Рлс карта что это
Что такое радиолокационная станция?
Радиолокационная станция (или сокращенно РЛС) — это устройство, измеряющее время отражения излученного импульса от объекта и пеленг этого объекта относительно своего местоположения. Никакой другой судовой навигационный прибор, кроме РЛС, не способен предоставить такую же информацию об объектах, находящихся вокруг судна, а это значит, что РЛС представляет собой важное средство обеспечения безопасности судоходства.
Использование радиолокационных станций
Первая радиолокационная станция была разработана во время Второй мировой войны. Сегодня на рынке представлены РЛС, подходящие для использования на всех типах судов, включая и небольшие рыболовецкие, и прогулочные суда. Несмотря на то, что среди владельцев маломерных судов популярностью пользуются и такие судовые устройства, как навигационные эхолоты и GPS-приемники, радиолокационная станция остается одним из наиболее важных навигационных средств. Именно она способна обеспечить безопасность навигации в полной темноте или в тумане.
Возьмем, например, прокладчик курса. Он может показать только приблизительное местонахождение объекта, в то время как радиолокационная станция точно покажет, где находятся те или иные объекты, в том числе береговая линия, движущиеся суда, маяки и буи. РЛС решит проблему и в случае, когда объекты не нанесены на карту: судоводитель будет предупрежден о возможном препятствии на его пути.
Назначение РЛС
Главная функция любой радиолокационной станции — предупреждение столкновений. Также она обеспечивает информированность судоводителя о местонахождении судов, берега и других объектов. Среди остальных функций РЛС можно выделить следующие:
Как работает радиолокационная станция
Антенна излучает радиоимпульсы в определенном направлении. Когда импульс наталкивается на какой-либо объект, например, судно или остров, часть энергии импульса возвращается к антенне. Направление, в котором повернута антенна при получении отраженного сигнала, является направлением цели, давшей такое отражение. Так как радиоволны распространяются практически с постоянной скоростью, время, требующееся для возвращения отраженного сигнала к антенне, является мерой дальности цели.
Как РЛС определяет расстояние
Радиоимпульс проходит в прямом и обратном направлении, но для определения расстояния до цели требуется только половина времени его пути. Следующее уравнение показывает, как определяется расстояние:
где c — скорость радиоимпульса (3 x 108 м/с)
T — время между передачей радиоимпульса и приемом отраженного эхосигнала
D — расстояние
Как радиоволны, так и световые волны распространяются практически с постоянной скоростью, равной 300000 км/с (186000 миль/с); поэтому РЛС может обрабатывать огромные объемы информации за очень короткое время. Для сравнения, гидролокатор и эхолот используют при работе ультразвуковые волны. Так как скорость распространения ультразвуковых волн составляет 2420 км/с (1500 миль/с), обработка сигнала осуществляется гораздо медленнее, чем в случае РЛС.
Как РЛС определяет пеленг
РЛС определяет расстояние до цели путем измерения количества времени, которое требуется для возвращения отраженного эхосигнала к антенне. Пеленг на цель определяется по направлению, из которого возвращается отраженный эхосигнал.
Антенна поворачивается на 360° вокруг своей вертикальной оси с использованием специального механизма. Чтобы добиться высокой разрешающей способности по пеленгу, антенна передает радиочастотные (РЧ) импульсы в форме узконаправленного луча. «Суперлучи» имеют ширину в горизонтальной плоскости порядка 1 (одного) градуса и меньше, обеспечивая высокую точность определения пеленга. Чем меньше ширина луча, тем точнее можно определить пеленг на цель.
Как РЛС отображает цели
Радиолокационные цели отображаются на так называемом индикаторе кругового обзора (ИКО). По сути, это диаграмма направленности антенны в полярных координатах, в середине которой расположено передающее импульсы судно. Эхосигналы от целей принимаются и отображаются в направлении, соответствующем относительному пеленгу, на расстоянии от центра ИКО, соответствующем их удалению от своего судна. Ранние модели РЛС отображали цели, а также лишь некоторые графические данные, например, курсовую черту и кольца дальности. Чтобы увидеть изображение на экране, нужен был специальный козырек для защиты от световых помех.
Почти все более поздние модели РЛС используют ЖК-дисплеи или мониторы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ). Дисплеи такого типа обеспечивают стабильное, яркое, нетемнеющее отображение радиолокационных эхосигналов на монохромном или цветном экране в зависимости от модели. Изображение хорошо видно даже при ярком солнечном свете. На экране отображается различная информация в цифровом формате, чтобы пользователь всегда имел полное представление об окружающей навигационной обстановке.
Дальность действия РЛС
Атмосферные условия и форма цели, материал и ракурс в небольшой степени влияют на дальность действия РЛС. Тем не менее в общем случае дальность действия РЛС вычисляется по следующей формуле:
D – расстояние от антенны до горизонта цели. При нормальных атмосферных условиях это расстояние на 6% больше, чем оптический горизонт. Это вызвано тем, что радиоволны преломляются вследствие атмосферных изменений.
Чем выше антенна или цель расположены над поверхностью моря, тем больше дальность обнаружения цели. Например, если антенна расположена на высоте 9 м над уровнем моря, а высота цели 16 м, на экране прибора можно будет увидеть эхосигнал от этой цели на расстоянии 15 миль.
Аномальные условия распространения радиоимпульсов
При определенных атмосферных условиях могут образоваться воздушные каналы, которые влияют на распространение радиоимпульсов и, в свою очередь, на дальность действия РЛС. Если радиоимпульсы отклоняются вниз, они могут пройти большее расстояние, таким образом увеличивая дальность обнаружения целей. Это явление называется сверхрефракция. Противоположное явление, когда радиоволны отклоняются вверх и уменьшается дальность обнаружения целей, называется субрефракция.
Что такое радиолокационная станция?
«Радиолокационная станция», или «радар», происходят от англ. словосочетания radio detection and ranging — радиообнаружение и дальнометрия.
Радиолокационная станция (или сокращенно РЛС) — это устройство, измеряющее время отражения излученного импульса от объекта и пеленг этого объекта относительно своего местоположения.
Антенна РЛС излучает радиоимпульсы в определенном направлении.
Когда импульс наталкивается на какой-либо объект, например, судно или остров, часть энергии импульса возвращается к антенне.
Направление, в котором повернута антенна при получении отраженного сигнала, является направлением цели, давшей такое отражение.
Никакой другой судовой навигационный прибор, кроме РЛС, не способен предоставить такую же информацию об объектах, находящихся вокруг судна, а это значит, что РЛС представляет собой важное средство обеспечения безопасности судоходства.
Назначение РЛС
Главная функция любой радиолокационной станции — предупреждение столкновений.
Также она обеспечивает информированность судоводителя о местонахождении судов, берега и других объектов.
Среди остальных функций РЛС можно выделить следующие:
— Судовождение в любых условиях видимости, в том числе:
— индикация надводной обстановки,
— индикация окружающих в зоне видимости радара целей, их элементов движения, возможных габаритов, скорости, курса, пеленга до них, дистанции и изменения данных параметров,
— отображения элементов систем навигационной обстановки, буев и ограждений; береговой линии; гидротехнических сооружений; средств радиотехнического распознавания; выпадения осадков; плавающих и других объектов.
— использование в навигационных целях при определении места по пеленгу и дистанции до приметных точек, с исчислением их на навигационной карте.
— Анализ движения других судов
Функция отображения следов в виде послесвечения позволяет оценить движение всех целей относительно собственного судна.
Некоторые современные модели радиолокационных станций также могут отображать истинное движение целей, что еще больше повышает безопасность судоходства.
— Ведение судна в определенное судоводителем место
Напоминающее карту изображение на экране РЛС позволяет идти непосредственно к выбранной путевой точке и дополняет изображения прокладчика курса.
— Прием сигналов радиолокационного маяка
Радиолокационная станция может принимать импульсные сигналы от радиолокационного маяка для определения местоположения своего судна.
Антенна излучает радиоимпульсы в определенном направлении. Когда импульс наталкивается на какой-либо объект, например, судно или остров, часть энергии импульса возвращается к антенне.
Направление, в котором повернута антенна при получении отраженного сигнала, является направлением цели, давшей такое отражение.
Радиоимпульс проходит в прямом и обратном направлении, но для определения расстояния до цели требуется только половина времени его пути. Следующее уравнение показывает, как определяется расстояние:
D = 1/2 x c T,
где c — скорость радиоимпульса (3 x 108 м/с)
T — время между передачей радиоимпульса и приемом отраженного эхосигнала
D — расстояние
Как радиоволны, так и световые волны распространяются практически с постоянной скоростью, равной 300000 км/с (186000 миль/с); поэтому РЛС может обрабатывать огромные объемы информации за очень короткое время.
Для сравнения, гидролокатор и эхолот используют при работе ультразвуковые волны. Так как скорость распространения ультразвуковых волн составляет 2420 км/с (1500 миль/с), обработка сигнала осуществляется гораздо медленнее, чем в случае РЛС.
РЛС определяет расстояние до цели путем измерения количества времени, которое требуется для возвращения отраженного эхосигнала к антенне.
Пеленг на цель определяется по направлению, из которого возвращается отраженный эхосигнал.
Антенна поворачивается на 360° вокруг своей вертикальной оси с использованием специального механизма.
Чтобы добиться высокой разрешающей способности по пеленгу, антенна передает радиочастотные (РЧ) импульсы в форме узконаправленного луча.
«Суперлучи» имеют ширину в горизонтальной плоскости порядка 1 (одного) градуса и меньше, обеспечивая высокую точность определения пеленга. Чем меньше ширина луча, тем точнее можно определить пеленг на цель.
Эхосигналы от целей принимаются и отображаются в направлении, соответствующем относительному пеленгу, на расстоянии от центра ИКО, соответствующем их удалению от своего судна.
Ранние модели РЛС отображали цели, а также лишь некоторые графические данные, например, курсовую черту и кольца дальности. Чтобы увидеть изображение на экране, нужен был специальный козырек для защиты от световых помех.
Почти все более поздние модели РЛС используют ЖК-дисплеи или мониторы с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ).
Дисплеи такого типа обеспечивают стабильное, яркое, нетемнеющее отображение радиолокационных эхосигналов на монохромном или цветном экране в зависимости от модели.
Изображение хорошо видно даже при ярком солнечном свете.
На экране отображается различная информация в цифровом формате, чтобы пользователь всегда имел полное представление об окружающей навигационной обстановке.
Атмосферные условия и форма цели, материал и ракурс в небольшой степени влияют на дальность действия РЛС.
Тем не менее в общем случае дальность действия РЛС вычисляется по следующей формуле:
D – расстояние от антенны до горизонта цели.
При нормальных атмосферных условиях это расстояние на 6% больше, чем оптический горизонт.
Это вызвано тем, что радиоволны преломляются вследствие атмосферных изменений.
Чем выше антенна или цель расположены над поверхностью моря, тем больше дальность обнаружения цели.
Например, если антенна расположена на высоте 9 м над уровнем моря, а высота цели 16 м, на экране прибора можно будет увидеть эхосигнал от этой цели на расстоянии 15 миль.
Сигнал РЛС распространяется конусом, соответственно, имеет мертвую зону, дальность которой зависит от рельефа местности в зоне работы РЛС, местонахождения самой станции, её высоты, угла посыла импульса и технических параметров РЛС. В идеальных условиях на прямой местности исходя из принципов тригонометрии дальность равна произведению высоты местонахождения антенны РЛС на косинус угла 90° – ½ угла излучения РЛС.
Суда, способные выйти на глиссирующий режим движения, изменяют свою горизонтальную плоскость работы и увеличивают угол мертвой зоны. Для уменьшения данного эффекта на таких судах используются элементы силового крепежа под углом, которые при рабочем ходе судна на глиссере выводят радар в плоскость, параллельную воде, тем самым возвращая работу РЛС в нормальный режим.
Но мертвая зона характеризуется не только дальностью прихода луча к поверхности земли, но и отражающими свойствами и материалом поверхности.
Ряд структур имеют свойство поглощать радиоволны, что делает их незаметными для РЛС, на этих принципах основывается производство судов «стелс».
При пологой береговой черте и интенсивном подъеме в глубине берега, с большей вероятностью отражение и прорисовка на мониторе РЛС будут иметь непосредственно самовозвышение, а не прилегающие к акватории берега.
Это необходимо учитывать и штурману, и судоводителю и оператору, тем самым, пользуясь навигационными картами и лоциями, а также визуальным наблюдением, характеризовать береговую черту, основываясь на показания из нескольких источников.
Несмотря на современные технологии, использующиеся в радиолокационных станциях, существует вероятность индикации ложных сигналов на мониторе.
Многие из них возникают из-за состояния среды распространения радиоволн, но многие — по другим параметрам, которые можно и нужно предусмотреть.
— Работа нескольких РЛС в одном частотном диапазоне
В портах, узкостях и местах интенсивного судоходства возникает ситуация работы нескольких радиолокационных станций в одном частотном диапазоне, что приводит к приему сигнала, излучаемого другой РЛС.
Это отображается в виде последовательного расположения точек на дисплее, которые появляются в разных местах экрана, и так как они дублируют посыл другого радара, то могут быть легко распознаны своей геометрической правильностью построения.
Данная проблема решается сменой частоты работы радиолокационной станции.
Один из видов ложных сигналов — это мнимое изображение или зеркальное изображение.
Данный эффект достигается при наличии в непосредственной близости от действия радиолокационной станции крупного экранирующего объекта, будь то мост, гидротехническое сооружение или крупное судно.
При отражении сигнала от цели электромагнитные волны распространяются в разные стороны, и, достигнув крупный объект («зеркало»), отражаются снова. При этом отражение поменяет пеленг, так как придет с направления на объект, и дальность, так как фактическое расстояние пройденной волны будет равно сумме от РЛС до цели, от цели до объекта и от объекта обратно к РЛС; данную дальность и воспримет радар как верную.
— Отражения от объекта лучей «боковых лепестков»
Также к ложным сигналам относятся отражения от объекта лучей «боковых лепестков».
Данный сигнал слабее и отображается на том же расстоянии, что и истинная цель, но по другому пеленгу.
Как правило, при уменьшении усиления или увеличении шумоподавления, такая эхолокация пропадает и не принимается за цель.
— Многократно отраженные эхосигналы от одной цели
Также к отражению несколько раз от одной цели относятся многократно отраженные эхосигналы от одной цели.
Данный эффект возникает при близком расположении цели и своего судна.
Тогда при посыле эхосигнал отражается от цели и воспринимается РЛС. При этом отраженные лучи также повторно отражаются и от своего борта, который тоже имеет отражаемую поверхность, тем самым генерируя новый посыл сигнала в сторону цели, который, в свою очередь, снова отражается.
И так может происходить несколько раз.
На дисплее радара происходит отображение примерно на одном расстоянии, на одном пеленге уменьшающихся целей. Дальность до каждой цели равна дальности отстояния судов между собой.
Данный лжесигнал возможно учесть при визуальном обнаружении цели. Или учесть при появлении эффекта множественных сигналов на одном пеленге, равноудаленных друг от друга с затуханием полезной индикации.
Кроме ложных сигналов, оператору РЛС необходимо учитывать возможные теневые зоны.
Данный фактор опасен слепым сектором, по которому цели не индицируются на мониторе, но могут и вызывать интерес со стороны штурмана и судоводителя, и представлять опасность.
Данное явление возникает при расположении на пусти сигнала крупных объектов, «загораживающих» пространство для радара.
Как правило, слепой сектор возникает при непосредственном расположении антенны радара рядом с мачтой или другим объектом.
Теневую зону необходимо принять к расчетам и вести там другие виды наблюдения.
При монтаже радарной антенны необходимо избегать возникновения данного эффекта. При составлении проекта судна данный фактор учитывается как один из основополагающих при выборе места размещения антенны.
При атмосферных осадках возможность пользоваться шумоподавлением также остается, но тут вступает в силу принцип поглощения сигнала водой, и объекты, находящиеся за стеной осадков, могут быть не видны из-за ослабления сигнала водной завесой и снятия чувствительности с приемника РЛС шумоподавлением.
Сами осадки между собой могут отличаться: град, снег, дождь, морось; соответственно, их отображение тоже различается.
Чем интенсивнее воздушная пелена, тем больше осадки похожи на береговую черту.
Опытный оператор может установить уровень и тип осадков по отображению индикации на дисплее РЛС.
В современных радарах чувствительность и возможность индикации при цифровой обработке повышены, что снижает влияние атмосферных помех и волнения на индикацию надводной обстановки.
Судовые радиолокационные станции могут производить излучение сигнала в двух частотных диапазонах:
X-band — это частотный диапазон в сантиметровых длинах волн от 3,75 до 2,5 см, что составляет 8-12 ГГц;
S-band — это частотный диапазон, который простирается от 7,5- до 15-сантиметровых волн и соответствует 2-4 ГГц. В связи с данной физикой распространения волн, в условиях интенсивных атмосферных осадков, радиолокационные станции, излучающие сигнал в S диапазоне, дают более чёткое освещение надводной обстановки.
Для радиолокационных станций обоих диапазонов различают разрешающие способности, которые могут зависеть от угла и от дальности.
Разрешающая способность по азимуту характеризует возможность отображения на дисплее РЛС двух располагающихся близко целей как двух разных объектов при равной удаленности этих точек от антенны РЛС.
Данная способность зависит от длины приемной части антенны и от длины волны излучения, при этом чем больше антенная часть, тем данная способность будет лучше.
В связи с этим есть требование резолюции ИМО, которая обязывает все судовые РЛС обеспечивать разрешающей способностью по азимуту лучше, чем 2,5°.
Так как зависимость прямо пропорциональна длине антенной части и обратно пропорциональна длине волны, то выведены соотношения длины антенной части и излучающего диапазона.
Так, для РЛС, работающих в X-диапазоне, длина излучающей части антенны должна составлять не менее 120 сантиметров, а для S-диапазона — уже порядка 360 сантиметров. Это усложняет использование радаров S-диапазона на небольших судах, где большая антенная часть радара не будет уместна.
Разрешающая способность по дальности индикации — это возможность отображать на дисплее радара от двух объектов, находящихся на одном пеленге к приемному устройству, но на разной дистанции.
Эта возможность характеризует работу РЛС в условиях интенсивного судоходства, в стесненных условиях узкости и других вариантах использования, когда информация об обстановке имеет непосредственные изменения в течение короткого времени и зависит на принятие решения судоводителем.
В связи с этим длительность импульса может быть изменена оператором для получения более полной картины, при этом теряется дальность.
Так же как и разрешающая способность по дальности, угловая характеристика радиолокационной станции — это точность определения пеленга. Она тоже зависит от ширины радиолокационного излучения.
Пеленг на цель — это угол между плоскостью меридиана наблюдателя и вертикальной плоскостью, проходящей через точку наблюдения и наблюдаемый объект.
Тем самым точность измерения зависит не только от верности измерения угла на объект, но и от правильности юстировки радара относительно диаметральной плоскости судна. Юстировка проводится в срок, указанный по регламенту технического обслуживания на каждую РЛС в отдельности.
Дальность до цели определяется по индикации на мониторе.
В большинстве РЛС используются два вида колец дальности, которые отображают окружность, где радиус — от расположения радиолокационной станции до метрической отметки.
Как правило, используется несколько неподвижных колец дальности с шагом в несколько миль, давая оценочную обстановку по дальности, с более точным подвижным кольцом, которое путем органов управления можно подвести до отметки цели с индикацией дальности кольца на одной из рабочих областей дисплея. Это позволит насколько возможно точно определить местонахождение цели.
Дальность вкупе с пеленгом дает полную информацию по объекту, а их изменения по времени также информируют оператора об элементах движения цели.
По точкам с изначальной дальностью и пеленгом и последующими их изменениями, где каждой точке присваивается свое значение, возможно построить вектор скорости и рассчитать предполагаемое месторасположение цели через определенный промежуток времени, с учетом неизменных параметров ЭДЦ.
Минимальный диапазон дальности и мертвая зона имеют между собой принципиальное различие, хотя и характерны по схожести индикации.
Минимальный диапазон обозначает отсутствие сливания цели и судна, на котором работает радар.
При разном использовании параметров дальности, данная характеристика разная.
При этом также основным фактором будет излучающая способность цели, и чем она будет больше, тем соответствующий диапазон — меньше.
У ИМО есть требования к минимальному диапазону дальности: в соответствии с резолюцией MSC.192(79) цель с отражающей поверхностью 10 м 2 должна отображаться на дисплее на дистанции не менее 40 метров.
Все радиолокационные станции, одобренные регистром (Российским речным регистром, Российским морским регистром судоходства и другими) удовлетворяют этому требованию.
Для максимального уменьшения данного параметра необходимо на шкале индикации использовать как можно меньшую шкалу дальности.
Использована информация:
— Что такое радиолокационная станция?
— Радиолокация