Материал: РНП Конспект Демиденко 2010

Конспект лекций

по дисциплине „Радионавигационные приборы и системы”

для курсантов факультета судовождения

Подготовил доцент кафедри ”Електронные комплексы

судовождения”, к.т.н. Демиденко П.П.

Одесса, 2010

2

Лекция №1

1. Навигационные радиолокационные станции

Радиолокацией называется обнаружение с помощью электромагнитных колебаний различных объектов (целей), определение координат и параметров их

движения.

Слово «локация» происходит от латинского слова «location» и обозначает

«размещение», «расположение». Комплекс радиотехнических средств, выполняющий указанные выше задачи, называется радиолокационной станцией (РЛС), а для обеспечения безопасности мореплавания (в навигационных целях),

иногда морские РЛС обозначают как навигационные РЛС – НРЛС. (Часто употребляется общее название «радиолокатор». В американской и английской

литературе – radar – от слов radio detection and ranging – радиообнаружение и определение расстояния).

Радиолокационным объектом может быть любое физическое тело или группа тел, электрические и магнитные свойства которых (диэлектрическая и магнитная проницаемость, проводимость) отличаются от свойств среды, в которой распространяются радиоволны, излучаемые РЛС.

Радиолокационные объекты могут быть точечными и протяженными.

Радиолокационное изображение на экране индикатора РЛС точечных целей (объектов) имеет одинаковые размеры и форму. А протяженного объекта – радиолокационное изображение практически повторяет в соответствующем масштабе форму и размеры этих объектов.

К точечным объектам относятся малоразмерные надводные цели, например –

буй, веха с радиолокационным отражателем (или без него). Точечным объектом может быть и крупнотоннажное судно, если оно находится на большом расстоянии от РЛС.

Полезная информация о цели получается за счет поступившей в приемник

РЛС радиоволны, отразившейся от цели.

В зависимости от того, каким образом поступает в приемник РЛС радиоволна от цели, существует пассивная и активная радиолокация.

РЛС пассивного действия состоит из (см. рис.1.1)

Рис.1.1. Упрощенная схема РЛС пассивного действия

высокочувствительной остронаправленной приемной антенны, приемника и индикатора.

Такого типа РЛС используется для приема сигналов, создаваемых тепловым

радиоизлучением. Поэтому пассивная радиолокация называется еще и

радиотеплолокацией (например, прием электромагнитных волн от звезд, Солнца,

Луны и других тел. На этом принципе работают так называемые радиосекстаны). Активная радиолокация может быть с пассивным ответом (первичная

радиолокация) или с активным ответом (вторичная радиолокация).

3

РЛС активного действия с пассивным ответом содержит (см. рис.1.2) передатчик, который с помощью антенны излучает в пространство радиоволны. Если

на пути этой радиоволны окажется объект, то радиоволна отразится, и часть ее попадает в антенну РЛС, откуда она поступает в приемник и с него – в индикатор.

Рис.1.2. Упрощенная схема РЛС активного действия с пассивным ответом

Активная РЛС с активным ответом отличается от активной РЛС с пассивным

ответом наличием на объекте или на заранее обусловленном пункте радиолокационного передатчика (ответчика), который отвечает на сигналы

«запрашивающей» РЛС.

В зависимости от структуры излучаемых (зондирующих) радиолокационных сигналов различают РЛС непрерывного излучения колебаний и импульсные. (На

судах гражданского флота, в подавляющем большинстве, применяются импульсные НРЛС).

1.1. Импульсная НРЛС. Принцип ее построения

Импульсная НРЛС (см. рис.1.3) периодически излучает через антенный переключатель с помощью антенны кратковременные радиоимпульсы (как правило,

сверхвысокочастотные – СВЧ колебания), а в промежутке между излучениями этих

импульсов отраженные СВЧ колебания попадают на туже антенну, затем через антенный переключатель – в приемник. Усиленные и обработанные специальным образом отраженные импульсы воспроизводятся на индикаторе.

Рис.1.3. Упрощенная структурная схема импульсной НРЛС

Расстояние до цели D определяется уравнением D=Vp tD ,

2

где: Vp - скорость распространения электромагнитной волны (СВЧ колебаний) в

свободном пространстве,

tD - время распространения кратковременных радиоимпульсов от антенны до цели и

обратно от нее к антенне. (При расчетах Vp принимают равной скорости света c = 3 108 м/с, то есть приведенная выше формула обычно записывается как

а направление на цель определяется угловым положением антенны (ее диаграммы направленности) относительно выбранного направления или плоскости.

Основные временные соотношения при работе импульсной НРЛС приведены

на рис.1.4.

4

Синхронизатор вырабатывает последовательность кратковременных видеоимпульсов (так называемых синхронизирующих импульсов Uси – см. рисунки

1.3, 1.4) для управления работой передатчика, приемника и индикатора НРЛС. Синхроимпульсы синхронизируют (согласовывают во времени) совместную работу

указанных выше устройств НРЛС.

Передатчик НРЛС состоит из двух основных блоков – модулятора и генератора СВЧ колебаний, в качестве которого используется магнетрон.

Модулятор, под воздействием синхроимпульсов (рис.1.4, эпюра «а»), в зависимости от шкал дальности, формирует мощные запускающие импульсы (эпюра «б») определенной длительности (в современных НРЛС τзи =0,07…1,0 мкс), под воздействием которых генератор СВЧ колебаний генерирует мощные короткие

радиоимпульсы (эпюра «в»).

Рис.1.4. Основные временные соотношения работы импульсной НРЛС

Антенный переключатель (АП) обеспечивает коммутацию одной антенны поочередно к передатчику и приемнику; защищает (блокирует) входные цепи приемника от мощных зондирующих СВЧ импульсов собственного передатчика (а

также соседних НРЛС); закрывает выходные цепи передатчика при приеме

отраженных сигналов от целей.

Антенно-фидерное устройство (АФУ) состоит из волноводного тракта, по которому через антенный переключатель из передатчика подаются мощные СВЧ колебания в антенну, а при приеме антенной отраженных сигналов от объектов, через АП поступают в приемник. Антенны НРЛС обладают, как правило, остронаправленным излучением (приемом) СВЧ импульсов.

Приемник усиливает принятые антенной отраженные сигналы от цели, (эпюра «г»), преобразует их в видеосигналы (эпюра «д») и затем подает их в индикаторное

устройство.

В индикаторе с помощью воспроизводящего устройства (электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) или жидкокристаллического монитора) полученные в приемнике

видеосигналы преобразуются в видимое изображение; формируются дополнительные информационные метки – неподвижные кольца (круги) дальности – НКД, подвижный круг дальности – ПКД, отметка курса – ОК, электронный визир направления – ЭВН и некоторые другие вспомогательные метки (в зависимости от модели НРЛС).

5

Из индикатора, как правило, осуществляется управление работой НРЛС и контроль ее работоспособности.

Блок ориентации и передачи данных предназначен для передачи углового положения антенны в индикатор, формирования на ЭЛТ необходимой ориентации изображения и вида движения.

Лекция №2

1.2. Радиолокационное изображение на ЭЛТ индикатора

1.2.1.Виды ориентации

Любая РЛС позволяет измерять дальности до объектов и их угловые координаты.

В судовых НРЛС такими координатами являются курсовые углы (КУ) или пеленги.

Радиокурсовым углом (РКУ), определяемым на экране РЛС, называется угол,

заключенный между отметкой линии курса и направлением на объект. РКУ отсчитывается

от отметки линии курса, находящейся в диаметральной плоскости судна, и имеет значения 0ο -180° левогоили правогоборта.

Направление на объект также можно определять с помощью радиолокационного пеленга (РЛП) представляющего собой угол между

плоскостью географического меридиана и направлением на

объект (рис.1.7). Пеленг отсчитывается по часовой стрелке от направления на Север (в пределах 360°), которое выводится на индикатор НРЛС от гирокомпаса.

Измерение угловых координат основано на использовании направленных свойств антенны РЛС в горизонтальной плоскости, т. е. угол между линией курса и осью диаграммы излучения антенны, направленной на

объект, будет курсовым углом (РКУ), а угол между

направлениями на Север и на объект – пеленгом (радиолокационнымпеленгомРЛП).

Внастоящее время в судовых НРЛС используется три вида ориентации –

относительно диаметральной плоскости судна, т.н. ориентация по «КУРСУ», ориентация относительно Севера, т.н. ориентация по «СЕВЕРУ» («НОРДУ») и ориентация «КУРС СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ».

Впоследних двух случаях НРЛС обязательно должна быть сопряжена с гирокомпасом.