Радіолокатор і його застосування на малому судні

Виявити противника і вести по ньому прицільну стрільбу при повній відсутності візуальної видимості допомогла морякам конвою радіолокація. Факт затоплення «Шарнгорст» пов'язують з початком успішного використання радіолокаторів. Явище віддзеркалення радіохвиль відкрив винахідник радіо А. С. Попов в 1897р при проведенні дослідів по радіозв'язку між кораблями.

Великий вчений передбачив застосування виявленого їм явища для забезпечення успішної навігації в умовах обмеженої видимості. Однак знадобилося кілька десятиліть розвитку всіх галузей радіо¬електронікі, щоб створити сучасний радіолокатор.

Необхідність в судновому радіолокаторі стала відчуватися особливо гостро на початку XX століття, коли зросла кількість судів і збільшилася їх швидкість.

При цьому почастішали зіткнення, які найчастіше закінчувалися трагічно. Сьогодні важко уявити морський флот і авіацію без надійних радіолокаційних станцій і систем. Широко використовуються радіолокатори або, як їх ще називають, радари на маломірних судах: промислових роботів, спортивних та туристських катерах, на яхтах відкритого моря.

Найпростіша радіолокаційна станція (РЛС) містить елементи, показані на наведеній схемі. Передавальний пристрій запускається синхронізуючими імпульсами і виробляє імпульси електромагнітних коливань надвисокої частоти (СВЧ). Через антену ці ім¬пульси випромінюються в простір і опромінюють об'єкти, що потрапляють в зону спрямованої дії антени. Від об'єктів відображаються імпульси дуже малої амплітуди.

Вони приймаються тієї ж антеною і через антенний перемикач підводяться до приймача, де прийняті сигнали перетворюються і посилюються до величини, яка необхідна в роботі індикаторного пристрою. На індикаторі (електронно-променевої трубки) створюється радіально-кругова розгортка. Вона забезпечує у всіх суднових РЛС спостереження за навколишнім оточенням і визначення координат об'єктів.

Принцип формування зображення на екрані індикатора кругового огляду (ІКО) полягає в наступному. У момент запуску передавача і випромінювання імпульсу в простір синхронизирующий імпульс запускає розгортку, і електронний промінь починає креслити на екрані світиться лінію, що починається від центру. Лінія розгортки обертається синхронно з обертанням антени. Іншими словами, її положення в будь-який момент часу визначає положення антени, а значить, і напрямок випромінювання і прийому.

Відбитий об'єктом сигнал з виходу приймача надходить на ІКО, де викликає збільшення інтенсивності електронного променя і короткочасне збільшення яскравості розгортки. Послідовне опромінення об'єкта в декількох періодах повторення, коли антена спрямована на об'єкт, створює на сусідніх лініях розгортки позначку від мети у вигляді короткої дужки. Дужку можна спостерігати на екрані деякий час за рахунок ефекту післясвітіння. Таким же чином послідовно опромінюються всі об'єкти, і на екрані створюється картина, яка відтворює навколишнє оточення.

По відстані кожної позначки від центру екрану судять про час запізнювання відбитого сигналу щодо прямого імпульсу, т. Е. Про відстань до об'єкту. Положення позначки на екрані дає напрямок відбитого сигналу, тобто напрямок на ціль.

Відлік дальності на екрані знімається по яркостной оцінкою у вигляді нерухомих кілець дальності (НКД). За кількістю НКД, що уклалися від центру екрану до позначки цілі, відраховують дальність до цілі. Для більш точного відліку дальності прі¬меняют рухливий коло дальності (ПКД), який поєднують з відміткою обраної мети та за спеціальною шкалою, пов'язаної з рукояткою ПКД, знімають точний відлік дальності.

Блок-схема суднового радіолокатора.

Власний курс позначається на ІКО за допомогою мітки курсу. Мітка висвічується на екрані при обертанні антени кожен раз, коли напрямок її випромінювання збігається з діаметральної лінією судна. Зображення на екрані встановлюється так, щоб мітка курсу збігалася з нулем шкали азимутального кола, що обрамляє індикатор. Таке орієнтування зображення називається орієнтуванням по курсу. Поєднуючи механічний візир з серединою дужки від об'єкта, відраховують за шкалою курсової кут цього об'єкта.

При наявності на судні гірокомпас і зв'язку його з ІКО можна зробити орієнтування по «Норду». При цьому нуль шкали азимута завжди сов¬падает з напрямком «Норду» на гірокомпас (умовно - «Норд істинним»), а відлік напрямку на виявлену мета дає істинний пеленг. Таким чином, РЛС дає можливість виміряти дальність і пеленг будь-якого об'єкта (цілі), що створює позначки на екрані ІКО.

Новітні досягнення радіоелектроніки і поява інтегральних мікросхем дозволяють зменшувати габарити апаратури і енергоспоживання при збільшенні надійності пристроїв, що зробило мініатюрні РЛС доступними для установки на малих судах як з точки зору займаного обсягу і маси, так і з точки зору їх вартості.

Яхтові РЛС, як правило, працюють в 3-сантиметровому діапазоні хвиль. Їм не потрібні великі антенно хвильове тракти. Точність визначення напряму на об'єкт при використанні таких локаторів досить висока. Тривалість імпульсів вибирається порядку 0,05-0,8 мікросекунди, що визначає високу роздільну здатність і точність за дальністю.

В існуючих мініатюрних РЛС потужність в імпульсі на порядок менше, ніж в РЛС великотоннажних суден, і дорівнює зазвичай 3 кВт і менше.

Більшість сучасних міні-радіолокаторів дозволяє вибирати шкалу дальності в залежності від обстановки. Якщо об'єкт знаходиться на достатньому видаленні, то вибирається шкала максимальної дальності, яку можна перемикати в міру зближення, і спостерігати об'єкт в більшому масштабі.

Шкали мінімальної дальності 0,5 і 0,25 милі зручні для спостереження дрібних об'єктів, наприклад буїв, до безпечного зближення з ними. Особливо популярні на малих судах мініатюрні РЛС з дальністю дії 1,5-2 милі і малою споживаною потужністю харчування від джерела постійного струму 12 В.

У зарубіжній літературі з'явилися відомості про портативному радіо¬локаторе американського виробництва. Його вага всього 1,45 кг. Наявність співали фіксується звуковим сигналом, а дальність об'єкта відображається в цифровій формі.

Однак найбільш поширеною РЛС для найменших судів є в даний час пристрій двох приладового складу: індикатор розміщується в рульовій рубці, де проводиться спостереження, а антена приймача і привід обертання винесені на щоглу. Це спрощує установку антени на судні, а також зменшує втрати електромагнітної енергії в волноводном трак¬те, що, в свою чергу, дає можливість зменшити потужність і габарити передавача без погіршення дальності дії РЛС.

Часто блок антени РЛС катерів і яхт, поєднаний з приймачем, для захисту від зовнішнього середовища поміщається всередині ковпака-обтічника, наприклад, зі склопластику. Весь цей герметизований блок для огляду простору (сканування) обертається з частотою 20- 30 об / хв.

Взагалі установка блоку антени на малому судні має свої проблеми. Для збільшення дальності виявлення необхідно антену встановлювати можливо вище. Крім того, слід враховувати найкраще положення антени для зменшення нахилів променя при хитавиці, що призводять до погіршення радіолокаційного спостереження.

Виявлення об'єктів в умовах будь-якої видимості проводиться шляхом спостереження екрану ІКО і впізнання цілей на ньому. Точкові об'єкти з розміром до 150-200 м зображуються на ІКО у вигляді коротких дужок-мазків чітко окресленої форми. Берегова риса, острови тощо дають кілька розмиті позначки протяжної форми, відповідної їх відбиває характеристиці.

У міру наближення до протяжним об'єктах позначки їх змінюють форму. Це пояснюється тим, що на початку видно позначки тільки найбільш високих місцевих предметів, таких, як маяки, вишки, будови, берегові схили. Коли кількість об'єктів, що відбивають збільшується, позначки їх злипаються.

Після оцінки обстановки вибираються позначки найбільш важливих об'єктів з точки зору небезпеки зіткнення з ними або орієнтири і визначаються їх пеленги і дальності. Визначення свого місцезнаходження на момент врахованого часу за допомогою РЛС виконують шляхом вимірювання пеленга і відстані до орієнтиру, що дає чітку позначку на ІКО.

Потім проводиться про¬кладка результатів вимірювань па навігаційній карті за загальними правилами судноводіння. При визначенні місця по відстаням з знімають відстані до двох або трьох орієнтирів, що дають чіткі позначки на екрані, а потім на навігаційній карті роблять зарубки, на перетині яких знаходиться місце розташування свого судна. Спосіб пеленгов застосовують в разі, якщо берегова риса має низинний характер і не дає чіткого зображення па екрані, але в той же час є добре помітні місцеві предмети в глибині узбережжя або, наприклад, миси.

Маючи напрямок на ці предмети, знаходять на карті своє місце розташування. Використання РЛС при плаванні уздовж берегів і в узкостях має ряд особливостей. Круті схили берегів, скелі, рифи, місцеві предмета дають відбиті сигнали. Велике значення має навик розпізнання різних об'єктів по їх радіолокаційному зображенню.

Звірення зображення з навігаційною картою, на якій заздалегідь помічені всі добре відображають об'єкти, дуже допомагає судноводій орієнтуватися в обстановці. В обмежених водах, наприклад при підході до портів, часу на звірення радіолокаційної картини з кар¬той не залишається. Тому доводиться заздалегідь вивчити маршрут по навігаційним посібниками з тим, щоб управляти судном тільки по екрану РЛС.

При плаванні в узкостях користуються шкалами великого масштабу (1,5 або 5 миль), що дає можливість більш точно визначити відстань до орієнтирів і буїв. Одним з найбільш важливих застосувань РЛС в судноводінні є використання їх для попередження зіткнень суден у морі в умовах поганої видимості.

Основними етапами роботи але попередження зіткнення є: визначення курсу і швидкості зустрічного судна, безумовно відстані найкоротшого зближення за умови, що судячи будуть слідувати незмінними курсами і швидкостями, вибір маневру на розбіжність, спостереження за маневрами зустрічного судна (цілі) для запобігання повторної загрози зіткнення.

У найпростішому випадку для визначення елементів руху встречно¬го судна і параметрів розбіжності виробляється прокладка радіолокаційних даних в режимі относі¬тельного руху на планшеті. Визначають напрям переміщення і швидкість мети. Швидкість вимірюється по відстані між двома точками, прохідність за певний проміжок часу.

Незважаючи на появу нових методів локації, наприклад, лазерної та інфрачервоної, радіолокатори залишаться основних! засобом для отримання інформації про навколишнє оточення на море і в найближчому майбутньому. Подальше зменшення габаритів і маси РЛС в доступному для огляду майбутньому піде по шляху комплексної мікромініатюризації.

Поряд з широким застосуванням в апаратурі інтегральних мікросхем будуть знайдені рішення для микроминиатюризации антенних систем, індикаторних пристроїв, джерел живлення, високочастотних елементів, сумісних з вузлами і блоками в інтегральному виконанні. Характерною особливістю конструкції нових РЛС з'явиться модульне побудова, яке крім компактності забезпечує компоновку різних радіолокаторів зі стандартних блоків.

Автоматизація обробки інформації, яка застосовується зараз в складних системах попередження зіткнень, в радіолокаторах для малих суден допоможе розвантажити команду від роботи на РЛС або максимально спростити її.