Файл: Курс лекций Владивосток 2010.pdf

17 такие экраны позволяют индицировать в цифровом виде разнообраз- ную дополнительную информацию.
Для приближённой оценки расстояния между судном и объектом на экране РЛС имеются 3–5 неподвижных кругов дальности (НКД), представляющих собой концентрические окружности с равномерно кратным увеличением радиуса (рис. 2.1). Для точного измерения рас- стояния используется подвижный круг дальности (ПКД), имеющий вид точки, перемещаемой вручную по вращающемуся радиусу. Если точка неподвижна относительно радиуса, то в результате послесвече- ния на экране она описывает окружность. Отчет измеренного расстоя- ния с точностью до 0,01 мили показывается на цифровом электронном табло или механическом счетчике. Для измерения расстояния и пе- ленга на объект применяется электронный визир, имеющий вид све- тящейся прямой линии. В традиционных РЛС пеленг измерялся также с помощью механического визира, представляющего собой совокуп- ность двух наборов взаимоперпендикулярных прямых линий.
РЛС обеспечивает судоводителю возможность решения ряда за- дач, как навигационных, так и управления судном:
– опознавание отдельных ориентиров и побережья в целом;
– определение координат места судна путем измерения навигаци- онных параметров;
– плавание в стеснённых рай- онах с помощью инструментального метода визуально- го ориентирования;
– заблаговре- менное обнаруже- ние надводных на- вигационных опасностей, плаву- чих льдин, снеж- ных и ливневых зарядов и т. п., что особо важно при плавании в усло- виях ограниченной видимости;
– обнаружение встречных судов,

18 определение их элементов движения, оценка ситуации опасного сближения и выбор безопасного маневра на расхождение;
– определение маневренных элементов судна.
Такие возможности выдвинули РЛС в число наиболее важных технических средств судовождения. Однако для РЛС характерны так- же определённые недостатки и ограничения, связанные с их навига- ционными характеристиками, которые рассматриваются ниже. Это обстоятельство следует учитывать при работе с этими станциями.
2.2. Навигационные характеристики судовых радиолокационных
станций. Влияние гидрометеорологических условий
Эффективность навигационного применения РЛС с учетом воз- можных ограничений определяется её навигационными характеристи- ками, к основным из которых относятся максимальная и минимальная дальность действия, дальность обнаружения различных объектов, мёртвая зона, разрешающая способность по дальности и направлению и точность измерения расстояний и направлений.
Максимальная дальность действия.Зависит от импульсной мощности излучения и определяется номиналом шкалы самого мелко- го масштаба (на практике, однако, несколько превышает это значе- ние).
Дальность обнаружения объектов. Определяется радиолокаци- онным горизонтом и высотой отражающей части объекта над уровнем моря при условии, что эта дальность не превышает максимальной дальности действия станции. При определении дальности обнаруже- ния объектов действуют те же самые подходы и закономерности, что и в случае с географической дальностью видимости ориентиров.
Радиоволны сантиметрового диапазона, на которых работают
РЛС, распространяются по тем же законам, что и зрительные лучи, но с несколько большим коэффициентом рефракции. В результате даль- ность радиолокационного горизонта Д
р
, соответствующая максималь- ной дальности действия РЛС, примерно на 15 % превышает дальность видимого горизонта и определяется по формуле
a
a
р
h
h
Д
4
,
2 3930
,
2


, (2.2) где h
a
– фактическая высота антенны над уровнем моря, м.
Следует, однако, иметь в виду, что эта формула справедлива для стандартных атмосферных условий: давление 760 мм рт. ст., темпера- тура воздуха +15
о
, относительная влажность 60 %.

19
Соответственно, дальность радиолокационного обнаружения Д
р.о определяется по формуле
)
(
4
,
2
h
h
Д
a
о
р


, (2.3) где h
– высота объекта, м.
Однако помимо высоты объекта и антенны дальность обнаруже- ния в значительной степени зависит от отражательной способности объекта, которая определяется формой, размерами, расположением объекта и структурой его поверхности (гладкая или шероховатая).
Чем крупнее объект и чем плотнее его материал, тем лучше его отра- жательная способность. Поэтому часто реальная дальность обнаруже- ния бывает меньше значения, рассчитанного по формуле (2.3). В табл. 2.1 приведены вероятные значения дальности радиолокационно- го обнаружения некоторых объектов, полученные на основе наблюде- ний с помощью РЛС, работающей на трёхсантиметровых волнах при высоте антенны, равной 15 м.
Минимальная даль-
ность действия. Опре- деляется наименьшим расстоянием, на котором могут обнаруживаться объекты. Это расстояние зависит в основном от длительности импульса излучения, а также осо- бенностей работы от- дельных элементов РЛС
(антенный переключа- тель, схема выделения эхосигнала и т. п.). Для современных РЛС при длительности импульса
0,1 мкс минимальная дальность действия со- ставляет примерно 30 м
(на шкалах крупного масштаба).
Мёртвая зона. Это зона, лежащая под ниж- ним лучом диаграммы
Таблица 2.1.
Вероятные дальности обнаружения объ- ектов

20 направленно- сти. С эксплуа- тационной точ- ки зрения мёрт- вая зона также определяет ми- нимальную дальность дей- ствия. Она за- висит от шири- ны диаграммы направленности в вертикальной плоскости (рис.
2.2), а также от высоты антенны, осадки, крена и дифферента судна, конструктивных особенностей корпуса, которые, препятствуя распространению излу- чения, могут привести к наличию теневых секторов. Следовательно, мёртвая зона может менять свою форму и размеры, например, при из- менении осадки или появлении дифферента. Если учитывать только ширину диаграммы направленности в вертикальной плоскости, то ра- диус мёртвой зоны r определяется как
2
в
a
ctg
h
r


, (2.4) где α
в
– ширина диаграммы направленности в вертикальной плоско- сти, градусы. Например, для РЛС «Океан», имеющей α = 15
о
, при h
a
=
15 м граница мёртвой зоны определяется окружностью радиусом r =
114 м.
Однако в действительности, особенно на крупных судах, на кру- говую часть мёртвой зоны накладывается продольная составляющая, обусловленная затеняющим действием носовой части корпуса судна.
Кроме того, на такой комбинированной мёртвой зоне появляются ра- диально расходящиеся теневые сектора от мачт, стрел, кранов и дру- гих частей корпуса судна, которые встречаются на пути распростра- нения излучения РЛС. На обычном грузовом судне средних размеров при антенне, установленной на рубке ходового мостика, теневой сек- тор от фок-мачты составляет 1–3°, а сектора от ближайших грузовых полумачт – 5–10°.
α
Мёртвая зона
α/2
Рис. 2.2. Мёртвая зона, определяемая шириной диаграммы направленности в вертикальной плоскости

21

22 где α
г
– ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоско- сти, градусы; R – расстояние от центра экрана развертки до эхосигна- лов на экране РЛС, мм. Например, для РЛС «Океан», имеющей α
г
=
0,7
о
, при работе в 3-сантиметровом диапазоне в случае, если эхосиг- нал расположен на периферии экрана (R ≈ 200 мм), РСН ≈ 1,0
о
, а если эхосигнал находится на расстоянии 1/3 радиуса экрана (R ≈ 70 мм), то
РСН ≈ 1,5
о
. Иными словами, разрешающая способность по направле- нию при прочих равных условиях уменьшается при удалении эхосиг- налов от центра развертки. Поэтому при использовании РЛС следует выбирать такую шкалу дальности, чтобы эхосигналы находились как можно дальше от центра экрана.
В целом разрешающая способность РЛС характеризуется площа- дью разрешения, под которой имеется в виду площадь, занимаемая на экране эхосигналом точечного объекта. Эхосигнал такого объекта имеет вид дугообразной полоски, ширина которой в масштабе экрана соответствует ширине луча (диаграммы направленности в горизон- тальной плоскости) на расстоянии объекта, а длина равна расстоянию в масштабе экрана, которое проходят радиоволны за время, равное длительности импульса, т. е. сτ. На рис. 2.3 показано, что на малых расстояниях, когда расстояние между боковыми границами луча меньше сτ, эхосигнал принимает радиально вытянутую форму; когда это расстояние равно сτ, – почти круглую форму; и когда линейная ширина луча превышает сτ, то эхосигнал вытягивается по дуге.
Особенность площади разрешения заключается в том, что если два объекта находятся в пределах этой площади хотя бы частично, то на экране РЛС они будут видны в виде одного слитного эхосигнала.
Точность измерения расстояний. Характеризуется СКП изме- рения расстояния (m
D
), определяется в линейных единицах (м, кб или мили) или в процентах от номинала рабочей шкалы дальности и зави- сит от следующих погрешностей: калибровки, инструментальных, из- мерения и радиолокационного объекта.
Погрешность калибровки выражается в том, что каждое отдельное значение радиуса ПКД не соответствует действительному расстоянию с учетом выбранного масштаба. В судовых условиях погрешность ка- либровки может быть уменьшена примерно до ±10–20 м.
Инструментальные погрешности, имеющие случайный характер, вызываются неучитываемыми погрешностями работы отдельных уз- лов РЛС и обычно достигают величины примерно ±15–20 м.
Погрешности измерения связаны со способом измерения рас- стояний. В современных РЛС расстояния измеряются, как правило, с использованием ПКД, а также электронного визира. Погрешности из-

23 мерения обусловливаются неточным совмещением ПКД (или элек- тронного визира) с эхосигналом объекта, расстояние до которого из- меряется. Эти погрешности являются случайными и зависят от опыта наблюдателя, четкости и масштаба изображения объекта на экране
РЛС. Для уменьшения этих погрешностей измерения следует выпол- нять при возможно крупном масштабе изображения и при минималь- ной яркости ПКД.
Погрешности радиолокационного объекта в наибольшей степени влияют на точность измерения расстояний. Они проявляются в том, что не всегда удается точно определить на карте ту часть наблюдае- мого объекта, которая отразила импульсы РЛС и сформировала эхо- сигнал на её экране. Наиболее точно измеряются расстояния до то- чечных объектов, обрывистых скал и мысов, а наименее точно – до низких берегов с отмелями и косами, гор и возвышенностей с пологи- ми склонами, протяженных объектов с неясными очертаниями.
На точность измерения расстояний влияет качка, однако связан- ные с этим погрешности не превышают высоты антенны над уровнем моря.
Суммарная погрешность измерения расстояний с помощью РЛС определяется экспериментальным путем и приводится в техническом описании каждой станции. Как правило, такая погрешность составля- ет ± 0,2–1,0 кб.
Точность измерения пеленгов. Характеризуется СКП измерения пеленга (m
П
), измеряемой в градусах. Случайная погрешность пелен- гования точечных объектов для современных РЛС составляет при- мерно от ± 0,3
о
(на периферии экрана) до ± 0,6
о
(в первой трети радиу- са экрана). Однако на случайную погрешность накладываются другие ошибки, в том числе и систематического характера (в принятой по- правке гирокомпаса, юстировке антенны, смещении центра развертки и т. п.), поэтому общая СКП пеленгования составляет ± 1,0
о
–1,5
о при использовании механического визира и ± 0,8
о
–1,0
о по электронному визиру. Однако эти оценки справедливы лишь в случае пеленгования точечных, ярко выраженных объектов. При пеленговании мысов и других береговых ориентиров точность измерения пеленгов ухудша- ется в 2–3 раза за счет искажения (в основном растягивания) эхосиг- налов таких ориентиров.
Точность радиолокационного пеленгования в существенной сте- пени зависит от качки судна. Например, при крене 10
о и дифференте
6
о погрешность пеленгования возрастает на 1
о
, т. е. практически уд- ваивается.