Ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (ЛЭТИ) создали математическую модель для повышения точности навигации судов. Разработка позволит точнее обнаруживать объекты на водной поверхности даже в штормовых условиях.
"Новая универсальная математическая модель повысит точность навигации судов и обнаружения малоразмерных объектов на фоне морской поверхности. Разработка позволит избежать неоднозначности оценки волнения моря при использовании различных шкал состояния моря и обеспечить более предсказуемую работу радиолокационных систем, что поможет точнее обнаруживать объекты на водной поверхности даже в штормовых условиях", – сообщили ТАСС в прес-службе вуза.
Спасательный буксир "Профессор Николай Муру"
Корабел.ру
Уточняется, что эффективность работы радиолокационных систем напрямую зависит от состояния моря, так как волны отражают радиосигнал и создают фон помех, который может скрывать небольшие суда, спасательные плоты или другие объекты.
Для оценки интенсивности отражения радиолокационного сигнала от поверхности есть несколько способов: таблица Натансона, созданная на основе экспериментов в середине XX века; шкала Дугласа – система оценки волнения моря в баллах, разработанная в XIX веке; шкала Всемирной метеорологической организации. Кроме того, в России действует шкала волнения моря главного управления гидрометеорологической службы от 1953 года.
По данным пресс-службы, при переводе между этими системами возникают неточности, поскольку балльные шкалы приходится пересчитывать в физические параметры, например в высоту волн. Это может приводить к ошибкам в моделях отражения радиосигнала и снижению точности работы радиолокационных систем. Также современные математические модели, используемые в навигации, имеют ограничения. Например, модель GIT (Georgia Institute of Technology), широко применяемая в отрасли, хорошо согласуется с экспериментальными данными при волнении моря от 4 до 9 баллов. Однако при слабом волнении возникают значительные расхождения, что увеличивает вероятность пропуска небольших объектов на воде.
Ученые ЛЭТИ предложили новую математическую модель отражения радиосигналов от морской поверхности. Она не привязана к оценке волнения моря в баллах какой-либо шкалы и оптимизирована для малых углов скольжения радиоволн от 0,1 до 10 градусов. Именно такие углы возникают при обнаружении объектов на большом расстоянии над поверхностью моря, поэтому их корректное моделирование особенно важно для радиолокации.
"Наша модель позволяет переводить любую шкалу волнения – Дугласа, Всемирной метеорологической организации или российскую – в физически измеряемый параметр, значимую высоту волн – и получать точный результат. При этом формула модели проще существующих аналогов, поскольку для расчета требуется меньше переменных", – пояснил старшый научный сотрудник кафедры радиотехнических систем СПбГЭТУ Вячеслав Михайлов.
Отмечается, что модель основана на аппроксимации экспериментальных данных Натансона – математическом методе, при котором сложный набор экспериментальных точек описывается более простой функцией, максимально близко повторяющей исходные данные. Кроме того, в модели используется не балльная оценка волнения моря, а значимая высота волн, что делает ее более универсальной. Значимая высота волн – это средняя высота высшей трети волн. Этот параметр широко применяется в океанографии и позволяет однозначно описать состояние морской поверхности: от спокойного моря до сильного шторма с высотой волн более 14 метров.
"Разработка может использоваться в гражданских радиолокационных системах, в системах управления беспилотными судами, в морском экологическом мониторинге, а также в системах обеспечения безопасности морских перевозок и поисково-спасательных операциях", – добавил Вячеслав Михайлов.
Как рассказали в вузе, исследование выполнено в рамках государственного задания министерства науки и высшего образования. Модель ETU устраняет историческое несоответствие между различными шкалами оценки волнения моря и позволяет радиолокационным системам работать корректно независимо от источника метеорологических данных. Это особенно важно для современных цифровых навигационных систем, которые объединяют данные спутниковых наблюдений, метеослужб и бортовых датчиков.
