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:

1. Судовождение в любых условиях освещенности  
   В полной темноте и в условиях ограниченной видимости радиолокационная станция может стать "глазами" судоводителя, что позволит ему контролировать движение собственного судна и других судов, а также расположение различных объектов, которые могут встретиться на пути судна.


2. 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. К таким РЛС относится, например, радиолокационная станция Furuno FR-7062.


3. Ведение судна в определенное судоводителем место
   Владельцы небольших судов (рыболовных и прогулочных) используют радиолокационные станции также для того, чтобы добраться в определенные районы, например, к излюбленному месту рыбной ловли. Напоминающее карту изображение на экране РЛС позволяет идти непосредственно к выбранной путевой точке и дополняет изображения прокладчика курса. 


4. Прием сигналов радиолокационного маяка
   Радиолокационная станция может принимать импульсные сигналы от радиолокационного маяка для определения местоположения своего судна. 

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: 

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. 

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.

По материалам Furuno