Введение к работе
Актуальность. Важнейшей частью инфраструктуры экономического комплекса Крайнего Севера и связующим звеном между российским Дальним Востоком и западными районами страны является Северный морской путь (СМП). Для большинства районов арктической зоны России только использование морских судов на СМП в установленных международными морскими конвенциями рамках безопасности мореплавания позволяет решить как проблему жизнеобеспечения населения, так и проблему дальнейшего экономического освоения этих районов. Решающую роль при обеспечении безопасного судовождения в морских акваториях Крайнего Севера играет радиолокационная информация, получаемая от конвенционных судовых радиолокационных систем. Однако даже современные судовые радиолокационные станции в критичных условиях плавания судов в районе Крайнего Севера при наличии прогноза не всегда оказываются способными своевременно и достоверно обнаружить опасные для навигации препятствия, измерить их параметры и обеспечить безопасную проводку судов. Достаточно большое количество навигационных опасностей, в том числе ледовые образования, являются источниками стабильного (во многих случаях - весьма интенсивного) радиотеплового излучения, которое при эксплуатации на судах радиотеплолокаторов позволяет идентифицировать опасности, производить оценку их параметров и осуществлять безопасную проводку судов. Практическое использование радиотеплолокаторов совместно с судовыми радиолокационными станциями при плавании в критичных условиях будет способствовать принятию правильных управленческих решений, которые, отвечая требованиям "хорошей морской практики", позволят обеспечить как безопасность мореплавания, так и безопасную эксплуатацию судна. Таким образом, задачу обеспечения безопасной эксплуатации судна в критичных условиях плавания за счет внедрения методов обработки теплолокационной информации, способных повысить чувствительность радиотеплолокаторов и позволяющих реализовать комплексирование локационной информации, можно считать актуальной.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является повышение уровня безопасности мореплавания при плавании судна в критичных условиях радиолокационных наблюдений судовых РЛС за счет вне-
дрения методики обработки теплолокационной информации, направленной на повышение чувствительности навигационных радиотеплолокаторов, и их комплексирования с судовыми радиолокаторами.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо было решить следующие задачи:
исследовать возможность применения на судах системы мониторинга радиотеплового излучения навигационных объектов на фоне радиоизлучения окружающей среды и выделить те ее элементы, которые способны достоверно идентифицировать навигационные риски;
разработать методы идентификации навигационной информации из принимаемого радиотеплового сигнала и структуру оптимального навигационного радиотеплолокатора в рамках критерия максимального правдоподобия;
предложить методы обработки теплолокационной информации, направленные на устранение причин, ограничивающих чувствительность радиотеплолокаторов, и оценить эффективность предлагаемых мер с помощью имитационного математического моделирования;
выработать минимальные требования к техническим параметрам судового радиотеплолокатора, обеспечивающие его соответствие Международной конвенции СОЛАС-74 и национальным требованиям, сформулированным Российским морским регистром судоходства;
подтвердить, что при совместном использовании судового навигационного радиолокатора и радиотеплолокатора повышается достоверность локационной информации и снижается риск принятия судоводителем неправильных управленческих решений.
Объектом исследования являются радиотешюлокатор, соответствующий требованиям Международной конвенции СОЛАС-74 к средствам локации, национальным требованиям, сформулированным Российским морским регистром судоходства, и обеспечивающий безопасность мореплавания в критичных условиях функционирования судовой РЛС, когда информационные возможности радиолокационных средств существенно ограничены.
Предметом исследования является процесс обработки информации в радиотеплолокаторе, который комплексирован в судовой навигационный радиотехнический комплекс для информационной поддержки процесса судовождения в условиях малой эффективности радиолокационных средств.
Научная новизна работы состоит в следующем:
разработан алгоритм оптимальной обработки радиотеплового сигнала, исключающий его подавление мощным внутренним шумом приемника радиотеплолокатора;
предложен метод обработки теплолокационной информации позволяющий повысить чувствительность радиотеплолокатора за счет прямого преобразования частоты и предварительной нелинейной обработки радиотеплового сигнала;
сформулированы принципы комплексирования радиолокационной и теплолокационной аппаратуры, которые способны повысить уровень безопасности мореплавания за счет повышения эффективности решения задач обнаружения, идентификации и классификации навигационных целей.
Практическая значимость работы. Результаты исследований в виде рекомендаций, направленных на повышение потенциала радиотехнического комплекса обеспечения навигации при внедрении на судах радиотепло-локаторов, переданы для практического использования в рыболовные компании Северного бассейна. Кроме того, эти рекомендации могут быть использованы в учебном процессе при подготовке курсантов по специальности "Судовождение", а также при переподготовке специалистов на факультетах повышения квалификации морских и рыбопромысловых академий.
Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены в виде докладов на международных научно-технических конференциях в Мурманском государственном техническом университете (2008-2009 гг., г. Мурманск).
Личный вклад автора. Результаты диссертационной работы были опубликованы в десяти печатных работах; при этом восемь из указанных работ написаны соискателем лично и две работы в соавторстве с другими специалистами в области морской радиолокации. Вклад соискателя в работы, опубликованные в соавторстве, составляет 50 %.
Достоверность результатов. Результаты, изложенные в диссертации, были получены в ходе выполнения вычислительного эксперимента, с соблюдением требований к параметрам математических моделей, используемых для исследования переходных процессов в электронных технических системах. При этом математические модели исследуемых систем
были построены на основе известных физических законов, описывающих функционирование основных составных узлов судовых локационных навигационных систем, что позволяет считать указанные модели адекватными.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе одна статья опубликована в журнале из перечня ВАК и две статьи -в материалах международных научно-технических конференций.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 78 наименований, и приложения. В приложении приведены данные о структуре имитационных моделей, использованных при проведении математического эксперимента, и акты внедрения, подтверждающие фактическое использование результатов исследования в учебном процессе.
