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ESCUELA NACIONAL NACION AL DE NAUTICA “MANUEL BELGRANO” - FUNDADA EN 1799

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ARPA Eduardo J.Rattner Victor Ferrazzano

Instituto Universitario Naval Escuela Nacional de Náutica “Manuel Belgrano” Departamento Investigación e Información Profesional Buenos Aires – República Argentina

e-mail: [email protected] [email protected]

2004

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CAPITULO 1:

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Indice

Historia, principio de funcionamiento funcionamiento y características generales del radar radar Antecedentes históricos,5. Descripción general del equipo,7. El principio de funcionamiento del radar,7. Medida de la d distancia,7. istancia,7. Velocidad de de propagación de las ondas de de radio,8. Espectro de frecuencia de las ondas de radio,10. El horizonte radar,11.

CAPITULO 2: El equipo de radar Diagrama simple de bloques de un radar,13. El equipo transmisor,13. transmisor,13. La unidad de de antena,15. El equipo receptor,16. El circuito Limitador,17. La La unidad de display,19. display,19. Pantalla tipo PPI,19. Pantalla tipo Raster-Scan,20. Medida de la demora,22. Las dos frecuencias de los radares marinos, 22. Largo de pulso,22. Frecuencia de repetición de pulsos (FRP),23. Base de tiempo e interscan,23. La discriminación en distancia,26. La mínima distancia de detección en torno al buque,27. La discriminación en demora o en acimut,28. Velocidad de giro de de las antenas,30. antenas,30.

CAPITULO 3: Controles del radar Controles del radar,33. Ajuste de la imagen,33. Ajuste del brillo,33. Ajuste de la ganancia,34. Ajuste de la sintonía,34. Atenuación de interferencia de otros radares,36. Otras interferencias (Clutters), Perturbación de mar,37. Perturbación de lluvia,40. Eliminación de interferencia mediante el empleo de técnicas digitales,42. Criterios de correlación,43. Controles para medir demoras y distancias,44.

CAPITULO 4: Factores que afectan la detección de blancos Introducción,45.Debido a las características del radar,45. Debido a las características de los blancos,46. Debido a las condiciones meteorológicas,52.

CAPITULO 5: Tipos de estabilización de la pantalla Pantalla sin estabilización o “proa arriba”,55. Pantalla estabilizada con “norte arriba”,56. Pantalla estabilizada con “rumbo arriba”,58.

CAPITULO 6: Tipos de movimiento. Movimiento relativo,59. Movimiento verdadero,61.

CAPITULO 7: Cinemática del radar. Objeto de la cinemática,65. Comportamiento de un blanco fijo al fondo sobre la pantalla de radar con movimiento relativo,65. Tipos de punteo,65. punteo,65. Principio básico en el que se basa la técnica de punteo,66. El triángulo de velocidades,68. velocidades,68. El “aspecto” del blanco,68. El punto de máxima aproximación (DCPA-TCPA), 69. La forma correcta de puntear un eco en la pantalla,69. Técnicas de punteo con movimiento relativo,70. Punteo con Norte arriba,70. Casos particulares en donde no se forma el triángulo de velocidades,71. El número “multiplicador”,72. Cálculo de una maniobra evasiva a un blanco con riesgo de abordaje (alterando solamente el rumbo),74. Cálculo del instante en que se debe retornar al rumbo inicial,75. Múltiples rumbos de colisión contra un blanco,76. Cálculo de una una maniobra evasiva a un blanco con riesgo de abordaje (alterando solamente el rumbo),78. Maniobra de prueba,79. Punteo abreviado,80. Método de punteo empleando la presentación “proa arriba”,82. Punteo con Movimiento Verdadero,83. Determinación del rumbo y la velocidad de la corriente mediante punteo,84. Intercepción de blancos,84.

CAPITULO 8: Ecos falsos. Clases de ecos falsos,85. Ecos indirectos,85. Ecos múltiples,87. Ecos laterales,88. Ecos de segunda traza,88.

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CAPITULO 9: Técnica de índice paralelo. La técnica de conducción segura de la navegación mediante el empleo de índices paralelos (91-101)

CAPITULO 10: Ayudas a la navegación por radar. Reflectores de señales de radar,103. El bacón,105. El transponder de búsqueda y salvamento (SART),105.

CAPITULO 11: Control de radio de giro. Descripción de la técnica que permite maniobrar el buque manteniendo un radio de giro controlado y constante, 107-116

CAPITULO 12: El radar como sensor del ECDIS. Descripción de la técnica que permite interactuar al radar con los modernos sistemas de cartas electrónicas., 117-128

APÉNDICE 1: Aplicación del RIPA 129-132 APÉNDICE 2: Control de radio de giro 133-135


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CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS GENERALES DE UN SISTEMA ARPA 1.1 INTRODUCCION La palabra “ARPA” es un acrónimo que proviene de la expresión inglesa “Automatic Radar Plotting Aids” y que, como su traducción lo indica, consiste en una ayuda automática para el punteo radar. Mediante una computadora el sistema ARPA analiza la información recibida por el radar y otros elementos periféricos de todos los buques que estén dentro de su alcance, obteniendo resultados que luego son volcados a la pantalla en donde serán interpretados por el operador del sistema. Dichos resultados incluyen las características cinemáticas de los blancos, tales como su rumbo, velocidad, CPA y TCPA. El sistema también puede calcular posiciones futuras de un blanco ya sea para una maniobra del buque propio, o no. Pero como cualquier otro sistema tecnológico, el sistema ARPA también posee errores. Veremos que algunos de ellos son salvables, pero otros no. En este último grupo están comprendidos los errores inherentes al propio sistema, y que en líneas generales se producen cuando es el blanco o el buque propio el que está alterando sus parámetros de rumbo y/o velocidad. Si esto ocurre, la información suministrada por el ARPA no deberá ser tenida en cuenta, ya que se convierte en información poco menos que inútil. ¿Qué significa este último concepto? . Use la información que le brinda el sistema ARPA solamente si determina que ninguno está maniobrando. Si alguno está maniobrando, no use la información del ARPA para tomar una decisión porque es falsa! Para que Usted pueda usar la información del ARPA, deberá descartar que ni el blanco ni Usted Usted estén maniobrando en ese momento. Si Usted es el operador del sistema, es obvio que va a poder saber si el buque propio está maniobrando o no. Será fácil descartar la maniobra del blanco si éste se encuentra a la vista, ya sea de día o de noche. El caso crítico se produce cuando no se encuentre a la vista, por ejemplo dentro de una zona con visibilidad reducida.

1.2 RESOLUCION A.422 (XI) DE OMI La resolución número 422 de la XI asamblea de la OMI establece las normas de rendimiento que deberán cumplir los equipos, para que sean sean considerados considerados como como un sistema ARPA. Según dicha resolución, un sistema ARPA...”es aquel en el que el análisis del riesgo de colisión se realiza en forma automática y sin requerir punteo alguno por parte del operador” ¿Qué significa esto último?. Que el operador del sistema no tiene que estar pendiente de lo que está haciendo el blanco. El que deberá hacerlo es el sistema ARPA. El sistema debe detectar el movimiento del blanco sobre la pantalla y darse cuenta si el mismo está alterando el rumbo y/o y/o la velocidad. Usted no debe tomar ni la demora ni ni la distancia del blanco. El sistema deberá hacerlo por si mismo para efectuar todos los cálculos cinemáticos que hagan falta.

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1.3 CERTIFICACIONES Si el buque cuenta con un sistema ARPA instalado a bordo, el capitán y todos los oficiales a cargo de la guardia de navegación deberán poseer un certificado de operador de sistemas ARPA.

1.4 BUQUES OBLIGADOS A TENER ARPA Los buques sujetos al convenio SOLAS obligados a tener un sistema ARPA instalado a bordo, son: 1. Si transportan mercadería peligrosa: sólo los de 10.000 TRB o más. 2. Si no transportan mercadería peligrosa: Hay que tener en cuenta una fecha: 1° de septiembre de 1984. Los buques cuya quilla haya sido puesta posterior a esta fecha se denominan “buques nuevos”. A los demás se los considerará como “existentes”. • Buques nuevos: sólo los de 10.000 TRB o más. • Buques existentes: sólo los de 15.000 TRB o más. La figura 1.1 muestra un resumen de estos requerimientos

Tipo de mercadería Transporta mercadería peligrosa

Requerimiento 10.000 TRB o más

Buques nuevos

10.000 TRB o más

Buques existentes

15.000 TRB o más

NO Transporta mercadería peligrosa

Cuadro 1.1:

exigencia de los buques de contar con un sistema ARPA instalado a bordo

1.5 PERIFERICOS CONECTADOS AL SISTEMA ARPA Cuando nos referimos al ARPA, nos referimos realmente al “sistema” ARPA. Recordemos que un sistema es un conjunto de partes que interactúan entre si, hacia la búsqueda de un fin común. Imaginemos por un instante el sistema respiratorio: las partes que interactúan entre si serian los pulmones, bronquios, alveolos, vías aéreas superiores, etc. El fin común que persigue este sistema es la oxigenación del organismo. En el caso del sistema ARPA, las partes interactantes (a los que de ahora en adelante nos referiremos como “periféricos”) son los siguientes: • • • •

RADAR Girocompás Corredera GPS


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El fin común que se persigue es el mantenimiento de la seguridad de la navegación, de modo que si el sistema resulta correctamente utilizado, le dará al navegante una valiosa herramienta para la resolución de diferentes problemas, ahorrándole con ello esfuerzo y tiempo para la realización de otras tareas que requieren de su participación en forma activa (por ejemplo ”mirar hacia la proa”) De la lista de periféricos que puede tener conectado un sistema ARPA, resultan absolutamente imprescindibles solamente los dos primeros: el Radar y el girocompás. Si alguno de ellos se ausenta, el sistema “se cae” y deja de funcionar. No ocurre lo mismo con la corredera o el GPS. El sistema tiene capacidad de funcionar aun en ausencia de ambos, pero dicho funcionamiento se realizaría con ciertas limitaciones que veremos más adelante

Fig. 1.2 elementos periféricos que conforman el sistema ARPA 1.6 INFORMACION VECTORIAL

Fig.1.3

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Cuando el ARPA resuelve el triángulo de velocidades OWA para un blanco cualquiera (fig.1.3), podrá presentar en forma gráfica sobre la pantalla algunas componentes de dicho triángulo. La forma gráfica en que presenta esta información, es a través de vectores. El ARPA puede suministrar dos clases de vectores: relativos y verdaderos. Cuando uno solicita vectores relativos, el ARPA presentará sobre la imagen del blanco el lado OA del triángulo. (Fig 1.4). Si en cambio solicitamos vectores verdaderos, presentará sobre el blanco el lado WA del triángulo, y sobre el buque propio, el lado WO. (Fig.1.5) Fig.1.4: Pantalla que muestra

vectores relativos. Se muestra sobre el blanco solamente el lado OA del triángulo de velocidades. Sobre el buque propio no se muestra ningún vector, ya que el vector relativo del buque propio es nulo, según se viera en el curso de operador radar

Fig.1.5: Pantalla que muestra

vectores verdaderos. Se muestra sobre el blanco el lado WA del triángulo de velocidades. Sobre el buque propio se muestra el lado WO de dicho triángulo.


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DESCRIPCIÓN DE UN SISTEMA ARPA 2.1 DIAGRAMA DE BLOQUES Fig.2.1

La figura 2.1 muestra el diagrama simple en bloques para el caso de un operador que no cuenta con un sistema ARPA: el operador debe puntear manualmente al blanco, y luego

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de construir el triángulo de velocidades, calcula las características cinemáticas del blanco: rumbo, velocidad, CPA y TCPA. El operador debe comparar el CPA obtenido con el margen de seguridad (MS) fijado por el capitán, y luego de determinar que debe ceder el paso al otro buque, deberá modificar el triángulo de velocidades para obtener la maniobra de evasión, la cual podrá consistir en un cambio de rumbo, velocidad o una maniobra combinada. Como se aprecia, sin un ARPA el rol del operador sobre la pantalla del radar es totalmente activo: todo debe ser resuelto enterame nte por él. La figura 2.2 muestra cómo se simplifica el rol del operador, cuando está operando un sistema ARPA. Fig.2.2

En este caso, el operador solamente le indica al sistema cuáles blancos le interesa seguir y cuáles son los márgenes de seguridad que se deben mantener. A partir de allí el sistema se hace cargo de la situación cinemática.

“Situación”: Los movimientos de los blancos y del buque propio se combinan geométricamente y determinan situaciones cinemáticas.

Rol del ARPA “Detección del blanco y almacenamiento de datos” Los datos medidos son la demora, distancia y tiempo, utilizando como sensor al radar. Esta información es almacenada en la memoria de la computadora.

“Interpretación de los resultados” Una vez que en la memoria se reúnen suficientes datos, el sistema realiza el cálculo cinemático, obteniendo el rumbo, velocidad, CPA y TCPA de los blancos.


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Como previamente el operador ya introdujo los márgenes de seguridad, el sistema va a interpretar como peligrosos a aquellos blancos que los violen, activándose la alarma de peligro; y como seguros a los que no los violen.

“Presentación de los resultados”

La presentación de los resultados se realiza sobre la pantalla, en forma alfanumérica.1 En forma gráfica mediante un símbolo sobre cada blanco, en donde dicho símbolo expresa si el blanco es seguro o peligroso, y mediante resultados numéricos en algún otro lugar de la pantalla dedicada para tal fin.

Rol del operador “Decisión de la necesidad de acción” Recuerde que a veces el sistema puede estar suministrando información falsa. Un blanco puede ser seguro, pero debido a la maniobra del buque propio o del blanco, la información se torna falsa y la alarma de peligro puede activarse erróneamente. En esta etapa el rol del operador es vital para filtrar lainformación falsa y así evitar caer en una continua cadena de errores que puede llevar a la pérdida del buque.

“Elección de la maniobra” Una vez determinado que el ARPA está entregando información veraz y que el buque propio está a rumbo de colisión, el operador le podrá pedir al sistema que calcule una maniobra de evasión efectiva. Dependiendo del modelo, el sistema le podrá pedir al operador hacia qué banda debe hacer el cálculo, dentro de cuánto tiempo se hará la maniobra y el CPA final del mismo. Así por ejemplo el operador le dice: “quiero maniobrar dentro de 5 minutos hacia la banda de estribor, de modo que ahora el blanco pase a 2 millas de CPA”. El sistema responde: ”dentro de 5 minutos caer a estribor al rumbo 150°. El blanco pasará con 2 millas de CPA”.

“Decisión de si la solución es aceptable” Es probable que la solución entregada por el ARPA sea matemáticamente efectiva, pero inaplicable en la práctica. Por ejemplo, siguiendo con el ejemplo anterior, si dentro de 5 minutos caemos a estribor al rumbo 150°, el buque vare encima de un banco que se encuentra por esa misma banda.

“Reglamentos, experiencia” A veces la solución calculada por el ARPA es inaplicable, porque pondría a navegar el buque contraviniendo leyes locales. (áreas prohibidas a la navegación, áreas de protección pesquera, áreas reservadas para ejercicios militares, dispositivos de separación de tráfico, etc). Como puede apreciarse, el rol del operador ahora es sumamente pasivo, pero no por ello es menos importante. Solamente controla y supervisa, pero tiene la responsabilizar de filtrar informaciones falsas que provengan del sistema, y que puedan colocar al buque en situación riesgosa, si se dan por auténticas.

1

significa que la información incluye letras, números y gráficos

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2.2 MEDIDA DE LA DISTANCIA Según la resolución A.422 de OMI, el sistema tiene que poder hacer el seguimiento de un blanco en forma automática. Eso quiere decir, entre otras cosas, que el sistema tiene que tener capacidad para medir la demora y la distancia a cualquier blanco, sin requerir en absoluto de su asistencia. Para poder comprender la forma en que el sistema mide la distancia a los blancos, es necesario comprender lo que en electrónica se conoce con el nombre de una compuerta AND. Un esquema de la misma aparece en la figura 2.3. En dicha figura, se puede apreciar que la compuerta consta de dos interruptores A y B y de un testigo C. La única posibilidad para que se encienda la lamparita de la figura, es que se cierren los interruptores A y B. Dicho de otro modo, la única posibilidad de que exista tensión en C, es que también la haya en A y en B. Fi 2.3 Com

uerta AND

Una compuerta AND del sistema ARPA trabaja con la base de tiempo del radar conectada al interruptor A. Si en algún momento el radar recibe la señal proveniente de un eco, entonces habrá tensión en dicho interruptor. En el B se conecta un reloj digital que provee impulsos eléctricos de manera regular. Ahora bien, de acuerdo con lo visto anteriormente, se generará una tensión en C, solamente cuando la haya simultáneamente en A y en B.

Fig.2.4: elementos de la compuerta AND en el sistema ARPA. Supongamos que nuestro radar opere en la escala de 3 millas y que a nuestro alrededor existen tres blancos: a 0.8, 1.3 y 2 millas de distancia. (Figura 2.4) Supongamos también que para esas tres millas (37 µs) , el reloj digital de la compuerta es capaz de emitir solamente 30 impulsos. Esto le da al testigo capacidad para evaluar solamente 30 situaciones.


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Cuando el radar emite un pulso (t = 0), el reloj digital de la compuerta AND comienza a trabajar, generando tensión en el extremo B de la compuerta. Cuando el reloj emite su primer pulso, genera tensión en B, pero al no haberla en A, el voltaje en C es cero y por lo tanto no se registra nada. Lo mismo ocurre con los 7 pulsos siguientes. Pero cuando el reloj emite el octavo pulso (t = 9.9 µs) se genera tensión en B y también en A porque el radar recibe el eco de un blanco. Por lo tanto en C hay voltaje. Un fenómeno similar ocurre con el pulso 13 y el 20. (valores de t = 15.5 µs y t = 23.8µs) La forma en que calcula la distancia es por medio de una sencilla regla de tres: 30 pulsos..........3 millas 8 pulsos..........x x= 0.8 millas Obsérvese que si este eco en lugar de hallarse a 0.8 millas, estuviera a 0.85 millas de distancia, el sistema no tendría capacidad de medir la distancia al blanco, debido a que nunca se produciría simultáneamente la tensión requerida en ambos interruptores. Para evitar este inconveniente, la OMI establece que el sistema debe tener capacidad de medir distancias con una precisión de 0.01 millas. Y se logra con un reloj digital que tenga una FRP adecuada. 0.01 millas = 0.1236 µs 0.1236 µs ......... 1 pulso 1.000.000 ms ......... x x = 8.090.614 pps

x = 8 Mhz

2.3 MEDIDA DE LA DEMORA El sistema mide en forma automática la demora a cualquier blanco mediante el uso del codificador de demora mostrado en la figura 2.5. Consiste en 5 coronas circulares, compuestas de dos elementos. La recta AB se hace coincidir con la línea de fe del buque. Las áreas de negro están cargadas eléctrica mente y poseen tensión. Las blancas no tienen tensión. Una escobilla gira en forma sincronizada con la antena. La escobilla tiene 5 contactos que toman la tensión del elemento que van tocando, y generan una señal codifi cada como las que aparecen en las posiciones 1, 2 y 3. Este ejemplo tiene 5 coronas circulares y así se pueden conseguir apreciaciones de 1/32 de horizonte o sea 11.25 grados sexagesimales, lo cual es insuficiente para los fines náuticos, pero si se diseña el dispositivo con 14 coronas se obtiene una exactitud de menos de 0.03 grados que es lo que exige la OMI para estos casos. La figura 2.6 muestra los resultados de la precisión obtenida en función del número de coronas.


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Fig.2.5: codificador de demora

n

2

n

1 2 2 4 3 8 4 16 5 32 6 64 7 128 8 256 9 512 10 1024 11 2048 12 4096 13 8192 14 16384 Fig.2.6: coronas(n) vs precisión(P)

n

P=360°/2

180 90 45 22.5 11.25 5.625 2.8125 1.4062 0.7031 0.3515 0.1757 0.0878 0.0439 0.0219

2.4 COMPUERTAS DE BUSQUEDA Ya hemos visto que la resolución A.422 de OMI obliga al sistema ARPA a efectuar el seguimiento de cualquier blanco en forma totalmente automática y sin requerir ninguna clase de asistencia por parte del operador. Esto quiere decir, entre otras cosas, que el sistema tiene que tener capacidad para detectar pequeños y grandes cambios de rumbo y/o velocidad por parte de cualquier blanco. Para dar cumplimiento a estos


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requerimientos, el sistema utiliza lo que se denominan “compuertas de búsqueda” y cuyo significado se pasa a explicar a continuación.

10 20

+y

+x

Fig.2.7

La figura 2.7 muestra la posición de un blanco en la posición inicial (0) y en la siguiente vuelta de antena (1). El sistema transforma las coordenadas polares en cartesianas y a partir de la posición inicial, se determinó que el blanco se movió horizontalmente y hacia la derecha, digamos unas 20 unidades (∆x=+20). Del mismo modo, verticalmente se movió hacia abajo unas 10 unidades. ( ∆y=-10) A partir de ahora y para no perder el seguimiento, con estas dos informaciones el sistema va a predecir en dónde es de esperarse que aparezca el blanco en la siguiente vuelta de antena: a partir de la última posición conocida (punto 1), aplica un ∆x=+20 y un ∆y=-10, dando como resultado el punto de predicción A de la figura 2.7. En ése lugar el sistema va a buscar al blanco en la siguiente vuelta de antena. En el caso de que el blanco no esté allí, el sistema prevé la apertura de una compuerta de búsqueda de radio r 1 de modo que escaneando dentro del círculo se pueda localizar nuevamente la presencia del blanco, lo cual se p roduce en el punto 2 de la figura. El sistema ahora calcula los valores ∆x, ∆y a partir de la última posición conocida. Esto es, que se compara las variaciones experimentadas entre los puntos 1 y 2. Supongamos que dichos valores son ∆x=+10, ∆y=-8. Veamos hasta este momento qué sabe el ARPA del blanco. El sistema lo vio en los puntos 0,1 y 2 de la figura (posiciones reales)

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Movimiento

∆x

∆y

+20 -10 De 0 a 1 +10 -8 De 1 a 2 Fig.2.8: información histórica del blanco, al completarse la vuelta de antena 2 Pero el seguimiento debe continuar. Ubicado el blanco en el punto 2, ahora el sistema debe predecir en dónde podrá encontrarse el blanco en la siguiente vuelta de antena. Y esto lo hará en base a la información que tiene hasta ese momento del blanco, mostrada en la figura 2.8. A partir del punto 2 de la figura, el sistema tiene que aplicar un ∆x y un ∆y y obtener de ese modo un nuevo punto de predicción. Vea la figura 2.8. Las variaciones ∆x fueron +20y +10, asi que el sistema ARPA se queda con el promedio +15. Lo mismo hace para con las variaciones ∆y, que fueron –10 y –8, quedándose con el promedio –9. Así que aplicando éstos valores a partir del punto 2, se obtiene el punto B de la figura, que es la nueva posición de predicción del blanco. Allí i rá a buscarlo el sistema en la siguiente vuelta de antena, para no perderlo. En el caso de no encontrarse el blanco en dicho punto, el sistema prevé abrir una compuerta de búsqueda con un radio r 2 ,menor al anterior, porque el sistema ahora conoce mejor el comportamiento del blanco. Se produce el escaneo del blanco dentro de la compuerta, hasta que resulta localizado en el punto 3, determinándose que respecto dela posición anterior (punto 2), se experimentó un ∆x= +12 y un ∆y=-15 Veamos hasta este momento qué sabe el ARPA del blanco. El sistema lo vió en los puntos 0, 1, 2 y 3 de la figura (posiciones reales)

Movimiento

∆x

∆y

+20 -10 De 0 a 1 +10 -8 De 1 a 2 +12 -15 De 2 a 3 Fig.2.9: información histórica del blanco, al completarse la vuelta de antena 3 Pero el seguimiento debe continuar. Ubicado el blanco en el punto 3, ahora el sistema debe predecir en dónde podrá encontrarse el blanco en la siguiente vuelta de antena. Y esto lo hará en base a la información que tiene hasta ese momento del blanco, mostrada en la figura 2.9. A partir del punto 3 de la figura, el sistema tiene que aplicar un ∆x y un ∆y y obtener de ese modo un nuevo punto de predicción. Vea la figura 2.9. Las variaciones ∆x fueron +20, +10 y +12, así que el sistema ARPA se queda con el promedio +14. Lo mismo hace para con las variaciones ∆y, que fueron –10, –8 y -15, quedándose con el promedio –11. Así que aplicando éstos valores a partir del punto 3, se obtiene el punto C de la figura, que es la nueva posición de predicción del blanco. Allí i rá a buscarlo el sistema en la siguiente vuelta de antena, para no perderlo. De no hallar al blanco en el punto C, se abrirá el tercer y último tamaño previsto para las compuertas de búsqueda, hasta localizar al blanco en el punto 4. Y así sucesivamente se continua con el seguimiento del blanco.


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Puede ocurrir el caso que en determinadas vueltas de antena, el sistema no pueda localizar al blanco dentro de la compuerta, debido a que ni siquiera el radar lo ve, por ejemplo cuando un blanco queda tapado por el estado del mar. En ese caso, el sistema continuará con la predicción, pero en la siguiente vuelta de antena, hará la búsqueda utilizando una compuerta de mayor tamaño. Si en compuerta grande tampoco resulta posible localizarlo, se inicia un proceso que puede culminar con la pérdida del blanco por parte del sistema, tema que será tratado oportunamente en el capítulo “Alarmas del sistema ARPA”

Se inicia el proceso de “pérdida de blanco”

Fig.2.10:

tamaño y forma de las compuertas de búsqueda

2.5 POSICIONES PROCESADAS POR EL SISTEMA ARPA Hasta ahora hemos visto que el sistema ARPA procesa dos clases de posiciones: las posiciones reales del blanco, y las posiciones de predicción. ¿Con cuál de estas dos el sistema hace los cálculos cinemáticos del blanco?. Con ninguna de ellas. El sistema

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hace los cálculos con los valores X e Y correspondientes al punto medio de la línea que une ambas posiciones, denominándose el punto intermedio “posición ponderada” 1 tal cual se aprecia en la figura 2.11

Fig. 2.11: Posición ponderada. 2.6 NECESIDAD DE UTILIZAR POSICIONES PONDERADAS Un barco no es un objeto puntual. Tiene dimensiones y su aspecto puede variar. Además, los movimientos de rolido y cabeceo pueden hacer que en determinadas vueltas de antena el radar marque la proa del buque, y en otras el centro o la popa. Y dado el breve intervalo de tiempo en que tienen lugar dos pasos sucesivos del haz, hasta los más pequeños errores no se tornan despreciables. La figura 2.12 muestra tres casos en donde es posible apreciarlos. Es por este motivo que para realizar todos los cálculos cinemáticos el sistema ARPA no opera con las posiciones reales del blanco. Se determinó que operando con las posiciones ponderadas en lugar de las reales, el sistema funciona mejor.

1

en inglés Smoothed position


19 Fig.2.12: la

figura superior muestra el caso en que primero se marca un sector de la popa y luego uno más a proa: para el ARPA esta buque se mueve mucho más rápido. La figura central muestra el caso inverso. Primero se marca un sector de la proa y luego uno más a popa. La figura inferior muestra el caso extremo: el buque aparece navegando en el sentido inverso


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2.7 OBTENCION DE LOS RESULTADOS Un operador resuelve el problema de la cinemática punteando varias posiciones del eco y construyendo el triángulo de velocidades conjuntamente con el vector del buque propio. Se obtiene el rumbo relativo, el rumbo y la velocidad del blanco, su CPA y TCPA. Dependiendo si el operador utilice o no ploteo abreviado, esta operación le podrá demandar 2, 3 ó 6 minutos. El ARPA obtiene posiciones del blanco a cada vuelta de antena, esto es, en promedio cada 3 segundos, lo cual torna el método de punteo que nosotros conocemos bastante inefectivo por los errores que se pueden cometer al adoptar un intervalo de estudio tan corto, según se vio al tratar el tema anterior (“Posición ponderada”). El ARPA resuelve el problema registrando y analizando muchas posiciones pasadas del eco, para que al cabo de cierto tiempo, entregar el resultado que corresponde a un movimiento promedio. Este método, que consiste en entregar información actual de un blanco en base a información pasada del mismo, se denomina “análisis regresivo”. Cuando uno adquiere un blanco sobre la pantalla, lo primero que se observa es que el sistema no entrega información del mismo en forma inmediata. Hay como un retardo en obtener esta información. Por normas de rendimiento este retardo no debe superar el tiempo de un minuto. En ese intervalo, y a cada vuelta de antena el sistema va obteniendo información del blanco (demora y distancia, que luego transforma a coordenadas cartesianas). Entre cada posición, el sistema calcula el rumbo y la velocidad del blanco, pero no los muestra en la pantalla. Lo envía a la memoria del procesador. La figura 2.13 muestra el seguimiento del rumbo de un blanco. Vamos a suponer en este ejemplo en particular que el blanco no está alterando ni el rumbo ni la velocidad y que el sistema entrega información al cabo de 16 vueltas de antena.

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Rv 120 122 124 128 120 117 114 119 121 122 124 123 119 118 120 120.7

Fig.2.13

Los rumbos parciales están comprendidos dentro de intervalo 114,128 pero en menos de un minuto el operador puede apreciar sobre la pantalla el valor promedio120.7


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Como el seguimiento debe continuar, en la siguiente vuelta de antena el sistema vuelve a marcar al blanco en otra posición y respecto de la última, le calcula el rumbo en el último tramo. (Fig.2.14) Como las posiciones de memoria son limitadas, y para que este nuevo valor pueda ingresar a la memoria, se anula al más antiguo, y se hace el promedio con estos nuevos valores. El operador ve en la pantalla el nuevo valor 120.9

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Rv 120 122 124 128 120 117 114 119 121 122 124 123 119 118 120

n 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Rv 123

Fig.2.14

120.9 Veamos la siguiente vuelta de antena. Supongamos que ahora el rumbo en el último tramo. (Fig.2.15)da por resultado 120. Para que este nuevo valor pueda ingresar a la memoria, se anula al más antiguo, y se hace el promedio con estos nuevos valores. El operador ve en la pantalla el nuevo valor 120.8

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Rv 120 122 124 128 120 117 114 119 121 122 124 123 119 118 120

n 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Rv 123 120

120.8

Fig.2.15


22

Se puede apreciar inmediatamente la ventaja del uso del método de análisis regresivo: mientras los rumbos parciales varían en un amplio margen (114 a 128°), el operador ve un vector sumamente estable que varia apenas unas décimas de grado.

2.8 ERROR POR ANÁLISIS REGRESIVO En el ejemplo anterior hemos supuesto que el blanco no estaba efectuando ninguna maniobra. Pero si el mismo decide efectuarla, toda maniobra que realice va a quedar enmascarada por el método de análisis regresivo, ya que dicho método entrega el promedio de los últimos 15 valores. El vector es reacio a mostrar cambios La figura 2.16 muestra un ejemplo de esta última afirmación: Al cabo de 23 vueltas de antena el blanco ya está al Rv=170°, pero la maniobra queda enmascarada en el promedio. El operador ve que el blanco tiene rumbo 130.6

n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Rv 120 122 124 128 120 117 114 119 121 122 124 123 119 118 120

n 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Rv 123 120 130 140 150 160 170

Fig.2.16

130.6 ¿Qué pasa si ahora se activa la alarma de peligro, indicando riesgo de abordaje con este blanco?. El parámetro que activó la alarma es el valor 130.6 y no el 170. Pero como se ve, el blanco no lleva rumbo 130.6. Lo que es cierto es que el blanco presentaba riesgo de abordaje con nuestro buque al rumbo 130.6 y que ahora, cuando lleva un rumbo 170 probablemente esté pasando ya en forma segura. Este ejemplo corrobora la afirmación expresada en 1.1 en cuanto a que el sistema entrega información veraz de un blanco en tanto ni en cuanto ninguno esté maniobrando. Use la información que le brinda el sistema ARPA solamente si determina que ninguno está maniobrando. Si alguno está maniobrando, no use la información del ARPA para tomar una decisión porque es falsa! Para que Usted pueda usar la información del ARPA, deberá descartar que ni el blanco ni Usted estén maniobrando en ese momento. Si Usted es el operador del sistema, es obvio que va a poder saber si el buque propio está maniobrando o no. Será fácil descartar la maniobra del blanco si éste se encuentra a la vista, ya sea de día o de noche. El caso crítico se produce cuando no se encuentre a la vista, por ejemplo dentro de una zona con visibilidad reducida. Veremos a continuación que el sistema ARPA dispone de herramientas para poner en evidencia la exi stencia de este error.


23

2.9 POSICIONES PASADAS – HISTORY Mientras que los vectores muestran el promedio de los últimos valores, no ocurre lo mismo con las posiciones pasadas. Estas muestran las posiciones ponderadas concretas de cada blanco en un determinado instante en el pasado. Por este motivo es posible contrastar la información del vector con la de las posiciones pasadas, para saber si el vector es fiable o no. Por normas de rendimiento las posiciones pasadas tienen que reunir las siguientes características: a) tienen que ser 4 como mínimo b) estar separadas por intervalos de tiempo iguales c) no tardar más de 8 minutos en mostrar las cuatro La figura 2.17 muestra varios ejemplos con posiciones pasadas para el vector verdadero de un blanco. Fig.2.17: caso (a) blanco mantiene rumbo y velocidad Caso (b) blanco incrementa velocidad Caso (c) blanco disminuye velocidad Caso (d) blanco alteró rumbo y sigue cayendo Caso (e) blanco alteró rumbo y paró la caída La única información fiable es la del caso (a).

24



25

3

ALARMAS, SÍMBOLOS ESTANDARIZADOS Y MANIOBRA DE PRUEBA 3.1 INTRODUCCION Las normas de rendimiento especifican que un ARPA deberá contar con tres clases de alarma por lo menos, las cuales son: a) Intruso en el anillo de guardia b) Peligro de abordaje o aproximación excesiva c) Pérdida de blanco

3.2 ANILLO DE GUARDIA Las normas de rendimiento especifican que un sistema ARPA llevará medios que avisen al operador acerca de la presencia de todo blanco que se aproxime a un anillo de distancia o zona elegida de guardia . El blanco que de lugar a la alarma quedará perfectamente distinguido en la pantalla mediante un símbolo consistente en un triángulo con uno de sus vértices apuntando hacia abajo.(Fig.3.1) (a)

(b)

Fig.3.1: Simbología estandarizada para un blanco ingresando a un anillo de guardia (a) de 360° de horizonte, o (b) sectorizado

3.3 ALARMA DE PELIGRO Las normas de rendimiento especifican que un sistema ARPA llevará medios que avisen al operador acerca de la presencia de todo blanco que se venga siguiendo y del cual se haya pronosticado que va aproximándose hasta quedar dentro del anillo de distancia mínima (elegido por el operador) en un tiempo dado (también elegido por el operador).El blanco que de lugar al aviso quedará perfectamente identificado sobre la pantalla mediante un símbolo consistente en un triángulo con uno de sus vértices hacia arriba. (Fig.3.2) Por ejemplo supongamos que el operador desea saber con 20 minutos de antelación si algún blanco va a violar el margen de seguridad que es de 2 millas. Esto quiere decir


26

que, dependiendo de cada equipo en particular, el operador debe indicarle al software del ARPA los siguientes parámetros: TCPA limit = 20 min TCPA limit = 02 millas

Fig.3.2: simbología

estandarizada para un blanco seguro (un círculo) y para un blanco peligroso (un triángulo con uno de sus vértices hacia arriba). También se muestra el símbolo que corresponde a un blanco perdido: dos triángulos unidos por su base, mostrando la última posición conocida del blanco

Entonces un blanco peligroso será aquel que viole ambos parámetros. Un blanco seguro será aquél que no viole ninguno o solamente uno de ellos. La simbología para un blanco seguro consiste en un círculo y también se muestra en la figura 3.2

Ejemplo: Márgenes de seguridad CPA Limit =2 millas. TCPA Limit = 20 min Blanco 1: CPA=3 millas Blanco 2: CPA=1 millas Blanco 3: CPA=0 millas Blanco 4: CPA=3 millas

TCPA=25 min TCPA=15 min TCPA=25 min TCPA=52min

El único blanco peligroso es el 2. Son seguros los blancos 1, 3 y 4. En particular el blanco 3 continuará siéndolo durante los próximos 5 minutos solamente. Después se tornará peligroso.

3.4 ALARMA DE PERDIDA DE BLANCO El ARPA indicará claramente la pérdida de un blanco que se venga siguiendo, y la última posición detectada quedará claramente indicada en la pantalla mediante un símbolo que consiste en dos triángulos unidos por su base. (Fig.3.2) Según las normas de rendimiento, el ARPA debe dar por perdido a un blanco solamente si en la últimas 10 vueltas de antena, lo detectó 5 veces, o menos. En los dos ejemplos que se muestra a continuación, el ARPA da por perdido al blanco n

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

si/no si

si

si

no

si

si

si

si

si

no

no

no

no

no

En 10 vueltas, no lo detectó 5 veces


n

27

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

si/no si

si

si

no

si

no

si

si

no

si

no

si

no

no

En 10 vueltas, no lo detectó 5 veces Una vez activada la alarma de pérdida de blanco, se deberá mostrar sobre la pantalla la última posición conocida del blanco, durante por lo menos 5 vueltas de antena.

3.5 OTRAS ALARMAS OPCIONALES Las alarmas indicadas anteriormente son las exigidas por las normas de rendimiento del ARPA, pero la mayoría de los fabricantes ofrecen otras alarmas adicionales, como las que a continuación se detallan:

3.5.1 MANIOBRA DEL BLANCO Cuando la computadora determina que un blanco rastreado está maniobrando, algunos modelos de ARPA disponen de un aviso o alarma que muestra el eco destellando, y un mensaje en la pantalla que dice cuál es el blanco que está maniobrando. 3.5.2 MOMENTO DE MANIOBRAR Cuando se efectúa una maniobra de prueba calculada para un determinado instante en el futuro, la computadora le avisa al operador cuándo es el momento de efectuar la maniobra. 3.5.3 SATURACIÓN DE LA CAPACIDAD DE RASTREO Por normas de rendimiento, un sistema ARPA tiene que tener capacidad para procesar en forma simultánea a 20 blancos como mínimo. Cuando el radar detecta más blancos que los que puede procesar el ARPA, y éste opera en el modo de adquisición automática, se activa una alarma que indica que el sistema no está procesando la totalidad de los blancos situados dentro de la escala en uso. 3.5.4 GARREO DEL BUQUE FONDEADO Esta alarma avisa al operador cuando el buque propio, que se halla en la condición de buque fondeado, se mueve sobre fondo debido a los efectos del viento o corriente, no aguantados por el ancla, es decir, cuando el buque propio garrea. 3.5.5 PERDIDA DEL PUNTO FIJO DE REFERENCIA La mayoría de los equipos disponen de la facilidad de introducir en la memoria un punto fijo, indicando por ejemplo un faro, una baliza o un islote, y que sirve para calcular la deriva del buque propio, estabilizando la pantalla al fondo. 2 Si el eco del punto tomado como referencia se pierde por debilitamiento dela señal u otra causa, se activa una alarma que indica la pérdida del punto fijo de referencia, y el equipo vuelve a entregar datos relativos al agua: rumbo y velocidad sobre agua. 3.5.6 FALLA DE SISTEMA Esta alarma se activa para indicar fallas auténticas en cualquiera de los elementos periféricos que conforman el sistema ARPA: • una falla real en el radar • una falla real en la corredera 2

significa que en la pantalla se verán datos relativos al fondo: rumbos y velocidades sobre fondo


28 • • •

una falla real en el girocompás una falla real en el GPS una falla real en la CPU del ARPA

Pero esta alarma también se puede activar no habiendo fallas en ninguno de los periféricos, como por ejemplo: • mala sintonía del radar: en la pantalla no aparece absolutamente nada. No hay blancos provenientes de buques, de boyas, retorno de mar o tierra. El sistema dispara la alarma en forma precautoria • radar bien sintonizado, pero ausencia total de blancos provenientes de buques, boyas, retorno de mar, sin costa a la vista. • Corredera funcionando correctamente, pero indicando velocidades menores a 2 nudos. (Cuando el buque se detiene a tomar práctico, por ejemplo)

3.6 OTROS SÍMBOLOS ESTANDARIZADOS •

Blanco en proceso de adquisición: un rectángulo de trazo discontinuo.

•

Blanco cuyos datos numéricos aparecen en la pantalla: un cuadrado de trazo continuo

•

Cursor del ARPA: Una cruz de tamaño adecuado

•

Maniobra de prueba: Una letra “T” bien visible en la pantalla

T

3.7 MANIOBRA DE PRUEBA Las normas de rendimiento del sistema ARPA requieren que éste disponga de facilidades para simular una maniobra y observar sus resultados sin interrumpir la información actualizada de los blancos. Con la asistencia de la computadora, el problema cinemático de predecir los efectos de una maniobra, se simplifica notablemente efectuándose como “una prueba” en forma previa a su posterior ejecución. Si solamente hay dos blancos en aguas libres, la visualización de la maniobra de prueba se hace relativamente fácil. En zonas de tráfico intenso, con buques grandes y áreas limitadas para maniobrar se puede tornar dificultoso. Es importante tener en cuenta cuando se planifica una determinada maniobra que el buque propio puede requerir temporalmente un rumbo de colisión, como puede suceder con los buques que se encuentran a mayor distancia, y los posibles riesgos de abordaje hacen necesario efectuar una secuencia de maniobras porque una única maniobra no pueda resolver todos los problemas que se presenten. Es por este motivo que algunos equipos tienen la opción de simular en la misma prueba, dos maniobras diferidas Los sistemas ARPA disponen de tres tipos de maniobra de prueba las cuales se detallan a continuación:


29

3.7.1 PREDICCION MANUAL El operador introduce en la computadora los datos del rumbo y/o velocidad del buque propio, cuyos efectos desea probar sobre los blancos. El procesador calcula los resultados de la maniobra y los presenta al operador. Si la maniobra es efectiva, se detendrán las alarmas relativas a los blancos que se encuentran en situación de riesgo de abordaje. Al mismo tiempo, el equipo presentará una clara identificación sobre la pantalla de que se está efectuando una maniobra simulada. Con el objeto de evitar que la pantalla permanezca innecesariamente en el modo simulación, éste se desactiva automáticamente al cabo de cierto tiempo, devolviendo al operador la imagen real de la situación. 3.7.2 BUSQUEDA AUTOMÁTICA DE LA MANIOBRA El operador pide al sistema que calcule la maniobra de evasión más conveniente, con caída a babor/estribor y a determinada velocidad. La computadora obtiene el rumbo de la maniobra, el cual presenta al operador del sistema para que tome la decisión. 3.7.3 MANIOBRA CON PANTALLA DINAMICA En este avanzado método de maniobra de prueba, los movimientos de los blancos y el del buque propio se multiplican por un número determinado de minutos, con lo cual se podrá ver en la pantalla lo que ocurrirá en ésa cantidad de minutos, al rumbo y velocidad introducidos por el operador. Danger: on CPA: 0.3 nm

Danger: off CPA: 2.1 nm

Fig.3.3:Maniobra

de prueba con pantalla dinámica y vectores relativos. A la izquierda la modalidad simulación está desactivada y se ve la situación real. El blanco se muestra peligroso y la alarma está encendida. A la derecha se activa la pantalla dinámica con un tiempo de 6 minutos y una caída a estribor de 40°. El trazo discontinuo indica hasta donde va a avanzar el blanco en esos 6 minutos. El quiebre de la recta muestra el instante de la maniobra. El trazo continuo muestra el futuro movimiento relativo del blanco. Observe que ahora el blanco pasó a la condición de seguro y que la alarma se ha apagado. Pero también observe que esto es una simulación y que queda claramente indicado por la leyenda “Trial” 3.8 INNOVACIONES DE LA MANIOBRA DE PRUEBA Constantemente están apareciendo innovaciones en los tipos de maniobra de prueba, las cuales son cada vez más sofisticadas. Los equipos más avanzados disponen de alimentar la

30


computadora con otros datos de interés que afectan a la maniobrabilidad del buque: estado de carga, curvas evolutivas, ROT, vectores curvos, etc


31

4

TIPOS DE ESTABILIZACION 4.1 INTRODUCCION Cuando los datos del buque propio son introducidos al sistema directamente de la corredera y del girocompás, la pantalla muestra el movimiento del buque sobre la masa de agua que le rodea, sin tener en cuenta la deriva de la corriente. Para el análisis de los riesgos de abordaje no es necesario tener en cuenta los efectos de la corriente, pues ésta afecta por igual a los blancos y al buque propio. Pero para navegar por canales angostos, pasos estrechos y aguas restringidas en general, no resulta útil esta presentación de la pantalla debido a que la línea de proa no señala el movimiento real que está siguiendo el buque. Distinguiremos entonces dos tipos de pantalla estabilizadas en el ARPA: la de estabilización al agua (o “Sea Stab”) y la de estabilización al fondo (o “Ground Stab”) Mediante el punteo de un blanco del cual se tenga la plena certeza que se trata de un blanco fijo, ya hemos visto que se puede calcular el rumbo y la velocidad de la corriente, leyendo el segmento WA del triángulo de velocidades. (Fig.4.1) La velocidad de la corriente será la que resulte de medir el largo del segmento WA y compararla con el intervalo de punteo. En cambio el rumbo de la corriente será el opuesto al arrumbamiento del segmento WA. En efecto, dado que se ha punteado un punto fijo al fondo, como por ejemplo un islote, era de esperarse que el segmento WA fuese nulo, o lo que es lo mismo, que W y A ocupasen el mismo lugar. Al no ser Fig.4.1 esto así, el desfasaje hallado es atribuido al efecto de la corriente que en este caso hizo disminuir la distancia transversal al islote. O Leyendo el segmento WA encontramos que tiene un arrumbamiento de 355° y A una longitud de 0´2. Si el W intervalo de ploteo fue de 6 minutos, entonces la corriente tiene una velocidad de 2 nudos y un arrum bamiento que es opuesto a 355°, es decir 175°. La corriente no puede tener rumbo 355°, puesto que en ese caso, la distancia transversal al islote hubiese aumentado


32

4.2 PANTALLA ESTABILIZADA AL AGUA Cuando se opta por este tipo de estabilización, la configuración del sistema es la siguiente: GIROCOMPAS

RADAR

ARPA CORREDERA

GPS

Fig.4.2: configuración

del sistema ARPA cuando se opta por la pantalla estabilizada al agua. El sistema de posicionamiento global no introduce al sistema los datos sobre fondo

La figura 4.2 muestra la pantalla de un ARPA en donde el buque propio navega con aguas restringidas. Se tienen adquirido dos blancos: en particular el blanco 1 es un islote. Se lo adquirió para determinar los datos de la corriente. El blanco 2 es otro buque. Al leer los datos cinemáticos del islote, se encuentra que, entre otras cosas, dice: Target 1 course: 180° Target 1 Speed: 2 kts Por lo expuesto en el punto 4.1, determinamos entonces que la corriente tiene una intensidad de 2 nudos, pero el rumbo seria el opuesto, esto es que la corriente tira al Norte.

Cuando se habla de una pantalla estabilizada al agua, significa que los datos de rumbo y velocidad de todos los blancos que hay en ella, son relativos a la masa de agua. Veamos que pasa ahora si el operador decide pasar a la pantalla con datos estabilizados al fondo


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4.3 PANTALLA ESTABILIZADA AL FONDO Cuando se opta por este tipo de estabilización, la configuración del sistema es la siguiente: GIROCOMPAS

RADAR

ARPA CORREDERA

Fig.4.3: configuración

del sistema ARPA cuando se opta por la pantalla estabilizada al fondo. Obsérvese que la conexión con el sistema GPS está ahora asegurada.

GPS

La figura 4.3 muestra ahora la misma pantalla del punto anterior, pero estabilizada al fondo.

Cuando se habla de una pantalla estabilizada al fondo, significa que los datos de rumbo y velocidad de todos los blancos que hay en ella, son relativos a tierra o al fondo. Por ese motivo el islote ahora carece de vector. Si leemos ahora sus datos cinemáticos, seguramente nos dirá que tiene velocidad cero, algo que resulta totalmente lógico: la pantalla está mostrando datos respecto del fondo, y el islote ES el fondo, ya que forma parte de él y obviamente carece de velocidad. También ha aparecido otro vector sobre la posición del buque propio: es el vector verdadero sobre fondo que estamos realizando por efecto de la corriente, que como ya hemos analizado tira al norte y que abate a dicho vector hacia la banda de babor del buque. También se puede apreciar el vector verdadero sobre fondo del blanco 2. Acotación: Los sistemas de posicionamiento globales no son la única manera de estabilizar la pantalla de un ARPA al fondo. La mayoría de los equipos disponen de una


34

función auxiliar llamada “Punto de referencia fijo” o “Fixed Target” que permite referir tanto el movimiento del buque propio como el de los blancos a dicho punto. El punto de referencia fijo debe estar fijo al fondo. Puede tratarse de un islote, una baliza, un racón, un buque faro, o cualquier otro objeto de similares características. Para activar la función es necesario que el punto a adoptar como “fijo” haya sido previamente adquirido por el sistema.

4.4 VENTAJAS DE CADA TIPO DE ESTABILIZACIÓN •

Estabilización al agua: Este tipo de estabilización se usa para evaluar el “aspecto” del blanco y para determinar el valor de la corriente mediante un blanco fijo al fondo, tales como rocas, islotes, balizas o cualquier otro objeto similar. No es conveniente para navegar en aguas restringidas

•

Estabilización al fondo: Al mostrar el movimiento del buque propio sobre el fondo, y como generalmente los peligros forman parte del fondo (bancos, aguas poco profundas, arrecifes, etc), este tipo de estabilización resulta ideal para navegar en aguas restringidas. No sirve para evaluar el aspecto de blancos, ni para determinar los valores de la corriente, a menos que se adquiera un blanco que se encuentre francamente al garete.


35

5

ERRORES PROVOCADOS POR LOS ELEMENTOS PERIFERICOS 5.1 INTRODUCCION El sistema ARPA puede suministrar dos clases de vectores: relativos y verdaderos. La pantalla puede estar estabilizada al fondo o al agua. A su vez cada tipo de estabilización admite ambas clases de vectores. Veremos en este capítulo qué sucede cuando el girocompás o la corredera, a causa de estar descalibrados, introducen información falsa al sistema y cuáles vectores resultar afectados por esta clase de errores: los provocados por los elementos periféricos. Haremos el análisis del siguiente modo: supondremos que el radar está exento de errores y que opera correctamente. Luego introduciremos errores en el girocompás y/o corredera y veremos de qué pasa con los vectores, primero con estabilización al agua y luego haremos el mismo análisis usando la estabilización al fondo

5.2 ANALISIS CON ESTABILIZACIÓN AL AGUA GIROCOMPAS

RADAR

ARPA CORREDERA

GPS

configuración del sistema ARPA cuando se opta por la pantalla estabilizada al agua y los periféricos tienen errores( los que están subrayados). El radar carece de errores y opera correctamente. Fig.5.1:

O O W´ W

Vv A

Vve

Vv A

Vve

W´ W

Vr

Vr


36

La figura 5.1 muestra el caso de dos buques a rumbos de colisión con el buque propio y se ven ambos triángulos de velocidades. El vector verdadero será el lado WA y el vector relativo el OA. En el triángulo de velocidades correspondiente al blanco de babor se ha supuesto un error en la corredera: ésta registra una velocidad menor y se puede apreciar que este error no afecta al vector relativo OA ya que ni O ni A fueron construidos por información suministrada por la corredera. Ambos puntos fueron suministrados por el radar, que en este ejemplo carece de errores. En cambio el error en la corredera afecta notablemente las indicaciones del vector verdadero W´A, generándose un vector verdadero erróneo (Vve). En el triángulo de velocidades correspondiente al blanco de estribor se ha supuesto un error en el girocompás: nuevamente se puede apreciar que el vector relativo no se modifica, pero el vector verdadero sí. Como conclusión, cuando existan errores en el girocompás y/o corredera y se esté operando con una pantalla estabilizada al agua los vectores relativos solo se verán afectados por los errores propios del sistema ARPA (error de análisis regresivo, por ejemplo). En cambio los vectores verdaderos se ven notablemente afectados por errores en dichos instrumentos

5.2 ANALISIS CON ESTABILIZACIÓN AL FONDO GIROCOMPAS

RADAR

ARPA CORREDERA

configuración del sistema ARPA cuando se opta por la pantalla estabilizada al fondo. Obsérvese que la conexión con el sistema GPS está ahora asegurada. Fig.5.2:

GPS

En este caso, a pesar de haber errores en el girocompás y/o corredera, el sistema no los toma en cuenta para graficar la posición del punto W en cada triángulo de velocidades. Si la pantalla está estabilizada al fondo, no existen errores en los vectores relativos ni verdaderos debido a errores en el girocompás y/o corredera. A continuación se muestra un resumen del capítulo


37

6

CINEMATICA APLICADA AL ARPA 6.1 PUNTOS DE PROBABLE COLISION (PPC)

Fig.6.1: PPC La figura 6.1 muestra un novedoso desarrollo del fabricante Raytheon: los puntos probables de colisión o PPC. Se trata de puntos sobre la pantalla que nos indican por qué lugares debe pasar la línea de proa de nuestro buque, para colisionar con un blanco. Asi por ejemplo en la misma figura vemos que si alteramos el rumbo a estribor haciendo coincidir la línea de proa con el PPC indicado como “a” vamos a colisionar con el blanco indicado como “1” Si la hacemos coincidir con el “d” iremos a colisión contra el blanco “4” Si la hacemos coincidir con el “e” iremos a colisión contra el blanco “5” En el instante actual nuestra proa coincide con el PPC indicado como “f” . Esto significa que sin no hacemos nada colisionaremos contra el blanco “6”.


38

6.2 GENERACION DE UN PPC 6.2.1 PARA UN BLANCO QUE VIENE A RUMBO DE COLISION Si un blanco viene a rumbo de colisión es obvio que no hace falta hacer ninguna maniobra para chocar contra él. La colisión se producirá en algún lugar delante de nuestra línea de proa, y el mismo análisis hace el oficial de guardia del otro buque. Entonces para encontrar el PPC de un blanco que inicialmente viene a rumbo de colisión, basta prolongar la dirección de ambas proas y hallar el punto de encuentra, tal como se muestra en la figura 6.2

Fig.6.2: generación de un PPC para un blanco que inicialmente viene a colisión Cuando el buque propio es más veloz que el blanco solo hay un PPC, el cual se desplazará en movimiento relativo, siguiendo la línea de proa del buque propio y disminuyendo la distancia al mismo hasta ocurrir la colisión. (Fig.6.3)

WO

> WA

Movim. del PPC

Movim. del blanco

Fig.6.3: movimiento del PPC para un blanco que inicialmente viene a colisión


39

Si el buque propio es más lento que el blanco hay dos puntos probables de colisión (solamente uno ó ninguno en casos muy particulares), uno de los cuales se mueve como en el caso anterior y el otro siguiendo una demora constante y acercándose al buque propio, tal como se muestra en la figura 6.4

WO

< WA

C P l P . d e ov M

M o v . d e l P P C

O A

c o b l a n l e v. d M o

O´ W

Fig.6.4: cuando el blanco es más veloz que el buque propio hay 2 PPC

6.2.2 PARA UN BLANCO QUE INICIALMENTE NO VIENE A RUMBO DE COLISION La figura 6.6 muestra el movimiento del PPC de un blanco que inicialmente no viene a rumbo de colisión y el buque propio es más veloz que el blanco. El movimiento del PPC pasa por la banda de babor o estribor del buque, pero en ningún caso cruzará la línea de proa. (Fig.6.7) Se observan las posiciones O, A, A 1, A2, A3, etc que son las sucesivas posiciones del blanco. Para cada una de ellas hay un rumbo de colisión WO´, W1O´1, W2O´2, etc. Finalmente y para hallar el PPC, desde cada posición del blanco se prolonga su WA y se halla el punto de encuentro con los rumbos de colisión correspondientes. Cuando el buque propio tiene menor velocidad que el blanco, existen 2 PPC que se desplazan del modo que muestra la figura 6.5, hasta que se confunden en uno solo y luego desaparece el riesgo por salir el eco del sector de posibilidades de colisión.

2do PPC WO

< WA

1er PPC

O A W

A1

Fig.6.5

A2

A3

A4

A5


40

Fig.6.6: PPC de un blanco que

inicialmente no viene a colisión

6

R

5

R

4

R

3

R

2

R

i m v M o

C P l P e . d

´ O 6

1

R

0

6

´ O A

R

W

5

5

5

´ O 4

W

A

4

4

W

A

3

´ O 3

3

W

A

2

´ O 2

2

W

A

1

´ O 1

1

W

A ´ O O

W


41

PPC O PPC 1 A W

PPC 2

A1 A2

PPC 3 A3 PPC 4 A4

Fig. 6.7

A5

PPC 5 PPC 6 A6

6.3 ERRORES EN LOS PPC POR ERRORES EN LOS PERIFERICOS 6.3.1 CON EL EQUIPO ESTABILIZADO AL AGUA La figura 6.8 muestra la manera en que un error en la corredera influye en la generación del PPC sobre la pantalla, cuando ésta se encuentra estabilizada al agua de mar. En el ejemplo mostrado el PPC aparece a una distancia menor cuando la corredera indica menor velocidad que la real. Si la corredera indicase valores superiores a los que corresponden, el PPC se generaría a una mayor distancia dándonos una falsa sensación de seguridad. La figura 6.9 muestra el caso similar para errores del girocompás exclusivamente 6.3.2 CON EL EQUIPO ESTABILIZADO AL FONDO Cuando la pantalla se halla estabilizada al fondo, los errores que tengan la corredera y/o el girocompás no serán tomados en cuenta por el sistema para efectuar los cálculos, debido a que estará tomando los datos del GPS o de algún punto fijo de referencia. Por lo tanto no se producen errores en la posición del PPC.

42


Fig.6.8: generación de un

PPC

PPC en un lugar erróneo, exclusivamente por un error en la corredera

PPC erróneo O A

W´ W

PPC erróneo

Fig.6.9: generación de un

PPC en un lugar erróneo, exclusivamente por un error en el girocompás.

PPC

O A W

W´

6.4 AREAS PREVISTAS DE PELIGRO (PAD) Algunos modelos de ARPA representan sobre la pantalla una zona en la que existe riesgo de abordaje si el rumbo del buque propio pasa por ella. Estas zonas se denominan PADs (Predicted Areas of Danger) y están calculadas en base a los rumbos de colisión teniendo en cuenta el tamaño del buque propio, imprecisiones en la adquisición de datos y la mínima distancia a la que se desea pasar del blanco. (Fig.6.10)


43

R1 O1

O O2

W

R2

A

Fig.6.10

RR 2

RR 1

En la figura 6.10 se muestra un PAD en forma de cuadrilátero. El mismo de genera del siguiente modo: • Los límites laterales de la figura son los rumbos R 1 y R 2, que representan los dos modos posibles de hacer que el blanco pase a la distancia segura. • Se determina la posición del PPC y se lleva el valor de la distancia segura, sobre la línea de proa y a ambos lados del PPC. Cuando existen dos PPC, también hay dos PADs. (Fig.6.11) Las áreas previstas de peligro determinan unos sectores dentro de los cuales no debe entrar el rumbo del buque propio. La mayoría de los sistemas ARPA calculan estos sectores y los muestran al observador, pero otros modelos presentan las áreas previstas de peligro mediante elipses o hexágonos lo cual resulta más útil para el operador, pues en caso de necesidad le permite saber hasta dónde puede navegar por dentro del sector sin entrar en el área peligrosa.

6.5 PAD EN FORMA DE ELIPSE En este caso los límites del área de peligro se hallan definidos por una elipse cuyo eje mayor lo determinan: a) Los rumbos para pasar por la proa y por la popa del blanco b) El semieje menor es igual a la distancia segura de paso Para construir la elipse (Fig.6.12) se procede de la siguiente manera: • Con centro en el buque propio se traza una circunferencia igual a la distancia segura de paso • Desde A se trazan las tangentes a la circunferencia anterior, obteniendo los puntos de tangencia T1 y T2. • Con centro en W y radio WO se traza un arco hasta que corte a las prolongaciones de las tangentes anteriores, en los puntos O1 y O2.


44

R2

R3

R4

R1

RR 1

O2

O3

A

O O1

O4 RR 2

Fig.6.11

W

• Se trazan los segmentos WO1 y WO2. • En el centro de barrido se trazan paralelas a WO1 y WO2 hasta que corten a la prolongación de WA, originando los puntos M 1 y M2. • Se traza la mediatriz del segmento M1M2 y sobre ella se toman las distancias iguales a la distancia segura, obteniendo los puntos M 3 y M4. • Se traza una elipse que pase por M1, M2, M3 y M4

M4 M1 O1 M2

O2

M3 A W

T2

Fig.6.12 T1

O


45

6.6 PAD EN FORMA DE HEXAGONO Se procede del mismo modo anterior, hasta obtener los puntos p, q r y s de la figura 6.13 y se traza un hexágono con las medidas indicadas en la figura

r

O

p

O1

q

s

O2 A d

W

RR 2

RR 1

Fig: 6.13: PAD en forma de hexágono. La distancia d de toma como ½ pq

6.7 CAMBIO DE LA FORMA DEL PAD AL VARIAR EL CPA Por lo general, las maniobras para pasar a una distancia segura de un blanco no son simétricas: a veces la caída a estribor puede ser más amplia que una caída a babor y viceversa, así que por lo general, las maniobras son asimétricas, y dicha asimetría se incrementa al aumentar el valor del CPA como se puede apreciar en la figura 6.14. La figura 6.14 muestra distintos valores posibles de CPA: 1, 2 y millas náuticas. Supongamos que tenemos a un operador inexperto que interpreta la pantalla de la siguiente manera: decide adoptar un valor de CPA de 3 millas, generándose el PAD 3. El operador ve que la línea de proa del buque propio pasa por encima del PAD, pero como ésta invade una porción muy pequeña del PAD, interpreta que en lugar de estar pasando a 3 millas estará pasando a 2 millas de distancia mínima del blanco y que por lo tanto no es necesario maniobrar. Si usted interpreta esta situación de la misma manera que nuestro operador, estará cometiendo un error muy grave: vea que indica la recta OA del blanco. Viene con rumbo de colisión y por supuesto es necesario efectuar una maniobra.


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O A

PAD 1

PAD 2

W PAD 3

CPA1 CPA2 CPA3

Fig.6.14: Forma del PAD al variar el CPA

6.8 MOVIMIENTO DEL PAD En el caso de que el rumbo del buque atraviese el PAD, éste se moverá a lo largo de la línea de proa acercándose al buque propio, cambiando su forma, pero nunca apartándose del rumbo. En el caso límite que la línea de proa sea tangente al PAD éste se moverá tangenteando la línea de proa y variando considerablemente su forma. Cuando el rumbo del buque propio no corta al PAD, éste se moverá en la pantalla variando su forma y posición de un modo análogo al movimiento de los PPC. Cuando el buque propio y el blanco navegan de vuelta encontrada, no existe el paso por la proa o por la popa, debiéndose considerar entonces el paso por babor o por estribor, resultando el PAD un círculo con centro en el PPC


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ALTERACIÓN DE LOS VECTORES VERDADEROS DE LOS BLANCOS POR LA MANIOBRA DEL BUQUE PROPIO 6.1 INTRODUCCION Cuando el buque propio altera el rumbo y/o la velocidad es de esperarse que se alteren los vectores relativos de todos los blancos pero no los vectores verdaderos. El vector relativo de un blanco es el resultado de la composición de dos movimientos: el del buque propio más el del blanco. Y si el buque propio altera su movimiento el vector relativo se alterará a pesar de que el blanco no maniobre. Lo que de ninguna manera debe ocurrir es que se alt ere el vector verdadero de un blanco cuando no es éste el que está efectuando una maniobra sino nosotros. Sin embargo esta anomalía ocurre cada vez que el buque propio efectúa una maniobra y es muy fácil darse cuenta de ello: en la pantalla usted verá que absolutamente todos los blancos deciden maniobrar al mismo tiempo: algunos a babor, otros a estribor, unos disminuyendo velocidad, otros cuadruplicándola hasta valores ridículos. Otra manera de darse cuenta de la presencia de este error es comparando el vector verdadero de los blancos con sus respectivas posiciones pasadas. La anomalía dura aproximadamente lo que dura la maniobra del buque propio y no se presenta en pantallas estabilizadas al fondo, como veremos más adelante.

6.2 COMO SE VE EN LA PANTALLA

Fig.7.1

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La figura 7.1 muestra cómo se ve este error sobre la pantalla. Al producirse la maniobra del buque propio (una caída a la banda de estribor), se puede apreciar que misteriosamente todos los blancos han maniobrado: el blanco 1 a la banda de estribor, el 2 también pero incrementando notablemente su velocidad, el 3 a la banda de babor y el 4 disminuyendo su velocidad. Es como si el extremo de nuestro vector hubiese enganchado los extremos de los vectores de todos los blancos, alterándolos en la dirección de la maniobra. Sin embargo es fácil darse en cuenta de que estos vectores no son fiables al compararlos con sus respectivas posiciones pasadas.

6.3 COMO SE PRODUCE EL ERROR

g ro comp s

RADAR

Figura 7.2 ARPA

GPS

La figura 7.2 muestra la trayectoria de un blanco O A B C etc y la trayectoria del buque propio O 1 2 3 4 etc. En particular el buque propio decide alterar su rumbo 40° a estribor en el punto O. Se analizará primero el caso de una pantalla estabilizada al agua. Cuando el buque propio se encuentra en el punto 1 el radar toma marcación y distancia al blanco que se encuentra en el punto A de su derrota. El girocompás y la corredera calculan la posición del blanco pero en lugar de obtener el punto 1 de la figura (posición real del buque propio y desde la cual el radar midió la distancia A1) obtiene la posición 1´. Esta dualidad en la obtención de la posición se debe a que ninguno de los periféricos que tiene conectado el ARPA le permite conocer el movimiento verdadero sobre fondo del buque, ni los datos de la corriente, ni el apartamiento de la derrota por el efecto de la pala del timón colocada a una banda.


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El ARPA aplica la distancia A1 entregada por el radar a partir del punto 1´, obteniendo inevitablemente con ello una posición errónea del blanco (a´). Según el ARPA este blanco ha maniobrado desde la posición O hasta la posición a´, produciéndose un arrastre del vector verdadero hacia el mismo lado de la maniobra del buque propio. Conclusión: el error se produce por la incapacidad que tiene el ARPA de calcular su movimiento verdadero sobre fondo, ya que con una pantalla estabilizada al agua no hay ningún periférico que le permita hacerlo. Por lo tanto éste error no se produce si el ARPA se encuentra estabilizado al fondo.

arpa

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