их дальностью действия Д1 Д2 и Д3, а также базовым углом β при среднем ориентире.

Элементы взаимного положения ориентиров связаны с их дальностями действия Д1 Д2, Д3 и измеренными углами Θ1 и Θ2 следующей системой уравнений:

Наивыгоднейший вариант расстановки в навигационной группе из трех ориентиров будет при В1 = В2; Д1=Д2=Дз и β=120° (в общем случае угол β должен находиться в пределах 100—140°). При неравенстве баз (В1 ≠ В2) площадь зоны действия смещается в сторону большей базы.

Влияние базового угла β на площадь зоны S происходит не только в случае равных баз, т. е. при В1

построенных для значений b = 1, b = 0,8, b = 0,6 и b = 0,4.

Из приведенных графиков видно, что с уменьшением значений величина площади зоны группового действия также уменьшается и объединение в навигационную группу трех ориентиров, у которых

соотношение баз меньше 0,5, т. е. B1 < 0,5 , практически нецелесообразно.

B2

Построение зон действия (рис. 12.5) одного, двух или трех ориентиров сводится к нанесению на карту окружностей или секторов радиусом, равным дальности действия СНО. Центрами окружностей являются места навигационных ориентиров.

За дальность действия зрительных навигационных ориентиров принимается расчетная дальность видимости огней ночью при наиболее вероятных для данного района моря значениях коэффициента прозрачности атмосферы т с повторяемостью не ниже 65%.

§ 12.2. СПОСОБЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ СЕТИ НАВИГАЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Для оценки эффективности действующей и вновь спроектированной сети навигационного оборудования с точки зрения обеспечиваемой точности определения места на практике используется два способа: способ изолиний и способ контрольных графиков.

Первый способ заключается в построении рабочих зон, ограниченных линиями равной точности, представляющими собой геометрическое место точек, в которых погрешности определения места равны между собой. Таким образом, нанесение границ рабочих зон сводится к построению кривых, на кото-

рых М = const.

При анализе эффективности действия зрительных СНО и морских радиомаяков рабочие зоны, как правило, строятся для наиболее распространенного способа определения места по двум или трем пеленгам.

При использовании трех пеленгов точность определения места повышается на 15—20%, по сравнению со способом двух пеленгов.

Отметим, что все формулы, приведенные ниже для расчета линий равной точности, справедливы лишь для тех случаев, когда ошибки пеленгования являются случайными, независимыми и подчиняются закону нормального распределения.

Рабочая зона одного навигационного ориентира

Одиночные навигационные ориентиры используются для определения места корабля главным образом в варианте «пеленг и расстояние».

В качестве одиночных навигационных ориентиров используются зрительные ориентиры в сочетании с корабельными РЛС или дальномерами, а также радиолокационные маяки-ответчики или пассивные отражатели.

Расчет средних квадратических погрешностей может быть выполнен по известной формуле

где ∆n1 и ∆n2 — смещения линий положения, вызванные средними квадратическими погрешностями n1

иn2 измерений;

Θ— угол пересечения линий положения.

Вданном случае ∆n1 — смещение линии положения за счет погрешности в определении пеленга (∆n1=moПarc1oD) и ∆n2 — смещение линий положения за счет погрешности при измерении расстояния (∆n2=m0). В связи с тем, что угол пересечения линий положения Θ = 90°, формула (12.13) примет вид

где m°П — средняя квадратическая погрешность измерения пеленга; mD— средняя квадратическая погрешность измерения расстояния;. D — расстояние от определяемого места до объекта СНО.

Из формулы (12.14) видно, что значение погрешности М при неизменных погрешностях m°П и mD зависит только от расстояния D, а поэтому линиями равной точности являются концентрические окружности. Радиусы этих окружностей вычисляются по формуле

Рабочие зоны, в пределах которых обеспечивается заданная точность, представляют собой круги с радиусами D.

Рабочая зона двух навигационных ориентиров

Погрешность определения места по двум пеленгам будет зависеть от погрешностей измерения пеленгов и от взаимного положения определяемой точки и навигационных ориентиров.

Исходя из формулы (12.13), где ∆n1 и ∆n2 — смещения линий положения, вызванные средними

квадратическими погрешностями, mПo 1 и mПo 2 —измерения пеленга, Θ — угол пересечения линий поло-

жения, а также принимая, что угловая величина погрешности измерения пеленга mПo 1 и mПo 2 не зависит от расстояний до ориентира и по своему характеру эти погрешности равно точны, т. е. mПо1 = mПо 2 = mПо ,

можно записать ∆n1 = mПо arc1o D1;

По формуле (12.16) для различных значений D1 и D2 и соответствующих значений угла в можно вычислить величину М в различных точках зоны действия двух маяков и по этому судить о характере

распределения средней квадратической погрешности mПо .

Однако такой способ мало удобен и весьма трудоемок. Поэтому целесообразно формулу (12.16) представить в виде функции от полярных координат D0 и φ (рис. 12.6), освободившись от значений Θ, D1 и D2, и в конечном итоге получить зависимость

M = f (B, D0 ,ϕ)

Выполним несколько преобразований. Из рис. 12.6 следует, что