boatportal_700x125.jpg

Вы здесь

Радиолокатор и его применение на малых судах

Радиолокатор и его применение на малых судах

02.04.2013 Автор: 0 10314

В. Я. Гальперин «Катера и яхты» №5 (69) сентябрь-октябрь 1977г

 

Радиолокатор и его применение на малых судах

 

В ночь на 26 декабря 1943 в, фашистский линкор «Шарнгорст» тайно под покровом темноты вышел из Альтенфиорда (Норвегия) на перехват каравана судов, следую­щего в Советский Союз. Но на пути пирата встали английские корабли дальнего прикрытия. Незаметно сбли­зившись с «Шарнгорстом», они от­крыли огонь. Снаряды ложились точ­но, и вскоре линкор пошел ко дну. Обнаружить противника и вести по нему прицельную стрельбу при пол­ном отсутствии визуальной видимо­сти помогла морякам конвоя радио­локация. Факт потопления «Шарнгорста» связывают с началом успеш­ного использования радиолокаторов. Явление отражения радиоволн от­крыл изобретатель радио А. С. Попов в 1897г при проведении опытов по радиосвязи между кораблями. Ве­ликий ученый предсказал применение обнаруженного им явления для обес­печения успешной навигации в усло­виях ограниченной видимости. Одна­ко понадобилось несколько десятиле­тий развития всех отраслей радио­электроники, чтобы создать современ­ный радиолокатор.

Необходимость в судовом радио­локаторе стала ощущаться особенно остро в начале XX века, когда возрос­ло количество судов и увеличилась их скорость. При этом участились столк­новения, которые чаще всего закан­чивались трагично. Сегодня трудно представить морской флот и авиа­цию без надежных радиолокацион­ных станций и систем. Широко ис­пользуются радиолокаторы или, как их еще называют, радары на мало­мерных судах: промысловых ботах, спортивных и туристских катерах, на яхтах открытого моря.

Простейшая радиолокационная станция (РЛС) содержит элементы, показанные на приводимой схеме. Пе­редающее устройство запускается синхронизирующими импульсами и вырабатывает импульсы электромаг­нитных колебаний сверхвысокой частоты (СВЧ). Через антенну эти им­пульсы излучаются в пространство и облучают объекты, попадающие в зо­ну направленного действия антенны. От объектов отражаются импульсы очень малой амплитуды. Они прини­маются той же антенной и через ан­тенный переключатель подводятся к приемнику, где принятые сигналы преобразовываются и усиливаются до величины, которая необходима в работе индикаторного устройства. На индикаторе (электронно-лучевой трубке) создается радиально-круговая развертка. Она обеспечивает во всех судовых РЛС наблюдение за окружающей обстановкой и определение координат объектов.

Принцип формирования изображе­ния на экране индикатора кругового обзора (ИКО) заключается в следующем.

В момент запуска передатчика и излучения импульса в пространство синхронизирующий импульс запускает развертку, и электронный луч начинает чертить на экране светя­щуюся линию, начинающуюся от цен­тра. Линия развертки вращается син­хронно с вращением антенны. Иными словами, ее положение в любой мо­мент времени определяет положение антенны, а значит, и направление из­лучения и приема.

Отраженный объектом сигнал с выхода приемника поступает на ИКО, где вызывает увеличение интенсивно­сти электронного луча и кратковре­менное увеличение яркости разверт­ки. Последовательное облучение объ­екта в нескольких периодах повторе­ния, когда антенна направлена на объект, создает на соседних линиях развертки отметку от цели в виде короткой дужки. Дужку можно на­блюдать на экране некоторое время за счет эффекта послесвечения. Та­ким же образом последовательно об­лучаются все объекты, и на экране создается картина, воспроизводящая окружающую обстановку.

По расстоянию каждой отметки от центра экрана судят о времени за­паздывания отраженного сигнала от­носительно прямого импульса, т. е. о расстоянии до объекта. Положение отметки на экране дает направление отраженного сигнала, то есть напра­вление на цель.

Отсчет дальности на экране сни­мается по яркостным отметкам в ви­де неподвижных колец дальности (НКД). По числу НКД, уложивших­ся от центра экрана до отметки цели, отсчитывают дальность до цели. Для более точного отсчета дальности при­меняют подвижный круг дальности (ПКД), который совмещают с отмет­кой выбранной цели и по специаль­ной шкале, связанной с рукояткой ПКД, снимают точный отсчет даль­ности.

lokator1

Блок-схема судового радиолокатора.

Собственный курс обозначается на ИКО с помощью метки курса. Метка высвечивается на экране при враще­нии антенны каждый раз, когда на­правление ее излучения совпадает с диаметральной линией судна. Изобра­жение на экране устанавливается так, чтобы метка курса совпадала с нулем шкалы азимутального круга, обрам­ляющего индикатор. Такая ориенти­ровка изображения называется ориентировкой по курсу. Совмещая меха­нический визир с серединой дужки от объекта, отсчитывают по шкале курсовой угол этого объекта.

При наличии на судне гирокомпа­са и связи его с ИКО можно произ­вести ориентировку по «Норду». При этом нуль шкалы азимута всегда сов­падает с направлением «Норда» на гирокомпасе (условно — «Нордом истинным»), а отсчет направления на обнаруженную цель дает истинный пеленг.

Таким образом, РЛС дает воз­можность измерить дальность и пе­ленг любого объекта (цели), создаю­щего отметки на экране ИКО.

lokator2

lokator3

Блоки радиолокатора фирмы «Декка»

Новейшие достижения радиоэлек­троники и появление интегральных микросхем позволяют уменьшать га­бариты аппаратуры и энергопотребле­ние при увеличении надежности устройств, что сделало миниатюрные РЛС доступными для установки на малых судах как с точки зрения за­нимаемого объема и массы, так и с точки зрения их стоимости.

Яхтенные РЛС, как правило, ра­ботают в 3-сантиметровом диапазоне волн. Им не нужны большие антенно волноводные тракты. Точность определения направления на объект при использовании таких локаторов достаточно высокая. Длительность импульсов выбирается порядка 0,05—0,8 микросекунды, что опреде­ляет высокую разрешающую способ­ность и точность по дальности. В су­ществующих миниатюрных РЛС мощ­ность в импульсе на порядок меньше, чем в РЛС крупнотоннажных судов, и равна обычно 3 кВт и меньше.

Большинство современных мини-радиолокаторов позволяет выбирать шкалу дальности в зависимости от обстановки. Если объект находится на достаточном удалении, то выби­рается шкала максимальной дально­сти, которую можно переключать по мере сближения, и наблюдать объект в более крупном масштабе. Шкалы минимальной дальности 0,5 и 0,25 мили удобны для наблюдения мелких объектов, например буев, до безопас­ного сближения с ними.

Особо популярны на малых судах миниатюрные РЛС с дальностью дей­ствия 1,5—2 мили и малой потребляе­мой мощностью питания от источни­ка постоянного тока 12 В.

В зарубежной литературе появи­лись сведения о портативном радио­локаторе американского производства. Его вес всего 1,45 кг. Наличие пели фиксируется звуковым сигна­лом, а дальность объекта отобража­ется в цифровой форме.

Однако наиболее распространен­ной РЛС для самых малых судов яв­ляется в настоящее время устройство двухприборного состава: индикатор размещается  в  рулевой  рубке, где производится наблюдение, а антенна приемопередатчика и привод враще­ния вынесены на мачту. Это упро­щает установку антенны на судне, а также уменьшает потери электромаг­нитной энергии в волноводном трак­те, что, в свою очередь, дает возмож­ность уменьшить мощность и габари­ты передатчика без ухудшения даль­ности действия РЛС.

Часто блок антенны РЛС катеров и яхт, совмещенный с приемопередат­чиком, для защиты от внешней сре­ды помещается внутри колпака-обте­кателя, например, из стеклопластика. Весь этот герметизированный блок для обзора пространства (сканирова­ния) вращается с частотой 20— 30 об/мин.

Вообще установка блока антенны на малом судне имеет свои пробле­мы. Для увеличения дальности обна­ружения необходимо антенну уста­навливать возможно выше. Кроме того, следует учитывать наилучшее положение антенны для уменьшения наклонов луча при качке, приводя­щих к ухудшению радиолокационно­го наблюдения.

Обнаружение объектов в условиях любой видимости производится путем наблюдения экрана ИКО и опознава­ния целей на нем. Точечные объекты с размером до 150—200 м изобража­ются на ИКО в виде коротких ду­жек-мазков четко очерченной фор­мы. Береговая черта, острова и тому подобное дают несколько размытые отметки протяженной формы, соответствующей их отражающей  харак­теристике. По мере приближения к протяженным объектам отметки их меняют форму. Это объясняется тем, что вначале видны отметки только наиболее высоких местных предме­тов, таких, как маяки, вышки, строе­ния, береговые склоны. Когда коли­чество отражающих объектов увели­чивается, отметки их слипаются.

После оценки обстановки выбира­ются отметки наиболее важных объ­ектов с точки зрения опасности столкновения с ними или ориентиры и определяются их пеленги и даль­ности.

Определение своего местонахожде­ния на момент учтенного времени с помощью РЛС выполняют путем из­мерения пеленга и расстояния до ориентира, дающего четкую отметку на ИКО. Затем производится про­кладка результатов измерений па на­вигационной карте по общим прави­лам судовождения.

При определении места по рас­стояниям с снимают расстоя­ния до двух или трех ориентиров, дающих четкие отметки на экране, а затем на навигационной карте де­лают засечки, на пересечении кото­рых находится местоположение сво­его судна.

Способ пеленгов применяют в слу­чае, если береговая черта имеет низ­менный характер и не дает четкого изображения па экране, но в то же время имеются хорошо различимые местные предметы в глубине побе­режья или, например, мысы. Имея направление на эти предметы, нахо­дят на карте свое местоположение.

Использование РЛС при плавании вдоль берегов и в узкостях имеет ряд особенностей. Крутые склоны бере­гов, скалы, рифы, местные предмета дают отраженные сигналы. Большое значение имеет навык опознавания различных объектов по их радиолока­ционному изображению. Сличение изо­бражения с навигационной картой, на которой заранее помечены все хорошо отражающие объекты, очень помогает судоводителю ориентироваться в об­становке.

В стесненных водах, например при подходе к портам, времени на сличе­ние радиолокационной картины с кар­той не остается. Поэтому приходится заранее изучить маршрут по навига­ционным пособиям с тем, чтобы управлять судном только по экрану РЛС. При плавании в узкостях пользуются шкалами крупного масштаба (1,5 или 5 миль), что дает возмож­ность более точно определить рас­стояние до ориентиров и буев.

Одним из наиболее важных при­менений РЛС в судовождении явля­ется использование их для предупреждения столкновений судов в море в условиях плохой видимости.

Основными этапами работы но предупреждению столкновения яв­ляются: определение курса и скоро­сти встречного судна, определенно расстояния кратчайшего сближения при условии, что судя будут следо­вать неизменными курсами и скоро­стями, выбор маневра на расхожде­ние, наблюдение за маневрами встреч­ного судна (цели) для предотвраще­ния повторной угрозы столкновения.

В простейшем случае для определения элементов движения встречно­го судна и параметров расхождения производится прокладка радиолока­ционных данных в режиме относи­тельного движения на планшете. Определяют направление перемеще­ния и скорость цели. Скорость изме­ряется по расстоянию между двумя точками, проходимому за определен­ный промежуток времени.

 Несмотря на появление новых ме­тодов локации, например, лазерной и инфракрасной, радиолокаторы оста­нутся основных! средством для полу­чения информации об окружающей обстановке на море и в ближайшем будущем.

Дальнейшее уменьшение габари­тов и массы РЛС в обозримом буду­щем пойдет по пути комплексной ми­кроминиатюризации. Наряду с широким применением в аппаратуре инте­гральных микросхем будут найдены решения для микроминиатюризации антенных систем, индикаторных устройств, источников питания, высо­кочастотных элементов, совместимых с узлами и блоками в интегральном исполнении.

Характерной особенностью кон­струкции новых РЛС явится модуль­ное построение, которое кроме ком­пактности обеспечивает компоновку различных радиолокаторов из стан­дартных блоков.

Автоматизация обработки инфор­мации, которая применяется сейчас в сложных системах предупреждения столкновений, в радиолокаторах для малых судов поможет разгрузить команду от работы на РЛС или ма­ксимально упростить ее.

Boatportal.ru

logo