Cудовые радиолокаторы

В течение долгого времени использованию радиолокации на моторных и парусных яхтах, даже достаточно крупных, препятствовали неприемлемо большие размеры и значительное энергопотребление существовавших тогда радаров. Возможность их установки на относительно небольшие суда появилась лишь после широкого внедрения микроэлектроники, в первую очередь твердотельных СВЧ-приборов, микропроцессоров и больших жидкокристаллических матриц (экранов), позволивших в сочетании с современными методами обработки сигналов получить компактные, надежные, экономичные радары, удобные в эксплуатации даже на небольшом судне.

Назначение и работу радиолокатора хорошо иллюстрирует пришедшее из-за океана широко распространенное название: радар (RADAR) — аббревиатура Radio Detection And Ranging, т.е. радиообнаружение и измерение дальности.

Любой радиолокатор имеет три основных элемента — сканирующую антенну, приемопередатчик и дисплей. В современных судовых радарах два первых элемента объединяются в отдельный модуль, обычно называемый сканером.

При работе вращающаяся в горизонтальной плоскости антенна радара излучает вырабатываемые передатчиком короткие высокочастотные (так называемые «зондирующие») импульсы и принимает отраженные от различных объектов сигналы. Приемник выделяет отраженные сигналы из шумов и передает их на дисплей, где осуществляется обработка сигналов и отображение окружающего пространства на экране индикатора кругового обзора. Управляя работой радара и наблюдая на экране радиолокационную остановку вокруг судна, оператор производит визуальное обнаружение целей (под целью в радиолокации понимается любой обнаруженный радаром объект), измерение их дальности и азимута относительно судна.

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РАДАРОВ

Дальность действия

Дальность обнаружения зависит от многих факторов — от отражательной способности цели (характеризуемой так называемой ЭПР — эффективной поверхностью рассеяния), ее контрастности по отношению к фону, высоты антенны и цели, состояния атмосферы и моря. Поэтому данная характеристика задается дифференцированно по типам целей и условиям работы радара.

Обычно в паспортных данных на судовые радары приводят максимальную (инструментальную) дальность, которая для подавляющего большинства компактных яхтенных радаров составляет 16 или 24 морские мили.

В реальных условиях радиолокационное наблюдение ведется, как правило, на меньших расстояниях, определяемых потребностями судовождения. В этих случаях использование развертки экрана с максимальной дальностью нецелесообразно, так как это приводит к существенной избыточности информации и к уменьшению размеров цели, что затрудняет ее обнаружение. Поэтому в радарах существует несколько так называемых шкал дальности — значений, в пределах которых может работать радар. Например, популярный среди владельцев небольших судов радар Furuno M1712 имеет следующий набор шкал:

Дальность (миль)

Такое большое количество шкал позволяет получать общее представление об окружающем пространстве на больших расстояниях, а также детальное радиолокационное изображение на дальностях, представляющих наибольший интерес с точки зрения обеспечения безопасности плавания.

Ошибки определения координат цели

Для любого навигационного прибора, определяющего местоположение, важнейшим показателем является ошибка определения местоположения. Судовой радар определяет две координаты цели — дальность относительно антенны и направление (азимут) относительно линии направления (истинного, магнитного, направления движения). Ошибка определения расстояния портативных радаров обычно составляет (0,9–1,0)% от максимального значения используемой шкалы дальности, ошибка определения направления равна ё1o.

Скорость вращения антенны

Этот параметр определяет скорость обновления информации на экране радара, что особенно важно при управлении скоростными судами. Скорости вращения антенн портативных радаров достаточно высокие: так, у уже известного нам М1712 она составляет 24 об/мин.

Функциональные возможности

Функциональные возможности радаров определяют удобство работы с прибором и способность получения той или иной информации. Рассмотрим возможности современного радара.

Обнаружение целей

Обнаружение любых объектов осуществляется визуально на экране локатора. Небольшие объекты — суда, буи, островки — отображаются в виде ярких точек на фоне различных помех — от собственных шумов приемника, от волн и атмосферных осадков, маскирующих отметки от целей.

Определение координат

Как уже отмечалось выше, судовой радиолокатор определяет две координаты в своей местной системе — дальность и азимут относительно судна.

Измерение дальности

Дальность до цели может определяться тремя способами — с помощью колец дальности, с помощью курсора и с помощью маркера переменного расстояния VRM.

Если посмотреть на экран радара, первое, что бросается в глаза, — это находящиеся на нем концентрические кольца. Количество колец и расстояния между ними жестко связаны с используемыми шкалами дальности. Для измерения расстояния до цели достаточно подсчитать количество колец между ее отметкой и центром экрана, умножить это число на расстояние между кольцами и прибавить оцененное на глаз приблизительное расстояние от отметки до внутренней кромки ближайшего по направлению к центру кольца. Понятно, что такой способ дает наглядную и быструю, но весьма грубую оценку, поэтому для получения точных значений используют два других способа. 

Для точных измерений могут быть использованы курсор и подвижный маркер расстояний VRM.

Курсор — это отметка на экране в виде перекрестия, управляемая с помощью клавиш или трэкбола. Чтобы измерить дальность до цели, достаточно поместить перекрестие на внутреннюю границу отметки, после чего искомое значение вместе со значением азимута высветится в углу экрана.

Маркер расстояний — это кольцо на экране, радиус которого может выбираться оператором. Изменяя величину радиуса, совместите наружную кромку кольца с внутренней границей отметки цели — и вы получите значение расстояния до цели, высвеченное в углу экрана.

Измерение направления

Направление отсчитывается от курсовой линии — вертикальной линии на экране, совпадающей с диаметральной плоскостью судна. При наличии магнитного компаса или гирокомпаса, сопрягаемого с радаром, отсчет азимута может производиться от магнитного или истинного направления на север.

Измерение направления может осуществляться либо с помощью курсора (аналогично показанному выше измерению дальности), либо с использованием линии электронного маркера пеленга (EBL).

Электронный маркер пеленга (EBL) — это исходящая из центра экрана линия (иногда называемая «линией электронного пеленга»), положением которой может управлять оператор. С помощью органов управления наводят маркер на середину отметки, после чего считывают высвеченные в углу экрана значения азимута либо определяют их по шкале направлений, находящейся на краю экрана.

Определение координат

При сопряжении радара с приемником спутниковой навигации или приемоиндикатором радионавигационных систем «Лоран» или «Декка» он может определять и высвечивать на экране широту и долготу выбранных целей.

Помимо решения основных задач — обнаружения и определения координат целей — современные радиолокаторы обладают набором функций, позволяющих существенно расширить их возможности.

Известный нам радиолокатор М1712 состоит из двух элементов — дисплея с 7-дюймовым (17,5 см по диагонали) жидкокристаллическим монохромным экраном и закрытым 15-дюймовым (38 см в диаметре) сканером, обеспечивающим дальность действия 24 мили. Некоторые модели радаров могут работать с различными сканерами, как с закрытой, так и с открытой антеннами (например, Furuno M1722C, М1732C, М1752C из серии радаров NavNet).

Характерной особенностью современных радаров является многооконный режим работы дисплея. Помимо основного радиолокационного изображения, в нижней части экрана располагаются так называемые «Data Boxes» — окна, в которых находится навигационная информация, получаемая от связанных с радаром датчиков — компаса, приемника GPS, эхолота, лага, а также данные о положении на экране курсора и маркеров направления и дальности.

В ряде современных радаров с помощью дополнительных экранных окон можно выделить сектор контроля, положение курсора, получить графическое изображение «Hayway», используемое в приемниках GPS для судовождения по путевым точкам и маршрутам. И, наконец, можно наблюдать общую радиолокационную картину одновременно с выделенным и растянутым участком находящегося на экране пространства.

Однако на этом не заканчиваются все возможности полиэкрана: новейшие радары производства Furuno, JRC, Raymarine и некоторых других компаний позволяют получать на экране цветную электронную карту, радиолокационную картину окружающего пространства, а также оба изображения одновременно. При этом выполняются все функции, присущие радару при работе в режиме картплоттера: отображение карты, обозначение своего места и трассы движения, создание, хранение и использование путевых точек и маршрутов, характеристики движения и пр.

Для сокращения объема аппаратуры в рубках небольших судов на радары стали возлагать функции и других приборов — рыбопоисковых эхолотов, погодных факсов, приемников метео- и навигационных сообщений службы НАВТЕКС. Достигается это с помощью дополнительных приборов — «черных ящиков», подключаемых к радару, как это делается в моделях Furuno M1823C, М1833С, М1933С.

В настоящее время производители судовой радиоэлектроники выпускают большое количество моделей радиолокаторов для малого флота. В прилагаемой таблице приведены сравнительные характеристики некоторых наиболее распространенных и допущенных к использованию в нашей стране радаров.

Сравнительные характеристики эхолотов