16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/27/1826.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 11 (27) ноябрь 2002 года

Телевизионные навигационные системы

Это сочетание слов еще практически не известно специалистам. И, тем не менее, история «закрытого» развития этого перспективного отечественного направления навигационной техники насчитывает уже более четверти века.

Идея создания телевизионных навигационных систем (ТНС) принадлежит талантливому российскому ученому А. П. Дубравину. Еще в середине семидесятых годов двадцатого века им были впервые сформулированы принципы построения и работы нового вида средств навигационной техники.

История создания

Как это часто бывает, более пяти лет потребовалось на то, чтобы идея была просто «услышанной». Но дальше все пошло не совсем «традиционно». Причиной этому стали уникальные возможности систем. В частности, оказалось, что только ТНС в тот период могли обеспечить решение некоторых важных задач, стоявших перед ВМФ СССР. В 1980 г. сразу двумя специализированными НИИ МО, совместно с ВНИИ телевидения (Санкт-Петербург) всего за 9 месяцев была проведена внеплановая научно-исследовательская работа(!). В результате были разработаны, изготовлены и испытаны в реальных условиях первые экспериментальные образцы телевизионных навигационных систем.

Эти образцы продемонстрировали высокую точность и эффективность новой системы, ее компактность, простоту обслуживания оборудования. Автору статьи неоднократно доводилось в одиночку обеспечивать «транспортировку» береговой или бортовой частей системы к месту проведения нового этапа испытаний, просто... рассовав блоки аппаратуры по карманам штормовки. Их развертывание производилось за считанные минуты.

На основе образцов позднее было создано промышленное оборудование первого поколения «ТНС-1». К сожалению, вследствие необходимости удовлетворения весьма жестких требований по условиям эксплуатации аппаратуры (широкие диапазоны температур, влажности, вибраций, ударов и т.п.) массогабаритные характеристики серийного оборудования на порядок возросли. Однако и в таком виде ТНС-1 оставались весьма эффективным видом навигационной техники, их выпуск продолжался до 1988 года. Серийные комплекты системы поступали в гидрографические службы и другие организации ВМФ, где использовались как для специальных целей, так и для решения вопросов общего мореплавания, проведения гидрографических работ, строительства и др.



Принцип действия

Идея, положенная в основу ТНС, была до гениальности проста. В случае, если, например, в прибрежной зоне необходимо было обеспечить проводку судна по прямолинейному галсу, то на его береговом продолжении в какой-либо точке устанавливалась телевизионная камера и подобно теодолиту горизонтировалась и ориентировалась по заданному направлению галса. Формируемое ТВ камерой изображение участка акватории с маневрирующим на ней судном дополнялось электронной отметкой в виде тонкой вертикальной линии, обозначающей заданное направление. При этом по законам геометрической оптики проекция этой линии на водной поверхности всегда совпадала с линией заданного галса. Полученное таким образом полное телевизионное изображение по радиоканалу передавалось на судно, где отображалось на экране бортового приемоиндикатора, подобного обычному бытовому телевизору. Судоводитель (в простейшем случае - прямо рулевой), наблюдая на телевизионном экране за положением изображения своего судна, осуществлял управление так, чтобы центр изображения совмещался с электронной линией.

Нетрудно заметить - функционально система подобна простейшему линейному створу, за что и получила свое второе наименование - телевизионный створ. Однако есть и существенные отличия. Например, погрешность обозначения линии галса имеет линейную зависимость от дистанции и определяется угловой чувствительностью системы. А этот параметр, в свою очередь, зависит только от разрешающей способности телевизионной системы (количество строк разложения телевизионного изображения и число различимых элементов на строке) и фокусного расстояния используемого объектива. Выбором этих параметров может быть обеспечена фактически сколь угодно высокая чувствительность системы. Уже в серийном оборудовании ТНС-1 было обеспечено значение этого параметра около 15 угловых секунд, а в экспериментах - повышалось еще на порядок. Конечно, итоговая погрешность проводки судна по заданному галсу дополнительно определяется его маневренными характеристиками и навыками судоводителя. Однако, как показали эксперименты, даже после не очень продолжительной тренировки вполне достижимой становится проводка судов с отклонениями всего в единицы метров.



Основные свойства и параметры

Как видно из описанного принципа действия, телевизионные навигационные системы могут быть отнесены к классу зрительных средств, что определяет как их достоинства, так и недостатки. Прежде всего последнее связано с их дальностью действия. Ограничений здесь сразу два: геометрическая и метеорологическая дальность видимости. Первый фактор, определяемый кривизной Земли, может быть преодолен только соответствующим подъемом ТВ камеры на необходимую высоту (ее установка на высоком берегу, на маяке, знаке и т. п.) или работой по высоко расположенным объектам - например, по мачтам судна. Влияние второго фактора обусловлено прозрачностью атмосферы, и здесь ТНС имеют определенные преимущества перед обычными визуальными средствами. Дело заключается в том, что характеристики интегральной и спектральной чувствительности ТВ камер отличаются от аналогичных параметров зрительной системы человека. Так, например, очень многие ТВ камеры, даже предназначенные для работы в видимом диапазоне длин волн, воспринимают и излучения в ближней инфракрасной области. В результате этого в условиях пониженной видимости (дождь, туман, дымка), а также в темное время суток телевизионные системы способны обеспечить наблюдение судов на расстояниях в 1,2-1,3 раза больше, чем обычным глазом, даже вооруженным оптикой. Указанное преимущество увеличивается, если наблюдение ведется по ходовым огням или бортовому прожектору - значительную часть своей энергии эти источники света излучают именно в ИК области.

Иначе говоря, наиболее целесообразно применение систем типа ТНС-1 на расстояниях до 15 км (хотя есть случаи использования и на дистанциях в 20-22 км).

Среди достоинств оптической природы ТНС можно указать малое влияние на результирующую точность таких факторов, как рефракция или влияние подстилающей поверхности, характерных для радиотехнических систем. Немаловажным является и то, что вся навигационная информация формируется оптическими методами и только в передающей части системы, а радиоканал служит лишь для передачи информации. По этой причине радиопомехи не могут оказать влияния на точность системы - в крайнем случае, могут лишь нарушить ее работу.

В некоторых случаях особую важность приобретает и наглядность представления информации, позволяющая потребителю дополнительно получать большой объем сведений об окружающей его обстановке, а также простота и надежность документирования информации (например, путем записи ТВ изображения на видеомагнитофон).

Дальнейшее развитие и возможные области использования

В течение более десяти лет проводились интенсивные теоретические и экспериментальные исследования путей и методов совершенствования ТНС. В результате были отработаны методы создания систем, использующих формирование комплексных изображений от нескольких ТВ камер и совместной реализации двухкоординатных угломерных измерений по ориентации ТВ камеры и по телевизионному изображению. Особую задачу составила разработка методов реализации высокоточных радиодальномерных измерений непосредственно по телевизионному сигналу и, как следствие, обеспечение возможности определения пространственных координат и вектора скорости управляемых подвижных объектов. Использование методов компьютерной графики позволило задавать галсы произвольной формы и отображать множество другой информации - от обозначения кромок фарватеров и подводных опасностей до передачи командной и управляющей информации в символьно-цифровой форме. Применение техники уплотнения ТВ сигналов обеспечило реализацию в аппаратуре двухстороннего канала для речевого обмена и автоматической передачи различной информации в виде цифровых кодов.

Среди областей практического использования разрабатывавшихся вариантов ТНС можно указать:

- Обеспечение координирования дноуглубительных работ на Ленинградском морском канале в 1983 г.

- Координатное обеспечение строительства маяка на Банке Карпова (район Новоталлинского порта) в 1990 г. (ТНС использовалась для координирования установки на дне залива реперных бетонных массивов, служивших основой для последующего возведения фундамента маяка).

- Цикл экспериментальных исследований по обеспечению захода на посадку самолетов с помощью ТНС в 1982-83 годах. В этом режиме ТВ камера ориентировалась прямо по направлению глиссады, и система позволяла определять величину углового отклонения самолета от заданной траектории снижения сразу по горизонтали и по вертикали. Полученные результаты, в частности, послужили основой для разработки резервной системы посадки в ручном режиме космического корабля «Буран».

- Создание многофункциональной системы на основе проекта «Нева-90», нацеленного на обеспечение управления движением судов на реке Неве, включая комплекс разводных мостов Санкт-Петербурга. (Из-за последующего сокращения финансирования проект «Нева-90» в части использования ТНС реализован не был).

- В настоящее время система на основе оборудования ТНС-1 используется для проводки судов по сложному двухколенному фарватеру, состоящему из речной и морской части судового хода в Усть-Лужском порту (Ленинградская область).

Приведенные примеры далеко не исчерпывают области применения телевизионных навигационных систем, а лишь показывают широту спектра их возможностей. Диапазон эффективного применения - все области, где требуется задание опорных направлений и плоскостей: строительство дорог, туннелей, мостов и линий электропередач, прокладка подводных кабелей и трубопроводов, монтаж различных конструкций, осуществление изыскательских, горных работ и многое другое. При этом в системе обеспечивается возможность дистанционного автоматического измерения сразу целого комплекса параметров пространственного расположения различных объектов. Немаловажным также является и тот факт, что в ТНС не используются какие-либо вредные для здоровья излучения.



Настоящее и возможное будущее

Результаты перечисленных исследований позволили сформулировать требования к оборудованию второго поколения телевизионных навигационных систем. Разработка второго поколения ТНС была завершена в 1995 г. Однако финансирование работ по их внедрению было заморожено.

В 2000 г. появились надежды на продолжение работ. Это тем более отрадно, что использование достижений современной микроэлектроники позволяет быстро и экономно создавать аппаратуру под любые требования. При этом береговая часть системы может быть реализована почти в габаритах обычного теодолита, а бортовая - выполнена в виде переносного устройства, по размерам напоминающего ноутбук.

Однако уже в 2001 г. все работы по ТНС (проводившиеся в интересах ВМФ) снова были закрыты по экономическим причинам.



Что же реально имеется на сегодняшний день?

К сожалению, уже не многое. Оставшиеся считанные комплекты аппаратуры ТНС-1 практически выработали свой ресурс. Единственный образец ТНС второго поколения также морально и физически устарел - у многих комплектующих истекли не только сроки службы, но и сроки хранения.

Не лучше складывается ситуация и с научным заделом. Реальные исследования в области телевизионных навигационных систем остановились на пороге 90-х годов, а сделанные ранее (еще в СССР) изобретения на данный момент имеют не совсем ясный статус. Этим изобретениям в свое время были присвоены различные «грифы», не допускающие их открытое опубликование. А авторы этих изобретений сейчас проживают в России, на Украине, в США...

Информации о налаженном выпуске подобных систем за рубежом пока нет, но вполне возможно, что скоро они появятся. Так, несколько лет тому назад в Великобритании был выдан патент на систему, в точности копирующую идею А. П. Дубравина. Некоторые особенности описания патента и нюансы приведенной аргументации позволяют предположить, что изложенное в патенте техническое решение не получено в ходе самостоятельной разработки, а попросту украдено. Другая информация пришла из США. Группа людей, в свое время эксплуатировавших аппаратуру ТНС-1, занята проведением самостоятельных работ в этом направлении.

Другими словами, именно сейчас наступает решительный момент в судьбе отечественного развития ТНС. Еще существует часть коллектива разработчиков, и, может быть, кто-то решится заказать разработку столь многообещающих систем или сам попытается наладить их изготовление? Ведь альтернативой этому уже в самом ближайшем будущем может стать их приобретение за рубежом, но уже, как говорится, «за совсем другие деньги».

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 11 (27) ноябрь 2002 года:

  • Прикури от собственных штанов

    Техника все активнее вторгается в моду. Об этом свидетельствуют достижения немецких ученых, создавших ткань, вырабатывающую электричество. Мобильные телефоны, плейеры, транзисторы, портативные компьютеры - все больше появляется техники, которой мы пользуемся, что называется, «на бегу». Всем им требуются батарейки для питания, за которыми надо следить и менять по мере истощения. А так уж они обязательны? Вот таким неожиданным вопросо...

  • 1421244570

    События, связанные с захватом заложников в Москве, могут стать толчком для наметившейся тенденции снижения цен на нефть в РФ, полагает аналитик ИБГ «НИКойл» Алексей Козаков. По его мнению, это событие, которое можно отнести к носящему политический характер, совпало с ожиданиями «технической коррекции» цен на нефтяном рынке, снижение которых наметилось еще в конце прошлой недели. Однако аналитики не исключают в дальнейшем, напротив, ро...

  • Оборудование компании «Веспер автоматика» в России знают и ценят

    Успешную практику использования частотно-регулируемого электропривода в десятках технологических задач имеет компания «Веспер автоматика». В 1998 году предприятие изготовило и поставило заказчикам первую партию преобразователей частоты собственной разработки серии ЕI, получившую сертификат соответствия Госстандарта РФ. Ныне постоянными заказчиками компании являются свыше 1,5 тыс. предприятий более чем в 370 городах и поселках России. ...

  • Локомотив отечественной экономики

    Тревога на фоне макроэкономической стабильности - таков лейтмотив аналитического доклада Министерства экономического развития и торговли РФ, который был представлен на заседании российского правительства, подводившего итоги экономического развития страны за девять месяцев текущего года. Управляемая инфляция в запланированных рамках, стабильный рубль, уверенно растущие резервы Центрального банка, достигшие исторического максимума в 46,...

  • Применение силовых кабелей

    29-30 октября 2002 г. прошло расширенное заседание секции электрических сетей научно-технического совета «Ленэнерго» на тему: «Применение силовых кабелей с пластмассовой изоляцией». Круг основных вопросов: производство, конструкция, применение, эксплуатация, особенности силовых кабелей с пластмассовой изоляцией и арматуры к ним. В заседании приняли участие специалисты АО «Ленэнерго», «Мосэнерго» и некоторых других региональных энергет...