УЧЕБНИК САРП100

Из уравнения следует, что дальность действия возрастает пропорционально

4 Эи = 4 Pиτи .

Увеличивать дальность лишь за счет увеличения импульсной мощности Ри невозможно, так как может произойти пробой волновода. Поэтому при заданной длине волны для увеличения дальности действия радиолокатора прибегают к увеличению длительности импульса τи, увеличению коэффициента усиления антенны и уменьшению коэффициента шума в приемнике.

Длительность импульса τи в судовых РЛС на больших дальностях выбирается в пределах 1…1,2 мкс.

Выбор длительности зондирующего импульса

Длительность зондирующего импульса при его постоянной энергии целесообразно выбирать как можно меньше, т. к. среднеквадратическая погрешность измерения дистанции обратно пропорциональна длительности импульса.

Однако при уменьшении длительности должна возрасти пиковая мощность передатчика. Возможен пробой волновода или антенной системы. Поэтому на максимальных шкалах дальности длительность импульса выбирается около 1 мкс.

На малых дальностях на выбор длительности импульса накладываются дополнительные требования по величине минимальной дальности, на которой прием отраженных сигналов невозможен и, следовательно, невозможно обнаружение целей.

Минимальная дальность в судовых РЛС составляет около 25

м.

Если минимальную дальность Dmin принять равной 25 м, то длительность зондирующего импульса можно получить с помощью выражения

	τи =	Dmin	≈ 0,08мкс,	(8.4)
		300
			221

где τи (мкс); Dmin (м) – минимальная дальность обнаружения цели.

Поэтому на малых шкалах дальности в судовых РЛС длительность зондирующего импульса выбирается около 0,08 мкс.

Выбор частоты следования зондирующих импульсов

Частоту следования импульсов F целесообразно выбирать как можно больше, т.к. при заданной пиковой мощности передатчика с увеличением частоты возрастает энергопотенциал РЛС и, следовательно, улучшаются характеристики обнаружения целей и определения навигационных параметров целей.

Для однозначного измерения дистанции до целей D период следования зондирующих импульсов выбирается из соотношения

T = 150D ,

где Т (мкс); D (м).

Максимальная частота следования Fмах = 150 106 . (8.5а)

D

Минимальная частота следования F =

N Ω

.

(8.5б)

мin αr

На дальностях 80…120 м. м частота следования зондирующих импульсов в судовых РЛС лежит в пределах 400…500 Гц.

Для меньших дальностей частота следования зондирующих импульсов выбирается больше и достигает до 2400 Гц.

Выбор диаграммы направленности антенны

Ширина диаграммы направленности антенны судовой РЛС в горизонтальной и вертикальной плоскостях должна обеспе-

222

чивать требования ИМО по разрешающей способности целей по азимуту и обнаружению целей при качке судна.

По требованиям ИМО разрешающая способность целей по угловому положению в пределах 50...100% от номинала шкалы на дальности 1,5 мили должна быть не более, чем 2,5о. Отсюда следует, что ширина диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости не может превышать 2,5о. Как правило, ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности судовых антенн по азимуту не превышает 2о. Дальнейшее сужение диаграммы направленности нецелесообразно, т. к. число отраженных импульсов от цели за время одного оборота антенны уменьшится. Уменьшение числа импульсов приведет к ухудшению характеристик обнаружения цели.

Характеристики обнаружения целей не должны ухудшаться при бортовой или килевой качке судна до ±10о. На рис. 8.2 приведены предельные положения оси (пунктирные линии) диаграммы направленности в вертикальной плоскости (у основания луча) при килевой качке. При килевой качке будет меняться ширина «мертвой» зоны.

Рис. 8.2

Из рис. 8.2 следует, что при определении «мертвой» зоны ширина диаграммы θ1 у основания луча должна определяться из наихудшего случая, когда осевая линия антенны вследствие килевой качки отклоняется вверх.

Если h – высота антенны над уровнем моря, D м.з – допустимая дистанция «мертвой» зоны, то ширина диаграммы

223

антенны в вертикальной плоскости у основания луча может быть определена из соотношения:

tg(θ1 / 2 −10o )= h / Dм.з .

(8.6).

По требованию ИМО при высоте установки антенны h = 15 м дистанция «мертвой» зоны не должна превышать 50 м.

Для этих величин из выражения (8.6) получим минимально допустимое значение θ1,min = 54о.

Все судовые антенны имеют ширину диаграммы направленности в вертикальной плоскости на уровне половинной мощности около 20о…30о. В разделе 1.3 показано, что ширина диаграммы направленности у основания луча θ1≥3θ = 75о…90о. Таким образом, реальная величина θ1 значительно превышает

θ1,min..

Практика эксплуатации судовых РЛС показала, что ширина «мертвой» зоны не превышает 25 м.

Выбор скорости вращения антенны

Для повышения надежности обнаружения целей и для уменьшения среднеквадратических погрешностей измерения навигационных параметров целей целесообразно уменьшать скорость вращения антенны.

Но при этом теряется динамичность обзора окружающего пространства, возрастает вероятность столкновения со встречными судами из-за возможной задержки в получении навигационной информации.

По требованию ИМО скорость вращения судовой антенны РЛС должна быть не менее 20 об/мин.

В судовых РЛС скорость вращения антенны обычно равна

20…25 об/мин.

Выбор поляризации сигналов

Любая антенна излучает (или принимает) сигналы с линейной (горизонтальной или вертикальной), круговой либо, в общем случае, с эллиптической поляризацией.

224

При изменении вида поляризации величина эффективной поверхности рассеяния целей меняется, особенно если размеры целей соизмеримы с длинной волны.

При облучении целей имеет место деполяризация, в результате которого поляризация отраженного от цели сигнала отличается от поляризации зондирующих сигналов.

Если отражающая поверхность велика и представляет собой большую идеально проводящую пластину, то деполяризация отсутствует, но фаза электрической компоненты поля как при горизонтальной, так и при вертикальной поляризации меняется на противоположную. Таким образом, если зондирующий сигнал имел вертикальную или горизонтальную поляризацию, то и отраженный сигнал будет иметь ту же поляризацию. Аналогом такой проводящей пластины является морская поверхность.

При круговой поляризации картина меняется. При круговой поляризации волны ее ортогональные компоненты в виде линейно поляризованных колебаний, как отмечалось выше, отразятся без деполяризации, однако, т. к. фазы изменятся на противоположные, поле отраженной круговой поляризованной волны изменит направление вращения, если смотреть вдоль распространения волны.

Малые цели деполяризуют приходящую волну с линейной поляризацией. На рис. 8.3 представлен полуволновый вибратор.

Рис. 8.3

225

Если вектор электрического поля Е составляет с осью вибратора угол θ, то отраженная волна будет содержать не только вертикальную, но и горизонтальную составляющую поляризации. Это приводит к тому, что при отражении от малых целей поле в точке приема эллиптически поляризовано независимо от поляризации первичной волны. Так при облучении цели горизонтально поляризованной волной примерно 10% энергии отраженного сигнала приходит с вертикальной поляризацией.

Деполяризация может быть вызвана не только целью, но и средой распространения. Сигналы, отраженные от гидрометеоров (дождь, снег, град), имеют круговую поляризацию.

Поляризационные эффекты могут быть использованы для повышения качества обнаружения целей. Поляризацию антенны следует устанавливать ортогонально по отношению к поляризации помехи.

Если помеха имеет горизонтальную поляризацию, то антенна должна иметь вертикальную поляризацию, если помеха имеет вертикальную поляризацию, то антенна настраивается на горизонтальную поляризацию.

Если помеха имеет круговую поляризацию с вращением по часовой стрелке, то антенна должна настраиваться на круговую поляризацию с вращением против часовой стрелки.

Если помеха представляет собой эллиптически поляризованное колебание, то приемная антенна должна быть настроена на эллиптическую поляризацию, но со сдвигом на 90 о положения большой оси эллипса поляризации.

В случае дождевых капель лучше всего использовать антенну с круговой поляризацией, т. к. отраженные от дождя сигналы будут иметь круговую поляризацию, но с противоположным направлением вращения. Условие ортогональности поляризации помехи по отношению к поляризации антенны будет выполнено и, следовательно, эффект мешающего действия помехи будет наименьшим.

Антенна РЛС с круговой поляризацией должна состоять из двух антенн, одна из которых имеет горизонтальную, а другая вертикальную поляризацию радиоволн. Фаза высокой частоты сигнала одной из антенн сдвинута на 90 о. Результирующее по-

226

ле такой комбинированной антенны будет иметь круговую поляризацию.

Антенны РЛС по требованию ИМО в 3-сантиметровом диапазоне волн настроены на горизонтальную поляризацию.

Казалось бы, использование для судовых РЛС антенн с разными видами поляризаций позволило бы уменьшить уровень взаимных помех, однако, так как все береговые и судовые маяки-ответчики (см. главу X) излучают сигналы с горизонтальной поляризацией радиоволн, требование ИМО о едином виде поляризаций для всех судовых РЛС является обоснованным.

Все приводимые данные об эффективной поверхности рассеяния целей приводятся для случая горизонтальной поляризации зондирующих сигналов.

8.3. Характеристика отечественных судовых РЛС

Поколение ранее разработанных судовых РЛС: НАЯДА–5, ОКЕАН–М, ДОН, ПЕЧОРА, – не отвечает современным требованиям по безопасности судовождения из-за низкой надежности РЛС и использования устаревших средств отображения на экране ЭЛТ с радиально-круговой разверткой.

Впоследние годы появилось новое поколение РЛС: ГАЛС,

ЛИМАН–Т, ЛИМАН–МТ2, ЛИМАН–МТ3, НАЯДА–25М1, НАЯДА–34М1 и др., которые построены на современной элементной базе.

Вэтих РЛС вся обработка информации производится цифровыми методами на базе высокопроизводительных процессоров. Навигационная информация высвечивается на дисплеях с растровой разверткой изображения.

Внешние виды визуальных индикаторов РЛС нового поколения представлены на рис. 8.4 …8.7.

Втабл.8.1 приведены основные характеристики отечественных РЛС последнего поколения.

Втаблицах основных характеристик судовых РЛС (радаров) (табл. 8.1, 8.3 и 8.6) используются обозначения: Щ – щелевая антенна; МП – микрополосковая антенна; а – длина

антенны; αг – ширина луча в горизонтальной плоскости; θ –

227

ширина луча в вертикальной плоскости; Ω – скорость вращения антенны; fo – несущая частота сигнала; τи – длительность импульса; fупч – промежуточная частота; fупч – ширина полосы пропускания частот УПЧ; Nш – коэффициент шума; Pи – выходная импульсная мощность; Dmax – максимальная дальность; Dmin

– минимальная дальность; D – разрешающая способность по дальности; Δα – разрешающая способность по азимуту; σD/D- относительная погрешность измерения дальности; σα – погрешность измерения азимута; LД – размер экрана ЭЛТ по диагонали; Dэф – эффективный диаметр экрана ЭЛТ; NГ/NВ – число пикселей по горизонтали и вертикали; цвет – цветность изображения; U= – первичная сеть питания по постоянному току; U~ – первичная сеть питания по переменному току; P= – потребляемая мощность по постоянному току; P~ – потребляемая мощность по переменному току.

РЛС ГАЛС используется на судах валовой вместимостью менее 150 т; РЛС ЛИМАН (в зависимости от модификации имеет эффективные диаметры ЭЛТ 215; 270; 250 мм) – на судах валовой вместимостью от 150 до 1000 т и от 1000 до 10000 т; РЛС НАЯДА–25М1 – на судах валовой вместимостью 1000 т и более, но менее 10000 т; РЛС НАЯДА–34М1 – на судах валовой вместимостью 10000 т и более.

На рис. 8.4…8.6 приведены передние панели визуальных индикаторов отечественных РЛС соответственно ГАЛС, ЛИМАН, НАЯДА–25М1.

Эти РЛС (в зависимости от вида) обеспечивают навигацию судов любой валовой вместимости.

Все указанные РЛС работают в 3-сантиметровом диапазоне, РЛС ЛИМАН и НАЯДА–25М1 комплектуются антеннами разных размеров. Приемопередатчики РЛС размещены в поворотных устройствах вблизи антенн.

Дальности действия РЛС в зависимости от выходной импульсной мощности и коэффициента усиления антенн лежат в пределах 32…96 морских миль.

РЛС ГАЛС обеспечивает автообнаружение и сигнализацию о нахождении целей в охранной зоне, сопряжение с приемоиндикатором GPS.

228

РЛС ЛИМАН, кроме вышеуказанных функций, выполняет полуавтоматическое сопровождение 10…20 целей.

Визуальный индикатор РЛС НАЯДА–34М1 – отвечает всем требованиям ИМО к САРП и обеспечивает:

•отображение следов прошлого положения целей с регулированием времени их длительности;

•автообнаружение и сигнализацию до 50 целей с индикацией параметров движения и параметров сближения с предупреждением об опасности и имитацией маневров на расхождение;

•вывод данных САРП в систему отображения морских электронных карт.

Рис. 8.4

229

Рис. 8.5

Рис. 8.6

230