книги из ГПНТБ / Скворцов М.И. Счисление и определение места корабля навигационными способами учебный материал

предметы, размеры неровностей которых больше длины вол­ ны. Надо иметь в виду, что характер отражения, помимо свой­ ств отражающей поверхности, зависит от угла падения. Если он близок к 90° (луч «скользит» по поверхности), преобла­ дает зеркальное отражение— радиоволны уходят в простран­ ство за предметом, отражение в направлении облучающей станции отсутствует, и эхо-сигнал от предмета на ИКО не на­ блюдается. По этой причине такие объекты, как низкие пес­ чаные мысы и косы, плавающий лед, покрытые снегом поло­ гие склоны холмов и гор обычно обнаруживаются лишь на очень Небольших расстояниях.

Отмеченные выше особенности определяют собой своеобра­ зие изображения местности на экране радиолокационной стан­ ции, которое особо наглядно заметно при его сравнении с кар­ той (р и с. 44). Эти особенности приводят к тому, что измере­ ние пеленгов на такие ориентиры, как мысы, выступы берега, оконечности островов, обычно весьма неточно и дает -неопре­

деленные, неоднозначные результаты, зависящие от мощности импульса, усиления приемника и других не поддающихся точ­ ному учету факторов. Ясно, что для точного определения места корабля должен применяться такой способ измерений, чтобы эти факторы не влияли на его результаты. Этому тре­ бованию удовлетворяет измерение расстояний до ближайших к кораблю участков берега, т. е: кратчайших, расстояний до бере­ говой черты. Для этого ПКД подводится так, чтобы он касался

80

кратчайших расстояний до береговой черты, он называется

способом кратчайших расстояний. Одновременно с измерением каждого расстояния с целью облегчения опознания ориенти­ ров измеряются пеленга на точки касания.

Способ нанесения обсервованной точки на карту (р и с. 45) как бы имитирует применяемый способ измерения. На прозрач­

Часто поступают проще, обходясь без помощи кальки: опо­ знав на карте точку 'береговой черты, до которой измерялось расстояние, проводят из нее, как из центра, дугу окружности раствором циркул-я, равным в масштабе карты измеренному расстоянию. Обеервовапным местом считается точка пересече­ ния нескольких проведенных таким образом дуг окружностей или, если они в одной точке не пересекаются, — центр образу­ емой ими фигуры погрешностей.

В случаях, когда расстояния до берега превышают даль­ ность радиолокационного горизонта, а также при измерении расстояний до невысоких, пологих мысов, кос и пляжей следу­ ет остерегаться грубых ошибок в опознании ориентиров. Бли­ жайший к центру ИКО эхо-сигнал может происходить не от уреза береговой черты, а от предметов, расположенных за ней (прибрежных обрывов за низким пряжем, удаленных .гор

ит. д.).

Вкомплект современных навигационных радиолокационных станций входит картосличительная приставка (блок совме­ щения радиолокационного изображения с картой), например, блок «Пальма» (рис. 46). ИКО блока совмещения А имеет устройство, позволяющее получить изображение в масштабе навигационной карты. Смотря в полупрозрачное зеркало В

приставки, наблюдатель видит одновременно и положенную под зеркалом на столе С карту, и ра­ диолокационное изображение ме­ стности на экране ИКО. Это зна­ чительно облегчает определение места: передвигая карту, добива­ ются совмещения изображения ориентиров на экране ИКО с их обозначениями на карте; в центре развертки, также видимом на фо­

не карты, получают обсервованное место корабля. При этом необходимо помнить о рассмотренных выше особенностях ра­ диолокационного изображения, совмещение производить в первую очередь по выступающим в сторону наблюдателя вы­ соким, обрывистым мысам.

4. Использование береговых радиолокационных станций

Береговые радиолокационные станции позволяют осуще­ ствлять проводку кораблей по фарватерам и в узкостях тог­ да, когда использование корабельных радиолокационных станций невозможно или нежелательно. Корабль, нуждаю­ щийся в проводке, устанавливает со станцией двухстороннюю радиосвязь (обычно на УКВ) и делает запрос, в котором указывает время начала проводки, свое место, курс и ско­ рость. Если береговой станцией наблюдается несколько це­ лей и этих данных недостаточно для опознания среди них проводимого корабля, он совершает опознавательный маневр (обычно изменение курса по сигналу станции).

Дальнейшее обеспечение может осуществляться в двух формах:

1. Информация о месте проводимого корабля. Она пере­ дается обычно в виде пеленгов и расстояний, либо непосред­ ственно измеренных береговой станцией, либо от условного ориентира (маяк или знак, обозначенный на карте). Эти дан­ ные на проводимом корабле наносятся на карту и использу­ ются как обычные обсервации. Одновременно проводимому кораблю сообщается информация о месте, курсе и скорости всех других наблюдаемых станцией целей.

2. Назначение и передача береговой станцией курсов, ко­ торыми должен следовать проводимый корабль для выхода на фарватер, времени поворота на следующий курс и т. д.

Пользование услугами береговой радиолокационной стан­ ции не снимает с командира корабля ответственности за без­

82

которое радиоволны проходят расстояние Ц>, кодовой за­ держки tK и времени распространения радиоволн от станции В до корабля К:

сс

Следовательно, измеряемый промежуток времени tp вы­ ражается формулой:

меняющаяся по расписанию путем изменения кодовой задерж­ ки tK.

Таким образом, этот способ измерений позволяет найти разность расстояний от корабля до точек А и В. Изолинией, соответствующей измеренной разности расстояний, является гипербола (сферическая гипербола). Каждая пара береговых станций дает возможность найти одну изолинию, определение места корабля обеспечивает цепочка из трех или четырех стан­ ций. На этом принципе основана работа широко известной радионавигационной системы «Лоран». Стандартный вариант этой системы («Лоран-Л») обеспечивает определение места корабля при удалении от береговых станций до 1000 м ил ь днем с предельной ошибкой порядка 2—3 миль и до 1500 м и л ь ночью с ошибкой от 3 до 10 миль.

84

2. Фазовые радионавигационные системы основаны на принципе измерения расстояний (разности расстояний), пред­ ложенном в 1930 г. советскими учеными Л. И. Мандельшта­ мом и Н. Д. Папалекси. В 1934 году по этому принципу бы­ ла простроена первая в мире радионавигационная система «МПЩ», дальнейшим развитием которой являются такие со­ временные системы, как, например, английская «Декка-Нави-

гатор» и дрПредположим (рис. 49), в точке К расположен передат­

чик 1, излучающий электромагнитную энергию. Изобразим верхним графиком ( рис . 49) изменение повремени величины электрической составляющей ек создаваемого передатчиком в точке К электромагнитного поля.

Она гармонически изменяется с течением времени:

В точку пространства А, удаленную от точки К на рас­ стояние и , электромагнитные колебания приходят с запаз­ дыванием по времени т

D

с ’

где с — скорость распространения радиоволн. Следовательно, величина еа электрической составляющей

85

электромагнитного поля в точке А в любой момент времени может быть 'выражена соотношением:

Разность фаз двух колебаний может измеряться в граду­ сах или в циклах (один цикл разности фаз равен 360°).

Предположим теперь, что точка А находится на берегу, и в ней установлены приемник 2, принимающий излучаемые корабельным передатчиком К колебания, и .передатчик 3, ре­ транслирующий принятые колебания. В свою очередь на ко­ рабле в точке К установлен .приемник 4, принимающий излу­ чаемые передатчиком А ретранслированные колебания, и ре­ гистрирующий прибор Ф (фазометр), с помощью которого из­ меряется разность фаз посылаемых и принимаемых на кораб­ ле колебаний. В соответствии со сказанным выше, эта раз­

ность фаз должна быть равна 2со— . Казалось бы, зная

с

измеренную разность фаз, можно судить о расстоянии между кораблем К и береговой станцией А. Однако здесь встречает­ ся ряд трудностей.

1. Если оба передатчика—.корабельный и береговой ретран­ сляционный—будут работать па одной частоте, то станет невоз­ можно отличить излучаемые на корабле колебания от прини­ маемых (отраженных); разность фаз между ними измерить нельзя. Очевидно, выход должен быть один — станции должны работать на разных частотах. Но как тогда измерять разность фаз? Эти способы, рассмотрение которых выходит за рамки настоящего пособия, были разработаны Л. А. Мандельштамом

иН. Д. Папалекси.

2.Разность фаз может измеряться только © пределах от 0° до 360° (от 0 до 2л). Действительно, если мы рассмотрим фор­ мулу (*), то увидим, что величина электрической составля­

ющей ек электромагнитного поля при фазах со t и со t -j- 2л будет совершенно одинаковой. То же можно сказать и о вели­ чине еа, выражаемой формулой (**).

86

Следовательно, одно и то же значение разности фаз меж­ ду посылаемыми и принимаемыми колебаниями может наблю­ даться, если корабль .находится s разных расстояниях от бере­ говой станции, отличающихся друг от друга на величину, соот­ ветствующую целому числу полных циклов разности фаз. По­ добное 'положение создается при пользовании секундомером с испорченной минутной стрелкой: секунды он показывает точно, но бросив на него один только взгляд, мы не можем сказать, какое число целых минут прошло после пуска секун­ домера, иначе говоря показание секундомера не однозначно соответствует времени. Простейшим способом .разрешения этой неоднозначности является: смотреть на секундомер все время и считать число полных оборотов, совершенных секундной стрелкой.

Так и в рассматриваемом случае неоднозначность соот­ ветствия показаний фазометра расстоянию до береговой стан­ ции разрешается следующим образом. В начальный момент место корабля определяется 'каким-либо точным навигацион­ ным или геодезическим способом (выполняется «привязка»)

ирассчитывается исходное расстояние до береговой станции.

Вдальнейшем, непрерывно следя за показаниями фазометра,

подсчитывают число полных циклов изменения разности фаз и их дробных долей. Это позволяет узнать, на какую величи­ ну изменилось расстояние до береговой станции. Таким обра­ зом, измеряется собственно не расстояние между точками К и А, а приращение этого расстояния после привязки. Радио­ навигационная система выполняет роль весьма точного аб­ солютного лага,^почему этот вариант ее работы назван вари­ антом радиолага.

При работе фазовой радионавигационной системы в вари­ анте радиолага изолиниями, соответствующими равным значе­ ниям измеряемой разности фаз, являются окружности; для оп­ ределения места корабля нужны две береговые станции. Радиолаг отличается высокой точностью работы (позволяет не­ прерывно знать место корабля с ошибкой, не превосходящей нескольких десятков метров). Но в этом варианте пользовать­ ся системой может только один корабль; необходимость непре­ рывной работы передатчика с излучением в эфир демаскирует его. Поэтому основным является другой вариант работы си­ стемы — вариант фазового зонда.

Предположим (рис. 50), в точке А па берегу установлен передатчик — ведущая станция, в точках В и С — приемники с передатчиками (ведомые станции), ретранслирующие прини­ маемые от станции А колебания. На корабле К установлен трехканальный приемник и фазометры, с помощью которых

87

и з м е р я ю т с я р а з н о с т и ф а з к о л е б а н и й , п р и н и м а е м ы х or б е р е г о ­

в ы х с т а н ц и й .

Пока разность расстояний от корабля до станций А и В неизменна, измеряемая фазометром Фi разность фаз не меняет­ ся. Подсчет числа целых циклов и их дробных долей измене­ ния разности фаз при изменении положения корабля К позво­ ляет определить приращения разности расстояний до точек А

ния разности расстояний, является гипербола. Для определения мес-

•та необходима работа одной зада­ ющей и двух ведомых станций на берегу; тогда получим две гипер­ болы, определяющие место К о ­ рабля.

Подобно радиолагу, и ,в этой системе имеет место неоднознач­ ность: одной и той же величине

измеренной разности фаз соответствует не одна, а целый ряд гипербол, соответствующих полным циклам приращения разно­ сти фаз. Разрешение этой неоднозначности в некоторых систе­ мах производится описанным выше способом непрерывного из­ мерения приращений разностей фаз после привязки. Однако это весьма неудобно, поскольку требует непрерывной работы стан­ ций, а иногда И неосуществимо, например, при подходе корабля к берегу с моря. Поэтому прибегают к другому способу: про­ изводству нескольких измерений разности фаз при работе каж­ дой береговой станции на разных частотах, начиная с грубых измерений, необходимых для приближенной оценки числа це­ лых фазовых цикло1В, затем более точных, до тех пор, пока разность расстояний не будет определена с такой точностью, при которой проблемы неоднозначности уже не возникает. Эта операция условно называется распознаванием сначала широ­ ких («грубых»), потом промежуточных и затем узких («точ­ ных») гиперболических дорожек. Когда узкая гиперболическая дорожка найдена, отыскание на ней линии положения, соответ­ ствующей измеренному дробному значению фазового цикла, затруднений не представляет.

На этом принципе основана английская фазовая гипербо­ лическая радионавигационная система «Декка-Навигатор». Она работает на частотах 70—130 кгц (длины волн — 4300— 2300 м) и позволяет на расстояниях от береговых станций до 1000 миль днем и до 300 миль ночью определять место кораб­ ля с точностью от 0,5 -г- 1 каб. до 1 -и- 2 миль.

В США разрабатывается фазовая гиперболическая система

88

1— 2 миль.

В последние годы большое внимание уделяется разработке импульсно-фазовых радионавигационных систем. В них для точного определения места измеряется разность фаз 'колебаний, как 'в фазовых радионавигационных системах. Первоначальное более грубое определение разности расстояний, необходимое для разрешения присущей фазовым системам неоднозначности отсчета и «опознания дорожки», выполняется путем измерения промежутков времени между приемом сигналов, излучаемых береговыми станциями короткими импульсами, как в импуль­ сных системах. Импульсно-фазовые системы сочетают в себе высокую точность фазовых с отсутствием их основного недо­ статка — неоднозначности отсчета и вызываемой ею необходи­ мости непрерывной работы. Типичным примером является аме­ риканская импульсно-фазовая гиперболическая система «Сай­ гак» («Лоран-С»). По рекламным данным, она имеет дальность действия до 1500 миль днем при точности определения места около 300 метров и до 2000 миль ночью при меньшей точно­ сти.

§ 28. СПОСОБЫ ПРОКЛАДКИ ЛИНИЙ ПОЛОЖЕНИЯ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ МЕСТА КОРАБЛЯ С ПОМОЩЬЮ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Прокладки линий положения и нанесение обсервованного места на карте может выполняться разными способами. Рас­ смотрим основные.

1. Карты (планшеты) с нанесенными на них (отпечатанными типографски) сетками изолиний. Изолинии, относящиеся к раз­ ным навигационным параметрам (разным комбинациям бере­ говых станций) для удобства распознавания проводятся раз­ личными цветами (красным, зеленым, фиолетовым и т. д.). Они оцифровываются, как правило, в тех единицах, в которых производится отсчет по шкале корабельного прибора (в микро­ секундах для импульсных радионавигационных систем, в цик­ лах разности фаз для фазовых и т. д.). Например, пользуясь радиомаяком с веером вращающихся равносигиальных зон, мы ведем подсчет на слух числа принятых до прохождения равносигнальной зоны сигналов (точек или тире); соответственно на картах проводятся изолинии, соответствующие числу приня­ тых сигналов, кратному пяти или десяти. Если принятое чис­ ло точек (тире) не кратно пяти, то интерполяция между сосед­ ними изолиниями выполняется на глаз.

89