WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«Вестник Морского государственного университета. Серия : История морской науки, техники и образования. Вып. 35/2009. – Владивосток : Мор. гос. ун-т, 2009. – 146 с. В ...»

-- [ Страница 2 ] --

Наблюдается явная зависимость величины средней обсервованной широты от времени суток. На рис. 1 видно, что имеет место один максимум и один минимум значений обсервованной широты. Максимальные значения приходятся на период времени от 17 часов до часа. Минимальные значения наблюдаются в утреннее время от 5 до часов. Исключение составляют майские наблюдения. В них минимальное значение средней широты приходится на 23 часа. Можно также видеть, что по мере увеличения номера месяца максимальные значения средней широты смещаются к полудню. Нечто схожее наблюдается и с минимумами, но только они смещаются к полуночи.

Рис. 1. Суточный ход средней широты с января по май 1988 года Полезно оценить размах суточного изменения средней широты. Размах в метрах будем рассчитывать как разность между максимальным и минимальным значениями средней широты, выраженной в минутах меридиана, умноженной на длину одной минуты меридиана референцэллипсоида WGS-84 в широте Владивостока. В январе размах составил 185,9 м; в феврале – 188,3 м; в марте – 206,8 м; в апреле – 157,6 м; в мае – 148,5 м. Отсюда можно сделать заключение о значительном вкладе в погрешность определения обсервованной широты её суточных изменений.

Подобные расчёты были сделаны для средних долгот. Результаты вычислений представлены на рис. 2.

Рис. 2. Суточный ход средней долготы с января по май 1988 года Суточные изменения средней долготы также имеют один максимум и один минимум. По сравнению с суточным ходом широты время наступления максимума средней долготы изменяется не так закономерно. Что же касается минимальных значений средних долгот, то они по мере увеличения номера месяца наступают всё раньше и раньше. Эта закономерность схожа с аналогичной тенденцией, обнаруженной у средних значений широт.

Размахи варьирования средних долгот в январе оказались равными 145,8 м; в феврале – 226,5 м; в марте – 207,8 м; в апреле – 185 м; в мае – 154,1 м. Если рассматривать по каждому месяцу общее смещение средних координат как гипотенузу прямоугольника, сторонами которого являются размахи варьирования средней широты и средней долготы, то результаты вычислений будут таковы: в январе 236,3 м; в феврале – 294,5 м; в марте – 293,2 м; в апреле – 243 м; в мае – 214 м.

Таким образом, размахи суточного варьирования обсервованных координат достаточно велики, чтобы их игнорировать, и имеют явно выраженную связь с моментами времени захода-восхода Солнца. Если бы обнаруженные только в наши дни закономерности суточных изменений координат одноканальных приёмников были известны ещё в 80-х годах, то можно было бы значительно повысить точность определения места судна с помощью вторичной обработки информации.

Сходимость обсервованных координат ПИ FSN- Важным показателем потенциальной точности работы СРНС и добротности программного обеспечения их приёмников выступает скорость сходимости обсервованных координат. Мерой сходимости является либо число последовательных наблюдений, либо длительность наблюдений, за которые точечные или интервальные оценки параметров распределения обсервованных координат сближаются по вероятности к аналогичным оценкам генеральной совокупности. С этой точки зрения интересно было рассмотреть сходимость обсервованных координат приёмника FSNСРНС Транзит уже давно не работает. Однако в то время исследованиям сходимости обсервованных с её помощью координат не было уделено должного внимания по ряду причин. С одной стороны, СРНС Транзит уже принадлежит истории. С другой стороны, в наши дни интерес к исследованию сходимости обсервованных координат ПИ FSN- возник вновь на фоне попыток оценить присутствие сезонных составляющих тренда обсервованных координат, получаемых с помощью СРНС Навстар GPS.

Объектом исследования сходимости был выбран массив обсервованных координат приёмника FSN-70. Данные массива зафиксированы с февраля 1986 года по 6 мая 1986 года. Наблюдения за работой приёмника выполнялись в лаборатории кафедры Промыслового судовождения и промышленного рыболовства Дальневосточного филиала Всесоюзного института повышения квалификации руководящих работников и специалистов рыбного хозяйства СССР во Владивостоке. Отбирались лишь только те координаты, которые сопровождались кодом 0000 и сообщением “ОК”. Отбрасывались обсервации с высотами кульминации спутников менее 10 градусов и более 70 градусов, даже если они сопровождались кодом 0000 и сообщением “ОК”. Полученный таким образом массив содержал 1036 пар обсервованных широт и долгот.

В данной работе рассматриваются сходимости средних значений широт и долгот, а также сходимости их средних квадратических отклонений (СКО). Для этого рассчитывались cp ) и CKO j ) по мере увелиj ( чения объёма выборки через каждые 20 наблюдений.

где i – номер значения обсервованной широты в исходном массиве данных.

Полученные результаты вычислений позволили построить графики сходимости средней широты и СКО широты в метрах, представленные на рис. 3.

Рис. 3. Сходимость средней широты и СКО широты Из рисунка следует, что по мере увеличения выборки средняя широта и СКО широты имеют графики изменения, соответствующие процессу насыщения. Тогда как ожидался характер их изменения с графиками, напоминающими процессы затухания несинусоидального электрического сигнала. Аналогичный характер изменения средней долготы и СКО долготы представлен на рис. 4. Данные для построения графиков рис. 4 получены по формулам, соответствующим формулам (1).

Рис. 4. Сходимость средней долготы и СКО долготы Если сравнивать между собой графики изменения средних широт и долгот, то можно видеть явную тенденцию их уменьшения. Это соответствует постепенному сдвигу с 19 февраля 1986 года по 6 мая года широты к югу, а долготы – к западу. На графиках сходимости СКО широты и долготы прослеживается явная тенденция к ухудшению точности определения обсервованной широты за период наблюдений.





Точность определения долготы наоборот увеличивается, так как СКО долготы уменьшается.

Перед началом наблюдений автором была выдвинута гипотеза о медленной сходимости в статистическом смысле средних широт и долгот, а также СКО к их генеральным оценкам. Предполагался стационарный процесс. Одномерный стационарный процесс характеризуется постоянством математического ожидания и дисперсии, которые не зависят от времени.

где f (x) – плотность вероятности стационарного процесса, m x, D x – математическое ожидание и дисперсия сечений стационарного случайного процесса соответственно.

В нашем случае cp ) и CKO j ) являются точечными оценками математического ожидания ( m x ) и среднего квадратического отклонения (CKO = Dx ). Следовательно, если в наблюдениях имеет место стационарный процесс изменения обсервованных широт и долгот, то средние значения и СКО сечений должны быть постоянными. Иными словами, с течением времени величины этих оценок не должны изменяться по какому-либо закону. Чтобы проверить стационарность процесса, зарегистрированный временной ряд был разделён на равные последовательные смежные и не пересекающиеся группы координат по элементов в каждой. Затем были рассчитаны величины средних и СКО широт и долгот в каждой группе. По полученным данным были построены графики рис. 5 и 6.

На рис. 3 изображены графики изменения средних значений широты и СКО широты по каждой группе. По осям абсцисс откладывались середины интервалов переменной, которой является порядковый номер обсервации исходного массива наблюдений. Графики демонстрируют явное отсутствие стационарности в процессе измерения обсервованных координат. Налицо явление возрастания среднего значения широты от февраля 1986 года к маю. Для приближённой оценки характера изменения средних значений широты была использована линейная модель.

Рис. 5. Изменение средней широты и СКО широты от февраля к маю Как следует из графиков рис. 3, средние величины широты увеличиваются от февраля к маю. При этом точность определения обсервованной широты ухудшается, так как величины её СКО увеличиваются.

Рис. 6. Изменение средней долготы и СКО долготы от февраля к маю Средние значения долготы уменьшаются, в то время как точность её определения увеличивается.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы.

1. Обнаружена сезонная составляющая средних значений координат приёмника FSN-70 и их средних квадратических погрешностей. Следовательно, чтобы оценить реальную точность координат, использовать их осреднение за большие промежутки времени не разумно.

2. При оценке точности координат приёмников СРНС Навстар GPS также необходимо исследовать сезонную составляющую.

Распределение высот кульминации спутников СРНС Транзит Когда эксплуатировалась спутниковая радионавигационная система (СРНС) Транзит, то в качестве величины, с помощью которой косвенно оценивалась точность обсервации, применялась высота кульминации спутника. Считалось, что прохождения спутников на высотах кульминации от 15° до 75° обеспечивали максимальную точность ОМС. Предполагалось также равномерное распределение высоты кульминации спутников как случайной величины. Это предположение никем не оспаривалось. Штурманы-практики обращали внимание на малые количества обсерваций с высотами кульминаций до 10° и более 80°. Таким образом, закон распределения высот скорее ближе к трапецеидальному виду, нежели к равномерному.

Чтобы окончательно внести ясность в этот слабо изученный, но весьма важный для понимания модели формирования погрешностей ОМС уже ушедшей СРНС Транзит, воспользуемся собранным автором статистическим материалом. Источником данных послужили продолжительные наблюдения автора за работой ПИ СРНС Транзит FSN-70, выполненные с 1985 по 1988 год. Наблюдения проводились в лаборатории кафедры Промыслового судовождения и промышленного рыболовства Дальневосточного филиала Всесоюзного института повышения квалификации руководящих работников и специалистов рыбного хозяйства СССР во Владивостоке.

Приёмоиндикатор работал непрерывно круглые сутки. Результаты обсерваций печатались регистрирующим устройством на металлизованной бумажной ленте. Из них выбирались высоты кульминации спутников по всем выполненным обсервациям независимо от качества ОМС и вручную переносились в специально разработанные протоколы. При визуальном контроле за ходом сопровождения ПИ сигналов спутников неоднократно отмечались случаи захвата сигналов, их сопровождение и дальнейший отказ от вычисления координат. Такие случаи наблюдались практически на всём диапазоне высот кульминаций. ПИ FSN-70 при этом не отдавал предпочтения, как ожидалось, высотам от 10° до 80° ни днём, ни в ночное время. Возможно, что причина таких отказов от обсерваций крылась в промышленных помехах. Если это было так, то отказ от обсервации вследствие помех не зависел бы от высоты кульминации. Следовательно, вид закона распределения высоты кульминации не должен был претерпевать изменения от влияния промышленных помех.

В ходе наблюдений было зарегистрировано 12608 значений высот кульминаций, которые сопровождались обсервациями. В то время автору не удалось обработать собранный статистический материал из-за отсутствия в Дальневосточном филиале Всесоюзного института повышения квалификации руководящих работников и специалистов вычислительной техники соответствующей производительности. Сейчас, когда морская общественность обращается к истории спутниковой навигации, вновь наступила необходимость обработать и представить этот материал.

Частоты (n), с которыми встречались величины высот кульминации (h), представлены в табл. 1.

Частоты высот кульминаций спутников СРНС Транзит Анализ табл. 1 позволяет сделать вывод о несимметричности распределения высот кульминации спутников.

Расчёты показывают, что среднее значение высоты кульминации равно 36,7756, среднее квадратическое отклонение составило 22,0051, эксцесс оказался равным –0,7026, а асимметричность распределения достигла 0,5962.

Наглядное представление о законе распределения высоты кульминации даёт гистограмма относительных частот на рис. 7.

7. Гистограмма высот кульминации спутников СРНС Транзит Вид закона распределения на рис.7 никак не подтверждает выводы приведённых выше рассуждений об ожидаемом трапецеидальном распределении. Более того, выдвигать предположение о выполнении закона Гаусса будет здесь явно излишним. На рис. 7 видно, что высоты кульминации от 10° до 20° по частоте заметно превалируют над остальными. На долю диапазона высот кульминации от 10° до 20° (11,1% всего диапазона изменения высот кульминации) приходится 17,9% от всех наблюдений.

Отсюда можно сделать вывод о том, что ПИ FSN-70 являлся своеобразным фильтром, отбиравшим для обсерваций только те пролёты спутников, высоты кульминации которых обеспечивают необходимое число изолиний. Ранее автором уже было показано, что на долю малых высот кульминации приходятся максимальные количества изолиний.

Важной характеристикой вида распределения высот кульминации является вероятность попадания случайной величины в интервал ± СКО (в данном случае ± 22°) от среднего. На этот интервал приходится вероятность, равная 0,448.

Чтобы окончательно удостовериться в надёжности полученных результатов, необходимо провести анализ однородности выборки, по которой построена гистограмма. Так как сбор данных протекал на протяжении четырёх лет, а число работающих спутников непрерывно менялось, то в разные годы характеристики распределений высот кульминаций могли сильно отличаться. В итоге суперпозиция ежегодных распределений могла дать результирующее распределение, которое представлено на рис. 7. Результаты статистической обработки занесены в табл. 2. В ней СКО означает среднее квадратическое отклонение.

Проверка однородности выборки высот кульминации спутников Анализ табл.2 позволяет сделать вывод о существенном различии средних значений высот кульминаций спутников СРНС Транзит в выборках I и III, а также их медиан и мод. Однако их средние квадратические отклонения почти одинаковы.

Воспользуемся стандартным приёмом математической статистики для проверки гипотезы о равенстве генеральных средних совокупности I и III. Иными словами, проверим предположение о том, что математические ожидания выборок I и III равны, а различия их оценок (выборочных средних) табл. 2 статистически несущественны.

Будем исходить из предположений о том, что выборки I и III независимы, так как наблюдения проводились в разные годы существования СРНС Транзит, они не распределены нормально (см. рис. 1), их дисперсии известны по точечным оценкам. Тогда можно воспользоваться широко известным критерием сравнения zн, который рассчитывается по следующей формуле:

где m – выборочное среднее рассматриваемых выборок, – выборочное среднее квадратическое отклонение, n – объём выборки, который в нашем случае равен 3152 наблюдений.

В результате расчётов величина zн для выборок I и III получилась равной 3,28.

Вычислим значение критической точки zкр по равенству в котором ( z кр ) – значение функции Лапласа в критической точке, – уровень значимости, принятый в данных расчётах равным 0,05.

Значение критической точки получилось равное 1,64. Так как z н z кр, то нулевую гипотезу о равенстве математических ожиданий выборок I и III придётся отвергнуть с вероятностью 0,95 [1]. Следовательно, выборки нельзя признать однородными, скорее всего, из-за неодинакового числа работающих в космосе спутников СРНС Транзит. Надо заметить, что выборка III соответствует 1985 году, а выборка I – 1987 году.

Если сравнить СКО выборки I и IV, то можно обнаружить между ними существенную разницу. Сравним эти выборки, для чего рассчитаем частоты и относительные частоты для одинаковых интервалов высот кульминаций и сравним их между собой. Результаты вычислений помещены в табл. 3.

Частоты и относительные частоты выборок I и IV Поскольку объёмы выборок одинаковы, то можно непосредственно сравнивать частоты по соответствующим интервалам высот кульминации спутников. Сравнение позволяет сделать следующий вывод: самые большие различия приходятся на первые два диапазона.

На этих диапазонах частоты выборки I намного превышают частоты выборки IV. В диапазоне высот кульминации от 21° до 60° частоты выборки IV гораздо больше.

Чтобы визуально сравнить между собой распределения высот кульминаций в выборках I и IV, по рассчитанным относительным частотам табл. 3 построены полигоны относительных частот этих выборок. Они представлены на рис. 8. На нём сплошной линией изображён полигон относительных частот выборки I. Пунктирная линия показывает полигон относительных частот выборки IV.

Рис. 8. Полигоны относительных частот выборок I и IV Несмотря на различия относительных частот, как это видно на рис. 8, характер распределения качественно остаётся одинаковым. На рис. 8 прослеживается сдвиг пунктирной линии (полигон частот выборки IV) в сторону больших значений высот кульминации. Это объясняет большее значение среднего выборки IV по сравнению с выборкой I.

Подводя итог проделанным исследованиям, следует сделать вывод о том, что при изучении свойств ПИ СРНС Навстар GPS нельзя забывать об обнаруженных явлениях в работе ушедшей в историю СРНС Транзит, так как характеристики трансионосферного канала распространения сигналов спутников остаются прежними.

1. Гмурман В. Г. Теория вероятностей и математическая статистика / В. Г. Гмурман. – М. : Высшая школа, 1972. – 367 с.

РЕЖИМ ИЗБИРАТЕЛЬНОЙ ДОСТУПНОСТИ КАК СТРАНИЦА

ИСТОРИИ СИСТЕМЫ НАВСТАР GPS

Создание любой радионавигационной системы (РНС) неизбежно связано с предварительным обсуждением проблемы доступности её сигналов другим потребителям. Принимаются во внимание экономические, политические и военные соображения. Всегда разработчики стремились спроектировать РНС, которая давала бы максимальные преимущества национальным, дружественным или нейтральным потребителям. Иной потенциальный потребитель либо не должен в полной мере использовать все возможности данной РНС, либо вовсе быть лишённым доступа к ней. В некоторых случаях даже ставится задача применения данной РНС во вред иному потребителю. Кроме того, обязательно изучается способность РНС противостоять искусственным, промышленным и природным помехам. Все эти позиции были учтены при проектировании американской спутниковой радионавигационной системы (СРНС) Навстар GPS.

Изначально СРНС Навстар GPS создавалась как навигационная система двойного назначения. Она разрабатывалась Военновоздушными силами США прежде всего для нужд вооружённых сил Америки и стран-участниц блока НАТО. Приёмники этой СРНС, предназначенные для военных потребителей, принимали сигналы на двух несущих частотах (L1 = 1575,42 МГц и L2 = 1227,6 МГц), модулированных защищённым дальномерным кодом P (protected). Код Р до сих пор является закрытым для невоенных потребителей. На первом этапе эксплуатации СРНС Навстар GPS военные приёмники обеспечивали определение координат с точностью ±5 м с вероятностью 0, автономно в масштабе реального времени.

Другие потребители были условно названы гражданскими. Их приёмная аппаратура принимала сигналы только на частоте L1 и могла использовать отведённым им только грубый дальномерный код доступа C/A (coarse acquision). На первом этапе работы системы гражданские приёмники в автономном режиме в реальном времени определяли координаты с точностью ±15 м с вероятностью 0,95 [1]. Руководство министерства обороны США посчитало такую точность чрезмерной и приняло решение о преднамеренном загрублении точности определения координат и скорости приёмников гражданских потребителей. С этой целью был введён режим избирательной доступности SA (Selective Availability).

Эксперименты с SA начались ещё в начале 80-х годов. Существовало два пути загрубления точности гражданских потребителей.

Можно было искусственно вводить погрешности в эфемериды, транслируемые каждым спутником на частоте L1 в своём навигационном сообщении. Эфемеридная информация необходима для расчёта примником потребителя точных пространственных координат спутника.

Без них невозможно определить широту, долготу и возвышение примника. Такой способ загрубления был назван эпсилон-процессом (epsilon-process). Эксперименты с эпсилон-процессом были закончены в 1983 году. Такой вид SA приводил к ухудшению точности горизонтальных координат до 300 м и возвышений до 500 м с вероятностью 0,9999 [1]. Эпсилон-процесс обеспечивал заметное ухудшение точности обсервованных координат через 30 секунд после изменения эфемерид. Руководством министерства обороны США было признано, что динамические характеристики эпсилон-процесса не удовлетворяют требованиям. Эпсилон-процесс иногда вызывал сбои военных примников при их вхождении в код Р. Дополнительными исследованиями было установлено, что дрейф обсервованных координат в результате эпсилон-процесса довольно просто прогнозируется. Кроме того, при такой точности терялись преимущества новой системы Навстар GPS перед действующей в то время СРНС Транзит. Тогда был принят другой путь загрубления, получивший название дельтапроцесса (delta-process).

Приёмник потребителя непрерывно вычисляет время, текущее на данном спутнике по шкале времени системы GPS t, где tCП – время по шкале времени спутника, tСП – поправка для перехода к системному времени GPS.

Поправка tСП в приёмнике вычисляется по следующей формуле [2,3]:

где a0, a1, a2 – коэффициенты полинома, которые транслируются в навигационном сообщении каждого спутника; tТ – текущее время; tОП – опорное время; tР – поправка за релятивистский эффект.

В дельта-процессе применяется плавное изменение коэффициентов a0, a1, a2 в навигационном сообщении каждого спутника по закону со случайной фазой, периодом и амплитудой. В результате действия дельта-процесса прогнозировать дрейф обсервованных координат практически невозможно. Координаты начинают заметно изменяться через 5 секунд после изменения величин коэффициентов.

Дельта-процесс экспериментально вводился в работу некоторых спутников в 1983 году для замены эпсилон-процесса. В марте 1990 года в министерстве обороны США было принято решение о вводе его в действие повсеместно. Впервые режим SA был введён в работу всех спутников созвездия 25 марта 1990 года [1]. Вскоре пришлось его отменить. Связано это было с войной в Персидском заливе по освобождению Кувейта от иракских войск в 1990-1991 годах. Накануне фазы боевых действий оказалось, что не все подразделения войск коалиции были оснащены портативными военными приёмниками системы Навстар GPS. Поэтому министерство обороны США срочно закупило свыше 9000 экземпляров портативных приёмников гражданского назначения и приступило к обучению военнослужащих обращению с ними для решения тактических задач. Для повышения точности работы таких приёмников режим SA был выключен в ноябре 1990 года.

Боевые действия продолжались с 16 января по 28 февраля 1991 года.

Вновь режим SA в форме дельта-процесса включился 1 июня 1991 года. Официально SA был введён на постоянной основе как неотъемлемая часть режима SPS (Standard Positioning Service) 4 июля 1991 года в 4 часа по Всемирному координированному времени.

Несмотря на важность характеристик точности получения координат, достаточно исчерпывающих исследований работы гражданских приёмников при режиме SA не проводилось. Даже в таких фундаментальных монографиях, как [1,5,6], авторы, ссылаясь на директивные показатели Федерального радионавигационного плана США, приводят практически одни и те же показатели: ±100 м горизонтальных координат, ±156 м возвышения антенны, ±0,3 м –1 скорости и ±340 нс времени с вероятностью 0,95. Считалось, что дельта-процесс вводит погрешности от 0 до 50 м в псевдодальности.

Чтобы внести ясность, автором данной статьи в июле 1992 года были предприняты экспериментальные наблюдения за работой судового приёмника СРНС Навстар GPS MX-200, изготовленного американской компанией Magnavox. Наблюдения проводились на теплоходе ”Нефтегаз-6” во время его ремонта в Дальзаводе. Наблюдения выполнялись одночасовыми сериями в разное время суток с записями вручную широт и долгот через 4-5 секунд. Всего было зарегистрировано 10300 пар горизонтальных координат. Возвышения антенны регистрировались в другое время короткими сериями. Всего было зафиксировано 4875 значений возвышений антенны приёмника MX-200. Полученные данные были оцифрованы и обработаны только в 2008 году.

На рис. 1 в качестве примера представлены графики изменения за 1 час обсервованных широт и долгот 9 июля 1992 года. По осям ординат отложены отклонения широты и долготы в метрах от среднего значения, полученного в данной серии наблюдений.

Рис. 1. Графики изменения широты (слева) и долготы (справа) 9 июля На графиках рис. 1 видно, что размах варьирования и дисперсия у долготы заметно меньше, чем у широты. Отклонения широты и долготы не превышают 100 м.

Результаты обработки всего полученного статистического материала сведены в табл. 1. В ней максимальные и минимальные значения координат рассчитывались относительно их средних значений, полученных по всей выборке.

Статистические характеристики распределений обсервованных координат приёмника MX-200 в наблюдениях в июле 1992 года Статистическая характеристика Широта Долгота Средн. квадратич. погрешность, м 29,638 22,641 46, Сравнительный анализ результатов обработки позволяет сделать следующие выводы.

Режим избирательной доступности, действовавший в СРНС Навстар GPS в 1992 году, вызывал заметную асимметрию в распределениях координат. Отсюда можно сделать предположение о присутствии в них значительных систематических погрешностей, которые навряд ли могли быть определены и устранены в ходе длительных экспериментальных наблюдений.

Средняя квадратическая погрешность широты в 1,3 раза больше средней квадратической погрешности долготы. Следовательно, фигуру рассеивания обсервованных координат приёмника MX-200 в первом приближении можно представить в виде эллипса погрешностей с большей осью, ориентированной вдоль меридиана. Подобное отношение средних квадратических погрешностей для современного примника GP-37, работавшего в 2006 году при отсутствии режима SA, равно 1,37.

С вероятностью 0,95 погрешности обсервованных координат составляют ±59,276 м, ±45,282 м и ±93,406 м для широты, долготы и возвышения антенны соответственно. Это почти в два раза меньше по сравнению с приведёнными выше данными, на которые до сих пор ссылаются в литературе, посвящённой режиму избирательной доступности СРНС Навстар GPS.

Эксцессы распределений координат приёмника MX-200 заметно больше нуля, что позволяет сделать вывод об отличии закона распределения обсервованных координат от закона Гаусса. В этом можно убедиться, сравнивая данные табл. 1 и рис. 2.

Рис. 2. Гистограммы распределений и соответствующие им графики плотностей вероятностей закона Гаусса широты (слева), долготы (справа) и возвышения антенны над геоидом (внизу) MX- В середине 90-х годов в США со стороны министерства транспорта и ряда гражданских объединений усилилось давление на Правительство с целью убедить его в необходимости отмены режима избирательной доступности. В это время СССР была развёрнута аналогичная СРНС Глонасс, с помощью которой гражданский приёмник определял обсервованные координаты с точностью в два раза выше. Причиной тому было отсутствие в сигналах спутников системы Глонасс помех режима избирательной доступности. Это привело к началу производства в Европе и в США комбинированных приёмников. Поэтому возникли вполне обоснованные опасения о сокращении производства GPSприёмников и зависимости мирового рынка Глонасс-приёмников от политики СССР. В начале 90-х годов во всём мире стали внедряться разного рода технологии трансляции дифференциальных поправок, сводящих на нет эффект от режима SA. К середине 90-х годов трансляцией дифференциальных поправок были уже охвачены не только прибрежные воды, но и обширные территории Европы, Северной и Южной Америки, Юго-Восточной Азии. Поэтому упорство военных в продолжение использования режима избирательной доступности, казалось бы, логическому объяснению не поддавалось.

Ещё во время концентрации войск коалиции перед операцией ”Буря в пустыне” в 1990 году было обнаружено противодействие работе системы Навстар GPS со стороны Ирака в виде постановки широкополосных радиопомех. Поэтому боевые действия начались с уничтожения иракских глушителей на шести стационарных позициях.

Опыт применения Ираком глушителей выявил слабую помехозащищённость кода Р. Поэтому сразу после завершения войны в США начались работы по созданию нового защищённого кода, который впоследствии был назван кодом P(Y). Официально он был введён в действие в 1994 году [7]. Отстаивание режима SA объяснялось военными тем, что если не загрубить код C/A, то противник получит сравнительно лёгкий доступ к коду P. Таким образом, переход в 1994 году на трансляцию кода P(Y) снял последнюю преграду для отмены режима избирательной доступности.

29 марта 1996 года вице-президент США А. Гор объявил, что SA просуществует ещё от 4 до 10 лет. Реальный срок отключения режима избирательной доступности зависел от успехов разработчиков более точной и надёжной военной аппаратуры. На самом деле, ещё требовалось время для экспериментов по трансляции на ограниченные территории сигналов спутников СРНС Навстар GPS, содержащих загрубление. О результатах таких экспериментов ничего не известно.

Было только объявлено, что от концепции избирательной доступности министерство обороны переходит к более эффективной концепции ”избирательного противодействия” (SD – Selective Denial), основанной на применении наземных глушителей сигналов СРНС Навстар GPS в регионах национальных интересов США [1].

2 мая 2000 года (Модифицированная Юлианская Дата 51666) в 04 часа 07 минут по Гринвичскому времени указом президента США Б. Клинтона режим SA был снят. После этого официальные представители Правительства США неоднократно заявляли о том, что режим SA больше вводиться не будет. Однако в последний год президентства Д. Буша звучали предупреждения о возможности ввода этого режима в критической для США ситуации.

1. B. Hofmann-Wellenhof, H. Lichtenegger, J. Collins. Global Positioning System. Theory and Practice. Fifth, revised edition. Springer-Verlag, 2001. – 382 p.

2. Navstar Global Positioning System. Interface Control Document (ICDGPS-200C), 10 OCT 1995, GPS Joint Program Office. – 138 p.

3. Navstar Global Positioning System. Interface Specification. Navstar GPS Space Segment/Navigation User Interfaces (IS-GPS-200), Revision D, December 2004, GPS Joint Program Office. – 193 p.

4. J. H. Kwon, J. M. Kang, J. W. Kim, D. C. Lee. Precise Absolute GPS Positioning with and without Selective Availability. KSCE Journal of Civil Engineering, Vol. 6, No. 3/September 2002. – pp. 305 – 311.

5. A. El-Rabbany. Introduction to GPS: the Global Positioning System.

Artech House, 2002. – 176 p.

6. B. W. Parkinson, J. J. Spilker. Global Positioning System: Theory and Applications. Vol. 1. American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington, DC, 1996. – 793 p.

7. P. Misra, P. Enge. Global Positioning System. Signals, Measurements and Performance. Ganga-Jamuna Press, Lincoln, Massachusetts, 2001.

СЕКОР – ЗАБЫТАЯ СПУТНИКОВАЯ НАВИГАЦИОННАЯ

СИСТЕМА

История развития науки и техники знает немало случаев, когда признанные достижения вскоре забывались и оставались известными только крайне узкому кругу специалистов. Примером тому служит спутниковая радионавигационная система (СРНС) Секор. В сознании современного штурмана укоренилось представление о том, что сначала были созданы СРНС Транзит в США и Цикада в СССР, а им на смену пришли СРНС Навстар GPS и Глонасс. К сожалению, нашим современникам о СРНС Секор практически ничего не известно. Данная статья посвящена описанию причин и истории создания СРНС Секор, принципу её работы и влиянию опыта её эксплуатации на построение подобных ей современных СРНС.

СРНС Секор была современницей СРНС Транзит. И если Транзит проектировался для нужд атомных подводных лодок-ракетоносцев военно-морских сил США, то заявку на СРНС Секор и технические требования к ней сформулировала картографическая служба сухопутных сил США (US Army Map Service). Проектирование системы выполнялось в рамках эксперимента сухопутных сил Р67-1 (Army Experiment P67-1) под кодовым названием Secor. Работы по изготовлению компонент Секора начались в 1961 году американской компанией Кубик Корпорэйшн (Cubic Corparation) в Сан Диего [1]. Предстояло подготовить наземную инфраструктуру, спутниковую аппаратуру и персонал. Любая сложная система создаётся для достижения конкретной цели. Системе Секор предстояло выполнить очень важную для того времени задачу привязки пунктов на территории США и прилегающих островов к системе геодезических координат NAD-27 (North American Datum 1927 года). Поэтому на этапе проектирования Секор рассматривался в качестве спутниковой геодезической системы.

Официально началом эксплуатации СРНС Транзит считается декабря 1963 года. Первые эксперименты по использованию СРНС Секор начались в январе 1962 года. Впоследствии эта система использовалась ещё и как региональная спутниковая навигационная система.

Поэтому с полным на то основанием СРНС Секор можно считать первой в США спутниковой навигационной системой.

Рассмотрим принцип действия СРНС Секор, для чего обратимся к рис. 1. На нём в точках I, II и III неподвижно установлены антенны наземных приёмо-передатчиков. Координаты фазовых центров антенн (1, 1; 2, 2; 3, 3) заранее определяются с высокой точностью. Каждая наземная станция I, II и III транслирует радиосигналы на своих частотах в сторону спутника Секор. Спутник ретранслирует принятые сигналы на Землю на своей несущей частоте, отличной от принятой.

Двухчастотный канал связи был введён для исключения ионосферной погрешности. Расстояния (R1, R2, R3) от наземных станций до спутника измерялись фазовым способом с разрешением ±0,25 м [1]. Наземные передатчики транслировали сигналы на частотах 420, 449 и 224,5 МГц. Каждый спутник системы Секор ретранслировал радиосигнал на одной, присущей только ему частоте. Для этого применялись частоты 136,8 МГц, 136,83 МГц и 136,84 МГц. Спутник в системе Секор выполнял роль транспондера. Он не имел высокоточного атомного эталона частоты, и ему не надо было хранить в своей памяти эфемериды и транслировать их потребителям. Определив мгновенные расстояния до спутника, наземная аппаратура сама вычисляла его пространственные координаты на любой момент tn связи с ним.

В точке с неизвестными координатами помещалась антенна радиостанции, которая работала точно также как и станции I, II и III [2].

В те же самые моменты времени эта радиостанция измеряла расстояния R4(t1), R4(t2), R4(t3), … R4(tn).

Обозначим через X(tn), Y(tn) и Z(tn) пространственные координаты спутника в момент времени tn, а через X4, Y4 и Z4 – неизвестные пространственные координаты четвёртой точки. Чтобы вычислить неизвестные пространственные координаты четвёртой точки, необходимо решить относительно них следующую систему уравнений:

Понятно, что для вычисления неизвестных координат четвёртой точки достаточно трёх известных положений спутника. Среднее время нахождения спутника в зоне радиовидимости трёх наземных станций составляла 6 минут. За это время происходило до 29000 измерений положения спутника. За счёт высокой точности измерения расстояний до спутника и огромной избыточности измерений достигалась небывало высокая точность (20 – 30 см) определения координат X4, Y4 и Z [3]. Данный способ определения координат был основным для системы Секор. Отсюда и произошло название этой системы. Секор означает последовательное сопоставление расстояний – Sequential Collation of Range. Зачастую эту систему обозначали ещё как EGRS – Electronic and Geodetic Ranging Satellite. В спутниковой геодезии метод определения координат по последовательным положениям спутников получил сленговое название ”чехарда” (leapfrog).

На первых этапах работы системы результаты измерений записывались в двоичном коде на магнитофонную ленту на каждой наземной станции. Затем эти записи привозили главную станцию (master station), где происходила их обработка на электронной вычислительной машине. Так как для этого необходимо было с высокой точностью синхронизировать измерения, то каждая наземная станция была оборудована прецизионным кварцевым эталоном времени. Время от времени эталоны синхронизировались по точным меткам времени, транслируемыми радиопередатчиком главной станции. Такой режим постобработки вполне отвечал нуждам наземной геодезии. Однако навигационное использование требовало определение координат четвёртой точки в масштабе реального времени. Поэтому вскоре начались работы по созданию малогабаритного оборудования станций и компьютеров. Такое оборудование должно было перевозиться по воздуху и быстро развёртываться на местности. Первые комплекты наземной аппаратуры весили 14968 кг. Последние образцы весили уже 1134 кг.

Чтобы задача расчёта искомых координат выполнялась оперативно, например, на движущемся судне, был разработан метод линий положений. Он требовал трансляции на судно в масштабе реального времени результатов измерений наземных станций и вычислений координат непосредственно на судне. Такой метод обеспечивал точность определения координат ±6 м [1]. Поначалу в навигационных целях система Секор использовалась для гидрографических промеров.

Помимо последовательного метода и метода линий положений был разработан орбитальный метод получения координат. Он предполагал, что во время очередного пролёта спутника одна из трёх наземных станций не может установить радиосвязь с ним. Тогда недостающие измерения набирались во время следующего пролёта. Этот способ прошёл проверку, но не получил применения в реальной аппаратуре СРНС Секор.

Первый спутник считался экспериментальным. Он был комбинированным с другими экспериментальными системами, имел сферическую форму и массу 98,5 кг. В литературе он упоминается как Secor 0, Secor 1A, EGRS 1A. Запуск был выполнен 24 января 1962 года с космодрома мыса Канаверал, но оказался неудачным.

Серийные спутники имели форму куба и массу от 18 до 40 кг.

Так как главное их назначение заключалось только в ретрансляции принятого с наземной станции радиосигнала, то в состав их аппаратуры входили: приёмо-передатчик с антеннами, аккумуляторные батареи, солнечные панели, система терморегуляции, автоматическая система контроля технического состояния спутника и телеметрии, система ориентации с магнитными датчиками положения в пространстве.

История запусков серийных спутников и их характеристики представлены в табл. 1.

Название В табл. 1 отсутствуют спутники с номерами 10, 11 и 12. Их выводили в космос в 1968 году, но все запуски заканчивались авариями.

Если сравнить между собой параметры орбит, то можно сделать вывод о значительном увеличении перигеев и апогеев спутников, запущенных в 1966 и в 1967 году. К сожалению, в открытой печати нет сведений, объясняющих такие отличия. Как правило, спутники СРНС Секор запускались вместе со спутниками других систем. Запуски выполнялись лёгкими ракетами типа Тор Аджена с космодромов Ванденберг (Vandenberg) в Калифорнии и Валлопс (Wallops Island) на восточном побережье штата Вирджиния. Отсутствуют также сведения о сроках службы спутников. Известно, что сигналы Секор 3 принимались ещё в декабре 1973 года, а Секор 9 – в мае 1975 года.

Для геодезической съёмки на территории США были развёрнуты действующие на постоянной основе главные станции в Larson, San Diego, E. Grand Forks и в Austin. В зависимости от решаемых задач вокруг них временно располагались мобильные станции. Для решения геофизических задач по определению формы Земли и оценок геопотенциала, а также для геодезической привязки островов в Тихом океане сеть главных станций была развёрнута на Гуаме, Иво Джиме, Мауи, Джонсоне, Труке, Мидуэйе, Тараве, Нандисе, Гизо и на других островах на обширной акватории от 30°N до 30°S и от 150°E до 150°W. Здесь впервые были получены параметры для точного перехода от координат в системе NAD-27 к системе Tokyo Datum [4]. На территории США наземную инфраструктуру эксплуатировал Корпус армейских инженеров.

Специально для морской навигации были разработаны алгоритмы получения места судна CODA (Consolidated Data) и ODVAR (Orbit Determination and Vehicle Attitude Reference). Морские испытания корабельных приёмников СРНС Транзит и СРНС Секор показали значительное превосходство точности последних.

Система Секор эксплуатировалась недолго по сравнению с СРНС Транзит. Но результаты её эксплуатации оставил заметный след в развитии более совершенных СРНС.

С точки зрения истории науки и техники СРНС Секор – это дорогой опыт в области создания спутниковых навигационных технологий. Этот опыт доказал преимущество дальномерных способов над доплеровскими. Стало ясно, что дальнейшее увеличение точности определения координат потребителей, требует увеличения несущих частот, разработки помехоустойчивых кодов и создания более совершенных моделей ионосферы и тропосферы.

СРНС Секор относится к активным (запросным) дальномерным навигационным системам. Считалось, что активная СРНС бесперспективна, так как имеет ограничение сверху на число одновременно работающих с ней потребителей. Но вскоре в США развернули секорподобную региональную СРНС StarFix на базе геостационарных спутников. В начале нашего века в КНР запущена в эксплуатацию региональная секор-подобная СРНС Бейдоу.

Секор позволил разрешить следующую дилемму: строить СРНС на базе простых и дешёвых спутников или на основе сложных и дорогих. Применение дешёвых спутников приводит к дорогим и громоздким приёмникам потребителей, что снижает доступность СРНС. Эти выводы послужили стимулом для разработки военно-морскими силами США СРНС Таймэйшн и для начала работ военно-воздушными силами США по программе 621В, что в конечном итоге привело к созданию СРНС Навстар GPS.

1. Maurad A. G., Frazier N. A., Holdabl J. H., Someroski F. W., Hopper A.

T. Satellite Applications to Marine Geodesy. National Aeronautics and Space Administration Contractor Report CR-1253, Battelle Memorial Institute, Columbus, Ohio, January 1969. – 159 p.

2. Hayes T. J. Secor for Satellite Geodesy. Significant Achievements in Satellite Geodesy 1958–1964. NASA SP-94, National Aeronautics and Space Administration Scientific and Technical Information Division, Washington, DC, 1966. – pp. 139–152.

3. Lambeck, K. Geodesy and Artifical Earth Satellite. The Australlian Surveyor, June 1968. – pp. 113–123.

4. Data Analysis in Connection with the National Geodetic Satellite Program (II). The Ohio State University Research Foundation Columbus, August 1970. – 102 p.

ДОПОЛНЕНИЕ К ЭКСПЕРТИЗЕ ОДНОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поиск альтернативных источников энергии часто приводит к нестандартным решениям. Одно из таких решений – изобретение планетарной электростанции, использующей в качестве источника энергии естественное вращение Земли. Иными словами: Земля, имеющая собственное вращение в инерциальном пространстве, вращает генератор, установленный на ее поверхности. Речь идет о заявке на изобретение № 2002104651, приоритет с 20.02.2002 г. В предлагаемом устройстве в качестве детектора угловой скорости 0 вращения Земли применяется гироскоп [3].

Изобретение зарегистрировано, следовательно, оно получило положительное экспертное заключение. Однако дополнительная экспертиза, проведенная с целью решения вопроса практического внедрения изобретения, дала отрицательный результат.

1. Принцип работы и условия работоспособности Идея может быть реализована двумя способами: один способ (рис. 1) с использованием первого свойства гироскопа, второй – с использованием свойства прецессии (рис. 2). Для того чтобы оценить только концептуальную возможность такой реализации, моментами сопротивления механической передачи и вредными моментами гироскопа пренебрегаем.

Первый способ. Разместим гироскоп осями х и у в плоскости параллели, а осью z параллельно оси Земли. Наблюдатель на Земле вследствие ее вращения будет видеть движение гироскопа вокруг оси z.

Уравнение движения в системе координат гироскопа будет выглядеть:

где гz – угловая скорость вращения гироскопа относительно Земли; 0 – угловая скорость вращения Земли.

При своем вращении относительно Земли гироскоп может приводить в действие генератор G. Для повышения скорости вращения вала генератора в схему подключен мультипликатор М, корпус которого должен быть жестко связанным (связь 1) с поверхностью Земли. Если к генератору подключить нагрузку, то на его валу образуется момент Lz, вследствие первого свойства гироскопа. То есть гироскоп стремится сохранить неизменным свое положение в инерциальной системе отсчета (ИСО), следовательно, относительно Земли он будет вращаться вокруг оси z. Нагрузку на генераторе можно подобрать так, чтобы гироскоп только частично увлекался моментом Lz. Допустим, нагрузка генератора такова, что остаточная угловая скорость гироскопа составит половину угловой скорости вращения Земли:

Таким образом, благодаря нагрузке гироскоп частично увлекается генератором, то есть теперь он в ИСО вращается с угловой скоростью 0/2 и с такой же угловой скоростью движется относительно земного шара. Последнее движение через мультипликатор передается на генератор, вырабатывающий электрический ток. Если коэффициент полезного действия установки больше нуля, то благодаря вращению Земли получена энергия.

Данный способ приведен только для упрощения изложения идеи.

Изобретатель счел такую реализацию изобретения нежелательной по следующим соображениям: для получения достаточного эффекта нужен гироскоп с большим кинетическим моментом Н, то есть прибор большой массы и значительной собственной скорости вращения. В заявке же изложен второй способ.

Второй способ. В устройстве, реализующем данный способ, изобретатель использовал второе свойство гироскопа – свойство прецессии. Устройство защищено патентом по пятнадцати пунктам.

Из описания изобретения [3]: «В устройстве источником получения электроэнергии служит суточное вращение земного шара. Для преобразования энергии применяется гироскоп. Работоспособность машины обеспечивается совокупностью следующих свойств и условий:

а) независимость угловой прецессии гироскопа от любых других вращений;

б) совпадение направлений вращения земного шара и прецессии;

в) угловая скорость земного шара должна превышать скорость прецессии гироскопа, приведенную к наименее тихоходному звену (зубчатому колесу 1…)» (рис. 2).

Далее приведем описание модели только в той мере, которая необходима для пояснения принципа работы, то есть опустим некоторые технические элементы, не имеющие принципиального значения.

Электростанция содержит электрогенератор G и его приводной вал 10; мультипликатор 2; зубчатые колеса 1 и 9; валы 3 и 4, названные неподвижными и судя по названию и рисунку жестко связанные с поверхностью Земли; редуктор 5; гироскоп 6 в кардановом подвесе 7;

быстроходный вал 8 для передачи прецессионного вращения на редуктор; силовые пружины 11.

Направление угловой прецессии Рz гироскопа 6 и направление 0/2 прецессионного вращения колеса 1 должны совпадать с направлением суточного вращения Земли. Колеса 1 и 9 жестко соединены с корпусами, соответственно, мультипликатора 2 и редуктора 5.

Предполагаемая работа устройства. Для создания регулярной прецессии используются пружины 11. Если удерживать их до окончания запуска гироскопа в сжатом состоянии, как показано на рис. 2, а затем освободить, то они создадут момент Lу, который будет вызывать прецессию, то есть вектор кинетического момента Н гироскопа устремится к моменту пружин Lу. Прецессионное движение передается с помощью редуктора 5 на колесо 9, а с него – на колесо 1 мультипликатора.

Передаточное число редуктора и угловая скорость прецессии подобраны так, чтобы колесо 1 вращалось с угловой скоростью, равной угловой скорости 0 вращения Земли. Таким образом, удалось добиться соизмеримости угловых скоростей вращения Земли и колеса 1. Понятно, что при равенстве количества зубьев колесо 9 вращается встречно с таким же значением угловой скорости. При этом возникает эффект, подобный эффекту, получаемому в первом способе: колесо 9, вращаясь относительно Земли со скоростью численно равной 0, в инерциальном пространстве будет неподвижно. Получен эффект неподвижности в ИСО указанного колеса, а вместе с ним и корпуса редуктора.

Сжатие пружин можно производить и при запущенном гироскопе. Для этого в электростанции в верхней части корпуса 12 на оси z предусмотрен вал со шкивом (на рис. не показаны). Нижний конец вала прикреплен к карданному подвесу 7, а другой конец выходит вверх из корпуса 12. К верхнему концу прикреплен шкив, вращая который создают момент Lz. В результате прецессии гироскопа вокруг оси у пружины сжимаются.

Естественно, что с включением нагрузки, на генераторе возникает момент сил сопротивления. Следовательно, можно предположить, что угловая скорость прецессии снизится. По мнению изобретателя, оптимальная нагрузка на генераторе должна быть подобрана так, чтобы момент сил сопротивления снижал угловую скорость вращения колеса 1 приблизительно до значения 0/2. Остаточная прецессия, также равная 0/2 будет продолжать вращать электростанцию и вырабатывать электрический ток.

Итак, без нагрузки прецессию Рz вызывает момент пружин 11. С включением нагрузки ее силовой момент Lz будет направлен по оси z вверх. Данный момент по отношению к гироскопу является моментом внешних сил. Отсюда следует, что указанный момент не будет замедлять прецессию Рz, а вызовет новую прецессию Ру относительно оси у: ось х в соответствии с правилом прецессии устремиться в его сторону. Это движение будет длиться до тех пор, пока не исчезнет момент пружин. Тогда обе прецессии прекратятся. Благодаря наличию пружин гироскоп ограничен в свободе относительно оси у. Следовательно, в дальнейшем он будет увлекаться моментом нагрузки в инерциальном пространстве, поскольку двухстепенной гироскоп движется в плоскости свободы как обычное тело [8]. Это означает, что относительно земного шара он будет неподвижен. Таким образом и данный вариант не позволяет получить энергию за счет вращения Земли.

Третий способ. «Висячий» гироскоп в качестве привода электростанции.

В отечественной литературе термины стоячий и висячий гироскоп, как правило, не используются. Вместо них приняты термины:

гироскоп с верхним расположением центра тяжести (с повышенным центром тяжести) и гироскоп с нижним расположением центра тяжести (с пониженным центром тяжести) соответственно [5]. Здесь данный термин применен для того, подчеркнуть особенность устройства этого гироскопа (рис. 3). Необходимость рассмотрения данного механизма вызвана тем, что он является одним из вариантов привода электростанции, который использует изобретатель вместо гироскопа с пружинами, показанного на рис. 2. Однако, самое интересное в этом приборе то, что он экспериментально опровергает не только применимость теоремы Кориолиса к объяснению прецессии и гироскопического момента, но и само правило прецессии.

Особенность механизма заключается в подвесе гироскопа. Такой подвес используется редко, поэтому в литературе описан мало. Аналогом здесь может служить дробильная мельница, в которой он реализован с небольшими техническими отличиями [5]. Рассмотрим принципиальное устройство всего механизма.

Гироскоп соосно прикреплен к штанге, которая другим своим концом опирается на верхний конец вертикального вала с возможностью поворачиваться вокруг оси у. Нижний конец вала сообщен с редуктором, то есть, подключен к механизму планетарной электростанции, показанному на рис. 2. В нерабочем положении 1 гироскоп свисает вниз на столько, на сколько позволяет ему узел верхней опоры.

Эта гироскопическая установка, представленная изобретателем как привод планетарной электростанции, демонстрировалась на одной из технических выставок в г. Владивостоке летом 2003 года. Ниже приводится описание ее работы с действующего образца. Самой же электростанции, насколько известно автору этих строк, в готовом виде пока нет.

В запущенном состоянии гироскоп не меняет своего положения.

Для приведения в действие достаточно сообщить ему момент внешних сил, направленный вверх по вертикальной оси zn. Под его воздействием начинается прецессия вокруг оси у и гироскоп поднимается (положение 2). В результате подъема появляется момент Lу силы тяжести, направленный в отрицательную сторону оси у. Начинается прецессия Рz. При этом гироскоп продолжает подниматься до тех пор, пока штанга не займет горизонтальное положение. После чего остается только прецессия относительно вертикальной оси. Ее результатом является вращение вала приводящего в действие электростанцию, далее работающую так, как описано выше.

Преимуществом данного привода электростанции является наличие постоянно действующей силы тяжести, то есть постоянно существующего ее момента, в отличие от момента пружин, который требует дополнительных усилий для его возобновления. Другим достоинством нового привода является значительный момент силы тяжести, а вмести с ним и вращательный момент на валу, благодаря большой длине штанги, то есть плеча. Таким образом, можно ожидать, что этот механизм способен привести в действие электростанцию.

Посмотрим на предложенное устройство в условиях выполнения им своего назначения. С включением нагрузки генератора согласно третьему закону Ньютона на валу возникнет момент, противодействующий вращению. В нашем случае это момент, направленный по оси zn вниз. Под его воздействием гироскоп будет прецессировать вниз, пока не займет положение 1, когда момент силы тяжести исчезнет, следовательно, прекратится вращение вокруг вертикали. Электростанция остановится. Очевидно, что все остальные критические замечания, высказанные ранее, уместны и здесь.

Подтверждением этому может служить работа дробильной мельницы [5]. Вместо гироскопа в ней на штангах закрепляются мельничные колеса (бегуны). При вращении вертикального вала (рис. 3) бегуны катятся по чаше (показана штриховой линией). В результате этого качения, то есть вращения вокруг оси х они приобретают кинетический момент Н. Для нашего примера векторы вращающего момента LВ вала и угловой скорости его вращения направлены вниз. В результате ось х стремится совместиться с вектором момента. Возникающий гироскопический момент будет прижимать бегуны к чаше с тем бльшими усилиями, чем выше скорость вращения вала. То же самое явление будет наблюдаться и в электростанции, так как направление момента внешних сил LВ и вектора Н те же. То есть, гироскоп с включением нагрузки генератора действительно опустится до упора и прецессия прекратится, как в вертикальной, так и горизонтальной плоскостях.

Здесь возможно возражение на ранее сделанные выводы: бегуны в качестве гироскопа выполняют работу и создают усилия на чашу.

Однако это не так. Гироскопический момент и усилия, передающиеся на чашу, это следствие момента LВ, созданного каким-либо двигателем, вращающим вал. Он и выполняет работу. Бегуны же в качестве гироскопа преобразуют только направление сил, а в качестве мельничного колеса осуществляют помол.

Из рассмотренного видно, что электростанция никак не использует вращение Земли. Применение редуктора, конечно, позволяет снизить угловую скорость вращения выходного вала и сделать ее соизмеримой с угловой скоростью вращения земного шара, но эта соизмеримость вовсе не означает использование его вращения. Установка будет одинаково работать в любой точки Земли от полюса, где ось прецессии совпадает с осью вращения планеты, до экватора, где они взаимоперпендикулярны. Она точно также покажет себя даже в случае, когда планета не вращается, поскольку автор изобретения совершенно правильно отметил: прецессия не зависит ни от каких других вращений. Она зависит только от момента внешних сил и параметров гироскопа. Выше описано движение гироскопа, как следствие данных обстоятельств.

Итак, основная идея рассматриваемого изобретения не пригодна к реализации. Гироскоп может быть детектором угловой скорости вращения основания, что закреплено в самом термине. Наблюдать вращение Земли с его помощью можно, но использовать это вращение для совершения работы нельзя. Нас же здесь интересует другой вопрос: в заявке официально зарегистрировано малоизвестное явление, которое противоречит второму свойству гироскопа – свойству прецессии. Действительно, движение гироскопа из положения 1 в горизонтальное положение (рис. 3) происходит против действия внешней силы.

2. Некоторые противоречия теории прецессии Вообще говоря подобное явление известно. Например, гиротахометр, прибор для определения угловой скорости вращения объекта, на котором он установлен. В качестве датчика в таком приборе используется двухстепенной гироскоп, не свободный в плоскости вращения основания. Рассмотрим простейший морской гиротахометр, измеряющий угловую скорость циркуляции судна. Его гироскоп устанавливается главной осью в горизонтальной плоскости (в плоскости палубы) и параллельно диаметральной плоскости судна. Опоры гироскопа закреплены так, что он может двигаться в вертикальной плоскости и лишен свободы в плоскости палубы. Движение в вертикальной плоскости ограничено пружиной, прикрепленной одним концом к оси гироскопа, другим – к плоскости палубы. При изменении курса судна главная ось стремится к вертикальному положению против усилия пружины. В положении динамического равновесия при установившейся циркуляции ось занимает определенное положение, отклонившись от плоскости горизонта на некоторый угол, пропорциональный угловой скорости вращения судна.

Существует несколько вариантов объяснения движения такого гироскопа. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся из них.

Первый вариант наделяет гироскоп с двумя степенями свободы особым свойством, неприсущим свободному гироскопу: главная ось такого гироскопа стремится занять направление, параллельное оси вращения основания. В результате этого свойства гироскоп движется, преодолевая действие пружины, до равновесного положения. Между тем, в науке существует правило: нельзя вводить новых понятий, законов, свойств, если то или иное явление можно объяснить известными понятиями.

Второй вариант объясняет указанное движение на основе известных (ранее введенных) свойств свободного гироскопа [8]. При повороте судна в силу первого свойства гироскоп стремится сохранить прежнее положение. Опоры набегают на его ось и создают вертикальный момент внешних сил. В его направлении, в соответствии со вторым свойством, и устремляется гироскоп, преодолевая противодействие пружины, пока не достигнет положения равновесия. Такое положение наступит, когда момент от усилия пружины вызовет прецессию гироскопа равную угловой скорости циркуляции судна.

Третий вариант. При повороте судна гироскоп опорами увлекается вслед за судном, в результате чего возникает его вынужденная прецессия вокруг вертикальной оси. В этом случае возникает гироскопический момент. В соответствии с правилами его определения он направлен горизонтально и разворачивает гироскоп в вертикальной плоскости до тех пор, пока не скомпенсирован действием пружины [10].

Преимущество последнего варианта очевидно. Поскольку движение происходит не по инерции, то оно может быть вызвано только моментом сил. Таким образом, этот вариант наиболее близок законам механики. Именно он используется в механике для объяснения, например, регулярной прецессии. Памятуя о том, что момент, это произведение силы на плечо, то в данном случае гироскоп движется по некоторой «гироскопической силе». Однако и этот вариант противоречит прикладной теории гироскопа. Дело в том, что вначале понятие гироскопического момента было введено для объяснения свойства прецессии. Гироскоп движется не в соответствии с основным законом вращательного движения. При внешнем воздействии, несовпадающем с осью его вращения, гироскоп движется не в направлении силы, а в направлении ее момента. Препятствует движению в направлении силы гироскопический момент. Очевидно, что данному понятию гироскопический момент, используемый в третьем варианте, не соответствует.

Еще одно понятие гироскопического момента используется при составлении уравнений движения свободного гироскопа для наблюдателя, находящегося в неинерциальной системе отсчета, в частности, на Земле. С точки зрения физики введение такого момента вполне оправдано для описания видимого движения. Для определения направления вектора гироскопического момента используется правило Л.

Фуко об одноименном параллелизме осей вращения: «Вектор гироскопического момента R направлен таким образом, будто стремится повернуть вектор кинетического момента Н к вектору угловой скорости прецессии Р» [10]. Все дело в этом «будто». Здесь имеется ввиду мысленный поворот гироскопа, тогда как в гиротахометре этот поворот реальный.

Рассмотренные варианты, хотя и с противоречиями, но все-таки объясняют движение гироскопа. Они обычно фигурируют, иногда в сочетании, при изучении гироскопических устройств. В наших примерах с их помощью (и с теми же противоречиями) можно объяснить принципы работы и дробильной мельницы, и гиротахометра. Однако, во всех случаях прецессионное движение вызывается в результате внешнего воздействия, которое и совершает работу. В мельнице – это привод вала, в гиротахометре – усилия, создаваемые его опорами.

Не один из приведенных вариантов не применим для изобретенной электростанции. В ней гироскоп сам вращает вал вокруг вертикальной оси, поднимаясь при этом против действующей силы тяжести. Во время данного движения никаких воздействий на него не оказывается. Сам гироскоп не является двухстепенным. Его подвес реализует систему со смещенным центром тяжести.

Ранее предлагалось толкование гироскопических сил как центробежных сил инерции, а гироскопического момента – как момента таких сил [6]. Для этого необходимо было вернуться к пониманию кинетического момента в его первоначальном смысле. Данный прибор используем для дополнительного и особенно веского доказательства правомерности такого толкования, поскольку другие объяснения здесь неприменимы.

Физический смысл гироскопического момента в теории неизвестен. Имеется ввиду, что неизвестны ни гироскопическая сила, ни плечо ее приложения. Однако многократный опыт запуска симметричного гироскопа показывает: если в начальный момент времени его ось симметрии не совпадает с осью вращения, то первая постепенно приходит ко второй. Такое явление обычно объясняется центрирующим воздействием центробежных сил инерции [4], что и следует из теоретической механики: вращение тела устойчиво вокруг главной оси. Это и есть наглядное подтверждение, что именно данные силы являются гироскопическими. Отсюда следует, что гироскоп, находящийся под действием момента внешних сил, как и любое тело не является инерциальной системой отсчета (ИСО) [9]. Это относится и к гироскопу, который, вращаясь по инерции, совершает регулярную прецессию, поскольку данное явление – это следствие гироскопического момента.

Этот подход позволил вернуть исконный физический смысл и кинетическому моменту: он может изменяться в не инерциальной системе координат, оставаясь постоянным в ИСО. Так выполняется закон сохранения момента импульса (кинетического момента), который справедлив, как и все законы физики именно в инерциальной системе отсчета [2]. Откуда также следует, что мгновенные векторы кинетического момента и угловой скорости вращения тела всегда совпадают, в том числе и вовремя регулярной прецессии гироскопа. Не совпадение этих векторов искусственно введено в рамках теории гироскопа для ее согласования с законом сохранения момента импульса.

Вернемся к гироскопической электростанции, для чего обратимся к рис. 4. На нем схематично показана названная установка. Для удобства рассуждения выполним часть построений в точке D подвеса гироскопа, а часть – в точке О его центра масс. Напомним, что для приведения установки в действие при запущенном гироскопе автор изобретения совершил толчок вокруг вертикального вала (оси zn). Тем самым был приложен момент LВ. Согласно теореме в этом же направлении произошло изменение кинетического момента. За некоторый конечный промежуток времени это изменение равно Н. Его проекция на ось х практически незаметно изменит вследствие большой собственной скорости вращения ротора. В координатах гироскопа нас интересует проекция НZ. В результате сложения векторов H H H (то же что и векторов угловых скоростей Z ) появилась новая ось вращения, определяемая суммарным кинетическим моментом, отклоненная от прежней оси (а, значит, и оси симметрии) на угол. [9]. Реакция гироскопа на изменение оси вращения, это моменты от осевых F0 и экваториальных FЭ центробежных сил [11]. Относительно точки D подвеса гироскопа моменты осевых сил равны:

Очевидно, что первый момент Ly01 больше, чем Ly02 за счет длины плеча, хотя относительно центра тяжести самого гироскопа моменты этих сил равны друг другу. Суммарный момент от осевых сил относительно точки D подвеса равен разности выше указанных моментов:

где – x0 = r0 sin cos = r0/2 sin 2 (см. рис. 4).

Рассуждая аналогично получим момент от экваториальных центробежных сил где – xЭ = rЭ cos cos = rЭ/2 cos 2.

Величины осевых и центробежных сил, действующих относительно точки D установки Подставим значения этих сил и величину соответствующего плеча каждой из них в уравнения (2) и (3), а затем алгебраически сложим их. После преобразования получим первичный гироскопический момент, который вызывает прецессию гироскопа вверх.

Результатом прецессии является изменение кинетического момента на величину Н2 по оси у. Образовалась новая ось вращения, отклоненная от прежней на угол, куда и устремляется гироскоп.

Предположим, что здесь, в отличие от уравновешенного гироскопа,, так как изменилась длина плеча. Возникли новые центробежные силы, равные рассмотренным, но действующие в плоскости Оху. Это привело к появлению вторичного гироскопического момента Часть этого момента компенсируется реакцией опоры, а противодействие моменту внешней силы оказывает момент, действующий вертикально В результате прецессии гироскоп поднимется, оторвется от нижнего упора и окажется под действием момента силы тяжести. Центр ее приложения распределен вдоль штанги и находится на некотором расстоянии а от точки подвеса. Тогда момент силы тяжести где m – масса подвеса; g – ускорение силы тяжести; b – плечо силы тяжести, то есть расстояние от точки подвеса до центра распределенных масс гироскопа и штанги; В – модуль момента силы тяжести.


Проследим дальнейшее движение, которое и позволило изобретателю использовать прецессию для детектирования угловой скорости вращения Земли. Момент силы тяжести теперь действует постоянно, вызывая изменение кинетического момента НГ в горизонтальной плоскости. Указанное изменение, это движение гироскопа вниз под действием силы тяжести на некоторый угол. Гироскоп, вращаясь относительно новой оси х1, под действием момента центробежных сил, в данном случае, горизонтальных движется вокруг вертикальной оси zn, вращая приводной вал. Этот момент для данного случая является первичным гироскопическим для всей установки:

Он равен такому же по величине моменту RВ2, который для предыдущего случая являлся вторичным. Как указано выше, первичный гироскопический момент вызывает прецессию РВ:

От данного движения произошло изменение кинетического момента НВ по вертикали. По величине получим гироскопический момент (5), однако, здесь он играет роль вторичного, компенсирующего момент внешней силы – силы тяжести Исходя из условий симметричности, можно заключить, что численное равенство всех трех названных моментов (момента силы тяжести и гироскопических) в гироскопе существует только тогда, когда равны углы и [7]. В этом и кроется смысл прецессии и нутации, а в данном случае – эффекта движения гироскопа «против» силы тяжести. Дело в том, что плечо силы вторичного гироскопического момента равно l, в то время как плечо силы тяжести и плечо, образующее первичный гироскопический момент, равны l cos. Следовательно, линейное перемещение гироскопа вверх будет больше, чем в азимуте. Прецессия происходит в двух плоскостях. Уравнения данного движения или Установка приходит в положение равновесия (на рис. 4 показано штрихпунктирной линией), когда штанга подвеса занимает горизонтальное положение ( = 90). Найдем это положение, предварительно проведя линеаризацию уравнений: Косинусы малых углов равны 1, синусы малых углов равны самим углам. Тогда Очевидно, что в азимуте положение равновесия не наступает. Получена регулярная прецессия гироскопа, со смещенным по оси х центром масс. Момент силы тяжести Ly вызывает изменение кинетического момента в азимуте. Это означает, что находящаяся без опоры штанга с гироскопом идет «по силе» вниз. Произойдет изменение кинетического момента всего устройства. Однако для гироскопа это изменение определяется только величиной и длительностью его угловой скорости вокруг оси у. Так начинается цикл нутации и шаг прецессии.

Ось вращения отклонилась на угол. Гироскоп вращается вокруг новой оси (нутация) и под действием момента RZ1 центробежных сил устремляется в новое положение (прецессия). Последнее движение вызывает изменение кинетического момента по оси z вверх. Образовалась третья ось вращения х2, отклоненная от предыдущей на угол.

На этом прецессия закончилась. Вращение вокруг новой оси привело к появлению вторичного гироскопического момента Rу2, который противодействует моменту Ly и компенсирует его. Движение прекратилось. Закончился цикл нутации. Поскольку теперь гироскоп неподвижен, снова вступает в действие момент силы тяжести Ly. Начинается новый цикл нутации и шаг прецессии [6].

Итак, положение равновесия в азимуте описывается первым уравнением системы (13), а по высоте Если пренебречь нутацией, то прецессионное движение относительно вертикали характеризуется постоянными векторами: вектором РВ угловой скорости вращения и кинетическим моментом НРВ, как и всякое вращение. Суммарный вектор угловой скорости и суммарный вектор кинетического момента приподняты над плоскостью горизонта и вращаются вместе с гироскопом. Данные суммарные векторы направлены по суммарной оси вращения. Момент центробежных сил, а в нашем случае это вторичный гироскопический момент Rу2, удерживает плоскость прецессии в плоскости горизонта.

Вернемся к вопросу о возможности использования данного гироскопа для детектирования вращения Земли, то есть, собственно, к электростанции. Ранее было показано, что с точки зрения существующей теории гироскопа эта идея не осуществима. В настоящем параграфе рассмотрена эта установка с точки зрения теоретической механики. Для нас важно объяснить, почему с включением нагрузки на вал гироскоп будет опускаться, пока не достигнет нижнего упора.

Непосредственно прецессию вызывает первичный гироскопический момент RZ1. Очевидно, что момент нагрузки противодействует моменту RZ1, что снижает угловую скорость прецессии, а значит, и вертикальный кинетический момент НРВ. Пропорционально снижается значение вторичного кинетического момента Rу2 и полная компенсация момента силы тяжести не происходит. Таким образом, гироскоп снижается.

Однако, более интересные выводы касаются предложенного толкования гироскопического и кинетического моментов. Часть из них уже опубликована в работе [9].

1. Согласно закону сохранения момента импульса (частный случай основного закона вращательного движения) кинетический момент может изменяться в неинерциальной системе отсчета, оставаясь неподвижным в ИСО. Это означает, что векторы кинетического момента и угловой скорости всегда совпадают. Таким образом реализуется физический смысл уравнения H I.

2. Гироскопический момент – это момент действия сил инерции.

Он возникает, когда происходит изменение кинетического момента под действием момента внешних сил.

3. Основной закон вращательного движения говорит о том, что тело под действием момента внешних сил движется с ускорением. Гироскоп также движется с ускорением, которое проявляется в виде нутации. Прецессия происходит без ускорений. И нутация, и прецессия – это следствие действия центробежных сил.

1. Арнольд Р.Н., Мондер Л. Гиродинамика и ее техническое применение. – М.: «Машиностроение, 1964. – 468 с.

2. Гинзбург В.Л. О теории относительности. – М.: «Наука», 1979. 278 с.

3. Заявка на изобретение № 2002104651, приоритет с 20.02.2002 г.

4. Мартыненко Ю.Г. Тенденции развития современной гироскопии.

http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/443/html 04.04.03.

5. Магнус К. Гироскоп. Теория и применение. – М.: Мир, 1974. – 526 с.

6. Саранчин А.И. Прецессия, нутация гироскопа. Гироскопический момент. – Владивосток: 42 Всероссийская межвузовская научнотехническая конференция, т. 3. 1999. 72-79 с.

7. Саранчин А.И. Физическая интерпретация движения гироскопа под действием момента внешних сил. // Сборник докладов Международной научно-технической конференции, посвященной 110-летию морского образования в Приморье «Наука – морскому образованию на рубеже веков».// – Владивосток: ДВГМА, 2001. – 69-73 с.

8. Саранчин А.И. Особые свойства двухстепенного гироскопа. Материалы 32-й Межвузовской НТК. – Владивосток: ТОВМИ, 1999.

117-119 с.

9. Саранчин А.И. Некоторые аспекты развития теории и практики гироскопа. Вестник Морского государственного университета. Вып.

22/2008. – Владивосток: Мор. Гос. Ун-т, 2008. – с 56-77.

10. Смирнов Е.Л. и др. Технические средства судовождения. Теория. – М.: Транспорт, 1988. – 376 с.

11. Фаворин М.В. Моменты инерции тел. Справочник. – М.: «Машиностроение», 1977. – 511 с.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

ДВИЖЕНИЕМ СУДОВ В ЗАЛИВЕ НАХОДКА

Система управления движением судов залива Находка была первой отечественной автоматизированной системой управления движением судов (СУДС) – системой третьего поколения (СУДС первого и второго поколения рассмотрены в работах [1,2]). Она обладала исключительными в своё время техническими и эксплуатационными возможностями и работала в распорядительном режиме, в отличие от большинства зарубежных автоматизированных СУДС, которые по характеру своей работы были в основном информационными. Проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию этой системы, как показало время, были уникальным событием в истории отечественного морского флота. Рассмотрим эти этапы более подробно.

Проектирование Единой комплексной системы управления движением судов в заливе Находка К началу 1970-х годов в заливе Находка (до декабря 1972 г. – залив Америка), расположенном на стыке сухопутных и морских коммуникаций, сформировался интенсивно развивавшийся один из крупнейших отечественных транспортных узлов. В заливе Находка располагались три торговых порта: Находкинский (бухта Находка), Нефтеналивной (бухта Новицкого, до 1974 г. именовавшаяся бухтой Чадауджа) и Восточный (бухта Врангеля). Кроме того, в бухте Находка также базировались Рыбный порт, Приморское нефтеналивное пароходство Министерства морского флота, Управление активного морского рыболовства Министерства рыбного хозяйства, два судоремонтных завода, Дальтехфлот.

Порты залива Находка связаны железной дорогой с Трансибирской магистралью, а судоходными линиями – со всеми районами Мирового океана. Находкинский морской торговый порт был крупнейшим портом на дальневосточном побережье Советского Союза, его грузооборот в 1974 г. превысил 9 млн. т. В бухте Врангеля в самом разгаре было строительство самого большого отечественного глубоководного порта, рассчитанного на прием крупнотоннажных балкеров и контейнеровозов. Значительно расширялся Нефтеналивной порт в бухте Новицкого. Перспективы предполагавшегося развития портов залива Находка представлены в табл. 1 [3]. (Заметим, что эти прогнозы не сбылись).

Исходные данные, принятые для проектирования автоматизированной СУДС залива Находка (грузооборот, млн.т/ интенсивность движения, тыс.

Предполагавшийся значительный рост грузооборота портов залива и возведение на их акватории глубоководных причалов предопределяли соответствующее увеличение интенсивности движения судов, а также их размеров, доли крупнотоннажных судов в составе судопотоков. Такие изменения неизбежно связаны с увеличением уровня аварийности. С учетом таких перспектив, а также сложных навигационных условий плавания, когда 11 % времени (до 1000 часов в год) на акватории залива наблюдалась пониженная видимость, специалисты Союзморниипроекта на основании исследований и разработок, связанных с проектированием порта Восточного в бухте Врангеля, в 1972 г. пришли к выводу о необходимости введения здесь системы управления судоходством, что являлось в то время общепризнанной эффективной и достаточно экономичной мерой повышения навигационной безопасности в портовых водах. В 1972-73 гг. по заданию Управления ЭРНСиС и Главной морской инспекции ММФ Союзморниипроектом разработаны указания по обеспечению навигационной безопасности при проектировании портов, включающие в себя следующие разделы: а) организация движения; б) методика прогнозирования движения; в) методика определения эффективности систем управления судоходством.

Эти указания легли в основу технических решений при проектировании автоматизированной СУДС залива Находки, которая в проектных документах получила название «Единая комплексная система управления движением судов» (ЕКСУДС). Проектирование ЕКСУДС началось в октябре 1973 г. на основании решений совещания, состоявшегося 3 июля 1973 г. в ММФ, протокол которого утвержден заместителем Министра морского флота А. С. Колесниченко, и задания на создание «Единой комплексной системы управления движением судов в порту Восточный и заливе Америка», которое было утверждено начальником Дальневосточного морского пароходства В. П. Бянкиным 24 июля 1974 г.

Для обоснования и разработки научных основ создания ЕКСУДС Союзморниипроект провел изыскания во всех основных отечественных портах. В ходе этой работы были исследованы и проанализированы условия функционирования внутрипортовых судопотоков и их взаимосвязь с грузооборотом. На акватории залива Находка проведены натурные наблюдения, обработан статистический материал за предыдущие 10 лет. По заданию Союзморниипроекта на выбранных участках строительства специалисты Дальморниипроекта провели инженерно-геологические и топографические изыскания, подтвердившие, что эти участки являются благоприятными с точки зрения возведения сооружений.

С помощью проектируемой ЕКСУДС намечалось обеспечить: а) «повышение навигационной безопасности судов как на ходу, так и при стоянке на якоре; б) повышение ритмичности работы портов в обслуживаемом районе; в) уменьшение простоев судов и причалов из-за пониженной видимости; г) сбор, обработку, накопление информации о судах, необходимой для эксплуатационной деятельности портов и автоматизированную передачу её абонентам, расположенным в пределах залива…» [3].

В соответствии с проектом структура ЕКСУДС состояла из трех постов. Один из них – центр управления движением судов (ЦУД) – должен был расположиться на м. Каменского на высоте 80 м над уровнем моря. Отсюда с помощью визуальных средств и радиолокационной аппаратуры хорошо просматривается вся акватория залива Находка и большая часть внешних подходов к нему, а также бухты Врангеля и Новицкого. Пост управления движением судов (ПУД) на м. Астафьева (высота 44 м над уровнем моря) должен был обеспечивать обзор бухты Находка, залива Находка и частично внешних подходов к нему, а также центральной части бухты Врангеля. ПУД на м.

Павловского в бухте Новицкого предназначался для наблюдения за самой бухтой, большей частью залива Находка и тех участков подходов к нему, которые закрыты для наблюдения с ЦУД и ПУД на м. Астафьева. Таким образом, все три поста ЕКСУДС в комплексе позволяли собирать необходимую информацию со всей акватории, которая техническим заданием на проектирование была определена как район управляемого судоходства.

Разработанная генеральная схема движения (рис. 1) базировалась на существовавших СНО и учитывала проект их развития и реконструкции, составленный в/ч 49253 (арх. № 26145), а также существовавшие тогда судоходные пути на прилегающих участках Японского моря. Районом обслуживания ЕКСУДС была установлена акватория залива Находка с бухтами Находка, Врангеля и Новицкого общей площадью водной поверхности около 16 тыс. га. Предусматривалось развитие системы на перспективу (до 2000 г.) с целью управления движением судов на подходах к заливу и включение её в единую систему управления судоходством у Дальневосточного побережья Советского Союза. Сводная смета на строительство ЕКСУДС была составлена в соответствии с временной инструкцией по разработке проектов и смет для строительства объектов морского и речного транспорта ВСН-202-72 ММФ. Общая сметная стоимость строительства в ценах, введенных с 1 января 1969 г., составляла 7876,16 тыс. руб., в том числе стоимость оборудования – 5288,9 тыс. руб. Экономическая эффективность ЕКСУДС была рассчитана по методике Гидрографического предприятия ММФ (МСУ-73-ХIХ.I) и по методике Союзморниипроекта (Арх. № 27283). В первом случае она была равна 1 году, во втором – 8 лет. При этом в худшем варианте (8 лет) эффективность капиталовложений составляла 0,125, что соответствовало существовавшим в то время нормам.

В 1974 г. на основе разработанного Союзморниипроектом технико-экономического обоснования Министерством морского флота был объявлен конкурс среди зарубежных фирм на поставку оборудования для СУДС залива Находка. В этом конкурсе приняли участие три фирмы: «Оки электрик индастриз» (Япония), «Джепэн рэйдио» (Япония) и «Магнавокс» (США). В результате всестороннего рассмотрения представленных материалов конкурс выиграла японская фирма «Оки электрик индастриз», с которой был заключен контракт. В течение 1975-76 гг. оборудование было поставлено и складировано в порту Восточном. Это оборудование включало в себя все аппаратуру всех подсистем, за исключением подсистемы радиосвязи. Оборудование было аналогичным тому, которое использовалось в СУДС Токийского залива, которая незадолго до этого была введена в эксплуатацию.

Строительство Единой комплексной системы управления движением судов в заливе Находка На основании решений Находкинского городского совета депутатов трудящихся №№ 229-231 от 11 апреля 1974 г. был произведен отвод земельных участков на мысах Каменского, Астафьева и Павловского под строительство трех постов будущей системы. Союзморниипроектом была подготовлена проектно-сметная документация на строительство СУДС, подготовлены рабочие чертежи монтажа технологического оборудования, а архитектором С. Умновым и конструктором Б. Локшиным разработано уникальное здание оперативного центра (рис. 2).

Рис. 2. Создание оперативного центра СУДС залива Находка (проект, строительство, законченный вид) Строительство зданий ЦУДа и ПУДов длилось в течение почти четырех лет. Основные работы были выполнены генеральным подрядчиком – трестом «Дальморгидрострой» Министерства транспортного строительства СССР. Одновременно была создана дирекция строящейся СУДС руководством начальника службы электрорадионавигации и связи Дальневосточного морского пароходства А. А. Меховича. Однако вскоре его сменил О. Д. Баранов, в значительной степени благодаря настойчивости и упорству которого СУДС была построена. Он же стал и первым директором СУДС после ввода её в эксплуатацию (рис. 3). В начале 1977 г. стало ясно, что к запланированному сроку (конец 1977 г.) Рис. 3. Топографические съемки в порту работа по её нормативно-правовому обеспечению. Так, дальневосточным филиалом ЦНИИМФ были разработаны проект положения о системе и её организационная структура. Заблаговременно велась подготовка специалистов для работы СУДС. Для обучения и приобретения навыков работы с аппаратурой системы с 16 июня по 27 июля 1976 г. в Японию была направлена группа специалистов под руководством А. А. Меховича. Роль технического переводчика выполнял Ю. М. Улькин. Все члены этой группы прошли полный курс обучения на действующей аппаратуре фирмы «Оки электрик индастриз» и получили соответствующие сертификаты (рис. 4).

Рис. 4. Российские специалисты на обучении в Японии. Сидят: второй справа В конце 1979 г. строительные и отделочные работы были, в основном, закончены. Начался монтаж оборудования, в котором принимали участие представители японской фирмы и специалисты ЦНИИМФ (рис. 5). В это же время проводилась привязка схемы движения к координатам на местности. Несмотря на сложности, обусловленные слева направо: Москвин Г. И., Черняев Р. Н., Баранов О. Д.

эксплуатацию 30 июня 1980 г. на основании акта Государственной приемочной комиссии, которую возглавлял главный инженер Дальневосточного морского пароходства А. В. Пилипенко. В соответствии с этим актом балансовая стоимость системы оценивалась в 6 млн. 540 тыс. руб, в том числе технологическое оборудование – 4 млн. 420 тыс. руб. Все стадии создания системы от проекта до окончательного вида представлены на рис. 7. После подписания акта Государственной приемочной комиссией в течение августа-сентября по согласованной с фирмойизготовителем программе проводилась проверка технических и эксплуатационных показателей оборудования всех подсистем и только в октябре 1980 г. СУДС залива Находка начала функционировать в режиме опытной эксплуатации.

Период опытной эксплуатации В течение двух лет опытной эксплуатации СУДС обслужила более 61 тыс. судов. В 1983 г. взамен действовавших временных правил плавания были изданы согласованные со всеми заинтересованными ведомствами «Правила плавания кораблей и судов в заливе Находка», а также утверждено специальное тарифное извещение об установлении сбора за обслуживанием СУДС судов с учетом качественно нового вида услуг по сравнению с действующими системами в других портах.

С этого времени СУДС в заливе Находка начала работать в нормальном режиме.

В РВЦ АСУ ДС залива Находка, как и в любой СУДС сбор основного массива информации, подлежащей контролю и управлению, обеспечивается с помощью береговых радиолокационных станций (БРЛС). Структура РВЦ АСУ ДС формировалась из трех станций, установленный на ЦУДе (станция В), на ПУДе на мысе Астафьева (станция А) и на ПУДе на мысе Павловского (станция С). Из обзора каждой станции с помощью специальных масок были исключены сухопутные секторы и секторы, затененные естественными препятствиями. Станция А работала в секторе от 160о через 90о до 0о и по всей бухте Находка. Станция В была эффективна в секторе от 310о через 270о до 215о и по всей бухте Врангеля. Станция С обеспечивала радиолокационное наблюдение за сектором от 30о через 90о и 180о до 210о, частично затененным островом Лисий по направлению от 100 о до 140о. Рабочие надводные секторы станций были ограничены по дальности условной береговой чертой, обеспечивавшейся специальной маской, воспроизводившей стилизованное изображение берега с помощью отрезков прямых, которые отстояли от реальной береговой черты на 50 м мористее. При включении этой маски гасились все эхосигналы, поступавшие от береговых объектов.

Береговая маска формировала большую часть активной зоны (или зоны активного руководства), в пределах которой выполнялось автоматическое наблюдение за судами и их проводка. Оставшаяся часть границы активной зоны была образована внутренней и внешней морской заградительными линиями. Внутренние заградительные линии совпадали с границами внутрипортовых вод, при пересечении судном этих линий прекращалось или начиналось сопровождение отметки судна по большей части программ системы. Внешняя заградительная линия обеспечивала захват или потерю цели, когда начиналось или прекращалось сопровождение цели по всем программам системы. Эта линия ограничивала активную зону с юга и проходила примерно в районе подходного буя существовавшей системы разделения движения. Снаружи, с морской стороны от внешней заградительной линии можно было получить только «сырое» радиолокационной изображение. При такой организации радиолокационного наблюдения внутрипортовые воды охватывались одной БРЛС, они формировали зоны пассивного руководства, в которых работали лишь часть программ сопровождения и обработки данных. Тогда как активная зона входило в общее радиолокационное поле, в котором работали все три БРЛС.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 

Похожие работы:

«ГРАВИТОННАЯ КОСМОЛОГИЯ (Часть 2 - возникновение Вселенной) Предисловие 1. Эту статью можно читать независимо от других статей автора. Но, чтобы понять суть протекающих процессов, следует обратиться к основополагающей статье О причине гравитации http://www.vilsha.iri-as.org/statgrav/03_grav01.pdf и к некоторым другим статьям, размещенным сейчас на сайте автора http://www.vilsha.iri-as.org/ на странице http://www.vilsha.iri-as.org/statgrav/03obshii.html в частности – к статье Гравитационная...»

«издается с 1994 года.. ОкТЯбрь 2012 ИДЕИ СОВЕТЫ ПУТЕШЕСТВИЯ w w w. v o y a g e m a g a z i n e. r u программа-минимум Голубая кровь арт стамбула главная тема гастрономические пу тешес твия -отели на практике -кварталы -маршруты спорный момент: как быть со сварливым попу тчиком помощь юрис та: арест за границей 16+ география номера в е л и ко б р ита н и я | и з ра и л ь | ита л и я | к ита й | н и де рл а н ды | оа Э | с и н га п у р | та и л а н д | т у р ци я с л о в о р е д а к т о ра...»

«013121 Перекрестная ссылка на родственные заявки По настоящей заявке испрашивается приоритет предварительной заявки на патент США № 60/667335, поданной 31 марта 2005 г, предварительной заявки на патент США № 60/666681, поданной 31 марта 2005 г., предварительной заявки на патент США № 60/675441, поданной 28 апреля 2005 г., и предварительной заявки на патент США № 60/760583, поданной 20 января 2006 г., полное содержание каждой из которых включено сюда для всех назначений. Область техники, к...»

«200 ЛЕТ АСТРОНОМИИ В ХАРЬКОВСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ Под редакцией проф. Ю. Г. Шкуратова ГЛАВА 1 ИСТОРИЯ АСТРОНОМИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ И КАФЕДРЫ АСТРОНОМИИ Харьков – 2008 Книга посвящена двухсотлетнему юбилею астрономии в Харьковском университете, одном из старейших университетов Украины. Однако ее значение, на мой взгляд, выходит далеко за рамки этого события, как относящегося только к Харьковскому университету. Это юбилей и всей харьковской астрономии, и важное событие в истории всей украинской...»

«№3(5) 2012 Гастрономические развлечения Арбуз Обыкновенный Кухонные гаджеты Гастрономическая коллекция аксессуаров Специальные предложения Новинки десертного меню Старинные фонтаны Рима Персона номера Мигель Мика Ньютон Мила Нитич 1 №3(5) 2012 Ателье персонального комфорта Восхищение комфортом! Салоны мягкой мебели mbel&zeit г. Донецк Диваны mbel&zeit* созданы, чтобы восхищать! МЦ Интерио ТЦ Империя мебели пр-т. Ильича, 19В пр-т. Б. Хмельницкого, 67В Эксклюзивные натуральные материалы в...»

«Б. Г. Тилак The Arctic Home in the Vedas Being also a new key to the interpretation of many Vedic Texts and Legends by Lokamanya Bal Gangadhar Tilak, b a, 11 B, the Proprietor of the Kesan & the Mahratta Newspapers, the Author of the Orion or Researches into the Antiquity of the Vedas the Gita Rahasya (a Book on Hindu Philosophy) etc etc Publishers Messrs Tilak Bros Gaikwar Wada, Poona City Price Rs 8 1956 Б.Г.ТИЛАК АРКТИЧЕСКАЯ РОДИНА В ВЕДАХ ИЗДАТЕЛЬСКО Москва Ж 2001 ББК 71.0 Т41 Тилак Б. Г....»

«Введение Рентгеновская и гамма-астрономия изучает свойства и поведение вещества в условиях, которые невозможно создать в лабораториях, — при экстремально высоких температурах, под действием сверхсильных гравитационных и магнитных полей. Объектами изучения являются взрывы и остатки сверхновых, релятивистские компактные объекты (нейтронные звезды, черные дыры, белые карлики), аннигиляция антивещества, свечение межзвездной среды из-за ее бомбардировки космическими лучами высоких энергий и т.д....»

«UNESCO Организация Объединенных Наций по вопросам образования, наук и и культуры Загадки ночного неба, с. 2 Мир Ежеквартальный информационный бюллетень по естественным наукам Издание 5, № 1 Январь–март 2007 г. РЕДАКЦИОННАЯ СТАТЬЯ СОДЕРЖАНИЕ К телескопам! ТЕМА НОМЕРА 2 Загадки ночного неба П равительства ряда стран считают, что Международных лет слишком много. НОВОСТИ В наступившем веке уже были Международные года, посвященные горам, питьевой воде, физике и опустыниванию. В настоящее время...»

«БИБЛИОГРАФИЯ 167 • обычной статистике при наличии некоторой скрытой внутренней степени свободы. к Правомерным был бы вопрос о возможности формулировки известных физических симметрии в рамках параполевой теории. Однако в этом направлении имеются лишь предварительные попытки, которым посвящена глава 22 и которые к тому же нашли в ней далеко неполное отражение. В этом отношении для читателя, возможно, будет полезным узнать о посвященном этому вопросу обзоре автора рецензии (Парастатистика и...»

«В.А. СИТАРОВ, В.В. ПУСТОВОЙТОВ СОЦИАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших педагогических учебных заведений Москва ACADEMA 2000 УДК 37.013.42(075.8) ББК 60.56 Ситаров В. А., Пустовойтов В. В. С 41 Социальная экология: Учеб. Пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений. М.: Издательский центр Академия, 2000. 280 с. ISBN 5-7695-0320-3 В пособии даны основы социальной экологии нового направления междисциплинарных...»

«Яков Исидорович Перельман Занимательная астрономия АСТ; М.; Аннотация Настоящая книга, написанная выдающимся популяризатором науки Я.И.Перельманом, знакомит читателя с отдельными вопросами астрономии, с ее замечательными научными достижениями, рассказывает в увлекательной форме о важнейших явлениях звездного неба. Автор показывает многие кажущиеся привычными и обыденными явления с совершенно новой и неожиданной стороны и раскрывает их действительный смысл. Задачи книги – развернуть перед...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина Радиоастрономический институт НАН Украины Ю. Г. Шкуратов ХОЖДЕНИЕ В НАУКУ Харьков – 2013 2 УДК 52(47+57)(093.3) ББК 22.6г(2)ю14 Ш67 В. С. Бакиров – доктор соц. наук, профессор, ректор Харьковского Рецензент: национального университета имени В. Н. Каразина, академик НАН Украины Утверждено к печати решением Ученого совета Харьковского национального университета имени В. Н....»

«ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ Г. ЕКАТЕРИНБУРГ КОНКУРСЫ И ПРОЕКТЫ Екатеринбург Январь 2014г. -1ИНФОРМАЦИОННЫЙ ЦЕНТР ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ ПРИГЛАШАЕТ ШКОЛЬНИКОВ К УЧАСТИЮ В КОНКУРСАХ ОРГАНИЗУЕТ ИНТЕРАКТИВНЫЕ УРОКИ, ВСТРЕЧИ, СЕМИНАРЫ Главное направление деятельности Информационного центра по атомной энергии – просвещение в вопросах атомной энергетики, популяризация наук и. В целях популяризации научных знаний, культурных традиций и современного технического образования ИЦАЭ выступает...»

«Научная жизнь Международный год астрономии – 2009 науки. Поэтому Международный астНачало третьего тысячелетия будет рономический союз (МАС) в 2006 г. отмечено в истории просвещения сопроявил инициативу, поддержанную бытиями нового рода – международЮНЕСКО, и 19 декабря 2007 г. 62-я ными годами наук. Инициатива их сессия Генеральной ассамблеи ООН проведения исходит от профессиообъявила 2009 год Международным нальных союзов ученых и ЮНЕСКО, годом астрономии (МГА-2009). а сами подобные годы...»

«Сценарий Вечера, посвященного Александру Леонидовичу Чижевскому Александр Леонидович был на редкость многогранно одаренной личностью. Сфера его интересов в науке охватывала биологию, геофизику, астрономию, химию, электрофизиологию, эпидемиологию, гематологию, историю, социологию. Если учесть, что Чижевский был еще поэтом, писателем, музыкантом, художником, то просто не хватит пальцев на руках, чтобы охватить всю сферу его интересов. Благодаря его многочисленным талантам его называли Леонардо да...»

«ПРОФЕССОР СЕРГЕЙ ПАВЛОВИЧ ГЛАЗЕНАП Проф. С. П. Глазенап Почетный член Академии Наук СССР ДРУЗЬЯМ и ЛЮБИТЕЛЯМ АСТРОНОМИИ Издание третье дополненное и переработанное под редакцией проф. В. А. Воронцова-Вельяминова ОНТ И ГЛАВНАЯ РЕДАКЦИЯ НАУЧНО - ПОПУЛЯРНОЙ И ЮНОШЕСКОЙ ЛИТЕРА ТУРЫ Москва 1936 Ленинград НПЮ-3-20 Автор книги — старейший ученый астроном, почетный член Академии наук, написал ряд научно-популярных и специальных трудов по астрономии, на которых воспитано не одно поколение любителей...»

«PC: Для полноэкранного просмотра нажмите Ctrl + L Mac: Режим слайд шоу ISSUE 01 www.sangria.com.ua Клуб по интересам Вино для Снегурочек 22 2 основные вводные 15 Новогодний стол Италия это любовь 4 24 рецепты Шеф Поваров продукты Общее Рецептурная Книга Наши интересы добавьте свои Формат Pdf Гастрономия мы очень ценим: THE BLOOD OF ART Рецепты Дизайн Деревья Реальная Реальность Деньги Снек культура Время Коммуникация Ваше внимание Новые продукты Лаборатории образцов Тренды Свобода Upgrade...»

«С.Л. Василенко Два сокровища геометрии как основа структурирования природных объектов В работе представлены структурно-образующие модели, общие для теоремы Пифагора и золотого сечения. Ввиду простых и одновременно уникальных свойств, Иоганн Кеплер охарактеризовал эти математические объекты как два сокровища геометрии. Такими объединяющими подосновами являются рекуррентные числовые последовательности, треугольники специального вида и др. В частности, выделен равнобедренный треугольник, стороны...»

«Книга И. Родионова. Пловы и другие блюда узбекской кухни скачана с jokibook.ru заходите, у нас всегда много свежих книг! Пловы и другие блюда узбекской кухни И. Родионова 2 Книга И. Родионова. Пловы и другие блюда узбекской кухни скачана с jokibook.ru заходите, у нас всегда много свежих книг! 3 Книга И. Родионова. Пловы и другие блюда узбекской кухни скачана с jokibook.ru заходите, у нас всегда много свежих книг! Пловы и другие блюда узбекской кухни Книга И. Родионова. Пловы и другие блюда...»

«Гастрономическая культура глобализирующегося общества - проблемы и перспективы Пища — это базовая телесно-коммуникативная практика, формирующая антропные характеристики человека и обеспечивающая ему единство связи со всей реальностью. Проблематика гастрономической культуры в целом, но особенно ее сегодняшнего состояния является одной из наименее исследованных для современного культурфилософского дискурса. Культурологические и философские исследования, касающиеся процессов, происходящих в...»






 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.