25.3.2. Морская навигация

Применение радиолокатора в качестве средства для локальной навигации морских судов [56, 247, 297, 314, 376, 391] основано на различии рассеивающих свойств моря, льда [208, 252], суши и кораблей [359]. Выбор рабочей частоты обусловлен такими факторами, как видимость малых объектов над водной поверхностью, дальность, угловая разрешающая способность, а также условиями распространения радиоволн [284]. С этой точки зрения изучен диапазон частот от 3 до но большинство морских радиолокаторов работает в диапазоне В таких радиолокационных системах [204, 245, 277] индикатор кругового обзора связан с антенной, которая совершает непрерывное круговое вращение в пределах 360°. Ориентирование производится либо по гирокомпасу, либо вручную. Индикатор вращается так, чтобы север радиокарты находился сверху; если это требуется, курс корабля может отмечаться яркой линией курсового маркера.

На экране индикатора относительного движения, изображенном на рис. 25.12, а, центр которого соответствует положению корабля движущимися выглядят как неподвижные, так и подвижные объекты, причем скорость последних слагается из собственной скорости и скорости корабля. Пусть курсовая линия корабля, а точки два положения другого судна в моменты времени, разделенные интервалом Т. Если построить на точках треугольник скоростей, в котором линия представляет движение корабля с радиолокатором, то будет представлять истинный курс наблюдаемого судна, а длина после умножения на даст его истинную скорость. Истинное движение [241, 406] движущихся объектов показано на экране индикатора, изображенном на рис. 25.12, б, на котором неподвижным объектам соответствуют неподвижные отметки. Это достигается с помощью подвижных отклоняющих катушек, которые перемещают все радиоизображение на экране в направлении курса корабля в соответствии с его скоростью. Чтобы

наблюдаемая картина не вышла за пределы экрана, необходимо периодически возвращать ее к центру экрана. Курсовое направление измеряется электронным способом, при этом на экране лучом прочерчивается яркая радиальная линия шириной 0,5°.

В корабельных системах в основном используется обычное оборудование [214, 241] с тенденцией к простоте [3, 463] и экономичности в изготовлении. В передатчиках обычно используются [132, 381, 384, 392, 436] магнетроны с пиковой мощностью от 7 до

Рис. 25. 12. Индикаторы морских радиолокаторов: а — относительное движение; истинное движение. (См. [241].) А означает отраженный сигнал от корабля; В — эхо от бакена.

Длительность импульса выбирается равной 0,1 мксек для дальностей до и 1 мксек для больших дальностей; достаточно широкие полосы пропускания на промежуточной частоте, соответственно позволяют обходиться без сложной системы автоматической подстройки частоты. Для имитации работы радиолокатора обычно используется эхо-камера, устанавливаемая так, чтобы луч антенны пересекал ее при каждом обороте. Звучание камеры в течение 10 мксек создает на индикаторе лепесток, эквивалентный дальности

Антенны корабельных радиолокаторов обычно имеют апертуры размером около что дает ширину луча по азимуту от 1,2 до скорость вращения равна 20—30 об/мин. Ширина луча по углу места равна 20—30°, но допустимы и меньшие значения при условии стабилизации по крену [132, 156], хотя на практике такие антенны обычно не применяются. Интенсивность облучения зеркала первичным облучателем к краям уменьшается, так что уровень заднего и боковых лепестков диаграммы направленности антенны, обусловленных неполным перехватом энергии зеркалом, не превосходит — 30 дб. Обычно используются усеченные цилиндрические отражатели, хотя зеркала в виде несимметричной вырезки из параболического цилиндра дают меньший уровень излучения вдоль нормали к

направлению главного луча, а также меньше забиваются снегом. Достоинствами решеток из щелевых излучателей в стенке волновода являются малый вес и малое ветровое сопротивление. Такие антенны должны располагаться [375] так, чтобы перекрывался рабочий сектор не менее 120° в обе стороны относительно продольной оси корабля. Находящиеся вблизи предметы, вроде дымовой трубы, могут вызывать не только затемненные дуговые полосы на экране индикатора, но также могут давать ложные отраженные сигналы: последние можно ослабить с помощью рассеивающих или поглощающих покрытий.

Было проведено исследование [321] ошибок корабельных радиолокационных систем, и в результате анализа опасных по столкновениям курсов было предложено использовать [355, 356] вспомогательный допплеровский радиолокатор, который определяет величину и знак радиальной составляющей относительной скорости, а также значение ее производной. По этим данным можно определить курс и скорость другого судна и с помощью автоматических вычислительных средств определить время и точку наибольшего сближения судов.

Интересно вспомнить, что одним из первых корабельных радиолокаторов была [506] станция с непрерывным излучением на частоте установленная в 1938 г. на «Нормандии». В дальнейшем были проведены исследования [19] техники частотной модуляции с целью увеличения темпа получения информации и упрощения конструкции. Для импульсных систем с аналогичными параметрами необходимо использовать приемник с набором селекторов, который оказывается слишком сложным для широкого применения. С другой стороны, при применении приемника с одним селектором необходимо последовательно просматривать весь интервал дальности, что снижает темп поступления информации.

Применение панорамного приемника позволяет подавать информацию о дальности непосредственно на индикатор. Необходимость расширения полосы приемника ведет к уменьшению его чувствительности, но это затруднение преодолимо, если требуется работа лишь на небольших дальностях и используется высокая частота повторения. В типичной схеме частота местного гетеродина панорамного приемника изменяется по пилообразному закону с частотой выходной сигнал смешивается с приходящими сигналами в диапазоне и подается на усилитель промежуточной частоты с шириной полосы Для дальностей до при скорости сканирования 10 об/мин и частоте модуляции можно получить разрешающую способность порядка т. е. На стометровой шкале можно разрешать такие конфигурации как, например, человеческие фигуры. Вследствие

такой хорошей разрешающей способности системы с частотной модуляцией при работе на малых дальностях имеют преимущества.

Для более эффективного использования корабельных радиолокационных систем при навигации по фарватерам и в гаванях [240] входы в каналы обозначаются так, чтобы они легко выявлялись на радиолокационном индикаторе. Например, для обозначения входа могут быть использованы два бакена с уголковыми отражателями [64, 242]. Чтобы обеспечить в азимутальной плоскости круговую диаграмму направленности рассеяния применяется связка из уголковых отражателей.

Рис. 25. 13. Система передачи радиолокационного изображения. Переключатель позволяет получать на индикаторе радиокарту как с берегового, так и с корабельного радиолокатора. (См. [240].)

Обычно используется [240] связка из восьми уголков, хотя если необходима всенаправленность лишь по азимуту, то более удобна связка из пяти трехгранных уголковых отражателей [376], Чтобы получить более интенсивные сигналы, применяются радиомаяки [29, 238, 244, 275, 503]; в этом случае наличие в диаграмме направленности антенны двух модулированных лучей позволяет вести по прямолинейному курсу корабль, снабженный простейшим сверхвысокочастотным приемником.

Для информации об условиях движения в гавани наиболее целесообразно использовать береговую наблюдательную радиолокационную систему [50, 114, 289, 458]. Высокое качество таких установок обеспечивает получение подробной навигационной информации и сведений о состоянии входа в канал, подлежащих передаче на судно. На рис. 25.13 показана схема системы [240], в которой результаты локации береговой линии в форме видеосигалов вместе с отсчетом углов передаются на судно по сверхвысокочастотной линии радиосвязи. С помощью переключателя на корабельном индикаторе можно получать либо радиокарту от собственного радиолокатора, либо радиокарту, принимаемую от береговой системы наблюдения. Конструкция радиолокационных установок в гавани [343, 385] зависит от особенностей фарватера и порта. Некоторые

радиолокационные системы в гаванях [400] работают в диапазоне однако более часто используется [206, 357, 388, 389] диапазон Типичная установка [240] для этого диапазона имеет выходную мощность при длительности импульса 50 нсек, что дает разрешающую способность Скорость обзора равна размер апертуры антенны что дает диаграмму направленности шириной 0,3° по азимуту и 3,6° по углу места. Зону обзора можно расширить путем использования нескольких сканирующих систем, причем радиолокационная информация передается затем в центральный пункт. Такая система из семи станций контролирует участок фарватера длиной [264, 287, 388].