Точность радиолокационного пеленгования.

Точ­ность определения радиолокационного пеленга (РЛП) при использо­вании механического визира зависит от следующих факторов:

• ширины диаграммы направленности в горизонтальной плос­кости (m1);

• неточной центровки начала развертки (m2);

• неточного визирования эхо-сигнала объекта (m3);

• погрешности нуля отсчета, вызванной сдвигом антенны относи­тельно ДП судна или относительно гироскопического меридиана (m4);

• инструментальной погрешности передачи на индикатор угла вращения антенны (m5);

• погрешности параллактического характера (m6).

Увеличение ширины диаграммы направленности в горизонтальной плоскости вызывает, как уже разбиралось выше, растягивание изо­бражения эхо-сигнала по дуге окружности. Это растягивание тем больше, чем дальше от центра экрана находится отметка эхо-сигнала Изображение точечного объекта растягивается симметрично в обе сто­роны, и если при пеленговании визир устанавливать над серединой эхо-сигнала, то это явления не внесет заметной погрешности в пеленг.

Иное происходит при пеленговании краев протяженных объек­тов, например срезов мысов, которые растягиваются несимметрич­но, только в одну сторону — в сторону моря. Поэтому изображение оконечности объекта появится на экране с некоторой угловой по­грешностью, равной половине ширины луча, которая полностью войдет в отсчет пеленга (или курсового угла). Эта угловая погреш­ность не является постоянной величиной и зависит от многих фак­торов, в том числе и от отражающих свойств оконечности облучае­мого объекта. Например, если мыс оканчивается отвесной скалой, дающей сильное отражение, то погрешность этого рода будет боль­ше, так как эхо-сигнал от скалы достигает большой силы и даст от­метку на экране, когда ось радиолокационного луча будет значи­тельно отклонена от направления на нее. Если отражающие свойст­ва оконечности другого мыса будут хуже (например, пеленгуется низкий песчаный мыс), то эхо-сигнал достаточной силы придет к ан­тенне и поступит на ИКО при меньшем удалении оси луча от объек­та. Эта погрешность является систематической. Знак погрешности определяется на основании того, что эхо-сигнал наблюдаемого объ­екта всегда вытянут в сторону моря.

Из сказанного выше видно, что при радиолокационном пеленгова­нии следует рассматривать два слу­чая: пеленгование точечных и ма­лых отдельно лежащих объектов; пеленгование оконечностей протя­женных объектов. Предпочтение следует отдавать первому случаю.

Примем для точечных объектов т, = 0,4°.

Погрешность от неточной центровки (когда центр окружности, описываемой началом развертки, не совпадает с центром вращения линейки визира, рис. 17.9)

где а — расстояние, на которое смещено начало развертки; β— на­правление смещения начала развертки относительно линии визиро­вания; R — расстояние до эхо-сигнала.

Из формулы (17.7) видно, что при прочих равных условиях по­грешность будет тем больше, чем ближе к центру экрана будет нахо­диться эхо-сигнал. Для уменьшения погрешности пеленга от неточ­ной центровки нужно применять такую шкалу дальности, чтобы эхо-сигнал пеленгуемого объекта оказался на периферии экрана.

При постоянных значениях а и R погрешность достигает своей максимальной величины, когда отметка эхо-сигнала находится на ли­нии, перпендикулярной к направлению смещения центра развертки.

Смещение центра развертки неизбежно и постоянно изменяется, особенно с переменой курса, так как меняется общее магнитное поле судна. Величина смещения редко бывает меньше ± 1 мм. При этом условии погрешность пеленга для объектов, эхо-сигналы которых на­ходятся на расстоянии 0,5 радиуса экрана, может составить около m2 = 0,4°, увеличиваясь при перемещении эхо-сигнала к центру эк­рана и уменьшаясь при его перемещении к периферии.

Погрешность от неточного визирования возникает вследствие того, что эхо-сигналы объектов на ИКО часто не имеют резко очерченных границ, поэтому при пеленговании мысов бывает затруднительно ус­тановить визир точно над краем изображения. Если же пеленгуется какой-либо отдельно лежащий объект, не являющийся точечным, то из-за расплывчатости краев и возможных искажений в его изображении на экране наблюдатель не всегда может симметрично разделить визиром такую отметку. На расстоянии 1/3 радиуса экрана эта погрешность дос­тигает ± 0,6°; 2/3 радиуса — ± 0,3°. Примем в среднем m3 = 0,5°.

Погрешность в нуле отсчета, вызванная сдвигом антенны от­носительно ДП или гирокомпасного меридиана, может составить m4 = 0,3°. Инструментальная погрешность передачи на индикатор угла вращения антенны m5 ≈ 0,3°.

Кроме того, сравнительно небольшие отклонения глаза наблюда­теля от строго вертикального положения над визиром вызывают по­грешности параллактического характера и при снятии отсчета пе­ленга, и при совмещении визира с пеленгуемым объектом, так как изображение рисуется на внутренней поверхности ЭЛТ и между нижней кромкой визира и верхней поверхностью трубки имеется не­который просвет. Поэтому даже при небольших смещениях глаза от строго вертикального положения над визиром при установке визира над объектом возникают большие погрешности (порядка m6 = 0,5°). Эти погрешности являются случайными и оказывают большое влия­ние на точность РЛП.

Складывая все названные погрешности, получаем среднюю квад­ратичную погрешность определения радиолокационного пеленга mрлп = 1,0°

Можно заключить, что при пеленговании точечных объектов в лучшем случае погрешность радиолокационного пеленга может быть примерно ± 1,0°. При пеленговании мысов погрешность возрастает и может достигать величины ± 2...3°, главным обра­зом за счет искажения (растягивания) эхо-сигналов мысов и не­точного визирования.

Так как измеренный РЛП перед прокладкой на карте нужно ис­править поправкой гирокомпаса в соответствии с формулой ИП = РЛП + ∆ГК, то на точность проложенного на карте РЛП будет влиять всегда возможная погрешность в поправке гирокомпаса, что судоводитель должен учитывать.

Точность радиолокационного пеленгования будет несколько вы­ше при использовании электронного визира за счет устранения по­грешностей m2 и m6. В этом случае mрлп = 0,8°.

В режиме автосопровождения точность будет еще выше.

Если пеленгование производится при ориентировке ИКО «по кур­су» (или при отклоненном от РЛС гирокомпасе), то на объект опреде­ляют радиолокационный курсовой угол (РЛКУ) и для прокладки на карте рассчитывают ИП по формуле

В этом случае в пеленг полностью войдет погрешность от неточ­ного определения РЛКУ (вследствие несовпадения нуля азимуталь­ного круга с отметкой курса) и погрешность от неточного фиксирова­ния курса (по репитеру гирокомпаса) в момент пеленгования.

Погрешность в КУ от несовпадения нуля азимутального круга ИКО с отметкой курса может достигать 0,5... 1,0°; она особенно опасна при расхождении с судами на встречных курсах. Поэтому всегда необходи­мо добиваться возможно большей точности установки нуля индикато­ра. Если это почему-либо не сделано, то при первом же выходе в море необходимо определить погрешность путем сравнения КУ, наблюдае­мых одновременно по компасу и РЛС. Эта погрешность будет посто­янной и должна исключаться из всех отсчетов курсовых углов.

Проведенные исследования показывают, что точность радиолока­ционного пеленгования значительно снижается при качке судна. На­пример, при крене 10° и дифференте 8° погрешность пеленгования возрастает на 1°. Возникающая вследствие этого погрешность зави­сит от КУ на объект и равна нулю при КУ, близких к 0; 180 или 90° каждого борта; наибольшего значения она достигает при КУ, близких 45 или 135°. Чтобы уменьшить влияние качки на точность измере­ния, нужно пеленговать ориентиры, расположенные на носовых (кормовых) и траверзных углах. Если необходимо получить точный пеленг на объект при качке, рекомендуется брать несколько отсчетов пеленга при различных углах качки судна и осреднять отсчеты.

Из сказанного видно, что радиолокационное пеленгование произ­водится с невысокой точностью. Поэтому при определении места судна к нему следует прибегать, в крайнем случае, когда нельзя опре­делить место другими, более точными способами. Следует стремиться пеленговать только точечные ориентиры и не пеленговать объекты, близко расположенные к центру ИКО.

На некоторых судах применяются двухдиапазонные РЛС «Оке­ан», работающие на λ = 3,2 н 10 см. При равных размерах антенн диаграмма направленности в диапазоне λ = 10 см получается более широкой, отчего в 3 раза снижается разрешающая способность по уг­лу и несколько падает точность радиолокационного пеленгования. Поэтому для более точного определения пеленга надо применять λ = 3,2 см.

Следует иметь в виду, что точность радиолокационного пеленго­вания во многом зависит от опыта наблюдателя.

Радиолокационная девиация. Часто антенны РЛС не удается установить так, чтобы в пространство ее облучения не попа­дали мачты, такелаж, антенны и другие устройства. В связи с этим наблюдаются так называемые теневые секторы (см. п. 17.3). Отсчеты РЛП, взятые в этих секторах и в пределах 3...5° от их границ могут содержать значительные погрешности, называемые радиолокацион­ной девиацией. Причиной ее является искажение электромагнитного поля сигнала, отраженного от объекта, полем, создаваемым на судне вторичными излучателями (принимаемые отраженные сигналы воз­буждают ЭДС в мачтах, трубках, антеннах).

Радиолокационная девиация может быть найдена эксперимен­тально и учтена как поправка при расчете радиолокационного пе­ленга:

Методика определения ∆РЛКУ такая же, как при определении радиодевиации радиопеленга визуальным способом. Перед произ­водством работ весь такелаж надо закрепить по-походному. ИКО должен быть ориентирован «по курсу».

Для определения радиолокационной девиации два наблюдате­ля одновременно должны измерять визуально КУ по азимуталь­ному кругу компаса на объект наблюдения и РЛКУ по азимуталь­ному кругу ИКО.

Объектами наблюдения должны быть точечные объекты, напри­мер, буи с уголковыми отражателями, плавмаяки, маяки-ответчики и т. п., находящиеся на расстоянии хорошей визуальной видимости. Для определения радиолокационной девиации для всего диапазона КУ необходимо ложиться на отдельные курсы через 5... 10°. По ре­зультатам наблюдений радиолокационную девиацию рассчитывают по формуле

Затем составляют таблицу (табл. 17.1) и вычерчивают график ра­диолокационной девиации как функции РЛКУ.

Установлено, что с увеличением длины волны РЛС и расширением диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости ра­диолокационная девиация увеличивается.

Чтобы точно определить радиолокационные пеленги, совершенно необходимо учитывать радиолокационную девиацию, поэтому ее нужно определять при первоначальной установке РЛС на судне и при изменениях в установке такелажа, антенн и т. п.

Точность измерения расстояний. Расстояние до эхо-сигнала объекта на экране РЛС может быть измерено с помощью не­подвижных (НКД) и подвижных (ПКД) кругов дальности.

С помощью НКД расстояние до объекта измеряется приближенно, путем глазомерной интерполяции положения эхо-сигнала между НКД. В этом случае точность измерений зависит от погрешностей интерполяции, погрешностей расстановки колец дальности, степени нелинейности развертки.

Наибольшее влияние на точность измерения расстояний оказыва­ет первая погрешность. Наблюдатель способен разделить расстояние между НКД с точностью до 1/10, что дает предельную погрешность в ±10% от этого расстояния. Среднюю квадратичную погрешность из­мерения расстояния можно найти по формуле

где Dm — шкала дальности; N—число колец дальности.

Например, для РЛС «Океан», имеющей на шкале 16 миль 4 круга дальности, получаем mD = 1,3 кб.

Из формулы (17.10) видно, что с увеличением числа колец дально­сти относительная точность измерений повышается. Однако большое число колец осложняет наблюдения за экраном, поэтому в судовых РЛС, не имеющих ПКД, их не более 10.

Погрешностями расстановки колец дальности пренебрегают, так как они много меньше погрешностей интерполяции. При нелинейно­сти не более 2.. .3% возникающие погрешности будут на порядок ниже погрешностей интерполяции, поэтому ими также можно пренебречь.

Более точно измерить расстояние можно с помощью ПКД. Точ­ность этого измерения определяется погрешностями калибровки, ин­струментальной, измерений и объекта.

Погрешность калибровки выражается в том, что каждое фик­сированное значение радиуса подвижного круга не соответствует действительному расстоянию для избранного масштаба. При ка­либровке ПКД расстояния, измеренные с помощью РЛС, сравни­вают с расстояниями, измеренными геодезическим путем, и в слу­чае необходимости корректируют отсчет ПКД. Такой метод калиб­ровки имеет высокую точность, и остаточная погрешность не бу­дет превышать 10 м.

В судовых условиях пользуются следующим приемом. На сто­янке в порту точно определяют место судна и наносят его на план (масштаб не менее 1:25 000). С плана снимают расстояния до хорошо приметных на экране РЛС точечных объектов и по ним производят калибровку, как в уже описанном способе. При таком методе точность будет соответствовать точности измере­ния расстояний на плане.

Исследования показывают, что при исправном действии дальномерного устройства погрешность калибровки не будет превышать 0,1...0,2кб. Погрешности калибровки обычно малы, и они могут иметь значение только при проводке судна по узким фарватерам.

Инструментальная погрешность вызывается неточностью работы фазовращателя РДС и обычно имеет величину примерно ± 10... 15 м.

Случайная погрешность измерения возникает при неточном со­вмещении ПКД с объектом, до которого измеряется расстояние. При­чем при каждом последующем совмещении наблюдатель будет уста­навливать подвижный круг несколько в ином положении, чем при предыдущем. Вследствие этого на счетчике будут получаться рас­стояния, отличающиеся друг от друга.

Случайная погрешность зависит от опыта наблюдателя, четкости и масштаба изображения объекта и может быть выведена из серии отсчетов. Для уменьшения этой погрешности рекомендуется произ­водить наблюдения при возможно крупном масштабе изображения и совмещать внешний край ПКД с передним краем изображения объекта. При этом легко улавливаются незначительные совмещения ПКД. Яркость ПКД должна быть минимальной.

Погрешность объекта является наиболее существенной при измере­нии расстояний. Она заключается в том, что штурман не всегда может совершенно точно указать на карте ту часть наблюдаемого объекта, ко­торая создала передний фронт эхо-сигнала на ИКО. Наиболее просто и точно можно измерить расстояния до отдельно лежащих объектов и об­рывистых мысов, наименее точно — до низких берегов, пологих мысов и т. п. Поэтому к расстояниям, измеренным до береговой черты или до объектов, расположенных в отдалении от уреза воды (возвышенности, здания, маяки), всегда следует относиться с осторожностью.

На погрешности объекта сказывается степень усиления. При по­вышенном усилении очертания изображения объекта расплываются и вследствие этого будет измерено меньшее расстояние; при пониженном — большее.

Точность измерения расстояний с помощью РЛС, определенная экспериментальным путем, приводится в описании каждой станции и колеблется в пределах 0,2...1,0кб. На качке погрешность измере­ния расстояний несколько возрастает, но погрешность не превышает высоты антенны.

Чтение радиолокационного изображения

Изображение местности на экране ИКО похоже на изображение на карте, но имеет целый ряд особенностей, которые судоводитель должен иметь в виду при использовании РЛС.

Искажение линии берегов.

Изображение берега на ИКО во многих случаях может значительно отличаться от карты:

оно соответствует не урезу воды, а некоторой приподнятой час­ти суши;

мелкие подробности местности, имеющие существенное значе­ние для опознавания местности, часто не выделяются на экране из-за сравнительно небольшой разрешающей способности радиолока­тора в горизонтальной плоскости;

часть береговой черты может быть затенена и отсутствовать на ИКО, если впереди нее имеются какие-либо экранирующие объекты (остров, гора и т. п.).

Особенности радиолокационного изображения местности наи­более сильно проявляются при плавании вдоль низменных бере­гов, когда отраженные от низкой части берега сигналы не смогут дать изображения на экране и эхо-сигналы на ИКО будут соот­ветствовать более возвышенным и удаленным от береговой чер­ты частям суши. Расстояние, измеренное до этих эхо-сигналов, может быть значительно преувеличенным по сравнению с дейст­вительным расстоянием до берега. Это обстоятельство судоводи­тель всегда должен учитывать, чтобы не поставить свое судно в опасное положение.

Растягивание изображения из-за некоторой ширины радиолока­ционного луча сглаживает картинку, получающуюся на экране, в результате чего мелкие детали (бухточки, близлежащие к берегу островки) исчезают, что иногда может нарушить ориентировку, соз­дать впечатление единого объекта значительных размеров и т. п.

Затенение одних объектов другими затрудняет опознавание бере­га, особенно при подходе к нему с моря. При движении вдоль берега изображение местности может постоянно меняться, так как одни объ­екты будут выходить из затенения или подниматься над радиолока­ционным горизонтом, а другие, ранее видимые на экране, будут за­теняться или скрываться.

Чтобы облегчить опознавание местности и определение места судна, в некоторых странах издают специальные карты с радиоло­кационной нагрузкой (более подробно отмечен рельеф берега, нане­сены контуры объектов, дающих отражение, и т. п.). Однако со­ставление таких карт — очень трудоемкий процесс и пока они не получили широкого распространения. Некоторые судоводители считают более целесообразным приспосабливать обычные морские карты для целей радиолокации и издавать фотографии с радиоло­кационными видами отдельных участков побережья. Для подъема навигационных карт в радиолокационном отношении нужно, поль­зуясь имеющимися горизонталями, отметить все ближайшие отра­жающие объекты и по этим данным начертить контур ожидаемого изображения данного участка берега. Эту работу может проделать сам судоводитель, но только при условии, что рельеф берега на мор­ской карте достаточно подробно изображен.