Навигация и лоция СПГУВК-2004. Дмитриев В. И., Григорян в л., Катенин В. А
 Скачать 24.68 Mb.
|
|
Точность определения места. При определении места судна с помощью РНС "Лоран-С" обычно используют две гиперболы. Точ- ность определения места судна зависит от погрешностей определе- ния навигационного параметра и геометрического фактора (угла пе- ресечения линий положения и базовых углов). При пользовании ра- дионавигационными картами на точность также влияет погрешность нанесения гипербол на карту. Применительно к РНС "Лоран-С" формула для расчета РСКП будет следующей: 2 2 1 2 0 1 2 sin t m d d M T T ∆ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ = + ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ Θ ∆ ∆ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ (22.18) П р и м е р . Определили место по "Лоран-С". Погрешность измерения промежутка времени m ∆t = 0,3 мкс. С карты взяли рас- стояние между оцифрованными гиперболами d l = d 2 = 5 милям; раз- ность оцифровки ∆T 1 = ∆T 2 = 10 мкс; Θ = 30°. Найти M 0 Р е ш е н и е . 2 2 0 0,3 5 5 0,4 0,5 10 10 M ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ = + ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ = мили. ГЛАВА 23 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СУДОВЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ 23.1 Назначение и принцип действия судовых навигационных РЛС Радиолокация — метод обнаружения в пространстве различ- ных объектов посредством радиоволн. Этот метод реализуется в ра- диолокационных станциях (РЛС), действие которых основано на ис- пользовании явления отражения радиоволн от различных объектов, расположенных на пути их распространения. 338 Раздел 6. Использование радиотехнических средств в навигации Судовая РЛС — это установленная на судне РЛС, предназна- ченная для обнаружения и последующего наблюдения за берегом, судами, льдами и другими объектами, представляющими интерес для судоводителя. Судовая навигационная РЛС (НРЛС) обеспечивает возмож- ность измерять расстояния, пеленги и курсовые углы на объекты и применяется для определения места судна в географической и отно- сительной системах координат при самых разнообразных условиях плавания. Навигационные радиолокационные станции представляют собой импульсные радиотехнические средства, работа которых осно- вана на использовании зависимости между временем распростране- ния радиосигнала и навигационным параметром. Такая РЛС перио- дически излучает кратковременные импульсы колебаний СВЧ, а в промежутке между излучениями принимает отраженные от объектов импульсные сигналы, запаздывающие на время t 3 = 2D/с. Здесь D — расстояние до объекта, а с — скорость распространения радиоволн. По измеренному интервалу времени рассчитывается дальность до объекта D = ct 3 /2. Направление (азимут) на объект определяется с помощью антенны направленного действия. При повороте антенны в горизонтальной плоскости, когда цель окажется в пределах ее диа- граммы направленности, на вход приемника РЛС поступают отра- женные сигналы. При совпадении оси диаграммы направленности антенны с целью напряжение на входе приемника будет максималь- ным, и указатель поворота антенны покажет направление на объект. При нахождении в радиусе действия РЛС нескольких целей отра- женные сигналы от них будут смещены по времени и азимуту. Отра- женные сигналы от объекта отображаются на экране РЛС, что дает возможность определять его координаты. Основной недостаток радиолокационного метода пеленгова- ния — относительно невысокая точность определения направления на объект. РЛС применяются автономно или совместно с береговыми устройствами — радиолокационными отражателями и радиолокаци- онными маяками-ответчиками, находящимися в радионавигацион- ных точках. Определение места судна относительно отражающих объек- тов производится по пеленгу и расстоянию до них. Поэтому навига- Глава 23. Использование судовых радиолокационных станций 339 ционные РЛС являются дальномерно-азимутальными радиотехниче- скими средствами. Возможность определения местоположения судна при плава- нии в сложных условиях (малая видимость, наличие навигационных опасностей, узкостей и др.), наглядность отображения внешней об- становки в районе плавания делают РЛС одним из основных техни- ческих средств судовождения. РЛС позволяет решать следующие задачи: • определение координат места судна по точечным и простран- ственным ориентирам путем измерения радиолокационных пеленгов и дистанций; • определение места судна по пространственным ориентирам путем совмещения равномасштабных изображений береговой линии или отражающих горизонталей, наблюдаемых на ин- дикаторе кругового обзора РЛС и на карте; • опознание побережья и глазомерная ориентировка при плава- нии в стесненных условиях; • обнаружение надводных навигационных опасностей, плаву- чего льда, ливневых облаков и снежных зарядов; • обнаружение и наблюдение встречных судов, определение элементов их движения для оценки ситуации недопустимого сближения и решения задачи безопасного расхождения с ни- ми; • определение относительного места судна при плавании в ка- раванах; • определение маневренных элементов судна. Навигационные РЛС, входящие в состав автоматизированных навигационных комплексов или в интегрированное оборудование ходового мостика, или сопрягаемые с системами автоматической ра- диолокационной прокладки, позволяют, кроме того: • автоматизировать процесс прокладки линий относительного движения встречных судов, выполнять расчеты элементов их движения и маневра расхождения с ними; • осуществлять обсервационную прокладку пути судна при плавании в стесненных условиях и в прибрежной зоне; • непосредственно измерять элементы суммарного сноса судна. 340 Раздел 6. Использование радиотехнических средств в навигации К недостаткам навигационных РЛС, влияющим на безопасность судовождения, относятся: • наличие теневых секторов и минимальной дистанции, в пре- делах которых объекты не обнаруживаются; • специфическое искажение объектов на экране РЛС относи- тельно их изображения на морской навигационной карте и затруднение их опознавания; • ограниченность дистанций обнаружения объектов географи- ческим фактором радиолокационной видимости, зависимость от отражающих способностей и размеров объектов, а также зависимость возможности обнаружения от маскирующего влияния осадков ливневого характера; • относительно низкая точность радиолокационного пеленго- вания. Ориентировочное значение радиолокационной дальности об- наружения объектов (в милях) при нормальном (атмосферное давле- ние 760 мм, температура воздуха 15 °С, температурный градиент 0,0065 с/м, относительная влажность 60%) состоянии атмосферы рассчитывается по формуле ( ) p.o. a o 2,39 , D h h = + (23.1) где h а — высота антенны РЛС над уровнем моря, м; h o — высота от- ражающей части объекта над уровнем моря, м. При использовании РЛС необходимо учитывать, что сильные осадки (ливни, град, снежные заряды) уменьшают дистанцию обна- ружения объектов на 30—50%, а наличие качки снижает точность измерений. В этих условиях наблюдение необходимо вести при дли- не волны РЛС 10 см. На условия наблюдения влияет волнение моря, вызывающее засветку центральной части экрана РЛС отражениями от волн. На точность определения места судна с помощью РЛС непо- средственно влияют искажения за счет размеров ориентиров и углов их облучения РЛС. При определении места по радиолокационным пеленгам и дистанциям необходимо использовать точечные ориен- тиры, соизмеримые с разрешающей площадью РЛС (площадь, огра- ниченная разрешающей способностью РЛС по углу и дистанции). Пространственные ориентиры, размеры которых больше разрешаю- щей площади, целесообразно использовать только для обсерваций по Глава 23. Использование судовых радиолокационных станций 341 измеренным радиолокационным дистанциям до участков, облучае- мых РЛС под прямым углом. При облучении таких ориентиров (объ- ектов) под острым углом их изображение на экране РЛС смазывает- ся, что вызывает появление трудно учитываемых систематических погрешностей как по направлению, так и по дистанции. При определении места судна по естественным радиолокаци- онным ориентирам необходимо учитывать, что их отражающие по- верхности (скалы, обрывистый берег, сопки и т. п.) не совпадают на местности с береговой линией, а лежат на уровнях (горизонталях), обычно превышающих уровень моря, а на больших дальностях — и высоту антенны РЛС. Отражающие горизонтали, определенные опытным путем, наносятся на карту. 23.2 Способы определения места судна с помощью РЛС Общие сведения. Существует две группы способов исполь- зования судовой РЛС для определения места судна: • по точечным ориентирам; • по пространственным ориентирам. • Точечные ориентиры — это такие, размерами которых при прокладке линий положения можно пренебречь. Точечные ориентиры делятся на: • активные отражатели, которые изображаются на экране в ви- де ответной точки; • пассивные отражатели, представляющие собой многогранные фигуры из металла, обладающие способностью отражать ра- дио волны без рассеивания. Наилучшей формой пассивных отражателей являются уголковые отражатели; • естественные или искусственные ориентиры, которыми могут быть маяки, навигационные знаки, заводские трубы и т. п. В практике судовождения точечные ориентиры встречаются редко. Поэтому для определения места судна используются про- странственные ориентиры. К ним относятся объекты, изображения которых на экране РЛС и карте имеют размеры и их нельзя принять за точку (береговая черта, холмы, мысы, не имеющие резких очерта- ний, бухты, острова и т. п.). 342 Раздел 6. Использование радиотехнических средств в навигации Определение места судна по расстояниям, измеренным до нескольких ориентиров (рис. 23.1). Намечают перед определением места ориентиры на карте и быстро последовательно измеряют рас- стояния до них. При необходимости измеренные расстояния приво- дятся к одному моменту времени. Рис. 23. 1. Определение места судна по радиолокацион- ным расстояниям В момент последнего измерения замечается время и отсчет лага. На карте находится обсервованное место, которое является точ- кой пересечения дуг окружностей, проведенных из ориентиров (с учетом приведения их к одному моменту времени), как из центров с радиусами, равными измеренным расстояниям. При выборе ориентиров необходимо следить за тем, чтобы линии положения пересекались под углом в пределах от 30 до 150°, причем сначала измеряется расстояние до ориентира, который бли- зок к курсовому углу, равному 90°, а затем на ориентиры, курсовые углы которых близки к 0 или 180°. На карте находится счислимая точка, указывается невязка, прокладывается линия пути, оформляются надписи. Если при определении по трем расстояниям окружности не пересекаются в одной точке, то за обсервованное место принимается середина треугольника погрешностей. Если треугольник велик, то необходимо проверить правильность опознавания ориентиров, изме- рений и прокладки. Глава 23. Использование судовых радиолокационных станций 343 Радиальная средняя квадратическая погрешность определе- ния места судна по расстояниям, кбт: а) при двух ориентирах 2 2 0 1 2 1 , sin D D M m = + m Θ (23.2) где Θ — разность пеленгов на ориентиры, град; 2 2 1 , 2 D D m m — СКП измерения расстояний, кбт. б) при трех ориентирах ( ) 0 2 2 2 1 2 1 3 , sin sin sin D m M = Θ + Θ + Θ + Θ 2 (23.3) где Θ — углы пересечения между линиями положения. В общем случае третье расстояние повышает точность определения места судна на 10-20%. Определение места судна по радиолокационному пеленгу и расстоянию до одного ориентира (рис. 23.2). Способ применяет- ся, если в пределах действия РЛС находится один ориентир. Для это- го необходимо одновременно взять пеленг на ориентир и измерить до него расстояние, заметить время и отсчет лага. Затем проложить обратный пеленг (ИП ± 180°) от ориентира на карте. Из ориентира, как из центра окружности с радиусом, равным измеренному расстоя- нию, провести дугу окружности. Место судна находится в пересече- нии пеленга с дугой окружности. Рассчитывается счислимая точка на момент измерения и показывается невязка. При измерении пеленга его необходимо исправить поправкой гирокомпаса. Если же измерялся радиолокационный курсовой угол (РЛКУ) на ориентир, то истинный пеленг гк ИП КК РЛКУ ГК = + + ∆ (23.4) РСКП определения места судна в этом случае рассчитывается по формуле 2 o рлп 2 0 , 57,3 D m M D m ⎛ ⎞ = + ⎜ ⎟ ° ⎝ ⎠ (23.5) где т рлп — СКП радиолокационного пеленга; m D — СКП радиолока- ционного расстояния; D — радиолокационное расстояние. 344 Раздел 6. Использование радиотехнических средств в навигации Рис. 23.2. Определение мес- та судна по радиолокаци- онному пеленгу и расстоя- нию до одного ориентира Определение места судна по радиолокационным пеленгам. Способ применяется при нескольких опознанных точечных ориенти- рах и порядок его выполнения практически не отличается от порядка определения места судна по визуальным пеленгам. Точность обсерваций o рлп 2 2 0 1 , 57,5 sin m 2 M D D = + ° Θ (23.6) где т рлп — СКП измерения радиолокационного пеленга; D 1 , D 2 — расстояния от обсервованного места до ориентиров, мили. При определении места судна по пространственным ориен- тирам необходимо учитывать особенности изображения берега на экране РЛС. Горы, холмы, возвышенности экранируют расположен- ные за ними местность, изображения от которой на экране не полу- чается. Поэтому полуостров или мыс может быть принят за остров, что влечет за собой опасную ошибку в опознании ориентиров. Изображения ориентиров, расстояния между которыми меньше разрешающей способности станции, на экране сливаются: их трудно или невозможно различить. Объекты, облучаемые лучом станции "вскользь", почти касательно к их поверхности, наблюдают- ся очень плохо. Низкие пляжи, песчаные косы, ледовый припай у берега обнаруживаются лишь на малых расстояниях или даже не на- блюдаются. Опознание расчлененного берега по вееру пеленгов и рас- стояний (рис. 23.3). Измерив пеленги и дистанции до видимых на экране РЛС ориентиров, на кальке из произвольной точки К надо Глава 23. Использование судовых радиолокационных станций 345 провести меридиан и параллель, проложить истинные пеленги, а по ним отложить в масштабе карты измеренные расстояния. Затем каль- ку наложить на карту таким образом, чтобы точка находилась в рай- оне счислимого места судна на момент измерений. Сохраняя ориен- тировку кальки относительно меридиана и параллели на карте, необ- ходимо найти такое положение кальки, при котором наибольшее число отложенных расстояний "упрется" в контуры объектов берего- вой черты. Уколом циркуля место К следует перенести на карту и принять за ориентировочное. Для большей уверенности необходимо повторить опознавание несколько раз, связывая полученные обсер- вованные точки счислением. Отсутствие значительных расхождений укажет на то, что участок побережья опознан правильно. Полученное место судна ненадежно и при удобном случае необходимо его определить другим способом. Pис. 23.3. Опознание расчлененного берега по вееру радиолока- ционных пеленгов и расстояний Определение места судна по расстояниям, измеренным на постоянном курсовом угле (рис. 23.4). Этот способ применяется, когда судно идет вдоль крутого, обрывистого и изрезанного берега. На постоянном курсовом угле измеряются расстояния до бе- рега через равные промежутки времени и замечаются соответственно отсчеты лага. На кальку наносится путь судна и пеленги с отложен- ными на них расстояниями. 346 Раздел 6. Использование радиотехнических средств в навигации Рис. 23.4. Определение мес- та судна по радиолокаци- онным расстояниям, изме- ренным на постоянном курсовом угле Кальку передвигают около счислимого места так, чтобы путь судна на карте был параллелен пути на кальке. Это делается с таким расчетом, чтобы наибольшее число точек, отмечающих измеренное расстояние, совпадало с береговой чертой. Рассмотренный способ определения места не дает высокой точности. Определение места судна до ближайших к нему участков берега (рис. 23.5). Способ применяется при наличии в районе плава- ния крутых, обрывистых берегов. Быстро и последовательно измеряются расстояния до не- скольких ориентиров. При этом подвижный импульс дальности не- обходимо совмещать с той частью радиолокационного изображения, которая больше всего выступает в сторону судна. Замечаются время и отсчет лага в момент измерения расстояния до последнего ориен- тира. На кальке наносится линия пути судна и из произвольной точки О как из центра проводятся дуги окружностей радиусами, рав- ными в масштабе карты измеренным расстояниям, и линии пеленгов. Калька накладывается на карту около счислимого места суд- на и перемещается таким образом, чтобы проведенные на ней дуги окружностей касались береговой черты. В точке О делается накол острием циркуля и отмечается обсервованное место судна. |