Судовые навигационные радиолокационные станции
Пособие содержит описание состава комплекта, эксплуатационно-технических характеристик, устройства, функциональных схем, правил эксплуатации судовых навигационных радиолокационных станций типа Донец-2, Миус, Печера-1, Наяда-5, эксплуатируемых на судах морского и речного флота.
Цель пособия – формирование у будущих судоводителей практических навыков по работе с судовыми радиолокационными станциями.
Пособие предназначено для курсантов судоводительского факультета Киевской государственной академии водного транспорта.
ВВЕДЕНИЕ
Судовые навигационные РЛС используются в судовождении для обнаружения, определения координат и параметров движения различных надводных и береговых объектов, береговой линии и других препятствий, способных отражать энергию зондирующих сигналов в сторону РЛС. Решение этих задач позволяет обеспечить безопасность мореплавания при нахождении судов в узкостях и других стесненных условиях плавания; безопасное расхождение судов при пониженной или ограниченной видимости; определение места судна по известным береговым или плавучим ориентирам и с помощью специально устанавливаемых РМО.
В судовых навигационных РЛС почти исключительно используется импульсный метод радиолокации, который позволяет обнаруживать и наблюдать на экране радиолокатора одновременно большое количество целей, т. е. контролировать всю окружающую обстановку в радиусе действия станции.
Такая РЛС периодически излучает кратковременные импульсы колебаний СВЧ, а в промежутке принимает отраженные от объектов импульсные сигналы, запаздывающие на время:
t = 2D/с,
где D – расстояние до объекта,
с – скорость распространения радиоволн.
По этому интервалу времени определяется расстояние или дальность:
D = ct/2,
а с помощью остронаправленной антенны – направление (азимут) на обнаруженный объект. При наличии в зоне действия РЛС нескольких целей принимаемые отраженные сигналы будут смещены во времени и по азимуту в соответствии с дальностями до этих объектов и направлениями на них.
К преимуществам импульсного метода относится сравнительная простота использования одной антенны как для передачи, так и для приема импульсных сигналов.
Недостатками импульсных навигационных РЛС являются необходимость применения больших пиковых мощностей зондирующих импульсов, сложность определения скорости движения объектов, невозможность измерения очень малых расстояний, относительно большая минимальная дальность действия РЛС, зависящая от длительности импульсов, минимальное значение которых ограничивается шириной частотного спектра и временем протекания переходных процессов в аппаратуре.
Импульсные судовые навигационные РЛС должны обладать достаточной разрешающей способностью, точностью измерения расстояний и направлений на обнаруживаемые объекты, минимальными габаритными размерами и массой, обеспечивая при этом:
– круговой обзор по азимуту, дающий возможность контролировать окружающую надводную обстановку в заданном радиусе действия;
– ориентацию изображения отраженных сигналов от объектов на экране индикаторе как относительно курса судна (диаметральной плоскости), так и относительно меридиана;
– надежное обнаружение как больших, так и малых низкорасположенных надводных объектов (буи, шлюпки, различные препятствия) при наличии помех от взволнованной морской поверхности и от погодных условий (дождь, снег, туман и пр.);
– дальность обнаружения объектов независимо от амплитуды качки судна;
– воспроизведение на экране индикатора как относительного, так и истинного движения объектов;
– надежность работы и простоту обслуживания.
Все вышеизложенное относится к судовым навигационным РЛС «Донец-2», «Миус», «Печера-1», «Наяда-5».
РЛС «Донец-2», «Миус», «Печера-1», «Наяда-5» работают импульсным методом, имеют индикатор кругового обзора (ИКО), снабженный электронно-лучевой трубкой с радиально-круговой разверткой луча. В комплект этих РЛС, как правило, входят такие приборы и блоки как:
– антенно-волноводное устройство (прибор А);
– приемо-передающее устройство (прибор П);
– индикаторное устройство (прибор И);
– источники питания.
С 1960 г. на морских и речных судах начали устанавливать РЛС «Донец», которая быстро завоевала популярность у судоводителей. При небольших габаритах и высокой экономичности РЛС «Донец» позволяла эффективно решать разнообразные навигационные задачи. Но в процессе освоения и эксплуатации были выявлены некоторые дополнительные технические требования, которые легли в основу ее модернизации. Полному усовершенствованию подвергались антенное и передающее устройства. Остальные приборы были также существенно переделаны. РЛС «Донец» и модернизированная несколько позднее РЛС «Донец-2» сыграли большую роль в повышении безопасности мореплавания и практическом использовании радиолокации в судовождении. Вместе с тем РЛС «Донец-2» имеет целый ряд существенных недостатков. К ним в первую очередь относятся:
- невозможность отображения надводной обстановки на экране ИКО в режиме истинного движения;
- отсутствие электронного визира направлений с цифровым счетчиком;
- невозможность оперативного смещения на 2/3 радиуса экрана центра радиально-круговой развертки как в режиме истинного движения, так и в режиме относительного движения, что не позволяет увеличивать дальность радиолокационного обзора в выбранном направлении без изменения масштаба шкалы дальности;
- отсутствие подвижных кругов дальности;
- отсутствие возможности решения навигационных задач путем сопряжения с устройством оценки опасности сближения с надводными объектами;
- отсутствие специального обледенительного устройства в приводе вращения антенны;
- не большая мощность излучения, а значит и не большая дальность действия;
- применение устаревшей элементной базы на основе электронных ламп.
Развитие вычислительной техники, развитие элементной базы, необходимость поддержания технического уровня судовых навигационных РЛС, отвечающих Международной конвенции по охране человеческой жизни на море, вызвали настоятельную необходимость создания следующего поколения РЛС. Создаются РЛС «Миус», РЛС «Печера», «Наяда»
РЛС «Наяда-5» по сравнению с предыдущей серией РЛС «Наяда» («Наяда-1», «Наяда-2», «Наяда-3». «Наяда-4») имеет бóльшую мощность излучения, увеличенные размеры экрана ЭЛТ и может сопрягаться с устройством оценки опасности сближения с надводными объектами.
Отличительными особенностями РЛС «Печера-1», «Наяда-5» являются:
- возможность отображения надводной обстановки на экране ИКО как в режиме относительного движения, так и в режиме истинного движения («Наяда-5»);
- возможность измерения угловых координат объектов как механическим, так и электронным визиром с цифровым счетчиком направлений;
- возможность оперативного смещения на 2/3 радиуса экрана центра радиально-круговой развертки как в режиме истинного движения, так и в режиме относительного движения, что позволяет увеличивать дальность радиолокационного обзора в выбранном направлении без изменения масштаба шкалы дальности;
- возможность решения навигационных задач путем сопряжения с устройством оценки опасности сближения с надводными объектами;
- наличие специального обледенительного устройства в приводе вращения антенны;
- более высокая разрешающая способность по дальности и направлению за счет укорочения длительности зондирующих импульсов, сужения ширины диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости и использования в индикаторе ЭЛТ с повышенной разрешающей способностью;
- бóльшая мощность излучения, а значит и бóльшая дальность действия, увеличенные размеры экрана ЭЛТ,
- более современная элементная база.
Следующим этапом в развитии и совершенствовании судовых навигационных РЛС стало создание автоматизированных станций (систем), заложивших основу автоматизации процессов судовождения, имеющих в своем составе устройства, обеспечивающие автоматическое сопровождение объектов в режиме кругового обзора окружающего пространства, автоматическое решение задачи расхождения с сопровождаемым объектом (целью).
Современные радары в связи с достаточно бурными темпами развития радиоэлектронных систем навигации имеют значительные преимущества перед РЛС, которые представлены в данном учебном пособии. Это, прежде всего:
- значительно уменьшенные вес и габариты;
- наличие цветного изображения;
- простота в эксплуатации;
- применение современных технологий обработки сигналов;
- применение новых надежных приводов антенн и новых усовершенствованных антенн;
- наличие простой системы управления при помощи клавиш, валкодеров и меню;
- наличие встроенной системы ЕРА и возможности дополнительной установки ARPA;
- наличие традиционных для современных высокотехнологичных радаров целого ряда функций (двойные электронные курсоры азимута (EBL), дальности (VRM) и маркера удаления (EVRM), режим смещения, память для созданных оператором карт и др.;
- наличие автоматической системы управления настройкой приемника.
Следует отметить, что в настоящее время РЛС «Донец-2», «Миус», «Печера-1», «Наяда-5» промышленностью не выпускаются, но в тоже время продолжают находиться в эксплуатации на морских и речных судах. РЛС «Наяда-5» успешно применяется также и для управления движением судов в морских торговых портах.
В главах учебного пособия даются описания, правила эксплуатации, приводятся основные тактико-технические характеристики, назначение функциональных блоков и узлов по мере усовершенствования РЛС и их развития.
В главе I рассматривается импульсные судовые навигационные РЛС «Донец», «Донец-2».
Глава II содержит описание судовой РЛС «Миус».
Главы III и IV посвящены описанию усовершенствованным РЛС «Печера-1» и «Наяда-5».
Такое последовательное изложение учебного материала позволит приобрести не только практические навыки по эксплуатации однотипных РЛС, но и облегчит усвоение принципа действия и эксплуатации современных радаров.
СУДОВЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ
РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СТАНЦИИ «ДОНЕЦ», «ДОНЕЦ-2»
1.1. НАЗНАЧЕНИЕ:
Навигационная РЛС «Донец» является станцией кругового обзора и предназначена для установки на судах морского и речного флота водоизмещением от 300 т и выше для повышения безопасности плавания и решения навигационных задач судовождения. Ниже приведены тактико-технические характеристики РЛС «Донец», которые отличаются от РЛС «Донец-2» по дальности обнаружения среднего морского буя, разрешающей способностью по углу, импульсной мощностью, шириной диаграммы направленности и потребляемой мощностью.
1.2. ЭКСПЛУАТАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:
- Дальность обнаружения при высоте антенны 15 м и длине волноводного тракта 10 м:
судна водоизмещением 3000 т – 10 миль,
среднего морского буя – 2 мили (для РЛС «Донец-2» - 1.8 мили).
- Минимальная дальность обнаружения объектов: не более 35 метров.
- Точность измерения расстояния:
для шкалы 0,6 миль - 5 % от шкалы,
для остальных шкал – не более 3 % от шкалы.
- Точность измерения углов: ± 1°.
- Разрешающая способность по дальности:
для шкалы 0,5 мили – 30 метров,
для шкалы 6 миль – 90 метров;
- Разрешающая способность по углу:
для шкал 6, 12, 24 мили – 1,8° (для РЛС «Донец-2» - 1.7°),
для шкал от 0,5 до 1,5 мили - 2÷3°.
- Длина волны – 3,2 см (9400 Мгц).
- Длительность излучаемого импульса:
на шкалах 0,5 – 1,5 и 3 мили – 0,1÷ 0,3 мкс,
на остальных шкалах – 0,5 мкс.
- Частота повторения импульсов:
- на шкалах 0,5 = 1,5 и 3 мили - 3000 ÷ 3400 имп/сек.
- Ширина диаграммы направленности:
в горизонтальной плоскости – 1,6° ± 0,2 (для РЛС «Донец-2» - 1.4°),
в вертикальной плоскости - 22° ± 2 (для РЛС «Донец-2» - 20° ± 2).
- Импульсная мощность передатчика не менее – 8,5 квт (для РЛС «Донец-2» - 13 квт).
- Диаметр экрана индикатора – 230 мм.
- Скорость вращения антенны – 14-16 об/мин.
- Мощность потребляемая от судовой сети – до 2,15 квт (для РЛС «Донец-2» - 1,8 квт).
- Мощность потребляемая устройством подогрева – 0,75 квт.
- Время подготовки к работе с момента включения – не более 5 минут.
СОСТАВ КОМПЛЕКТА
Судовая РЛС «Донец» («Донец-2») состоит из следующих приборов:
- Прибор А – Антенное устройство
- Прибор П – Приёмопередатчик
- Прибор В – Прибор питания
- Агрегат питания с пускорегулировочной аппаратурой.