Файл: Курс лекций Владивосток 2010.pdf

11 ваемые на судах и спасательных шлюпках и плотах и используются для опознавания судов или спасательных средств и для автоматиче- ской передачи информации о параметрах движения.
Радионавигационная система (РНС) – это радиотехнический ком- плекс, включающий в себя систему береговых синхронизированных излучающих станций и судовые бортовые приёмоиндикаторы (ПИ), предназначенные для определения места судна. РНС относятся к раз- ностно-дальномерным (или гиперболическим) РТС с импульсным
(времяизмерительным), фазовым или импульсно-фазовым способом определения навигационного параметра. По дальности действия РНС могут быть различными: от глобальных РНС до РНС ближней навига- ции.
Спутниковая навигационная система (СНС) включает в себя бе- реговую инфраструктуру, сеть навигационных спутников и аппарату- ру потребителей (включая судовые ПИ). В СНС могут быть реализо- ваны различные методы определения места судна, однако преобла- дающим является дальномерный метод на основе времяизмерительно- го способа получения радионавигационного параметра.
Для получения обсервованного места судна по изолиниям, соот- ветствующим определённым по РТС навигационным параметрам, ис- пользуются следующие способы:
– аналитический, когда координаты судна рассчитываются на ос- нове, как правило, точных формул сферической тригонометрии с уче- том сфероидичности Земли. Этот способ реализуется в автоматиче- ских ПИ СНС и РНС, хотя в ПИ различных фирм-изготовителей на- бор расчётных формул может быть разным;
– графический, часто называемый прокладкой, когда изолинии наносятся графически непосредственно на карте. Применение этого способа связано с погрешностями графических построений, поэтому он используется на сравнительно небольших расстояниях от излу- чающих станций, например при определении места с помощью РЛС;
– графоаналитический, или способ линий положений, когда изо- линия вблизи счислимого места заменяется линией положения, каса- тельной к ней. Для прокладки линии положения определяются величи- на переноса n = (U
o
– U
c
)/g и его направление, которое совпадает с на- правлением градиента, если U
o
>U
c
, и отличается на 180
о
, если U
o
< U
c
(здесь U
o
– измеренное значение навигационного параметра, U
c
– счис- лимое значение навигационного параметра). В точке пересечения нане- сённых на карту таким образом двух линий положений получается об- сервованное место судна. Этот способ может использоваться в случае

12 любой РНС при отсутствии автоматического ПИ, соответствующих таблиц или радионавигационной карты;
– картографический, когда используются специальные радиона- вигационные карты с нанесёнными на них сетками изолиний. В дан- ном случае определение места сводится к определению точки пересе- чения изолиний, соответствующих измеренным значениями радиона- вигационного параметра. Способ очень прост, но недостаточно точен;
– таблично-графический, при котором из специальных таблиц, из- даваемых для различных гиперболических РНС, для каждого измерен- ного радионавигационного параметра выбираются координаты двух точек вблизи счислимого места. Через эти точки проводится прямая линия. Обсервованное место судна соответствует точке пересечения двух нанесённых таким образом прямых линий и получается сразу на путевой карте.
В последующих лекциях указанные выше РТС рассматриваются более подробно.

13
В начале 1930-х годов отечественные ученые Л. И. Мандельштам,
Н. Д. Папалекси и Е. Я. Щеголев разработали экспериментально апро- бированные методы определения расстояния между двумя источни- ками радиоизлучения, основанные на измерении фазовых характери- стик радиоволн. В 1935 г. авторы создали радиодальномерную аппа- ратуру МПЩ (по начальным буквам фамилий), которая могла быть использована не только для определения координат судна в море, но и для судовождения в условиях ограниченной видимости.
На основе методов измерения фазовых параметров в 1944 г. в
Англии была разработана и реализована фазовая РНС средней навига- ции «Декка», которая была с успехом использована при высадке со- юзного десанта на французское побережье в конце Второй мировой войны, обеспечив подход судов к местам высадки десанта с точно- стью до ±18 м в условиях плохой видимости.
В конце 1940-х и начале 1950-х годов в некоторых районах За- падной Европы и Америки были развёрнуты первые цепи РНС «Ло- ран-А» (импульсная), в конце 1950-х – «Лоран-С» (импульсно–
фазовая). Однако с развитием спутниковой навигации эти системы не- сколько утратили свое значение. Так, в 1980 г. прекратилась эксплуа- тация европейских и американских цепей РНС «Лоран-А», хотя в Ки- тае, наоборот, были построены несколько станций аналогичной сис- темы, полностью перекрывающие Желтое, Восточно-Китайское и большую часть Южно-Китайского морей. Уменьшилось количество станций РНС «Декка» и «Лоран-С», хотя последняя до сих пор остаёт- ся в эксплуатации и считается в качестве дублирующей спутниковых систем. В 1976 г. начала функционировать глобальная РНС «Омега», обеспечившая возможность определения места судна в любой точке
Мирового океана, однако через 15 лет она была выведена из эксплуа- тации (по крайней мере, для целей навигации).
Почти одновременно с зарубежными РНС в нашей стране вводи- лись аналогичные системы: РСДН-4 (радионавигационная система дальней навигации, отечественный аналог «Лоран-С»), которую в
1986 г. сменила РНС «Чайка», совместимая с «Лоран-С», РСДН-20
(или РНС «Маршрут»), являющаяся аналогом РНС «Омега».
Настоящей технологической революцией было начавшееся в се- редине 1940-х годов внедрение на флоте радиолокационной аппарату- ры, предназначенной для решения двух важнейших задач: а) опреде- ление места судна вблизи берега (до 50 миль) независимо от условий видимости и б) расхождение со встречными судами в условиях пони- женной видимости. В 1949 г. в соответствии со специальной програм- мой, утверждённой правительством страны, была создана первая оте-

14 чественная судовая РЛС «Нептун», которая после успешных испыта- ний была принята для установки на судах.
Радиолокационные станции успешно применяются и в системах управления движением судов, где они используются в качестве ос- новного средства сбора и отображения информации. Для этих целей применяются как обычные серийные судовые РЛС, так и специализи- рованные станции берегового исполнения, имеющие дополнительные функциональные возможности.
Следующий этап в развитии судовых РЛС был связан с создани- ем автоматизированных станций. Так, в начале 1960-х годов в нашей стране была создана судовая двухдиапазонная (3,2 и 10 см) РЛС
«Океан» – первая в мире станция, в которой задача расхождения судов решалась с использованием специализированного вычислительного устройства на основе автоматического сопровождения целей, и первая отечественная станция, в которой была реализована индикация истин- ного движения эхосигналов на экране с большим экраном диаметром
400 мм. В конце 1970-х годов на смену этой станции пришла новая двухдиапазонная автоматизированная судовая РЛС «Океан-С», отве- чающая всем требованиям и рекомендациям ИМО.
Наконец, еще одним технологическим прорывом в морском су- довождении стала спутниковая навигация, начало которой было по- ложено в 1957 г. запуском в нашей стране первого в мире искусствен- ного спутника Земли. В 1958 г. академик В. А. Котельников для опре- деления параметров орбит спутников предложил применять допле- ровский метод. Именно этот метод был реализован в 1964 г. в США в первой в мире СНС «Транзит», которая с 1967 г. была открыта для гражданских потребителей и успешно использовалась до конца 1980-х годов, когда появилась новая система, получившая обобщённое на- звание Global Positioning System (GPS), или NAVSTAR, позволившая на основе уже дальномерного метода определять место судна в любой точке Мирового океана с точностью не хуже ±50–100 м. В начале
1990-х годов на практике был реализован дифференциальный режим
GPS, обеспечивший фактически абсолютную с точки зрения судово- дителя точность ±5–10 м.
Аналогом СНС «Транзит» была отечественная СНС «Цикада», однако в настоящее время основной отечественной СНС является среднеорбитальная СНС ГЛОНАСС, развёртывание которой завер- шится в ближайшем будущем. Дальнейшее развитие СНС ГЛОНАСС связано с реализацией программы ввода в действие к 2011 г. примерно
50 контрольно-корректирующих станций, которые обеспечат работу

15 этой системы в дифференциальном режиме практически на всей тер- ритории страны и в прилегающих водах.
Эти и другие РТС рассматриваются в последующих лекциях в основном с точки зрения их навигационного применения.
ЛЕКЦИЯ 2. СУДОВЫЕ РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СТАНЦИИ
И СРЕДСТВА АВТОМАТИЧЕСКОЙ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ
ПРОКЛАДКИ (2 часа)
2.1. Принцип работы радиолокационной станции.
2.2. Навигационные характеристики судовых радиолокационных станций. Влияние гидрометеорологических условий.
2.3. Режимы индикации. Радиолокационное изображение местности.
Чтение радиолокационного изображения.
2.4. Средства автоматической радиолокационной прокладки.
Литература: [1], с. 359–380; [2], c. 312–334; [4], с. 3–47; [5], с. 345–352; [7], c. 405–454; [8], с. 187–198.
2.1. Принцип действия и назначение
радиолокационной станции
В навигации, как морской, так и воздушной, широко используют- ся РТС, работающие на принципе радиолокации. Радиолокация – это обнаружение в пространстве различных объектов, отражающих или излучающих радиоволны, а также определение координат таких объ- ектов и параметров их движения. Радиолокация основана на таких свойствах радиоволн, как: а) прямолинейное распространение с из- вестной скоростью, что позволяет измерять расстояния до объектов; б) отражение от объектов, обладающих отражательной способностью, что обеспечивает возможность определения направления (пеленгов) на объекты. Устройства, в которых реализуется принцип радиолока- ции, называется радиолокатором или радиолокационной станцией
(РЛС).
Судовая РЛС является азимутально-дальномерным импульсным
РТС ближней навигации. Такая станция периодически излучает в ок- ружающее пространство кратковременные импульсы СВЧ-диапазона
(в современных РЛС, как правило, используются сантиметровые вол- ны двух диапазонов – 3,2 и 10 см), которые, отражаясь от объектов, обратно принимаются станцией через промежуток времени, равный
t
D
= 2D/с, где D – расстояние (или дальность) до объекта, а с – ско-

16 рость распространения радиоимпульсов. По измеренному времени t
D
расстояние до объекта рассчитывается как
D = с t
D
/2 . (2.1)
Направление на объект (пеленг или азимут) определяется с по- мощью антенны направленного действия, формирующей вращаю- щуюся диаграмму направленности, ширина которой в горизонтальной плоскости, как правило, не превышает одного градуса. Отражённые от объекта импульсы попадают на вход антенны только в том случае, ко- гда диаграмма направленности ориентирована на этот объект, причем принимаемые антенной отражённые импульсы максимальны, если ось диаграммы направленности совпадает с направлением на ориентир.
Это направление определяется с помощью указателя поворота антен- ны. Отражённые от объекта сигналы отображаются на экране РЛС с учетом определённых таким образом направления на этот объект и расстояния до него, которые представляют собой навигационные па- раметры, используемые для определения места судна.
Наблюдаемые с помощью РЛС ориентиры называются радиоло- кационными объектами, или целями. Радиолокационным объектом может быть любое физическое тело, обладающее отражательной спо- собностью. Для этого необходимо, чтобы электрические свойства та- кого объекта, например проводимость или диэлектрическая прони- цаемость, отличалась от таких же свойств окружающей среды. В су- довождении радиолокационными объектами могут быть суда, знаки
СНО и любые надводные объекты, берег и береговые сооружения, айсберги, снежные и дождевые заряды, низкие облака. Радиолокаци- онные объекты наблюдаются на экране РЛС в виде светящихся меток, называемых эхосигналами. Форма и размеры эхосигналов, как прави- ло, повторяют очертания той части радиолокационного объекта, которая отражает импульсы РЛС. С точки зрения техники радиолокационных наблюдений различаются точечные и протяжен- ные эхосигналы.
В традиционных судовых РЛС в качестве экрана использовалась электронно-лучевая трубка с круговой развёрткой. Такой экран, имеющий внешнюю оцифровку, как на картушке компаса, называется индикатором кругового обзора (ИКО), он обеспечивает изображение окружающей надводной обстановки и линии курса (ОК), а также воз- можность измерения пеленгов и расстояний до ориентиров. В послед- ние годы в судовых РЛС стали применяться экраны телевизионного типа построчной разверткой. Помимо возможностей, присущих ИКО,