Радарные средства навигационного оборудования – это устройства, которые обеспечивают возврат сигнала к РЛС судна, которая помогает найти и/или определить навигационный знак.

В требованиях по перевозкам от ММО, содержащихся в главе V, директиве 19 конвенции СОЛАС 1974 года (с изменениями) указано, что:

• все суда с валовой вместимостью 300 тонн и более должны быть оснащены РЛС на 9 ГГц, и
• все суда с валовой вместимостью 3 000 тонн и более должны быть оснащены РЛС на 3 ГГц или, если администрация посчитает это уместным, второй РЛС на 9 ГГц.

Некоторые администрации могут устанавливать другие требования по перевозкам.

В резолюции ММО MSC.192 (79) «Принятие пересмотренных стандартов производительности для радиолокационного оборудования» от 6 декабря 2004 г. указано, что РЛС на 9 ГГц должна быть способна обнаруживать радиолокационные маяки, а также аварийно-спасательные приемопередатчики и устройства повышения разрешающей способности цели.

РЛС на 9 ГГц также активно используются на судах, не охватываемых конвенцией СОЛАС или местными нормами. Из-за высокой скорости перемещения радиолокационные средства навигационного оборудования, работающие в диапазоне 9 ГГц, особенно эффективны.

РЛС с новой технологией

До резолюции ММО MSC 192 (79) стандарты ММО по производительности РЛС указывали, что РЛС на 3 ГГц должна быть способна обнаруживать радиолокационные маяки. Резолюция MSC 192 (79) устранила это требование. При принятии этого решения было рассмотрено несколько факторов. Среди них были:

• Давление со стороны МСЭ и других организаций в плане снижения диапазона частот, необходимого для РЛС на 3 ГГц, а также уменьшения количества случайного внеполосного излучения.
• Запросы моряков о повышении производительности РЛС, особенно, в плане обнаружения маленьких объектов и сокращения помех от морских волн. РЛС на 3ГГц с более высокой производительностью были доступны в течение многих лет. Но, поскольку из-за технологий, используемых этими РЛС, они не обнаруживали бы РЛО, их нельзя было использовать в соответствии с требованиями по перевозкам и их редко устанавливали.
• Снижение затрат на сложные РЛС в связи с улучшением технологии в обработке сигналов и твердотельных передатчиках.

За счет устранения требования по обнаружению РЛО, судовладельцы могут свободно использовать более производительные РЛС, часто называемые РЛС с новой технологией (НТ).

Радиолокационные отражатели

Радиолокационный отражатель является пассивным устройством, предназначенным для возврата случайных радиолокационных импульсов электромагнитной энергии обратно к источнику, что улучшает отклик на экране радара. Благодаря своей конструкции, радиолокационный отражатель пытается свести к минимуму эффекты поглощения и случайного рассеяния.

Радиолокационный отражатель, как правило, устанавливается в качестве дополнительного устройства на площадках, которые помечены огнями. Основными задачами его использования является улучшение:

• обнаружения целей на больших расстояниях (например, для навигации при подходе к берегу);
• обнаружения целей в областях помех от дождя или морских волн, и
• видимости средств навигационного оборудования для РЛС для уменьшения риска повреждения при столкновении.

Производительность радиолокационного отражателя может быть определена с точки зрения его эффективной поверхности отражения (ЭПР). Это значение определяется путем сравнения силы радиолокационных сигналов, возвращаемых радиолокационным отражателем, с эквивалентным возвратом от отражающей сферы РЛС.

Диапазон, в котором может быть обнаружена цель радиолокационного отражателя, зависит от высоты антенны РЛС и отражателя, а также от выходной мощности РЛС. Можно провести аналогию с географическим спектром визуальных знаков. Радиолокационная производительность связки уголковых отражателей может значительно варьироваться в зависимости от исполнения, даже если они будут иметь одинаковые физические размеры. Это связано с различными принципами конструирования, одни из которых уделяют особое внимание процессу изготовления, а другие пытаются оптимизировать полярное распределение радиолокационных отражений.

Кроме того, использование малых радиолокационных отражателей может привести к эффектам многолучевого замирания.

Большинство радиолокационных отражателей предназначено для использования в РЛС на 9 ГГц. Отражатели также можно использовать в РЛС на 3 ГГц, однако эффективная поверхность отражения будет на порядок меньше.

Устройства повышения разрешающей способности цели

Устройство повышения разрешающей способности цели (УПРСЦ) представляет собой устройство, которое усиливает и возвращает импульс от РЛС корабля, чтобы обеспечить улучшенное изображение на экране радара. Отраженный сигнал от УПРСЦ не кодируется. УПРСЦ было разработано, в первую очередь, для буев и небольших судов, которые обычно оснащены пассивным радиолокационным отражателем.

Отчет по испытаниям УПРСЦ, представленный на конференции МАМС 1998 года, показал, что проверенное УПРСЦ имело эффективную поверхность отражения (ЭПР) около 100 квадратных метров по сравнению с ЭПР в 20 - 30 квадратных метров для пассивных радиолокационных отражателей, которые обычно устанавливаются на буях.

На сегодняшний день коммерчески доступные УПРСЦ работают только в диапазоне 9 ГГц. Использование УПРСЦ обусловлено эффектами многолучевого замирания. Сведения по многолучевому замиранию можно найти в руководстве МАМС № 1010 по характеристикам дальности действия РЛО.

Радиолокационные маяки (РЛО)

РЛО являются принимающими/передающими устройствами, работающими в диапазонах морских радиочастот (9 и 3 ГГц), которые усиливают обнаружение и идентификацию определенных радиолокационных целей.

РЛО реагирует на присутствие РЛС судна, отправляя характерные импульсы. Ответ появляется в виде кодированных знаков (или «изображения») на экране РЛС корабля (см. рисунок 18), которые выделяют дистанцию и пеленг РЛО. Изображение на дисплее может быть зафиксировано для указанной длины или может зависеть от настройки диапазона РЛС и использует символ Морзе для идентификации.

РЛО, как правило, рассматривается как дополнительное средство навигационного оборудования, устанавливаемое на площадках, которые также помечаются огнями. Количество судов, способных использовать РЛО, фактически неограниченно.

РЛО может быть использован для следующих целей:

• измерение дальности и определения позиций в ледовых условиях или на нечеткой береговой линии;
• определение средств навигационного оборудования, как морских, так и наземных;
• определение точки подхода к берегу;
• индикация центра и точки поворота в районах повышенной осторожности плавания или системах разделения движения (СРД);
• отметка опасностей;
• индикация судоходных пролетов под мостами; и
• определение створных линий.

РЛО с быстрой перестройкой частоты

РЛО с быстрой перестройкой частоты реагирует на частоту, на которой ему поступает запрос, и ответ может быть обновлен под каждое колебание РЛС. Целью перестройки частоты является предоставление РЛС сигнала, который находится в пределах диапазона частот приемника РЛС.

Однако, чтобы избежать экранирования других функций на экране РЛС, ответ РЛО, как правило, включается и выключается с заданным циклом.

Характеристики сигнала

РЛО работают в диапазоне 9 ГГц с горизонтальной поляризацией и/или в диапазоне 3 ГГц с горизонтальной поляризацией и опционально с вертикальной поляризацией.

Технические расчеты

Существует целый ряд технических расчетов, которые следует использовать для РЛО, чтобы оказывать поддержку кораблям при плавании:

• угловая точность пеленга между кораблем и РЛО полностью зависит от радиолокационного запросчика, а точность измерения дальности зависит и от РЛС, и от РЛО.
• Когда РЛО используются в системах створных линий, можно ожидать точности выравнивания около 0,3 градуса.
• Когда судно находится очень близко к РЛО, боковые лепестки от антенны РЛС могут активировать РЛО. В результате на экране РЛС отображается несколько ответов, что может отвлекать и маскировать другие цели. Методы подавления боковых лепестков являются стандартными функциями РЛО с быстрой перестройкой частоты.

Использование с РЛС с новой технологией

Все доступные и установленные в настоящее время РЛО предназначены для использования с РЛС с высокой мощностью импульса. Для сравнения, НТ РЛС используют передачи малой мощности с длинными импульсами. Из-за низкой мощности полученного сигнала и длинного импульса в РЛО, существующие РЛО могут не обнаружить НТ РЛС и не могут передать пригодный для них ответ.

В ближайшем будущем не планируется заменять установленные в настоящее время РЛС с высокой мощностью импульса 3 ГГц на НТ РЛС, и будут продолжать использоваться РЛО с мощностью 3 ГГц. В какой-то момент может потребоваться заменить все РЛС с высокой мощностью импульса, тогда, вероятно, потребуется заменить также и существующие РЛО с мощностью импульса 3 ГГц.

Определение местоположения без использования радиолокации (инерциальное)

Было проведено множество исследований по интеграции ГНСС с инерциальными измерительными блоками (ИИБ) для морской навигации.

Существуют различные классы ИИБ от весьма дорогого навигационного класса стоимостью в десятки тысяч долларов до тактического класса и устройств с низкой стоимостью на базе технологии МЭМС (микроэлектромеханические системы). Они дают различные скорости дрейфа и, следовательно, способны охватить различные периоды продолжительности выхода ГНСС строя.

Ни одна из систем, доступных в настоящее время, не способна поддерживать все уровни точности навигации в течение продолжительного выхода ГНСС из строя. Для морских районов ИИБ как навигационного, так и тактического класса, обеспечат защиту при значительных периодах выхода из строя (более 1 часа и 15 минут соответственно). Для прибрежных районов необходимая точность будет поддерживаться 15 минут при использовании ИИБ навигационного класса. Для фазы захода в порт, при использовании системы на базе ИИБ навигационного класса, в течение 3,5 минут может поддерживаться точность до 10 метров. Для постановки судна в док, при которой требуется точность до 10 метров, взаимодействие инерциальных систем с ГНСС, по-видимому, не дает никакой выгоды в случае отказа ГНСС. В будущем ИИБ с низкой стоимостью на базе технологии МЭМС могут стать полезным дополнением к навигационной системе корабля.

МЭМС является высокоэффективной технологией, имеющей свой мировой рынок. Основные возможности роста будут поступать из автомобильных и потребительских сфер применения. В ближайшем будущем ожидается реализация идеи ИИБ на чипе с такой же низкой удельной стоимостью, как у модуля ГСП.

Почти во всех МЭМС принцип работы акселерометров заключается в измерении движения ускоряемой массы по отношению к фиксированной раме. Основные методы измерения являются емкостными или пьезорезистивными. Потребляемая мощность таких датчиков находится в пределах 1-10 мВт.

Навигационные характеристики инерциальных систем на базе МЭМС во многом зависят от поведения при погрешности гироскопа, погрешность позиционирования может вырасти более чем до 80 м в течение 60 секундного отказа ГНСС.

Тем не менее, КНС на базе МЭМС может быть полезной, обеспечивая стабильный курс при выходе ГНСС из строя, и может помочь стабилизировать положение, даже когда ГНСС доступна, поэтому необходимо следить за развитием ИИБ на базе МЭМС.

Литература

Navguide: Руководство по навигационному оборудованию [2012]