Luận án Tiến sĩ Nguyễn Quang Huy

Phần mềm gồm có 3 phần là tính toán hệ số độ chính xác Kc, Tính toán xác suất xác định vị trí tàu theo sai số bình phương trung bình cho trước và hệ số độ chính xác Kc của khu vực biển[r]

(1)

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGUYỄN QUANG HUY

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC

DẪN ĐƯỜNG CHO TÀU NGẦM HOẠT ĐỘNG

TRONG KHU VỰC BIỂN ĐÔNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

(2)

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGUYỄN QUANG HUY

NGHIÊN CỨU NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC

DẪN ĐƯỜNG CHO TÀU NGẦM HOẠT ĐỘNG

TRONG KHU VỰC BIỂN ĐÔNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: KHOA HỌC HÀNG HẢI MÃ SỐ: 9840106 CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC HÀNG HẢI

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Viết Thành

HẢI PHÒNG – 2020

(3)

i

LỜI CAM ĐOAN

Tên Nguyễn Quang Huy - Nghiên cứu sinh chuyên ngành Khoa học hàng hải tác giả luận án tiến sĩ: “Nghiên cứu nâng cao độ xác dẫn đường cho tàu ngầm hoạt động khu vực Biển Đông ”, hướng

dẫn tập thể người hướng dẫn khoa học: Thầy PGS TS Nguyễn Viết Thành thầy PGS TS Phạm Xuân Dương, thực Trường Đại học Hàng hải Việt Nam

Bằng danh dự thân, nghiên cứu sinh cam đoan rằng:

- Luận án cơng trình nghiên cứu riêng nghiên cứu sinh, khơng có phần nội dung chép cách bất hợp pháp, từ cơng trình nghiên cứu tác giả hay nhóm tác giả khác;

- Các số liệu, kết nghiên cứu nêu luận án, chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác trước đó;

- Các thơng tin, số liệu trích dẫn, tài liệu tham khảo luận án rõ xuất xứ, nguồn gốc đảm bảo tính trung thực./

Hải Phịng, ngày 22 tháng 04 năm 2020 Nghiên cứu sinh

Nguyễn Quang Huy

(4)

ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Viện Đào tạo Sau đại học Trường Đại học Hàng hải Việt Nam cho phép tạo điều kiện cho thực luận án

Luận án khơng thể hồn thành thiếu hướng dẫn, cổ vũ động viên hỗ trợ nhiều cá nhân đơn vị

Trước tiên, tơi xin bày tỏ kính trọng lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Viết Thành PGS.TS Phạm Xuân Dương, hai người Thầy hướng dẫn, động viên giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu viết luận án Những nhận xét đánh giá Thầy, đặc biệt gợi ý hướng giải vấn đề suốt trình nghiên cứu, thực học vô q giá tơi khơng q trình viết luận án mà hoạt động nghiên cứu chuyên môn sau

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể giảng viên Khoa Hàng hải – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Học viện Hải quân, Thầy giúp đỡ, góp ý tạo điều kiện tốt cho tơi q trình nghiên cứu viết luận án mình, ln giúp đỡ động viên tơi suốt q trình học tập nghiên cứu

(5)

iii MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC ix

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ xi

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ xii

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết đề tài luận án

2 Tổng quan tình hình nghiên cứu có liên quan đến đề tài luận án

2.1 Những nghiên cứu nước ngoài phát triển thiết bị và công nghệ phục vụ dẫn đường cho tàu ngầm giới 4

2.2 Những nghiên cứu nước 8

3 Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu 10

3.1 Mục đích nghiên cứu 10

3.2 Đối tượng nghiên cứu 11

3.3 Phạm vi nghiên cứu 11

4 Phương pháp nghiên cứu 11

5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 12

5.1 Ý nghĩa khoa học 12

5.2 Ý nghĩa thực tiễn 12

(6)

iv

7 Kết cấu luận án 13

CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ ĐỘ CHÍNH XÁC DẪN ĐƯỜNG CHO TÀU NGẦM 14

1.1 Mơ hình toán học tàu ngầm 14

1.1.1 Các hệ tọa độ và ký hiệu quy ước 14

1.1.2 Mơ hình tốn học phương trình chuyển động tàu ngầm 19

1.1.3 Mơ hình tốn học tàu ngầm chuyển động gần bề mặt 21

1.1.4 Mơ hình tốn học tàu ngầm chuyển động ngầm 22

1.2 Các phương pháp dẫn đường cho tàu ngầm 26

1.2.1 Dẫn đường cho tàu ngầm và độ sâu kính tiềm vọng 26 1.2.2 Dẫn đường tàu ngầm ngầm 29

1.3 Hệ thống dẫn đường quán tính tàu ngầm 32

1.3.1 Khái niệm dẫn đường quán tính 32

1.3.2 Nguyên lý chung hệ thống dẫn đường quán tính 33

1.3.3 Nghiên cứu số hệ thống dẫn đường quán tính 42

1.4 Độ xác dẫn đường tàu ngầm 43

1.5 Kết luận chương 45

CHƯƠNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC DẪN ĐƯỜNG CHO TÀU NGẦM 46

2.1 Ảnh hưởng yếu tố ngoại cảnh đến độ xác dẫn đường cho tàu ngầm 46

(7)

v

2.1.2 Đánh giá ảnh hưởng số yếu tố ngoại cảnh đến độ xác dẫn đường cho tàu ngầm khu vực Biển Đông 50 2.2 Ảnh hưởng hệ thống dẫn đường quán tính đến độ xác dẫn đường tàu ngầm 59

2.2.1 Đồng chỉnh hệ thống quán tính 59 2.2.2 Sai số hệ thống INS 61 2.2.3 Các yếu tố cấu tạo ảnh hưởng đến làm việc xác hệ thống dẫn đường quán tính 67 2.3 Ảnh hưởng thủy thủ đồn độ xác dẫn đường tàu ngầm 69 2.4 Kết luận chương 70 CHƯƠNG CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC DẪN ĐƯỜNG CHO TÀU NGẦM TRONG KHU VỰC BIỂN ĐÔNG 72 3.1 Giải pháp kỹ thuật nâng cao độ xác cho dẫn đường tàu ngầm 72 3.1.1 Kết hợp hệ thống dẫn đường quán tính hệ thống vệ tinh định vị dẫn đường toàn cầu sử dụng lọc Kalman 72 3.1.2 Kết hợp tốc độ kế tuyệt đối (Doppler Velocity Log – DVL) hệ thống dẫn đường quán tính (INS/ DVL) 73 3.1.3 Một số giải pháp kỹ thuật khác 74 3.2 Giải pháp huấn luyện đảm bảo nâng cao độ xác cho dẫn đường tàu ngầm hành trình ngầm 82

(8)

vi

3.2.3 Lập kế hoạch biển kế hoạch xác định vị trí tàu 88

3.2.4 Huấn luyện khai thác sử dụng tốt trang thiết bị hàng hải có 92

3.3 Giải pháp ứng dụng công nghệ thông tin xây dựng phần mềm “Xử lý thơng tin vị trí tàu” 95

3.3.1 Lưu đồ thuật toán 95

3.3.2 Thiết kế chương trình 96

3.3.3 Các chức chương trình 97

3.3.4 Đánh giá kết sử dụng phần mềm “Xử lý thông tin vị trí tàu” 105 3.4 Kết luận chương 108

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 109

1 Kết luận 109

2 Kiến nghị 110

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA NGHIÊN CỨU SINH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO 113

(9)

vii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ADC - Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tín hiệu CG - Center of Gravity Trọng tâm vật CPU - Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm

CQ Con quay

DVL – Doppler Velocity Log Tốc độ kế tuyệt đối EKF - Extended Kalman Filter Bộ lọc Kalman mở rộng DARPA - Defense Advanced

Research Projects Agency

Cơ quan dự án nghiên cứu quốc phòng Hoa Kỳ

GLONASS (ГЛОНАСС) - Глобальная навигационная спутниковая система

Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu Nga

GNSS - Global Navigation Satellite System

Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GPS - Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

GTK Gia tốc kế

GINS – Gimbaled Inertial Navigation System

Hệ thống dẫn đường qn tính có đế

HP Hải Phòng

IMU - Inertial Measurement Unit Khối đo quán tính

INS - Inertial Navigation System Hệ thống dẫn đường quán tính ISA - Inertial System Assembly Khối cảm biến quán tính

KF - Kalman Filter Bộ lọc Kalman

LBCQ La bàn quay

MEMS – Micro Electro Mechanical

System Hệ thống vi điện tử

NCS Nghiên cứu sinh

NED (North, East, Down);

ENU(East, North, Up) Các trục hệ toạ độ dẫn đường NAVSAT - Navigation Satellite Vệ tinh hàng hải

(10)

viii

Pitch Góc lắc dọc

Roll Góc lắc ngang

Yaw Góc quay trở

(11)

ix

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC

Ký hiệu Ý nghĩa

 Vĩ độ

 Kinh độ

N, E Góc sai lệch đồng chỉnh theo trục Bắc, Đơng

D Góc sai lệch đồng chỉnh phương vị

 Hệ số tỷ lệ gia tốc

 Tần số Schuler

 Dữ liệu đo quay

 Sai số gia tốc kế

M Sai số ngẫu nhiên giá trị M

m Vận tốc góc tuyệt đối

m-n Vận tốc góc tương ứng hệ m n

Vận tốc góc tuyệt đối hệ m dạng ma trận Độ trôi cảm biến quay theo trục m

m Vận tốc góc tương đối hệ m

 Quaternion chuyển động chậm

 Gia số góc

m Quaternion chuyển động nhanh

m* Quaternion góc quay nhỏ

W Gia số vận tốc

a Gia tốc

B Sai số tĩnh

b11…b33 Các phần tử ma trận

e Tâm sai

f Lực tác động

g Gia tốc trọng trường

h Độ sâu đối tượng

Q Quaternion

q0 Các phần tử Quaternion

R Ma trận đo nhiễu

R Bán kính cong elip theo vĩ độ

R Bán kính cong elip theo kinh độ

Ma trận chuyển tọa độ từ hệ n sang hệ m

m



dr m



n R

(12)

x

T Thời gian tính

U Vận tốc góc quay Trái đất

(13)

xi

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ĐỒ

Số bảng Tên bảng Trang

Bảng 1.1 Chuyển động tàu ngầm bậc tự 16

Bảng 1.2 Giới thiệu độ xác số hệ thống dẫn đường

quán tính 42

Biều đồ 2.1 Biểu đồ khả làm việc liên quan đến mức độ stress 70 Bảng 3.1 Minh họa số liệu đo đạc để tính hệ số Kc 85

Bảng 3.2 Bảng “KẾ HOẠCH HÀNH TRÌNH” 91

Bảng 3.3 Bảng “KẾ HOẠCH XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TÀU” 92

(14)

xii

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Số hình Tên hình vẽ đồ thị Trang

Hình 1.1 Ký hiệu quy ước mô tả chuyển động tàu

bậc tự 14

Hình 1.2 Quy ước hướng dương đại lượng tàu ngầm theo

chuyển động ngang 17

Hình 1.3 Quy ước hướng dương đại lượng tàu ngầm theo

chuyển động dọc 17

Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc hệ thống dẫn đường thủy âm với

đường đáy sở 30

Hình 1.5 Sơ đồ cấu trúc hệ thống với đáy sở ngắn đài mốc 31 Hình 1.6 Thành phần hệ thống dẫn đường quán tính 32

Hình 1.7 Sơ đồ ngun lý hệ thống dẫn đường qn tính

có đế 34

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn đường qn tính

khơng đế 40

Hình 2.1 Bản đồ độ sâu Biển Đơng 48

Hình 2.2 Sơ đồ phân bố dòng chảy tầng mặt Biển Đông lân

cận vào mùa đông 49

Hình 2.3 Sơ đồ phân bố dịng chảy tầng mặt Biển Đông lân

cận vào mùa hè 50

Hình 2.4 Các lực thủy tĩnh tác dụng vào tàu ngầm 51

Hình 2.5 Góc tới góc dạt 54

(15)

xiii

Hình 2.7 Chuyển động lượn vòng tàu ngầm bắt mục tiêu 65

Hình 2.8 Minh hoạ chuyển động Sculling gia tốc kế

gây sai số 66

Hình 2.9 Các thơng số hệ thống dẫn đường qn tính

cung cấp 69

Hình 3.1 Kiểu kết hợp lỏng lẻo 72

Hình 3.2 Kiểu kết hợp chặt 73

Hình 3.3 Hai phương án kết hợp INS/DVL 74

Hình 3.4 Sự lan truyền âm nước 76

Hình 3.5 Bố trí máy thu âm tàu ngầm 76 Hình 3.6 Ví dụ hải đồ chuyên dùng cho tàu ngầm 80

Hình 3.7 Sơ đồ tổ chức thơng tin Khoang điều khiển

tàu ngầm NCS đề xuất 81

Hình 3.8 Xác định khu vực nguy hiểm xác suất xác định vị trí tàu 90 Hình 3.9 Lưu đồ thuật tốn phần mềm “ Xử lý thơng tin VTT” 96 Hình 3.10 Màn hình nhập liệu thơng tin vị trí tàu để tính Kc 97

Hình 3.11 Kết sau nhấn nút Tính 98

Hình 3.12 Giao diện nhập liệu tính tốn 99 Hình 3.13 Xác suất xác định VTT ứng với sai số cho trước 100

Hình 3.14 Q trình lặn theo góc lặn biển đến độ sâu công tác

và hành quân tàu ngầm 100

Hình 3.15 Nhận liệu dịng chảy 102

(16)

xiv

(17)

1 MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài luận án

Việt Nam quốc gia với 3000km bờ biển vùng biển rộng gấp lần diện tích đất liền Các quần đảo Hồng Sa Trường Sa có vị trí quan trọng kinh tế hàng hải lẫn qn Chính thập niên gần đây, Biển Đông điểm nóng qn khu vực Vì vậy, việc nghiên cứu, khai thác bảo vệ hoạt động Biển Đông theo công ước quốc tế cách có hệ thống trở nên cấp bách hết

Xác định vai trị, vị trí, tầm quan trọng Biển Đơng, Hội nghị lần thứ Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam Khoá X Nghị số 09/NQ-TW “Chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020”[1] Sau 10 năm thực hiện, qua tổng kết xác định Nghị vào sống đạt kết quan trọng, ngày 22/10/2018, Hội nghị Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam Khóa XII tiếp tục Nghị số 36/NQ-TW “Chiến lược phát triển bền vững kinh tế biển Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045”[2] “Việc đề Chiến lược phát triển bền vững kinh tế biển Việt Nam nhằm góp phần thúc đẩy tăng trưởng kinh tế nước, tận dụng tiềm có để phát triển quan trọng bậc bảo vệ chủ quyền biển, đảo Tổ quốc lợi ích quốc gia tối thượng” - đồng chí Trần Hồng Hà[69] Điều khẳng định rõ quan tâm đặc biệt Đảng, Nhà nước ta biển đặt yêu cầu nhiệm vụ quan trọng bậc bảo vệ chủ quyền biển, đảo

(18)

2

Binh chủng tàu ngầm trực thuộc Quân chủng Hải quân Ngày 29/5/2013, Tư lệnh Hải quân công bố Quyết định Bộ trưởng Bộ Quốc phịng việc thành lập Lữ đồn tàu ngầm 189[70] Lữ đoàn trang bị tàu ngầm diesel – điện lớp KILO 636[71], có khả tác chiến cao lực lượng chủ lực Hải quân nhân dân Việt Nam

(19)

3

việc đưa vào nhiều yếu tố hiệu chỉnh giúp hệ thống dẫn đường qn tính hoạt động cách hiệu để hệ thống làm việc tự động

Khi tàu hành trình biển, người điều khiển tàu phải tiến hành hàng loạt đo đạc tính tốn khác nhau, nhằm xác định vị trí tàu, xác định thành phần chuyển động tàu thực nhiệm vụ khác biển Có nhiều định nghĩa dẫn đường, nhiên luận án này, tác giả sử dụng thuật ngữ “navigation” định nghĩa theo từ điển Oxford[65], tạm dịch là: “Dẫn đường trình hành động xử lý liên tục để xác định vị trí chính xác tàu lập kế hoạch hành trình theo tuyến kế hoạch đó” Vì vậy, ngồi việc lập kế hoạch, xác định xác vị trí tàu liên tục thời điểm phần quan trọng dẫn đường Dẫn đường cho tàu ngầm khác với dẫn đường cho tàu mặt nước hai điểm sau:

- Thứ nhất, tàu mặt nước cần xác định vị trí tàu theo không gian chiều, tức cần xác định tọa độ theo kinh độ vĩ độ (hệ tọa độ XY), tàu ngầm cần xác định vị trí tàu theo khơng gian chiều, ngồi kinh, vĩ độ cịn có độ sâu theo trục Z hướng xuống (hệ tọa độ XYZ)

- Thứ hai là, tàu mặt nước kể tàu ngầm, có trang bị hệ thống dẫn đường qn tính hay khơng, hành trình ln ln có điều kiện quan sát vệ tinh hệ thống GNSS, tàu ngầm phương án kết hợp GNSS/INS Khi hành trình ngầm, tàu ngầm hồn tồn sử dụng hệ thống dẫn đường qn tính số phương án kỹ thuật kết hợp khác để dẫn đường mà hẳn tín hiệu từ hệ thống vệ tinh dẫn đường

(20)

4

nước để xác định hiệu chỉnh vị trí Đối với số Quốc gia Mỹ, Nga, Trung Quốc, Nhật Bản Liên minh châu Âu, họ phát triển hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu riêng, dành kênh riêng cho quân nên việc hiệu chỉnh vị trí cho tàu ngầm đảm bảo tính bí mật Tàu ngầm quân Việt Nam hoạt động vùng biển Việt Nam, chưa xây dựng phát triển hệ thống vệ tinh định vị tồn cầu riêng Do việc xác định vị trí tàu ngầm hành trình ngầm xác, phù hợp với điều kiện thực tế biển Việt Nam, phục vụ cho việc tối ưu hóa dẫn đường yêu cầu cần thiết cấp bách Mặt khác, liên quan đến bí mật quân sự, hoạt động tác chiến, khơng có nhiều tài liệu nghiên cứu dẫn đường ngầm cho tàu ngầm công bố quốc gia có tàu ngầm Trước yêu cầu trên, tác giả chọn lựa nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu nâng cao độ xác dẫn đường cho tàu ngầm hoạt động khu vực Biển Đông” cần thiết đáp ứng nhiệm vụ cấp bách thực tế đặt

2 Tổng quan tình hình nghiên cứu có liên quan đến đề tài luận án

2.1 Những nghiên cứu nước phát triển thiết bị công nghệ phục vụ dẫn đường cho tàu ngầm giới

(21)

5

thừa nghiên cứu có trước đây, đưa tranh tổng thể nghiên cứu tính phương tiện thủy, bao gồm phương trình thủy động học phương tiện thủy điều khiển chuyển động Trong phần thủy động học ngồi mơ hình đối tượng thủy, có tàu ngầm, cịn xét đến ảnh hưởng gió dòng chảy đến chúng Phần chuyển động phương tiện thủy đề cập đến hệ thống đạo, điều khiển dẫn đường cho phương tiện thủy Trong chương 13, tác giả khuyến khích độc giả tiếp tục nghiên cứu mơ hình điều khiển nâng cao riêng mình, cho mơ hình điều khiển hiệu đơn giản nhất[49]

Luận án Tiến sĩ tác giả Antonio Angrisano với đề tài “GNSS/INS Integration Methods” trình bày phương pháp kết hợp dẫn đường hệ thống vệ tinh dẫn đường tồn cầu với hệ thống dẫn đường qn tính cho phương tiện di chuyển đất liền với cảm biến quán tính chi phí thấp[21] Luận án Tiến sĩ tác giả Griffin, Michael James với đề tài “Numerical prediction of the maneuvering characteristics of submarines operating near the free surface”, trình bày phương pháp dự báo số cho đặc tính điều động tàu ngầm hoạt động gần bề mặt, đánh giá tác động lực thủy động mô men thủy động đến việc ổn định điều động cho tàu ngầm hành trình[29]

(22)

6

kế tuyệt đối – DVL, thiết bị thủy âm đưa kết mà khơng nói rõ thuật tốn thực bí mật qn bí mật kinh doanh sản phẩm[34]

Luận án Tiến sĩ tác giả Лочехин, Алексей Владимирович với đề tài “Интегрированная система с инерциальным модулем на электростатическом гироскопе и микромеханических датчиках” trình bày hệ thống tích hợp mơ đun qn tính quay điện vi cơ, xây dựng cacác thuật toán hệ thống tích hợp định hướng dẫn đường dựa quay điện vi hệ qn tính khơng đế cho phương tiện ngầm[59]

Luận án Tiến sĩ tác giả Литвиненко, Юлия Александровна với để tài “Оптимизация алгоритмов инерциальной навигационной системы морских объектов” trình bày tối ưu hóa hệ thống dẫn đường qn tính cho phương tiện thủy, đánh giá nghiên cứu có hệ thống dẫn đường qn tính, từ đưa số giải pháp nhằm tăng cường độ tin cậy hệ thống dẫn đường quán tính[58]

Luận văn Thạc sĩ tác giả Geoffrey P Carrigan “The Design of an Intelligent Decision Support Tool for Submarine Commanders” đề cập thiết kế công cụ hỗ trợ định hành động sĩ quan huy tàu ngầm tình cụ thể, có định điều khiển tàu ngầm[28]

Luận văn Thạc sĩ tác giả Erik Lind & Magnus Meijer với đề tài “Simulation and Control of Submarines”, mơ phương trình chuyển động xây dựng hệ thống điều khiển chuyển động mơ hình tàu ngầm phịng thí nghiệm, từ đánh giá khác biệt yếu tố thủy động lý thuyết thực tế[27]

(23)

7

là (POSYDON - Positioning System for Deep Ocean Navigation) hỗ trợ phương tiện biển điều khiển xác hành trình bề mặt đại dương Hệ thống POSYDON nhằm mục đích thay phương pháp dẫn đường tại, theo việc định vị cho phép phương tiện nước sử dụng nguồn âm đa dải dài, tích hợp vị trí cố định xung quanh đại dương, tàu thuyền thực việc nhận tín hiệu định vị khoảng cách lớn

Tập đoàn “Oceanpribor” (Nga) chế tạo hệ thống định vị “Positioner”[72], có khả dẫn đường cho thiết bị tàu ngầm không người lái với độ xác cao độ sâu nhiều km lòng biển Hệ thống bao gồm thiết bị lặn không người lái (ANPA), phao thủy âm với thiết bị vệ tinh "Gonets-D1M" thiết bị định vị GLONASS Các ANPA có khả tuần tra khu vực lịng biển độ sâu đến km, định hướng theo phao tiêu thủy âm đáy biển Các phao mang thơng số định vị siêu xác, nhờ thiết bị lặn xác định xác vị trí Các phao thực chức truyền thông tin lên mặt nước

Một nghiên cứu nghiên cứu hệ thống la bàn lượng tử (quantum compass)[74] Hệ thống la bàn lượng tử phát triển Bộ Quốc phòng Vương quốc Anh để sử dụng tàu ngầm máy bay tương lai, phương pháp cách mạng sử dụng hiệu ứng nguyên tử từ trường Trái đất, độ xác đạt tới dm

(24)

8

tàu mẹ phao thủy âm nhằm hỗ trợ phương tiện ngầm dẫn đường theo tuyến nghiên cứu định trước, đảm bảo độ xác Các nghiên cứu thực cơng khai khơng mang tính bí mật hoạt động Các phương tiện ngầm thử nghiệm loại không người lái AUV ROV Rất phương tiện ngầm có người lái thử nghiệm bên Các hệ thống hoạt động phương tiện mang tính tự động hóa cao

Có thể nói, việc nghiên cứu nước ngồi dẫn đường cho tàu ngầm đa dạng, nhiên lý bí mật quân lý bí mật kinh doanh, nghiên cứu công bố không đầy đủ, đưa kết để chào hàng cho công tư mua lại công nghệ Đối với cơng ty, việc nghiên cứu chi tiết địi hịi nhiều thời gian công sức tập thể đội ngũ chun gia Cơng ty, họ bán sản phẩm với thông số kỹ thuật cần thiết, việc công bố cách thức chế tạo, mơ hình tốn hệ thống họ cất giữ nghiêm ngặt[24] Đối với lực lượng Hải quân nước có đội tàu ngầm, việc hành trình ngầm, hoạt động trinh sát thực nhiệm vụ khác thường giữ bí mật, số liệu thu thập trình hành quân coi tài liệu tối mật không cung cấp

2.2 Những nghiên cứu nước

(25)

9

tích, thiết kế thực thi hướng đối tượng điều khiển chuyển động cho AUV/ASV cơng nghệ hệ thống hướng mơ hình kết hợp với ngơn ngữ mơ hình hóa hệ thống, ngơn ngữ mô Modelica automate lai Tuy nhiên, nghiên cứu đề cập đến điều khiển chuyển động bám hướng phương tiện ngầm tự hành cỡ nhỏ mà khơng có kết hợp với hệ thống dẫn đường quán tính dẫn đường ngầm

Luận văn Thạc sĩ KS Võ Hồng Hải “Mô điều khiển hướng và độ sâu phương tiện ngầm điều khiển nơ-ron ANNAI” đưa toán chuyển động phương tiện ngầm với bậc tự mô điều khiển hướng độ sâu phương tiện ngầm điều khiển nơ ron ANNAI, chưa đưa giải pháp để nâng cao chất lượng dẫn đường cho hệ thống[7]

Luận văn Thạc sĩ KS Nguyễn Quang Huy “Nghiên cứu xây dựng mơ hệ thống dẫn đường qn tính MATLAB phục vụ giảng dạy Học viện Hải quân” dừng lại mức nghiên cứu lý thuyết có hệ thống dẫn đường qn tính (có đế, khơng đế), đưa giải thuật xác định vị trí hệ thống dẫn đường qn tính khơng đế mơ hệ thống dẫn đường qn tính khơng đế MATLAB phục vụ giảng dạy Học viện Hải quân[10],[17],[11]

Luận văn Thạc sĩ KS Lê Văn Kỷ “Nghiên cứu hệ thống dẫn đường qn tính khơng đế” nghiên cứu cấu tạo hệ thống dẫn đường qn tính khơng đế, nguyên lý làm việc loại cảm biến quay, gia tốc kế sử dụng Luận văn trình bày giải thuật dẫn đường hệ thống dẫn đường qn tính khơng đế mơ giả thuật MATLAB[12]

(26)

10

xa Tàu ngầm Kỹ sư Phan Bội An có 01 người lái vận hành mặt nước lặn xuống hồ bơi Trường Trung cấp Kỹ thuật Hải quân[64]

Kỹ sư Nguyễn Quốc Hịa, Giám đốc Cơng ty khí Quốc Hịa, Thái Bình thiết kế chế tạo tàu ngầm mini Trường Sa Với tàu ngầm này, nhà thiết kế tập trung thử nghiệm hệ thống động lực cho tàu, hệ thống khơng khí tuần hồn độc lập AIP Tàu có khả điều khiển hành trình chưa có hệ thống đảm bảo dẫn đường hành trình ngầm Khi tàu có trang bị hải đồ điện tử, GPS, la bàn từ Ở độ sâu 1m tàu bắt tín hiệu GPS, lặn sâu dẫn đường hoàn toàn dẫn đường theo la bàn từ khơng có hải đồ chun dụng[20]

Tất nghiên cứu ngồi nước có liên quan đến tàu ngầm hay phương tiện ngầm tự hành hay không chưa làm rõ cách chi tiết việc đảm bảo dẫn đường cho tàu ngầm khu vực Biển Đơng Các thử nghiệm nước ngồi chưa thử nghiệm thực tế Biển Đông Việt Nam Việc làm rõ vấn đề thuật toán xử lý hệ thống dẫn đường qn tính khơng cung cấp nhằm giữ bí mật sản xuất bí mật kinh doanh Hiện việc huấn luyện cho đội ngũ sĩ quan thủy thủ tàu ngầm thực hồn tồn nước ngồi, việc tiếp cận cơng nghệ hạn chế, địi hỏi cấp bách xây dựng chương trình huấn luyện nước, giảm chi phí, làm chủ trang bị khơng có chun gia nước ngồi Hướng nghiên cứu kết đề tài góp phần phát triển nghiên cứu lĩnh vực dẫn đường cho tàu ngầm Việt Nam tương lai áp dụng vào khu vực Biển Đông Việt Nam 3 Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu

3.1 Mục đích nghiên cứu

(27)

11

- Trên sở trang thiết bị có với sai số hệ thống dẫn đường, tính tốn đề xuất giải pháp nhằm nâng cao độ xác dẫn đường cho tàu ngầm chế độ ngầm

3.2 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài luận án tập trung vào đối tượng nghiên cứu sau đây: - Hệ thống dẫn đường quán tính trang bị tàu ngầm; - Đặc điểm địa hình, thủy văn khu vực Biển Đông;

- Các phương pháp dẫn đường theo hệ thống dẫn đường quán tính cho tàu ngầm;

- Tác động ngoại cảnh đến độ xác dẫn đường tàu ngầm

3.3 Phạm vi nghiên cứu

Đề tài luận án giới hạn phạm vi nghiên cứu sau:

- Hành trình ngầm tàu ngầm khu vực Biển Đơng, trọng đến tính bí mật, bảo đảm an toàn hoạt động dẫn đường tàu ngầm

- Ảnh hưởng số yếu tố ngoại cảnh tới hoạt động tàu ngầm khu vực Biển Đông : Lực thủy tĩnh, áp lực nước, mật độ nước, dòng chảy 4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu phổ biến sau để giải nhiệm vụ nghiên cứu đặt nhằm đạt mục đích nghiên cứu:

- Phương pháp phân tích, tổng hợp sử dụng nhằm hệ thống hóa sở lý luận độ xác dẫn đường cho tàu ngầm, đánh giá ảnh hưởng số yếu tố ngoại cảnh tới độ xác dẫn đường tàu ngầm khu vực Biển Đông;

(28)

12

- Phương pháp ứng dụng công nghệ thông tin để xây dựng phần mềm “Xử lý thông tin vị trí tàu” nhằm nâng cao độ xác dẫn đường tàu ngầm;

- Phương pháp khảo sát thực tế thơng qua phiếu hỏi nhằm đánh giá tính khả dụng phần mềm “Xử lý thơng tin vị trí tàu”

5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án

5.1 Ý nghĩa khoa học

- Hệ thống hóa sở lý luận hệ thống dẫn đường quán tính, hệ thống dẫn đường sử dụng tàu ngầm;

- Tạo sở khoa học yêu cầu kỹ thuật kỹ công tác huấn luyện, xử lý nhập liệu thông tin phục vụ hiệu chỉnh hệ thống dẫn đường qn tính bảo đảm cơng tác xác định vị trí tàu ngầm, nâng cao độ xác dẫn đường tàu ngầm khu vực Biển Đông

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Đề tài luận án rõ yếu tố ảnh hưởng đến trình dẫn đường ngầm cho tàu ngầm, đồng thời đưa số giải pháp mang tính khả thi nhằm nâng cao độ xác dẫn đường tàu ngầm hành trình ngầm biển, đặc biệt phần mềm “Xử lý thơng tin vị trí tàu” xem công cụ hỗ trợ cho huy tàu trình điều khiển tàu ngầm hành trình ngầm khu vực Biển Đơng

Bên cạnh đó, kết nghiên cứu đề tài luận án cịn góp phần nâng cao chất lượng huấn luyện, sẵn sàng chiến đấu tàu ngầm

6 Những điểm đóng góp luận án

- Hệ thống hóa sở lý luận hệ thống dẫn đường quán tính, phục vụ đào tạo cán hàng hải huy tàu ngầm;

(29)

13

- Đề xuất quy trình lập kế hoạch biển cho tàu ngầm xây dựng phần mềm xử lý thơng tin vị trí tàu ngầm hành trình ngầm khu vực Biển Đơng nhằm trợ giúp cho huy tàu nâng cao độ xác xác định vị trí tàu q trình dẫn đường ngầm

7 Kết cấu luận án

Kết cấu luận án gồm ba phần:

1 Phần mở đầu: Giới thiệu tổng quan luận án, tính cấp thiết, mục đích, ý nghĩa, nêu điểm luận án, trình bày tóm tắt kết cấu nội dung luận án

2 Phần nội dung nghiên cứu trình bày chương

Chương 1: Cơ sở lý luận độ xác dẫn đường cho tàu ngầm Chương 2: Các yếu tố ảnh hưởng đến độ xác dẫn đường cho tàu ngầm

Chương 3: Giải pháp nâng cao độ xác dẫn đường tàu ngầm khu vực Biển Đông

(30)

14

CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ ĐỘ CHÍNH XÁC DẪN ĐƯỜNG CHO TÀU NGẦM

1.1 Mơ hình toán học tàu ngầm

1.1.1 Các hệ tọa độ ký hiệu quy ước

1.1.1.1 Các hệ tọa độ

Cho đến nay, nhà khoa học sử dụng ký hiệu quy ước Hiệp hội đóng tàu Mỹ(SNAME 1950 - Society of Naval Architects & Marine Engineers) để mô tả chuyển động tàu biển (tàu ngầm) bậc tự

Hình 1.1 Ký hiệu quy ước mơ tả chuyển động tàu bậc tự Chuyển động tịnh tiến bao gồm trượt dọc (theo trục x), trượt ngang (theo trục y) trượt thẳng đứng (theo trục z), chuyển động quay bao gồm lắc ngang (quay quanh trục x), lắc dọc (quay quanh trục y) quay trở (quay quanh trục z) Thông thường, để xác định phương trình chuyển động, quy ước sử dụng hệ tọa độ, hệ tọa độ quán tính (hoặc hệ tọa độ địa tâm G0x0y0z0 - ECEF)

(31)

15

(North/hướng Bắc/ hướng mũi tàu, East/hướng Đông/hướng sang phải Down/ hướng xuống dưới)

Để chuyển đổi từ hệ tọa độ sang hệ tọa độ khác, xét hệ tọa độ khơng gian, phép biến đổi tọa độ quan tâm đến phương trục tọa độ nên ta kéo hệ tọa độ gốc mà không làm tính tổng quát vấn đề[10],[25]

Ví dụ, để chuyển đổi tọa độ tàu ngầm vị trí =11048’ N, =

109018’E, độ sâu lặn h= 50m, ta sử dụng cơng cụ MATLAB

Để chuyển từ hệ tọa độ địa lý sang hệ tọa độ NED, dùng câu lệnh: geodetic2ned, cụ thể sau:

>> [xNorth,yEast,zDown] = geodetic2ned(11.8,109.3,-50,0,0,0,referenceEllipsoid('WGS 84'), 'degrees')

xNorth = 1.2957e+06 yEast = 5.8933e+06 zDown = 8.4419e+06

Để chuyển từ hệ tọa độ NED sang hệ tọa độ ECEF, dùng câu lệnh: ned2ecef, cụ thể sau:

>> [X,Y,Z] =

ned2ecef(1.2957e+06,5.8933e+06,8.4419e+06,0,0,0,referenceEllipsoid('WGS 84'), 'degrees')

X = -2063763 Y = 5893300 Z = 1295700

Trong tất tọa độ NED ECEF, đơn vị tính theo mét, lấy kích thước trái đất theo WGS 84

(32)

16

Bảng 1.1 Chuyển động tàu ngầm bậc tự

Bậc

tự Chuyển động

Lực F Mô men

M

Vận tốc tịnh tiến U Vận tốc góc Ω

Vị trí góc

Euler Trượt dọc (chuyển động

theo trục x – surge) X u x

2 Trượt ngang (chuyển động

theo trục y – sway) Y v y

3 Trượt đứng (chuyển động

theo trục z – heave) Z w z

4

Lắc ngang (quay quanh trục x, nghiêng ngang –

roll, heel)

K p 

5

Lắc dọc(quay quanh trục y, nghiêng dọc – pitch,

trim)

M q 

6 Quay trở (quay quanh trục

z – yaw ) N r 

1.1.1.2 Ký hiệu quy ước

(33)

17

Hình 1.2 Quy ước hướng dương đại lượng tàu ngầm theo chuyển động ngang

Hình 1.3 Quy ước hướng dương đại lượng tàu ngầm theo chuyển động dọc

a) Chuyển động ngang

Từ trọng tâm CG tàu ngầm, theo hướng trục Xb Yb có các

đại lượng quy ước sau:

+ Góc quay trở : góc tạo mặt phẳng đường nước trục Gx, có chiều quay thuận chiều kim đồng hồ

+ Vận tốc tàu ngầm U theo phương ngang: chia thành hai thành phần nhỏ u v;

(34)

18 Ta có:

u = Ucos (1.1)

v= Usin (1.2)

d r

dt



 (1.3)

Với r vận tốc góc chuyển động quay, có hướng chiều kim đồng hồ

+ Góc đánh lái δ: có hướng thuận chiều kim đồng hồ

+ Góc quay trở  : Là góc xác định, quy ước có hướng thuận chiều kim đồng hồ

b) Chuyển động dọc

Từ trọng tâm CG tàu ngầm, theo hướng trục Xb Zb có các

đại lượng quy ước sau:

+ Góc lắc dọc (góc chúc) : góc hợp mặt phẳng đường nước trục Xb, có hướng tính ngược chiều kim đồng hồ Trong thực tế biển, góc lắc

dọc  đạt đến 200 300 Khi hành trình gần bờ, ảnh hưởng độ sâu bất

thường khu vực này, để đảm bảo an toàn cho tàu ngầm, góc lắc dọc giới hạn  50  70 Độ nghiêng dọc lớn hay nhỏ xác định thông qua độ

nông hay sâu khu vực biển hành trình, trình độ người điều khiển yếu tố kỹ thuật trang thiết bị trang bị tàu

+ Vận tốc góc lắc dọc q: hướng dương vận tốc góc lắc dọc q xác định theo quy tắc bàn tay phải, cho chuyển động thẳng đứng ngược chiều kim đồng hồ, xác định công thức:

d q

dt



 (1.4)

(35)

19

+ Góc ngẩng hay góc tới α: Là góc hợp hướng vận tốc U trục Xb,

có hướng ngược chiều kim đồng hồ

+ Góc lặn biển : góc tạo hình chiếu vận tốc U trục Xb, quy ước ngược chiều kim đồng hồ, hướng từ Xb đến U Như >0,

tàu ngầm mặt nước, ngược lại tàu ngầm chìm nước

1.1.2 Mơ hình tốn học phương trình chuyển động tàu ngầm

Về mặt lý thuyết, biết tất phương trình thủy động lực học, chuyển động tàu ngầm bậc tự (bao gồm lực hấp dẫn, lực nổi, mô men) lực điều khiển (bao gồm lực đánh lái, lực đẩy), nhận kết thơng qua giải phương trình mơ hình tốn mơ tàu ngầm Tuy nhiên, việc có nhiều hệ số thủy động lực học phương trình con, khiến tốn phức tạp hơn, nhiều thời gian để giải Kết thực nghiệm mô cho thấy số hệ số thủy động lực học có ảnh hưởng đến việc điều động tàu ngầm Vì vậy, qua phân tích thực tế, để khơng ảnh hưởng đến chuyển động đặc trưng tàu ngầm hành trình ngầm, cần xem xét ảnh hưởng lực tác động chính, lực khác coi nhỏ bỏ qua

(36)

20 + Phương trình trượt dọc

4 ' ' ' ' ' '

2 ' ' 2 ' ' ' 2 2

[ ] [ ] [ ]

2

[ ] [ ] [ ]

2 r s s b b

q q rr rp u vr wq

vv ww r r s b T T c T c

X m u vr wq L X q X r X rp L X u X vr X wq

L X v X w L u X  X  X  L a u b uU c U

 

     

        

       

(1.5) + Phương trình trượt ngang

4 ' ' ' ' ' ' ' '

1

2 ' ' 2 '

[ ur] [ ] [ ]

2

[ ( ) ]

2 r

r p r r pq r p v wp

v v v r

Y m v wp L Y r Y p Y r r Y pq L Y ur Y up Y v Y wp

L Y uv Y v v w Y u

 

 

          

   

(1.6) + Phương trình trượt đứng

4 ' ' ' ' ' ' ' '

rr rp q|q|

2 ' ' ' ' 2 2 ' ' '

0

[ vp] [ +Z r +Z rp+Z q|q|]+ [ ]

2

[ ( ) ( ) ]

2 s b

q pp w q vp

w w ww vv s b

Z m w uq L Z q Z p L Z w Z uq Z vp

L Z u Z uw Z u w Z w v w Z v Z Z u

 

  

      

       

(1.7) + Các phương trình phụ:

                                                            sin os sin

( cos sin ) / cos , 90

cos cos (sin sin cos cos sin ) (sin sin cos sin cos ) cos sin (cos cos sin sin sin ) (cos sin sin sin cos )

sin cos sin co

p

qc r r q

N u v w

E u v w

D u v v  

            

 2

s cos

( )

U u v w

(37)

21

góc lắc dọc, h chiều cao tâm nghiêng, δb góc điều khiển bánh lái tầm

mũi, δs góc điều khiển bánh lái tầm đuôi tàu, tàu ngầm hay lặn nhờ

bánh lái tầm này, δr góc điều khiển bánh lái hướng, đặt đuôi tàu, L

chiều dài tàu ngầm, m khối lượng tàu ngầm Với nhiều phương tiện ngầm, Fossen[49] đưa mơ hình chiều dọc (longitudinal model) mơ hình chiều ngang (lateral model) cách phân chia phương trình chuyển động thành hệ thống khơng tương tác với (hoặc tương tác với nhau): - Hệ thống chuyển động dọc: trạng thái u w q, ,  (N, D, ); - Hệ thống chuyển động ngang: trạng thái , ,p rvà (E, , )

1.1.3 Mơ hình tốn học tàu ngầm chuyển động gần bề mặt

Khi tàu ngầm hoạt động gần bề mặt, tác động sóng lực thủy động tác động lên bánh lái, vận động tàu ngầm chịu ảnh hưởng loại lực gây ra:

+ Lực sóng: phân chia thành sóng cấp sóng cấp 2; + Lực thủy động tác dụng lên bánh lái;

+ Hiệu ứng Venturi

Khi xem xét đặt gốc tọa độ trùng với trọng tâm tàu, ta có phương trình sau:

+ Các phương trình chuyển động thẳng đứng:

4 ' ' ' '

2 ' ' ' 2 ' ' '

0

( ) [ ] [ ]

2

[ ( ) ( ) ]

2 s b

q w vp q

w w w w s b wave

m w uq vp L Z q L Z w Z vp Z uq

L Z u Z uw Z w v w Z v Z Z u Z

 

  

      

      

(1.9)

5 ' ' ' ' ' 2

3 ' ' ' ' '

0

( ) [ ] [ ( ) ]

2

[ ( ) ] sin

2 s b

y x z q rp w q w q

vv w s b wave

I q I I rp L M q M rp L M w M uq M v w q

L M u M v M uw M M u mgh M

 

   

        

     

(38)

22

+ Các phương trình chuyển động ngang:

5 ' ' ' ' 2 ' '

[ ] [ ( ) ] [ ]

2 2 r

z r v r v r v r wave

I r  L N r L N vN urN v w r  L N uvN u  M

(1.11)

4 ' ' '

[ ] [ ] cos sin

2

x v r v wave

I p  L K vK ur  L K uv mgh  M (1.12) Trong đó, Zwave Mwave lực mơ men sóng tác động

vào tàu ngầm

1.1.4 Mơ hình tốn học tàu ngầm chuyển động ngầm

Khi tàu ngầm lặn xuống, ngồi chịu tác động dịng chảy, thân tàu cịn chịu ảnh hưởng khơng nhỏ áp lực nước mô men thủy tĩnh

1- Lực thủy động ảnh hưởng trực tiếp đến chuyển động lặn xuống tàu ngầm (chuyển động thẳng đứng) hợp lực lực sau: áp lực nước, dòng chảy, trọng lực, lực mô men

Trọng lực tàu ngầm W =m.g; với m khối lượng tàu ngầm, g gia tốc trọng trường

Lực tàu ngầm B=g,  lượng giãn nước tàu ngầm

Lực dư:  = W – B, nguyên nhân dẫn đến sai lệch tính tốn lực trang thiết bị tàu ngầm như: ngư lôi, đạn, dược…

Khi Δ>0, tức tàu ngầm đủ trọng lượng nặng lặn xuống; Khi Δ<0, tàu ngầm không đủ trọng lượng lên;

Khi Δ=0, tàu ngầm chế độ cân bằng, trạng thái nằm lơ lửng mặt nước

Lực dư phụ thuộc vào trọng tâm tàu ngầm, mà đơi cịn phụ thuộc vào lực dư mô men vị trí xác định cách trọng tâm khoảng xp

(39)

23

Ngoài ra, theo lý thuyết lực thủy tĩnh, trọng lực tàu ngầm lực không tác dụng lúc theo mặt phẳng thẳng đứng để tạo nên lực thủy tĩnh, mà chịu ảnh hưởng tác dụng ngang tác dụng thẳng đứng khối lượng nước thân tàu ngầm tạo nên

MH()=-mghsin (1.14)

Trong công thức (1.14) đây, h chiều cao tâm nghiêng khối lượng nước bơm ra, m khối lượng tàu ngầm, θ góc nghiêng dọc, dấu “-” chuyển động ngược hướng với chiều quay quy định

Phương trình chuyển động lực thủy tĩnh theo chiều dọc xác định theo công thức đây:

2 2 2

2

( ) W

( )

W

s s b b

s b s

u uu ww qq wq s b T

w q w w q w w ww w q q q

s b q s

y w q w w q w w ww w q q q

m u wq X u X u X w X q X wq X X X

m w uq Z Z w Z q Z w Z w Z q Z w w Z w Z w q Z q q Z Z Z q

I q M M w M q M w M w M q M w w M w M w q M q q M                                                 

s s M b b Mq s q s X ZT T Mp M

d q dt                            (1.15) Phương trình chuyển động bao gồm u (t), w(t), q(t) (t) bốn thông số chuyển động ẩn, thường xác định phương trình lực dọc trục (phương trình X), phương trình lực thẳng đứng (phương trình Z), phương trình mơ men dọc (phương trình M), phương trình bổ trợ q =  Khi điều khiển bánh lái, theo quy tắc δs (t), δb (t) điều kiện lực thủy tĩnh P (t), Mp (t),

(40)

24

+ Tàu ngầm chìm hồn tồn nước, khơng sử dụng bánh lái hay chân vịt;

+ Chuyển động chìm hay tàu ngầm chuyển động thẳng có hướng;

+ Tàu ngầm thả trơi cần tham số đây, tham số chuyển động lấy giá trị

w0, w 0, q 0, q 0 (1.16)

0

z

V z H w (1.17)

q

  (1.18)

Trong đó, w tốc độ lặn tàu ngầm theo phương thẳng đứng, H độ sâu, Hlà tốc độ thay đổi độ sâu lặn,  tốc độ thay đổi góc lắc dọc q Trong thời gian thả trơi trạng thái cân tĩnh, tàu ngầm chịu lực cân tác dụng từ bên Z0(t), lực nén theo chiều thẳng đứng Z1(t), mật

độ nước biển theo độ sâu Z2(t), lực phát sinh khống chế khoang

chứa nước Z3(t), mô men ban đầu M0 (T.m), mô men khống chế khoang

chứa nước phát sinh cân tàu M3(T.m)

Trong thả trôi tàu ngầm trạng thái cân tĩnh, hướng di chuyển khơng dễ bị khống chế, dẫn đến tàu ngầm trôi theo chiều dịng chảy, khống chế độ sâu hoạt động tàu ngầm

Giả thiết rằng, phương trình chuyển động thẳng, ' ' ' w w , ,

q w

Z Z Z nhỏ, bỏ qua lực này, đồng thời bỏ qua lực

' ' ' w w , ,

q w

M M M , ta có phương trình rút gọn tàu ngầm hoạt động trạng thái thả

(41)

25

4 ' ' '

0

5 ' ' '

1 1

( )

2 2

1 1

2 2

q q w q w w

y y y y y

w L Z q q L Z w q L Z w w Z Z Z Z

m m m m

M M mgh

q L M q q L M w q L M w w

I I I I I

H w q                                 (1.19)

Trong phương trình (1.19), yếu tố hệ số thành phần xác định sau: ' 0.5 q q q q Z Z L 

 , hệ số đại diện cho Z hàm q|q|;

' w 0.5 w q q Z Z L 

 , hệ số đại diện cho Z hàm w|q|;

' w 0.5 w w w Z Z L 

 , hệ số đại diện cho Z hàm w|w|;

' 0.5 q q q q M M L 

 , hệ số đại diện cho M hàm q|q|;

' w 0.5 w q q M M L 

 , hệ số đại diện cho M hàm w|q|;

' w 0.5 w w w M M L 

 , hệ số đại diện cho M hàm w|w|

Nếu đặt m , , I

y y

mgh

Z M M

m  I I

    , công thức (1.19) trở thành (1.20)

' ' '

0

' ' '

0

( )

m q q w q w w

I q q w q w w

w Z Z q q Z w q Z w w Z Z Z Z q M M q q M w q M w w M M M H w q                         (1.20)

(42)

26

hình tàu ngầm theo thơng số cho trước, sau tính tốn mơ chuyển động tàu ngầm máy tính, từ đưa sản xuất thực tế 1.2 Các phương pháp dẫn đường cho tàu ngầm

Dẫn đường cho tàu ngầm công việc không đơn giản kỹ thuật cơng nghệ Tùy theo trạng thái hành trình tàu ngầm, người ta phân chia kỹ thuật dẫn đường cho tàu ngầm thành hai loại[62],[63]:

- Dẫn đường cho tàu ngầm độ sâu kính tiềm vọng - Dẫn đường cho tàu ngầm ngầm

1.2.1 Dẫn đường cho tàu ngầm độ sâu kính tiềm vọng

Khi hành trình độ sâu kính tiềm vọng, tàu ngầm dùng phương pháp sau để xác định vị trí:

a) Dẫn đường vệ tinh

- Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS – Global Navigation Satellite System): Khi tàu ngầm hành trình nổi, hệ thống cung cấp khả xác định vị trí dẫn đường mức độ xác cao Hiện hệ thống được sử dụng phổ biến GPS – Global Navigation System Mỹ xây dựng quản lý; hệ thống ГЛОНАСС (GLONASS) - ГЛОбальная НАвигационная Спутниковая Система – Nga xây dựng quản lý

- Hệ thống NAVSAT: hệ thống vệ tinh hàng hải phục vụ cho dẫn đường b) Dẫn đường hệ thống xung – pha (hệ thống vô tuyến)

Các trạm phát vô tuyến đặt mặt đất, dẫn tàu ngầm khu vực rộng phải dùng hệ thống vệ tinh dẫn đường Có thể kể số hệ thống xung – pha phục vụ dẫn đường trước như:

- Hệ thống LORAN;

(43)

27

- Hệ thống OMEGA, hệ thống dẫn đường phương Tây, tương tự hệ thống dẫn đường ALPHA Nga;

- ALPHA, hệ thống dẫn đường Nga, tương tự hệ thống OMEGA Do phát triển hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu, hầu hết trạm phát thu sóng dạng xung – pha lỗi thời sử dụng

c) Dẫn đường thiên văn

Phương pháp dẫn đường thiên văn sử dụng kính tiềm vọng sextant hàng hải để đo đạc thiên thể, giải tốn thiên văn để tìm vị trí tàu quan trắc, nhiên khó thực tàu ngầm, sai số đo đạc lớn dẫn đến sai số xác định vị trí lớn

d) Dẫn đường radar

Các tín hiệu radar dễ dàng phát mục tiêu dẫn đường radar thường sử dụng vùng biển tàu ngầm vào cảng

e) Dẫn đường Sonar chủ động

Được trang bị hai hệ thống: sonar chủ động sonar bị động, tàu ngầm vào cảng, dùng hệ thống sonar để dễ dàng phát mục tiêu, mục tiêu ngầm, đảm bảo cho tàu hành trình an tồn

f) Dẫn đường mục tiêu

Trong vùng nước ven bờ nội thủy, tàu ngầm dựa vào hệ thống tiêu hàng hải (phao, tiêu, hải đăng v.v.), sử dụng kính tiềm vọng để tác nghiệp đường vị trí xác định vị trí tàu

g) Hệ thống quản lý hành trình

(44)

28 h) Dẫn đường dự tính

Với phương pháp này, vị trí tàu liên tục tính tốn từ vị trí tàu ban đầu biết cập nhật vị trí thơng qua hướng tàu cung cấp la bàn quay, tốc độ đo đạc theo tốc độ kế tốc độ kế, ảnh hưởng dòng chảy khu vực tàu hoạt động, thời gian hành trình Vị trí nhận phụ thuộc nhiều đến yếu tố xác việc tính tốn dịng chảy, độ xác khơng cao

i) Hệ thống dẫn đường quán tính

(45)

29

1.2.2 Dẫn đường tàu ngầm ngầm

Tại độ sâu độ sâu kính tiềm vọng, khơng có tín hiệu vơ tuyến vệ tinh, tàu ngầm xác định vị trí chúng cách:

a) Dẫn đường dự tính

- Đã đề cập phần 1.2.1 h) b) Hệ thống dẫn đường quán tính - Đã đề cập phần 1.2.1 i) c) Dẫn đường thủy âm[5],[18]

Hệ thống định vị thủy âm phát triển Mỹ để hỗ trợ nghiên cứu phát triển từ năm 1960 Từ thời điểm đó, hệ thống đóng vai trị quan trọng việc xác định vị trí cho thiết bị nước cơng trình dầu khí ngồi khơi Do có ưu điểm quan trọng mặt kỹ thuật nên người ta đưa hệ thống định vị thủy âm ứng dụng lĩnh vực quân

Định vị thủy âm cung cấp vị trí xác với độ ổn định cao khu vực giới hạn, phát triển ứng dụng khoảng cách xa khơi Hệ thống định vị thủy âm đo khoảng cách hướng đến mốc tín hiệu đặt đáy biển đặt ROV (Remotely operated vehicle - thiết bị vận hành từ xa) cá kéo Độ xác đạt phụ thuộc vào kỹ thuật sử dụng, khoảng cách điều kiện mơi trường Độ xác dao động khoảng từ vài mét đến dm Định vị thủy âm góp phần quan trọng việc hỗ trợ, hiệu chỉnh hệ thống dẫn đường quán tính để cung cấp vị trí tàu xác

(46)

30

các hải đăng thủy âm (phao tiêu thủy âm); hệ thống đo độ sâu cho phép xác định vị trí đối tượng theo đặc trưng biên hình đáy đại dương v.v

Các hệ thống dẫn đường với đài mốc thủy âm (các transponder responder) đặt đáy biển để xác định tọa độ đối tượng mặt ngầm nước Các đài mốc thủy âm cấu độc lập, tự động phát tín hiệu vào mơi trường nước xung quanh thu tín hiệu yêu cầu theo chương trình lập trước

Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống dẫn đường thủy âm với đường đáy sở 1- Bộ chuyển mạch thu – phát; 2- Bộ khuếch đại kênh thu; 3- Máy đếm khoảng cách tính tốn tọa độ; 4- Ăng ten thu-phát khoang; 5- Bộ khuếch đại công suất; 6- máy phát chủ; 7- Ăng ten thu-phát; 8- Bộ chuyển

(47)

31

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống dẫn đường thủy âm với đáy sở ngắn và đài mốc 1, 2, – Các máy thu; - Cảm biến định hướng thẳng đứng tàu; - Các kênh thu; - Các biến đổi khoảng cách thời gian thành điện áp mã; 7- đưa vào số liệu dịch chuyển máy thu; - Bộ tính tốn biến đổi tọa độ; - Bộ hiển thị; 10 - Đưa vào số liệu dịch chuyển đài mốc thủy âm tương điểm chuẩn đáy đất độ sâu đặt nó; 11- Đài mốc thủy âm; 12 - Ăng ten phát; 13 - Khuếch đại công suất; 14 - Máy phát chủ

d) Dẫn đường theo độ sâu đáy biển biết

Phương pháp thực vùng biển liệu thủy văn lập thành hải đồ biểu diễn độ sâu đầy đủ đáy biển Máy đo sâu tàu ngầm liên tục đo độ sâu so sánh với đồ độ sâu biết, từ biết vị trí tàu ngầm hải đồ

(48)

32

1.3 Hệ thống dẫn đường quán tính tàu ngầm

1.3.1 Khái niệm dẫn đường quán tính

Phương pháp dẫn đường quán tính dựa vào vị trí, vận tốc động thái ban đầu biết phương tiện[40],[10] Từ đó, đo tốc độ động thái gia tốc dùng phương pháp tích phân để tìm vị trí phương tiện Đây phương pháp dẫn đường khơng dựa vào nguồn tham khảo bên ngồi Nếu phương pháp dẫn đường vơ tuyến chịu ảnh hưởng sóng vô tuyến điện không sử dụng khu vực khơng có sóng phương pháp dẫn đường qn tính khắc phục Tuy nhiên, sau thời gian, ảnh hưởng nhiều yếu tố, dẫn đường quán tính xuất sai số việc xác định vị trí, khơng có điều chỉnh Có kiểu hệ thống dẫn đường qn tính: có đế - Gimbaled khơng đế - Strapdown

* Các thành phần hệ thống dẫn đường qn tính:

Hình 1.6 Thành phần hệ thống dẫn đường quán tính

- Thành phần hệ thống khối cảm biến qn tính ISA Nó bao gồm ba gia tốc kế ba cảm biến góc quay, có chức chuyển đổi gia tốc chuyển động vận tốc góc theo trục tọa độ tương ứng thành tín hiệu điện

(49)

33

- Thành phần hồn chỉnh hệ thống dẫn đường qn tính (INS) có thuật tốn dẫn đường Nó gồm chức tính tốn cao cấp chuyển đổi hệ trục tọa độ, lọc Kalman (KF), Kalman mở rộng (EKF) thành phần kết nối với nguồn thông tin khác như: định vị vệ tinh, tốc độ kế, la bàn, máy đo sâu, radar… nhằm nâng cao độ xác tồn hệ thống Nói cách đơn giản, hệ thống dẫn đường quán tính INS = IMU + Máy tính hàng hải

- Máy tính hàng hải: dùng để chuyển đổi hệ tọa độ, tính tốn gia tốc trọng trường thực thuật tốn tích phân

1.3.2 Ngun lý chung hệ thống dẫn đường quán tính

1.3.2.1 Nguyên lý xác định vị trí hệ thống dẫn đường qn tính có đế Mặc dù hệ thống dẫn đường qn tính có đế dần thay hệ thống dẫn đường qn tính khơng đế, nhiên, hệ thống dẫn đường qn tính có đế có ưu điểm định, người ta khơng ngừng nghiên cứu cải thiện độ xác hệ thống Trên hầu hết phương tiện trang bị Nga sử dụng hệ thống dẫn đường qn tính có đế[9] Do đó, việc nắm nguyên lý xác định vị trí hệ thống giúp cán chiến sĩ công tác phương tiện hiểu biết rõ trang bị, sử dụng trang bị cách hiệu

Trong sơ đồ nguyên lý thể hình 1.6, yếu tố hệ thống định nghĩa sau:

(50)

34

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn đường qn tính có đế

k – Góc thuận lợi nghiêng mạn phù hợp với lắc ngang tàu theo mạn phải  – Góc thuận lợi nghiêng dọc phù hợp với lắc dọc tàu theo mũi aX, aY, aZ – thành phần gia tốc tuyến tính đo gia tốc kế

tương ứng Ax, Ay, Az;

аx, аy, аz – bù nhiễu gia tốc kế tương ứng; U – Vận tốc quay Trái đất;

RX, RY – bán kính cong phần elip Trái đất mặt phẳng

trực giao lẫn qua trục hệ tọa độ đế ổn định thẳng đứng với Trái đất ellipsoid;

R0 – bán kính giảm độ cong Trái đất ellipsoid, hàm RX RY;

R1, R2 – bán kính cong Trái đất ellipsoid mặt phẳng thẳng đứng

thứ kinh tuyến qua điểm đó, theo thứ tự;

X, Y, Z – vận tốc góc quay đo quay tương ứng

Gx, Gy, Gz;

X, Y, Z – vận tốc dạt góc quay, tương ứng Gx, Gy, Gz;

(51)

35

u1X, u1Y, uX, uY – đầu vào tín hiệu điều khiển

Vị trí theo phương thẳng đứng xây dựng dựa trục hệ tọa độ đế quay ổn định Thay đổi vĩ độ  kinh độ  tạo cách tích phân thành phần vận tốc tuyến tính chuyển đổi qua góc phương vị A so với đế Vận tốc VX VY tính tổng lần tích

phân bước tăng VX VY Giá trị thành phần vận tốc theo

trục hệ tọa độ địa lý nhận cách sử dụng phép biến đổi sin-cos thơng qua góc phương vị A so với đế

0 (0) (0) t

X X X

t

Y Y Y

V V V d



  



 (1.21)

VN  VX sinA V Y cosA (1.22)

cos sin

E X Y

V V A V A (1.23)

Tọa độ xác định tính theo cơng thức:

2 (0) ; (0) cos( ) t N t E V dt R V dt R            (1.24)

Phương vị A tính tích phân góc quay đế ổn định

0

( sin )

t

E V

A nU U tg dt

R

 

   (1.25)

Hướng chuyển động C (Course) tính tổng góc phương vị đế А góc quay q

C = q + A (1.26)

(52)

36

độ góc quay Trái đất Usin Ucos, cung cấp cho kênh tương ứng điều khiển tính tốn đế

Điều khiển vận tốc góc kênh thẳng đứng mà khơng tính đến chuyển động quay Trái đất X, Y tính theo bán kính cong theo mơ

hình Trái đất ellipsoid RX, RY R0:

2

1 cos sin

Y

A A

R  R  R ; (1.27)

2

1 sin cos

X

A A

R  R  R (1.28)

0

1 1

sinAcosA ;

R R R

 

   

  (1.29)

1 2 ;

(1 sin )

a R

e 



 (1.30)

2

2 2

(1 )

(1 sin )

a e

R

e 

 

 (1.31)

ở đây: a – Bán trục lớn trái đất; е – tâm sai

Vận tốc góc tạo xây dựng nên trục thẳng đứng (khơng tính đến sai số quay ngang) tính theo cơng thức đây:

; INS

Y Y Y

    (1.32)

; INS

X X X

    (1.33)

trong đó:  Y Ucos cos A;

cos sin

X U  A

(53)

37

0

X Y Y

X

V V

R R

  

Sơ đồ theo Hình 1.7 lý tưởng có tính chất sau (khơng tính đến sai số thành phần):

- Hệ thống mơ hình hóa hệ thống tọa độ địa lý khơng tính đến sai số cố định xác định hướng quay hướng Bắc xây dựng phương dọc địa điểm tính;

- Sự thay đổi tăng vận tốc tàu không làm thay đổi vị trí đế so với hệ tọa độ địa lý mà tính tốn

- Dao động theo tần số Schuler  84,4 phút  24

Trong thực tế, sau thời gian hoạt động, sai số hệ thống sai số ngẫu nhiên sinh trình đo đạc, hệ thống GINS tích lũy sai số định khơng đảm bảo xác để dẫn tàu Từ sơ đồ ngun lý, thấy rằng, ngồi điểm vào cho giá trị ban đầu đầu tích phân, có năm điểm hệ thống nhập vào tín hiệu điều chỉnh tín hiệu điều khiển:

a) Hai điểm đầu vào tích phân ngang:

- Nhập gia tốc bù không аx, аy cho gia tốc kế ngang Ax Ay;

- Nhập tín hiệu điều khiển tương đương với độ lệch 0, ký hiệu u1X u1Y;

- Các tín hiệu bù thành phần ngang gia tốc Coriolis:

WKY  ( sinU   Z)VX; (1.34)

( sin )

KX Z Y

W  U   V (1.35)

Ở đây: VX VY – thành phần vận tốc tuyến tính trục X Y hệ

tọa độ gắn đế;

(54)

38

Các thành phần gia tốc Coriolis lấy từ tín hiệu độ trễ tốc độ từ hệ thống vệ tinh hàng hải dẫn đường toàn cầu (Global Navigation Satellite System – GNSS);

b) Ba điểm đầu vào tốc độ góc quay quay dự tính X, Y, Z:

- Giá trị đầu vào tín hiệu điều khiển bù sai số tương đương với độ lệch góc quay hồi chuyển (khơng hiển thị Hình 1.7);

- Tín hiệu đầu vào bù cho trôi quay (X, Y, Z);

- Bù sai số tính tốn dự tính;

- Đầu vào tín hiệu điều khiển uX uY, dựa vào mơ hình đường chân

trời đế, giảm theo chu kỳ tần số Schuler sai số ngày đêm hệ thống quán tính

Số gia vĩ độ , số gia kinh độ  số gia góc phương vị so với đế  nhập vào so với thông số ban đầu (0), (0), (0)

Kênh để tạo độ sâu tốc độ dọc, trình bày sơ đồ ngun lý (Hình 1.7), khơng bao gồm mạch INS Số đọc gia tốc kế dọc hiệu chỉnh giá trị bù ΔаZ, cách tích phân hai lần gia tốc Coriolis

aΣ Nếu không hiệu chỉnh, kênh tín hiệu khơng ổn định, dùng

ba điểm hiệu chỉnh:

- Hiệu chỉnh bù không cho gia tốc kế ΔаZ, kết hợp bù với đầu vào

gia tốc Coriolis аΣ;

- Hiệu chỉnh tốc độ đầu vào theo chiều dọc VZ;

- Hiệu chỉnh tọa độ đầu vào theo độ sâu hZ

Nếu tàu trang bị phương tiện đo hỗ trợ khác, số đo bên sử dụng để hiệu chỉnh giảm nhiễu hệ thống GINS:

* Tính toán tốc độ:

;

E

TK

V E E

(55)

39

ZVN VN VNTK; (1.37)

Trong đó: ( )sin ( )cos ;

TK TK TK

E vertical horizontal

V V C V C

( )cos ( )sin ;

TK TK TK

N vertical horizontal

V V C V C

( ), ( )

TK TK

vertical horizontal

V V – Vận tốc theo phương dọc phương ngang tốc độ kế cung cấp;

Hướng C – Hướng di chuyển đối tượng * Tính tốn vị trí:

Z   TK; (1.38)

;

TK

Z    (1.39)

trong đó: TK, TK – vĩ độ kinh độ tham khảo Tọa độ nhập

tay (nếu biết xác) từ máy thu vệ tinh GNSS

Đối với hệ thống dẫn đường quán tính xem xét đây, để hệ thống làm việc phải qua bước liệt kê Sau khởi động hệ thống, đế gắn quay gia tốc kế làm nóng đến nhiệt độ định, động quay bắt đầu quay tìm kinh tuyến

a) Bước thứ Đưa đế quay trùng với mặt phẳng chân trời, đế cố định, hướng chưa cung cấp;

b) Bước thứ hai: Xác định hướng thô với đế cố định;

c) Bước thứ ba: Hiệu chuẩn với đế quay với vận tốc góc (2U+Usin) ≈ 300/ (trong U tốc độ quay Trái đất);

d) Bước thứ tư: Hiệu chuẩn với đế quay với vận tốc góc (4U+Usin) ≈ 600/giờ;

e) Bước thứ năm - Làm việc ổn định: Khi đế quay với tốc độ (4U+Usin) ≈ 600/

(56)

40

cấp liên tục vị trí hướng di chuyển tàu theo cơng thức 1.25 1.27 khơng có tín hiệu từ nguồn tham khảo bên GPS hệ thống khác Tuy nhiên chất thuật tốn dùng phương pháp tích phân lần để xác định vị trí, sau thời gian định, trôi quay, hệ thống phát sinh sai số xác định vị trí

Để hệ thống dẫn đường quán tính hoạt động tốt, sau mở máy, phải tiến hành đồng chỉnh hệ thống dẫn đường quán tính với hệ thống GNSS[40],[22],[10]

1.3.2.2 Thuật toán dẫn đường cho hệ thống dẫn đường qn tính khơng đế Từ thành phần bản, hệ thống dẫn đường qn tính khơng đế thể sơ đồ đây[10]:

Hình 1.8 Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn đường qn tính khơng đế Như vậy, q trình tính tốn chia thành hai giai đoạn chính: Xử lí liệu từ gia tốc kế (gia tốc);

(57)

41

Các tọa độ (vĩ độ, kinh độ) đối tượng chuyển động xác định:

33 23 32 31 13 23 b

arctg , 90

b

arctg , 180

b

cos sin

sin cos

N y x

E y x

b arctg

b

V V V

                           (1.40)

Các góc định hướng cuối tính từ phần tử ma trận n b

R , (c11, c12, c13 ) sau:

0 32 2 31 33 31 33 12 22 c

p arctg ( ), 90

c c

c

r arctg ( ), 180 c

c

A arctg ( ), 180 c                        (1.41)

trong đó: p (pitch) góc lắc dọc, r (roll) góc lắc ngang, A (Azimuth) phương vị

Như vậy, sau sử dụng thuật toán biến đổi hệ tọa độ, hệ thống dẫn đường quán tính cung cấp cho người sử dụng thông tin sau:

- Ngày tháng năm thời điểm mở máy; - Hướng di chuyển tàu;

- Vị trí tàu (vĩ độ kinh độ)

- Vận tốc di chuyển tàu theo trục VN VE mà không cung cấp V0

(58)

42

1.3.3 Nghiên cứu số hệ thống dẫn đường quán tính

Có nhiều nhà sản xuất nước ngồi giới thiệu công bố thông tin hệ thống dẫn đường quán tính họ sản xuất[46],[53],[43] Tuy nhiên, thơng tin mang tính chung sai số vị trí, sai số cố định quay, gia tốc kế, thời gian trung bình lần hỏng MTBF Tuy nhiên, hãng sản xuất hệ thống dẫn đường qn tính có độ xác khác Điều hãng thử nghiệm bảo đảm độ xác thiết bị, nhiên chắn thuật toán để nâng cao độ xác hệ thống khơng hãng cơng bố tính bảo mật nghiên cứu, sản phẩm mang tính chất sống với doanh nghiệp họ Bảng giới thiệu số hệ thống dẫn đường quán tính chào bán: - Hệ thống dẫn đường quán tính hãng SAGEM – Pháp với dịng sản phẩm SIGMA40XP [46]

- Hệ thống dẫn đường quán tính hãng Raytheon Anschütz, có tên MINS2[43]

- Hệ thống dẫn đường quán tính “ЛАДОГА–МЭ” Nga[53]

Cơng nghệ quay dùng quay laser vịng (RLG – Ring Laser Gyroscope) NCS liệt kê số ví dụ độ xác hoạt động tự trị hệ thống dẫn đường quán tính, tức hệ thống dẫn đường qn tính khơng có kết nối với GNSS

Bảng 1.2 Giới thiệu độ xác số hệ thống dẫn đường quán tính

STT Tên hệ thống Cơng

nghệ CQ

Độ

xác vị trí

Độ xác hướng

Độ

xác góc lắc MTBF

1 SIGMA40XP-24 RLG 1Nm/24h 0.010 0.010 >60.000 h

2 SIGMA40XP-48 RLG 1Nm/48h 0.010 0.010 >60.000 h

3 SIGMA40XP-96 RLG 1Nm/96h 0.010 0.010 >60.000 h

4 MINS2 RLG <3Nm/ 8h < 0.0670 < 0.0280

(59)

43

Trong hệ thống trên, ta thấy dòng sản phẩm SIGMA40XP đạt u cầu sai số vị trí để lắp đặt tàu ngầm, MINS ЛАДОГА–МЭ có sai số vị trí lớn, thời gian phải tiến hành cập nhật lại vị trí tàu sớm so với hệ thống SIGMA40XP Tất hệ thống chưa đảm bảo sai số hướng phục vụ cho tàu ngầm quân Như vậy, việc hiệu chỉnh lại hướng phải tiến hành thường xuyên đảm bảo cho hoạt động dẫn đường ngầm

1.4 Độ xác dẫn đường tàu ngầm

Hiện qua tìm hiểu tác giả chưa thấy tài liệu công bố tiêu chuẩn độ xác dẫn đường cho tàu ngầm Khi hành trình nổi, độ xác dẫn đường tàu ngầm xác định gần với độ xác xác định vị trí hệ thống vệ tinh dẫn đường mà tàu ngầm nhận Còn hành trình ngầm, việc dẫn đường gần hồn tồn dựa vào hệ thống dẫn đường quán tính, chưa có quy định yêu cầu tiêu chuẩn Hải quân nhân dân Việt Nam độ xác hệ thống dẫn đường quán tính lắp đặt tàu Trước có kết hợp hệ thống dẫn đường quán tính hệ thống vệ tinh, độ xác hệ thống dẫn đường qn tính lực lượng Khơng qn Mỹ đưa năm 1970[38] Vị trí từ hệ thống dẫn đường quán tính (INS) khởi tính cập nhật vào thời điểm ban đầu t0 Sai số vị

trí ban đầu nhỏ, có xu lớn dần theo thời gian ảnh hưởng sai số cảm biến Việc lấy tích phân kép sai số đầu máy đo gia tốc nguyên nhân chủ yếu gia tăng sai số xác định vị trí điểm xét

Các kết thực nghiệm cho thấy phương sai giá trị bình phương trung bình sai số vị trí mặt xác định phương pháp định vị theo hệ thống dẫn đường quán tính biểu diễn sau:

2

(60)

44 2

vị trí (t) ≈ C t t0 (1.43)

Trong C số cần xác định; đặc trưng cho độ xác hệ thống dẫn đường quán tính với ý nghĩa mức độ tăng theo thời gian sai số bình phương trung bình vị trí điểm xác định Trên thực tế người ta thường thay đại lượng xác định thực nghiệm mang tính cảm nhận trực quan Đó bán kính vịng trịn nằm ngang có tâm điểm xét mà vị trí thực có xác suất rơi vào hay ngồi vịng trịn Đại lượng biết đến lý thuyết sai số sai số xác suất ký hiệu CEP(Circular Error Probability)

Một đại lượng khác tốc độ thay đổi CEP, thường biểu diễn hải lý/giờ hay kilômét/giờ

Với tiêu chí nêu lực lượng Khơng qn Hoa kỳ đưa mức xác định vị hệ thống dẫn đường quán tính sau[38]: * Các hệ thống định vị quán xác cao:

Tốc độ thay đổi CEP  0,1 hải lý/giờ hay 185m/giờ

Mức đề cho tên lửa xuyên lục địa tàu ngầm mang tên lửa đạn đạo * Các hệ thống xác trung bình:

Tốc độ thay đổi CEP  hải lý/ hay 1,85 km/giờ * Các hệ thống xác thấp:

Tốc độ thay đổi CEP  10 hải lý/ hay 18,5 km/giờ

Theo Nghị số 529(13) IMO độ xác cho hệ thống hiệu chỉnh vị trí, độ xác hệ thống hiệu chỉnh vị trí xác định tùy vào khu vực hoạt động, với cấp độ 4% khoảng cách đến chướng ngại nguy hiểm tối đa hải lý cho vùng nước Xác suất xác định vị trí tàu khơng vượt 95%.[32]

(61)

45 - Độ xác vị trí: 1Nm / 24h; - Sai số cố định quay: < 0.0050/ h; - Sai số cố định gia tốc kế: < 30 µg

Khi tàu ngầm hành trình ngầm biển, độ xác xác định vị trí từ đến hải lý chấp nhận

Hiện theo hiểu biết NCS, chưa có quốc gia cơng bố thức độ xác xác định vị trí tàu hành trình ngầm biển 1.5 Kết luận chương

Trong chương 1, tác giả tập trung số vấn đề nghiên cứu tổng quan đến luận án, đạt kết sau:

- Phân tích, đánh giá chi tiết tổng quan tình hình nghiên cứu giới nước liên quan đến luận án mà nghiên cứu sinh nghiên cứu Từ rút kết luận vấn đề nghiên cứu luận án mang tính cấp thiết, đảm bảo ý nghĩa khoa học đóng góp thực tiễn cho ngành khoa học hàng hải, khơng trùng lặp với cơng trình nghiên cứu cơng bố;

- Nghiên cứu, phân tích số cơng trình nghiên cứu nâng cao độ xác cho hệ thống dẫn đường quán tính dẫn đường phương tiện ngầm;

- Hệ thống hóa mơ hình tốn học tàu ngầm, phương trình chuyển động tàu ngầm trạng thái khác

(62)

46

CHƯƠNG CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC DẪN ĐƯỜNG CHO TÀU NGẦM

2.1 Ảnh hưởng yếu tố ngoại cảnh đến độ xác dẫn đường cho tàu ngầm

2.1.1 Một số đặc trưng khu vực Biển Đông

2.1.1.1 Độ sâu

Biển Đơng nằm hồn tồn vùng xích đạo nhiệt đới Tây Thái Bình Dương, kéo dài theo hướng Bắc Nam từ khoảng vĩ tuyến 200 Nam đến

230 Bắc theo hướng Đông Tây từ khoảng kinh tuyến 990 Đông đến 1220

Đông [54], [13]

Biển Đông kế cận với lãnh thổ mười nước Đông Nam Á, biển lớn giới Trên biển có đường hàng hải quốc tế quan trọng qua năm gần khu vực thềm lục địa Tây Nam biển trở thành khu vực hoạt động kinh tế kỹ thuật sôi động

Tổng diện tích Biển Đơng khoảng 3,5 triệu km2, đứng thứ hai

các biển giới Độ sâu trung bình tồn biển 1.024 m, thể tích khối nước khoảng 3.6 triệu km3

Địa hình đáy biển phức tạp chia thành ba vùng rõ rệt: vùng lòng chảo biển thẳm hai vùng thềm lục địa phía Bắc Nam

(63)

47

Từ Đà Nẵng đến mũi Kê Gà, thềm lục địa thu hẹp nhanh chóng thành dải hẹp (có chỗ rộng khơng đến 15 hải lý) nối liền với vùng thềm lục địa phía Nam

Vùng thềm lục địa phía Nam (hay vùng thám sát Zond) thềm lục địa rộng lớn giới, kéo dài từ bờ biển Nam Bộ đến đảo Sumatra, từ bờ vịnh Thái Lan đến đảo Boocneo Vịnh Thái Lan rộng, Vịnh có độ sâu khoảng 70m Phần Nam vùng thềm thực chất lịng chảo rộng nơng với độ sâu khoảng l00m rìa xung quanh khoảng 40m Đáy biển không phẳng mà bị nhiều thung lũng chia cắt, thung lũng rộng chừng hải lý, chạy ngang qua thềm Zond đổ vào vùng lòng chảo biển thẳm

Vùng lòng chảo biển thẳm chiếm khoảng nửa diện tích Biển Đơng có địa hình đáy phức tạp Những vùng trũng hình thoi xen lẫn với bãi cạn san hơ rộng lớn dãy núi ngầm Vùng trũng lớn nằm phía Đơng Nam quần đảo Hồng Sa có độ sâu trung bình khống 4300m Tại có độ sâu lớn tồn Biển Đơng 5560m Phía Tây đảo Palaoan có rãnh sâu, nơi sâu tới 3475m Rãnh bị cao nguyên ngầm vùng quần đảo Trường Sa rộng lớn cắt rời vùng lòng chảo nói

Trong Biển Đơng có vơ vàn núi ngầm nhô lên từ mặt cao nguyên ngầm nằm độ sâu 1700 - 2500m San hô phát triển qua nhiều thời kỳ địa chất tạo nên bãi cạn san hô quần đảo vùng quần đảo Trường Sa Hồng Sa Vì đồ hàng hải quốc tế vùng thường ghi vùng nguy hiểm, phải thận trọng qua lại

(64)

48

Eo biển Basi rộng sâu có độ sâu vùng n ngầm 1800m, cửa thơng Thái Bình Dương Eo Balabac phía Bắc đảo Bcnêơ thơng biển sâu khoảng l00m Các eo đảo Sumatra Bắc Bcnêơ cửa thơng sang biển Java có độ sâu khoảng 40m Eo Malacca lối thông sang Ấn Độ Dương qua biển Adaman, eo hẹp nông (nơi hẹp khoảng 17 hải lý sâu khoảng 30m), độ sâu eo biển tăng dần từ Đông sang tới cửa phía Tây đạt 100m

Ở phía Bắc cịn có eo biển Đài Loan thông nước với biển Hoa Đông, nơi hẹp eo khoảng 100 hải lý với độ sâu khoảng 70 m

(65)

49 2.1.1.2 Dòng chảy

Về chế độ dòng triều: Trong Biển Đơng tồn loại dịng triều đan xen phức tạp Nhìn chung, vùng có chế độ dịng triều hỗn hợp (nhật triều khơng bán nhật triều không đều) chiếm hầu hết diện tích Biển Đơng Các vùng có chế độ dịng triều bán nhật triều hay nhật triều chiếm diện tích nhỏ nằm rải rác khu vực khác

Chế độ thủy văn động lực Biển Đông, ngoại trừ chuyển động thủy triều, chủ yếu trình tương tác biển - khí - lục địa khu vực tạo nên Trong đó, gió mùa Đơng Bắc Tây Nam đóng vai trị

Sơ đồ phân bố dịng chảy Biển Đông vùng lân cận vào mùa đông trình bày mùa hè trình bày

(66)

50

Hình 2.3 Sơ đồ phân bố dịng chảy tầng mặt Biển Đơng và lân cận vào mùa hè Dữ liệu dòng chảy NCS lấy từ ATLAT dòng chảy Hải quân Nga[54] Hải quân Việt Nam [13] đưa vào kết hợp phần mềm “XỬ LÝ THÔNG TIN VỊ TRÍ TÀU” để xử lý vị trí tàu từ hệ thống dẫn đường quán tính cung cấp khơng có tín hiệu từ vệ tinh, từ cung cấp vị trí tàu tham khảo mới, tin cậy so với hệ thống dẫn đường quán tính cung cấp

2.1.2 Đánh giá ảnh hưởng số yếu tố ngoại cảnh đến độ xác dẫn đường cho tàu ngầm khu vực Biển Đông

2.1.2.1 Các lực thủy tĩnh tác động lên tàu ngầm

Xem xét tàu ngầm hình 2.1, lực trọng trường tác động vào trọng tâm tàu, xác định véc tơ Tương tự vậy, lực , xác định véc tơ Cùng xem xét hai lực gốc tâm hệ tọa độ vật thể Chúng coi lực thủy tĩnh tác dụng lên tàu ngầm

b g

f

g g g : [x ,y ,z ]

b T

g

r  fbb

b b b : [x ,y ,z ]

b T

b

(67)

51

Hình 2.4 Các lực thủy tĩnh tác dụng vào tàu ngầm

Theo SNAME 1950 Fredman(1979), véc tơ lực thủy tĩnh tàu ngầm viết dạng:

(2.1)

Khi tàu ngầm hoạt động, độ sâu định tư (xác định góc chúc , góc quay trở , ta dễ dàng xác định lực thủy tĩnh tác động vào tàu ngầm Khi Δ=W-B=0, phương trình chuyển động tàu ngầm trạng thái thả trôi xác định công thức 1.24

2.1.2.2 Ảnh hưởng áp lực nước biển lên thân tàu ngầm

Khi tàu ngầm lặn lên, áp lực nước ảnh hưởng lớn đến khả lặn tàu Từ công thức 1.35, tiến hành tính tốn, ta có:

Z1=αg(H-H0) (2.2)

( ) sin

( ) cos sin

( ) cos cos ( )

( ) cos cos ( ) cos sin

( ) sin ( ) cos cos

( ) cos sin ( ) sin

g b g b

W B W B W B g

y W y B z W z B z W z B x W x B x W x B y W y B

(68)

52

Trong công thức trên,  lượng giãn nước tàu ngầm, αg hệ số áp lực

của nước lên tàu ngầm, , với Hmax độ sâu tối đa tàu ngầm có

thể lặn xuống, H độ sâu tại, H0 độ sâu ban đầu

2.1.2.3 Ảnh hưởng mật độ nước biển

Lực nâng nước biển chủ yếu mật độ (nước biển) định, mật độ nước biển lớn lực nâng lớn, ngược lại mật độ nước biển nhỏ lực nâng nhỏ, chúng chủ yếu để tàu ngầm điều chỉnh độ sâu lặn, ảnh hưởng trực tiếp đến khả tàu ngầm Mật độ nước biển định yếu tố nhiệt độ, độ mặn áp lực nước biển, nguyên nhân khí hậu, mật độ nước biển không khác vùng biển, mà chí độ sâu vùng biển khác Ở phương thẳng đứng, mật độ nước biển xuất tầng độ (tầng giữa) nằm hai lớp nước biển (lớp mật độ thấp lớp mật độ cao), học thuật gọi lớp nhảy vọt mật độ Thơng thường, để tính tốn ảnh hưởng này, người ta dùng phương pháp sau:

1 – Khi chuyển từ vùng biển sang vùng biển khác, mật độ nước biển thay đổi từ 0 thành 1, ảnh hưởng mật độ nước biển đến tàu ngầm Z2,

dùng công thức 2.2 để tính tốn:

Z2=(1 - 0) (2.3)

2 – Thay đổi độ sâu ảnh hưởng đến mật độ nước biển:

Căn tư liệu Hải quân Nga, mật độ nước biển điều kiện nhiệt độ bình thường biến thiên theo hàm số cung cấp công thức 2.4

4 max 13

10

g

H

(69)

53

(2.4)

Khi tàu ngầm độ sâu bất kỳ, cơng thức (2.4) tính tốn giá trị mật độ nước biển độ sâu Sự thay đổi mật độ nước biển chia thành lớp nước sau:

+ Lớp nước có mật độ dương: Mật độ nước biển tăng độ sâu tăng, >0;

+ Lớp nước có mật độ âm: Mật độ nước biển giảm độ sâu tăng <0;

+ Lớp nước có mật độ cân bằng: Mật độ nước biển không thay đổi thay đổi độ sâu =0;

+ Lớp nước có mật độ chuyển tiếp: Mật độ nước biển không thay đổi đến độ sâu định Khi đến độ sâu này, lớp nước biến thiên tăng giảm mật độ, sau liên tục lặn xuống đến độ sâu giới hạn, mật độ nước biển không thay đổi Khi tàu ngầm lớp nước có mật độ nước biển dương, người điều khiển tàu dễ dàng giữ ổn định tàu ngầm, ngược lại hoạt động lớp nước có mật độ nước biển âm, người điều khiển phải liên tục theo dõi để giữ ổn định độ sâu cho tàu ngầm

2.1.2.4 Ảnh hưởng dòng chảy

Khi tàu ngầm hoạt động ngầm nước, ảnh hưởng gió sóng coi bỏ qua, người ta xét đến ảnh hưởng dòng chảy Dòng chảy mặt nước hệ thống chuyển động theo chiều ngang chiều thẳng đứng

1

1.02501 (1.02628 1.02501) ( 25 ) 25

1

1.02628 (1.02684 1.02628) (25 50 ) 50 25

1

1.02684 (1.02750 1.02684) (50 100 ) 100 50

1

1.02750 (1.02832 1.02750) (100 200 ) 200 100

1

1.02832 (1 300 200

H H m

H m H m H m H m

H m H m

                    

(70)

54

gây lực trọng trường, ma sát gió biến thiên mật độ nước tầng khác hải dương Dòng chảy đại dương ảnh hưởng đến hướng tốc độ tàu ngầm, dịng chảy thủy triều làm cho tàu ngầm đổi hướng đi, hành trình ngầm khơng an tồn Vì vậy, cần phải biết xác thơng tin chuyển động dịng hải lưu kịp thời điều chỉnh hướng tàu ngầm, định vị vị trí cách xác

Theo[49], tính tốn đến ảnh hưởng dịng chảy, người ta thường quy hệ tọa độ FLOW Ma trận chuyển đổi từ hệ tọa độ FLOW sang hệ tọa độ BODY xác định phép quay sau: Đầu tiên từ trục dịng chảy xflow quay góc dạt - phía trục zb để tạo thành trục gọi trục ổn định

xstab Sau từ trục ổn định quay góc α phía trục y tạo thành trục xb Góc α

gọi góc tới

Hình 2.5 Góc tới góc dạt

Dựa quy ước từ hình vẽ 2.5, ta có thành phần vận tốc tàu ngầm tính theo cơng thức đây:

(2.5)

cos( ) cos( )

sin( )

w sin( ) cos( )

u V v V V

 



 

(71)

55

Đối với tàu ngầm di chuyển phía trước với vận tốc V>0, góc tới góc dạt tính tốn theo cơng thức:

(2.6)

Giả thiết góc α,  nhỏ, theo lý thuyết tuyến tính, ta có:

(2.7)

Vi phân theo thời gian với giả thiết vận tốc tàu ngầm dòng chảy số, trượt ngang tàu ngầm là:

(2.8)

Tỷ lệ góc dạt dịng V>0 là: (2.9)

Ảnh hưởng dòng chảy đến tốc độ tàu tính tốn thơng qua vận tốc chuyển động tương đối:

Vr = V0 – Vd (2.10)

Với Vr vận tốc chuyển động tương đối; V0 vận tốc tàu ngầm; Vd

vận tốc dòng chảy

Khi phân chia vận tốc thành thành phần vận tốc theo trục, viết:

(2.11)

với , góc tới góc dạt tương đối trường hợp là:

(2.12)

Tương tự công thức 2.6, ta có: 1 w tan sin u v V                         w

, , w , , v

u V v V V

V V

   

    

cos( )

v V  

1 cos( )v

V    0 r d r d r d

u u u v v v w w w

         

2 2

r

V  ur  vr wr

r

cos( ) cos( )

sin( )

w sin( ) cos( )

r r r r

r r r

(72)

56

(2.13)

Giả thiết góc α,  nhỏ, tương tự cơng thức 2.7, ta có:

(2.14) Động học vật rắn lực thủy động học tổng quát viết sau:

(2.15)

Thông thường, giả thiết rằng, véc tơ vận tốc dòng chảy biến thiên chậm, nghĩa là: v  d Vì vậy, phương trình chuyển động dịng chảy trở thành:

(2.16) Vận tốc dòng chảy Vd thường định nghĩa hệ tọa độ cố định

trên trái đất với trục dòng chảy, nghĩa cho vận tốc dòng chảy định hướng theo trục x Biến đổi từ trục dòng chảy sang vận tốc ba chiều thực cách định nghĩa góc tới dịng chảy góc dạt dòng chảy Vận tốc dòng chảy ba chiều (3D) tính cách thực nguyên lý hai phép quay:

, ,

0

d d

n

d d

n

d y z

n d

u V

R  R 

                        (2.17)

Trong đó, ma trận quay định nghĩa sau:

, ,

cos sin

sin cos

0

d d

z z d d

R  R 

                   (2.18)

Khai triển (2.17) (2.18), ta nhận được: r w tan sin r r r r r u v V                          r w-w

, , w , r , r

r r r r r r r r r

r r

v v u V v V V

V V

    

    

       

RB RB A r A r r r r

M vC v vM v C v v D v v  g  

số hạng thủy tĩnh học số hạng thủy động học

c¸c số hạng vật thể rắn

0

r

v 

       

RB A r r r r

MvC v vC v v D v v g  

Vd,0,0

d d ,  d y

R ,

d

z

(73)

57

; (2.19)

; (2.20)

sin cos

n

d Vd d d

    (2.21)

Các vận tốc dòng chảy ba chiều biến đổi thành vận tốc cố định vật thể cách sử dụng ma trận quay góc Euler Do vậy:

(2.22)

Từ trường hợp 2D, phương trình (2.19) - (2.21) với , đơn giản thành:

; (2.23)

(2.24)

Vì thành phần khơng dùng mặt phẳng nằm ngang Do vậy, (2.22) đơn giản thành:

; (2.25)

(2.26)

Các công thức 2.25 2.26 đưa vào hệ thống điều khiển để xử lý tín hiệu giải độ lệch dòng chảy gây phương tiện ngầm Ngồi ra, ảnh hưởng dịng chảy tính tốn cách tác nghiệp[3] Gọi Hd Vd hướng vận tốc dòng chảy ngầm, chịu

ảnh hưởng dòng chảy, chuyển động tàu chia làm thành phần chính: - Chuyển động tương mặt nước theo hướng HT với vận tốc V0

- Chuyển động so với đáy biển tác dụng dòng chảy theo hướng Hd vận tốc Vd

cos cos



n

d d d d

u V

sin

n  

d Vd d

                            b n d d

b n n

d b d

b n

d d

u u

R

0 d 

cos



n

d d d

u V

sin

n  

d Vd d

n d

 

cos  

 

b

d d d

u V

 

sin

b   

(74)

58

Tổng hợp chuyển động này, vị trí trọng tâm tàu di chuyển theo hướng HTβ, với vận tốc V=V0+Vd gọi hướng tuyệt đối Hình xác

định vị trí tàu bị dịng chảy ảnh hưởng:

Hình 2.6 Ảnh hưởng dịng chảy đến chuyển động tàu ngầm Từ hình 2.6, thấy dịng chảy gây sai lệch vị trí tàu lớn dịng chảy có vận tốc lớn vận tốc tàu nhỏ Vì vậy, thực hành dẫn tàu, sĩ quan hàng hải phải đè góc dạt dòng để giảm thiểu ảnh hưởng đến sai số vị trí tàu, vết tàu gần với vết kế hoạch Dựa hình 2.6, tính tốn yếu tố dạt dịng theo cơng thức sau:

- Bài toán 1: Biết hướng kế hoạch HT, vận tốc tàu V0, hướng dòng

chảy Hd, vận tốc dịng chảy Vd, cần tìm góc dạt dòng  vận tốc dạt dòng V

(2.27)

- Bài toán 2: Biết hướng dạt dòng HTT, vận tốc tàu V0, hướng dòng

chảy Hd, vận tốc dịng chảy Vd, cần tìm góc dạt dòng  vận tốc dạt dòng V

0

2

0

sin( ) cos( )

2 cos( )



 



  

  

 

 

 

   

d d

d d d

V H HT Arctg

V V H HT

HTT HT

(75)

59

(2.28)

Từ công thức 2.27 2.28, thấy dịng chảy có ảnh hưởng lớn đến hướng vận tốc tàu Nếu vận tốc tàu ngầm nhỏ, ảnh hưởng dịng chảy gây trơi dạt lớn, người điều khiển tàu khơng nắm dịng chảy(Hd, Vd) khu vực biển hoạt động để có điều động hợp lý gây

ra sai lệch nghiêm trọng xác định vị trí tàu

2.2 Ảnh hưởng hệ thống dẫn đường quán tính đến độ xác dẫn đường tàu ngầm

2.2.1 Đồng chỉnh hệ thống quán tính

Nguyên tắc chung hệ thống dẫn đường qn tính địi hỏi cần phải xác định thông tin ban đầu hệ thống Trong vị trí ban đầu vận tốc nhận dễ dàng từ thiết bị khác, hệ thống GNSS hệ thống qn tính INS hướng ban đầu hệ thống lúc xác định Do đó, hệ thống INS cần phải đồng chỉnh trạng thái ban đầu cách đặt trục cảm nhận IMU trùng với hệ tọa độ dẫn đường (có thể hệ tọa độ địa phương) Từ đó, vị trí ban đầu hệ thống quán tính khởi tạo đặt vị trí P0 Sau thời gian hành trình, sai số tích

lũy hệ thống quán tính, người dùng tiếp tục cập nhật lại vị trí cho hệ thống quán tính tay tự động từ hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu GNSS người đo đạc cập nhật thủ cơng

Trong thuật tốn hệ thống qn tính khơng đế, mục tiêu đồng chỉnh INS thiết lập mối liên hệ hệ tọa độ vật thể hệ tọa độ địa phương; đó, thông tin ban đầu ma trận biến đổi (ma trận chuyển từ hệ tọa

0

Arcsin sin( )

cos cos( )

                           d d d d V

HT HTT H HTT V

HTT HT V

V V H HTT V

ll b

(76)

60

độ vật thể sang hệ tọa độ địa phương) cần xác định Muốn vậy, phải thực cân ngang cho gia tốc kế cân góc định hướng cho cảm biến quay Bản chất việc làm đồng chỉnh để số liệu từ cảm biến tương hợp với hệ tọa độ địa phương Để thực đồng chỉnh hệ thống, người ta thực bước cân ngang cân phương vị

2.2.1.1 Cân ngang

Cân ngang nhằm mục đích xác định góc sai lệch ban đầu mặt phẳng ngang x(0) y(0) Một cảm biến lý tưởng trục đứng đo trọng

lực biểu kiến g, trục lại có giá trị đo khơng hệ tọa độ địa phương

2.2.1.2 Cân phương vị

Tương tự vấn đề cân ngang, cân phương vị nhằm đồng chỉnh phép đo hệ tọa độ địa phương Về bản, chức nhằm xác định góc phương vị A(0), định nghĩa góc trục Bắc hệ tọa độ địa phương hình chiếu trục dọc hệ tọa độ vật thể lên mặt phẳng ngang Về mặt lý thuyết, hệ tọa độ địa phương, cảm biến quay Bắc đo hình chiếu vận tốc góc Trái đất Ucos, cảm biến quay Đơng có số đo khơng Sau hồn chỉnh, mặt phẳng ngang XbYb (của hệ tọa

độ vật thể) nằm ngang Do đó, kết đo cảm biến quay xb, yb

trong hệ tọa độ vật thể hình chiếu Ucos trục cảm biến góc nghiêng trục ngang Xb, Yb hệ tọa độ vật thể tương ứng với trục Đông

và Bắc hệ tọa độ địa phương Góc nghiêng gọi phương vị, từ đó, định nghĩa kết đo cảm biến quay sau:

(2.29)

xb

yb

tgA 

(77)

61

Trong thực tế, sai số cảm biến quay, cân phương vị bị giới hạn mức độ sai số X - cảm biến quay :

(2.30)

trong sai số phương vị

Phương trình (2.30) cho thấy rằng, với vĩ độ = 900 (tại cực Bắc), góc

phương vị khơng thể tính Do đó, vĩ độ cao, hệ tọa độ địa phương không tối ưu cho hệ tọa độ dẫn đường trục Y hệ tọa độ địa phương thường xuyên hướng Bắc Trong vùng lân cận cực, chuyển động theo phương Đông - Tây cho góc quay lớn so với trục Z hệ tọa độ địa phương Để tránh phụ thuộc vào vĩ độ góc quay, sử dụng hệ tọa độ dịch chuyển Tuy nhiên, may tàu ngầm Việt Nam hoạt động vùng biển Việt Nam có vĩ độ 210

2.2.2 Sai số hệ thống INS

Sự sai lệch vận tốc góc hệ tọa độ lắp đặt hệ tọa độ địa phương có ngun nhân giá trị trôi cảm biến quay sai số tính tốn, sai số gia tốc lại chủ yếu hệ số tỉ lệ độ lệch tĩnh cảm biến gia tốc sai số tính tốn Các sai số khác (sai số phi tuyến hệ số tỉ lệ, sai số lắp đặt ) biểu diễn qua mơ hình sai số INS

(2.31)

Với q trình ngắn, mơ hình sai số sau sử dụng:

dr xb  (0) cos  

 xbdr

A U ) ( ~ A

( ) cos

(78)

62

(2.32) đó:

- sai số vị trí theo trục Đơng trục Bắc VN, VE - sai số tốc độ theo trục Đông trục Bắc

- độ trôi cảm biến quay theo trục Đông trục Bắc, aD  g - gia tốc theo phương thẳng đứng, gần gia tốc trọng trường

Do tính độc lập tự nhiên nguồn sai số, mơ hình sai số chia thành hai phần: Phần cố định (Schuler) phần biến đổi Thành phần Schuler không phụ thuộc vào tham số chuyển động xác định chủ yếu thành phần trôi cảm biến quay sai số tĩnh cảm biến gia tốc Thành phần biến đổi phụ thuộc vào chuyển động vật thể đặc tính phụ thuộc chủ yếu vào hệ số tỉ lệ cảm biến gia tốc sai số phương vị Nghiệm tổng quát hệ tổng hai thành phần:

- Phần rút gọn mô hình sai số INS thành phần Schuller biểu diễn sau:

N E

N E E D E E N E N D N E E E

δ =δV δ =δV

δ V =gΦ -a Φ + a μ + B δ V =a Φ -gΦ + a μ + B

0

N E

dr

N E dr

N

E E N

(79)

63

(2.33)

và thành phần biến đổi là:

(2.34)

Kết phương trình vi phân thành phần Schuler phương trình (2.62) dao động sai số vận tốc với tần số nhỏ gọi tần số Schuler , tương ứng với chu kỳ dài xấp xỉ 84 phút (ở RE bán kính Trái đất g vector gia tốc trọng trường) Ngược lại, kết

quả thành phần thứ hai phương trình (2.34) nhiễu tần số cao sai số thành phần biến đổi INS Phương trình (2.34) cho thấy, sai số phương vị, D hệ số tỉ lệ E N sinh tham số chuyển động vật

thể aE aN

Tương tự, sai số tốc độ, sai số phương vị vị trí INS có dao động Schuler kết phương trình vi phân bậc hai Các phương trình sai số vị trí thu cách tích phân cơng thức vận tốc Những cơng thức cho thấy, sai số vị trí INS tăng dần theo thời gian thành phần Schuler thành phần biến đổi sai số INS tổng hợp Do sai số Schuler lớn nhiều so với thành phần biến đổi nên giá trị độ trôi cảm biến

sh sh sh sh

E N

sh sh sh sh

E N E N E N

sh

N E

δ =δV δ =δV

δV = -gΦ + B δV = gΦ +B

0 0 E N sh sh dr

E N dr

N E dr dr E N N E V V R R B B                                       nst nst N E

nst nst nst nst

E N N D N E E D

δ =δV δ =δV

δV = gΦ + a δV =gΦ - a

N E

E E E N

nst nst E N N E a a V V R R                               

/ E / 5000

(80)

64

con quay yếu tố đánh giá cho chất lượng INS Đối với SINS, sai số cảm biến dr, B,  biểu diễn mơ hình sai số khơng phải hệ tọa

độ vật thể mà hệ tọa độ địa phương thông qua ma trận Cosin trực tiếp Vectơ trạng thái sai số thứ i INS bao gồm sai số việc phát triển tham số dẫn đường sai số cảm ứng:

ở - sai số việc xây dựng mặt phẳng ngang, - sai số xử lý thành phần tốc độ INS trục tọa độ địa lý, , sai số phát triển vĩ độ, kinh độ hướng đi, - sai số thành phần cảm biến quay sai số gia tốc kế trục giá ổn định quay

Hệ thống dẫn đường qn tính có đế tin cậy, xác giá thành hợp lý việc bố trí khí phức tạp vịng trượt nhạy cảm, động tiêu thụ cơng suất lớn khung quay, thiết bị phải chịu ảnh hưởng nhiệt tất yếu; cộng hưởng điều không tránh khỏi Việc bảo dưỡng tiêu tốn nhiều tiền cần thay quay gia tốc kế khối khung quay phải tháo ra, sau thay lắp đặt lại (trong mơi trường “sạch nhiễu”) phải tốn nhiều thời gian cho việc cân chỉnh thử nghiệm lại toàn hệ thống Đồng thời, thời gian khởi động để đảm bảo thiết bị làm việc tin cậy thường lớn, có đến 24 trước thiết bị nhạy cảm tìm kinh tuyến làm việc

Đối với hệ thống không đế có thêm sai số quỹ đạo, gia tốc góc, chu kỳ tính tốn máy tính

Sai số hình (Coning error): Khi tàu ngầm hoạt động, tốc độ hình lớn động lượn vịng Sự thay đổi lớn góc nghiêng góc phương vị xảy lệch pha 900 dẫn đến tốc độ hình quanh trục bánh lái tầm lớn Độ

ll b R ( ) i INS X k , , , , , , , , , , , ,                 i

INS i i N i E i i i i xi yi zi xi yi zi

X V V HT

,

i i

  VN i,VEi

, ,     i i HTi

, , , , ,

(81)

65

dạt quan sát hệ thống tuỳ thuộc vào hiệu giải thuật xử lý máy tính (coning and quaternion algorithms) tuỳ thuộc vào độ xác của hệ số thang đo lệch cân chỉnh Các sai số nhỏ cỡ vài phần triệu vài micro radian quan trọng

Hình 2.7 Chuyển động lượn vòng tàu ngầm bắt mục tiêu[35] Sai số Sculling(Sculling error): Nếu liên tục chuyển vector gia tốc đo sang hệ toạ độ dẫn đường ổn định lấy tích phân liên tục để có vận tốc khơng tạo sai số Tuy nhiên, việc tích phân gia tốc hệ toạ độ liên kết khơng liên tục, tính khoảng thời gian rời rạc Khi có diện đồng thời tốc độ quay gia tốc (hiệu ứng Sculling), gần (khơng tích phân liên tục) dẫn đến sai số Sculling Hình 2.7 minh hoạ việc hình thành sai số sculling Với diện dao động quay có gia tốc máy tính tính sai số gia tốc trung bình Sai số gia tốc dư chuyển động góc nhỏ biểu diễn:

(2.35)

0 1 sin( / 2)

2 /

 

 

 

   



 

a t

Sculling error

(82)

66

Với a0 biên độ gia tốc dao động θ0 biên độ chuyển động

góc dao động tính radian Sai số sculling thường biểu diễn µg

Hình 2.8 Minh hoạ chuyển động Sculling gia tốc kế gây sai số Để tránh sai số sculling lớn, cần phải thực việc chuyển đổi vận tốc nhanh tần số dao động cho trước lần, nhà chế tạo dùng giải thuật lặp nhanh (high-iteration rate sculling algorithm)

- Sai số kích thước: Cùng định vị (co-locate) gia tốc kế điều khơng thể Do đó, gia tốc kế đo gia tốc điểm khác không gian (sai lệch khoảng vài cm) Khi có diện chuyển động góc, gia tốc kế đo gia tốc hướng tâm gia tốc tiếp tuyến Bộ tín hiệu đầu gia tốc kế không đồng với khác biệt vị trí vật lý chúng, kết gây sai số kích thước Độ lớn sai số kích thước tỉ lệ với khoảng cách tâm gia tốc kế bình phương tốc độ góc Sai số

(83)

67

khơng xảy hệ thống có đế gia tốc kế cách ly khỏi chuyển động quay

Sai số xảy trường hợp chuyển động lắc tần số thấp Ví dụ, hệ thống quay với ±450 khoảng thời gian giây cánh tay đòn gia tốc kế cm hiệu ứng kích thước gây sai số là:

Sai số dễ dàng hiệu chỉnh máy tính

2.2.3 Các yếu tố cấu tạo ảnh hưởng đến làm việc xác hệ thống dẫn đường quán tính

Khi khai thác sử dụng hệ thống quán tính, ta cần quan tâm đến thông số kỹ thuật sau:

- Kích thước trọng lượng;

- Các yêu cầu làm mát yêu cầu sưởi ấm;

- Công suất tiêu hao khởi động tàu ngầm hành trình trạng thái cân Khi động, địi hỏi phải tăng cơng suất nhiều cấp cho động (chỉ đế khung) Việc điều chỉnh công suất (tần số điện áp) độ nhạy thành phần độ sụt áp tạm thời;

- Tốc độ gia tốc lớn dọc xung quanh trục;

- Các đặc tính rung xóc mà khơng bị hỏng thoả mãn tính dẫn đường theo yêu cầu;

- Khả khôi phục đế giảm chấn góc lệch tối đa;

- Độ tin cậy bao gồm MTBF (Mean Time Between Failures - thời gian trung bình hai lần hỏng) khoảng thời gian hiệu chuẩn (nếu có);

- Khả tự kiểm tra nguyên vẹn thiết bị có tác động bên ngồi

 

 

   

 

2

1 2

ứ 1.6

2 981( / sec ) / 4sec

cm

Hiệu ng kích thước rad mg

(84)

68

Chúng ta biết, không cần thông tin tham khảo bên chất lượng làm việc hệ thống dẫn đường quán tính giảm dần thời gian Các ảnh hưởng chung hệ thống dẫn đường quán tính là:

- Độ xác vị trí vận tốc giảm theo thời gian cho dù tàu ngầm chuyển động hay đứng yên;

- Cần phải thực cân chỉnh ban đầu Việc cân chỉnh đơn giản tàu ngầm đứng yên vĩ độ trung bình, giảm độ xác vĩ độ lớn 750 tàu ngầm chuyển động;

- Độ xác thơng tin dẫn đường tùy thuộc phần vào động tàu ngầm

Đối với hệ thống dẫn đường quán tính có đế, số yếu tố ảnh hưởng đến xác cung cấp vị trí như:

- Gia tốc Coriolis (do trái đất quay);

- Ảnh hưởng chuyển động thẳng đứng;

- Hình dạng trái đất, khơng phải hình cầu tuyệt đối mà hình Geoid; - Hiện tượng “khố khung” (gimbal lock) tàu ngầm động; - Hệ tọa độ hệ thống cung cấp hệ tọa độ lập hải đồ hành trình; - Các nguồn thơng tin tham khảo nhập vào hệ thống

Vì vậy, để tăng độ tin cậy làm việc cho hệ thống, cần nhập thêm vào nhiều thơng số tham khảo thật xác tốt Các sai lệch hệ tọa độ dẫn đường hệ tọa độ sử dụng hải đồ cần hiệu chỉnh trước chuyến biển để hệ thống dẫn đường qn tính làm việc với độ tin cậy cao

(85)

69

Hình 2.9 Các thơng số hệ thống dẫn đường quán tính cung cấp 2.3 Ảnh hưởng thủy thủ đoàn độ xác dẫn đường tàu ngầm

Mặc dù hệ thống dẫn đường trang bị tàu có tiên tiến đến đâu, đặc điểm sử dụng tàu ngầm khác với phương tiện ngầm khác cịn chịu chi phối thủy thủ đoàn, mà cụ thể huy tàu ngầm việc định

Khi tàu hành trình, việc cập nhật vị trí tàu thơng thường tính từ vị trí tàu thời điểm t0, có tọa độ 0, 0 Bản thân vị trí tồn sai số

so với vị trí thật Quá trình hành trình, tàu dựa vào hướng đi, vận tốc thời gian hành trình để xác định vị trí thời điểm Tuy nhiên, sai số xác định hướng mHT, sai số xác định vận tốc mV0 mà vị trí tàu

(86)

70

ngầm lên chế độ nạp khí, chế độ kính tiềm vọng Lúc sử dụng hệ thống GNSS để cập nhật vị trí cho hệ thống dẫn đường qn tính cách tự động cập nhật chế độ thủ công Nếu cập nhật tự động khả xảy sai sót khả cập nhật thủ cơng

Ngồi ra, điều kiện làm việc tàu ngầm, đặc điểm điều kiện lao động quân thủy thủ tàu ngầm gây nhiều yếu tố bất lợi sức khỏe thủy thủ tàu ngầm, từ gây tượng căng thẳng, mệt mỏi, từ khả làm việc bị ảnh hưởng nguyên nhân gây thiếu xác đo đạc, nhập liệu, xử lý thông tin dẫn đường gây ảnh hưởng đến độ xác dẫn đường tàu ngầm

Biểu đồ 2.1 Biểu đồ khả làm việc liên quan đến mức độ stress[26]

Thấp Mức độ stress Cao

Như vậy, có máy móc hỗ trợ người chủ thể huy tàu ngầm, phải có phương pháp huấn luyện, rèn luyện sức khỏe phù hợp, để thủy thủ tàu ngầm đáp ứng tốt mơi trường làm việc dài ngày hành trình ngầm

2.4 Kết luận chương

Trong chương 2, luận án nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến dẫn đường ngầm, giới thiệu ngắn gọn hệ thống dẫn đường quán tính, hệ thống dẫn đường qn tính có đế khơng đế, thuật tốn xác định vị trí tàu chúng đồng thời phương pháp đồng chỉnh hệ thống dẫn đường quán tính nhằm

Tốt

Kém

Khả

(87)

71

nâng cao độ xác hoạt động hệ thống Luận án nghiên cứu sai số hệ thống dẫn đường quán tính, yếu tố ảnh hưởng đến độ xác dẫn đường Nghiên cứu ảnh hưởng người điều khiển tàu độ xác dẫn đường

Qua kết luận xác định sai số dịng chảy có ảnh hưởng lớn nhất, làm sai lệch hướng tàu dẫn đến sai lệch vị trí tàu

(88)

72

CHƯƠNG CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC DẪN ĐƯỜNG CHO TÀU NGẦM TRONG KHU VỰC BIỂN ĐÔNG

3.1 Giải pháp kỹ thuật nâng cao độ xác cho dẫn đường tàu ngầm

3.1.1 Kết hợp hệ thống dẫn đường quán tính hệ thống vệ tinh định

vị dẫn đường toàn cầu sử dụng lọc Kalman

Để nâng cao độ xác hoạt động hệ thống dẫn đường qn tính, cần kết hợp thơng tin hệ thống dẫn đường quán tính cung cấp với hệ thống xác định vị trí khác loại Như xét trên, lọc Kalman mạnh ứng dụng rộng rãi hệ thống tích hợp hàng hải Tuy nhiên, phương pháp nhiều nghiên cứu đưa áp dụng trình tàu ngầm hành trình nhận tín hiệu từ hệ thống vệ tinh Hai nguyên lý kết hợp hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu hệ thống dẫn đường quán tính đưa đây[52], [21], [22], [41]:

*Kiểu kết hợp lỏng lẻo:

Trong kiểu kết hợp này, trình xử lý GNSS INS thực riêng rẽ có ảnh hưởng lẫn Phép đo GNSS xử lý qua lọc Kalman kết hợp với kết INS theo chu kỳ cấp thông tin GNSS Bộ lọc Kalman sử dụng thông tin vị trí, vận tốc nhận từ GNSS kết đo vị trí, vận tốc từ INS để xác định sai số Kiểu kết hợp không bị ảnh hưởng hai nguồn thông tin bị

(89)

73 * Kiểu kết hợp chặt

Trong kiểu kết hợp này, việc xử lý kết đo thực tập trung lọc Kalman Kết tính tốn sử dụng để hiệu chỉnh tham số tính tốn INS

Hình 3.2 Kiểu kết hợp chặt

Các kết hợp nghiên cứu nhiều tài liệu có liên quan, khơng xem xét trình bày Có thể nói phương án kết hợp tốt cho hệ thống dẫn đường quán tính nhận tín hiệu từ vệ tinh Độ xác xác định vị trí có tín hiệu từ vệ tinh đảm bảo an toàn cho tàu ngầm trình hành quân chế độ kính tiềm vọng Tuy nhiên, điểm yếu phương pháp áp dụng điều kiện thời chiến tàu ngầm hành trình ngầm Lúc này, tàu ngầm cần phương án xác định vị trí tàu quan trắc khác để hỗ trợ trình tác chiến dùng mục tiêu địa văn, thiên văn…

3.1.2 Kết hợp tốc độ kế tuyệt đối (Doppler Velocity Log – DVL) hệ

thống dẫn đường quán tính (INS/ DVL)

(90)

74

kết hợp với hệ thống vệ tinh định vị tồn cầu, có hai phương án đưa nghiên cứu kết hợp lỏng lẻo kết hợp chặt

Hình 3.3 Hai phương án kết hợp INS/DVL

Tuy nhiên, tàu ngầm không trang bị tốc độ kế tuyệt đối, phương án khơng thể áp dụng, không tác giả không giới thiệu

3.1.3 Một số giải pháp kỹ thuật khác

3.1.3.1 Xây dựng hệ thống sở liệu phục vụ định vị, dẫn đường cho tàu ngầm phương pháp định vị thuỷ âm

Xây dựng sở liệu hải dương, cho phép lưu trữ thông tin thu thập từ điểm khảo sát yếu tố hải dương biển Các nguồn số liệu sau xử lý lưu trữ sở liệu, nguồn liệu sử dụng để tính tốn ảnh hưởng yếu tố mơi trường nước biển đến tác nghiệp vị trí tàu ngầm Cơ sở liệu hải dương cho phép lưu trữ thông tin với số lượng lớn thuận tiện công tác truy vấn liệu

(91)

75

Để phục vị định vị dẫn đường cho tàu phương pháp định vị thủy âm, yêu cầu cần xây dựng hệ thống trạm phát tín hiệu sóng âm lịng biển Trong sở liệu cho phép lưu trữ thông tin trạm phát sóng âm thường xuyên cập nhật có thơng tin thay đổi Các thơng số trạm thủy âm sở để tính tốn khoảng cách từ trạm phát sóng đến điểm thu sóng tàu, từ xác định vị trí tàu Tương tự hệ thống “POSYDON” Mỹ hệ thống “Positioner” Nga, tàu ngầm thu tín hiệu vị trí từ trạm phát thủy âm trở lên xác định vị trí quan trắc, từ đồng chỉnh hệ thống dẫn đường qn tính, nâng cao độ xác dẫn đường Hệ thống có chức tương tự trạm DGPS lắp bờ để hiệu chỉnh vị trí tàu theo GPS

Cơ sở liệu tổ chức thu thập cho phép lưu trữ giá trị vận tốc truyền âm môi trường nước biển Vận tốc âm điểm khảo sát lưu trữ theo tầng nước tiêu chuẩn Trong q trình tính toán tùy thuộc vào tầng nước hoạt động tàu mà sử dụng nguồn liệu cho phù hợp

Từ bảng thông tin trạm thủy âm sở liệu hải dương xác định thông tin vận tốc âm trạm thủy âm khảo sát trước

(92)

76

Hình 3.4 Sự lan truyền âm nước

Vtb = (Vtrạm + Vtàu)/2 (3.1)

Sau tính giá trị vận tốc âm trung bình đường truyền dễ dàng tính khoảng cách từ trạm thủy âm đến tàu

Hình 3.5 Bố trí máy thu âm tàu ngầm

Trong danh sách chọn trạm có khoảng cách gần tàu để sử dụng tính tốn vị trí tàu

(93)

77

( – Ti)2 + ( – Ti)2 + (h – hTi)2 = di2 (i) (3.2)

Trong đó: Ti, Ti, hTi tọa độ trạm thủy âm thứ i

di khoảng cách từ trạm thủy âm thứ i đến tàu

Từ phương trình trở lên ta xác định hệ phương trình bậc với ẩn số là: , , h Giải ma trận bậc ta thu , , h tọa độ sơ tàu

* Sử dụng lọc Kalman để hiệu chỉnh tọa độ tàu + Thời gian lần tính tốn tàu là:

∆t = k+1t - kt (3.3)

Vì khoảng thời gian ngắn ta coi quãng đường di chuyển đường thẳng qng đường xác định theo cơng thức:

 

 ( ) 1. ( ) ( )( )

2

k k

k s s

s s

V t V t

d V t t t

dt (3.4)

Quãng đường tính theo cơng thức tọa độ:

dm = [(k+1m - km)2+(k+1m – km)2+(k+1hm – khm)2]1/2 (3.5)

Giải tốn thỏa mãn cơng thức sau: ɛ = |𝑑𝑚− 𝑑𝑠|

𝑑𝑠 <δ (3.6)

trong đó, δ giá trị hội tụ, thơng thường 0.0001[50]

Ta tính giá trị tọa độ tàu , , h sau hiệu chỉnh từ cập nhật cho hệ thống dẫn đường quán tính

3.1.3.2 Xây dựng hệ thống hải đồ chuyên dụng cho tàu ngầm

Hải đồ sử dụng cho biển tàu ngầm sử dụng hai loại hải đồ giấy hải đồ điện tử

(94)

78 Tỷ lệ nhỏ:

• Tổng đồ: hải đồ có tỷ lệ nhỏ 1:2 000 000 Tỷ lệ trung bình:

• Hải đồ vượt biển: có tỷ lệ nằm khoảng 1:2 000 000 - 1:350 000 Hải đồ sử dụng cho mục đích để vượt biển, chạy xa bờ

• Hải đồ ven biển: có tỷ lệ nằm khoảng 1:350 000 - 1:75 000, sử dụng cho mục đích chạy tàu ven biển

Tỷ lệ lớn:

• Hải đồ nhập cảng: có tỷ lệ nằm dải 1: 75 000 - 1:30 000 sử dụng để hành hải lối dẫn vào cảng, luồng hàng hải tuyến hành hải qua vùng nước chật hẹp có mật độ giao thơng cao

• Hải đồ bến cảng: thơng thường có tỷ lệ khoảng 1:30 000 -1:5 000 Các hải đồ cung cấp lối vào cảng, hành hải cảng biển, bến cảng, khu neo đậu, kênh, sông

• Hải đồ cập cầu: tỷ lệ lớn 1:5 000 sử dụng để hỗ trợ cập cầu Thông thường, hải đồ đưa vào hải đồ hải đồ bến cảng Sơ ri ven biển liên tục: hải đồ nối tiếp bao phủ toàn tuyến hàng hải ven bờ biển

Hải đồ điện tử cung cấp cho người biển hải đồ thông tin hàng hải thể hình máy tính Một máy tính cài đặt phần mềm hiển thị hải đồ điện tử kết nối với hệ thống định vị số cảm biến khác hiển thị cho người sử dụng biết vị trí tàu, hướng đi, tốc độ, hướng mũi tàu, độ sâu, chướng ngại nguy hiểm thông tin hàng hải khác với hình ảnh rõ ràng, khơng nhầm lẫn, trực quan hải đồ giấy

Căn vào giải pháp kỹ thuật, hải đồ điện tử có hai loại:

(95)

79

- Hải đồ hàng hải điện tử ENC (Electronic Navigational Charts) gọi hải đồ Vector

Hiện nay, hải đồ sử dụng cho tàu ngầm Đoàn đo đạc, biên vẽ hải đồ nghiên cứu biển cung cấp Tuy nhiên, hải đồ phục vụ dẫn đường cho tàu ngầm có đặc thù riêng phụ thuộc vào yêu cầu nhiệm vụ hoạt động tàu ngầm Dựa TCVN 10337:2015 tiêu chuẩn IHO (International Hydrographic Organization - Tổ chức thủy đạc quốc tế) hải đồ phục vụ cho biển, phạm vi nghiên cứu mình, NCS đề xuất nghiên cứu xây dựng hải đồ chuyên dụng cho tàu ngầm, đó:

- Tỷ lệ hải đồ:

Căn vào nhiệm vụ cụ thể tàu ngầm hoạt động, nhiệm vụ khác cần hải đồ với tỷ lệ khác Đề xuất yêu cầu cụ thể cho nhiệm vụ sau:

+ Khu vực tàu ngầm nằm đáy: Hải đồ có tỷ lệ ≥ 1:10.000

+ Khu vực tàu ngầm huấn luyện, đợi cơ: Hải đồ có tỷ lệ <1:10.000 ≥1:100.000

+ Khu vực tàu ngầm hành trình: Hải đồ có tỷ lệ < 1:100.000 - Nội dung hải đồ:

(96)

80 3.1.3.3 Xây dựng hệ thống quản lý hành trình

Hệ thống quản lý hành trình VMS (Voyage Management System) xây dựng nhằm quản lý tất công việc phục vụ cho dẫn đường trợ giúp định sĩ quan huy tàu ngầm Sơ đồ tổ chức thơng tin Khoang điều khiển tàu ngầm Hải quân Mỹ phương án làm việc cho hệ thống này[28]

Có thể nói, hệ thống VMS trung tâm Khoang điều khiển tàu ngầm Từ hệ thống, quản lý hành trình chuyến biển trước tại, giúp người huy rút kinh nghiệm từ liệu lưu trữ từ chuyến biển trước, nắm độ xác chuyến biển Lúc hệ thống dẫn đường hệ thống nhiều hệ thống tạo nên hệ thống quản lý hành trình

Từ sơ đồ tổ chức thơng tin Hải quân Mỹ, NCS đề xuất sơ đồ tổ chức thơng tin cho Khoang điều khiển tàu ngầm Việt Nam hình đây:

(97)

81

Hình 3.7 Sơ đồ tổ chức thơng tin Khoang điều khiển tàu ngầm NCS đề xuất

Trong sơ đồ tổ chức thông tin này, liệu chuyến biển lưu lại thiết bị ghi liệu hành trình tự động Nhờ có thiết bị này, sau tàu ngầm hoạt động biển cứ, liệu chép để phân tích chuyến đi, thu thập liệu hải văn, dòng chảy ngầm khu vực tàu hoạt động, sử dụng cho mục đích huấn luyện, đào tạo kíp thủy thủ 3.1.3.4 Chế tạo, thử nghiệm hệ thống dẫn đường quán tính riêng

(98)

82

nên độ xác cao[23] Ngồi ra, cần có nghiên cứu thay hệ thống dẫn đường quán tính có đế hệ thống dẫn đường qn tính khơng đế, đồng thời đồng hóa chức hệ thống dẫn đường quán tính lắp đặt với tất trang thiết bị tàu

3.2 Giải pháp huấn luyện đảm bảo nâng cao độ xác cho dẫn đường tàu ngầm hành trình ngầm

Tất giải pháp nêu phần 3.1 địi hỏi khối lượng cơng việc lớn, nguồn nhân lực dồi kinh phí để thực khơng nhỏ Trong đó, nghiên cứu phát triển hệ thống dẫn đường riêng biệt, đảm bảo độ xác tin cậy để tích hợp hệ thống dẫn đường quán tính, đảm bảo tính bí mật hoạt động tàu ngầm cần sách Đảng Nhà nước hỗ trợ, nhà khoa học Việt Nam nhà khoa học Quân chủng Hải quân chung tay xây dựng Hiện Đoàn đo đạc Biên vẽ Hải đồ Nghiên cứu biển thuộc Quân chủng Hải quân tiến hành đo đạc bước xây dựng hải đồ chuyên dụng cho hoạt động tàu ngầm xây dựng sở liệu hải văn phục vụ dẫn đường ngầm Tuy nhiên, việc tiến hành đo đạc để có liệu xác cịn cần nhiều thời gian cơng sức Do đó, song song với giải pháp triển khai, giai đoạn nay, giải pháp huấn luyện mang tính khả thi cao khơng cần tốn q nhiều kinh phí thực

(99)

83

bị hàng hải tàu cấp thiết nhằm bổ sung lực lượng thủy thủ tàu ngầm, tránh phụ thuộc vào nước ngồi, giảm thiểu chi phí

Mục tiêu việc huấn luyện dẫn đường cho tàu ngầm nhằm trang bị cho sĩ quan hàng hải tàu kỹ vững theo thực tế:

- Giải vấn đề dẫn đường cho tàu ngầm theo độ xác độ tin cậy cho phép, đảm bảo cho tàu ngầm hoạt động an toàn ngầm, trang bị nguyên tắc dẫn đường hành trình bình thường chiến đấu;

- Bảo đảm hoạt động bình thường trang thiết bị máy móc phục vụ dẫn đường hoạt động hàng ngày chiến đấu;

- Quan sát thu thập liệu tình hình khí tượng thủy văn đảm bảo cho dẫn đường xác an tồn, xác định vị trí tàu xác sử dụng trang bị vũ khí;

- Duy trì tàu ngầm trạng thái liên tục sẵn sàng hoàn thành nhiệm vụ; - Quản lý hiệu việc cung cấp thông tin dẫn đường cho tàu ngầm khu vực chờ đợi;

- Xây dựng tinh thần trách nhiệm cao nhân viên ngành hàng hải sĩ quan dẫn đường an toàn hàng hải, thu thập xử lý xác liệu khí tượng thủy văn đảm bảo cho sẵn sàng chiến đấu tàu ngầm

- Xây dựng phương án giải tốn tìm kiếm tàu ngầm liên lạc với sở huy cấp (liên quan đến độ xác xác định vị trí tàu)

(100)

84

chuyến biển trước, sĩ quan hàng hải tàu cần giải số tốn sau

3.2.1 Tính tốn hệ số độ xác Kc xác suất xác định vị trí tàu theo sai

số cho trước

Giả sử rằng, hệ thống dẫn đường quán tính lắp đặt tàu, sau cân chỉnh theo hướng dẫn nhà sản xuất đảm bảo yêu cầu trình thử nghiệm, hồn tồn khơng can thiệp vào bên hệ thống Do đó, tạm chấp nhận thông số làm việc cung cấp theo máy, sai số lý tưởng vị trí tàu 01 hải lý/ 24 giờ, sai số hướng < 0.0050/ Theo quy tắc huấn luyện chiến đấu tàu ngầm Hải

quân Nga, tàu hành trình giờ, sai số vị trí tàu xác định theo công thức : 0.7 ,

,

c c

M K t t h M K t t h



  



   (3.7)

Trong đó: Mc – sai số vị trí tàu theo thời gian;

Kc – hệ số độ xác tính đường đi;

t – thời gian tàu hành trình

Hệ số độ xác Kc tính tốn phương pháp đặc biệt cho

từng vùng biển Khi thực hành dẫn đường cho tàu, phân tích sai lệch quan trắc vị trí tàu (khơng < 13 lần) vị trí tàu dự tính Hệ số xác định tàu theo tuyến hành trình vùng biển định

Cơng thức chung để tính tốn Kc t>

1

1 1,13

n i i

c n

i

C t K

t

 

 (3.8)

Trong đó, Ci độ lệch vị trí tàu quan trắc vị trí tàu dự tính lần đo

(101)

85

Với khoảng cách lệch thời gian hành trình khơng q lớn, Ci

được tính tốn theo cơng thức PITAGO, Ci đường chéo, cạnh

góc vuông độ lệch vĩ độ kinh độ vị trí tàu dự tính vị trí tàu quan trắc Mỗi tàu cần xác định hệ số Kc riêng, đo đạc tính tốn

thực tế trình tàu hành trình biển

Ví dụ sau minh họa cách tính Kc cho tàu hành trình khu vực Biển

Đơng

Bảng 3.1 Minh họa số liệu đo đạc để tính hệ số Kc Số lần quan

trắc vị trí tàu

Độ lớn sai lệch Ci

(hải lý)

Thời gian hành trình lần quan trắc ti (giờ) ti

Ci ti

1 1.7 6.2 2.49 4.23

2 1.4 2.83 3.96

3 1.4 4.4 2.10 2.94

4 0.3 3.1 1.76 0.53

5 1.73 3.46

6 0.8 8.2 2.86 2.29

7 0.8 3.5 1.87 1.50

8 2.6 2.5 1.58 4.11

9 2.1 6.1 2.47 5.19

10 0.9 6.4 2.53 2.28

11 2.00 4.00

12 1.5 7.1 2.66 4.00

13 2.2 8.1 2.85 6.26

Từ công thức (3.8), tính 1,13.44, 61 0, 70,

c

K  

Khi tàu ngầm hành trình huấn luyện, sau thời gian > giờ, tiến hành tác nghiệp vị trí dự tính từ hệ thống dẫn đường quán tính, đồng thời tác nghiệp vị trí nhận từ hệ thống GNSS lên hải đồ, tính độ lệch Ci Sau tối thiểu

13 lần đo đạc, áp dụng công thức (3.8) xác định hệ số Kc Hệ số Kc

(102)

86

năm Sai số bán kính bình phương trung bình (BPTB) vị trí tàu thời điểm tuyến hành trình tính theo cơng thức:

2

0

t c

M  M M (3.9)

M0: Sai số BPTB thời điểm t=0,  tiến hành đồng chỉnh hệ

thống dẫn đường quán tính hệ thống GNSS Mc: Sai số vị trí tàu tính theo cơng thức (3.7)

Mt: Sai số BPTB vị trí tàu thời điểm t so với thời điểm t=0;

Sai số vị trí tàu ứng với xác suất cho trước tính theo công thức sau:

1

ct

t M M

P e      

  (3.10)

Trong đó, Mct sai số cho trước

Từ công thức (3.10), tính tốn xác suất vị trí tàu theo sai số cho trước ngược lại

3.2.2 Xác định vị trí tàu vị trí tàu có mật độ xác suất lớn

Khi tàu ngầm hành trình ngầm, khơng tính đến tác dụng dịng chảy, đường chuyển động thực tế tàu trùng với đường hướng thật HT Quãng đường tàu tính theo công thức:

S = (Smt2 - Smt1) Kmt (3.11)

hoặc dựa vào vận tốc thời gian hành trình theo cơng thức:

S = V0.t (3.12)

Trong đó: Smt số tốc độ kế thời điểm t1,2

Kmt hệ số tốc độ kế

S quãng đường tàu hành trình, V0 vận tốc ban đầu tàu, t thời

gian tàu hành trình

(103)

87

Khi hành trình ngầm bình thường, khơng gần nguy hiểm hàng hải, tàu ngầm sử dụng vị trí tàu hệ thống dẫn đường quán tính cung cấp Tuy nhiên, sai số thiết bị đo ảnh hưởng dịng chảy, vị trí tàu hệ thống dẫn đường quán tính bị sai lệch so với thực tế Theo thực nghiệm, người ta chứng minh phương tiện ngầm hành trình ngầm, ln tồn sai số cố định 0.025 hải lý phía ngược với hướng dịng chảy

Độ xác tính đường vị trí tàu phụ thuộc vào độ xác sở liệu trắc địa độ xác liệu hải văn Đối với phương pháp dẫn đường dự tính theo hệ thống dẫn đường qn tính sai số lớn sai số yếu tố dịng chảy, xác định nguyên nhân ảnh hưởng đến việc xác định đường vị trí tàu là: Sai số xác định vận tốc tàu, sai số hướng tàu, sai số vận tốc dòng chảy sai số hướng dịng chảy

Do đó, sĩ quan trực canh cần có phương pháp xử lý số liệu vị trí cung cấp từ hệ thống dẫn đường quán tính trang bị tàu, từ xác định vị trí tàu xác suất (vị trí tàu trung bình), đảm bảo độ xác cao so với vị trí tàu riêng rẽ đảm bảo yêu cầu an toàn hàng hải của tàu ngầm

Nếu khoảng thời gian đó, xác định số vị trí tàu, để tìm vị trí tàu xác xuất nhất, trước tiên phải tiến hành đưa vị trí tàu thời điểm Sau đó, tính toạ độ vị trí tàu xác suất theo công thức:      n i i n i i i tb P P 1   ;      n i i n i i i tb P P 1 

 (3.13)

trong đó: i, i - vĩ độ kinh độ tương ứng vị trí tàu thứ i sau

(104)

88 i =1,2, ,n - số thứ tự vị trí tàu;

Pi - trọng số vĩ độ kinh độ

Các trọng số Pi xác định công thức :

2

i i

M

P  (3.14)

trong đó: Mi - sai số BPTB vị trí tàu quan sát thứ i

Sai số bán kính BPTB vị trí tàu trung bình xác định cơng thức:

  

n

i i tb

P M

1

(3.15)

3.2.3 Lập kế hoạch biển kế hoạch xác định vị trí tàu

Việc lập phê duyệt kế hoạch biển cho tàu ngầm phải tiến hành chặt chẽ, tỉ mỉ, chu đáo Sau nhận mệnh lệnh vùng biển hoạt động, huy tàu ngầm làm kế hoạch biển Nội dung công tác chuẩn bị hàng hải ban đầu bao gồm

* Nhận nhiệm vụ quán triệt ý định cấp * Lập kế hoạch biển hải đồ

Để thực tốt công tác chuẩn bị hàng hải giải nhiệm vụ giao, cần phải nắm vững nhiệm vụ quán triệt ý định cấp Những điểm cần nắm vững bao gồm:

- Mục đích chuyến biển (tuần tiễu, huấn luyện, đến khu đợi ); - Khu vực tàu hành trình, nơi đến;

- Thời gian xuất phát, thời gian kết thúc, thời gian hành trình biển (đi ban đêm hay ban ngày), vận tốc hành trình (theo vận tốc quy định hay tự chọn);

- Tuyến gần bờ hay xa bờ;

(105)

89 - Các yêu cầu khác

Từ yêu cầu trên, sĩ quan hàng hải cần làm công tác chuẩn bị hàng hải ban đầu gồm nội dung sau:

1- Soạn thảo trình thuyền trưởng phê duyệt kế hoạch tổng quát chuẩn bị hàng hải cho tàu biển ngành Kế hoạch phải thông qua nghiệp vụ trưởng hàng hải đơn vị

- Phổ biến quán triệt nhiệm vụ kế hoạch chuẩn bị

3 - Chọn hải đồ tài liệu hướng dẫn hàng hải, hiệu chỉnh chúng theo thông báo hàng hải

- Nhận thơng tin tình hình hàng hải; khí tượng, hải dương; tình hình hoạt động ta, địch tàu thuyền biển

- Nghiên cứu phân tích, đánh giá tình hình hành trình, rút thuận lợi khó khăn chuyến

6 - Chọn tính tốn đường có lợi nhất; lập kế hoạch hành trình tổng đồ

- Lập kế hoạch (tác nghiệp sơ bộ) hải đồ hành trình, hải đồ cảng vịnh sơ đồ

- Tính tốn, lập Bảng kế hoạch biển bảng tra cứu cần thiết khác - Tính tốn (khi cần thiết) độ tin cậy bảo đảm an toàn hàng hải dựa mệnh lệnh giao

10 - Kiểm tra, sửa chữa hiệu chỉnh phương tiện kỹ thuật hàng hải tàu, xác định lượng hiệu chỉnh chúng

Tất công tác phải tiến hành cách tỉ mỉ, chi tiết hoàn thành trước tàu biển

(106)

90

mục tiêu xác định thông số hàng hải điểm hạ lệnh chuyển hướng; tính đến ảnh hưởng dịng chảy chuyển hướng nhằm mục đích bảo đảm an toàn hàng hải nâng cao độ xác tính đường Bất kỳ tham số phục vụ dẫn đường đo đạc máy móc hay thủy thủ tàu ngầm thao tác giá trị ngẫu nhiên với mức độ tin cậy tương ứng với giá trị thực Tất sai số đo đạc chia thành loại:

- Sai số ngẫu nhiên; - Sai số hệ thống;

- Sai số thơ (có thể bỏ qua)

Tất sai số ngẫu nhiên thông thường tuân theo quy luật phân phối chuẩn (phân phối Gauss) Có thể dùng sai số bình phương trung bình để đánh giá độ xác phép đo tham số dẫn đường xác định vị trí tàu Xác suất xác định vị trí tàu vịng trịn có bán kính R = M 0,630,68 (6368%) Hệ số xác xác định vị trí tàu (KC ) đặc trưng cho tốc độ tăng

sai số tính tốn theo thời gian hành trình

Trong trường hợp tàu ngầm hành trình luồng hẹp, xác suất xác định vị trí tàu phải đạt tới 0.99% Khi tàu ngầm hành trình ngồi khơi, gần đường đẳng trị nguy hiểm, cần xác định lại vị trí tàu tiến hành lựa chọn lại tuyến đường hành trình để đảm bảo tàu ngầm vượt qua chướng ngại Lúc này, cần phải kẻ tuyến song song với hướng tàu ngầm

(107)

91

Kế hoạch hành trình tàu ngầm NCS đề xuất lập bảng sau, ghi rõ trạng thái tàu ngầm hay ngầm, vận tốc trình hành trình tương ứng với mức vận tốc lớn nhất, kinh tế, trung bình nhỏ Ghi sử dụng phương pháp xác định vị trí tàu ngầm, theo mục tiêu địa văn, thiên văn theo hệ thống vệ tinh dẫn đường (trong trường hợp tàu độ sâu kính tiềm vọng), theo hệ thống dẫn đường quán tính (trong trường hợp ngầm)

Bảng 3.2 Bảng “KẾ HOẠCH HÀNH TRÌNH”

Ngoài ra, sĩ quan hàng hải bắt buộc phải tiến hành lập kế hoạch xác định vị trí tàu Việc lập kế hoạch xác định vị trí tàu quan sát tiến hành theo bước sau:

- Xác định sai số cho phép M0 đoạn hành trình thời gian

hành trình tương ứng

- Xác định hệ số độ xác tính đường Kc

- Xác định điểm bắt đầu tính tốn lập kế hoạch xác định vị trí tàu quan sát sai số

- Tính thời gian cho phép cần thiết xác định vị trí tàu quan sát lần thứ tcp1

- Sau có tcp1, dựa vào hải đồ chọn phương án xác định vị trí

tàu quan sát tính sai số bán kính BPTB chúng

- Tiếp tục tính thời gian cho phép cần thiết xác định vị trí tàu quan sát lần thứ hai tcp2

Đi Đi ngầm V =……… V =……… V =……… V =……… Số TT

Quãng đường (M)

Khoảng thời gian theo vận tốc (M/h)

GHI CHÚ Thời gian

chuyển hướng

Mục tiêu thông số hàng hải chuyển

hướng Hướng kế hoạch

(108)

92

- Sau có tcp2, dựa vào hải đồ chọn phương án xác định vị trí

tàu quan sát tính sai số bán kính BPTB chúng - Cứ làm cuối tuyến hành trình

- Lập bảng kế hoạch xác định vị trí tàu quan sát Bảng lập đề xuất đây:

Bảng 3.3 Bảng “KẾ HOẠCH XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TÀU”

3.2.4 Huấn luyện khai thác sử dụng tốt trang thiết bị hàng hải có

Đối với tàu, trang thiết bị hàng hải đóng vai trị quan trọng phục vụ cơng tác dẫn đường cho tàu đảm bảo an tồn Do đó, việc huấn luyện sĩ quan thủy thủ ngành hàng hải tàu khai thác sử dụng tốt, bền trang thiết bị hàng hải trang bị yêu cầu tiên Ngoài việc trang bị đầy đủ kiến thức lý thuyết, kiến thức sử dụng, bảo quản, sửa chữa, huấn luyện chuyên ngành giúp cán bộ, thủy thủ biết vận dụng sáng tạo, linh hoạt tình hoạt động chiến đấu tất trang bị máy móc, dụng cụ, phương tiện thuộc ngành hàng hải tàu Bên cạnh trang thiết bị hàng hải khác, hệ thống dẫn đường quán tính hệ thống quan trọng ngành hàng hải Có thể nói, hệ thống dẫn đường quán tính kim nam cho tàu ngầm hành trình ngầm biển Để hệ thống hoạt động tốt, cần thường xuyên kiểm tra, bảo quản máy theo quy định nhà sản xuất, đồng thời tuân thủ quy trình khởi động máy làm việc Đối với quay cần nhập xác vĩ độ tàu làm việc, gia tốc kế cần nhập độ sâu tàu làm việc Việc xác định hướng vận tốc dòng để nhập bổ

Thời gian

Phương pháp

STT vị trí tàu

Đoạn hành trình

Sai số Mo

Phương pháp

phụ

(109)

93

sung vào hệ thống dẫn đường quán tính giúp hệ thống hoạt động xác

Không dùng tốc độ kế tương đối để xác định vị trí tàu, tốc độ kế tương đối đo chuyển động tương đối tàu ngầm so với nước mà không đo chuyển động tuyệt đối tàu ngầm so với đáy biển tốc độ kế tuyệt đối

Liên tục tác nghiệp xác định vị trí tàu hải đồ giấy để theo dõi vết tàu

Các máy móc hàng hải trang bị phải bảo quản bảo dưỡng để sẵn sàng chế độ tốt

Thường xuyên huấn luyện đội theo tình khác thời gian bến biển, sát thực tế, luyện tập tuyến đường hành quân ngầm biển

Cán huy nâng cao trách nhiệm, tăng cường kiểm tra giám sát đánh giá kết huấn luyện, đưa vào nhận xét đánh giá cuối năm

Để đánh giá kết huấn luyện ngành phải vào yêu cầu sau - Mức độ thực biện pháp đề cho giai đoạn huấn luyện - Các động tác cá nhân phải đạt tiêu đề

- Các trang bị máy móc, phương tiện thuộc phạm vi phân công Phải thực qui tắc điều lệ qui định

- Chấp hành tốt kỷ luật, tổ chức xếp quản lý bảo đảm điều lệnh điều lệ

* Đối với sĩ quan, tiêu chí đánh giá huấn luyện phải đạt

- Nắm vững qui tắc, thị mệnh lệnh hành sử dụng trang bị kỹ thuật, máy móc huấn luyện chiến đấu

(110)

94

hành trình, biết kiểm tra hoạt động nó, thực tiêu qui định

- Hiểu biết tổ chức phương pháp huấn luyện ngành hàng hải giai đoạn huấn luyện;

- Biết huy, hướng dẫn chuẩn bị trang bị máy móc hàng hải thuộc phạm vi phụ trách kiểm tra định kỳ đột xuất;

- Thao tác trang bị máy móc phụ trách;

- Biết huy thực động tác ban đầu, bảo đảm sức sống tàu phương tiện kỹ thuật;

- Biết tổ chức huấn luyện, tiến hành có phương pháp tốt cho buổi lên lớp, luyện tập, thao diễn với thủy thủ thuộc quyền;

- Huấn luyện phận thuộc quyền thực hành trực canh, trực ban * Đối với thủy thủ ngành hàng hải, phải đạt tiêu chí sau

- Hiểu biết cấu tạo, nguyên lý qui tắc sử dụng vũ khí trang bị phụ trách;

- Thực hành bảo đảm tiêu thao tác sử dụng trang bị máy móc hàng hải thuộc phạm vi phân công;

- Biết thực qui tắc an toàn biện pháp ngăn ngừa nguy hiểm sử dụng trang bị máy móc;

- Biết giữ gìn, bảo quản vũ khí trang bị, biết chuẩn bị chiến đấu, chuẩn bị biển, kiểm tra định kỳ đột xuất, ghi chép đầy đủ nhật ký làm việc trang thiết bị hàng hải phân công phụ trách;

- Độc lập làm tốt trực nhật, trực canh tàu biển bến; - Thực xác động tác ban đầu bảo đảm sức sống tàu phương tiện kỹ thuật vị trí mình;

(111)

95

Trên tàu có hệ thống dẫn đường quán tính Cần ghi chép lại tư liệu so sánh vị trí tàu quan trắc vị trí hệ thống dẫn đường quán tính tàu cung cấp chuyến cách lập bảng với nội dung sau:

Bảng 3.4 Bảng ghi chép tư liệu chuyến

Trong bảng này, sĩ quan hàng hải cần ghi chép đầy đủ nội dung thời gian xác định vị trí tàu phương pháp quan trắc vị trí hệ thống dẫn đường quán tính tàu cung cấp, từ xác định độ sai lệch vị trí theo hướng sai lệch (Hs – độ) độ sai lệch (Ci – hải lý)

Bảng ghi chép tư liệu chuyến thuộc tài liệu tối mật tư liệu tham khảo quan trọng cho sĩ quan thủy thủ tàu chuyến biển

3.3 Giải pháp ứng dụng công nghệ thông tin xây dựng phần mềm “Xử lý thông tin vị trí tàu”

3.3.1 Lưu đồ thuật tốn

Phần mềm “Xử lý thơng tin vị trí tàu” NCS viết dựa cơng thức cung cấp chương chương nhằm đánh giá độ tin cậy thuật toán độ xác xác định vị trí tàu dựa thơng tin tham khảo có thơng tin từ hệ thống dẫn đường quán tính cung cấp

(112)

96

Hình 3.9 Lưu đồ thuật tốn phần mềm “ Xử lý thơng tin vị trí tàu”

3.3.2 Thiết kế chương trình

(113)

97

3.3.3 Các chức chương trình

3.3.3.1 Tính tốn hệ số độ xác Kc

Cơng cụ tính tốn hệ số độ xác Kc việc xác định vị trí tàu hệ thống dẫn đường qn tính hệ thống vệ tinh dẫn đường tồn cầu Khi có vị trí từ hệ thống dẫn đường quán tính hệ thống vệ tinh, người sử dụng nhập thông số vào phần mềm, thời gian bắt đầu thời gian kết thúc tuyến

Hình 3.10 Màn hình nhập liệu thơng tin vị trí tàu để tính Kc

Sau tối thiểu 13 lần xác định vị trí vậy, phần mềm tính tốn đưa hệ số độ xác Kc theo cơng thức 3.8 Trong ví dụ trên, phần mềm đưa kết Kc = 0.77

(114)

98

cung cấp hệ thống dẫn đường quán tính, vị trí tàu quan trắc thực Nếu tàu nổi, dùng phương pháp xác định vị trí tàu quan trắc dùng mục tiêu địa văn, phương pháp thiên văn Khi tàu hành trình ngầm, dùng phương pháp xác định vị trí tàu theo độ sâu đáy biển biết (trong điều kiện có liệu hải đồ xác khu vực biển hoạt động)

Hình 3.11 Kết sau nhấn nút Tính

Ưu điểm phần mềm người sử dụng cần nhập vào tọa độ vị trí cung cấp theo hệ thống dẫn đường quán tính hệ thống vệ tinh dẫn đường, từ phần mềm tính độ sai Ci giải thích

để đưa vào cơng thức 3.8 Sử dụng phần mềm tăng độ xác xác định độ sai, tăng thời gian tính tốn khơng cần phải tác nghiệp đo đạc tìm độ sai hải đồ

3.3.3.2 Tính tốn xác suất xác định vị trí tàu

(115)

99

bắt đầu xác định sai số vị trí tàu tính theo vị trí nhận từ hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu Tiếp theo người sử dụng nhập vào thời điểm tính tốn theo đồng hồ tàu Thời điểm kết thúc tính nhập

Hình 3.12 Giao diện nhập liệu tính tốn

Phần mềm tính tổng thời gian chạy tàu theo giờ, từ tính tốn Mc theo cơng thức 3.7, tính Mt theo cơng thức 3.9 Cuối phần mềm tính

(116)

100

Hình 3.13 Xác suất xác định VTT ứng với sai số cho trước 3.3.3.3 Xử lý thơng tin vị trí tàu

a) Phát biểu toán

Giả sử sau cập nhật vị trí đầu từ hệ thống vệ tinh hàng hải có tọa độ A(0, 0, h=0), thời điểm t1 tàu ngầm “HP” bắt đầu lặn xuống độ sâu

cơng tác hct với góc lặn biển  Lúc góc lặn biển  <

Hình 3.14 Q trình lặn theo góc lặn biển đến độ sâu công tác hành quân tàu ngầm độ sâu công tác

SAB



B(B, B, hct)

Mặt biển A(0, 0, h=0)

hct

h

Đáy biển

C(C, C, hct)

(117)

101

Công thức tính quãng đường tàu ngầm di chuyển từ vị trí bắt đầu lặn đến độ sâu cơng tác:

sinct AB

h S



 (3.16)

Khoảng cách từ điểm bắt đầu lặn A đến điểm đạt độ sâu cơng tác tính:

cos

AB AB

D S   (3.17)

Sau đạt độ sâu công tác tọa độ B(B, B, hct), tàu bắt đầu hành

trình theo hướng kế hoạch với vận tốc khai thác V0 theo chế độ điện ắc quy

tới tọa độ C(C, C, hct) Lái tàu theo la bàn quay, sử dụng tốc độ kế để đo

tốc độ, dịng chảy ngầm dịng chảy thẳng khơng xoắn, có vận tốc Vd hướng dịng Hd Các yếu tố xác định dụng cụ máy móc hàng hải, bảng tính tài liệu khác phục vụ điều khiển tàu ngầm

Sau thời gian hành trình t2 – t1, tàu đến vị trí 1, 1 Vị trí tàu

hệ thống dẫn đường quán tính cung cấp (INS, INS) – vị trí dự tính thời

điểm tính tốn

Phần mềm cần tính tốn vị trí tàu dựa thơng số cho, xác vị trí hệ thống dẫn đường quán tính cung cấp (gần với vị trí GPS nhất)

b) Giải toán

Giả sử tàu ngầm “HP” lặn thẳng đứng xuống độ sâu cơng tác, hành trình xác theo hướng từ điểm A (0, 0), đến điểm B, không

có ảnh hưởng khác tác động mà sai số hệ thống dẫn đường quán tính (1 hải lý/ 24 giờ), theo thời gian hành trình, vị trí thật tàu ngầm thời điểm đến điểm B nằm hình trịn sai số có bán kính:

(118)

102

Sau cập nhật thơng số vị trí tàu thời điểm bắt đầu ngầm vĩ độ, kinh độ, thời gian bắt đầu ngầm, hướng theo kế hoạch hành quân (HTT), vận tốc theo tốc độ kế (V0), độ sâu cơng tác Hướng dịng (Hd)

và vận tốc dòng (Vd) phần mềm so sánh với sở liệu dịng chảy,

trong có tầng độ sâu - 100, 100 - 200, 200 - 300, khu vực ghi nhận hướng dòng vận tốc dòng, tháng hoạt động năm Người sử dụng nhấn nút “Xuất từ CSDL” để phần mềm cung cấp Hd, Vd tự động, sở

dữ liệu chưa có Hd, Vd, phần mềm đưa hộp thoại yêu cầu người sử dụng nhập liệu dịng chảy thủ cơng

(119)

103

Hình 3.16 Thơng báo nhận liệu dịng chảy thủ cơng

Hình 3.17 Các số liệu dạt dịng sau tính tốn

(120)

104

con quay, vết tàu nằm hướng kế hoạch, từ giảm sai số sai lệch hướng

Như vậy, có dịng chảy ảnh hưởng đường dịch chuyển nằm hướng kế hoạch, ổn định hướng giúp giảm sai số hệ thống dẫn đường quán tính tăng độ xác xác định vị trí tàu

Người sử dụng cần nhấn vào nút “Thơng tin vị trí tàu”, phần mềm tính tốn vị trí tàu liên tục cách tính qng đường tàu theo thời gian có tính đến ảnh hưởng dịng xuất hình để người điều khiển tàu tham khảo song song với hệ thống dẫn đường qn tính

Hình 3.18 Thơng tin vị trí tàu hiển thị

Muốn dừng chương trình cần nhấn nút “STOP”, vị trí tàu đứng yên Nếu chạy phần mềm liên tục trình hành trình, thời gian liên tục cập nhật

* Một số lưu ý sử dụng phần mềm:

(121)

105

- Trong phần mềm, NCS bỏ qua quãng đường di chuyển chéo tàu ngầm lặn xuống Ví dụ tàu ngầm lặn xuống với góc lặn biển -200, vận tốc 4M/h, để đạt độ sâu làm việc 50m, khoảng cách điểm bắt đầu lặn A điểm B tàu đạt độ sâu công tác ~ 137m

3.3.4 Đánh giá kết sử dụng phần mềm “Xử lý thơng tin vị trí tàu”

NCS đề nghị cài đặt phần mềm thử nghiệm tàu có hệ thống dẫn đường quán tính đơn vị trực thuộc Quân chủng Hải quân Sau cho phép Chỉ huy đơn vị, tác giả giới thiệu cách sử dụng phần mềm đến Trưởng ngành hàng hải Chỉ huy tàu, tàu biển điều kiện thuận lợi thử nghiệm cách ngắt kết nối đồng hệ thống định vị vệ tinh hệ thống quán tính, sau thời gian định so sánh vị trí xác định hệ thống, từ đánh giá độ xác KC khu biển Do quy định nên NCS không xuống tàu trực tiếp biển để thử nghiệm phần mềm, mà thông qua khảo sát Trưởng ngành Hàng hải Chỉ huy tàu Để đảm bảo bí mật trang bị phương tiện nên NCS không đưa vào Luận án đánh giá “Phiếu đánh giá sản phẩm phần mềm”, có ghi họ tên, cấp bậc, chức vụ (chức vụ_đơn vị), trình độ chun mơn người làm khảo sát Sau thời gian thử nghiệm, tàu nộp lại kết cho Chỉ huy, từ Chỉ huy có để xác nhận phần mềm cho NCS Mẫu phiếu xác nhận phiếu đánh giá tác giả trình bày phụ lục

Kết khảo sát sau: Số đơn vị gửi khảo sát: Số đơn vị phản hồi:

Số đơn vị chưa phản hồi:

(122)

106 A Tính thẩm mỹ, thuận tiện phần mềm

Câu hỏi

Trả lời

Rất

đồng ý

Đồng

ý

Bình

thường

Không

đồng ý

Phản

đối

(Điểm)

Phần mềm ứng dụng thiết kế đẹp 10

Thiết kế có phù hợp cho đơn vị sử dụng 10

Cách thức sử dụng thuận tiện 13

Nhập liệu dàng 16

Đơn giản huấn luyện 10

Dữ liệu đầu đầy đủ (đa dạng)

B Độ xác, tin cậy kết (qua sử dụng phần mềm) * Tính hệ số Kc

Kc = 0.3 0.33 0.4 0.47 0.62 0.77

Số tàu 3

* Tính tốn Mt

Thời gian hành trình

(giờ) 3.2 4.6 5.3

Kc Mt (hải lý)

0.3 0.42 0.46 0.54 0.64

0.33 0.57 0.59 0.74

0.4 0.69 0.92

0.47 0.66 0.74 0.94 1.05

0.62 0.88 1.11 1.24 1.33 1.21

0.77 1.54

* Bảng so sánh độ lệch Ci:

Thời gian hành trình (giờ) Ci (hải lý)

2 0.2 0.24 0.24

3 0.25 0.29 0.31

3.2 0.34 0.38 0.4

4 0.53 0.55

4.6 0.5 0.55 0.6

5 0.76 0.8

(123)

107 Tổng hợp chung:

Câu hỏi

Trả lời Rất

đồng ý

Đồng ý

Bình thường

Khơng đồng ý

Phản đối

(Điểm)

Kết tính tốn Kc xác 19 0 0

Kết tính tốn Mt xác 19 0 0

Kết tính tốn vị trí tàu

chính xác

Tham số liệu nhập có độ

tin cậy cao 9 0

Dữ liệu dòng chảy đầy đủ 0 19

Thời gian tính tốn nhanh 19 0 0

Một số góp ý thêm:

- Tác giả cần bổ sung liệu dịng chảy, nghiên cứu để tự động hóa hồn tồn q trình nhập liệu vị trí để tránh sai sót q trình nhập tay gây ra;

- Cần bổ sung thêm số chức tính tốn tốn hàng hải khác;

- Cập nhật nhiều sở liệu dòng chảy

Số đơn vị xác nhận phần mềm đạt yêu cầu dựa tiêu chí: Tỷ lệ phản hồi/ đạt yêu cầu: 8/8 = 100 %

Nhận xét:

Qua thử nghiệm đơn vị, độ xác Kc tính tốn phân bố

(124)

108

Các đơn vị thường xác định vị trí tàu sau khoảng thời gian hành trình từ trở lên, chứng tỏ khu vực biển đợt thử nghiệm có chướng ngại vật nguy hiểm khơng cần phải xác định vị trí tàu với thời gian nhỏ Độ sai Ci phân bố dải từ 0.2 với xác định vị trí tàu quan trắc sau lớn lên đến hải lý sau 5.3 hành quân Điều chứng tỏ sai số xác định vị trí tàu tích lũy theo thời gian, cho thấy cần phải có phương án xác định vị trí tàu quan trắc thời điểm nhỏ nhằm đảm bảo an toàn hàng hải nâng cao độ xác tính đường

Điều chứng tỏ, có liệu dịng chảy xác, phần mềm đạt yêu cầu độ xác Bước đầu phần mềm tạm thời đạt yêu cầu tính thẩm mỹ nhỏ gọn, dễ cài đặt, sử dụng, đơn vị đánh giá đạt yêu cầu áp dụng cho tàu biển

3.4 Kết luận chương

Trong chương 3, NCS đề xuất số giải pháp kỹ thuật giải pháp huấn luyện nhằm nâng cao độ xác dẫn đường cho tàu ngầm hành trình ngầm khơng cập nhật vị trí từ hệ thống GNSS mà đảm bảo độ xác theo nhiệm vụ cho tàu ngầm

(125)

109

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 Kết luận

Qua trình nghiên cứu thực trạng nâng cao độ xác dẫn đường cho tàu ngầm khu vực Biển Đông, luận án đạt kết sau:

- Hệ thống hóa làm rõ thực trạng nghiên cứu dẫn đường ngầm giới Việt Nam, nghiên cứu phương trình chuyển động tàu ngầm trạng thái khác nhau, nghiên cứu dịng chảy khu vực Biển Đơng ảnh hưởng đến độ xác dẫn đường tàu ngầm Nghiên cứu làm rõ yếu tố ảnh hưởng đến dẫn đường tàu ngầm khu vực Biển Đông

- Nghiên cứu làm rõ sở lý luận hệ thống dẫn đường quán tính, hệ thống sử dụng để dẫn đường cho tàu ngầm điều kiện, kể huấn luyện thời bình thời chiến, mơ hoạt động hệ thống dẫn đường qn tính, qua kết luận rằng, hệ thống dẫn đường quán tính hoạt động tự trị, không cần nguồn thông tin tham khảo bên ngoài, kết hợp hỗ trợ thêm nhiều thông tin đưa vào cho hệ thống hệ thống hoạt động xác hơn;

- Dựa tình hình thực tế nghiên cứu đề xuất nhóm giải pháp kỹ thuật, nghiên cứu tính tốn lý thuyết cho mơ hình trạm định vị thủy âm ngầm nhằm xác định vị trí tàu ngầm, đề xuất thơng tin cần có hải đồ chuyên dụng dùng cho tàu ngầm phương án xây dựng sử dụng hệ thống quản lý hành trình tàu;

(126)

110

- Nghiên cứu xây dựng phần mềm xử lý thơng tin vị trí tàu phục vụ cho dẫn đường tàu có trang bị hệ thống dẫn đường qn tính khu vực Biển Đơng

2 Kiến nghị

Trên sở nghiên cứu Luận án, NCS xin kiến nghị với cấp số nội dung sau:

- Đầu tư xây dựng trạm phát thủy âm ngầm nhằm nâng cao độ xác xác định vị trí tàu ngầm (có thể nghiên cứu học hỏi từ hệ thống Nga Mỹ);

- Đầu tư đẩy mạnh việc thu thập, đo đạc xử lý liệu thủy âm, liệu hải văn chi tiết đáy biển khu vực Biển Đơng, từ xây dựng hệ thống hải đồ giấy điện tử chuyên dụng cho tàu ngầm;

- Đầu tư đóng thử nghiệm loại tàu ngầm khác để bước làm chủ công nghệ, tăng số lượng, kiểu loại tàu ngầm cho lực lượng tàu ngầm phục vụ mục đích Quốc phịng Nghiên cứu biển;

- Đầu tư cho nhà khoa học có khả nghiên cứu chế tạo hệ thống dẫn đường quán tính phù hợp với điều kiện hoạt động khu vực Biển Đông Việt Nam Hệ thống tích hợp sở liệu hải văn, liệu thủy âm hải đồ chi tiết khu vực Biển Đơng, từ tăng độ tin cậy hệ thống;

- Tiếp tục gửi học viên đào tạo tàu ngầm quốc gia có tàu ngầm, đồng thời đẩy mạnh việc huấn luyện, đào tạo thủy thủ tàu ngầm nước cách xây dựng Trung tâm huấn luyện tàu ngầm, nhằm nâng cao kiến thức chuyên môn kỹ thực hành, vận hành tàu ngầm huấn luyện chiến đấu;

(127)

111

hoạch biển xác định khu vực giới hạn tàu ngầm, nhằm nâng cao khả định vị tàu ngầm, dễ dàng tìm kiếm ứng cứu tàu ngầm có cố

(128)

112

DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA NGHIÊN CỨU SINH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI LUẬN ÁN

1 Th.S Nguyễn Quang Huy, PGS.TS Nguyễn Viết Thành (11/2013), “Thuật toán dẫn đường hệ thống dẫn đường qn tính khơng đế”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải số 36, trang 82 – trang 87

2 Quang Huy Nguyen, Xuan Duong Pham, Viet Thanh Nguyen, Van Dong Nguyen (2017), Design of fuzzy logic controller for coaxial motors of underwater vehicle, 16th Asia Maritime & Fisheries universities forum, p.155 - p 163

3 Thực chuyên đề số 6.2.1 6.2.2 đề tài cấp Bộ Quốc phòng (2016) “Triển khai thử nghiệm tàu HS Công ty TNHH Cơ khí Quốc Hịa, tỉnh Thái Bình”, Viện Kỹ thuật Hải quân chủ trì, Quân chủng Hải quân chủ quản, nghiệm thu đạt kết quả: Đạt yêu cầu

4 Th.S Nguyễn Quang Huy, PGS.TS Nguyễn Viết Thành, PGS.TS Phạm Xuân Dương (8/2019), “Nguyên lý xác định vị trí hệ thống dẫn đường quán tính có đế”, Tạp chí Giao thơng vận tải, trang 131- trang 133

(129)

113

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Tài liệu tham khảo tiếng Việt

1 Ban Chấp hành Trung ương Đảng (2007) Nghị số 09-NQ/TW ngày 09/02/2007 Chiến lược biển Việt Nam đến năm 2020

2 Ban Chấp hành Trung ương Đảng (2018) Nghị số 36-NQ/TW ngày 22 tháng 10 năm 2018 Chiến lược phát triển bền vững kinh tế biển Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045

3 Trần Văn Chiến (2005) Đánh giá độ xác dẫn tàu Học viện Hải quân, Nha Trang

4 NCS Trần Trung Chuyên (2018) Nghiên cứu giải pháp tích hợp hệ thống GNSS/INS thiết bị thông minh ứng dụng trắc địa - đồ Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trường đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội

5 Th.S Nguyễn Thanh Điệp (2014) Thủy âm học và trường sóng âm vùng biển Việt Nam Học viện Hải quân, Khánh Hịa

6 NCS Nguyễn Đơng (2015) Phân tích thủy động lực học thiết kế hệ thống điều khiển theo công nghệ hướng đối tượng cho phương tiện tự hành nước Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Bách khoa, Hà Nội

7 KS Võ Hồng Hải (2009), Mô điều khiển hướng và độ sâu phương tiện ngầm điều khiển nơ-ron ANNAI, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Hải Phòng

8 NCS Phạm Tuấn Hải(2011) Nâng cao chất lượng hệ dẫn đường thiết bị bay trên sở áp dụng phương pháp xử lý thông tin kết hợp Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật quân sự, Hà Nội

(130)

114

10 KS Nguyễn Quang Huy (2010) Mô hệ thống dẫn đường quán tính bằng MATLAB ứng dụng vào giảng dạy Học viện Hải quân Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Hải Phòng

11 Th.S Nguyễn Quang Huy, PGS TS Nguyễn Viết Thành (2013) Thuật tốn dẫn đường hệ thống dẫn đường qn tính khơng đế Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 36, tr 82

12 KS Lê Văn Kỷ (2015) Nghiên cứu hệ thống dẫn đường quán tính không đế Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, Hải Phòng 13 Phòng Bảo đảm Hàng hải – Bộ Tham mưu Hải qn (2010) Tình hình số yếu tố khí tượng - hải dương vùng biển Việt Nam lân cận Nhà xuất Quân đội nhân dân, Hà Nội

14 NCS Nguyễn Hoài Nam (2017) Nghiên cứu phương pháp hướng đối tượng trong phân tích thiết kế điều khiển chuyển động cho thiết bị tự hành AUV/ASV với chuẩn SysMLModelica Automate lai Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Bách khoa, Hà Nội

15 PGS TS Phạm Kỳ Quang, PGS TS Đinh Xuân Mạnh (2014) Lý thuyết độ tin cậy hàng hải Nhà xuất Hàng hải, Hải Phòng

16 PGS TS Nguyễn Hải Thanh (2006) Tối ưu hóa Nhà xuất Bách khoa, Hà Nội

17 PGS TS Nguyễn Viết Thành, KS Nguyễn Quang Huy(2010) Hệ thống dẫn đường quán tính Tạp chí Khoa học công nghệ Hàng hải Số 23, tr 107 18 Quân chủng Hải quân (2015) Các phương tiện dẫn đường thủy âm

19 TCVN 10337:2015 “ Hải đồ vùng nước cảng biển luồng hàng hải - yêu cầu kỹ thuật cho hải đồ giấy - ký hiệu”

(131)

115 2 Tài liệu tham khảo tiếng Anh

21 Antonio Angrisano(2010) GNSS/INS Integration Methods Doctoral Thesis, Parthenope University of Naples, Italia

22 Anastasia Olegovna Salytcheva(2004) Medium Accuracy INS/GPS Integration in Various GPS Environments Master of science Thesis, University of Calgary, Canada

23 Aaron Canciani(2007) Integration of Cold Atom Interferometry INS With Other Sensors Thesis of Master of Science in Electrical Engineering, US Air Force Institute of Technology, USA

24 Bård Landeråen Hess (2015) Challanges and consequences of a poor position update of a submarine INS in the littoral, Master of Science in Positioning and Navigation Technology thesis, The University of Nottingham, England

25 Esmat Bekir(2007) Introduction to Modern Navigation Systems, World Scientific Publishing Co Pte Ltd, Singapore

26 Bourne L.E., Yaroush R.A (2003), Stress and cognition – A cognitive psychological perspective, Final Report Grant Number NAG2-1561, National Aeronautics and Space Administration, USA, pp 13 – 22

27 Erik Lind, Magnus Meijer (2014) Simulation and Control of Submarines, MSc Thesis, Lund University, Sweden

28 Geoffrey P Carrigan(2009) The Design of an Intelligent Decision Support Tool for Submarine Commanders, Master of Science in Engineering Systems at the Massachusetts Institute of Technology, USA

(132)

116

30 Guy M Fujimoto(1960) Strapped-Down Gyrodrift Correction From Position Fixes MIT, USA

31 I Dutta, D Savoie, B Fang, B Venon(2018) Continuous Cold-atom Inertial Sensor with nrad.s−1 Rotation Stability

32 IMO RESOLUTION A.529(13)(1983), Accuracy Standards For Navigation

33 J.Feldman(1979) DTNSRDC revised standard submarine equations of motion David W.Taylor Naval Ship Research and Development Center, USA 34 Kenneth Gade(2018) Inertial Navigation — Theory and Applications Thesis for the degree of Doctor Philosophiae, Trondheim, Norwegian

35 Kyoungwoon Bang, Wooyoung Choi(2015) Evaluation of Submarine’s Tactical operations using heterogeneous models MODSIM World, USA 36 Lieut William P.ST Lawrence(1959) Submarine Navigation

37 Mohinder S Grewal, Angus P Andrews(2015) KALMAN FILTERING, Theory and Practice Using MATLAB® John Wiley & Sons, Inc, USA

38 Mohinder S Grewal, Lawrence R Weill, Angus P Andrews(2007) Global Positioning Systems Inertial Navigation and Integration John Wiley & Sons, Inc, USA

39 Morton Gertler, Grant R.Hagen(1967) Standard equations of motion for submarine simulaton US Naval Ship Research and Development Center, USA 40 O.Salychev(1998) Inertial Systems in Navigation and Geophysics, Bauman MSTU Press, Moscow

(133)

117

42 Qiang JI, Hao-guang ZHAO(2016) Kalman Filtering Method for GNSS/INS Integrated Navigation, International Conference on Electrical Engineering and Automation

43 Raytheon Anschütz GmbH MINS Marine Inertial Navigation System 44 R.E.Kalman(1960) A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems

45 Robert M Rogers(2003) Applied Mathematics in Integrated Navigation Systems American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc, USA

46 SAFRAN SIGMA 40XP Inertial Navigation System For Submarines 47 Thor I Fossen(1994) Guidance and Control of Ocean Vehicles John Wiley & Sons, USA

48 Thor I Fossen(2002) Marine control systems: Guidance, navigation and control of ships rigs and underwater vehicles Marine Cybernetics, Norwegian University of Science and Technology, Norwegian

49 Thor I Fossen(2011) Handbook of marine craft hydrodynamics and motion control John Wiley & Sons, Inc, USA

50 Wen - Hui Cheng (2003) A study of increasing the precision of navigation position for submerged body

51 Xiaoying Kong(2000) Inertian Navigation System Aigorithms for Low Cost IMU Dotoral Thesis, Department of Mechanical and Mechatronic Engineering The University of Sydney, Australia

52 Yan Xincun et al(2013) Kalman filter applied in underwater integrated navigation system, Geodesy and Geodynamics

3 Tài liệu tham khảo tiếng Nga

(134)

118

54 Военно-Морской Флот CCCP(1974) Атлас океанов — Тихий океан Russia

55 В.А Хвощ(1989) Тактика подводных лодок Москва: Военное издательство, Russia

56 В.Н.Бранец, И.П.Шмыглевский (1992) Введение в теорию бесплатформенных инерциальных навигационных систем Москва «НАУКА», Russia

57 В.С Михайлов, В.Г.Кудрявцев, В.С.Давыдов (2009) Навигация и лоция Киев, Russia

58 Литвиненко Юлия Александровна (2005) Оптимизация алгоритмов инерциальной навигационной системы морских объектов диссертация кандидата технических наук Санкт – Петербург, Russia

59 Лочехин Алексей Владимирович (2010) Интегрированная система с инерциальным модулем на электростатическом гироскопе и микромеханических датчиках диссертация кандидата технических наук Санкт – Петербург, Russia

60 О.Н.Анучин (1999) Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов Санкт-Петербург, Russia

4 Tài liệu tham khảo từ Internet

61 http://vietnamnet.vn/vn/chinh-tri/186427/75-ngay-gian-khoan-phi-phap-trong-vung-bien-vn.html, truy cập ngày 01/10/2014

62 http://timeandnavigation.si.edu/satellite-navigation/reliable-global-navigation/first-satellite-navigation-system/navigating-a-submarine, truy cập ngày 01/10/2014

(135)

119

64 http://vnexpress.net/tin-tuc/thoi-su/cac-mau-tau-ngam-made-in-vietnam-2869287.html, truy cập ngày 01/10/2014

65 https://en.oxforddictionaries.com/definition/navigation, truy cập ngày 01/10/2018

66 https://www.quora.com/How-does-a-submarine-navigate-underwater-for-long-periods-of-time, truy cập ngày 12/11/2018

67 https://timeandnavigation.si.edu/navigation-for-everyone/meet-the-navigator/submarine-navigator-us-navy-ret, truy cập ngày 12/11/2018

68 https://www.darpa.mil/program/positioning-system-for-deep-ocean-navigation, truy cập ngày 12/11/2018

69 http://khoahocthoidai.vn/can-no-luc-va-quyet-tam-hanh-dong-de-dua-nghi-quyet-trung-uong-8-khoa-xii-di-vao-cuoc-song-8270.html, truy cập ngày 12/11/2018

70 https://kienthuc.net.vn/tin-tuc-quan-su/viet-nam-thanh-lap-lu-doan-tau-ngam-189-239681.html, truy cập ngày 12/11/2018

71 https://vnexpress.net/interactive/2017/suc-manh-6-tau-ngam-kilo-viet-nam, truy cập ngày 12/11/2018

72

http://soha.vn/nga-che-tao-he-thong-dinh-vi-glonass-duoi-nuoc-20161211023435975rf20161211023435975.htm, truy cập ngày 20/01/2019 73 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5335996/, truy cập ngày 20/01/2019

(136)

120 PHỤ LỤC

HẢI QUÂN Phiên hiệu đơn vị

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc

(Địa danh nơi đơn vị đóng quân), ngày … tháng … năm 2019 XÁC NHẬN PHẦN MỀM ỨNG DỤNG

Phiên hiệu đơn vị… Hải quân xác nhận:

Đồng chí Nguyễn Quang Huy – Giảng viên Học viện Hải quân, xây dựng phần mềm “XỬ LÝ THƠNG TIN VỊ TRÍ TÀU” thử nghiệm (Phiên hiệu đơn vị… Hải quân), gồm có phần, cụ thể:

1 Tính tốn hệ số độ xác Kc (Tính hệ số Kc):

- Thuận tiện sử dụng, nhập liệu: Đạt ☐ Khơng đạt ☐

- Độ xác: Đạt ☐ Không đạt ☐

- Thẩm mỹ Đạt ☐ Khơng đạt ☐

2 Tính tốn xác suất vị trí tàu (Tính xác suất VTT):

- Thuận tiện sử dụng, nhập liệu: Đạt ☐ Không đạt ☐

- Độ xác: Đạt ☐ Khơng đạt ☐

- Thẩm mỹ Đạt ☐ Không đạt ☐

3 Xử lý thơng tin vị trí tàu (Xử lý VTT):

- Thuận tiện sử dụng, nhập liệu: Đạt ☐ Không đạt ☐

- Độ xác: Đạt ☐ Khơng đạt ☐

- Thẩm mỹ Đạt ☐ Không đạt ☐

Kết luận: ………

CHỨC DANH CHỈ HUY ĐƠN VỊ (ký tên, đóng dấu)

Mẫu

(137)

121

PHIẾU ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM PHẦN MỀM

TÊN SẢN PHẨM: Phần mềm “ XỬ LÝ THƠNG TIN VỊ TRÍ TÀU” Nghiên cứu sinh: NGUYỄN QUANG HUY

Lời dẫn:

Tôi tên Nguyễn Quang Huy, giảng viên Học viện Hải quân, Nghiên cứu sinh Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Tôi thực hiện đề tài luận án: “Nghiên cứu nâng cao độ xác dẫn đường cho tàu ngầm hoạt động khu vực Biển Đông ”

Trong nghiên cứu mình, nhằm đưa thơng tin có từ nghiên cứu lý thuyết kết hợp phần nhỏ sở liệu dịng chảy Biển Đơng từ Atlat dòng chảy Hải quân Nga Hải quân Việt Nam, xây dựng phần mềm “Xử lý thơng tin vị trí tàu” nhằm hỗ trợ việc xác định vị trí tàu đánh giá vị trí tàu xác định

Kính mong huy quan, đơn vị tạo điều kiện, cho phép ứng dụng phần mềm vào huấn luyện sử dụng thử nghiệm đơn vị đồng thời cho nhận xét đánh giá theo bảng câu hỏi sau Trân trọng cảm ơn

Nội dung câu hỏi: (Câu khẳng định, người trả lời chọn từ 1,2,3,4,5 thay cho Rất đồng ý - phản đối)

Mẫu

(138)

122

A Tính thẩm mỹ, thuận tiện phần mềm

Câu hỏi

Trả lời

Rất đồng

ý

Đồng ý

Bình thường

Khơng đồng ý

Phản đối

(Điểm)

Phần mềm ứng dụng thiết kế đẹp Thiết kế có phù hợp cho đơn vị sử dụng Cách thức sử dụng thuận tiện

Nhập liệu dàng Đơn giản huấn luyện Dữ liệu đầu đầy đủ (đa dạng)

B Độ xác, tin cậy kết (qua sử dụng phần mềm)

- Hệ số độ xác Kc tàu đồng chí tính tốn q trình hành

trình: Kc =

- Kết tính tốn Mt : + t  giờ: Mt=…… + t< giờ: Mt=……

(139)

123 Câu hỏi

Trả lời Rất

đồng ý

Đồng ý

Bình thường

Khơng đồng ý

Phản đối

(Điểm)

Kết tính tốn Kc xác

Kết tính tốn Mt xác

Kết tính tốn vị trí tàu xác

Tham số liệu nhập có độ tin cậy cao

Dữ liệu đầy đủ

Thời gian tính tốn nhanh C Nội dung góp ý thêm:

……… ……… Đánh giá chung:

- Phần mềm đưa vào huấn luyện sử dụng tàu: + Cần bổ sung sở liệu dịng chảy ☐ + Khơng cần bổ sung sở liệu dòng chảy ☐

+ Đồng ý ☐

+Không đồng ý ☐

(140)

124

(141)

(142)

(143)

(144)

(145)

(146)

(147)

Định dạng
Số trang	147
Dung lượng	5,31 MB