Конспект лекций по РЛС и САРП для СВФ

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Введение

Роль радионавигационных систем и устройств в судовождении

История возникновения радионавигационных систем

Радионавигационные системы ближнего и дальнего действия

Радионавигационные системы наземного и космического базирования

Радиолокация импульсная и непрерывная (допплеровская)

Радиолокация активная и пассивная

Загоризонтная и сверхдальняя радиолокация

Радиолокация дальнего и ближнего действия

Радиолокационный ответ и опознавание

Автоматическая идентификация

Системы совместного действия (телевизионные, инфракрасные, тепловые, ультрозвуковые, дальномеры и обнаружители)

Системы управления судном и системы управления движением

РЛС и САРП (САС, СЭП)

Назначение - Судовая навигационная РЛС предназначена для обнаружения радиолокационных объектов, находящихся в пределах дальности радиолокационного обнаружения.

На судне навигационная РЛС используется:

в условиях ограниченной видимости;

в условиях прибрежного плавания (РЛС навигационный инструмент - точность определения угла 0.5 градуса и дистанции - 1 %

от величины шкалы дальности);

в сложных навигационных условиях.

Принцип функционирования НРЛС.

Используется принцип зондирования

Передающее Антенна

устройство передающая

Индикатор Приемное приемная

Устройство

Электромагнитная СВЧ энергия вырабатывается передатчиком, последовательность работы которого определяет синхронизатор, через антенный переключатель поступает в антенну, снабженную антенно-поворотным устройством, и излучается в эфир. Ответный эхо-сигнал через антенну и антенный переключатель попадает в приемник, где преобразуется и усиливается и поступает в индикаторное устройство. В индикаторном устройстве электрические сигналы выводятся в удобном для оператора наглядном виде, формируется дополнительная служебная информация производятся замеры и вычисления.

Структурно-функциональная схема станции.

Основные узлы передатчика - подмодулятор, модулятор, магнетрон.

Основные узлы приемника - супергетеродинный приемник с амплитудным детектором с регулировкой усиления и логарифмическими усилителями в цепи приема эхо-сигнала, видеоусилитель, схема АПЧ и возможностью РПЧ, цепи МПВ.

Приемник с передатчиком выполняется моноблоком с двумя видами исполнения - подпалубного и надпалубного размещения (совмещенный с антенно-поворотным устройством).

Индикаторное устройство - сложное электротехническое устройство выполняющее преобразование электрических сигналов в визуальную форму, формирование служебной информации, синхронизации в некоторых случаях, получение информации от других датчиков навигационной информации (лаг, гирокомпас, ПИ РНС).

Различают аналоговые и цифровые индикаторные устройства. Цифровые индикаторные устройства представляют из себя одно или более специализированных вычислительных устройств, позволяющих реализовывать функции аналогового индикаторного устройства и решать дополнительные навигационные задачи (расчеты формуляров целей, захваты и сопровождения целей, классификации целей, проигрывание ситуаций, совмещение с картографической информацией и др.).

Антенно-поворотное устройство обеспечивает вращение антенного устройства, формирование и передачу в индикаторное устройство текущего угла поворота антенны.

Антенный переключатель обеспечивает канализацию электромагнитной энергии между антенной приемником и передатчиком.

Особенности процессов излучения, распространения, отражения и приема радиоволн.

Особенности излучения СВЧ энергии - волноводы прямоугольные, гофрированные, коаксиальные линии, специальные антенные системы. Антенны - рупорные, зеркальные, щелевые, комбинированные. Радиопрозрачное покрытие.

Предельно допустимые нормы на электромагнитное излучение.

Электроманитная СВЧ энергия распространяется прямолинейно и бесконечно, имеет свойство отражаться и рассеиваться от различных препятсвий.

Рефракция атмосферы - изменение прямолинейности распространения электромагнитной энергии. Нормальная рефракция атмосферы (РЛС “видит” на 5 - 15 процентов дальше человеческого глаза в хорошую погоду).

Виды рефракции атмосферы:

Принцип измерения дальности в НРЛС.

Неподвижные кольца дальности (НКД) - грубая оценка дальности до цели.

Подвижное кольцо дальности (ПКД) - точное измерение дальности до цели.

Электронный визир дальности (ЭВД) - измерение дальности ЭВМ.

Подвижный визир дальности (ПВД).

Принцип измерения направления в НРЛС.

Механический визир отсчета направлений (МВН)

Электронный визир отсчета направлений (ЭВН)

Отметка курса (ОК).

Принципы формирования радиолокационной картины.

Ориентации изображения

«Курс- HEAD UP» - влияние рысканий курса судна

«Север - NORTH UP» - согласование с гирокомпасом (ГК)

«Курс стабилизированный - COURSE UP».

Индикации движения «ОД» (относительное движение) и «ИД» (истинное движение); особенности формирования и использования; коррекция данных курса и скорости, вводимых при ИД в индикатор от ГК и ЛАГа.

Особенности радиолокационной картины; береговые объекты естественного и искусственного происхождения; отличия радиолокационной картины от навигационной карты.

Отражающие свойства различных типов объектов - зависят от формы, ракурса, материала и т.д.

ЭПР уголкового отражателя (сторона 43 см) примерно 149 кв.м;

ЭПР катера высотой 4 м 75-250 кв.м;

ЭПР среднего судна высотой 4-6 метров 12000-30000 кв.м;

ЭПР крупного судна высотой 14-20 метров 30000-50000 кв.м;

ЭПР человека 0.8 кв.м.

Радиолокационные уголковые отражатели.

Основные технические характеристики НРЛС: включают в себя технические характеристики передатчика (импульсная мощность, длина волны излучения, длительность зондирующего импульса, период повторения импульсов), приемника (чувствительность, динамический диапазон, избирательность), антенного устройства (ширина диаграммы направлености, коэффициент усиления, скорость вращения антенны), индикаторного устройства (диаметр радиолокационного изображения, диаметр рисующего пятна).

Импульсная мощность - мощность, излучаемая РЛС в эфир. Составляет от 1…100 кВт. Иногда применяется средняя мощность - пересчитывается через длительность и период повторения импульсов. Большая мощность - большая дальность действия. Излучаемая мощность НРЛС определяется мощностью магнетрона, длиной антенно-волноводного тракта, типом антенного устройства.

Длина волны излучения - характеристика, описывающая применяемые для излучения диапазон радиоволны. Каждая НРЛС работает на своей частоте данного диапазона. Применяется частота излучения. (Произведение длины волны на частоту = скорость света. Применяемые длины волн - 3 см (Х band), 10 см (S band), 8 мм о др (соответственно около 9000, 3000, 37500 МГц). Трехсантиметровый диапазон - большая точность, большее затухание в гидрометеорах. Десяти сантиметровый диапазон - меньшая точность, большая помехоустойчивость. Миллиметровый диапазон еще большая точность, еще меньшая помехоустойчивость. РЛС трехсантиметрового диапазона - обязательна на судне (применение РЛО), десятисантиметровый диапазон применяется в плохую погоду, миллиметровый диапазон - для высокоточного определения местоположения (СУДС, швартовка и др.).

Длительность излучаемых импульсов - время, которое НРЛС работает на излучение. Зависит от выбранной шкалы дальности, влияет на разрешающую способность по дальности. На современных НРЛС имеется возможность переключения длительности импульсов-режимов (SP - "короткий" импульс, MP - "средний" импульс, LP - "длинный" импульс). "Короткие" импульсы используются на малых шкалах дальности, "Длинные" - на больших. В НРЛС используются длительности от десятков наносекунд, до единиц микросекунд.

Период следования излучаемых импульсов - период повторения импульсов - период, через который НРЛС излучает мощность в пространство. Выбирается из соображения дальности действия станции (выбранной шкалы дальности). Составляет от сотен Гц до единиц кГц.

Ширина диаграммы направленности антенны (ДНА) в горизонтальной и вертикальной плоскостях

. Для 3 см диапазона ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости 0.1 - 0.5 градусов; для 10 см - 1.2 - 2 градуса (конструктивные особенности антенны).

Для 3 см и 10 см ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости составляет около 20 градусов, что связано с качкой судна (для береговых РЛС должна быть 5 -7 градусов).

Чувствительность РЛС и приемника - характеристика, показывающая, какой минимальный сигнал может быть на входе приемника для работы НРЛС.

Диаметр и рабочий диаметр экрана - характеристика, описывающая диаметр радиолокационного изображения, выводимого на экран. Зависит от тоннажа судна. Бывает 180, 250, 340 мм. На береговых индикаторах может применяться прямоугольное изображение. Свободная часть экрана может использоваться для служебной информации.

Диаметр рисующего пятна - для монохромных индикаторов может составлять до 0,1 мм, для дисплеев разрешение экрана VGA, SVGA и др. Диаметр рисующего пятна зависит от яркости, фокусировки, расстояния от центра экрана. Наибольшие потери информации - на индикаторном устройстве. При настройке аналоговых индикаторов особое внимание настройке регулировок, яркость, фокусировка, контрастность и др.

Основные эксплуатационные характеристики НРЛС:

Погрешности измерения координат

- точность определения дальности до цели зависит от выбранной шкалы дальности, настройки РЛС, длительности импульса и составляет около одного процента от шкалы;

- точность определения угла на цель зависит от антенного устройства, периода повторения импульсов, не зависит от шкалы дальности и составляет около 0,5 градусов для трехсантиметрового диапазона и около 1,5 градусов для десятисантиметрового диапазона.

Минимальная дальность действия - определяется длительностью зондирующего импульса и составляет 150 м для длительности 1 мкс (15 м для 0,1 мкс).

Минимальная дальность обнаружения - характеристика, учитывающая длительность зондирующего импульса и время восстановления чувствительности, зависит от шкалы дальности (длительности импульса). Составляет десятки метров.

Мертвая зона - зона определяемая высотой установки антенны и шириной диаграммы направленности.

Теневые секторы в горизонтальной и вертикальной плоскости - секторы радиолокационного наблюдения, которые имеют зоны радиотени от мачт, труб, надстроек.

График теневых секторов в горизонтальной плоскости:

- высчитывается экспериментально (двумя способами);

- размещается в непосредственной близости от индикатора;

- кол-во графиков зависит от числа р/локационных антенн.

График радиодевиации НРЛС.

Максимальная дальность действия - ограничивается периодом повторения импульсов (составляет 27 миль на шкале 1 миля РЛС НАЯДА-5), зависит от мощности, чувствительности, коэф-та усиления антенны, кпд передающего и приемного тракта, длины волны, ЭПР обьекта и др.

Максимальная дальности обнаружения объектов - зависит от высоты установки антенны, рефракции атмосферы, характеристик облучаемого объекта, длины антенно-волноводного тракта, настройки РЛС. Вероятностная характеристика.

Влияние загиба земли - дальность обнаружения объектов ограничивается загибом земли.

Dmax(км)=4.12 (Ö h1(м) + Ö h2(м))

Dmax(nm)=2.22 (Ö h1(м) + Ö h2(м))

Влияние подстилающей поверхности - убывание сигнала при увеличении расстояния до объекта происходит по синусоидальному закону.

Разрешающая способность станции по дальности - характеристика, зависящая от длительности импульса, диаметра рисующего пятна, расстояния до цели. Указывает минимальное расстояние между целями, при котором они наблюдаются раздельно на экране.

Разрешающая способность по направлению зависит от ширины диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, диаметра рисующего пятна. Указывает минимальное расстояние между двумя целями, находящимися на одинаковом расстоянии, при котором они наблюдаются раздельно.

Эксплуатационные характеристики связаны с техническими характеристиками СН РЛС и наблюдаемыми объектами. Эксплуатационные характеристики зависят от регулировок СН РЛС.

Требования IMO к НРЛС. (В соответствии с резолюцией ИМО А.477 (ХII))

Дальности обнаружения (При нормальных условиях распространения радиоволн, высоте установки РЛС 15 м над уровнем моря и при отсутствии помех РЛС)

Береговой черты

• при высоте берега 60 м – на расстоянии 20 морских миль;

• при высоте берега 6 м – на расстоянии 7 морских миль;

Надводных объектов

• судов валовой вместимостью 5000 – на расстоянии 7 морских миль независимо от ракурса;

• небольшого судна длиной 10 м – на расстоянии 3 морских мили;

• объектов, аналогичных навигационному бую, имеющих эффективную поверхность рассеяния приблизительно 10 м² – на расстоянии 2 морских мили.

Минимальная дальность обнаружения. Надводные объекты начиная с минимального расстояния 50 м

Отображение информации

В условиях дневного освещения без применения внешних увеличительных устройств индикатор должен обеспечивать отображение радиолокационной информации на экране с минимальным эффективным диаметром (в пределах азимутальной шкалы) не менее, чем:

180 мм для судов валовой вместимостью 150 и более, но менее 1000;

250 мм для судов валовой вместимостью 1000 и более, но менее 10000;

340 мм для судов валовой вместимостью 10000 и более.

Набор шкал дальности индикатора

Индикатор должен обеспечивать следующий набор шкал дальности: 0,25; 0,5; 0,75; 1,5; 3; 6; 12 и 24 мили. Могут быть предусмотрены более крупные и более мелкие шкалы дальности.

Индикация шкал дальности

В РЛС должна обеспечиваться четкая индикация выбранной шкалы дальности и интервал между НКД.

Вид информации, высвечиваемой на эффективной площади радиолокационного изображения

В пределах эффективной площади радиолокационного изображения должна отображаться только та информация, которая относится к судовождению и которая связана непосредственно с изображением целей (идентификаторы, векторы).

Воспроизведение шкалы дальности

Шкала дальности (радиолокационное изображение) должна начинаться от своего судна, быть линейной и воспроизводиться без задержки.

Многоцветность изображения на экране

Разрешается применение многоцветных экранов, отвечающих следующим требованиям:

- Эхо-сигналы целей должны отображаться посредством одного и того же базисного цвета, независимо от их интенсивности;

- Дополнительная информация может отображаться различными цветами.

Восприимчивость информации при изменении освещенности

Радиолокационное изображение и информация должны легко восприниматься при любой освещенности. Если для облегчения работы с индикатором при высокой освещенности необходим защитный экран (тубус), то должны предусмотрены средства для его быстрой установки и снятия.

Изображение системной электронной карты

Избранные части информации системной электронной навигационной карты (СЭНК) могут отображаться на экране, но таким образом, чтобы обеспечить отсутствие маскировки, затенения и ухудшения основной информации.

СЭНК выводит на экран индикатора:

- береговую черту,

- контур безопасности своего судна,

- навигационные опасности,

- стационарные и плавучие средства навигационного ограждения.

Мореплаватель должен иметь возможность выбора частей СЭНК.

Представление информации должно быть выполнено в общей опорной и координатной системе.

РЛС и картографическая информация СЭНК должна отображаться в пределах всей площади изображения.

Измерение дальности

На шкалах дальности 0,25; 0,5; 0,75 миль - два НКД (но не более шести колец),

а на остальных шкалах дальности – до шести НКД.

ПКД - в форме кольца должен иметь цифровой отсчет дальности.

Отметка курса

Курс судна должен отображаться на экране непрерывной линией с максимальной погрешностью не более ±1^о.

Измерение направлений

ЭВН должен обеспечивать измерение направления на цель с максимальной погрешностью ±1^о.

ЭВН должен обеспечиваться измерения направления относительно линии ОК – курсовой угол и относительно направления истинного меридиана (СЕВЕР) – истинный пеленг.

Разрешающая способность по дальности

РЛС должна обеспечивать на шкале 1,5 мили раздельное отображение на экране двух одинаковых небольших целей, расположенных на одном пеленге, на дальности 50...100 % от номинала шкалы при расстоянии между целями не более 40 м.

Разрешающая способность по пеленгу

РЛС должна обеспечивать на шкале дальности 1,5 мили раздельное отображение на экране двух одинаковых небольших целей, расположенных на одинаковой дальности, в пределах 50...100% от номинала шкалы и различающихся по угловому положению не более, чем 2,5^о.

Влияние качки

Параметры РЛС должны быть такими, чтобы при качке (бортовой или килевой) до ±10^овключительно, эксплуатационные требования по дальности обнаружения удовлетворяли предшествующим пунктам.

Скорость вращения антенны.

Скорость вращения антенны должна быть не менее 20 об/мин.

Поляризация радиоволн

Все РЛС, работающие в диапазоне 9 ГГц, должны работать с горизонтальной поляризацией радиоволн.

Режимы работы

РЛС должна обеспечивать работу в режиме относительного и истинного движения.

Интерфейс

РЛС должна обеспечивать прием информации от такого оборудования как гирокомпас, оборудования для измерения скорости и пройденного расстояния и электронных систем местоопределения в соответствии с международными требованиями (МЭК 1162).

Радиолокационная прокладка

Электронное средство прокладки (ЭСП - СЭП) ETA

Средство автосопровождения (САС) АТА

Средство автоматической радиолокационной прокладки (САРП) ARPA - экран 250 мм.

Суда валовой вместимостью 10000 и более должны иметь САРП с диаметром экрана 340 мм.

- индикация следов радиолокационных эхосигналов целей (прошлые положения целей в виде синтезированного послесвечения). Эти следы могут отображать истинное или относительное перемещение целей. При этом истинные следы могут быть стабилизированы относительно воды или грунта.

Следы целей должны отличаться от действительных эхо-сигналов целей.

Эргономические характеристики

Должен обеспечиваться непосредственный доступ и возможность немедленного выполнения следующих функций:

Включение и выключение	On/off-switch
Яркость изображения	Monitor brilliance
Подстройка частоты (РПЧ)	Tuning
Выбор шкалы дальности	Range selection
Ослабление помех от дождя	Anticlutter rain
Электронный визир направления	Electronic bearing line
Яркость панели управления	Dimmer for panel illumination
Усиление (приемника)	Gain
Режим отображения	Presentation mode
Ослабление помех от моря	Anticlutter sea
Подвижный маркер дальности	Variable range marker
Отметка курса	Marker (cursor)

Символы, применяемые в РЛС (Резолюция А.278 (VIII) принятая 20.11.1973)

Символ	Наименование	Перевод
	OFF	Включение
	RADAR ON	РЛС включена
	RADAR STAND-BY	РЛС в режиме подготовка
	AERIAL ROTATION	Включение вращения антенны
	NORT UP PRESENTATION	Ориентация изображения по Северу
	SHIP`S HEAD UP PRESENTATION	Ориентация изображения по курсу судна
	HEADING MARKER ALINGMENT	Управление измерителем направления
	RANGE SELECTOR	Выбор шкалы дальности
	SHORT PULSE	Выбор "короткого" импульса при излучении
	LONG PULSE	Выбор "длинного" импульса при излучении
	TUNING	Настройка (подстройка АПЧ)
	GAIN	Усиление
	ANTI-CLUTTER RAIN MINIMUM	Положение регулятора подавления помех от дождя на минимальном значении (МПВ)
	ANTI-CLUTTER RAIN MAXIMUM	Положение регулятора подавления помех от дождя на максимальном значении (МПВ)
	ANTI-CLUTTER SEA MINIMUM	Положение регулятора подавления помех от волн (помехи в ближней зоне) на минимальном значении (ВАРУ)
	ANTI-CLUTTER SEA MAXIMUM	Положение регулятора подавления помех от волн (помехи в ближней зоне) на минимальном значении (ВАРУ)
	SCALE ILLUMINATION	Регулировка подсвета шкалы
	DISPLAY BRILLIANCE	Регулятор яркости экрана
	RANGE RINGS BRILLIANCE	Регулировка яркости неподвижных колец дальности
	VARIABLE RANGE MARKER	Регулировка подвижного кольца дальности
	BEARING MARKER	Управление визиром направления
	TRANSMITTED POWER MONITOR	Включение канала проверки наличия излучения
	TRANSMIT/RECEIVE MONITOR	Включение канала проверки работоспособности приемника и передатчика