Фарватер РК-2306

Устройство дистанционной подачи курса на базе приемной аппаратуры ГНСС ГЛОНАСС/ GPS / SBAS .

Введение

Безопасность судовождения является одним из главных условий успешной работы водного транспорта. Для ее обеспечения на судах имеются различные технические средства судовождения, особое место среди которых занимает компас.

Безотказность компаса как его важнейшее свойство находит отражение в ряде международных нормативных документов (ИМО, ИСО), в которых установлено, что компас является главным указателем курса на судне. Соответственно, ни одно судно не может выйти в море, если не имеет на борту компаса.

Неотъемлемым мореходным инструментом со времен средневековья является магнитный компас, магнитная стрелка которого, свободно вращающаяся в горизонтальной плоскости, под воздействием магнитного поля земли всегда показывает на север. Однако магнитное склонение и девиация в некоторых случаях затрудняют пользование этого типа компаса. Причина магнитного склонения заключается в том, что северный и южный магнитные полюсы не совпадают с географическими. Северный магнитный полюс расположен примерно в 1600 км от географического северного полюса.

Стрелка компаса в месте, не содержащем железа (что так же затрудняет получение высокой точности курсоуказания на современных судах), совпадает с магнитным меридианом и поэтому в зависимости от места снятия показаний с компаса имеет большее или меньшее отклонение. В высоких широтах пользование магнитным компасом для определения направления становится неэффективным. Поскольку магнитный полюс, хотя и очень медленно, меняет свое положение, магнитное склонение должно ежегодно корректироваться

Безусловным преимуществом магнитного компаса является его независимость от наличия питания. В связи с этим, магнитный компас используется в качестве аварийного средства курсоуказания.

Другим типом судового компаса является гирокомпас. Принцип его работы основан на использовании одного или нескольких гироскопов. Его открытие и начало эксплуатации датируется 1908÷1911 годами прошлого века. Все время гирокомпасы постоянно совершенствовались. В настоящее время гирокомпас повсеместно используется в системах навигации и управления крупных морских судов. В отличие от магнитного компаса его показания связаны с направлением на истинный географический (а не магнитный) северный полюс. Современные гирокомпасы значительно усовершенствованы и отличаются точностью и надежностью.

Но при маневрировании судна ли других механических возмущений у гирокомпаса возникает инерционная погрешность, которая имеет переменный (периодический), медленно затухающий характер. Величина этой погрешности может достигать нескольких градусов. В связи с вышесказанным, работа гирокомпаса в высоких широтах становится практически невозможной.

К тому же морской гирокомпас все еще достаточно тяжел: в некоторых конструкциях вес гироскопического ротора превышает 25 кг. Для нормальной работы гирокомпаса также необходимо устойчивое основание, не испытывающее ускорений и фиксированное относительно земной поверхности, причем скорость его перемещения должна быть пренебрежимо мала по сравнению со скоростью суточного вращения земли на данной широте.

С развитием новых, в том числе и спутниковых навигационных, технологий появилась возможность создания принципиально новых датчиков курса. Эти изделия получили название спутниковых компасов. Этот тип компасов лишен практически всех недостатков магнитных и гироскопических компасов.

Принцип его действия основан на определении ориентации осей системы координат, жёстко связанной с судном, относительно осей геоцентрической системы координат на основе специализированной обработки сигналов спутников ГНСС. Для решения этой задачи необходимо использовать не одну а, как минимум, две разнесённые приемные антенны ГНСС, профессиональные приёмники ГНСС, формирующие измерения спутниковых сигналов по фазе несущей, и реализовать специальные алгоритмы совместной обработки измерений двух (или более) приёмников и выработки параметров ориентации судна с высокой точностью. До появления спутниковых компасов наиболее точным прибором для определения истинного курса судна считался гирокомпас, типовая точность которых при невысокой динамике судна составляет порядка 0,7º. Однако при маневрировании судна, особенно в высоких (более 60º) широтах и на большой скорости, у гирокомпаса появляется инерционная погрешность.

Спутниковый же компас вырабатывает оценку истинного курса с точностью 0,2º ÷0,3º. И эта точность справедлива при любых маневрах судна, бортовой и килевой качке, в любой точке земного шара. Кроме того, холодный старт спутникового компаса составляет не более 2 минут, тогда как холодный старт гирокомпаса (приведение в меридиан) занимает от 1 до 4 часов. Не стоит забывать также и о том, что спутниковый компас существенно дешевле гироскопического или магнитного компаса. А стоимость эксплуатации навигационного компаса, в отличие от гирокомпаса, вообще ничтожно мала.

В 2007 году был разработан и одобрен российскими морским регистром судоходства и речным регистром «ФАРВАТЕР» РК-2306 ̶ первый в России навигационный компас для гражданского назначения. По международной классификации РК-2306 является устройством дистанционной подачи курса.

Его основным отличием от продукции других производителей – это его мультисистемность. Это означает, что «ФАРВАТЕР» РК-2306 может вырабатывать углы пространственной ориентации от сигналов разных ГНСС ГЛОНАСС и/или GPS . Такое отличие дает дополнительное преимущество: большую защищенность от слабого сигнала приема спутниковой системы, плохого условия приема или наличие помех и снимает основной недостаток спутникового компаса – зависимость от одной спутниковой группировки.

Встроенный в компас процессор обрабатывает данные, получаемые от каждого навигационного приемника, и осуществляет расчет динамически изменяющихся углов пространственной ориентации судна.

Выпускается навигационные компасы с 2-х и 3-х антенной приемной системой с фиксированной базой. При наличии 2-х антенной версии, можно получить только угол курса.

3-х антенная версия РК-2306, кроме того, позволяет вырабатывать большее количество параметров:

• курс (угол между плоскостью истинного меридиана и диаметральной плоскостью корабля),
• крен (угол наклона палубы к плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости),
• дифферент (угол наклона палубы к диаметральной плоскости).

Стандартно навигационные антенны компаса разнесены между собой на расстояние порядка 60 см, что позволяет получать точность определения углов не хуже 0.4 ° , что существенно выше по точности многих других судовых угломерных изделий. При увеличении расстояния между антеннами до 10м можно увеличить точность определения угла до сотых долей градуса.

Поскольку РК-2306 наряду с решением типовой задачи местоопределения (координаты, высоту, время, дату, скорость и путевой угол) выдает и угловые данные судовым системам, это позволяет решать ряд технологических задач, таких, как:

• Подача данные о курсе на основные судовые навигационные системы: АИС, РЛС, ЭКНИС и т.п.
• Слежение за курсом движения судна, расчет угловой скорости циркуляции.
• Выработка поправки для любого судового компаса (магнитного или инерциального), произведение коррекции лагов.
• Замена или дублирование штатного клинометра, поскольку у спутникового компаса существенно меньшая инерционность и больший предел измерения углов качки. К тому же спутниковый компас может подавать сигналы аварии.
• Слежения за остойчивостью судна в части определения углов качки для определения наиболее безопасного курса при сильном волнении.
• Контроль равномерности загрузки трюмов или танков и надежности крепления груза.

Также, как и все приёмоиндикаторы серии «ФАРВАТЕР» РК-2хх6, РК-2306 использует сигналы ГНСС ГЛОНАСС/ GPS / GALILEO / SBAS . В настоящее время соотношение цена/качество нашего комплекса не уступает, а во многих случаях и превосходит аналогичные по точности образцы зарубежного производства. При этом зарубежные аналоги, как правило, используют сигналы только глобальной навигационной спутниковой системы GPS.

Судовой компас РК-2306 имеет в своем составе приемники с 24 универсальными каналами, которые позволяют обрабатывать сигналы спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США). После ввода в эксплуатацию европейской системы GALILEO, РК-2306 сможет обрабатывать сигналы и этой ГНСС, осуществив лишь замену внутреннего программного обеспечения навигационных приемников.

Назначение

Устройство дистанционной подачи курса (УДПК) ГНСС ГЛОНАСС/GPS «ФАРВАТЕР» РК-2306 предназначен к использованию на морских и речных судах для круглосуточного всепогодного определения навигационных параметров движения по открытым для потребителей радиосигналам спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS.

УДПК вырабатывает следующие навигационные параметры:

• углы пространственной ориентации судна: курс, крен и дифферент.
• текущие координаты судна в выбранной пользователем системе координат (с оценкой их точности),
• высоту над геоидом,
• текущее время и дату,
• скорость судна относительно грунта,

Указанные параметры отображаются в нескольких формулярах, которые переключаются пользователем простым поворотом ручки селектора. Указанные формуляры разрабатывались таким образом, чтобы обеспечить максимальную информативность и удобство.

Система обеспечивает сопряжение с внешними системами по протоколу NMEA-0183 (IEC 61162). Имеется встроенная система диагностики целостности навигационного поля, исправности основных компонент аппаратуры.

УДПК «ФАРВАТЕР» РК-2306 соответствует всем международным и национальным требованиям, предъявляемым к аппаратуре данного назначения.

Программное обеспечение

В программном обеспечении компаса РК-2306 учтены все рекомендации ИМО, МСЭ-Р, МЭК, требования РМРС и РРР, а также морской администрации РФ.

Как и все приемники серии «ФАРВАТЕР», РК-2306 имеет многоконтактный разъем с 8 выходными портами (4 x RS -232 и 4 x RS -422) для подачи навигационных данных другим судовым системам. Программное обеспечение индикатора имеет все функции по контролю и управлению комплексом с помощью 2-язычного интерфейса (русский и английский). Интерфейс управления предоставляет широкие возможности по настройке и управлению комплексом.

Программное обеспечение индикатора функционально разделено на 2 основные части: настройки и функциональные формуляры. Режимы настройки допускают установление как системных, так и функциональных параметров. Это позволяет устанавливать режимы работы (ГЛОНАСС/GPS, ГЛОНАСС, GPS), выбор геодезической системы (WGS84, СК-95, ПЗ-90 и т.п.), маску спутников (от 5° до 90°), устанавливать критерии срабатывания сигнализации и т.п.

Функциональные формуляры являются основными средствами отображения режимов работы и выдачи вырабатываемых навигационных данных судоводителю.

Конструктивное исполнение

Конструктивно «ФАРВАТЕР» РК-2306 состоит из основного блока навигационного приёмника, выносного блока индикации и управления и навигационной антенной системы с фиксированной базы. Все компоненты связаны между собой функциональными кабелями (сигнальными или коаксиальными), входящим в стандартный комплект поставки.

Для монтажа на судне в комплекте имеются все материалы, что упрощает их подбор и сопряжение. При дополнительном заказе стандартный комплект может быть изменен поставкой дополнительных материалов, например:

• Антенны кабели большей длины (до 100м) с соединительными разъемами;
• Интерфейсный кабель подключения выносного индикатора повышенной длины (до 10м);
• Соединительная коробка для подключения внешних потребителей навигационного сигнала;
• Дополнительный индикатор без функций управления (до 4 дополнительных индикаторов);
• Поставка компаса без приемоиндикатора (угломерный и навигационный сенсор);
• Поставка с герметизированным основным блоком ( IP 66);

Основной блок

Основной блок представляет собой высокопрочный алюминиевый корпус с креплениями на переборку или на горизонтальную поверхность. Скобы крепления входят в стандартный комплект поставки.

На передней панели основного блока расположена маркировка и индикатор работы от основной или резервной сети. В зависимости от того, какой источник используется (основной 220В или аварийный 24В), индикатор светится красным или зеленым цветом (соответственно).

На правой стороне основного блока расположены коаксиальные разъемы для подключения антенной системы.

В нижней части основного блока расположены разъемы для подключения внешних потребителей навигационной информации NMEA (IEC 1162 Вер. 2.2), разъем подключения внешнего индикатора или иного другого контроллера управления, разъемы и выключатели основной (220В) и резервной (24В) сетей питания. Для предотвращения ошибки подключения используются разные разъемы основной и резервной сетей питания. Вилки для подключения внешних источников питания входят в стандартный комплект поставки.

Основной блок включает в свой состав 2 или 3 спутниковых навигационных приёмников ГЛОНАСС/GPS/ SBAS , систему питания от основной судовой сети 220В и аварийной сети 24В (с автоматическим переключением на аварийное питание), разветвитель навигационной информации (буфер NMEA) на 8 внешних потребителей с гальванической развязкой.

Таким образом, приобретая «ФАРВАТЕР» РК-2306, вы получаете полностью законченную угломерно-навигационную систему со встроенной системой питания, позволяющую питаться как от 220В, так и от аварийной сети. При пропадании основной сети встроенная система питания переключится на резервную без прерывания работы аппаратуры. При появлении основной сети, система вновь переключится на питание от нее.

Встроенный разветвитель навигационного сигнала на 8 направлений позволит подключить практически все судовые навигационные системы: VDR , ЭКНИС или СОЭНКИ, АИС, ГМССБ, РЛС, эхолот. И это возможно без приобретения дополнительного NMEA буфера. Кабель подключения внешних потребителей входит в стандартный комплект поставки.

Кроме того, конструктив основного блока допускает выпуск герметичной версии по дополнительному заказу. При этом он будет соответствовать требованиям водо- пылезащищенности IP 66.

Выносной блок управления и индикации

Выносной блок индикации и управления представляет собой малогабаритный контроллер с ЖК дисплеем и функциональными кнопками. Его компактный корпус и влагозащищенная конструкция делает возможной установку в любом месте. Максимальное удаление от основного блока до индикатора составляет 10м. Стандартный комплект поставки включает соединительный кабель длиной 5м.

Такая выносная конструкция дает дополнительные удобства по монтажу на судах различного водоизмещения: от малых до больших. Конструкция индикатора позволяет его крепление как в переборку или в судовой пульт, так и на горизонтальную поверхность (на потолок или на стол). 2-осный поворотный механизм индикатора позволить удобно сориентировать его в нужном направлении.

Индикатор оснащён графическим ЖК-дисплеем с подсвечиваемыми органами управления и индикации. Для обеспечения наибольшего удобства в эксплуатации разработана структурированная система меню, позволяющая осуществлять управление системой и настройки режимов отображения навигационной информации.

Для использования в тёмное время суток предусмотрена возможность регулирования уровня яркости подсветки экрана, клавиатуры и контрастности дисплея.

Индикатор имеет несколько основных режимов отображения навигационных параметров, информационные формуляры для индикации состояния навигационного поля и формуляры настроек параметров отображения.

Антенная система

Антенная система с фиксированной базой, разработанная специалистами ООО «Радио Комплекс», изготовлена из высокопрочных материалов и предназначена для работы в тяжелых условиях эксплуатации совместно с навигационной угломерной аппаратурой ГЛОНАСС/ GPS / GALILEO / WAAS . Антенна имеет 2 версии конструктивного исполнения:

• 2-антенная – для навигационного компаса, вырабатывающего только один угол – курс
• 3-антенная версия – для компаса, вырабатывающего все углы пространственной ориентации: курса, крен, дифферент.

В стандартном комплекте антенная система оснащена комплектом коаксиальных кабелей по 15м для каждой антенны. По дополнительному заказу антенны могут поставляться с кабелем со сниженным затуханием и увеличенной длиной.

При поставке антенный пилон транспортируется в разобранном виде. Перед установкой антенной системы на судне необходимо его собрать по приложенной схеме. Сборка пилона проста и интуитивно понятна. Антенные элементы крепятся на пилоне простым наворачиванием на фланцевые стойки. Каждый антенный элемент является активным и имеет усиление 30дБ. Питание антенны осуществляется напряжением 3.5…5В.