Современные системы и средства морской радиосвязи

Предполагается, что САИЗК будет использовать береговые ОВЧ-радиостанции с ЦИВ для связи с судами в морском районе А1 ГМССБ. Суда, участвующие в системе САИЗК, должны быть оснащены ОВЧ-радиостанцией сЦИВ и аппаратурой для обработки запросов береговой или другой судовой станции, а также для формирования ответного сообщения (так называемыми транспондерами). Согласно требованиям ИМО ответное сообщение должно содержать:идентификационный номер, название и длину судна; координаты, вектор скорости (путевой угол и путевая скорость).Передаваемые координаты должны быть определены с погрешностью не более 100 м. Несмотря на отсутствие прямых указаний на тип навигационной системы, совершенно очевидно, что речь идет о GPS (NAVSTAR), которая принята ИМО в качестве элемента Всемирной навигационной системы (WorldWideNavigationSystem). Следовательно, судовая аппаратура (транспондер) должна быть сопряжена с приемоин-дикатором GPS (NAVSTAR).Использование АИС совместно со средствами навигации (ECDIS, ARPA) может значительно повысить общую эффективность. Схематически состав судовой АИС изображен на рисунке 4.2Рисунок 4.2 - Состав судовой АИСБереговой центр САИЗК поочередно запрашивает по ОВЧ-каналам суда в зоне действия системы, обрабатывает полученную информацию и передает ее для использования в спасательно-координационный центр (СПЦ) или в систему контроля за движением судов.При развертывании САИЗК в составе СБМ исключается необходимость в строительстве новых объектов. Для связи с судами используется система радиосвязи в районе А1, включающая базовую станцию и Центр управления радиосвязью, который дополняется аппаратурой обработки информации САИЗК. Полученная от САИЗК информация о судах интегрируется с информацией, полученной от сети БРЛС. Затем общая информация о судах в морском районе А1 и в зоне радиолокационного контроля передается в спасательно-координационный центр (СКЦ) и другим потребителям.При большом количестве судов, участвующих в САИЗК, и ввиду ограниченной пропускной способности каналов связи интервалы обновления информации по судам могут достигать нескольких секунд. Поэтому для отслеживания с необходимой точностью траекторий движения необходимо уменьшить погрешность определения координат судов. Эта задача может быть решена за счет интеграции САИЗК с подсистемой определения и передачи на суда поправок для дифференциального режима работы глобальной навигационной системы GPS[6].Достоинствами САИЗК являются:низкие затраты на береговое оборудование (в зонах действия навигационных систем и А1 ОВЧ-радиосвязи они ограничиваются только средствами обработки, автосопровождения и отображения информации в центре СУДС);возможность контроля перемещения судна с высокой точностью и надежностью в зонах обслуживания за границами действия береговых радиолокационных станций;возможность совместной обработки информации, полученной от радиолокационных станций и дифференциальной ГНСС, для повышения надежности и целостности ЦУДС.Применение САИЗК, где в формате сообщения транспондера содержатся данные о признаке опознавания и координатах судна, исключает необходимость применения в СУДС традиционных средств опознавания (радиолокационных ответчиков или береговых ОВЧ-радиопеленгаторов), не подтвердивших достаточную эффективность.Системы управления движением судов, использующие только информацию судовых средств определения места, требуют меньше затрат по сравнению с традиционными СУДС, которые используют береговые РЛС. Однако последние обладают достоинством обнаруживать и контролировать любые объекты в зоне обслуживания. Комбинация САИЗК и РЛС обеспечивает высокую точность, надежность работы системы и является перспективной.Система дифференциальной глобальнойнавигационной спутниковой системы (ГНСС)Глобальная навигационная спутниковая система (ГНСС) GPS/Навстар, разработанная в США и имеющая в своем составе 24 спутника, обеспечивает круглосуточные непрерывные обсервации с погрешностью не более 100 м и с вероятностью Р = 0,95. Другая система ГЛОНАСС разработана в России и также имеет в своем штатном составе 24 ИСЗ. Система ГЛОНАСС способна обеспечивать точность обсерваций до 45 м (с вероятностью 95%). Система GPS искусственно загрублена по отношению к системе ГЛОНАСС и может быть выведена на точность 45 м. Обе системы должны функционировать по крайней мере до 2020 г.[11]Расширение функциональных возможностей ГНСС с целью повышения точности, надежности и эффективности радионавигационного обеспечения достигается введением дифференциального режима работы, который рассматривается как наиболее перспективный при плавании в узкостях, по каналам и на подходах к портам, где ИМО предлагает ввести допустимую погрешность определения места судна не более 10 м с вероятностью Р = 0,95.Дифференциальный режим работы системы DGPS основан на знании точного географического положения опорной станции (ОС), координаты которой используются для расчета поправок к измеряемымпсевдодальностям до всех спутников в зоне радиовидимости ОС. Поправки как разности измеряемых и расчетных значений псевдодальностей передаются всем потребителям в зоне действия ОС дифференциальной подсистемы (рисунок 4.3).Рисунок4.3 – Береговые автоматизированные контрольно-корректирующие станции (ККС) дифференциальных подсистемМеждународная ассоциация маячных служб (МАМС) предложила использовать инфраструктуру маячной службы для передачи дифференцирующих поправок.Использование существующей базырадиомаяков-передатчиков, антенных систем, энергоснабжения позволяет существенно снизить расходы при развертывании дифференциальной подсистемы в требуемом районе.Требования к характеристикам дифференциальной подсистемы ГНСС определены для четырех важнейших случаев ее применения, а именно:обеспечение плавания на акваториях портов и на подходах к ним;использование в системе управления движением судов в заданном регионе;координирование средств навигационного оборудования (СНО);съемка особой экономической зоны.Выбор места размещения ОС дифференциальной подсистемы обусловливается следующими факторами:заданной погрешностью определения места 10 м (при Р = 0,95), которая должна обеспечиваться в пределах зоны действия дифференциальной подсистемы и охватывать наиболее сложные в навигационном отношении районы плавания;жесткими требованиями к доступности дифференциальной подсистемы (99,7-99,9%) при ее использовании в СУДС и плавании в узкостях;существующей инфраструктурой для развертывания аппаратуры ОС, а также наличием денежной линии связи с Центром управления.Ориентировочные расчеты значений напряженности поля для излучаемой мощности радиомаяка в 100 Вт показывают, что гарантированная точность определения (10 м) обеспечивается в зоне радиусом не менее 100 морских миль, а площадь уверенного приема сигнала ОС составляет не менее 480 х 480 миль.5. Обзор образцов судовой техники. 5.1 Судовая УКВ радиоустановка SM 005УКВ радиоустановка обеспечивает необходимую безопасность и удобный вызов судно - судно, судно - берег и берег - судно дня судов морского, рыболовецкого и пассажирского флотов и предназначена для ГМССБ в автоматической системе морской УКВ связи, а также для работы в морской подвижной службе в соответствии с приложением 18 Регламента радиосвязи[6].Рисунок 5.1 – Судовая УКВ радиоустановка SM 005Радиоустановка размещается на судах, совершающих рейсы в морских районах AI, А2, АЗ и А4, и обязательна к установке в соответствии с требованиями Конвенции COЛAC – 74-95 и ДМТ.Установка обеспечивает следующие категории вызовов с использованием как радиотелефона, так и ЦИВ для целей:бедствия, срочности и безопасности;передачи информации, необходимой для эксплуатации судна;общественной корреспонденции.Состав УКВ радиоустановкиУКВ радиоустановка состоит из следующих подсистем: приемопередатчика SM 300; микротелефона SM 440; блока питания SM 6020; блока питания SM 6030; антенны SM 353;устройства зарядного SM 4024; лампы аварийного освещения SM 441; громкоговорителя выносного SM 442; громкоговорителя выносного SM 442-01.Основные технические характеристики УКВ установки приведены в таблице 5.1.Таблица 1.5 - Технические характеристики УКВ радиоустановкиЧастотныйдиапазонДуплексный прием в диапазоне частот 160,625 ... 162,025 МГц;Передача в диапазоне частот 156,025... 157,425МГц;Симплексный прием и передача в диапазоне частот 156,300... 157,450 МГц;Прием националы), каналов США и каналов погоды в диапазоне 156,025... 162,550 МГ'пШаг сетки частот25 кГцОтклонение частоты от номиналаНе более 10-10"6Классы излучениядля радиотелефонии: 16KOG3E;для сигналовЦИВ с максимальной девиацией не более 5 кГц: 16KOG2BВыходная мощность передатчикане более 25 Вт (повышенная мощность); не более 1 Вт (пониженная мощность)Коэффициент нелинейных искаженийне более 7%Мощность излучения в соседних каналахне более 2,5 мкВтУровень паразитной частотной модуляциине более минус 40 дБЧувствительность приемника при отношении сигнал - шум 12 дБв симплексном режиме: не хуже 0,5 мкВ; в дуплексном режиме: не хуже 0,75 мкВИзбирательностьприемникапо соседнему каналу: не менее 75 дБ; интермодуляционная: не менее 70 дБ; по побочным каналам: не менее 80 дБНоминальная выходн. мощность приемникане менее 0,5 ВтИзлучение гетеродина в антеннуне более 2 нВтПараметры канала бедствия (70 канал):частота приемачувствительностьблокирование156,525 МГц не хуже 1 мкВ при вероятности ошибки 1% не менее 90 дБмкВ при вероятн. ошибки 1%Радиоустановка имеет интерфейс для передачи данных при соединении с электронными навигационными средствами, совместимыми со стандартом МЭК 1162-1. Она также обеспечивает автоматическое сканирование приоритетного канала и только одного дополнительною канала с переназначением приоритетного канала и индикацией номеров на дисплее. Время перестройки при приеме на дополнительном канале на приоритетный и обратный переход в режиме автоматического сканирования составляет не более 0,15 с, а время прослушивания не менее 0,85 с.[12]Устройство и работа УКВ радиоустановкиСтруктурная схема установки изображена на рисунке 5.2. УКВ радиоустановка в своем составе имеет приемопередатчик SM 300, микротелефон SM 440, блок питания SM 6020.Приемопередатчик SM 300 состоит из передатчика RH 202, приемника RH 201, клавиатуры RH 203, преобразователя DC / DC 24 / 12 В RH 204 и дуплексера SM 310. Передатчик в своем составе имеет возбудитель SM 320, усилитель мощности SM 350 и антенный переключатель SM 311.Приемник радиоустановки включает в себя основной приемник SM 330, приемник ЦИВ сигналов SM 331 и контроллер SM 411[6].Сигнал с антенного разъема через антенный переключатель SM 311, управляемый командой “Тх /Rx“ (передача / прием), поступает на приемник SM 330 соответственно через дуплексер SM 310, либо напрямую. Приемник перестраивается в частотном диапазоне по командам “SDA” и “SCL”, которые формируются контроллером SM 411. С выхода приемника демодулированный ЧМ сигнал (“RxLine”) поступает на контроллер SM 411, который производит аналоговую обработку речевого сигнала (частотнаяпослекоррекция).Выходной речевой сигнал “Phone” с контроллера поступает на микротелефон SM 440. Приемник ЦИВ сигнала SM 331 со второго антенного разъема принимает и демодулирует ЧМ сигнал (“DSC Line”), который поступает на контроллер SM 411 для цифровой обработки ЦИВ сигнала. ЦИВ приемник настраивается на частоту 70-го канала по командам “SDA” и “SCL”.Передача сообщений осуществляется передатчиком RH 202, в состав которого входят возбудитель SM 320 и усилитель мощности SM 350.Информационный низкочастотный сигнал “Mike” поступает с микротелефона SM 440 на контроллер SM 411, который осуществляет аналоговую обработку сигнала (предчастотную коррекцию).Рисунок 5.2 – Структурная схема системы SM 005Выходной сигнал “ Тх Line ” поступает на вход возбудителя, который формирует сигнал на частоте излучения, для усиления в усилителе мощности SM 350.Перестройка передатчика в частотном диапазоне осуществляется возбудителем по командам “SDA” и “SCL”.Переключение уровня выходной мощности осуществляется в усилителе мощности по команде “1W / 25W”. Отключение усилителя мощности производится по команде “Тх off’ («Передатчик «отключен»), Команды “SDA” , “SCL”, “1W / 25W" и “Txoff’ формируются контроллером SM 411.Усилитель мощности формирует команду “Check Тх” («Контроль передачи») при превышении номинальной выходной мощности и команду “Alarm” («Сигнал тревоги») в случае превышения уровня отраженной волны в антенне.Антенна SM 353 служит для излучения и приема сигналов морского УКВ диапазона и представляет собой штыревую конструкцию высотой 1235 мм и диаметром 104 мм, расчитанную на мощность излучения не менее 25 Вт (50 Ом).5.2Станция цифровой связи SC-20Станция SC-20 предназначена для приема/передачи данных в симплексном режиме через геостационарные спутники связи в системе IIIIMAPCAT[6]. Станция соответствует требованиям организации ИН- МЛРСАТ к мобильным морским средствам связи, работающим и каналах ИНМАРСАТ-С и требованиям IMO к аппаратуре комплекса ГМССБ[2, 3].Кроме собственно связных функций в станции имеется возможность передачи сигнала бедствия. Сообщение о бедствии автоматически передается на береговую земную станцию, с которой в данный момент поддерживается связь. В состав сообщения включен идентификационный код судна и его текущие координаты.Рисунок 5.3 – Станция цифровой связи SC-20Интерфейсный блок пользователя фактически представляет собойупрощенный персональный компьютер. Он соединяется с трансивером через порт RS-232. Специальное программное обеспечение дает возможность оператору сделать выбор береговой станции из доступных в данный момент в системе, вести учет принятых и отправленных сообщений, формировать команды на управление режимами работы станции. Кроме того, на дисплей выводится вспомогательная информация о текущем состоянии станции.Принтер обеспечивает автоматическую распечатку входящих сообщений, как адресованных персонально, так и поступающих по каналам расширенного группового вызова. По команде оператора могут быть распечатаны любые, хранящиеся в памяти станции сообщения.Дистанционная кнопка подачи сигнала аварии включена параллельно с аналогичной кнопкой в трансивере. На корпусе дистанционной кнопки имеются светодиодные индикаторы прихода простых и аварийных сообщений, адресованных данной станции.Блок антенны, кроме собственно антенного элемента, содержит дуплексер, разделяющий полосы частот, выделенных для приема и для передачи, малошумящий усилитель, усилитель мощности и коммутатор направления передачи СВЧ сигналов. Полоса пропускания всех элементов в режиме приема включает частоту, на которой работают спутники глобальной системы позиционирования - GPS. Их сигналы также поступают в приемный тракт для обработки и вычисления текущих координат судна.Трансивер является центральным и самостоятельным блоком станции. В случае отказа интерфейсного блока, трансивер будет продолжать прием и распечатку входящих сообщений и, при необходимости, обеспечит передачу сигнала аварии.Рисунок 5.4 – Структурная схема станции SC-20Первичное питание станции от бортовой сети переменного тока осуществляется через понижающий трансформатор с мостовым выпрямителем, на выходе которого создается напряжение ±28В. Через аналогичную диодную мостовую схему на выход блока питания параллельно подключается аккумуляторная батарея. Пока выпрямленное значение напряжения бортовой сети превышает значение напряжения постоянного тока, поступающею от батареи, диоды ее мостовой схемы остаются закрытыми. При снижении напряжения в сети на 15% часть потребляемого станцией тока начинает поступать от батареи. При снижении напряжения более чем на 40% станция практически полностью переходит на питание от аккумуляторов без нарушения установленного режима связи.Оба полюса батареи, как и выходы выпрямителя сетевого напряжения, изолированы от корпуса станции. Питание внутренних блоков принтера, интерфейса пользователя, трансивера и антенны осуществляется от вторичных преобразователей входного напряжения ±28В. Так, преобразователи интерфейса пользователя обеспечивают напряжения > SB, +12В для контролера и напряжение +300 В для дисплея. Преобразователи в трансивере создают напряжения +15В, -12В, +5В и +27В. Соответствующие полюсы этих напряжений соединяются с корпусом станции. В режиме дежурного приема станции всех потребителей, находящихся в лоне видимости одного из четырех геостационарных спутников системы, настроены на соответствующую данному спутнику частоту канала общего пользования и контролируют поток поступающей информации. При обнаружении признака наличия сообщения для данной станции процессор обработки информации выделяет в поступающем потоке соответствующие адресные указания и перестраивает станцию на канал, выделенный для информационного обмена.Сообщения группового характера (например, штормовые предупреждения) передаются непосредственно в канале общего пользования. При передаче сообщения от станции после предварительного запроса, по каналу общего пользования станция получает указания о свободной частоте, на которой можно передать сообщение и временном окне начала передачи.Заключение.В данной дипломной работе проведен анализ современных средств морской связи, как для обеспечения безопасности мореплавания, так и для передачи оперативной информации. Комплекс судовых и береговых средств навигации и ГМССБ способствует решению задач безопасности мореплавания и эффективности судоходства. На судах и береговых объектах устанавливается современное навигационное оборудование и средства связи ГМССБ.Автоматические системы электронной навигации (e-Navigation) определяют координаты собственного судна с высокой точностью и отображают на цифровых электронных картах окружающую обстановку. Собственные координаты судна определяются с помощью приемников GNSS/DGNSS, окружающая обстановка - с помощью РЛС/САРП и транспондеров АИС. Важное место в составе навигационных систем занимают автономные средства навигации - гирокомпасы и лаги, которые не подвержены действию внешних помех.В качестве наглядного примера эффективности ГМССБ достаточно привести статистику по одному из ее компонентов - международной спутниковой системе поиска и спасания КОСПАС-САРСАТ. Благо-даря межправительственному сотрудничеству более 40 государств (включая Российскую Федерацию) за 30 лет функционирования системы в результате 9665 поисково-спасательных операций удалось спасти жизни свыше 35 тыс. человек. Только за 2012 г. система КОСПАС-САРСАТ была задействована в 634 случаях, когда люди терпели бедствие и нуждались в срочной помощи, спасены 2029 человек.Среди основных тенденций в предстоящей модернизации ГМССБ можно выделить следующие:появление новых систем спутниковой связи, которые находятся в стадии признания или планируются для прохождения процедуры признания для функционирования в ГМССБ. В частности, определен порядок оценки спутниковой системы Iridium Sattellite (ША). В отличие от системы Inmarsat, не обеспечивающей охват полярных регионов земного шара, Iridium Sattellite имеет возможностьиспользование автоматической идентификационной системы (АИС) для передачи оповещений при бедствии. Предполагается, что функциональные возможности аппаратуры АИС обеспечат эффективную передачу таких оповещений, но при этом должны быть детально рассмотрены и задокументированы вопросы, связанные с их доставкой не только судам, находящимся в зоне действия судовой аппаратуры, но и поисково-спасательнымслужбам, организующим проведение соответствующей операции;качество программного обеспечения, используемого в оборудовании и системах радиосвязи (берегового и судового сегмента ГМССБ), а также единые процедуры его периодического обновления носят принципиальный характер в силу того, что современные аппаратные средства связи базируются на компьютерных технологиях: именно программное обеспечение играет первостепенную роль и в отношении корректности функционирования оборудования, и в отношении совместимости различных элементов внутри ГМССБ. Масштабность предстоящей работы по пересмотру элементов и процедур ГМССБ очевидна, перечисление актуальных тем можно продолжать. Но следует отметить главный аспект: только кропотливая работа и конструктивное взаимодействие международных экспертов по радиосвязи и поисково-спасательным операциям при координации со стороны Международной морской организации позволят обеспечить решение всего комплекса вопросов, связанных с модернизацией ГМССБ, что в конечном счете поднимет на новый уровень охрану человеческой жизни на море и безопасность мореплавания.Новейшие образцы аппаратуры построены с использованием новых технологий в области связи и навигации, обеспечивают их совместимость с существующими техническими средствами, стандартизацию режимов эксплуатации радиооборудования и процессов использования технических средств (интерфейс «человек - машина»), создание модульных конструкций с возможностью их наращивания. Качество решения этих задач будет зависеть от информационного обеспечения национального центра, а также технической оснащенности судовых, береговых средств навигации, контроля и ГМССБ.Список литературыСудовая радиосвязь: Справочник по организации и радиооборудованию ГМССБ / В.Ю. Резников, Ю.М. Устинов, А.А. Дуров и др.; Под ред. Ю.М. Устинова. - СПб.: Судостроение, 2002.Региональный центр управления движением судов. Система радиосвязи / НТБ ЦНИИМФ. - Инв. № 7743/5. - СПб., 2000.Коркин А.М. Инновационные направления применения систем морской радиосвязи. X Международная конференция «Морская индустрия, транспорт и логистика в странах региона Балтийского моря», - Калининград: БГАРФ, 2012., сб. мат. конф. - С.195-210.Коркин А.М. Проблемы развития ГМССБ в Российской Федерации. 12-я межвузовская научная конференция аспирантов, докторантов, соискателей и магистрантов «Научнотехнические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров», - Калининград: БГАРФ, 2011., сб. мат. конф. - С.13-17.Схема, организация, технико-эксплуатационные требования на создание автоматизированной системы управления движением судов в Авачинской губе с подходами: Отчет / ДНИИМФ ХД - 47/95. - М., 1992.Новые средства судовой автоматизированной радиосвязи:, Д.И.Забарин,Учебно-производственное пособие / А.Н.ГоликовИ.Л.Калюжный, А.В.Мельников, Под общ.ред. В.К.Маригодова и И.Л.Калюжного. - Одесса: Фежкс, 2005. - 279 с.; илл.Боннер П. Передача данных. Техника связи в системах телеобработки данных. - М.: Радио и связь, 1981.Автоматизированная система обеспечения безопасности мореплавания в Авачинской бухте и на подходах к ней: Монография / А.Г. Коровин. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2009. - 101 с.Бобков В.А., Крестьянинов В.В., Щепотин В.И. Береговые средства связи в морской подвижной службе. - М.: Транспорт, 1989.Московский Г.М. Системы производственной радиосвязи / Под ред. И.М. Пыгухина. - М.: Связь, 1980.Кошевой В.М., Шишкин А.В., Купровский В.И.Система и устройства автоматической идентификации судов: Учебное пособие. - Одесса: ОНМА, 2005. - с.Радиоустановки УКВ судовые. Технико-экономические требования: ОСТ 31.6.17-96. - М.: Изд-во стандартов, 1996.МордуховичП.Г., Степанов А.П. Системы радиосвязи. Курсовое проектирование: Учеб.пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1987.Баскин А.С., Москвин Г.И. Береговые системы управления движением судов. - М.: Транспорт, 1986.Современное судовое оборудование средств электронной навигации, ГМССБ и береговая единая система контроля и управления судоходством: Монография / А.Н. Мари-нич, А.В. Припотнюк, Ю.М. Устинов и др. - Петропавловск- Камчатский: КамчатГТУ, 2007.Береговые системы управления движением судов: Монография / А.Н. Маринич, В.И. Санников, Ю.М. Устинов и др. - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2007.Автоматизированные системы мониторинга судоходства / А.Н. Маринич, И.Г. Проценко, В.Ю. Резников и др.; Под ред. Ю.М. Устинова. - СПб.: Судостроение, 2003. - 230 с.Судовая автоматическая идентификационная система / А.Н. Маринич, И.Г. Проценко, В.Ю. Резников и др.; Под ред. Ю.М. Устинова. - СПб.: Судостроение, 2003. - 189 с.Региональный центр управления движением судов. Система радиосвязи / НТБ ЦНИИМФ. - Инв. № 7743/5. - СПб., 2000.Маринич А.Н., Устинов Ю.М., Шигабутбинов А.Р. Автоматический сбор судовых данных для локальных автоматизированных систем мониторинга в морских районах А1 ГМССБ в запросном режиме береговых станций АИС // Мортехинформреклама, 2008.Маринич А.Н., Устинов Ю.М., Шигабутбинов А.Р. Особенности работы судовых станций автоматической информационной (идентификационной) системы (АИС) в запросном и назначенном режимах в зоне СУДС // Морской транспорт.Сер.«Судовождение,связьи безопасностьмореплавания». - 2008.