RU198953U1

RU198953U1 - DEVICE FOR DETERMINING VESSEL MOVEMENT PARAMETERS

Info

Publication number: RU198953U1
Application number: RU2020115590U
Authority: RU
Inventors: Артем Александрович Буцанец; Александра Анатольевна Иванова; Владимир Владимирович Каретников; Евгений Олегович Ольховик
Priority date: 2020-05-10
Filing date: 2020-05-10
Publication date: 2020-08-04

Abstract

Заявляемая полезная модель к судостроению, а именно к экспериментальным средствам определения параметров движения судов в различных метеорологических условиях, и может быть использована при маневренных и ходовых испытаниях надводных судов, в том числе безэкипажных и автономных. Предлагаемая полезная модель решает проблему повышения точности определения параметров движения судна при проведении ходовых и маневренных испытаний путем учета и регистрации влияния метеорологических факторов. Устройство содержит антенный модуль, соединенный с мультиантенной приемной аппаратурой спутниковых навигационных систем, инерциальный измерительный модуль, первый вход которого соединен с выходом мультиантенной приемной аппаратуры спутниковых навигационных систем, второй вход - с выходом управляющего компьютера, а выход - с регистрирующей аппаратурой. Дополнительно в состав устройства включена метеостанция, соединенная с третьим входом инерциального измерительного модуля. 1 ил.The claimed utility model for shipbuilding, namely, for experimental means for determining the parameters of the movement of ships in various meteorological conditions, and can be used in maneuvering and sea trials of surface ships, including unmanned and autonomous. The proposed utility model solves the problem of increasing the accuracy of determining the parameters of the ship's movement during sea and maneuvering tests by taking into account and registering the influence of meteorological factors. The device contains an antenna module connected to the multi-antenna receiving equipment of satellite navigation systems, an inertial measuring module, the first input of which is connected to the output of the multi-antenna receiving equipment of satellite navigation systems, the second input to the output of the control computer, and the output to the recording equipment. Additionally, the device includes a meteorological station connected to the third input of the inertial measuring module. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к судостроению, а именно к экспериментальным средствам определения параметров движения судов в различных метеорологических условиях, и может быть использована при маневренных и ходовых испытаниях надводных судов, в том числе безэкипажных и автономных.The utility model relates to shipbuilding, namely to experimental means for determining the parameters of the movement of ships in various meteorological conditions, and can be used for maneuvering and sea trials of surface ships, including unmanned and autonomous ones.

В процессе проведения мореходных испытаний судна определяются следующие параметры его движения: углы курса, крена и дифферента, скорость, географические координаты и др. Известные в указанной области устройства (патент РФ №2259301, опубл. 27.08.2005; патент РФ №2221726, опубл. 20.01.2004 и др.), при определении указанных параметров, как правило, основываются на дополнительных измерениях, требующих участия экипажа, и в этой связи не могут быть использованы для судов с полностью автоматическим управлением, например, для безэкипажных судов.In the process of seaworthiness tests of the vessel, the following parameters of its movement are determined: heading, roll and trim angles, speed, geographic coordinates, etc. Devices known in this area (RF patent No. 2259301, publ. 27.08.2005; RF patent No. 2221726, publ. January 20, 2004, etc.), when determining these parameters, as a rule, they are based on additional measurements that require the participation of the crew, and therefore cannot be used for vessels with fully automatic control, for example, for unmanned vessels.

Известен измерительный комплекс «ВЕГА», предназначенный для автоматического определения параметров движения морских объектов и представляющий собой инерциально-спутниковую интегрированную систему ориентации и навигации, в состав которой входят инерциальный измерительный модуль на микромеханических датчиках и одноосном волоконно-оптическом гироскопе, и мультиантенная приемная аппаратура спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС/GPS.Known measuring complex "VEGA", designed to automatically determine the parameters of the movement of sea objects and is an inertial-satellite integrated system of orientation and navigation, which includes an inertial measuring module on micromechanical sensors and a single-axis fiber-optic gyroscope, and multi-antenna receiving equipment for satellite navigation GLONASS / GPS systems.

Недостатком комплекса является отсутствие возможности учитывать влияние внешних метеорологических условий на параметры движения судна.The disadvantage of the complex is the inability to take into account the influence of external meteorological conditions on the parameters of the ship's movement.

Известно устройство контроля мореходности судна по пат. РФ №2467914, опубл. 27.11.2012, содержащее: датчик курсового угла, датчик скорости, блоки датчиков осадки судна носом и кормой, блок датчиков угловых перемещений колебательного движения судна относительно продольной, поперечной и вертикальной осей, блок датчиков ускорений судна на волнении, соединенные с блоком коммутации и предварительной обработки информации, соединенным с процессором-классификатором, процессором-редактором, метрологическим процессором, которые соединены с интеллектуальным процессором с образованием ЭВМ, соединенной посредством интеллектуального процессора с дисплеем, системой документирования и экспертной системой, радиовысотомер малых высот, соединенный своим выходом с ЭВМ, которая также соединена с выходами датчика курсового угла, датчика скорости и с выходами приемоиндикатора спутниковой навигационной системы и измерителя параметров ветра, аппаратно-программный модуль моделирования динамики движения судна в стесненных навигационных обстоятельствах, соединенный своим входом с экспертной системой, а своим выходом с интеллектуальным процессором.Known device for monitoring the seaworthiness of the ship in US Pat. RF No. 2467914, publ. 11/27/2012 containing: heading angle sensor, speed sensor, bow and stern draft sensor units, angular displacement sensor unit of the vessel's oscillatory motion relative to the longitudinal, transverse and vertical axes, a vessel acceleration sensor unit in waves connected to the switching and preprocessing unit information connected to a classifier processor, an editor processor, a metrological processor, which are connected to an intelligent processor to form a computer connected through an intelligent processor with a display, a documentation system and an expert system, a low-altitude radio altimeter connected by its output to a computer, which is also connected with the outputs of the heading angle sensor, the speed sensor and with the outputs of the receiver-indicator of the satellite navigation system and the wind parameter meter, the hardware-software module for modeling the dynamics of the vessel's movement in cramped navigation circumstances, connected by its input to the expert system, and its output with an intelligent processor.

Недостатком известного аналога является сложность его реализации, связанная с большим количеством измерительных датчиков. Кроме того для обработки поступающих данных необходимо использовать несколько разнородных по своей функциональности программных комплексов.The disadvantage of the known analogue is the complexity of its implementation, associated with a large number of measuring sensors. In addition, to process the incoming data, it is necessary to use several software systems that are heterogeneous in their functionality.

Среди известных аналогов наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является измерительный комплекс по патенту РФ №144079, опубл. 10.08.2014, выбранный в качестве прототипа устройства. В состав измерительного комплекса входят: интегрированная система ориентации и навигации судна, содержащая инерциальный измерительный модуль, мультиантенную приемную аппаратуру спутниковых навигационных систем, антенный модуль, управляющий компьютер и связанную с ними регистрирующую аппаратуру.Among the known analogs, the closest in technical essence to the claimed device is the measuring complex according to RF patent No. 144079, publ. 08/10/2014, selected as a prototype device. The measuring complex includes: an integrated attitude and navigation system of the ship, containing an inertial measuring module, multi-antenna receiving equipment for satellite navigation systems, an antenna module, a control computer and associated recording equipment.

В процессе работы комплекс осуществляет прием сигналов со спутников навигации, обработку и преобразование сигналов в параметры движения судна в цифровом виде и их последующую регистрацию и хранение.In the course of operation, the complex receives signals from navigation satellites, processes and converts signals into parameters of ship movement in digital form, and their subsequent registration and storage.

Недостатком данного измерительного комплекса является недостаточная точность определения параметров движения судна, т.к. он не учитывает воздействия внешних естественных метеорологических факторов - скорость и направление ветра, которые существенно влияют на ходовые и маневренные качества судна и должны регистрироваться в процессе испытаний судна.The disadvantage of this measuring complex is the insufficient accuracy of determining the parameters of the movement of the vessel, because it does not take into account the impact of external natural meteorological factors - wind speed and direction, which significantly affect the navigation and maneuverability of the vessel and must be recorded during the testing of the vessel.

Предлагаемая полезная модель решает проблему повышения точности определения параметров движения судна при проведении ходовых и маневренных испытаний путем учета и регистрации влияния метеорологических факторов.The proposed utility model solves the problem of increasing the accuracy of determining the parameters of the ship's movement during sea and maneuvering tests by taking into account and registering the influence of meteorological factors.

Для решения проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в устройстве определения параметров движения судна, включающем так же, как и прототип, антенный модуль, соединенный с мультиантенной приемной аппаратурой спутниковых навигационных систем, инерциальный измерительный модуль, первый вход которого соединен с выходом мультиантенной приемной аппаратуры спутниковых навигационных систем, второй вход - с выходом управляющего компьютера, а выход - с регистрирующей аппаратурой, в отличие от прототипа, в состав устройства включена метеостанция, соединенная с третьим входом инерциального измерительного модуля, при этом все блоки размещены в одном корпусе.To solve the problem, the following set of essential features is used: in the device for determining the parameters of the ship's motion, which, like the prototype, includes an antenna module connected to the multi-antenna receiving equipment of satellite navigation systems, an inertial measuring module, the first input of which is connected to the output of the multi-antenna receiving equipment of satellite navigation systems, the second input - with the output of the control computer, and the output - with the recording equipment, unlike the prototype, the device includes a meteorological station connected to the third input of the inertial measuring module, while all blocks are located in one housing.

Сущность полезной модели заключается в введении в состав комплекса, осуществляющего определение параметров движения судна, дополнительного блока, который при исследовании объекта позволяет учитывать внешние гидрометеорологические явления, связанные с ветровыми нагрузками на корпус судна. При этом благодаря современной элементной базе, все части устройства, осуществляющие измерение, регистрацию и хранение необходимых параметров, расположены в едином компактном корпусе, что обеспечивает простоту и удобство его применения.The essence of the utility model consists in the introduction of an additional unit into the complex that determines the parameters of the ship's movement, which, when examining the object, allows taking into account external hydrometeorological phenomena associated with wind loads on the ship's hull. At the same time, thanks to the modern element base, all parts of the device that measure, register and store the necessary parameters are located in a single compact case, which ensures simplicity and ease of use.

Сопоставление предлагаемого устройства с прототипом показало, что поставленная задача - повышение точности определения параметров движения судна - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие заявленной полезной модели критерию патентоспособности «новизна».Comparison of the proposed device with the prototype showed that the task at hand - increasing the accuracy of determining the parameters of the ship's movement - is solved as a result of a new set of features, which proves the compliance of the declared utility model with the "novelty" criterion of patentability.

Сущность устройства определения параметров движения судна поясняется графическими материалами (фиг. 1).The essence of the device for determining the parameters of the movement of the vessel is illustrated by graphic materials (Fig. 1).

Устройство (фиг. 1) содержит: антенный модуль 1, информация от которого поступает в мультиантенную приемную аппаратуру спутниковых навигационных систем 2 и далее инерциальный измерительный модуль 3, работа которого управляется компьютером 4. К инерциальному измерительному модулю 3 подключены метеостанция 5 и регистрирующая аппаратура 6.The device (Fig. 1) contains: an antenna module 1, the information from which is fed to the multi-antenna receiving equipment of satellite navigation systems 2 and then an inertial measuring module 3, the operation of which is controlled by a computer 4. A weather station 5 and a recording equipment 6 are connected to the inertial measuring module 3.

Предлагаемое устройство представляет собой единую конструкцию: антенный модуль 1 и метеостанция 5 закреплены снаружи компактного малогабаритного корпуса, остальные блоки установлены внутри него. Такое выполнение устройства позволяет использовать его в качестве переносного прибора, осуществляющего измерение необходимых параметров и за счет возможности беспроводной сетевой коммуникации - передачу информации, полученной в ходе измерений, в центр управления судном. Кроме того автономность устройства позволяет использовать его как «черный ящик» для изучения «поведения» судна во время плавания.The proposed device is a single structure: the antenna module 1 and the meteorological station 5 are fixed outside the compact small-sized case, the rest of the units are installed inside it. Such an embodiment of the device allows it to be used as a portable device that measures the required parameters and, due to the possibility of wireless network communication, the transfer of information obtained during the measurements to the ship's control center. In addition, the autonomy of the device allows it to be used as a "black box" to study the "behavior" of the vessel during sailing.

Устройство может быть реализовано на следующих элементах:The device can be implemented on the following elements:

В качестве антенного модуля может быть использован блок антенн судового спутникового компаса SC-130, в качестве приемной аппаратуры спутниковых навигационных систем - малогабаритный модуль типа СН-7700, в качестве метеостанции - анемометр от судовой метеостанции АМ706D, в качестве инерциального измерительного модуля - малогабаритная система, построенная на микроэлектромеханических акселерометрах и гироскопах типа ГЛ-ВГ109 или БИНС 500К, в качестве управляющего компьютера - одноплатный компьютер типа Raspberry pi 3, в качестве регистрирующей аппаратуры ̶ портативный твердотельный SSD диск типа Transcend TS960GESD250C.An antenna unit of a ship's satellite compass SC-130 can be used as an antenna module, a small-sized module of the CH-7700 type can be used as a receiving equipment for satellite navigation systems, an anemometer from the ship's weather station AM706D can be used as a meteorological station, and a small-sized system can be used as an inertial measuring module, built on microelectromechanical accelerometers and gyroscopes of the GL-VG109 or SINS 500K type, a single-board computer of the Raspberry pi 3 type as a control computer, and a portable solid-state SSD disk of the Transcend TS960GESD250C type as a recording equipment.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device works as follows.

Антенный модуль 1 принимает сигналы от глобальный навигационных спутниковых систем (скорость судна, курс судна, широта, долгота, координаты в декартовой системе координат, высота в географической системе координат и т.п.), затем передает их на мультиантенную приемную аппаратуру спутниковых навигационных систем 2, где эти сигналы обрабатываются и преобразуются в параметры движения судна в цифровом виде. Инерциальный измерительный модуль 3 получает данные угла крена и угла дифферента корпуса судна, суммирует их с данными от мультиантенной приемной аппаратуры спутниковых навигационных систем 2 и от метеостанции 5. Управление работой инерциального измерительного модуля 3, в том числе совместный синтез данных в виде поправок от мультиантенной аппаратуры 2 и метеостанции 5 производится при помощи управляющего компьютера 4. Все поступающие, измеренные и расчетные данные в режиме реального времени передаются на регистрирующую аппаратуру 6 для записи, хранения и дальнейшего анализа.Antenna module 1 receives signals from global navigation satellite systems (ship speed, ship's course, latitude, longitude, coordinates in a Cartesian coordinate system, altitude in a geographic coordinate system, etc.), then transmits them to the multi-antenna receiving equipment of satellite navigation systems 2 where these signals are processed and converted into parameters of the ship's movement in digital form. The inertial measuring module 3 receives data on the roll angle and trim angle of the ship's hull, summarizes them with data from the multi-antenna receiving equipment of satellite navigation systems 2 and from the meteorological station 5. Management of the operation of the inertial measuring module 3, including joint data synthesis in the form of corrections from the multi-antenna equipment 2 and meteorological station 5 is performed using a control computer 4. All incoming, measured and calculated data are transmitted in real time to the recording equipment 6 for recording, storage and further analysis.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает более точное определение и регистрацию ходовых и маневренных характеристик судов во время их испытаний за счет учета и регистрации влияния метеорологических факторов на определяемые параметры.In comparison with the prototype, the proposed device provides a more accurate determination and registration of the sailing and maneuvering characteristics of ships during their tests by taking into account and registering the influence of meteorological factors on the determined parameters.

В дальнейшем, устройство предполагается использовать при проведении натурных испытаний для определения ходовых и маневренных характеристик судов различного назначения, в т.ч. безэкипажных или автономных надводных судов.In the future, the device is supposed to be used during full-scale tests to determine the running and maneuvering characteristics of vessels for various purposes, incl. unmanned or autonomous surface vessels.

Предлагаемая полезная модель была разработана сотрудниками ФГБОУ ВО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» в составе научно-исследовательских работ. Было произведено моделирование устройства и изготовлен макет, испытания которого дали хорошие результаты. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость».The proposed utility model was developed by the staff of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “State University of Maritime and River Fleet named after Admiral S.O. Makarov "as part of research work. The device was simulated and a mock-up was made, the tests of which gave good results. This allows us to conclude that the claimed utility model meets the criterion of "industrial applicability".

Claims

A device for determining the parameters of the ship's motion, containing an antenna module connected to the multi-antenna receiving equipment of satellite navigation systems, an inertial measuring module, the first input of which is connected to the output of the multi-antenna receiving equipment of satellite navigation systems, the second input ̶ to the output of the control computer, and the output to the recording equipment , characterized in that it contains a meteorological station connected to the third input of the inertial measuring module, while all the units of the device are located in one housing.