Тестирование импульсного радара Raymarine Quantum

Импульсное сжатие долго оставалось военной технологией, а потом пришло в радары для катеров и яхт. Как оно работает и что даёт на практике? Разбираем на примере теста твердотельного радара Raymarine Quantum, который сравнивали с обычным магнетронным радаром того же размера и с 4-футовым радаром открытого типа.

Как работает обычный импульсный радар

Классический импульсный радар отправляет короткую «вспышку» радиоизлучения и слушает отражение. Время между отправкой импульса и приходом эха даёт расстояние до цели, а положение вращающейся антенны в этот момент — направление на неё. Из этих двух величин и строится картинка на экране.

Такие радары работают на основе магнетрона — мощного генератора СВЧ-импульсов. Подробнее о разнице подходов мы рассказали в статье о том, чем отличается магнетронный радар от твердотельного.

Главный компромисс импульсного радара

Помимо того, насколько хорошо цель отражает сигнал, качество картинки определяют два фактора.

Обычные радары решают это так: на дальних шкалах используют длинные импульсы (порядка микросекунды) ради обнаружения, а при уменьшении шкалы автоматически укорачивают их ради разделения. Поэтому при приближении можно увидеть, как одна отметка вдруг «распадается» на две цели.

Что такое импульсное сжатие

Импульсное сжатие — это набор методов, при которых длинный импульс после обработки в приёмнике выглядит как короткий. Радар может излучать длинный сигнал малой мощности, но с той же энергией, что у мощного короткого импульса магнетрона, и при этом не терять в разрешении.

Чтобы это сработало, частота внутри импульса должна меняться — такой сигнал называют CHIRP. Способов «качать» частоту много: от простого плавного изменения до сложного кодирования, которое применяют военные.

Проще всего представить процесс на примере ступенчатого изменения частоты. Длинный импульс состоит из серии отрезков с разной частотой — как ряд кирпичиков, уложенных в линию. Отражённый сигнал повторяет эту последовательность. Специальный фильтр в приёмнике задерживает каждую «ступеньку» так, чтобы все они совпали по времени, и складывает их — кирпичики оказываются уложены столбиком. На выходе получается короткий импульс высокой энергии.

Как проходил тест

Радары испытывали в проливе Солент между островом Уайт и побережьем Великобритании на яхте Nelson 42. Сравнивали три радара:

• Raymarine Quantum — твердотельный радар закрытого типа с импульсным сжатием;
• Raymarine RD418D — обычный магнетронный радар закрытого типа аналогичного размера;
• 4-футовый радар открытого типа — эталон, от которого за счёт более крупной антенны ждали лучшего разделения целей по направлению.

Проверяли работу на малой, средней и большой дистанции, поведение в дождь и способность запускать радиолокационные маяки-ответчики. Quantum прошёл маршрут от Хайта через центр Солента до Хамбла, где его заменили на RD418D и прошли тот же маршрут в обратную сторону. Во всех случаях радары работали на автоматических настройках, чтобы сравнение было честным.

Малая дистанция

У обычного импульсного радара вокруг судна есть «слепая зона» — обычно 30–50 метров. Она возникает потому, что магнетрону нужно время, чтобы после отправки импульса переключиться с передачи на приём. Радары с импульсным сжатием и широкополосные радары этой проблемы почти лишены.

Малую дистанцию проверяли в марине Хайта, где много зданий на берегу, — сложные условия для любого радара.

На экране радара открытого типа в центре видно пятно диаметром около 22 метров (72 фута). У Quantum его нет: радар показывал цели уже в 4–5 метрах от судна. За счёт более короткого эффективного импульса картинка у Quantum была чётче, хотя радар открытого типа немного выигрывал в разделении по направлению благодаря длинной антенне. RD418 также показал пятно в центре, меньше целей и худшее их разделение.

Средняя дистанция

Для теста на средней дистанции выбрали вход в Хамбл: здесь есть крупные цели вроде электростанции Фоли, низкие галечные отмели и много зданий пристани — всё, что нужно для сравнения радаров.

Здесь радар открытого типа показал преимущество более крупной антенны, хотя часть целей в центре экрана у него была растянута из-за боковых лепестков диаграммы. Снимки RD418 сделаны на несколько минут позже, поэтому движущиеся суда на них в других местах. RD418 хуже Quantum отображал знаки фарватера, но немного лучше — береговые объекты.

Большая дистанция

Дальность проверяли из центральной части Солента, откуда хорошо просматривается акватория вплоть до скал Нидлс в 15 милях. Quantum показал результат, сопоставимый с радаром открытого типа, хотя был установлен на метр ниже. Оба радара обнаружили цель на расстоянии около 20 миль. На 6 милях единственная заметная разница была в отображении берега.

Отражение от Нидлс на экране RD418 было слабее, чем у Quantum. У обоих радаров ширина луча одинаковая — 4,9°, но Quantum всё равно дал более детальную картинку, вероятно, за счёт лучшей обработки сигнала.

Дождь и шквалы

Импульсный радар хорошо показывает дождевые шквалы — светлыми областями на экране. Чтобы понять, есть ли внутри шквала судно или другая твёрдая цель, используют фильтр дождевых помех (Rain Clutter). Особенно он важен для RD418. Радар открытого типа показывает цели цветовой палитрой: твёрдые — красным, дождь — жёлтым, голубым и зелёным.

Обработка сигнала в Quantum позволяет либо отфильтровать дождь, либо, наоборот, подчеркнуть его. В день теста шли короткие интенсивные ливни. В режиме «Гавань» (Harbour) Quantum в основном убрал дождь с экрана, а в режиме «Погода» (Weather) показал шквалы почти так же, как HD-радар открытого типа.

Работа с радиолокационными маяками

Радиолокационные маяки-ответчики (раконы) установлены на многих навигационных знаках. Получив сигнал радара, ракон отвечает мощным сигналом и рисует на экране узнаваемую отметку — обычно букву азбуки Морзе. В Соленте маяки на знаках передают букву «Т» (одно длинное тире).

Для маломощных радаров с длинным импульсом корректный запуск раконов — отдельная задача, поэтому эту способность проверяли в тесте отдельно. Если вы часто ходите там, где ориентируетесь по раконам, уточните этот момент у специалиста при выборе модели.

Итоги теста

Raymarine Quantum весит примерно вдвое меньше обычного радара, потребляет меньше половины его мощности и при этом показывает убедительные результаты даже на фоне радара открытого типа. Импульсное сжатие стало стандартом для радаров маломерного флота, а основное развитие сместилось в программную обработку сигнала: новые модели получают доплеровскую подсветку целей, улучшенные режимы и более детальную картинку.

Частые вопросы