18

Вопрос №16.

Использования РЛС и САРП в навигации. Принцип действия, эксплуатационные и точностные характеристики, ограничения. Основы чтения радиолокационного изображения. Определение места, непрерывный контроль над положением судна при плавании в узкостях, точность обсерваций. Параллельные индексы.

Виды индикаций изображения на экране РЛС и особенности их использования

Радиолокационнная станция позволяет не только определять ме­сто судна, но и, что самое главное, видеть объекты, скрытые от визу­ального наблюдения.

Радиолокационная станция предназначена для обнаружения над­водных объектов и берега в условиях плохой видимости, определения места судна, обеспечения плавания в узкостях, предупреждения столк­новения судов. Кроме того, РЛС может применяться для определения маневренных элементов судна и обнаружения опасных метеорологиче­ских явлений (тайфунов, шквалов, снежных зарядов и т. п.).

В судовых РЛС в качестве индикатора применяется электронно­лучевая трубка (ЭЛТ) с круговым обзором. Индикатор кругового об­зора (ИКО) дает изображение окружающей надводной обстановки и позволяет определять расстояния до объектов и направления на них.

Изображение окружающей надводной обстановки на ИКО может иметь различный вид и различную ориентировку. На морских судах применяются ИКО с двумя видами изображения обстановки: в отно­сительном движении (ОД); в истинном движении (ИД).

При изображении обстановки в ОД место своего судна на ИКО (начало развертки) неподвижно, эхо-сигналы неподвижных объектов (островов, берегов, буев и т. п.) перемещаются на экране в сторону, обратную движению судна, со скоростью, равной скорости судна в масштабе экрана (рис. 17.1,а). Эхо-сигналы подвижных объектов пе­ремещаются по линиям относительного движения (ЛОД) с относи­тельной скоростью, являющейся результатом геометрического вычи­тания скорости судна-наблюдателя из скорости подвижных объектов. Этот вид изображения обстановки удобно применять для решения задач на расхождение с другими судами. Недостатком этого вида изо­бражения является нечеткость изображения береговых объектов из-за наложения их эхо-сигналов друг на друга при движении судна («размазывание» за счет послесвечения ЭЛТ).

При изображении обстановки в ИД место своего судна на ИКО (начало развертки) перемещается по экрану в направлении и со скоростью, которые соответствуют движению своего судна. В это же время эхо-сигналы неподвижных объектов на экране остаются на месте, а подвижных — перемещаются в направлениях, соответст­вующих их ИК, оставляя за собой следы — линии истинного дви­жения (ЛИД) (рис. 17.1,b). Это достигается тем, что к относитель­ным скоростям движущихся объектов прибавляется скорость судна-наблюдателя. Данные о курсе и скорости своего судна вводятся в вычислительное устройство автоматически от гирокомпаса и лага или устанавливаются вручную. Возврат всего изображения и начала развертки в исходную точку, когда оно доходит до края ИКО или до определенного заданного положения (обычно не более 2/3 расстоя­ния от центра экрана), может осуществляться как вручную, так и автоматически. В режиме ИД пеленги и расстояния измеряют с по­мощью электронного визира. Этот вид изображения обстановки удобно применять при плавании в узкостях и стесненных водах. При этом исключается «размазывание» изображения неподвижных объектов. Однако решение задачи на расхождение с другими судами в ИД выполнять неудобно. Во-первых, послесвечение обычных ЭЛТ невелико, поэтому след эхо-сигналов встречных судов виден только при достаточно быстром перемещении. Установить по этим следам курсы судов можно только приблизительно, а скорости не­возможно. Во-вторых, ИД не позволяет быстро и достаточно точно определить степень риска столкновения, оцениваемую с помощью главных обстоятельств встречи: дистанции кратчайшего сближения Dкp и времени Ткp сближения на эту дистанцию.

Изображение на ИКО может быть ориентировано: относительно диаметральной плоскости (ДП) судна («по курсу»); относительно гирокомпасного меридиана («по норду»).

При ориентировке изображения «по курсу» на ИКО видна та­кая же картина взаимного расположения объектов относительно ДП судна, как и при непосредственном визуальном наблюдении (рис. 17.2,а). При этом отметка курса совпадает с направлением ДП судна и проходит через ноль азимутального круга. По этой шкале от­считывают курсовые углы на объекты.

При повороте судна отметка курса остается неподвижной, а изображение на ИКО смещается в сторону, обратную стороне по­ворота, на угол отворота (рис. 17.2,b). Этот вид ориентировки це­лесообразно применять при плавании в узкостях и при использо­вании РЛС для предупреждения столкновения судов. Следует иметь в виду, что при ориентировке «по курсу» рыскание судна приводит к смещениям изображения, а это неизбежно ухудшает его четкость, и его называют нестабилизированным. Применяется оно только для режима ОД.

При ориентировке изображения «по норду» на ИКО видна карти­на, похожая на изображение местности на морской карте. При этом ноль азимутального круга совпадает с направлением гирокомпасного меридиана По этой шкале отсчитываются пеленги на объекты и курс судна (рис.17.3). При повороте судна изображение на ИКО оста­ется неподвижным, а отметка курса перемещается в сторону поворо­та на угол поворота Таким образом, при поворотах и рыскании судна изображение будет сохранять свою стабильность, поэтому его назы­вают стабилизированным.

Ориентировку «по норду» целесообразно применять для опреде­ления места судна Следует иметь в виду, что этот вид ориентировки применяется для режимов относительного и истинного движения.

Недостаток ориентировки «по норду» — рассогласование в ориен­тировке картины на ИКО с наблюдаемой визуально с мостика судна, при которой нулем отсчета служит ДП судна Это особенно сказыва­ется при плавании в стесненных водах курсами, близкими к 180°, ко­гда отметка курса направлена вниз экрана

В некоторых современных РЛС применяется дополнительно тре­тий вид ориентировки, называемый «курс стабилизированный». При этой ориентировке отметка курса совпадает с направлением ДП судна и проходит через ноль азимутального круга Но при небольших изме­нениях курса, вызванных рысканием, или поворотах отметка курса со­ответственно изменяет свое положение, а изображение на ИКО остает­ся неподвижным. Благодаря этому изменение курса судна не приводит к «смазыванию» изображения, т. е. устраняется недостаток, свойственный ориентировке «по курсу». Этот вид ориентировки рекомендуется применять при плавании в узкостях и вдоль берегов в условиях силь­ного волнения и для решения задач на расхождение с другими судами.

Выбор правильного вида ориентировки имеет большое значение для безопасного плавания, особенно в узкостях. Примером непра­вильного выбора и применения ориентировки ИКО, являющихся непосредственной причиной аварии, может быть случай, произо­шедший в 1964 г.

Судно вошло в пролив Босфор с севера, при этом судоводители ос­тавили ориентировку ИКО «по норду» (рис. 17.4,а, б). Отметка курса была выведена (пунктирная линия на рис. 17.4,6). Видимость вначале была хорошей, и проводка судна осуществлялась лоцманским методом. Однако когда судно подошло к месту поворота (см. рис. 17.4, о), види­мость резко ухудшилась и судно оказалось в полосе тумана Лоцман подошел к ИКО, увидел изображение, показанное на рис. 17.4Д и, не зная, что экран ориентирован «по норду», а отметка курса выведена, дал команду о повороте вправо, что и привело к посадке судна на мель.

Очевидно, что в данной ситуации (узкость, судно следовало в юж­ном направлении) ориентировку ИКО следовало бы иметь «по курсу» (рис. 17.4, в).

Масштаб изображения обстановки на экране РЛС можно изме­нять переключением ИКО на соответствующую шкалу дальности. Так как на одном и том же экране при меньшей шкале границе экра­на будет соответствовать меньшее расстояние, то окружающие судно объекты, находящиеся в пределах данного расстояния, будут видны крупнее, т. е. масштаб будет больше. Выбор той или иной шкалы дальности зависит от условий плавания.

Изображение местности на экране весьма сходно с картой. Однако иногда опознание объектов наблюдений может быть затруднитель­ным вследствие искажений. Судоводитель должен знать причины искажений и систематически тренироваться в расшифровке изобра­жения местности на ИКО.

Основные эксплуатационные данные рлс

Максимальная дальность действия и дальность обнаружения объ­ектов. В современных РЛС применяются радиоволны сантиметрового диапазона, которые распространяются и отражаются по законам све­товых волн с несколько большим коэффициентом рефракции. Поэтому они проникают немного дальше за видимый горизонт, чем световые. Максимальная дальность действия радиолокатора определяется ра­диолокационным горизонтом и может быть найдена по формуле

Эта формула справедлива для стандартных условий атмосферы: давление 760 мм рт.ст., температура +15°С, градиент температуры 0,0065°/м, относительная влажность (постоянная с высотой) 60%.

Дальность радиолокационного горизонта примерно на 15% больше дальности видимого горизонта, вычисляемой по известной формуле

поэтому Др можно найти, если выбрать из табл. 22 МТ-75 и умно­жить ее на коэффициент 1,15.

Дальность обнаружения отдельных объектов с помощью РЛС мо­жет быть определена по формуле

Однако в некоторых случаях дальность радиолокационного обна­ружения отдельных объектов будет меньше дальности, определяемой формулой (17.2), так как она зависит от отражающей способности этих объектов. Последняя определяется размерами, формой, положе­нием объекта и строением его поверхности (гладкая или шерохова­тая). Например, высокий крутой каменистый берег будет обнаружи­ваться на большем расстоянии, чем низкий пологий; металлическое судно - дальше, чем деревянное тех же размеров, и т. д.

В туман, дождь, снегопад дальность радиолокационной видимости объектов может быть меньше, чем указано выше, так как часть электро­магнитной энергии будет поглощаться частицами воды. При небольших дождях и снегопадах дальность снижается на 10%, при очень сильных (проливных) дождях, тропических ливнях она может уменьшиться на 30 и даже 50%. В связи с этим некоторые современные РЛС являются двухдиапазонными: при ясной атмосфере в них используется диапазон 3 см, при плохой видимости из-за тумана, дождя и т. п. —10 см.

При некоторых гидрометеорологических условиях может наблю­даться аномальное распространение радиолокационных сигналов, проявляющееся в значительном снижении дальности обнаружения объектов (субрефракция) или в значительном увеличении дально­сти (сверхрефракция).

Минимальная дальность действия и мертвая зона.

Мини­мальная дальность действия — это наименьшее расстояние, на кото­ром объекты могут обнаруживаться. Она определяется в основном длительностью импульса т. Пока продолжается излучение энергии импульса, прием отраженных сигналов невозможен, так как антенна все это время подключена к передатчику.

Минимальная дальность действия приближенно равна ст/2. В действительности минимальная дальность действия несколько больше из-за инерционности антенного переключателя, переклю­чающего антенну на передачу/прием, и невозможности выделить эхо-сигнал при близком расположении его к центру экрана. В общем слу­чае она определяется по формуле

Способность РЛС обнаруживать близкорасположенные объекты характеризуется также мертвой зоной. Ширина диаграммы направ­ленности антенны РЛС в вертикальной плоскости обычно колеблется в пределах 15...30°, поэтому объекты, находящиеся под нижней кромкой угла излучения, не будут видимы (рис. 17.5). Пространство ниже этой кромки называется мертвой зоной.

Теоретически при отсутствии крена и дифферента величина мёртвой зоны определяется радиусом окружности

где а — ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости.

Практически величина мертвой зовы может быть несколько дру­гой, поэтому ее нужно определять экспериментально. Наиболее просто это можно сделать на якорной стоянке судна, используя в качестве надводного объекта шлюпку. Нужно учитывать также, что величина мертвой зоны меняется с изменением осадки, крена и дифферента.