. Proiectarea Si Realizarea Unui Produs Software Pentru Rezolvarea Problemelor de Navigatie Radar

Introducere

1.1. Navigația radar – prezent și perspective

Radarul s-a dovedit a fi un echipament electronic de navigație de o utilitate deosebită la bordul navelor, indiferent de mărimea si destinația acestora.

Dacă la începutul implementării acestor aparate la bordul navelor maritime au existat anumite reticențe cu privire la credibilitatea informației radar, acestea erau datorate limitelor tehnice și a fiabilității scăzute a echipamentelor din acea perioadă. La ora actuală însă, datorită progresului tehnologic, mai ales în domeniul electronicii și informaticii, radarele moderne au devenit deosebit de fiabile și cu performanțe deosebite privind radiolocația.

La ora actuală nu mai poate fi concepută o navă maritimă care să nu aibă la bord cel puțin un radar performant. De altfel, prin convenții internaționale, o astfel de dotare a navelor a devenit obligatorie. Din punct de vedere al echipei de pe puntea de comandă, navigația, mai ales în condiții de vizibilitate redusă, pare de neconceput astăzi fără ajutorul unui radar.

Indiferent însă de complexitatea echipamentului radar de care dispunem și de numărul lor, informația radar trebuie întotdeauna interpretată logic și corelată cu toate celelalte informații disponibile din alte surse, pentru o apreciere exactă a situației pe mare.

Combinarea exercițiilor de rezolvare a problemelor de evitare prin radar plotting cu exercițiile derulate în timp real cu ajutorul simulatoarelor radar oferă o nouă viziune asupra activității de radar-navigație. Există posibilitatea testării în condiții apropiate de realitate a cunoștințelor teoretice concomitent cu aplicarea deprinderilor practice legate de efectuarea și interpretarea observațiilor radar.

Radarul poate furniza informații prețioase în cazul navigației costiere sau a pilotajului în zone dificile. De asemenea, cu ajutorul acestui echipament se pot efectua și

aterizări la coastă, această utilizare fiind însă limitată de proprietățile reflexive ale liniei de țarm.

Informația radar se prezintă ca o poză afișată pe ecranul tubului catodic care formează display-ul radarului.Unda emisă de antena radarului poate fi blocată de obstacole de mari dimensiuni și de aceea imaginea afișată nu va putea prezenta eventualele ținte aflate în spatele obstacolului. Datorită unor astfel de situații și a faptului că modul de reflectare a undei radar depinde foarte mult de proprietățile reflexive și de înălțimea țintelor întâlnite, imaginea de pe display va diferi mult față de desenul prezentat pe harta de navigație.

De aceea este foarte important ca radarul să fie utilizat și în condiții de viziilitate bună pentru a se face o comparație a calității imaginii afișate și a se putea determina caracteristicile și parametrii de funcționare ai echipamentului, în special în cazul manevrelor de intrare/ieșire din porturi. Realizând din timp o astfel de testare a echipamentului radar, se va putea naviga în siguranță și în condiții de vizibilitate redusă.

Imaginea radar poate fi stabilizată față de linia prova sau de drumul navei, ceea ce în cazul pilotării navei prezintă avantajul de a vedea imediat dacă există vreun obstacol în calea navei sau în ce bord se află diversele repere. În cazul stabilizării imaginii radar față de direcția Nord (prin cuplarea echipamentului radar cu girocompasul), activitatea de navigație curentă este facilitată prin faptul că imaginea radar are aceeași orientare cu linia de coastă trasată pe harta de navigație.

Radarele au început să fie instalate la bordul navelor comerciale la sfârșitul anilor’40. Exploatarea lor în condiții concrete de navigație a dus la acumularea unei experiențe practice care treptat s-a materializat în creșterea performanțelor tehnice și a facilităților oferite de aceste echipamente.

Deoarece modernizarea radarelor navale a fost tot timpul strâns corelată cu progresul științific și tehnic din domeniu, practica exploatării radarelor pe navele

comerciale a impus o uniformizare a caracteristicilor tehnice precum și a posibilităților de operare oferite utilizatorului aflat pe puntea de comandă.

În anii’70, când tehnologia electronică a luat un avânt deosebit și concurența (inclusiv în domeniul aparaturii de navigație) a început să devină acerbă. Astfel a crescut oferta de radare navale tot mai sofisticate din punct de vedere electronic și cu calități superioare.

Pentru a limita instalarea la bord a unor radare necompetitive din punct de vedere al siguranței navigației, Organizația Internațională Maritimă ( IMO ) a emis în anul 1982 o

rezoluție prin care se impuneau echipamentelor radar parametrii tehnici minimali foarte preciși, în vederea omologării ca radare navale. În acest fel s-a ajuns la ora actuală la o standardizare a acestei aparaturi de navigație, atât din punct de vedere al parametrilor funcționali cât și în ceea ce privește facilitățile oferite.

Această inițiativă a IMO a venit în primul rând în sprijinul personalului de punte brevetat, ca utilizator direct al echipamentelor radar, deoarece indiferent de firma producătoare, operatorul radar știe de la început ce calități și posibilități standard îi oferă orice aparat cu care lucrează la un moment dat.

Principalele cerințe pe care trebuie să le îndeplinească un radar naval sunt următoarele:

Echipamentul radar trebuie să furnizeze indicații de poziție corelate între poziția navei proprii și alte nave, obstrucții, balize, coastă, etc.,astfel încât să asiste procesul de navigație și să contribuie la evitarea coliziunilor.

Bătaia radarului- în condiții normale de propagare, cu antena amplasată la o înălțime de 15 m deasupra nivelului apei și cu atenuatoarele de clutter pe zero, echipamentul trebuie să detecteze în mod clar:

-linia coastei:

– la 20 Mm pentru o coastă cu înălțimea de 60 m

– la 7 Mm pentru o coastă cu înălțimea de 6 m

– obiecte de suprafață:

– la 7 Mm o navă de 5000 TRB

– la 3 Mm ambarcațiuni cu o lungime de 10 m

– la 2 Mm alte obiecte plutitoare ( balize ) cu o suprafață de reflexie

de 10 m²

3. Bătaia minimă- trebuie să asigure detectarea corectă a unei ținte aflate

la minim 50 m și până la 1 Mm, fără a schimba reglajele radarului, exceptând scala de distanță.

4. Ecranul radarului trebuie să asigure o imagine relativ plană, stabilizată

față de linia prova.

Scale de distanță- radarul trebuie să aibă în mod obligatoriu următoarele

scale de distanță : 1,5/ 3/ 6/ 12/ 24 Mm și o scală de distanță mică cu valori cuprinse între 0,5 – 0,8 Mm. Valoarea scalei de distanță și a distanței dintre cercurile fixe trebuiesc afișate în mod vizibil. Pentru scala de 0,5-0,8 Mm trebuiesc prevăzute minim două cercuri fixe de distanță. Pentru celelalte scale sunt necesare 6 cercuri fixe de distanță.

Cercul mobil de distanță trebuie să dispună de un afișaj numeric al măsurătorii. Eroarea în măsurarea distanței nu trebuie să fie mai mare de 1,5 % din scala de distanță pe care se lucrează.

Măsurarea relevmentelor- radarul trebuie să fie dotat cu un dispozitiv care să permită luarea relevmentului la orice țintă apărută pe ecranul radar. Eroarea maximă admisă pentru măsurarea relevmentului este de 1 grad. După instalarea la bord și efectuarea reglajelor de montare, echipamentul trebuie să asigure aceeași acuratețe în măsurarea relevmentului, indiferent de valorile magnetismului terestru din zona respectivă.

Linia prova- trebuie afișată printr-o linie continuă care să nu aibă o grosime mai mare de 0,5 grade ( la extremitatea ecranului ), eroarea de direcție trebuind să fie de maxim 1 grad. De asemenea, la cerere, linia prova trebuie să poată fi ștearsă de pe ecran.

Selectivitatea radarului :

pe scala de 1,5 Mm radarul trebuie să poată afișa în mod distinct două ținte similare de mici dimensiuni situate în același azimut, la o distanță de 50 m una față de cealaltă. Această separare în distanță trebuie să fie posibilă atunci când țintele se află la o distanță de 50-100 % din scala radarului față de nava proprie.

– pe scala de 1,5 Mm radarul trebuie să poată afișa în mod distinct două ținte similare, de mici dimensiuni, situate la aceeași distanță față de nava proprie ( 50-100 % din scala radarului ), diferența de relevment dintre cele două ținte fiind de 2,5 grade.

– performanțele radarului trebuie să se mențină în parametrii prezentați anterior chiar și atunci când nava se bandează cu 10 grade.

Scanarea trebuie să se facă în sensul acelor de ceasornic, în mod continuu și automat, pe un arc de orizont de 360 grade. Viteza de rotație a antenei nu trebuie să fie mai mică de 12 rot/min. Echipamentul trebuie să lucreze în condiții bune până la viteze aparente ale vântului de 100 Nd.

Echipamentul trebuie să permită cuplarea cu girocompasul, astfel încât imaginea radar să poată fi stabilizată față de direcția Nord. Precizia alinierii la indicațiile girocompasului trebuie să fie de 0,5 grade. De asemenea radarul trebuie să funcționeze în condiții optime și în momentul în care cuplarea cu girocompasul s-a întrerupt, imaginea trebuind stabilizată funcție de linia prova.

Echipamentul trebuie prevăzut cu un dispozitiv de autotestare care în timpul operării radarului să furnizeze informații referitoare la o eventuală defectare a echipamentului. Aceste dereglări ale echipamentului trebuie semnalate chiar și în absența unei ținte detectabile radar.

Operare:

echipamentul trebuie să poată fi pornit de la panoul central

butoanele de operare ale radarului trebuie să fie accesibile și ușor de identificat. Acolo unde tastele sunt notate cu simboluri, acestea

trebuie să corespundă listei recomandate de IMO.

după pornirea „de la rece” radarul trebuie să devină operațional în maxim 4 minute.

trebuie prevăzută o poziție de stand-by, din care radarul să devină operațional în 15 secunde.

Dispozitive de plotare- dacă echipamentele radar sunt dotate cu sisteme de plotare manuală sau automată a țintelor, aceste dispozitive trebuie să fie eficace.

Cunoașterea facilităților oferite de echipament și a modului corect de utilizare a acestora este deosebit de important, în special când se lucrează cu radare ARPA, deoarece informațiile ce pot fi oferite de radar și legate de siguranța navigației sunt deosebit de utile.

Indiferent de calitățile radarului și de multitudinea facilităților și informațiilor oferite, manevrele de evitare trebuie să fie corespunzătoare prevederilor RIPAM, atât pentru a se asigura eficacitatea lor, cât și pentru a nu induce în eroare cealaltă navă, mai ales dacă observarea reciprocă nu se poate face decât prin intermediul radarului (distanțe mari, vizibilitate redusă,etc. ).

Cunoașterea în aprofunzime a sistemului de navigație radar, având în vedere dezvoltarea într-un ritm alert a acestuia și posibilitatea utilizării lui pe navele comerciale, constituie o premisă de bază pentru ofițerul navigator.

Considerații privind Sistemul de Învățare Asistată de Calculator

3.1. Autoevaluarea cu ajutorul calculatorului

Tehnicile de informare , cu largi aplicații în toate domeniile, au pătruns și în învățământ. Studii internaționale de profil menționează că aplicațiile T.I. “au fost experimentate pe toate etapele procesului educativ: motivare, diagnoză, prezentarea informaticii, pregătire, memorare, rezolvare de probleme, verificare, notare”.

Informatica are un potențial educativ foarte mare față de ceea ce ar putea oferi alte tehnologii. Informatica permite adaptarea învățământului la cerințele fiecărui elev/student, la ritmul de muncă, la aptitudinile intelectuale și la nivelul său de cunoștințe, deci, diversificarea modalităților pedagogice și personalizarea învățământului.

Utilizat în evaluare, calculatorul oferă, atât profesorilor cât în evaluare, calculatorul oferă, atât profesorilor cât și elevilor/studenților, o mare diversitate de modalități de evaluare didactică.

Elevii/studenții se pot autoevalua pe parcursul muncii independente pe care o depun zilnic, beneficiind de feed – back – ul atât de necesar unei învățări eficiente și performante.

Integrată procesului de instruire, autoevaluarea asistată de calculator ar trebui să capete o mai mare extindere în rezolvarea de probleme (mai dificile pentru elevi) .

Autovaluarea cu ajutorul calculatorului rămâne o problemă deschisă cercetărilor interdisciplinare, dar și aplicațiilor în toate structurile învățământului. Evaluarea performanțelor școlare va beneficia, desigur, printre primele, de noile achiziții ale cercetărilor specializate.

Metodica realizării

programului

Algoritmul realizării programului se bazează pe principiile fundamentale ale geometriei analitice. Pentru o explicare comprehensibilă a programului am analizat un tip de problemă simplă: „Determinarea mișcării relative inițiale” și un tip de problemă complexă: „Evitare combinată cu noul drum impus”.

Cele două tipuri de problemă sunt tratate atât în mișcare relativă stabilizată North-Up cât și în mișcare relativă nestabilizată Head-Up.

I. Determinarea mișcării relative inițiale

North-Up

1.1.) Etapa 1

În prima etapă s-au determinat drumul navei proprii și mișcarea relativă inițială a țintei (fig.4.1.).

Trasarea drumului navei proprii s-a efectuat ținând cont de poziția sa în fiecare cadran al cercului azimutal.Astfel, pentru fiecare din cele patru cadrane s-au stabilit condițiile următoare:

a.) Dn Є [0º,90º) , fig.4.2.

, unde „m” este panta drumului navei proprii.

Fig.4.1. Determinarea drumului navei proprii și a mișcării relative inițiale a țintei

Fig.4.2.

b.) Dn Є [90º,180º) , fig.4.3.

Fig.4.3.

c.) Dn Є [180º,270º) , fig.4.4.

Fig.4.4.

d.) Dn Є [270º,360º) , fig.4.5.

Fig.4.5.

Trasarea mișcării relative inițiale a țintei se realizează unind punctele Ao,Ai și A, unde:

A0 (xa0,ya0) = punctul inițial;

xa0 = d0 sinR0

ya0 = d0 cosR0

R0 = primul relevment adevărat la țintă

d0 = distanța corespunzătoare

Fig.4.6.

Ai (xai,yai) = punctul intermediar;

xai = d1 sinR1

yai = d1 cosR1

R1 = al doilea relevment adevărat la țintă

d1 = distanța corespunzătoare

Fig.4.7.

A (xa,ya) = punctul final.

xa = d2 sinR2

ya = d2 cosR2

R2 = al treilea relevment adevărat la țintă

d2 = distanța corespunzătoare

Fig.4.8.

Coordonatele punctului intermediar Ai se calculează și cu formula semi-sumei:

Ecuația dreptei A0A:

; unde: – mAoA=panta dreptei A0A

-nAoA=ordonata la origine

Pentru ca cele trei puncte să respecte condiția de coliniaritate,următoarea inecuație trebuie să verifice :

;unde k Є (-0,1; 0,1)

1.2.) Etapa 2

În această etapă s-a obținut CPA și în același timp s-a calculat valoarea lui CPA și a lui TCPA (vezi fig.4.9.).

Ecuația dreptei O-CPA este:

; unde: O (xo,yo)-centrul cercului azimutal;

mCPA-panta dreptei O-CPA

nCPA=0, deoarece xo=0; yo=0.

Dreapta O-CPA este perpendiculară pe mișcarea relativă inițială,adică pe dreapta de pantă mAoA.Se folosește condiția de perpendicularitate dintre două drepte:

Deci ecuația dreptei O-CPA devine: (1)

Ecuația dreptei A0A se mai scrie: (2)

Fig.4.9. Determinarea lui CPA și TCPA

Soluțiile sistemului format din ecuația (1) și (2) reprezintă coordonatele punctului CPA (Closest Point of Approach):

;

Distanța O-CPA este dată de relația:

,fig.4.10.

Valoarea lui TCPA (Time to Closest Point of Approach) depinde de valoarea segmentelor A0A, A-CPA și de TP (timpul de plotting):

Fig.4.10. Calculul CPA și TCPA

1.3.) Etapa 3

În etapa a treia s-a realizat construcția triunghiului de coliziune W0A0A cu determinarea drumului țintei și a vitezei acesteia (fig.4.11.).

Coordonatele punctului W0 rezultă din următorul sistem de ecuații:

(1) TP=timpul de plotting

(2) vn=viteza navei proprii

Ecuația (1) reprezintă formula pantei dreptei W0A0, iar ecuația (2) este formula distanței dintre punctele W0 și A0.

Soluțiile sistemului sunt:

Poziția punctului de viteză zero W0 depinde întotdeauna de panta drumului navei proprii mDn, deoarece prin A0 se duce o paralelă în sens invers la Dn, deci:

W0A0 II Dn mWoAo= mDn

Prin urmare se stabilesc condiții pentru fiecare cadran (fig.4.12.):

Fig.4.11. Construcția triunghiului de coliziune și determinarea drumului țintei

Fig.4.12. Determinarea punctului W0

În cadranul 1 –Dn Є (0º,90º) :

În cadranul 2 –Dn Є [90º,180º) :

În cadranul 3 –Dn Є (180º,270º) :

În cadranul 4 –Dn Є [270º,360º) :

Dacă Dn=0º, atunci:

Dacă Dn=180º, atunci:

Pentru trasarea dreptei W0A s-a utilizat panta mWoA a acestei drepte:

Dacă la trasarea segmentului W0A0, poziția punctului W0 s-a determinat în funcție de punctul A0, în acest caz punctul W0 depinde de punctul A (fig.4.13.):

Fig.4.13. Trasarea dreptei W0A

Drumul navei țintă se determină trasând o paralelă la dreapta W0A din centrul cercului azimutal. Panta lui Dt este egală cu panta dreptei W0A:

mDt = mWoA

Într-un mod asemănător ca la trasarea drumului navei proprii Dn, se stabilesc condiții pentru drumul navei țintă Dt în fiecare cadran al cercului azimutal:

În cadranul 1 – & , fig.4.14.

În cadranul 2 – & , fig.4.15.

Fig.4.14.

Fig.4.15.

În cadranul 3 – & , fig.4.16.

Fig.4.16.

În cadranul 4 – & , fig.4.17.

Fig.4.17.

Pentru calculul vitezei țintei se utilizează următoarea formulă:

unde: ST=distanța dintre W0 și A

TP=timpul de plotting

1.4.) Etapa 4

În ultima fază a acestei prime aplicații s-a calculat valoarea aspectului, adică unghiul sub care nava țintă vede nava proprie, respectiv relevmentul prova măsurat între direcția dată de drumul țintei Dt și poziția navei proprii la momentul efectuării ultimei observații (fig.4.18. și fig.4.19.).

Aspectul ia valori de la 0 la 180 grade în Bd sau Tb. În cazul în care Asp>180º, atunci această valoare se scade din 360º și se schimbă semnul. Se calculează cu formula:

Fig.4.18. Calculul analitic al ASP

Fig.4.19. Calculul grafic al ASP

2.) Head-Up

În acest tip de mișcare relativă nestabilizată metodele grafo-analitice de rezolvare a aplicației sunt asemănătoare ca în mișcarea relativă stabilizată North-Up, însă există câteva deosebiri distincte, pe care le-am tratat în algoritmul ce urmează:

2.1.) Etapa 1

Drumul navei proprii Dn va avea întotdeauna valoarea de 0º. Trasarea mișcării relative inițiale a țintei se execută la fel, unind punctul inițial A0 cu punctul final A, cu deosebirea că, aici, relevmentele măsurate la țintă sunt relevmente prova (fig.4.20.).

A0 (xa0,ya0) = punctul inițial;

xa0 = d0 sinR0

ya0 = d0 cosR0

R0 = primul relevment prova la țintă

d0 = distanța corespunzătoare

Ai (xai,yai) = punctul intermediar;

xai = d1 sinR1

yai = d1 cosR1

R1 = al doilea relevment prova la țintă

d1 = distanța corespunzătoare

A (xa,ya) = punctul final.

xa = d2 sinR2

ya = d2 cosR2

R2 = al treilea relevment prova la țintă

d2 = distanța corespunzătoare

Ecuația dreptei A0A:

Fig.4.20. Trasarea drumului Dn și a mișcării relative inițiale a țintei

2.2.) Etapa 2

Modul de calcul al CPA și TCPA este identic ca în North-Up (fig.4.21.) :

;

Fig.4.21. Determinarea CPA și TCPA

2.3.) Etapa 3

Condițiile pentru determinarea punctului W0 nu mai sunt aceleași, datorită poziției unice pe care o are Dn (fig.4.22.). Coordonatele punctului W0 sunt:

Unindu-se punctul W0 cu punctul A rezultă segmentul W0A. Se trasează din centrul cercului azimutal o paralelă la W0A, rezultând vectorul At, care este diferit de drumul țintei Dt (At Dt). Pentru trasarea lui At se folosesc aceleași condiții ca în North-Up pentru Dt, pentru fiecare cadran în parte:

În cadranul 1 – & , fig.4.14.

Fig.4.22.

În cadranul 2 – & , fig.4.15.

În cadranul 3 – & , fig.4.16.

În cadranul 4 – & , fig.4.17.

Drumul Dt se calculează din relația:

Pentru calculul vitezei țintei se utilizează aceeași formulă:

Fig.4.23. Trasarea lui At și determinarea drumului și vitezei țintei

2.4.) Etapa 4

În mișcarea relativă nestabilizată Head-Up, aspectul se determină în funcție de relevmentul prova final (Rpf) cu relația:

II. Evitare combinată cu noul drum impus

Acest tip de aplicație reflectă modul de calcul pentru restul problemelor ce alcătuiesc programul. Ca urmare a faptului că algoritmul de rezolvare este asemănător cu cel de la tipul de aplicație anterior, au fost punctate numai etapele esențiale, cu un mod diferit de calcul.

1.) North-Up

1.1.) Etapa 1

În această primă etapă s-au calculat: CPA, TCPA, Dt, vt, și ASP (fig.4.24.). Modul de calcul al acestor parametri a fost prezentat în tipul de aplicație anterior.

Fig.4.24. Calculul CPA, TCPA, Dt, vt , ASP

1.2.) Etapa 2

Se trasează noul drum limită nDnlim din centrul cercului azimutal. Prin W0 se trasează o paralelă până în punctul A0’(fig.4.25.). Panta lui W0A0’ este:

mWoAo’ = mnDnlim

Fig.4.25. Trasarea noului drum limită nDnlim

Pentru punctul A0’ se pun următoarele condiții (fig.4.26.) :

Fig.4.26.

În cadranul 1 –nDn Є (0º,90º) :

În cadranul 2 –nDn Є [90º,180º) :

În cadranul 3 –nDn Є (180º,270º) :

În cadranul 4 –nDn Є [270º,360º) :

Dacă nDn=0º, atunci:

Dacă nDn=180º, atunci:

Din punctul A0’ se duce un arc de cerc cu raza egală cu segmentul W0A0 până în punctul A0.

1.3.) Etapa 3

În a treia etapă s-a trasat nMR, și s-a determinat noua viteză nvn (fig.4.27.).

Din A1 se trasează tangentă la cercul cu raza egală cu distanța de siguranță aleasă dsig. Coordonatele punctului A1 s-au determinat din relațiile :

Fig.4.27. Trasarea lui nMR și determinarea lui nvn

Panta m și ordonata la origine n a lui nMR s-au calculat astfel:

Panta mnMR rezultă din ecuația dreptei determinată de punctul A1 și panta mnMR:

, unde:

Punctul A0’’ rezultă din intersecția dreptelor AA0’’ cu W0A0’ .Coordonatele lui A0’’ reies din următorul sistem de ecuații:

(1)

(2)

Noua viteză nvn se calculează cu formula:

1.4.) Etapa 4

În această fază s-a calculat nCPA și nTCPA (fig.4.28.). Practic, nCPA va fi egal cu distanța de siguranță stabilită:

Din relația următoare rezultă și nTCPA :

,unde A2 are coordonatele:

Fig.4.28. Calculul nCPA și nTCPA

1.5.) Etapa 5

Ultima etapă presupune calculul timpului de revenire la drumul inițial (fig.4.29.).

Astfel, Trev se determină din relația:

, unde coordonatele punctului A3 sunt:

Fig.4.29. Calculul timpului de revenire Trev

2.) Head-Up

2.1.) Etapa 1

În această primă fază s-au calculat aceleași elemente ca și în North-Up:

CPA, TCPA, Dt, Vt și ASP.

Particularitatea constă în faptul că drumul navei proprii Dn are întotdeauna

valoarea de 0º (fig.4.30).

Fig.4.30. Determinarea triunghiului de coliziune și a elementelor de marș ale țintei

2.2.) Etapa 2

În mod identic ca în North-Up se tratează trasarea noului drum limită nDnlim ca și condițiile pentru stabilirea poziției coordonatelor punctului A0’ (fig.4.31.).

2.3.) Etapa 3

Determinarea poziției punctului A1, trasarea noii mișcări relative nMR, stabilirea poziției punctului A0’’ și calculul lui nVn se realizează exact ca în etapa similară din tratarea în North-UP a aplicației.

Fig.4.31. Trasarea noului drum limită nDnlim și stabilirea poziției punctului A0’

Fig.4.32. Determinarea nMR și a lui nVn

2.4.) Etapa 4

Calculul lui nCPA și a lui nTCPA este identic cu calculul acestor două elemente realizat în etapa 4 de la tratarea în North-Up a problemei (fig.4.33.).

Fig.4.33. Calculul lui nCPA și a lui nTCPA

2.5.) Etapa 5

Determinarea coordonatelor punctului A3 și calculul timpului de revenire Trev se efectuează similar ca în North-Up (fig.4.34.).

Fig.4.34. Calculul timpului de revenire Trev

2.6.) Etapa 6

În ultima etapă din cadrul tratării în Head-Up a aplicației s-a analizat noua mișcare relativă nMR (fig.4.35.).

Modul de calcul al noilor poziții ale punctelor A1 și A3 , precum și trasarea lui nMR sunt prezentate în cele ce urmează.

Punctele A1 și A3 suferă o rotație de centru O și unghi θ (fig.4.36.). Trebuie precizat faptul că unghiul θ reprezintă diferența dintre nDn și Dn:

Prin urmare, coordonatele punctelor A1 și A3 vor deveni:

Fig.4.35. Noua mișcare relativă nMR în Head-Up

Fig.4.36.

Din punctul A3’ se trasează un arc de cerc cu raza :

Utilizarea programului

Scopul urmărit în realizarea acestui program a fost de a-l face cât mai accesibil, plăcut și ușor de utilizat. Pentru a se atinge acest scop am folosit un mediu de operare bazat pe o interfață grafica foarte flexibilă care face legătura între aplicația propriu-zisă și utilizatorul acesteia: mediul de operare Windows.

Aplicația trebuie să fie cât se poate de interactivă și “sensibilă”, lucruri asigurate prin realizarea aplicației sub mediul de operare Windows, mediu care pune cu generozitate o serie de resurse ușor de gestionat și folosit cu ajutorul mediului de dezvoltare Microsoft Visual Basic 6.0, precum și de stilul de programare folosit.

Un element foarte important în realizarea acestui program îl constituie Interfața.O interfață trebuie să fie simplă, ușor de învățat și ușor de manipulat. Ea trebuie să permită accesul la toate funcționalitățile oferite de aplicație.

Proiectarea elementelor vizuale este o parte importantă a interfeței. Atributele vizuale furnizează date prețioase și comunică informații importante relativ la comportamentul interacțiunii unor obiecte particulare; în același timp, fiecare element vizual care apare pe ecran concură la captarea atenției utilizatorului.

Aceste elemente conduc la crearea unui mediu plăcut care va contribui fără îndoială la înțelegerea de către utilizator a informațiilor prezentate.

Proiectarea unei interfețe necesită o metodologie de proiectare și o atitudine orientată spre utilizator. De asemenea implică planificări timpurii ale interfeței și o muncă paralelă cu dezvoltarea aplicației.

Programul are o structură modulară, o interfață utilizator care asigură o exploatare facilă și poate fi manevrat cu ajutorul tastaturii sau cu ajutorul mouse – ului. Se recomandă folosirea mouse – ului pentru rapiditate și confort. În cazul tastaturii se folosesc tastele:

TAB pentru deplasarea între secțiuni (butoane de editare);

ENTER;

Tastele „” pentru deplasare în cadrul aceeași secțiuni.

4.1.Prezentarea programului

Fereastra principală a programului (fig.1) este compusă din:

Fig.3.1. Fereastra principală a aplicației AlgCNR

bara de titlu – cuprinde o descriere succintă a ferestrei active;

butonul de închidere a ferestrei active –permite părăsirea ferestrei;

bara de meniuri – permite lansarea în execuție a diferitelor procese ale aplicației (tipul de aplicație sau introducerea directă a datelor inițiale);

conținutul ferestrei – cuprinde rezolvarea grafică și în cuvinte a tipului de aplicație selectat.

Programul oferă posibilitatea unei deplasări rapide în cadrul meniurilor. Selectarea tipului de aplicație dorit se face folosind partea stângă a ferestrei principale a aplicației, executând clic cu butonul stâng al mouse-ului pe butonul corespunzător „Date intrare”.

La executarea acestui clic, se afișează un submeniu care conține două opțiuni: „Tip Problemă” și „Date Inițiale”, butoane care se vor colora la trecerea mouse-ului peste ele, indicând posibilitatea selectării lor (fig.2).

Fig.3.2. Selectarea tipului de problemă din bara de meniuri

Lansarea ferestrei cu tipurile de aplicații se realizează prin executarea unui clic pe butonul „Tip Problemă”. Alegerea efectivă a tipului de problemă se face selectând aplicația cu mouse-ul sau folosind tastatura cu una din săgețile „” (vezi fig.3.).

Fig.3.3. Selectarea tipului de aplicație

4.2. Structura programului

Programul conține șapte tipuri de aplicații, tratate atât în mișcarea relativă stabilizată North-Up cât și în mișcarea relativă nestabilizată Head-Up.

Imaginea stabilizată față de direcția Nord

O astfel de stabilizare a imaginii radar se poate realiza numai în situația în care echipamentul radar este cuplat cu girocompasul. Realizându-se această conectare a celor două aparate, radarul preia informația de direcție de la girocompas, cercul azimutal al ecranului radar devenind un repetitor giro. Practic imaginea radar se stabilizează față de Nordul Giro.Astfel, în cazul în care corecția girocompasului este diferită de 0 relevmentele radar și drumurile afișate pentru nava proprie sau pentru diversele ținte sunt drumuri giro.

În terminologia din limba engleză, stabilizarea imaginii față de direcția Nord se numește „North-up”, prescurtarea utilizată atât în documentația radar cât și pentru inscripționarea pupitrului radar fiind „N’UP”.

Caracteristicile sistemului de stabilizare N’UP sunt următoarele :

gradația zero a cercului azimutal radar corespunde direcției Ng (sau Na);

valorile indicate sau măsurate pentru drumuri sau relevmente sunt corespunzătoare drumurilor și relevmentelor giro (Dg, Rg) sau Da, Ra atunci când Δg < 0 sau Δg >0 și radarul a fost aliniat față de Na;

drumul navei proprii apare ca o linie continuă, cu originea în centrul imaginii radar și orientată pe o direcție corespunzătoare valorii sale;

relevmentul radar ( EBL ) este reprezentat de obicei printr-o linie punctată;

imaginea radar fiind stabilizată față de direcția Nord, imaginea de pe ecran reproduce imaginea existentă pe hartă;

la girația navei imaginea detectată radar rămâne stabilă (fixă). Cu alte cuvinte, poziția geometrică a diverselor ținte față de centrul imaginii radar rămâne neschimbată.

linia care marchează drumul navei proprii se va roti în sensul girației navei, cu o variație unghiulară corespunzătoare schimbării de drum efectuate de navă.

În cadrul navigației radar se recomandă utilizarea cu precădere a sistemului N’UP, acesta prezentând următoarele avantaje:

imaginea radar este similară desenului de pe harta de navigație, ceea ce ușurează identificarea reperelor de la coastă;

relevmentele care se măsoară sunt Rg(Ra), ele putând fi trasate direct pe hartă;

se poate determina noul drum pe care urmează să-l ia nava, valoarea acestui drum, citită pe radar, ordonându-se direct timonierului;

eficacitatea operațiilor de radar plotting este superioară în N’UP;

alte facilități ale echipamentului radar (Hărți electronice, NAVLINE-uri, etc.) nu se pot activa decât în sistemul N’UP.

Imaginea stabilizată față de linia prova

Aceasta a fost prima formă de prezentare a imaginii radar odată cu inventarea și introducerea lor spre utilizare în diversele domenii de aplicații. Stabilizarea imaginii radar față de linia prova ( în terminologia engleză Head Up- H’UP ) este independentă de

indicația girocompasului. Chiar și în cazul radarelor moderne, în momentul unei defecțiuni la interfața de conectare a radarului cu girocompasul, aceasta este singura formă de prezentare a imaginii care poate fi activată.

Caracteristicile sistemului H’UP de stabilizare a imaginii radar sunt:

gradația zero a cercului azimutal radar corespunde direcției liniei prova (Rp=0º);

drumul navei proprii apare ca o linie continuă cu originea în centrul imaginii radar, orientată pe gradația zero a cercului azimutal (linia prova );

relevmentele radar măsurate sunt relevmente prova cotate în sistem circular;

indiferent de drumul și girația navei, linia prova rămâne fixă ( întotdeauna pe gradația zero a cercului azimutal);

țintele detectate de radar și afișate pe ecran în stânga liniei Pv vor fi în Bd, iar cele afișate în dreapta liniei Pv vor fi în Tb (indiferent de drumul navei );

materializarea girației navei pe ecranul radar este realizată prin rotirea întregii imagini radar în sens invers direcției în care girează nava.

Sistemul H’UP se utilizează la ora actuală destul de frecvent la manevrele de pilotare ale navei, în zone înguste, atunci când primordială este menținerea navei pe o anumită pasă, iar schimbările de drum care se efectuează sunt dese și de valori relativ mici.

În figura 3.4. este prezentată modalitatea de selectare (cu introducerea datelor inițiale ) a unui tip de aplicație realizat în North-Up.

Utilizatorul introduce datele inițiale în fereastra prezentată în fig.3.4. , iar pentru a avea acces la algoritmul de calcul va trebui să apese butonul „PASUL URMĂTOR”.

Deoarece pașii intermediari de rezolvare a aplicatiei au fost prezentați în Cap.3, fig.3.5. ilustrează faza finală a algoritmului.

În Head-Up se păstrează aceleași criterii prezentate mai sus ( fig.3.6 și fig.3.7.).

Fig.3.4. Introducerea datelor inițiale (N’UP)

Fig.3.5. Etapa finală de rezolvare a aplicației (N’UP)

Fig.3.6. Introducerea datelor inițiale (H’UP)

Fig.3.7. Etapa finală de rezolvare a aplicației (H’UP)

Programul oferă posibilitatea celui ce rulează aplicația să introducă datele problemei corect. Astfel, în cazul unei erori de introducere a relevmentelor, algoritmul de rezolvare nu poate continua până ce nu vor fi modificate datele (fig.3.8.).

Fig.3.8. Exemplu de avertizare pentru introducerea eronată a datelor

4.3. Instalarea programului

Programul este prezentat sub forma unui kit de instalare care asigură interfața instalării personalizate a programului în mediul de operare Windows și care îndeplinește toate cerințele impuse de instalarea programului: posibilitatea selectării directorului (locației pe hard disk-ul calculatorului) unde se dorește instalarea, înregistrarea aplicației în Windows Registry (“inima” sistemului de operare Windows care gestionează toate activitățile desfășurate de aplicațiile care rulează sub el).

După rularea kit-ului de instalare a programului pe hard disk-ul calculatorului, rezultă o aplicație nativă pe 32 biți, în format executabil care rulează din mediul de operare Windows: AlgCNR.exe în directorul indicat în timpul instalării programului (implicit: c:\Program Files\AlgCNR\).

CONCLUZII

Contribuția personală la realizarea acestui modul software constă în:

realizarea programului ce stă la baza S.Î.A.C. ce duce la folosirea sistemului mult mai ușor și mai simplu de către studenți;

selectarea unei bibliografii în concordanță cu ultimele realizări în domeniu;

Alăturându-se seriei de module – program de învățare asistată de calculator realizate ca proiecte de diplomă de către studenții Academiei Navale "Mircea cel Bătrân" de la specialitatea Navigație, în ultimii ani, prezentul program realizat sub mediul de dezvoltare Microsoft Visual C++ 6.0, îndeplinește cerințele unui Sistem de Învățare Asistată de Calculator (S.Î.A.C.).

Avantajele acestui modul – program de învățare asistată de calculator sunt:

algoritmizarea foarte bună;

diversitatea de probleme abordate;

mod de utilizare facil .

Prezentul modul – software îmbină avantajele oferite de orice S.Î.A.C. cu cele rezultate din aplicarea în domeniul Navigației Radar:

procesul de învățare se bazează pe efortul propriu;

ritmul de lucru nu este impus ci este propriu fiecărui student;

se asigură controlul învățării elementelor esențiale prin intermediul graficii;

se asigură verificarea rezultatelor și corectarea greșelilor de rezolvare;

Prin proiectarea acestui modul, s-a urmărit îndeplinirea cerințelor inițiale impuse: simplitate în folosire, prezentarea clară și concisă a informațiilor necesare unei bune înțelegeri a noțiunilor prezentate, folosirea ca material de documentare a unei bibliografii aduse la zi în scopul prezentării celei mai noi informații din domeniul navigației radar.

Programul se pretează la o folosire practică pentru studenții din Academia Navală și recomandabil și în flota militară și comercială.

Acest program nu înlocuiește predarea ci reprezintă un element complementar care asigură o mai bună pregătire a utilizatorului în condițiile studiului individual propriu fiecăruia.

BIBLIOGRAFIE

Bârsan Eugen – Navigație radar și Radar plotting, Editura Ex Ponto, 2000

John Bates, Tim Tompkins – Utilizare Visual C++6.0, Editura Teora, 2001

* * * – Manualul inginerului, Editura Tehnică, București, 1973

John Clark Craig, Jeff Webb – Visual C++ 5.0 – Manualul programatorului, Editura Teora, 1998

Lucian Vasiu- Visual C++ 3.0, Editura Tehnică, București, 1996

Marian Staș, Iunona Staș, Adrian Lișiță – Folosirea tehnicii de calcul în procesul de învățământ, Editura Militară, București, 1991

Mark Steven Heyman – Visual C++ 4.0, Editura Teora, 1996

Sonenberg G.J. – Radar and Electronic Navigation – Sixth Edition 1988.

* * * – Microsoft Visual C++ Programming System for Windows Version 4.0 Profesional Edition – Programmer’s Guide, Microsoft Corporation, Ireland, 1995

* * * – Microsoft Visual C++ Programming System for Windows Version 4.0 Profesional Edition – Language Reference, Microsoft Corporation, Ireland,1995

* * * – Microsoft Visual C++ Programming System for Windows Version 4.0 Profesional Edition – Professional Features: Creating OLE Servers, Guide to Data Access Objects, Custom Control Reference, Microsoft Corporation, Ireland, 1995

Colecția revistei PC Report, Editura Computer Press Agora, Târgu Mureș, 1995 – 1996 – ianuarie-mai 1998

Colecția revistei BYTE Romania, Editura Computer Press Agora, Târgu Mureș, 1995 – 1996 – ianuarie-mai 1998