ứng dụng máy điện - vô tuyến điện hằng hải trong khai thác thủy sản

+ Nh ưng dạng hình ảnh CĐT dùng để tránh va thì không thuận lợi, vì do hiện tượng dư quang trên màn hu ỳnh quang không nhiều dẫn đến vệt ở sau tín hiệu phản xạ của tàu khác đi ng ược hướ

Ứ NG D Ụ NG MÁY ĐI Ệ N - VÔ TUY Ế N ĐI Ệ N

Thời lượng: 30 tiết

Hệ thống vô tuyến phương vị

Hệ thống Hyperbol

Sử dụng radar hàng hải

Sử dụng máy đo sâu dò cá

Sử dụng máy định vị vệ tinh

Hàng hải địa văn (2007) Trần Đức Lượng

Sổ tay hàng hải tập 1 (2006) Tiếu Văn Kinh

GPS,DGPS and ECS notes; RADAR and ARPA notes; ECHO SOUNDER and SONARS Sutee Rajrucchithong, Australian Maritime, College Ellectronic Navigation.

Electronics Navigation System (2001) Laurie Tetley and

David Calcutt – England.

CHƯƠNG I: H Ệ TH Ố NG VÔ TUY Ế N PHƯƠNG V Ị

I.1.HỆ THỐNG VÔ TUYẾN KHÔNG ĐỊNH HƯỚNG

thác

I.2 H Ệ TH Ố NG VÔ TUY Ế N Đ Ị NH HƯ Ớ NG CÓ ANTEN QUAY

I.3 H Ệ TH Ố NG VÔ TUY Ế N Đ Ị NH HƯ Ớ NG

I.4 XÁC ĐỊNH ĐỘ LỆCH RIÊNG VÔ TUYẾN

CHƯƠNG II: H Ệ TH Ố NG HYPERBOL

Sai sè vÞ trÝ Vïng phñ

sãng

§èi t−îng dïng

t−îng

10KHz vµ 14KHz

CHƯƠNG III: S Ử D Ụ NG RADAR HÀNG H Ả I

Các đặc tính khai thác chủ yếu của Radar

Các phương pháp nhận biết mục tiêu

Ứng dụng của Radar trong hàng hải

Ứng dụng của Radar trong khai thác thủy sản

1 Phân loại Radar

III 1 CÁC ĐẶC TÍNH KHAI THÁC CHỦ YẾU CỦA RADAR

Radar là thiết bị định vị, giám sát mục tiêu trên mặt biển bằng

cách dùng sóng vô tuyến thăm dò xác định sự thay đổi hướng

của mục tiêu

* Phân loại Radar:

- Dựa vào đối tượng mục tiêu: Radar hàng hải, radar thiên văn.

- D ựa vào nguyên tắc thu phát sóng vô tuyến: Radar xung,

radar phát sóng liên tục.

* Radar hàng h ải:

- Radar có ảnh chuyển động thật (True Motion- TM):

- Vị trí tàu chủ (tàu có lắp radar) trên máy chỉ thị sẽ dịch chuyển trên màn huỳnh quang theo hướng và vận tốc tương ứng với chuyển động của tàu mình

- Tín hiệu phản xạ của mục tiêu cố định sẽ đứng yên trên màn huỳnh quang, còn tín hiệu mục tiêu di động sẽ dịch chuyển tương ứng với chuyển động thật của nó và để lại phía sau nó một vệt sáng như "cái đuôi"

- Hướng đi và vận tốc của tàu chủ từ la bàn con quay và máy tính đường được đưa tự động hoặc bằng tay vào thiết bị tính toán

- Việc thay đổi các hình ảnh và vị trí điểm ban đầu của vệt quét (khi điểm đó dịch chuyển đến mép màn huỳnh quang hoặc đến vị trí dự tính) sẽ được thực hiện bằng tay hoặc tự động.

- Trong dạng hình ảnh CĐT, việc xác định phương vị và khoảng cách mục tiêu được tiến hành bằng thước ngắm điện tử

+ D ạng hình ảnh CĐT sử dụng thuận tiện khi đi trong vùng chật hẹp và vùng khó khăn, đồng

th ời nó loại trừ được hiện tượng không nét do dư quang như trong dạng hình ảnh CĐTĐ + Nh ưng dạng hình ảnh CĐT dùng để tránh va thì không thuận lợi, vì do hiện tượng dư

quang trên màn hu ỳnh quang không nhiều dẫn đến vệt ở sau tín hiệu phản xạ của tàu khác đi

ng ược hướng với tàu mình sẽ ít và chỉ nhìn thấy vệt này khi tốc độ tàu kia khá lớn; do đó xác định hướng chuyển động của nó dựa vào vệt đó có thể chỉ là gần đúng, còn vận tốc của nó không có kh ả năng xác định

+ D ạng hình ảnh CĐT không cho phép nhanh chóng xác định chính xác và đầy đủ mức độ nguy hi ểm của nguy cơ đâm va.

- Radar có ảnh chuyển động tương đối (Relative Motion- RM):

- Vị trí tàu chủ trên máy chỉ thị (điểm ban đầu của vệt quét dọc bán kính) là

cố định, chủ yếu tại tâm màn hình của máy chỉ thị (tâm tia quét).

- Tín hiệu phản xạ của các mục tiêu cố định (đảo, bờ biển, phao ) sẽ dịch chuyển trên màn huỳnh quang về phía ngược với hướng chuyển động của tàu, với vận tốc bằng vận tốc theo tỷ lệ màn huỳnh quang.

- Tín hiệu của các mục tiêu di động sẽ dịch chuyển theo hướng chuyển động tương đối với vận tốc tương đối, trong đó vận tốc tương đối bằng hiệu giữa vectơ vận tốc mục tiêu di động và vectơ vận tốc tàu mình.

+ D ạng hình ảnh CĐTĐ thuận tiện cho nhiệm vụ tránh va giữa các tàu với

nhau, vì d ựa vào các số liệu của hình ảnh trên màn huỳnh quang sẽ giải

quy ết nhiệm vụ này trực tiếp và nhanh chóng, chẳng hạn như nhanh chóng

xác định mức độ nguy hiểm của việc đâm va (khi thấy tín hiệu có hướng dịch

chuy ển về phía tâm màn huỳnh quang thì đó là nguy cơ đâm va).

+ Nh ược điểm của dạng này là hình ảnh của mục tiêu trên màn huỳnh

quang không nét do hi ện tượng dư quang (hiện tượng lưu quang) trên màn

hu ỳnh quang máy chỉ thị

3.1 Đo phương vị:

Để đo được phương vị của mục tiêu bằng Radar thì phải nối la bàn vào Radar Trên mặt phản ảnh của Radar có 2 vòng khắc độ, một vòng cố định nằm phía trong để chỉ góc mạn mục tiêu Vòng di động quay đồng bộ với mặt chỉ báo của la bàn dùng để chi hướng và phương vị mục tiêu

Ở chế độ chuyển động tương đối, lúc lấy phương vị mục tiêu thì ta phải lưu ý chế độ dấu mũi tàu (Heading Marker) hiện tại

3 Đo phương vị và khoảng cách bằng Radar

a Chế độ chỉ hướng mũi tàu (Head Up-HU):

Ở chế độ này tàu ta ở tâm màn hình, các mục tiêu chuyển

động tương đố so với tàu và dấu mũi tàu trùng số "0" trên

vành chia độ cố định Khi tàu ta thay đổi hướng thì dấu

mũi tàu vẫn nằm tại 0 nhưng ảnh mục tiêu quay ngược lại

với việc đổi hướng Việc này hoàn toàn không tốt khi tàu

chạy trong luồng phải thay đổ hướng liên tục, ảnh mục tiêu

quay theo gây ra hiện thượng làm cho chúng bị chồng chéo

lên nhau (vì ảnh trước còn lưu lại) Để tránh được hiện

tượng này ta có thể giảm khuếch đại cho ảnh trước mờ đi,

sau khi quay trở xong thì ta lại tăng khuếch đại trở lại.

Ở chế độ nay ta dễ dàng nhận được giá trị góc mạn của

mục tiêu và hướng la bàn

0 o

60 o

Mục tiêu (Target)

Heading Marker

Currsor

b Chế độ chỉ hướng bắc thật (North Up-NU) :

Khi nối la bàn phản ảnh với Radar và đặt ở chế độ

North - Up thì hướng bắc thật luôn nằm tại số không

vòng cố định, dấu mũi tàu chỉ đúng giá trị hướng đi của

tàu Khi tàu bị thay đổi hướng thì ảnh mục tiêu không

bị quay theo, tránh được khuyết điểm trên Song để đi

trên luồng thì bất tiện vì dễ lầm lẫn khi nhìn những mục

tiêu phía trước mặt trên thực địa và trên màn hình khác

nhau

0 o

60 o

Mục tiêu (Target)

Heading Marker

Currsor

140 o

c Chế độ chỉ hướng đi (Course Up-CU) :

Ở chế độ này thì dấu mũi tàu nằm tại vạch số 0 (vòng

cố định) Vì cấu tạo dấu mũi tàu có thể dao động về 2

phía trục dọc tàu khoảng 5 độ vì vậy khi mũi tàu lắc đảo

ở trên biển trong giới hạn góc nhỏ thì không gây hiện

tượng nhòe ảnh.

Theo yêu cầu của IMO thì thiết bị ARPA phải đảm bảo

có 2 chế độ dấu mũi tàu: North-Up hoặc Head-Up và

Course-Up.

0 o

60 o

Mục tiêu (Target)

Heading Marker Currsor

Course

Dấu chỉ hướng Bắc

Quy định của IMO về đo hướng

- Radar phải thể hiện được dấu mũi tàu (SHM: Ship Heading Marker) có độ mảnh nhỏ hơn 0,50 với sai số nhỏ hơn 10 và có thể tắt tạm thời SHM.

- Có thể đo hướng ngắm nhanh chóng tới bất kỳ mục tiêu nào xuất hiện trên màn ảnh với

+ V ới Radar thì việc đo khoảng cách chính xác hơn nhiều so với đo phương vị Độ chính

xác v ề đo phương vị bằng Radar có thể lấy trung bình từ 1-2 0 .

+ V ới những anten đặt thấp hơn ống khói tàu thì nó sinh ra góc "mù", những mục tiêu

n ằm trong góc mù thì Radar không phát hiện được Giá trị góc mù phụ thuộc vào kích

th ước và khoảng cách của vật cấu trúc trên tàu che phủ sóng phát từ anten.

+ Hi ện tượng "bóng râm" do các cấu trúc ngang như cột cần cẩu, dây chằng cần

c ẩu…gây ra, chúng làm suy yếu năng lượng tín hiệu của sóng truyền về, có thể làm mất

m ột số mục tiêu có tín hiệu phản xạ yếu phía trước mũi tàu

+ Để khắc phục góc mù, bóng râm, nhất là khi cảnh giới những mục tiêu nhỏ phía trước

có th ể ta cho tàu thay đổi hướng sang trái/phải trong chốc lát, hoặc thay đổi vị trí lắp đặt

anten.

3.2 Đo khoảng cách:

Có 2 loại vòng cự ly để đo khoảng cách trên Radar: Vòng cự ly cố định (RM: Range Marker) và vòng cự ly di động (VRM: Variable Range Marker)

a Tiêu chuẩn của IMO về thang tầm xa:

- Radar phải có một trong 2 mức thang tầm xa: 0,8; 1,5; 3; 6; 12; 24NM và 0,8; 1; 2; 4; 8; 16; 32NM

0,5 Quy định về thang đo khoảng cách:

+ Giá trị về thang tầm xa và khoảng cách giữa các vòng cự ly cố định phảiđược ghi một cách rõ ràng

+ Ở thang đo dưới 0,8NM phải có ít nhất 2 vòng cự ly cố định

+ Ở các thang đo còn lại phải có 6 vòng cự ly cố định (Ví dụ: tại thang đo 6 hải lý thì có 6 vòng cự ly cố định và như vậy khoảng cách giữa 2 vòng cự ly cố địnhtương ứng với 1 hải lý)

+ Ở các thang đo mức 1, 2, 4, 8 32NM thì phải có 4 vòng cự ly cố định

- Radar phải có vòng cự ly di động và khoảng cách phải được chỉ báo bằng số

- Sai số về khoảng cách đo bằng vòng cự ly cố định (RM) hay di động (VRM) phảinhỏ hơn 1,5% thang đo đang dùng hay bằng 70m (chọn giá trị nào nhỏ hơn)

- Phải thay đổi được độ sáng của RM và VRM và cũng có thể tắt hẳn được RM hay VRM

b Khi sử dụng vòng cự ly cố định:

Khoảng cách từ tàu tới mục tiêu chính là khoảng cách từ tâm màn hình (khi tâm hình học trùng với tâm điện tử) tới vị trí ảnh mục tiêu đang

đo, ứng với thang cự ly hiện tại Khi xác định khoảng cách thì phải lưu

ý sử dụng thang khoảng cách nào để đọc các giá trị cho đúng.

Nếu mục tiêu không nằm trên vòng cự ly cố định thì ta phải nội suy Điều này có thể dẫn tới sai số.

c Khi sử dụng vòng cự ly di động:

Bằng cách điều chỉnh tăng giảm ta cho vòng cự ly di động đến tiếp xúc với vị trí mục tiêu cần đo (có thể đó là mép ảnh đối với những mục tiêu lớn hay tâm của ảnh nếu mục tiêu đó là một chấm sáng trên màn ảnh) Khoảng cách mục tiêu trên màn ảnh Radar là khoảng cách

từ tâm điện tử (vị trí tàu) tới vị trí tiếp xúc ảnh mục tiêu cần đo, nó được chỉ báo trên mặt màn hình hay cửa sổ nằm ở ngoài

3.3 Độ chính xác của việc đo khoảng cách và phương vị mục tiêu bằng Radar

a Độ chính xác của việc đo khoảng cách

- Độ chính xác khi đo khoảng cách của một mục tiêu nếu lấy theo tiêu chuẩn của IMO thì sai số cự ly khoảng 1,5% của thang đo đang

sử dụng (Ví dụ: với thang đo 12 hải lý thì sai số là 12 x 0,015 =

0,18 hải lý).

- Độ chính xác phụ thuộc nhiều vào việc điều chỉnh vòng cự ly di động so với vòng cự ly cố định Về mặt kỹ thuật đối với Radar thì vòng cự ly cố định chính xác hơn vòng cự ly di động.

- Việc xác định đại lượng sai số này thường được thực hiện ở trong cảng, tại một vị trí nào đó chính xác đã biết, người ta tiến hành đo khoảng cách bằng Radar, sau đó ta đo trên hải đồ và so sánh 2 giá trị đó với nhau.

b Độ chính xác của việc đo phương vị bằng Radar

- Trong lúc Radar hoạt động có thể do việc quay không đồng bộ giữa anten và tia quét trên màn ảnh, do dấu mũi tàu không nằm trên trục

dọc tàu…sẽ gây ra sai số về hướng Những sai số này thường có giá trị lớn và phải được điều chỉnh lại Sai số về hướng còn có thể do tàu lắc đảo gây lệch hướng giữa búp phát và hướng anten (thường sai số này nhỏ và không cần quan tâm)

- Ngoài ra khi sự truy theo của la bàn phản ảnh trong Radar và la bàn chính có sai số cũng gây ra sai số về phương vị đo, chúng ta cần làm đồng bộ và xác định trước độ phân giải của Radar

- Sai số về hướng có thể do việc ta cho tia quét tiếp xúc với ảnh cần đo không chính xác Khi ta điều chỉnh các chế độ Radar không tốt thì ảnh

có thể bị loá hoặc bị lu mờ, việc đo đạc lúc này dẫn đến sai số Vì vậy kinh nghiệm sử dụng Radar là cần thiết.

1 Xác định vị trí tàu

III 3 ỨNG DỤNG CỦA RADAR TRONG HÀNG HẢI

a Phương pháp dùng 2, 3…khoảng cách đồng thời của các mục tiêu mà Radar thu được

- Thứ tự để đo khoảng cách phải tuân thủ nguyên tắc: mục tiêu khó đotrước (tránh mất mục tiêu), mục tiêu nào có khoảng cách biến thiên

chậm đo trước, nhanh đo sau

- Chọn các điểm, các mép bờ rõ nét, dễ nhận biết trên màn hình và trênhải đồ để cho vòng cự ly di động tiếp xúc Khi đo ở điểm nào thì thaotác trên hải đồ cũng phải lấy điểm đó làm tâm để quay cung tròn

- Đối với những mục tiêu, mép bờ có hình ảnh tín hiệu yếu phải hết sứclưu ý khi cho vòng cự ly di động tiếp xúc, những đường bờ thấp, bàibùn thì hình ảnh thu được sẽ bị biến dạng so với hải đồ và khoảng cách

đo được thường lớn hơn khoảng cách thực trên hải đồ

-Phải sử dụng những hải đồ mới được tu chỉnh cẩn thận, nhất là nhữngkhu vực, vùng hải cảng mà con người đang kiến thiết, xây dựng thì hìnhdạng đường bờ thay đổi thường xuyên, xuất hiện những phao tiêu

có gắn các Racon, Ramark…

b Sử dụng phương pháp kết hợp 1 phương vị và 1 hoặc 2, 3 khoảng cách

Vì tính ưu việt của phương pháp sử dụng 1 phương vị và một khoảng cách

để xác định vị trí tàu là nhanh, chỉ cần dùng 1 mục tiêu, góc kẹp giữa 2 đường vị trí bằng 900 (giảm thiểu sai số ngẫu nhiên trong vị trí xác định), nên trong thực tế người ta rất hay dùng

Phương pháp này có khuyết điểm lớn là không có đường vị trí thứ 3

để kiểm tra độ chính xác của vị trí xác định, vì vậy người ta có thể

đo 2, 3…khoảng cách tới các mục tiêu và đo 1 phương vị tới một

trong các mục tiêu đó hoặc có thể tới một mục tiêu nào đó có mặt trên màn hình và có ghi trên hải đồ Phương pháp dùng kết hợp này đặc biệt có ý nghĩa khi ta nhận dạng nhầm mục tiêu.

2 Dẫn tàu hành trình

Trong quá trình dẫn tàu hành trình, tầm quan trọng của những thông tin mà Radar cung cấp phụ thuộc vào hoàn cảnh và tuyến đường

hành trình của tàu trên biển Mặc dù trên các tàu có trang bị máy

định vị bằng vệ tinh, máy đo sâu dò cá, vô tuyến tầm

phương nhưng trong những tình huống cần thiết chúng ta vẫn có thể sử dụng RADAR để xác định vị trí tàu (dựa trên 3 khoảng cách của mục tiêu, 3 phương vị của mục tiêu đo được bằng Radar), ngoài

ra Radar hỗ trợ cho thuyền trưởng có một tầm nhìn bao quát vị trí tương đối của các mục tiêu so với tàu mình trong công tác điều động tàu

3 Dẫn tàu tiếp cận bờ

Khi đưa tàu tiếp cận bờ có đảm bảo an toàn hay không là phụ thuộc và độchính xác vị trí tàu mà họ dự đoán và dặc tính bờ biển nơi họ tiếp cận Cóthể tưởng tượng rằng khi không thể quan sát được lục địa trong một

khoảng thời gian nào đó mà cũng không có các mục tiêu cố định ở gần đểxác định vị trí, thì nhà hàng hải phải xét tới khả năng trôi dạt mà họ tínhtoán được Nhưng ở nhiều nơi trên thế giới, việc tính toán có thể có nhữngsai số đáng kề, không lường trước được, các sai số này không thể hoàn toànloại trừ bằng cách đo sâu

Mặc dù đo sâu có thể cho ta đường vị trí hợp lý hoặc có thể sử dụng nhưmột đường giới hạn đối với các chướng ngại vật nguy hiểm dọc bờ và xa

bờ, nhưng chúng không cho ta một điểm cố định mà nhà hàng hải có thể xử

lý nó một cách tin tưởng

Mục đích chính của nhà hàng hải dẫn tàu tiếp cận bờ khi thời tiết dày đặc lànhận biết một số các địa hình trên mặt nước và xác định vị trí tàu của mìnhtương đối với các địa hình đó

Radar thường được sử dụng để dẫn tàu tiếp cận bờ, tiếp cận lục địa khi tầmnhìn xa bị hạn chế sau một thời gian hàng hải xa bờ

4 Dẫn tàu trong vùng nước hạn chế

Sau khi dẫn tàu tiếp cận bờ thành công ở khoảng cách an toàn và đi ven bờ

về phía cảng Tàu sẽ bắt đầu vào luồng và đi qua nhiều chướng ngại vật

nguy hiểm, tuy ở đây có nhiều dấu hiệu hàng hải, nhưng lại có nhiều

phương tiện và tàu bè khác Khi thời tiết xấu, tình huống nhập bờ thay đổi, tình huống sẽ thay đổi nhiều hơn khi đi ven bờ

Còn trong luồng lạch thì không có những tình huống bị thay đổi nhiều nhất,

mà nó còn thay đổi rất nhanh từng phút một Theo cách của các nhà hànghải thì nhịp độ hành trình lúc này tăng lên nhanh chóng, đồng thời độ chínhxác của việc xác định vị trí cũng phải được nâng cao

Ở đây cần lưu ý rằng việc làm chệch hướng đi khỏi đường đi dự định, sẽlàm tăng thêm tình trạng khẩn trương vào thời điểm đó, đòi hỏi nhà hànghải phải làm hành động với tốc độ nhanh và độ chính xác cao

Trong khi hành trình như vậy, về một số mặt nào đó sẽ phát sinh sự biếnđổi rất lớn trong kỹ thuật hàng hải Trong các trường hợp trước đây: dẫn tàuhành trình, dẫn tàu nhập bờ, thời gian có đủ cho phép chuyển thông tin

Radar từ màn hình hiện sóng lên trên hải đồ Nhưng trong những vùng

nước chật hẹp, hạn chế có thể tưởng tượng rằng tình huống thay đổi rất

nhanh, vì lý do này hay lý do khác việc thay đổi hướng sẽ diễn ra liên tiếpnhanh chóng đến lỗi không kịp tiến hành vẽ vết tàu lên hải đồ