Михайлов В.С, Кудрявцев В.Г, Давыдов В.С. Навигация и лоция

Подождите немного. Документ загружается.

Радиальная (круговая) СКП в определении места судна по радиолокационному пеленгу и

расстоянию до ориентиров вычисляется по формуле:

(21.17)

Если РЛП и D

до одного ориентира, то θ = 90° (рис. 21.7) и

(21.18)

Рис. 21.7. Оценка точности обсервованного места по данным РЛС

Так как расстояние до ориентира измеряется с помощью РЛС с высокой точностью, то

погрешности в определении места судна этим способом зависят главным образом от погрешностей

измерения РЛП.

Для повышения точности обсервованного с помощью судовой РЛС места нужно стремиться

получить не менее 3-х линий положения (3D

, 2D

и РЛП, 2D

и визуальный пеленг и др.).

При наличии 3-х линий положения большой треугольник погрешностей укажет на погрешность или

в опознавании ориентиров, или на промахи в наблюдениях.

В практике иногда встречается сложность определения угла пересечения линий положения (θ).

Точно угол пересечения линий положения (θ) можно определить двояко:

б)

Рис. 21.8. Оценка точности обсервованного места судна

1. Соединив обсервованное место с ориентирами (рис. 21.8а), снять значения этих направлений (П

) и рассчитать значение острого угла, то есть θ = П

– П

2. К дугам окружностей с радиусами, соответствующими измеренным и исправленным

расстояниям, в точке их пересечения (обсервованное место) провести касательные (рис. 21.8б) и

измерить значение острого угла θ.

21.5. Использование средств автоматической радиолокационной прокладки в

навигации

Средства автоматической радиолокационной прокладки (САРП) предназначаются в основном для

предупреждения столкновений судов и облегчения выбора маневра судна в сложной навигационной

обстановке.

В САРП с помощью ЭВМ происходит автоматическая (или по выбору) обработка

радиолокационной информации, и данные о ней в векторной форме показываются на РИС (изображение

может быть ориентировано «по курсу» или «по норду»).

С помощью САРП можно решать и ряд навигационных задач:

1. → определять место судна по пеленгам и расстояниям неподвижных объектов, получая почти

мгновенно необходимые данные;

2. → определять кратчайшее расстояние (D

КР

) до неподвижных объектов около которых

проложен путь судна. Непрерывно контролируя D

КР

, можно заблаговременно изменить курс

судна и пройти на безопасном расстоянии (D

БЕЗ

) от объекта;

3. → определять свой путь и действительную скорость судна, наблюдая неподвижные

ориентиры;

4. → плавать по изолинии;

5. → контролировать поворот на новый курс.

При сопряжении САРП с автопрокладчиком реализуется графическое обсервационное счисление,

что позволяет непрерывно контролировать движение судна относительно линии заданного пути.

С помощью САРП «Бриз-Е» неизвестное течение (суммарный снос судна) был получен с СКП =

±0,15 узла.

Так как САРП используют данные от судовой РЛС, то все ограничения РЛС действуют и в САРП.

(Если РЛС не обнаруживает объекты, то и САРП не решает по ним конкретную задачу).

Умелое использование САРП для расхождения со встречными судами и решения навигационных

задач способствуют снижению навигационной аварийности в целом.

21.6. Задачи на определение места судна по данным РЛС

№№

зад.

Условие задачи

Ответ

(C = ...°,—.,.мили)

МНК № 3206 (32105)

= 44°03,3′N, λ

= 37°11,0′E.

Утриш: РЛП=77,0°, ΔГК=-2,0°. о.Утриш: D

= 74 кб.

ΔD

= -0,2 мили. С = ?

C = 75°—0,5 мили.

= 44°45,8′N, λ

= 37°07,4′E.

м. Анапский: D

= 101 кб., ΔD

= -0,1 мили. о.Утриш: D

= 101 кб.,

ΔD

= -0,1 мили. С = ?

C = 90°—1,0 мили.

= 44°40,0′N, λ

= 37°23,5′E.

м. Утриш: D

= 54 кб., м. Утришенок: D

= 51 кб.,

ΔD

= 0. С = ?

C = 270°—0,6 мили.

= 44°35,0′N, λ

= 37°21,4′E.

Утришенок: РЛП = 28,0°, ΔГК = +2,0°, м. Утришенок: D

= 81 кб.,

ΔD

= -0,1 мили. С = ?

C = 30°—0,6 мили.

МНК № 3207 (32106)

= 44°33,3′N, λ

= 37°46,3′E.

м. Мисхако: D

= 55 кб., м. Тонкий: D

= 100 кб.,

ΔD

= 0. С = ?

C = 300°—0,8 мили.

= 43°58,2′N, λ

= 38°55,7′E.

Кодошский: РЛП = 38,0°, ΔГК = -3,0°, м. Кодош: D

= 95 кб.,

ΔD

= +0,2 мили. С = ?

C = 250°—0,8 мили.

= 44°06,0′N, λ

= 38°55,9′E.

м. Кодош: D

= 52 кб., м. Широкий: D

= 43 кб.,

ΔD

= -0,2 мили. С = ?

C = 300°—0,6 мили.

= 44°32,3′N, λ

= 37°48,6′E.

Дообский: РЛП = 37,0°, ΔГК = +3,0°, D

= 80 кб.,

ΔD

= -0,1 мили. С = ?

C = 220°—0,5 мили.

= 44°26,1′N, λ

= 37°55,3′E.

Геленджикский: РЛП = 48,0°, ΔГК = -3,0°, м. Толстый: D

= 92 кб.,

ΔD

= -0,1 мили. С = ?

C = 300°—1,0 мили.

10.

= 44°14,2′N, λ

= 38°35,1′E.

Джубский: РЛП = 62,0°, ΔГК = -2,0°, м. Гуавга: D

= 113 кб.,

ΔD

= -0,2 мили. С = ?

C = 300°—1,1 мили.

Выводы

1. Судовая РЛС предназначена для обнаружения надводных объектов и берега в условиях плохой

видимости, определения места судна, обеспечения плавания в узкостях, предупреждения

столкновения судов в море.

2. Основными эксплуатационными данными РЛС являются дальность, разрешающая способность и

точность.

3. Исправно работающая и умело используемая судовая РЛС позволяет уверенно плавать в

условиях полного отсутствия видимости.

4. При использовании судовой РЛС следует учитывать влияние на ее работу волнения моря и

метеорологических условий; наличие теневых секторов и мертвой зоны; появление ложных эхо-

сигналов.

5. Опознавание береговой черты с помощью судовой РЛС производится или способом веера

пеленгов и расстояний или способом траверзных расстояний.

6. Более надежно (с помощью судовой РЛС) обсервованное место по расстояниям до точечных (3-

х) ориентиров; менее надежно – по радиолокационным пеленгам.

7. САРП предназначены в основном для облегчения выбора безопасного маневра судна в сложной

навигационной обстановке, но с ее помощью можно решать и ряд навигационных задач

(определять место, плавать по изолинии, контролировать поворот и др.).

ГЛАВА 22. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТА СУДНА ПО ДАННЫМ

ГИПЕРБОЛИЧЕСКИХ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

22.1. Радионавигационные системы и их классификация

22.1.1. Общие положения

Радионавигационные средства – совокупность радиоэлектронной аппаратуры, предназначенной

для решения навигационных задач.

С помощью радионавигационных средств (самостоятельно или в комбинации с другими

техническими средствами судовождения) решаются следующие основные задачи:

1. → определение места судна в море;

2. → навигационное обеспечение безопасного плавания вблизи берегов, в узкостях и по

фарватерам;

3. → обеспечение расхождения судов в море и регулирование движения судов на портовых

акваториях;

4. → навигационное обеспечение промера, траления, определения маневренных элементов и другие

задачи.

Радионавигационная система (РНС) – совокупность радиотехнических и вспомогательных

устройств на судне и вне его, при помощи которых решаются указанные выше задачи.

Достоинства радионавигационных средств:

1. → независимость измерений от условий видимости;

2. → высокая точность определения радионавигационных параметров (РНП);

3. → возможность определения радионавигационных параметров на больших расстояниях;

4. → большая эффективность обеспечения плавания вблизи берегов и в узкостях (особенно в

малую видимость);

5. → независимость от метеорологических условий (всепогодность) и от времени суток;

6. → сравнительно небольшое время выполнения навигационных определений.

Электромагнитные колебания (ЭМК) – волновой процесс, характеризующийся периодом (или

частотой), амплитудой, фазой, скоростью перемещения фронта волны и положением плоскости

поляризации.

• → Период (Т) – время одного колебания;

• → Частота (f) – число периодов в секунду;

• → Фаза (фазовый угол Ф) – безразмерная величина, характеризующая состояние или

мгновенное относительное значение колебания;

• → Полный период колебания (θ) – время изменения фазового угла на величину 2π;

• → Фазовая скорость (υ) – скорость перемещения поверхности одинаковой фазы (фронта

волны);

• → Амплитуда – наибольшее значение периодически изменяющейся величины;

• → Длина волны (λ) – расстояние, проходимое электромагнитной волной за один период; или

расстояние, на котором фаза волны изменится на 2π.

Радиоволна – электромагнитная волна, длина которой лежит в пределах от долей мм и

приблизительно до 100 км (см. табл. 22.1).

Характеристика радиоволн

Таблица 22.1.

Диапазон радиоволн

λ (длина волны)

f (частота)

СДВ

> 10 км

< 30 кГц

ДВ

1 ÷ 10 км

300 ÷ 30 кГц

СВ

100 ÷ 1000 м

3000 ÷ 300 кГц

КВ

10 ÷ 100 м

30 ÷ 3 мГц

УКВ

метровые

1 ÷ 10 м

300 ÷ 30 мГц

дециметровые

10 ÷ 100 см

3000 ÷ 300 мГц

сантиметровые

1 ÷ 10 см

30000 ÷ 3000 мГц

миллиметровые

1 ÷ 10 мм

300000 мГц

22.1.2. Классификация радионавигационных систем

Радионавигационные системы классифицируются:

I. По виду определяемых линий положения:

a. → азимутальные системы – линии положения соответствуют равным значениям прямых или

обратных пеленгов (азимутов) на опорную станцию (АРП + КРМ);

b. → дальномерные системы – линии положения соответствуют равным расстояниям до опорной

станции (радиодальномеры, радиолаги и пр.);

c. → разностно-дальномерные (гиперболические) системы – линии положения соответствуют

равным разностям расстояний до двух опорных станций (гиперболические РНС);

d. → азимутально-дальномерные системы – линии положения соответствуют равным пеленгам и

расстояниям до опорных станций (РЛС, БРЛС);

e. → высотно-азимутальные системы – линии положения соответствуют равным значениям

видимой высоты или азимута светила или космического источника радиоизлучения

(радиосекстаны).

II. По физическому принципу, лежащему в основе метода измерений:

a. → амплитудные РНС;

b. → фазовые РНС – используют зависимость фазы несущих сигналов от расстояния;

c. → импульсные (временны´е) РНС – используют зависимость продолжительности

распространения радиоволн от расстояния;

d. → частотные РНС – используют зависимость частоты несущих сигналов от скорости изменения

расстояния;

e. → РНС, основанные на использовании эффекта Доплера;

f. → комбинированные РНС. Например: импульсно-фазовые (Лоран-С).

III. По дальности действия:

a. → РНС неограниченной дальности действия (глобальные) – позволяют определять место

судна в любой точке Мирового океана;

b. → РНС дальней навигации – позволяют определять место судна на удалениях от станций до

2000 миль;

c. → РНС средней навигации – для обеспечения плавания судна в открытом море на удалениях от

станций до 300 миль.

d. → РНС ближней навигации – для обеспечения прибрежного плавания судна на удалении от

береговых станций до 100 миль.

22.1.3. Общая характеристика гиперболических РНС

Среди современных радиотехнических средств навигации (РТСН) наиболее широкое применение

на судах морского флота получили гиперболические или разностно-дальномерные радионавигационные

системы (РНС).

Гиперболические РНС подразделяются по способу определения навигационного параметра

(фазовые, импульсные, частотные, комбинированные) и по дальности их действия (неограниченной

дальности действия, дальней навигации, средней навигации, ближней навигации).

Фазовые РНС, в свою очередь, подразделяются в зависимости от вида разделения (селекции)

сигналов на РНС с частотной (каждая станция имеет собственную несущую частоту) и на РНС с

временно´й (все станции работают на одной и той же частоте, но в определенной последовательности)

селекциями сигналов.

В гиперболических РНС изолинией является гипербола, в фокусах которой расположены береговые

радиостанции (рис. 22.1).

Рис. 22.1. Изолиния гиперболической РНС

Для всех точек гиперболы разность сферических расстояний

ΔD = D

− D

= const

(22.1)

Расстояние между фокусами называется базой. Изолиния перпендикулярная базе в ее середине (Δ D

= 0) называется нормалью.

Гипербола является кривой, симметричной относительно базы и нормали. Поэтому одной и той же

разности расстояний соответствуют 2 ветви гиперболы, то есть имеется неоднозначность в определении

изолинии, которая различается с помощью счисления (рис. 22.1). Точность линии положения

гиперболической РНС зависит от положения наблюдателя (судна) относительно нормали и базы. Если

судно находится на продолжении базы (т. С

или т. С

), то линию положения получить невозможно.

Когда же судно находится на нормали к базе (т. С

или С

), точность линии положения будет выше, чем

в других направлениях. Наибольшая точность линии положения будет при нахождении судна на базе (т.

или т. С

22.2. Определение места судна с помощью фазовой РНС средней дальности

22.2.1. Фазовый метод радионавигационных определений

Этот метод разработан и применен еще в СССР (Л.И. Мандельштам, Н.Д. Папалекси, Е.Я.

Щеголев) и основан на принципе измерения расстояния (D) или разности расстояний (Δ D) путем

измерения фазовых углов электромагнитных колебаний (ЭМК), прошедших эти расстояния.

Физическую сущность этого метода рассмотрим на примере одного из его вариантов – способ

измерения расстояний с хранением начальной фазы (рис. 22.2).

Рис. 22.2. Блок-схема фазовой РНС

В этом способе на одном конце измеряемого расстояния (опорная станция РНС) излучаются

непрерывные колебания с угловой частотой ω

. На другом конце (судно) эти колебания принимаются и

сравниваются по фазе с колебаниями опорного генератора, имеющих угловую частоту ω

Фаза опорного генератора выразится соотношением:

= ω

· t + φ

(22.2)

где

– полный фазовый угол ЭМК опорного генератора за время t;

– начальная фаза ЭМК опорного генератора;

– угловая частота колебаний опорного генератора.

А для фазы принятых электромагнитных колебаний можно записать:

(22.3)

где

– начальная фаза ЭМК берегового излучателя;

– средняя фазовая скорость радиоволн (для данной линии связи).

Измеренная фазометром разность фаз колебаний (ψ) будет:

(22.4)

Если выполнить условия: ω

= ω

= ω и φ

= φ

, то

(22.5)

откуда.

(22.6)

где λ

– длина волны ЭМК, соответствующая угловой частоте ω.

Выражение (22.4), непосредственно связывающее измеряемое расстояние с показаниями фазометра,

и есть суть фазового метода.

Длина волны, на которой производится измерение (сравнение фаз), называется длиной волны

сравнения (λ

), а соответствующая ей частота – частотой сравнения (f

Из выражения (22.6) следует, что если измеряемое расстояние больше длины волны сравнения, то ψ

> 2π и фазометр покажет лишь остаточный фазовый угол

φ = ψ − 2π · N

(22.7)

где N – число полных фазовых циклов.

Подставляя значение ψ из выражения (22.7) в выражение (22.6) получаем:

(22.8)

Следовательно, при D > λ

, отсчет фазометра не дает однозначного определения измеряемого

расстояния, а отвечает ряду значений D, отличающихся одно от другого на длину волны сравнения и

для исключения этой неоднозначности требуются дополнительные измерения.

Неоднозначность результатов измерений разрешается одним из двух основных способов:

1. → непрерывным наблюдением за изменениями разности фазовых углов;

2. → введением дополнительных масштабов измерения.

Первый способ требует знания расстояния, соответствующего начальному моменту наблюдения.

Последующее непрерывное наблюдение за изменением остаточного фазового угла φ, то есть фиксация

приращения расстояния или разности расстояний дает возможность однозначно определять линию

положения на моменты отсчетов.

Второй способ заключается в том, что измерения производятся на нескольких частотах.

22.2.2. Принцип работы фазовых РНС

Фазовыми радионавигационными системами называются такие РНС, с помощью которых место

судна определяется путем измерения разности фаз, одновременно излучаемых электромагнитных

колебаний. В такой РНС используется свойство радиоволн изменять свой фазовый угол по мере

удаления от станции излучения.

В общем случае изменение фазового угла зависит от пройденного радиоволной расстояния, то есть

изменение фазового угла является функцией расстояния

Ф = f (D)

(22.9)

Следовательно, если известно изменение фазового угла на каком-то расстоянии, то возможно

определить и само расстояние, проходимое радиоволной от места ее излучения до точки приема. Так,

если в т. О (рис. 22.3) излучаются незатухающие колебания, то видно, что фазовому углу Ф в точке

приема М соответствует расстояние D = ОМ.

Рис. 22.3. Изменение фазового угла радиоволны

Зависимость между фазовым углом Ф и расстоянием D определяется формулой:

(22.10)

или

Ф = Nθ + ψ

(22.11)

где

θ – целый фазовый цикл (ф.ц.) пропорциональный расстоянию, на котором укладывается одна

длина волны (λ);

N – целое число фазовых циклов;

ψ – доля фазового цикла или конечный фазовый цикл.

Таким образом, при известной длине волны, произведя отсчет целых фазовых циклов (Nθ) и

измерив конечный фазовый цикл (ψ), определяется фазовый угол (Ф), а затем и расстояние (D) по

формуле:

(22.12)

Из формулы видно, что расстояние D может быть определено в любой момент по мере удаления

(приближения) судна от (к) станции излучения, если на судне будет производиться подсчет целых

фазовых циклов (θ) и измеряться конечный фазовый цикл (ψ), то есть если будет определяться в

нужный момент фазовый угол (Ф).

Фазовые РНС предназначены для определения места судна с достаточно высокой точностью. К

фазовым РНС относятся РНС «Декка», «РСВТ», которые являются разностнодальномерными

гиперболическими РНС.

Рис. 22.4. Принцип определения места судна по фазовой РНС

Принцип работы этих РНС (рис. 22.4) состоит в том, что береговые станции (ведущая – ВЩ → т. А

и ведомые – ВМ → т. В и т. С) согласованно излучают радиоволны строго стабилизированных частот,

которые принимаются на судне как разность фазовых углов ведущей (ВЩ) и каждой ведомой (ВМ)

станций. По измеренным разностям фаз определяются им соответствующие гиперболы, в точке

пересечения которых (т. М

) и будет обсервованное место судна.

Судну в т. М

расстояниям D

, D

соответствуют фазовые углы Ф

, Ф

. Тогда разности фаз

ΔФ

= Ф

– Ф

будет соответствовать разность расстояний ΔD

= D

– D

, по которой определяется 1-я

гипербола I–I, как линия положения, а по разности фаз ΔФ

= Ф

– Ф

– разность расстояний ΔD

= D

–

и 2-я гипербола II–II. В точке пересечения гипербол I–I и II–II (т. М

) и будет находиться

обсервованное место судна.

22.2.3. Определение места судна по фазовым РНС

Измерение навигационного параметра фазовых РНС производится с помощью судовых

приемоиндикаторов ПИ (РНС «РСВТ» – «КПФ-1,2», РНС «Декка» – «Пирс-1,2»), которые имеют

шкалы грубого (ГО) и точного (ТО) отсчетов разности фаз ведущей и ведомых станций. Один полный

оборот стрелки шкалы ТО соответствует изменению показаний шкалы ГО на 1. Таким образом, если на

шкале ГО будет установлен отсчет, соответствующий Nθ, то для снятия значения навигационного

параметра нужно снять со шкалы ГО значение «грубой дорожки» (Nθ), а со шкалы ТО – значение

«точной дорожки» (ψ).

То есть, для определения места судна при использовании фазовых РНС необходимо, прежде всего,

найти номер «грубой дорожки», а затем по показаниям шкалы ТО, отыскать внутри опознанной

дорожки соответствующую ψ гиперболу, на которой (на момент снятия отсчета) находится судно.

Если же судовой ПИ фазовой РНС не включен постоянно, то номер «грубой дорожки» (зеленая –

20, красная – 14) определяется с помощью радионавигационной карты (рис. 22.5) нанесением на нее

счислимой точки (т. С) с путевой карты по φ

, λ

на время замера навигационного параметра.

Определенные таким образом номера (20 и 14) грубых дорожек устанавливаются по шкалам грубого

отсчета вручную.

Рис. 22.5. Проведение линий положения на РНК фазовой РНС «РСВТ»

При необходимости, снятые со шкал значения навигационных параметров исправляются

соответствующими поправками.

На рис. 22.5 показано определение места судна по фазовой РНС «РСВТ» по снятым с

приемоиндикатора значениям навигационных параметров:

• красная – 14, 452

• зеленая – 20, 354 (14 и 20 – со шкал ГО, 452 и 354 – со шкал ТО).

Обсервованное место судна (т. М) получено с помощью РНК «РСВТ».

Фазовая РНС «Декка» имеет несколько цепочек. Каждая цепочка (рис. 22.6) состоит из 3-х пар

станций. Ведущая станция (ВЩ) является общей для всех пар и располагается в центре. Ведомые (ВМ)

станции – расположены в вершинах приблизительно равностороннего треугольника. С помощью

каждой пары определяется одна гипербола (линия положения) на карте.

Рис. 22.6. Цепочка фазовой РНС

На судне сигналы ВЩ и 3-х ВМ станций принимают с помощью специального 4-х канального

приемоиндикатора (ПИ), имеющего 3 точных (по числу пар станций) фазометра и один «грубый»

фазометр для опознавания дорожек, общий для всех пар станций. Каждый из фазометров «точных»

дорожек имеет буквенную шкалу зон, разбитую от А до J, и шкалу долей «точной» дорожки.

Установка литер зоны и номера дорожки производится вручную. Указатель долей «точной»

дорожки работает автоматически от фазометра.