Назначение и принцип действия судовых навигационных РЛС

Радиолокация — метод обнаружения в пространстве различных объектов посредством радиоволн. Этот метод реализуется в радиолокационных станциях (РЛС), действие которых основано на использовании явления отражения радиоволн от различных объектов, расположенных на пути их распространения.

Судовая РЛС — это установленная на судне РЛС, предназначенная для обнаружения и последующего наблюдения за берегом, судами, льдами и другими объектами, представляющими интерес для судоводителя.

Судовая навигационная РЛС (НРЛС) обеспечивает возможность измерять расстояния, пеленги и курсовые углы на объекты и применяется для определения места судна в географической и относительной системах координат при самых разнообразных условиях плавания.

Навигационные радиолокационные станции представляют собой импульсные радиотехнические средства, работа которых основана на использовании зависимости между временем распространения радиосигнала и навигационным параметром. Такая РЛС пери­одически излучает кратковременные импульсы колебаний СВЧ, а в промежутке между излучениями принимает отраженные от объектов импульсные сигналы, запаздывающие на время t₃=2D/c. Здесь D — расстояние до объекта, а с - скорость распространения радиоволн. По измеренному интервалу времени рассчитывается дальность до объекта D=сt₃/2. Направление (азимут) на объект определяется с помощью антенны направленного действия. При повороте антенны в горизонтальной плоскости, когда цель окажется в преде лах ее диаграммы направленности, на вход приемника РЛС поступают отраженные сигналы. При совпадении оси диаграммы направленности антенны с целью напряжение на входе приемника будет максимальным, и указатель поворота антенны покажет направление на объект. При нахождении в радиусе действия РЛС нескольких целей отраженные сигналы от них будут смещены по времени и азимуту. Отраженные сигналы от объекта отображаются на экране РЛС, что дает возможность определять его координаты.

Основной недостаток радиолокационного метода пеленгования — относительно невысокая точность определения направления на объект.

РЛС применяются автономно или совместно с береговыми устройствами - радиолокационными отражателями и радиолокационными маяками-ответчиками, находящимися в радионавигационных точках.

Определение места судна относительно отражающих объектов производится по пеленгу и расстоянию до них. Поэтому навигационные РЛС являются дальномерно-азимутальными радиотехническими средствами.

Возможность определения местоположения судна при плавании в сложных условиях (малая видимость, наличие навигационных опасностей, узкостей и др.), наглядность отображения внешней обстановки в районе плавания делают РЛС одним из основных технических средств судовождения.

РЛС позволяет решать следующие задачи:

• определение координат места судна по точечным и пространственным ориентирам путем измерения радиолокационных пеленгов
и дистанций;

• определение места судна по точечным и пространственным ориентирам путем совмещения равномасштабных изображений береговой линии
или отражающих горизонталей, наблюдаемых на индикаторе кругового обзора РЛС и на карте;

• опознание побережья и глазомерная ориентировка при плавании в стесненных условиях;

• обнаружение надводных навигационных опасностей, плавучего льда, ливневых облаков и снежных зарядов;

• обнаружение и наблюдение встречных судов, определение элементов их движения для оценки ситуации недопустимого сближения и решения задачи безопасного расхождения с ними;

• определение относительного места судна при плавании в караванах;

• определение маневренных элементов судна.

Навигационные РЛС, входящие в состав автоматизированных навигационных комплексов или в интегрированное оборудование ходового мостика, или сопрягаемые с системами автоматической радиолокационной прокладки, позволяют, кроме того:

• автоматизировать процесс прокладки линий относительного движения встречных судов, выполнять расчеты элементов их
движения и маневра расхождения с ними;

• осуществлять обсервационную прокладку пути судна при плавании в стесненных условиях и в прибрежной зоне;

• непосредственно измерять элементы суммарного сноса судна.

К недостаткам навигационных РЛС, влияющим на безопасность судовождения, относятся:

• наличие теневых секторов и минимальной дистанции, в пределах которых объекты не обнаруживаются;

• специфическое искажение объектов на экране РЛС относительно их изображения на морской навигационной карте и затруднение их опознавания;

• ограниченность дистанций обнаружения объектов географическим фактором радиолокационной видимости, зависимость от отражающих способностей и размеров объектов, а также зависимость возможности обнаружения от маскирующего влияния осадков ливневого характера;

• относительно низкая точность радиолокационного пеленгования.

Ориентировочное значение радиолокационной дальности обнаружения объектов (в милях) при нормальном (атмосферное давление 760 мм, температура воздуха 15 °С, температурный градиент 0,0065 с/м, относительная влажность 60%) состоянии атмосферы рассчитывается по формуле

D_po = 2,39( ) (7.1)

где h_а— высота антенны РЛС над уровнем моря, м; h₀ — высота отражающей части объекта над уровнем моря, м.

При использовании РЛС необходимо учитывать, что сильные осадки (ливни, град, снежные заряды) уменьшают дистанцию обнаружения объектов на 30-50%, а наличие качки снижает точность измерений. В этих условиях наблюдение необходимо вести при длине волны РЛС 10 см. На условия наблюдения влияет волнение моря, вызывающее засветку центральной части экрана РЛС отражениями от волн.

На точность определения места судна с помощью РЛС непосредственно влияют искажения за счет размеров ориентиров и углов их облучения РЛС. При определении места по радиолокационным пеленгам и дистанциям необходимо использовать точечные ориентиры, соизмеримые с разрешающей площадью РЛС (площадь, ограниченная разрешающей способностью РЛС по углу и дистанции). Пространственные ориентиры, размеры которых больше разрешающей площади, целесообразно использовать только для обсерваций по измеренным радиолокационным дистанциям до участков, облучаемых РЛС под прямым углом. При облучении таких ориентиров (объектов) под острым углом их изображение на экране РЛС смазывается, что вызывает появление трудно учитываемых систематических погрешностей как по направлению, так и по дистанции.

При определении места судна по естественным радиолокационным ориентирам необходимо учитывать, что их отражающие поверхности (скалы, обрывистый берег, сопки и т. п.) не совпадают на местности с береговой линией, а лежат на уровнях (горизонталях), обычно превышающих уровень моря, а на больших дальностях — и высоту антенны РЛС. Отражающие горизонтали, определенные опытным путем, наносятся на карту.