CC BY
39
II университета
[ЖУРНАЛ водных /_/ коммуникации
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
А. И. Зайцев,
ООО «НПП «МАРИНЕРУС»;
А. А. Сикарев,
д-р техн. наук, проф., СПГУВК
ЭФФЕКТИВНОСТЬ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИДЕНТИФИКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ В АСУ ДВИЖЕНИЕМ МАЛОМЕРНОГО ФЛОТА НЕВСКОЙ ГУБЫ
THE EFFICIENCY OF AUTOMATED IDENTIFICATION SYSTEM OF ASC FOR SMALL BOATS FLEET IN NEVA BAY
В статье приведены результаты анализа влияния состояния информационного канала заграждающего рельефа и взаимного перемещения судовых транспондеров относительно базовых станций на дальность действия АИС в Невской губе.
The article gives the results of evaluation of influence the information canal state in obstructing relief and moving of ship conveyers against base stations on the action range of AIS in Neva Bay.
Ключевые слова: маломерный флот, безопасность транспортного процесса, подсистема позиционирования и мониторинга, береговая базовая станция АИС
Key words: small boats fleet, transportation security, subsystem of positioning and monitoring, onshore base AIS station
ПЕРСПЕКТИВЕ организации международного яхтенного и «катерного» сообщения представляется актуальным и неизбежным развитие и унификация систем управления судоходством маломерного флота. От этого напрямую зависят безопасность и экономическая эффек-
тивность эксплуатации всего транспортного процесса.
К настоящему времени суда маломерного и мегамаломерного флота могут быть оснащены системами класса АИС-1 и АИС-2, основные технико-эксплуатационные параметры которых приведены в табл. 1.
Таблица 1
Технико-эксплуатационные параметры АИС-1 и АИС-2
Наименование параметра Значение параметра
нижнее верхнее
Канал АИС-1 (87-й канал УКВ МПС) 161,975 МГц 161,975 МГц
Канал АИС-2 (88-й канал УКВ МПС) 162,025 МГц 162,025 МГц
Региональный канал АИС (рекомендация МСЭ) 156,025 МГц 162,025 МГц
Разнос частот между каналами 12,5 кГц 25,0 кГц
Полос пропускания канала 12,5 кГц 25,0 кГц
Выходная мощность передатчика 2,0 Вт 12,5 Вт
Чувствительность приемника при полосе пропускания канала 12,5 кГц, дБм (не хуже) 101 107
Таблица 1 (продолжение)
Чувствительность приемника при полосе пропускания канала 12,5 кГц, дБм (не хуже) 92 98
Скорость передачи 9600 бит/сек 9600 бит/сек
Модуляция БМ/ОМ8К (частотная модуляция/ гауссова адаптивная манипуляция)
Рис.1. Яхта, оборудованная подсистемой АИС-2
ш
На рис. 1 показан пример яхты, оборудованной системой АИС-2.
Технология АИС — одна из важнейших подсистем позиционирования, мониторинга и управления, впервые внедряемая в Невской губе на базе порта Кронштадт АСУ движением маломерного флота (ДМФ). В настоящей статье рассмотрены особенности применения этой технологии для решения задач контроля за местоположением яхт, мегаяхт и других маломерных судов в этом районе.
Известно [1; 3; 4], что для Рош - 10 при передаче цифровых со-
общений АИС значения потенциально-до-
стижимых радиусов зон действия береговых базовых станций АИС лежат в пределах от нескольких навигационных миль до нескольких их десятков. Наличие взаимного перемещения маломерных судов относительно базовых станций и заграждающего рельефа может существенно сказаться на уменьшении радиуса зоны действия. Выполнен количественный анализ указанных вредных стохастических факторов. Установлена возможность использования яхтенных транспондеров АИС с выходной мощностью до 2 Вт, что позволяет приступить к внедрению АИС в районе Невской губы. Использование АИС-транспондер-
ной технологии может полностью устранить такие недостатки и помочь значительно более эффективно организовывать контроль за маломерными судами, а также их поиск и спасение в аварийных ситуациях.
Рассмотрим задачу оптимизации зоны действия береговой базовой станции АИС. Важное практическое значение для использования АИС в АСУ ДМФ в районе Невской губы играет минимизация необходимого уровня передачи сигнала для яхтенных транс-пондеров, например до выходной мощности в пределах от 2 до 12 Ватт (класс АИС-1). Это позволит существенно снизить в УКВ-диапа-зоне морских частот 157-162 МГц взаимные помехи одновременно работающих радиосредств и, следовательно, повысить электромагнитную защищенность информационных каналов АИС [5].
Учитывая вероятностные характеристики передачи цифровых сообщений АИС в сегменте «яхта-берег» ограничимся далее частным, но весьма распространенным на практике случаем, когда дополнительное кодирование отсутствует и в качестве эквивалентной вероятности ошибки выступает Рош — различные модификации выражений для полной вероятности ошибки поэлементного приема цифровых, сообщений. Поскольку обычно Рош (Яс), где Яс — среднее расстояние на трассе БС-СТ имеет монотонный характер, то задача оптимизации сводится к отысканию такого граничного значения радиуса зоны АИС, когда имеет место:
Кт = arg[ Рош (R )< Pmpe6 ],
(1)
где Р-греб = Ю 2 -5-10^ — требуемая вероятность ошибки.
Рассмотрим конкретные, имеющие самостоятельное значение примеры решения (1). При этом основное внимание следует уделить получившей наибольшее распространение в УКВ-радиосетях частотной манипуляции, использующей ортогональные в усиленном смысле простые сигналы двух частот (табл. 1).
Известно, что при некогерентном приеме ЧМ-сигналов выражения для полной вероятности ошибки поэлементного приема имеют вид:
Рош (R) = 2 e
J_ 2
2 =-e R
(2)
r = Pfi^G^Sh] + h02)(h22 + ho2)
2P
пр min
где X — энергетический параметр канала радиосвязи, определяющий его потенциальные возможности;
Ри — мощность передатчика базовой станции,
P . — чувствительность приемника
пр min J г
СТ;
02 и G1 — к.н.д. антенн передатчика БС и приемника СТ;
П2 и — к.п.д. их антенно-фидерных трактов соответственно;
к2 и ку — высоты антенн передатчика и приемника;
к0 = 5 м — некоторое усредненное соотношение для высот антенн, учитывающее средние электромагнитные свойства подстилающей поверхности на трассе БС-СТ.
Для (2) возможны два способа решения в (1) — графоаналитический и аналитический. При графоаналитическом решении по выражению для вероятности ошибки строится соответствующая кривая Р (Я), а затем на требуемом уровне Ртреб проводится горизонталь, точка пересечения которой с кри-
попт _
вой и определяет величину Яс . При аналитическом решении в (1) совместно с (2) имеем [3; 4]:
Г) опт Rc -■
X
1n2 ■ P
треб
(4)
Результаты графоаналитического решения в (1) и аналитического по (4) для к1 = = 5; 10; 15 м и Ртреб =102 и 10-4 в случае АИС-1 представлены на рис. 2 и в табл. 2.
во о-
о
h2( R)
Рис. 2. Зависимость К°"т от Р б и к1
Таблица 2
Потенциальный оптимальный радиус АИС-1
К 5 м 10 м 15 м
Р = 10 2 Ртреб 10 Г) опт Кс [км] 4,7 5,8 6,9
Р = 10"4 Ртреб 10 опт Кс [км] 3,3 4,2 4,9
имеет место существенное увеличение потенциального радиуса действия АИС. Так, для случая Ртреб = 10 2 и Ри =12 Вт - Щпт - 7,8 км, что на 26% превышает соответствующие значения табл. 2.
ш
На рис. 3 представлены решения для Щпт при к1 = 10 м, ^=10-^10^ и мощностей передатчика базовой станции Ри =2, 7 и 12 Вт.
Как видно из рис. 3, для случая АИС-2
Рис. 3. Зависимость Ь°пт от Р,
При работе системы АИС на реальных рельефах местности выражение для вероятности ошибки при некогерентном поэлементном приеме ЧМ-сигналов можно представить в виде [3; 4]:
Рош =26ХР
х
я:
10
(5)
где
п • Щ
ьэ • Л
■4К 0(1 - К 0)
пара-
метр, характеризующий форму препятствий;
К 0 = Щ / Ьс — отношение расстояний до препятствия и между корреспондентами;
Ьэ — радиус сферы, аппроксимирующей реальное препятствие.
Графоаналитическое решение в (1) с учетом (5) представлено на рис. 4. Для любых Ртреб = [10 2 -^10имеет место заметное снижение радиуса зоны базовой станции АИС (сравнить табл. 2). Например, преграды высотой 40 м посреди трассы (К0 = 0,5) снижают Ьс до 3,8 км при Ртреб 10 4 и Ь1°пт =8,4 км при Ртреб = 10-2. Приближение преграды к передатчику (К0 < 0,5) далее уменьшает Щ"™ 14-20%.
На рис. 5 показаны потенциальные и достижимые при К0 = 0,5 радиусы действия базовых станций АИС в районе Невской губы.
во о-
о
я
Рис. 4. Зависимость от влияния преграды
Из рисунка следует, что для приведен- АИС-2 можно обеспечить сплошное тополо-ных в табл. 1 параметров БС и СТ АИС-1 и гическое покрытие зонами действия АИС.
Список литературы
1. Зайцев А. И. Структурно-логическая схема автоматизированной системы управления движением маломерного флота в Невской губе и Невско-Ладожском районе водных путей // Техни -ческие средства судовождения и связи на морских и внутренних водных путях: Международный межвузовский сборник научных трудов / под ред. А. А. Сикарева. — СПб.: Судостроение, 2006. — Вып. 7. — С. 69-78.
2. Каретников В. В., Ракитин В. Д., Сикарев А. А. Автоматизация судовождения. — СПб.: СПбГУВК, 2007. — С. 264.
3. Холин А. В. Рациональная топологическая структура зон действия базовых станций автоматизированных идентификационных систем в Невско-Ладожском районе водных путей и судоходства // Морская радиоэлектроника. — СПб., 2007. — Вып. 3(21). — С. 46-47.
4. Каретников В. В., Сикарев А. А. Расчет зон действия базовых станций речных автоматизированных систем при замираниях сигналов // Морская радиоэлектроника. — СПб., 2008. — Вып. 1(23). — С. 30-32.
5. Вишневский Ю. Г., Сикарев А. А. Поля поражения сигналов и электромагнитная защищенность информационных каналов в АСУ ДС. — СПб.: Судостроение, 2006. — С. 356.
во г
о
