Как на судах измеряют скорость

Суда занимают важнейшее место в жизни общества — они основная составляющая развития торговли. Поэтому важнейшим развитием для человечества стало, развитие морского транспорта. Из-за отсутствия видимости берегов в море конструктора и изобретатели стремились создать устройство помогающее определять скорость движения судна по морской глади. Скорость необходима для расчётов местоположения.

Как определяли скорость

Солнце и звёзды дали возможность определения путёвого угла, часы отмеряют время, но как же определить скорость? Людям помогла смекалка, которая закрепила за морской скоростью такое понятие, как узел. Раньше моряки использовали доску, служащей плавучим якорем, к ней привязывался линь, на котором отмечались на равном расстоянии узелки. Принцип действия такого ручного лага сводился к следующему: доска сбрасывалась в воду, из-за противодействия воды она оставалась на месте, а судно в это время шло дальше, но разматывая верёвку с узелками вслед за остающейся доской. Тем самым за определённый период уходило определённое количество узелков в воду. Рассчитывая соотношение ушедших узелков и время получали скорость судна в узлах. Принято считать 1 узел равен 1 морской миле за 1 час преодоления судном. Так и появился относительный, ручной или секторный лаг, ставший прародителям целой плеяды сложнейших лагов.

Какие лаги бывают

Они классифицируются на относительные и абсолютные, те в свою очередь на индукционные и гидродинамические лаги, а также на гидроакустические доплеровские лаги, спутниковый лаг и корреляционные соответственно.

Относительные лаги

Он обеспечивает измерение пройденного расстояния и скорости относительно воды. Тем самым скрывая в себе первоначально ошибку в измерениях скорости, ведь вода накладывает ошибку на измерения, добавляя составляющие своего вектора движения. Таким образом, относительные лаги являются менее точными для судовождения.

Индукционный лаг

Имеют в основе, скрытое в классификации электромагнитное явление под названием индукция. Оно формируется на базе перемещения проводящего элемента внутри электромагнитного поля, тем самым возникает электродвижущая сила внутри проводника. Его вектор замеряется, и путём исчислений получается вектор движения судна. Электромагнитное поле возникает в воде под действием датчика, имеющего в своём составе магнит, и вода, являясь проводником, начинает создавать внутри себя электродвижущую силу, параметры которой и снимаются датчиком. Большой недостаток такого лага — нарастающие на дно биоорганизмы. Они сильно уменьшают создание магнитного поля и чувствительность приёмника. Ярким представителем таких типов лагов является ЛЭМ2-1М, производства «Электроприбор» в Санкт-Петербурге. Он имеет три различные версии в зависимости от установки приёмного устройства ЛЭМ2-1МН, ЛЭМ2-1МВ и ЛЭМ2-1МК.

Гидродинамический лаг

Вторым по популярности относительный лаг. Он основан на измерении давлении воды на датчик либо катушку. Давление создаётся благодаря гидродинамическим показателям набегающей воды. К данному вектору присоединяется масса ошибок, таких как качка, снос, дифферент и обрастание. Поэтому такие лаги чаще всего показывают ошибочные данные, но при этом довольно просты в изготовлении. Так что являются самыми бюджетными и часто используемыми на судах не поднадзорных сертификационным обществам. Популярными в данном виде является линейка лагов от производителя морской навионики Raymarina T111, T121 и Т915. Маломерные суда также используют гидродинамические лаги Lowrance, Furuno и Simrad.

Абсолютные лаги

Это следующий вид классификации морских лагов. Под термином абсолютный лаг понимают лаги, которые измеряют скорость судна относительно грунта.

Гидроакустический доплеровский лаг

Его работа основана на эффекте Доплера — при одинаковом излучении волн, объект, движущийся на источник излучения будет принимать волны быстрее, относительно своей скорости. Судно излучая прямо по курсу волны, посредством гидроакустического излучателя, принимает их отражёнными. Частота приёма увеличивается пропорционально скорости движения судна. Проведя подсчёт, получается расчётная скорость как по направлению движения судна, так и его смещение по оси У. Погрешность измерений в данном случае довольно мала, до 0,1%. Так достигается точность порядка 0,015 узла, что является довольно хорошим показателем в современных условиях, и развития морской электротехники.

Если доплеровские лаги доработать несколькими антеннами, возможно получить скорость смещения более точно по осям Х и У. Для крупнотоннажных судов это помогает контролировать движение. Данная функция также вносит облегчение швартовки. Но работает такой лаг при небольших глубинах, максимум 350 метров, что для глубоководных переходов является критичным. При увеличении глубины гидроакустическая волна начинает отражаться от более плотных слоёв воды на глубине порядка 320 метров, и принимается как абсолютная, но по факту являющаяся относительной.

Датчики доплеровских лагов являются критичными элементами системы, и поэтому убираются в клинкеты и танки, для защиты их ото льда, топляка и иных опасных предметов. Так как механическое повреждение антенны приведёт за собой дорогостоящие работы по его восстановлению. Увеличить ошибку замеров могут погрешность измерений частоты, появление вертикальной составляющей и наклон датчиков. Совместно это может увеличивать ошибку с 0,1 до 0,5 процента. Доплеровских лаги производят компании JRC модели JLN-550, JLN-652, JLN-205, JLN-740 и Furuno модели DS-80, DS-60 и DS-85.

Спутниковый лаг

Следующим абсолютным лагом является спутниковый тип лагов. Он работает так же, как и обыкновенные приёмники сигналов ГНСС. Рассчитывает своё местоположение благодаря альманаху спутников. Для этого достаточно трёх спутников. Определяя своё местоположение, лаг считает скорость относительно спутников, но так как они дают местоположение относительно земли, то и скорость рассчитывается относительно Земли. Поэтому лаги классифицируются как абсолютные. В зависимости от спутниковой системы используются ГЛОНАСС лаги, GPS лаги и другие. Ошибкой расчётов может стать только погрешности часов, находящихся в приёмниках лага, и время расчёта сигнала. Поэтому точность достигает порой до 0,01%, что является одним из лучших в классе. Непогода, сильное волнение, туман и прочие метеоусловия могут значительно отклонить точность показаний. Спутниковые лаги представлены японскими моделями JRC JLN-720 и Furuno GS-100.

Гидроакустические корреляционный лаг

Третий тип абсолютных лагов. Их принцип действия основан на временном прохождении одинаковыми акустическими сигналами, направленными в сторону дна от двух антенн, находящихся на разных расстояниях относительно центра корабля. То есть сигнал, отражённый от одной и той же точки в разное время, придёт в различные интервалы до первого и второго приёмника, тем самым возможно будет высчитать скорость относительно двух сигналов. Такой принцип действия зарекомендовал себя лучше, чем доплеровский принцип. Потому что у него отсутствует погрешность от скорости распространения звука в воде и компенсации качки. Но как и доплеровский лаг на больших глубинах, а в данном случае это более 200 метров, он становится относительным — сигнал отражается от воды в более плотных слоях. Яркими представителями данных лагов являются производитель Consillium и его станции SAL t2 и SAL R1a.