Устройство для имитации движения судна вблизи берега — SU 1084830 (original) (raw)
/78 3(5 В ТЕНИЯ У с ОО САР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(7 1) Центральное проектно-констрторское и технологическое бюро Всоюзного рыбопромышленного объединия "Севрыба"(56) 1, Авторское свидетельство С9 417808,.кл, С 06 С 7/78, 1972.2. Авторское свидетельство СССпо заявке У 3255580/18-24,кл. С 06 С 7/78, 1981 (прототип)(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИИИТАЦИИДВИЖЕНИЯ СУДНА ВБЛИЗИ БЕРЕГА, содержащее задатчик углового положенияантенны, вход которого является первым информационным входом устройства, вход подачи тактовых импульсовкоторого соединен с первыми входами первого и второго интеграторовдвижения антенны, выход задатчикауглового положения антенны подключенк входу синусно-косинусного преобразователя, первый и второй выходыкоторого подключены к вторым входамсоответственно первого и второго интеграторов движения антенны, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два сумматора, блок заданиякоординат движения судна, дополни"тельный интегратор, три ключа, блокимитации берега, содержащий квадратор и дополнительный сумматор,блок сравнения и блок регистрации движения судна, причем выходы первого и второго интеграторов движенияантенны подключены к первым входамсоответственно первого и второгосумматоров, выходы которых соединены соответственно с первым входомблока сравнения и с первым информационным входом первого ключа, второйи третий информационные входы устройства соединены соответственнос первым и вторым входами блока задания координат движения судна, первый выход которого соединен с вторым входом первого сумматора и спервым информационным входом второго ключа, выход которого подключенк первому входу блока регистрациидвижения судна, второй выход блоказадания координат движения суднасоединен с вторым входом второгосумматора и с первым информационнымвходом третьего ключа, выход которого подключен к второму входу блока регистрации движения судна, входзапуска работы устройства соединенс управляющими входами ключей иподключен к входу дополнительногоинтегратора, выход которого соединен с вторым информационным входомтретьего и первого ключа, выход которого подключен к первому входу дополнительного сумматора и к входу квадратора, выход которого соединен свторым входом дополнительного сумматора, выход которого подключен к второму информационному входу второгоключа и к второму входу блока сравнения, выход которого является выходом устройства.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для имитации движения судна относительно берега в радиолокационных тренажерах. 5Известно устройство для имитации пространственного положения целей на экране индикатора, содержащее вычислитель выход которого подключен через блок согласования к модулятору электроннолучевой трубки (ЭЛТ) индикатора, генератор импульсов меток дальности, элемент И. и подключенные к индикатору блок имитации вращения антенны и Форми-.рования развертки и блок формирования развертки дальности, а также счетчик импульсов меток дальности, выходы которого соединены с входами вычисштеля, а вход через элемент И подключен к генератору импульсов и выходу блока имитации вращения антенны и формирования развертки, и счетчик импульсов азимута, выходы которого подключены к25 соответствующим входам вычислителя, а вход присоединен к выходу переполнения счетчика импульсов меток дальности и к выходу блока формирования развертки дальности. Данное ЗО устройство может быть использовано для имитации движения судна относительно берега, если берег представить в виде конечной совокупноститочек Ц.Однако количество точек имитируемого берега ограничено возможностями вычислителя, т.е, его быстродействием и объемом памяти, и получение качественного радиолокационного изображения берега на экране индикатора возможно только при значительном усложнении схем.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для отображения пространственного положения цели на экране индикатора, содержащее элемент И, датчик напряжения, пропорциональных положению цели, послсдовательно подключенные согласующий усилитель и индикатор, синхронизируюший вход каждого соединения с выходом датчика напряжения, пропорционального положению антенны, а также синуснокосинусный преобразователь, две схемы сравнения и два интегратора, причем вход синусно-косинусного преобразователя соединен с вторым выходом датчика напряжения, пропорционального положению антенны, а каждый выход синусно-косинусного преобразователя через соответствующий интегратор и схему сравнения подключен к одному из входов элемен; та И, соединенного выходом с входом блока согласования, другие входы интеграторов подключены к синхронизирующему выходу индикатора, а другой вход каждой схемы сравнения - с соответствующим входом датчика напряжения, пропорционального положению цели 2.Недостатком известного устройства является то, что при использова-. нии его для имитации движения судна вдоль берега количество точек берегевой линии существенно огра" ничено количеством схем сравнения и возможностями датчика напряжений, пропорциональных положению цели, т,е. точность работы устройства недостаточна. Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных Возможностей устройства,т.е, отображение имитируемого движения судна стносительно берега на индикаторе расположенной станции и отображение траектории движения судна на двухкоординатном блоке регистрации движения судна, на котором предварительно прописовыьается береговая линия.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее задатчик углового положения антенны, вход которого является первым информационным входом устройства, вход подачи тактовых импульсов которого соединен с первыми входами первого и второго интеграторов движения антенны, выход задатчика углового положения антенны подключен к входу синуснокосинусного преобразователя, первый и второй выходы которого подключены к вторым входам соответственно первого и второго интеграторов двикения антенны, введены два сумматора, блок задания координат движения судна, дополнительный интегратор, три ключа, блок имитации берега, содержащий квадратор и дополнительный сумматор, блок сравнения и блок регистрации движения судна, причем выходы первого и второго интеграто 1084830ров движения антенны подключены кпервым входам соответственно первогои второго сумматоров, выходы которых соединены соответственно с первым входом блока сравнения и с первым информационным входом первогоключа, второй и третий информационные входы устройства соединены соответственно с первым и вторым входами блока задания координат движения судна, первый выход которогосоединен с вторым входом первогосумматора и с первым информационнымвходом второго ключа, выход которого подключен к первому входу блока 15регистрации движения судна, второйвыход блока задания координат движения судна соединен с вторым входом второго сумматора и с первым информационным входом третьего ключа, 20выход которого подключен к второму входу блока регистрации движениясудна, вход запуска работы устройства соединен с управляющими входами ключей и подключен к входу дополнительного интегратора, выходкоторого соединен с вторым информационным входом третьего и первого ключа, выход которого подключенк первому входу дополнительного сум- З 0матора и к входу квадратора, выходкоторого соединен с вторым входомдополнительного сумматора, выходкоторого подключен к второму инФормационному входу второго ключаи к второму входу блока сравнения,выход которого является выходом устройства. На фиг. 1 представлена функцио 40 нальная схема устройства, на фиг. 2 - графическая информация, поясняющая работу устройства.Устройство содержит вход 1 подачи тактовых импульсов, задатчик 245 углового положения антенны, синус- но-косинусный преобразователь 3, интеграторы 4 и 5 движения антенны, сумматоры 6 и 7, блок 8 задания координат движения судна, блок 9 сравнения, ключ 10, блок 11 имитации берега, ключи 12 и 13, блок 14 регистрации движения судна, дополнительный интегратор 15. Кроме того, блок 11 имитации берега содержит квадратор 16 и дополнительный сумматор 17, а синусно-косинусный преобразователь 3 содержит блок 18 памяти синуса, блок 19 памяти косинуса и два преобразователя код - напряжение 20 и 21. Устройство имеет вход 22 запуска, выход 23 и информационные входы 24-26.Устройство предназначено для совместной работы с радиолокационной станцией (РЛС). Для этого соотве.ствующим образом соединяют входы и выходы РЛС с входами и выходами предлагаемого изобретения.Предлагаемое устройство используется в тренажерных системах для обучения судоводителей плаванию в тумане около берегов или в узкостях с использованием РЛС.Для имитации движения судна относительно берега необходимо на экране РЛС получать радиолокационную картину участка берега с учетом положения судна относительно береговой линии. При обучении судоводителей плаванию около берегов возникает необходимость в анализе действий судоводителя после.проведения тренинга. Для этого в устройстве церед началом тренинга инструктор прорисовывает на двухкоординатном блоке 14 регистрации движения судна в прямоугольной системе координат контур берега, вдоль которого затем двигается судно, управляемое судоводителем. После прорисовки контура береговой линии двухкоординатный самописец - блок 14 - переводится в режим отображения траектории движения судна.Таким образом, после проведения тренинга информация, отображенная на блоке 14, представляющая собой контур береговой линии и траекторию движения судна, позволяет в наглядной форме представить все действия судоводителя и квалифицированно провести их анализ. Устройство работает следующим образом.Перед началом тренинга сигналом запуска устройство переводится в режим прорисовки береговой линии на планшете двухкоординатного планшетного потенциометра, при этом запускается интегратор 15, выходной сигнал которого ПХ через ключ 10 подключается к входу блока 11 имитации берега, а через ключ 13 - к входу Х двухкоординатного планшетного потенциометра - блока 14, Вход 1 двухкоординатного планшетного потенциометра - блока 14 - через ключ 121084830 ка, поступающим на их управляющиевходы, 5Выходной сигнал блока 11 имитации берега изменяется по нелинейному закону согласно любой функцииУ = 2(х) при линейном изменениивхсдной величины Х, т,е. каждомузначению входной величины Х ставится в соответствие значение выходной величины 1 по закону, определяемому реализациек Функцией,При этом в режиме прорисовки береговой линии происходит одновременкое линейное перемещение пера двухкоординатного планшетного потекциометра по оси Х и нелинейное его перемещение по оси 1, определяемоехарактером Функции 1= 1(х) относительно начала координат планшета,При снятии сигнала "Запуск" интегратор 15 сбрасывается в нулевое состояние, а перо двухкоордикатногопланшетного самописца возвращаетсяв начало координат. При обратномходе пера прорисовка линии на планшете запрещается. Таким образом,после возвращения пера двухкоорди- ЗОнатного планшетного потенциометрав начало координат на планшете остается прорисованная линия, соответствующая конфигурации береговой линии. 35 1 О В качестве блока 8 может исполь 50зоваться люиая вычислительная машина цифровая или аналоговая, рабо"тающая по программе вычисления текущих координат судна,Напряжения с выхода блока 8 черезключи 12 и 13 поступают на соответст 55вующие входы Х и 1 двухкоординат"ного планшетного потенциометра,производя перемещения пера согласнотраектории движения судна. подключается к выходу блока 11 имитации берега. Управление ключами 10,12 и 13 производится сигналом запусКонфигурацию береговой черты можно изменять, меняя параметры блока 11 имитации берега. Блок 11 ма-" жет быть построен раэличкыми способами. Один из способов реализации простейшей функции, например У Х 1 Х - КХ, приведен в предлагаемом устройстве, где К и К - коэффициенты, которые могут мекяться при задании конфигурации берега.Входное напряжение 0 поступает на два входа квадратора 16 и вход сумматора 17, Значение напряжения, пропорциональное (П) , с выхода2умножителя поступает на второй вы 6 читающий вход сумматора 11, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное Оу = КП - К(П)ЯВ качестве двухкоординатного планшетного самописца " блока 14 - может использоваться серийный прибор "Двухкоордикаткый планшетныйсамописец ПДПЧ",После отключения режима прорисовки береговой линии, т,е, снятиясигнала запуска, ключ 10 подключает вход блока 11 имитации берегак выходу сумматора 7, а ключи 13и 12 подключают входь 1 Х и 1 двухкоординатного планшетного самописца соответственно к выходам )( и Ублока 8 задания вычислителя координат движения судна, С этого момента возможна работа устройства в режиме обучения судоводителя.Устройство работает следующимобразом,На вход блока 8 задания координат движения судна, входы 25 и 26поступает информация соответственноо скорости судна Ч и его курсевзависимости от действия судоводителя, связанных с управлением судна.Блок 8 вычисляет текущие координатыместоположения судна в прямоугольной системе координат относительноначала координат и выдает их в виде выходных напряжений согласно выраженийщПХ =Ч кап К йХо д41 Ч сов Мс,огде Б- выходное напряжение, пропорциональное координате местоположения судна относительно начала координат пооси Х11( - выходкое напряжение, про"опорциональное координатеместоположения судна откосительно начала координатпо оси 11: - текущее время.Ось 1 прямоугольной системы координат совпадает с направлением насевер, относительно которого отсчитывается курс судна ИВ предлагаемом устройстве можетиспользоваться любая серийно выпускаемая РЛС,Цифровой код, соответствующийуглу поворота антенны РЛС, с выхода цифрового задатчика угловогоположения антенн поступает на входсинусно-косинусного преобразователя 3., который состоит из двух блоков 18 и 19 памяти, нагруженных насоответствующие преобразователикод - аналог 20 и 21.В блоке 18 записаны. цифровыезначения синусов углов от 0 до360 с необходимой дискретностью 15отсчета угла и точностью представления информации.В блоке 19 записаны цифровыезначения косинусов этих же углов.Адресные входы обоих блоков 18 20и 19 объединены и являются входомсинусно-косинусного преобразователя. При поступлении на их входы кода, соответствующего углу разворотаантенны, с цифрового задатчика углового положения вала с выходов блоков18 и 19 снимаются цифровые коды,соответствующие синусу и косинусу уг"ла разворота антеннны, которые преобразователями код - аналог 20 и 21 30преобразовываются в соответствующиенапряжения.Таким .образом, при работе механизма вращения антенны вращается радиально-круговая развертка индикато- Зра и синхронно с этим на выходах синусно-косинусного преобразователя изменяются значения напряжений, пропорциональные синусу и косинусу угларазворота радиально-круговой разверт-.Оки индикатора.Напряжение с выходов синусно-коси-нусного преобразователя поступаетна первые входы двух интеграторов4 и 5, на вторые управляющие входы 4которых поступают тактовые импульсыс выхода синхронизатора РЛС. С приходом синхронизирующего импульсасинхронизатора РЛС запускается радиальная развертка индикаторного уст- у, ройства РЛС и одновременно с этиминтеграторы 4 и 5.Параметры интеграторов 4 и 5 подобраны так, что с их выходов снимают-.ся пилообразные напряжения, пропорциональные .проекциям на ось М и ось Упути,пройденного зондирующимимпульсом радиолокатора при данном угле разворота антенны относительно местоположения судна со скоростью, вдвоеменьшей скорости распространениярадиоволн в атмосфере, т.е. выходные напряжения интеграторов описываются выражениями0- -с 610 31= - С 561,о(01- - с соьД 1 - ссор 1,огде с - скорость распространениялуча радиолокатора в среде,- угол разворота антенны радиолокатора относительно направления на север,Б - выходное напряжение интегратоХнра 5Б - выходное напряжение интеграотора 4,т - текущее время, отсчитанное отначала синхроимпульса(фиг. 2).Коэффициент 112 в выражениях введен по причине того, что зондирующий луч радиолокатора проходит двойное расстояние до берега (прямой ход и обратный ход отраженного луча), в силу чего масштаб временной развертки серийных РЛС уменьшен в два раза и, значит, временной масштаб интегратора также необходимо уменьшить в два раза.Выходные напряжения интеграторов складываются на сумматорах б и,7 с выходными напряжениями блока 8 задания координат движения судна. С выходов сумматоров снимаются напряжения, пропорциональные по амплитуде проекциям на оси Х и У пути, пройденного зондирующим импульсом радиолокатора при данном угле разворота антенны относительно начала координат со скоростью, вдвое меньшей скорости распространения радиоволн в атмосфере, т.е. выходные напряжения сумматоров описываются выражениямиБ,=Ю+У =0+1-с ппй со кн к, з гО, = 0,1. + 11 = Б + - с соз где Б - выходное напряжение сумматора 7У - выходное напряжение сумматора б,й - текущее время, отсчитанноеот начала синхроимпульса.Выходное напряжение Пу сумматора7 через ключ 10 поступает на входблока 11. С выхода блока 11 в каждый момент времени снимается напря -жение, пропорциональное коордийате 51( любой точки береговой черты скоординатой, соответствующей Б .Согласно зависимости У = Г(х).Выходное напряжение блока 11сравнивается с выходным напряжением10Б,( сумматора б. В какой-то моментвремени наступает равенство этихнапряжений.Этот момент времени С, отсчитанный от начала синхроимпульса, 515определяется равенством П-с сов 1,=ГЖ-с зп). Он соответствуетого .2моменту достижения имитируемым зондирующим импульсом, движущимся соскоростью, вдвое меньшеи скоростич20распространения радиоволн в атмосфере, точки и имитируемой береговойлинии. В этот момент врсмени выходным сигналом схемы 9 сравнения (вы ход 23), поступающим на вход ЭЛТ25индикаторного устройства, производится засветка на индикаторе РЛС,соответствующая по дальности и углузасветки, которая получалась быпри облучении точки А береговой ли- ЭОнии реальным зондирующим импульсом,движущимся со скоростью распространения радиоволн в атмосфере.По окончании синхроимпульса интеграторы 4 и 5 сбрасываются в нуле- З 5вое положение и схема переходит врежим ожидания новой посылки зондирующего импульса,При вращении выходного вала механизма вращения антенны меняются значения угла разворота антенны 3 и очередные посылки имитируемого зондирующего импульса обл,чают другие точки береговой линии, создавая на экране индикатора радиолокационное изображение имитируемой береговой линии, которое зависит также от местоположения судна.Предлагаемое устройство может имитировать сложный характер береговой линии, соответствующий прохождению судна в узкостях, Для этого выходное напряжение сумматора 7 можно подать параллельно на второй блок имитации берега У = Г(х) и его выходной сигнал также сравнивать с выходным сигналом сумматора б, Пример второй такой функции У:= Г (х) изображен штриховой линигей на фиг. 2.С целью повышения точности имитации предлагаемое устройство можно реализовать на цифровых функциональньгл узлах, применив цифровые интеграторы, цифровой блок имитации берега, цифровые схемы сравнения и вместо ключей цифровые коммутаторы.Устройство позволяет реализовать имитацию движения судна вблизи берега при создании радиолокационных судовых тренажеров, что значительно повышает качество обучения. Причем реализация предлагаемого устройства не требует больших аппаратурных затрат и позволяет получить качественную имитацию процесса.1084830 иу) У Редактор И. Щулла Техред А.Бабинед Корректор О. Тигор Заказ 2017/46 Тираж 699 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4