Радары для малого флота.

В «КиЯ»  №169 мы познакомили вас с принципами построения навигационных систем на основе концепции и протокола обмена SeaTalk и с несколькими сериями системообразующих элементов — лагами, эхолотами, электронными компасами и прочими, крайне необходимыми для парусных и моторных судов приборами.  Сейчас же речь пойдет о наиболее сложных приборах, созданных с использованием современных высоких технологий: с судовыми радиолокаторами, или, как их еще называют, радарами. Радиолокаторы — детище противовоздушной обороны, впервые появились на военных кораблях в годы Второй мировой войны и первоначально использовались для обнаружения воздушных и надводных целей.

Обладая высокими по тем временам возможностями, они, тем не менее, оказались не востребованными гражданским флотом — громоздкие и недостаточно надежные, они занимали слишком много места на транспортных и пассажирских судах и, главное, требовали для эксплуатации специально обученного и многочисленного персонала.

Судовой радиолокатор прописался в ходовой рубке гражданских судов лишь после освоения диапазона волн длиной 3 см, применение которых позволило резко сократить размеры антенн и приемо передающих устройств, и появления новых электронных компонентов, существенно повысивших надежность радара и предельно упростивших его эксплуатацию.

В течение долгого времени использованию радиолокации на яхтах, даже достаточно крупных, препятствовали неприемлемо большие размеры и энергопотребление существующих 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 и удобные в эксплуатации даже на небольшом судне радары.

Прежде чем переходить к обзору конкретных приборов, кратко познакомимся с основными элементами и принципами работы радиолокатора.

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

Любой радиолокатор имеет три основных элемента — сканирующую антенну, приемопередатчик и дисплей (рис.1). 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 импульсы (так называемые “зондирующие импульсы”) и принимает отраженные от различных объектов сигналы.

Приемник выделяет отраженные сигналы из шумов и передает их на дисплей, в котором осуществляется их обработка и отображение окружающего пространства на экране индикатора кругового обзора.

Наблюдая на экране радиолокационную обстановку вокруг судна, оператор производит визуальное обнаружение целей (под целью в радиолокации понимается любой обнаруженный радаром объект), измерение их дальности и азимута относительно судна и управление работой радара.

Основные характеристики радаров.

Функциональные возможности радиолокатора определяются рядом характеристик, понимание которых позволяет сделать правильный выбор аппарата, в той или иной степени удовлетворяющего потребностям владельца именно этого судна. Познакомимся с некоторыми из них.

Дальность действия. Дальность действия радара, указываемая в его паспортных данных — это его важнейший, но далеко не однозначный показатель, и в реальных условиях дальность обнаружения различных целей не всегда будет совпадать с заявленной.

Дальность обнаружения зависит от многих факторов — отражательной способности цели (характеризуемой так называемой ЭПР — эффективной поверхностью рассеивания), ее контрастностью по отношению к фону, высотой антенны и цели, состоянием атмосферы и моря.

Поэтому данная характеристика задается дифференцированно по типам целей и условиям работы радара. В соответствии с требованиями Международной Морской Организации(IMO), при нормальных условиях распространения радиоволн, высоте установки антенны РЛС 15 м над уровнем воды и при отсутствии помех от моря, РЛС должна обеспечивать четкую индикацию:

1. Береговой черты: при высоте берега до 60 м — на расстоянии до 20 морских миль; при высоте берега до 6 м — на расстоянии до 7 морских миль.
2. Надводных объектов: — судов валовой вместимостью 5000 т — на расстоянии 7 морских миль независимо от ракурса; — небольшого судна длиной 10 м — на расстоянии 3 морских миль; — объектов, аналогичных навигационному бую, имеющих ЭПР приблизительно 10 м² — на расстоянии 2 морских миль.

Поскольку обнаружение целей возможно только при наличии прямой видимости, то, зная высоту установки антенны радара и ориентировочную высоту цели, можно определить предельную дальность ее обнаружения в морских милях, пользуясь известным выражением:

Rmax = 2.2 (gh₁+gh₂),

где h₁ и h₂ — высота установки антенны и высота цели над уровнем моря. Обычно в паспортных данных на судовые радары приводят максимальную (инструментальную) дальность, составляющую для подавляющего большинства компактных яхтенных радаров 16 морских миль.

В реальных условиях радиолокационное наблюдение ведется, как правило, на меньших расстояниях, определяемых потребностями судовождения. В этих случаях использование развертки экрана с максимальной дальностью не целесообразно, 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 «Raytheon SL72»  имеет следующий набор шкал:

Дальность (миль): 0.125; 0.25; 0.5; 0.75; 1.5; 3.0; 6.0; 12; 24 Такое большое количество шкал позволяет получать и общее представление об окружающем пространстве на больших расстояниях, и детальное радиолокационное изображение на дальностях, представляющих наибольший интерес с точки зрения обе спечения безопасности плавания.

Кроме того, в некоторых радарах имеется возможность выделения и просмотра отдельных участков окружающего пространства в укрупненном масштабе. 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)% максимального значения используемой шкалы дальности, ошибка определения направления  ±1°.

Скорость вращения антенны. Этот параметр определяет скорость обновления информации на экране радара и особенно важен при управлении скоростными судами.

Скорости вращения антенн портативных радаров достаточно высокие: у уже известных нам «SL72» и «SL74» она составляет 27 об./мин., а у некоторых аналогичных (например, у «JRC Radar 1000») и более, что позволяет использовать их на всех доступных скоростях передвижения по воде.

Функциональные возможности.

Функциональные возможности радаров определяют удобство работы с прибором и способность получения той или иной информации. Для понимания того, что может современный радар, снова обратимся к нашему знакомому «SL72», а точнее — к работе с ним.

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

Для выделения отметок от целей на фоне помех в судовых радарах предусмотрены различные функции — регулировка усиления приемника, подавление отражений от волн и дождя, расширение отметки (введение так называемого «следа эхо») и ряда других ухищрений.

Определение координат. Как yже oтмечaлocь, судовой радиолокатор определяет две координаты в своей местной системе — дальность и азимут относительно судна.

Измерение дальности. Дальность до цели может определяться тремя способами — при помощи колец дальности, при помощи курсора и при помощи 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 отметки от 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.

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

Подвижный маркер расстояний VRM — это кольцо на экране, радиус которого может выбираться оператором. Изменяя величину радиуса, совместим 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, сопрягаемых с радаром, отсчет азимута может осуществляться от магнитного или истинного направления на Север.

Измерение направления может осуществляться при помощи курсора (аналогично измерению дальности) либо с использованием линии электронного маркера пеленга EBL. Электронный маркер пеленга EBL — это исходящая из цент ра экрана линия (иногда называемая «линией электронного пеленга»), положение которой может управляться оператором.

При помощи органов управления наводят маркер на середину отметки, после чего считывают высвеченные в углу экрана значения азимута, либо получают их по шкале направлений, находящейся на краю экрана.

Определение координат — широты и долготы цели. При сопряжении с приемником спутниковой навигации или приемоиндикатором радионавигационных систем «Лоран» или «Декка» радар 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, существенно расширяющих их возможности. Познакомиться с ними мы можем на примере радара «Raytheon SL72».

Выбор этой модели объясняется тем, что она входит в комплект информационно сопрягаемых в формате «SeaTalk» приборов «Raytheon», представленных в «КиЯ» № 169. Но для начала познакомимся с прибором.

Радиолокатор SL72 состоит из двух элементов — дисплея «SL70»  с 7 дюймовым (17.5 см по диагонали) жидкокристаллическим экраном и закрытым 18 дюймовым (47 см в диаметре) сканером, обеспечивающим дальность действия 24 мили.

Дисплей «SL70» может работать также с более солидным 24 дюймовым сканером с дальностью действия 48 миль — та кая модель имеет название «SL74».

При взгляде на переднюю панель радара бросается в глаза полное отсутствие каких либо рукояток настройки и переключателей — все управление и настройки осуществляются клавишами с использованием экранных транспарантов и меню.

Характерной особенностью «SL72» 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 (рис.2).

При помощи дополнительных экранных окон можно выделить сектор контроля, положение курсора, получить графическое изображение «Highway», 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 этим не исчерпываются все возможности полиэкрана — созданный на базе дисплея «SL70» радар чартплоттер     «RL72RC» позволяет получать на экране электронную карту, радиолокационную картину окружающего пространства, а также оба изображения одновременно (рис.3).

При этом при работе в режиме чартплоттера выполняются все присущие ему функции — отображение карты, обозначение своего места и трассы движения, путевые точки и маршруты, характеристики движения и пр.

Интерфейс судовых радиолокаторов позволяет использовать их в составе навигационных систем, имеющих единый международный протокол обмена «NMEA 0183». Радары «SL72» и «RL72RC», в отличие от других, имеют еще и протокол обмена «SeaTalk», что позволяет сопрягать их с приборами «Autohelm» и «Raytheon», получать от них и отображать на экране большой объем навигационной информации.

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

На более крупных судах, не столь стесненных объемом помещений и возможностями источников электропитания, используются компактные радары с дисплеями на электронно лучевыхтрубках, обладающие более крупными и яркими экранами с высокой разрешающей способностью («Raytheon R70» и «JRC Radar 2000» с 7 дюймовым экраном; «JRC JMA 2253» и «Furuno М 1832» с 10 дюймовыми экранами).

При выборе радиолокатора для своего судна следует иметь в виду, что для его приобретения необходимо получить разрешение Главного управления по надзору за связью в РФ (Госсвязьнадзор), при этом прибор должен иметь Сертификаты Службы Морского Флота и Регистра Морского Судоходства РФ.

В.Евстратов, г. Москва.

Источник:  «Катера и Яхты»,  №171.