ELEKTRONSKA NAVIGACIJAELEKTRONSKA NAVIGACIJA

AUTOMATSKO RADARSKO

PLOTOVANJE (ARPA)

Temelj rada ARPA uredaja

Ugradnjom raunara u klasine radarske sisteme dobiveni su znaajno novi kvaliteti u koritenju radara u navigaciji. U navigacijsku upotrebu uli su CAS i ARPA radari te radari koji obrauju primljeni signal raunarskom tehnikom, ali nemaju mogunost automatskog ucrtavanja kretanja objekata, odnosno izbjegavanja sudara.

ARPA (Automatic Radar Plotting Aid ) je kompjutorizovani radarski sistem za automatsko ucrtavanje i izbjegavanje sudara.CAS (Collision Avoidance System ) je kompjutorizovani radarski sistem koji je po svojim konstrukcijskim karakteristikama slian sistemu ARPA.

Osnovna razlika izmeu klasinih i ARPA/CAS radara sadrana je u kompjuterskoj analizi primljenog signala i njegovom obradom u svrhu praenja kretanja objekta iji se odraz dobio na zaslonu katodne cijevi.

Kod klasinog radara nakon prijema na anteni, signal putuje talasovodom do mjealice u kojoj mu se sniava frekvencija.

Snagu signala tako sniene frekvencije mogue je viestruko pojaavati, a taj se proces dogaa u predpojaalu i pojaalu.

Pojaan signal dolazi na ograniava (limiter) i odatle na katodnu cijev gdje se, tehnikom katodne cijevi, pretvara u video signal na zaslonu ekrana.

U prvom dijelu prenosa signal, kod ARPA ureaja, slijedi isti put i iste transformacije kao i kod klasinog radara, ali nakon izlaska iz demodulatora i pojaala ulazi u raunar gdje u memoriji ostaje zabiljeen kao podatak, ali ga raunar ne proputa na ekran.

Signal se na ekran proputa tek kad se analizira nekoliko uzastopnih odraza.

Na taj nain se analizom takvih zapisa iz raunara generiu impulsi na radarskom ekranu pravei sliku okolnog prostora sa potpunim podacima o stanju objekata prikazanih na ekranu.

Takva je slika stvorena sintetski generisanim impulsima, pa se cijela radarska slika zove sintetska slika (synthetic picture).

Slika klasinog radara moe se, dakle, nazvati neobraenom slikom (raw picture), obzirom da signali koji je izgrauju prenose neanalizirane informacije.

Prednosti ARPA radara

Osnova prednosti ARPA radara u odnosu na klasine radare je u obradi podataka o otkrivenim objektima. Prednosti su viestruke, a sve se mogu klasifikovati u dvije vrste:

1. prednosti vezane za kvalitet slike2. prednosti vezane za ARPA sistem kao izvor

navigacijskih podataka.Bolji kvalitet slike postie se:

1. efikasnijim brisanjem smetnji, 2. svjetlijom slikom, 3. jednakim termikim i optikim opterecenjem ekrana, 4. mogucnosti prikaza reljefa, odnosno generiranjem slike

u boji, a 5. posebno mogunocu distribuiranja slike na vie mjesta

na brodu (ponavljai radarske slike). Te su prednosti posljedica kompjutorske obrade signala.

Nakon ukljuivanja radara impuls se upuuje u odreenom smjeru u prostoru.

Emituje se jedan impuls uskog snopa i velike snage, a vraa se vie odjeka, zavisno o tome na koliko je prepreka naiao impuls.

Jeke se proputaju kroz mjealicu i pojaalo nakon ega se smjetaju u matricu memorijskih elija, tako da svakom pikselu odgovara odreena adresa u jednom registru.

Nakon toga antena radara zarotira za odreeni ugao , emituje drugi impuls a jeke se smjetaju na odreenim adresama matrice u drugom registru.

Okretanjem antene popunjavaju se i ostali registri, a nakon punog okreta antene radar ponovo analizira prvi sektor te uporeuje broj odraza sa podacima u prvom registru.

Nakon nekoliko osmatranja istog sektora raunar odreuje koji se odrazi mogu smatrati kao odrazi od objekata, a koji kao smetnje.

Broj osmatranja i pojavljivanje odraza na ekranu zavisi od raunara.

Na takav nain raunar je statistikom provjerom broja pojavljivanja odreenog odraza pojedine eliminisao kao smetnje, a pojedine propustio kao odraze od objekata u prostoru.

Brisanje smetnji kod ARPA radara razlikuje se, dakle, od brisanja smetnji kod klasinog radara (clutter).

Kod obinog radara smetnje se otklanjaju smanjivanjem snage slabijih signala, dok se kod ARPA ureaja smetnje otklanjaju bez smanjivanja snage primljenog signala.

Obzirom da raunar moe analizirati i snagu odraza, na ekran je mogue poslati signal razliitog intenziteta ili razliite boje.

Tako se dobije reljefna slika okolnog prostora, ili se signalimarazliite snage dodjeljuju odreene boje to omoguava dobijanje sintetizovane slike u boji.

Na takvoj radarskoj slici obala i metalni djelovi u blizini radara koji daju jak odraz na ekranu bie prikazani crvenom bojom, odrazi slabije snage bojama od ute do zelene, dok je morska povrina i ostali prostor bez jeke prikazan plavom bojom.

ARPA radar je izvor navigacijskih podataka koji omoguavaju svrsishodnu akciju u svrhu izbjegavanja pogibeljnih situacija.

Broj i vrsta podataka koje ureaj prua zavise od tipa i proizvoaa opreme.

Navigacijski podaci koji se mogu dobiti koritenjem ARPA sistema ipak mogu biti podloni grekama u prikazu ili interpretaciji, a mogua je i pojava sistemskih greaka samog ureaja.

Nakon upisa ulaznih vrijednosti i aktiviranja objekata sistem prua veliki broj navigacijskih podataka koji su prikazani na ekranu ili ih je mogue proitati na posebnim alfanumerikim pokazivaima (display ).

Najeci podaci koje ARPA radar moe osigurati su:

1. Podaci o vlastitom brodu

kurs i brzina broda dobijeni su od irokompasa odnosno brzinomjera; greke u prikazu zavisne su od greaka ovih instrumenata,

zaokret broda dobije se devijacijom kursa po vremenu a izraen je u stepenima po jedinici vremena,

broj okretaja motora i smjer vonje.

2. Podaci o odabranom objektu (select target):

kurs i brzina izraunavaju se regresijskom analizom koja je ve objanjena, a prikazani su na ekranu radara u obliku vektora odnosno na digitalnom pokazivau,

prethodni poloaj objekta (history ) oznaen je nizom krunica koje predstavljaju nekoliko ranijih poloaja osmatranog objekta, a taj podatak moe posluiti za sigurniju prognozu sledeeg poloaja, te za iscrtavanje traga plovidbe,

stanje objekta prikazano je simbolima: vektorom brzine raunar oznaava pokretne objekte a ostalim simbolima nepokretne; osmatranjem relativnog pomaka objekta (relative vectors ) moe se uoiti opasnost od sudara, a pravi prikaz (thrue picture ili thrue vectors) olakava izbor potrebnog manevra,

ugao i udaljenost objekta prikazani su s obzirom na vlastiti brod ili na neki izabrani (referentni ) objekat pri emu su izabrani i referentni objekat spojeni isprekidanom crtom,

minimalna udaljenost mimoilaenja (CPA ) i vrijeme plovidbe do minimalne udaljenosti mimoilaenja (TCPA ) prikazani su uz uslov da brodovi ne mijenjaju ni kurs ni brzinu unutar intervalaplotovanja, a ako neki objekat mijenja kurs ili brzinu raunar ponavlja postupak s novim podacima,

poruka o nestalom objektu (target lost ) javlja se ako neki praeni objekat izae izvan dometa radara ili ga zakloni neki drugi (vei) objekat; u oba sluaja raunar reaguje porukom o nestalom objektu, a ista poruka dobije se i ako objekat ostane na ekranu ali se, iz nekih razloga, izbrie iz memorijske matrice raunara.

3. Podaci o navigacijskoj situaciji

zone nadzora: zavisno od navigacijske situacije osmatra moe ucrtati zonu automatskog aktiviranja i zahtijevati proraun CPA i TCPA, a oblik zone nadzora prilagoen je stvarnoj situaciji; na otvorenom moru najece je oznaena kao sektor ispred pramca dok je u kanalima citava irina kanala zapravo zona automatskog nadzora.

U svakom sluaju kao zonu nadzora potrebno je iskljuiti kopnozbog velikog opterecenja memorije.

alarmiranje opasne blizine: ako neki od objekata pree prostornu ili vremensku granicu zone nadzora (CPA limit , TCPA limit) raunar aktivira alarm upozorenja (collision worning),

nadzor plovnog puta: osim zone nadzora omoguen je i nadzor plovnog puta, pri emu raunar vodi rauna da vlastiti brod ne pree ucrtanu granicu plovnog puta,

simulacija (simulation): na zahtjev operatera raunar moe simulirati narednu navigacijsku situaciju, zavisno od kurseva i brzina brodova i odabranom vremenskom pomaku; staticka simulacija podrazumijeva prikaz situacije kakva e biti nakon protoka odabranog vremena, a dinamika simulacija podrazumijeva ubrzano kretanje svih objekata u narednom odabranom periodu,

dodatna stabilizacija slike (Ground Lock ): runim odabirom i oznaavanjem poznate nepomine take (dio obale, plutaa, racon) raunar moe nadzirati tanost i greke senzora sistema (brzinomjer i irokompas); to se izraunava analizom relativnog pomaka nepokretnog objekta.

Greke i opasnosti od prekomjernog pouzdavanja u ARPA sistem

Osim optih greaka radara, specifine greke ARPA sistema mogu se podijeliti u tri grupe:

1. greke radarskog dijela sistema ARPA

2. greke u prikazu podataka

3. greke u interpretaciji podataka

Greke radarskog dijela sistema su:

zbog valjanja i posrtanja broda centar radarske jeke pomie se preko cijele duine broda;

greka u mjerenjima uglova zbog irine radarskog snopa (od 0,5do 1,5) uzrokuju lou procjenu CPA i TCPA,

valjanje i posrtanje broda uzrokuju pomak ose rotacije radarske antene, a pogreka (paralaksa) je zavisna od visine antene, ugla nagiba broda i azimuta objekta koji se snima,

Greke u prikazu podataka mogu biti:zamjena objekata (target swop) moe nastati ako se u blizini praenog objekta pojavi objekat koji nije praen; ako je jeka objekta koji nije praen jaa od jeke objekta kojeg pratimo raunar e nastaviti pratiti objekat jaeg signala,

promjena kursa objekta koji se prati ili nestabilnost kursa vlastitog broda moe biti uzrok nestabilnosti u praenju ponaanja objekta, i ta se greka objanjava grekom kvantizacije ugla i udaljenosti (kod binarnog pretvaranja, unoenjem tih podataka u memorijsku matricu),

greka u prikazu vektora kretanja zavisi od toga da li raunar pamti relativne ili stvarne pomake i poloaje objekata; ako se pamte relativni poloaji korektno e biti prikazani relativni pomaci objekata jer relativni pomaci ne zavise od greaka irokompasa i azimuta; ako se pamte stvarni poloaji prava e slika biti pouzdanija od relativne.

Greke u interpretaciji podataka posljedica su pogrenog tumaenja podataka, neiskustva ili nemarnog praenja situacije.

Najeca greka ovog tipa je koritenje vektora jedne vrsti (relativni ili pravi), a slika se tumai kao da su prikazani vektori druge vrste.

Zbog toga neki ARPA radari imaju stalno ukljucenu jednu vrst vektora dok se druga vrsta dobija pridravanjem sklopke s oprugom.

Uslovi izbora ciljeva pri runom izboru, automatsko i runo prihvatanje

Objekti koji se prate biraju se automatski ili runo, zavisno od tipa ARPA-e.

Prihvaanju objekata (acquire target ) potrebno je posvetiti posebnu panju.

Kod runog odabira operater mora dovesti marker na svaki objekat ije pracenje eli, nakon ega pritiskom na odreeni taster (ili na odreenu sklopku mia kod simulatora) ukljui izabrani objekat u sistem praenja.

Postupak moe biti dugotrajan, uz opasnost da se previdi objekat koji moe ugroavati sigurnost, na primjer vrlo brzi brod koji se u trenutku odabira nalazi daleko od vlasitiog broda.

Brodovi koji se oznaavaju moraju se izabrati po odreenim kriterijumima.

Prioriteti izbora zasnovani su na podacima o promjenama pramanih uglova, procjenama minimalnih udaljenosti mimoilaenja (CPA) i procjenama vremena minimalne udaljenosti mimoilaenja (TCPA).

U naelu prate se slijedeci objekti:

svi objekti u neposrednoj blizini vlastitog broda (poloaj opasne blizine zavisi od vlastite brzine i gustine saobraaja),

objekti iji se pramani uglovi ne mijenjaju ili se mijenjaju sporo,

objekti za koje se primjeti da brzo mijenjaju vlastiti poloaj ili relativnu brzinu,

pokretni objekti iji je odraz izraajniji.

Automatskim postupkom aktiviranja sistem sam prihvata neto oko 20 objekata, a prioritet prihvaanja isti je kao i kod rucnog odabira.

Ipak, najee se koristi odabir praenja svih objekata na odreenoj udaljenosti od vlastitog broda.

Nezavisno od toga kojim je kriterijumom praeni objekt izabran, praenje se prekida u trenutku kada objekat iezne sa ekrana.

Zamjena objekta

Zamjena objekta (target swop) nastaje ako se u blizini praenog objekta pojavi objekat koji nije praen.

Kod preklapanja ciljeva raunar e reagovati zavisno od situacije:

1.ako je jeka objekta koji se ne prati jaa od jeke objekta koji se prati raunar e nastaviti pratiti jau jeku,

2.ako su jaine odraza jednake raunar e nastaviti pratiti jeku koja ima vei prioritet praenja (po spomenutim kriterijumima).

Korienje alarmnih stanja

Svaka situacija koja moe dovesti do opasnosti sudara upozorava se alarmom. Pojava alarmnih stanja definisana je granicom minimalnih udaljenosti mimoilaenja (CPA) i vremenom minimalne udaljenosti mimoilaenja (TCPA). Alarm koji upuuje na opasnu blizinu ispisuje se na radarskom ekranu u obliku upozorenja, dok se istovremeno vektor broda kojidolazi u opasnu blizinu naizmjenino gasi i pali. Vektorski prikaz moe biti pravi ili relativni. Ako je prikazan relativni vektor, opasnost od sudara postoji ukoliko je vektor usmjeren prema poloaju vlastitog broda. Ako je prikazan pravi vektor, opasnost od sudara postoji ako se vrhovi vektora vlastitog broda i broda koji se prati podudaraju.

Osim alarma koji upuuje na opasnost sudara ispisuje se i alarm koji upuuje na gubitak praenog objekta.

Nain izvoda i korienje pravih i relativnih vektora, procjena opasnosti

Parametri kretanja broda koji se prati prikazani su u obliku vektora koji mogu biti relativni ili pravi.

Izbor vrste vektora odreuje sam operater.

Odabirom relativnog vektora prikazuje se relativni pravac kretanja broda kojeg pratimo (u odnosu na kretanje vlastitog broda), a duina relativnog vektora proporcionalna je relativnoj brzini praenog broda u odnosu prema brzini vlastitog broda.

Opasnost od sudara postoji ukoliko je smjer relativnog vektora usmjeren prema poloaju vlastitog broda.

Vektor nepokretnog objekta imat e smjer suprotan smjerukretanja vlastitog broda, a duina vektora nepokretnog objektabit e proporcionalna brzini vlastitog broda.

Pravi vektori prikazuju stvarna kretanja praenih objekata.

Smjer pravih vektora odgovara kursu praenog broda, a duina je proporcionalna brzini praenog broda.

Opasnost od sudara postoji ukoliko se vrhovi pravih vektora vlastitog broda i broda koji se prati podudaraju.

Uticaj promjene brzine i kursa vlastitog ili drugog broda

Promjena kursa ili brzine vlastitog broda uzrokuju primjenu novonastalih okolnosti u procjenama, tako da i to moe uzrokovati kanjenje prikaza.

Promjene kurseva ili brzina objekata koji se prate zahtijevaju nove analize i time uzrokuju kanjenja prikaza i skokovite promjene vrijednosti. Za stabiliziciju prikaza potrebno je da proe odreeno vrijeme.

Korienje podataka o prolim poloajima

Perzistencija ekrana ARPA ureaja mnogo je kraa nego kod obinih radara jer se ujednaavanje slike postie matematikim konstrukcijama sekundarnih vremenskih baza.

Iz tog razloga brodovi u pokretu na ekranu ne ostavljaju trag kretanja. Ipak, ARPA ureaj ima mogunost prikazivanja podataka o prolim poloajima. Memorisana kretanja (Trails ) koriste se iz prethodno zapamenih poloaja objekata u pokretu ( History). Kod nekih vrsta ARPA ureaja trag moe biti prikazan u drugaijoj boji, a prethodni poloaji uglavnom su prikazani u obliku kruia.Opcija se koristi ako se iz nekog razloga (na primjer kvara) ne mogu prikazati vektori kretanja. Trag kretanja usmjeren je u suprotnom pravcu od pravca vektora.

HVALA NA PANJI