Создана математическая модель для повышения точности навигации корабля

Ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» создали математическую модель повышения точности навигации корабля.

"Новая универсальная математическая модель ЛЭТИ повысит точность навигации корабля и обнаружения мелких объектов на фоне морской поверхности. Разработка позволит избежать неоднозначности в оценке морского волнения при использовании разных масштабов состояния моря и обеспечит более предсказуемую работу радиолокационных систем, что поможет более точно обнаруживать объекты на водной поверхности даже в штормовых условиях", - говорится в сообщении.

Уточняется, что эффективность радиолокационных систем напрямую зависит от состояния моря, поскольку волны отражают радиосигнал и создают фон помех, который может скрыть малые корабли, спасательные плоты или другие объекты. Существует несколько способов оценки интенсивности отражения радиолокационного сигнала от поверхности - таблица Натансона, созданная на основе экспериментов в середине 20 века, шкала Дугласа - система оценки морского волнения в баллах, разработанная в 19 веке, шкала Всемирной метеорологической организации. Кроме того, в России действует шкала морского волнения Главного управления гидрометслужбы 1953 года.

По данным пресс-службы, при переводе между этими системами возникают неточности, поскольку точечные масштабы приходится конвертировать в физические параметры, например, высоту волны. Это может привести к ошибкам в моделях радиоотражения и снижению точности радиолокационных систем. Также современные математические модели, используемые в навигации, имеют ограничения. Например, широко используемая в отрасли модель GIT (Технологического института Джорджии) хорошо согласуется с экспериментальными данными при состоянии моря от 4 до 9. Однако при слабых волнениях возникают существенные расхождения, что увеличивает вероятность пропуска мелких объектов на воде.

Поэтому ученые ЛЭТИ предложили новую математическую модель отражения радиосигналов от морской поверхности. Он не привязан к оценке морского волнения в баллах любого масштаба и оптимизирован под небольшие углы скольжения радиоволн от 0,1 до 10 градусов. Именно такие углы возникают при обнаружении объектов на большом расстоянии над морской поверхностью, поэтому их правильное моделирование особенно важно для радиолокации.

О разработке

"Наша модель позволяет преобразовать любой волновой масштаб - Дугласа, Всемирной метеорологической организации или российский - в физически измеримый параметр, значительную высоту волны и получить точный результат. При этом формула модели проще существующих аналогов, поскольку для расчета требуется меньше переменных", - цитирует пресс-служба старшего научного сотрудника кафедры радиотехнических систем (РС) Санкт-Петербургского электротехнического университета "ЛЭТИ" Вячеслава Михайлова.

Отмечено, что модель основана на аппроксимации экспериментальных данных Натансона - математическом методе, в котором сложный набор экспериментальных точек описывается более простой функцией, максимально точно повторяющей исходные данные. Кроме того, в модели используется не показатель состояния моря, а значительная высота волн, что делает ее более универсальной. Значительная высота волн – это средняя высота самой высокой трети волн. Этот параметр широко используется в океанографии и позволяет однозначно описать состояние морской поверхности: от спокойного моря до сильного шторма с высотой волн более 14 м.

"Мы назвали модель ЛЭТИ в честь нашего университета - это символический подарок к 140-летию ЛЭТИ. Разработка может быть использована в гражданских радиолокационных системах, системах управления беспилотными кораблями, морском экологическом мониторинге, а также в системах обеспечения безопасности морских перевозок и поисково-спасательных операций", - добавил Михайлов.

Как сообщили в вузе, исследование проведено в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ. Модель ETU устраняет историческое несоответствие между различными шкалами оценок состояния моря и позволяет радиолокационным системам работать правильно независимо от источника погодных данных. Это особенно важно для современных цифровых навигационных систем, объединяющих данные спутниковых наблюдений, метеорологических служб и бортовых датчиков.