Судовая радиолокационная станция (РЛС)

Судовая радиолокационная станция (РЛС) предназначена для наблюдения за обстановкой, обеспечения безопасности плавания в условиях ограниченной видимости и для определения места судна по навигационным ориентирам. Кроме этого, РЛС может применяться в целях навигации в стесненных условиях, предупреждения столкновений судов и обнаружения опасных метеорологических явлений (тайфунов, ураганов, шквалов, снежных зарядов и т.п.).

РЛС состоит из трех основных приборов: антенны, приемопередатчика и индикатора. Передатчик РЛС генерирует высокочастотные электромагнитные колебания, которые излучаются антенной в виде узкого луча, форму которого называют диаграммой направленности. Отразившие-сяот объектов эхо-сигналы принимаются той же антенной, поступают в приемник, усиливаются, гае чего поступают на индикатор. В цепи антенны имеется переключатель, запирающий приемный канал на время посылки импульсов.

Антенна РЛС равномерно вращается с частотой 15-40 оборотов в минуту, облучая окружающее пространство. Синхронно с антенной на экране индикатора вращается направление радиуса развертки электронного луча, поэтому в любой момент оно совпадает с направлением излучения и приема антенны. В результате на экране последовательно высвечиваются все окружающие объекты и их части, а вследствие послесвечения экрана на нем образуется радиолокационное изображение. Четкость этого изображения зависит от характеристик и настройки РЛС, расстояний до объектов и их отражающей способности, наличия помех и других факторов. Таким образом, пеленг или курсовой угол на объект (ориентир) измеряется в результате направленного приема эхо-сигнала антенной РЛС, а дальность (D) определяется путем измерения промежутка времени между посылкой импульса и приемом эхо-сигнала. В РЛС автоматически решается зависимость

D = ct/2

где с - скорость распространения электромагнитной энергии (примерно 300 000 км/с); t - временной интервал между посылкой импульса и приемом отраженного сигнала в секундах.

Современные судовые РЛС работают, в основном, на волне примерно 3,2 см (9375 МГц). Реже используется длина волны 10 см (3000 МГц) или 8 мм (37 500 МГц). В яхтенных РЛС применяется только трехсантиметровый диапазон радиоволн. Изображение окружающей надводной обстановки на индикаторах РЛС может иметь различный вид и различную ориентацию. На морских судах применяются индикаторы с двумя видами изображения обстановки: в относительном движении и в истинном движении.

При изображении обстановки в относительном движении место своего судна неподвижно, находится в центре индикатора, то есть в начале развертки. Эхо-сигналы неподвижных объектов (островов, мысов, буев и т.п.) перемещаются на экране в сторону, противоположную движению судна, с его же скоростью. Эхо-сигналы подвижных объектов перемещаются по линиям относительного движения (ЛОД) с относительной скоростью, являющейся результатом геометрического вычитания скорости своего судна из скорости подвижных объектов. При изображении обстановки в истинном движении место своего судна на индикаторе перемещается по экрану в направлении и со скоростью, которые соответствуют фактическим параметрам движения. Одновременно эхо-сигналы неподвижных объектов остаются на месте, а подвижных перемещаются в направлениях их фактического движения, оставляя за собой «кильватерные следы» -линии истинного движения. На яхтах используются РЛС, на индикаторах которых обстановка отображается в относительном движении.

Изображение на экране РЛС может быть ориентировано относительно диаметральной плоскости судна («по курсу») или относительно гирокомпасного меридиана («по норду»).
При ориентации изображения «по курсу» курсовая черта судна направлена вертикально вверх, а картина взаимного расположения объектов аналогична той, которую судоводитель фактически наблюдает с ходового мостика. При такой ориентации изображения, с помощью визира, по азимутальному кругу, возможен отсчет курсовых углов на подвижные или неподвижные объекты. Иногда, эти курсовые углы измеряют относительно плоскости судна, в круговой системе счета направлений, такой курсовой угол в этом случае называют относительным пеленгом. При ориентации изображения «по норду» курсовая черта направлена по линии гирокомпасного курса, существует возможность измерять радиолокационные (т.е. гирокомпасные) пеленги на объекты и навигационные ориентиры. Изображение обстановки идентично тому, которое судоводитель видит на морской навигационной карте. Такая ориентация изображения для определения места судна, на яхтах и катерах до настоящего времени почти не используются, чаще всего применяется режим ориентации изображения «по курсу». Наряду с этим, существует возможность сопряжения некоторых типов РЛС с магнитными компасами при помощи сенсорных датчиков. В этом случае и на маломерном судне становится возможна ориентация РЛС «по норду».

В РЛС применяются радиоволны сантиметрового диапазона, которые распространяются и отражаются с несколько большим коэффициентом рефракции по сравнению со световыми волнами и поэтому проникают дальше за видимый горизонт. Дальность радиолокационного горизонта (Дг) может быть определена по формуле:

Дг = 2,4√h

где: h - высота антенны РЛС в метрах

Дальность обнаружения отдельных объектов с помощью РЛС можно рассчитать по формуле

Др = 2,4(√h + √H)

где: Н - высота объекта в метрах.

В большинстве случаев дальность обнаружения объектов отличается от дальности, рассчитанной по этой формуле. Дальность обнаружения конкретного объекта зависит от размеров, формы, положения объекта и структуры его отражающей поверхности, а также от условий прохождения радиоволн и чувствительности радиолокационного приемника. Минимальная дальность действия РЛС - это наименьшее расстояние, на котором объекты могут быть обнаружены. Она определяется, в основном, тем, что в период излучения энергии импульса антенный переключатель блокирует прием отраженных сигналов. Этот временной интервал близок к длительности импульса. Минимальная дальность действия РЛС составляет около 30 м. Способность обнаруживать близко расположенные объекты зависит от наличия мертвой зоны. Диаграмма направленности РЛС в вертикальной плоскости имеет значительную ширину (15-30°),что определяется, главным образом, необходимостью устойчивой работы РЛС в условиях качки, но одновременно уменьшает величину мертвой зоны. Тем не менее, объекты, находящиеся под нижней кромкой диаграммы направленности,не будут видимы. Увеличение высоты антенны увеличивает размер мертвой зоны. По величине мертвая зона сопоставима с минимальной дальностью действия РЛС.

Разрешающей способностью РЛС называют ее способность обнаруживать раздельно два объекта, находящиеся близко друг от друга. Различают разрешающую способность РЛС по направлению и по дальности. Диаграмма направленности РЛС в горизонтальной плоскости узкая, обычно 0,7°, что обеспечивает высокую точность измерения радиолокационного пеленга. Разрешающая способность РЛС по направлению примерно равна ширине диаграммы направленности РЛС в горизонтальной плоскости. Разрешающая способность РЛС по дальности зависит от длительности импульса и размера пятна засветки на экране индикатора. На шкалах крупного масштаба разрешающая способность РЛС судов, по дальности находится в пределах 15-30 м. Использование РЛС в навигационных целях требует от судоводителя твердых знаний и навыков в настройке радиолокатора, отстройке от помех, опознавании береговой черты и навигационных ориентиров. Для измерения расстояний используются неподвижные и подвижные кольца дальности, для измерения направлений - электронные визиры. Пеленг на ориентир и расстояние до него также могут быть определены с помощью маркера.
Используемые на яхтах радиолокационные станции компактны, антенные РЛС закрыты радиопрозрачными колпаками - обтекателями и в основном имеют индикаторы кругового обзора телевизионного типа.

РЛС имеют до 17 шкал дальности в пределах от 0,1 до 64 миль, с мощностью в импульсе 1,5-6 кВт, экраны размером по диагонали 6-10 дюймов. Технико-эксплуатационные характеристики и возможности катерных и яхтенных РЛС соответствуют международным стандартам. Индикаторы РЛС могут быть соединены с другими техническими средствами, в частности, с приемоиндикатором радионавигационной системы GPS и эхолотом. В этом случае с экрана индикатора РЛС можно получить различные навигационные данные.

Кроме того, многие РЛС имеют различные дополнительные возможности:

• На экране РЛС в определенном секторе может быть создана так называемая охранная зона, при обнаружении цели в которой индикатор подает звуковой сигнал.
• В отдельных РЛС применяются элементы автоматической радиолокационной прокладки. Движущиеся цели на экране индикатора имеют кильватерные следы, направления которых являются линиями относительного движения и позволяют определить, является ли та или иная цель опасной и выполнить маневр расхождения.
• Расстояния могут быть измерены в милях или километрах, что имеет значение при плавании в морских условиях или на внутренних водных путях.
  РЛС имеет дежурный режим, в зависимости от условий плавания может автоматически включаться и выключаться, выполняя обзор радиолокационного горизонта через определенные промежутки времени.
• Масштаб радиолокационного изображения отдельных участков побережья может быть увеличен для детального изучения.
• РЛС может иметь функцию, называемую «якорной вахтой», то есть может сигнализировать по изменению дистанции до навигационного ориентира о том, что пополз и не держит якорь.
• РЛС также может использоваться совместно с малогабаритным радиолокационным маяком-ответчиком в ситуации «человек за бортом».