Опыт работы с РЛС показал, что в туман, дождь и при чрезмерно влажном воздухе наблюдается некоторое уменьшение дальности обнаружения объектов. Это объясняется сильным рассеянием и поглощением радиоволн сантиметрового диапазона водой, находящейся в воздухе. Степень ослабления сигналов увеличивается с уменьшением длины волны, на которой работает РЛС.

При некоторых условиях может наблюдаться аномальное распространение радиоволн сантиметрового диапазона, связанное с изменением коэффициента рефракции. При нормальном состоянии атмосферы радиолокационные лучи слегка изгибаются в сторону земной поверхности. Если коэффициент атмосферной рефракции убывает с высотой со скоростью меньше нормальной, или увеличивается, то изгиб у радиолокационных лучей будет меньшим и они в меньшей степени будут следовать кривизне земной поверхности. При этом лепесток диаграммы направленности РЛС будет стремиться подняться выше над поверхностью моря, что приведет к уменьшению дальности радиолокационного горизонта (рис. 17.10,b).

Такое явление называется пониженной рефракцией (субрефракцией). Оно возникает, когда холодный влажный воздух распространяется над теплой водой. При субрефракции объекты, имеющие небольшую высоту над уровнем моря, будут обнаруживаться на несколько меньших расстояниях, чем при нормальных условиях. Известны случаи, когда дальность обнаружения небольших судов и островов сокращалась на 30...40% и более.

Субрефракцию обычно замечают, когда температура воздуха не менее чем на 20°С ниже температуры воды. Наиболее часто это случается в полярных районах зимой и вблизи сильно охлажденных береговых массивов Поэтому если температура поверхности моря на 20°С превышает температуру воздуха, следует ожидать, что очень близкие объекты, находящиеся на расстоянии 2...3 миль, не будут обнаружены РЛС. (Во время арктических плаваний, когда разница между температурами воды и воздуха была особенно большой, судоводители с трудом обнаруживали айсберги и громадные плавучие льдины на расстоянии менее 1 мили.)

Если коэффициент атмосферной рефракции убывает с высотой со скоростью больше нормальной, то радиолокационный луч изгибается сильнее и в большей степени следует кривизне земной поверхности. В этом случае лепесток диаграммы направленности радиолокатора будет стремиться прижаться к земной поверхности, что вызовет увеличение дальности радиолокационного горизонта (рис. 17.10, в). Это явление называется повышенной рефракцией (сверхрефракцией). При сверхрефракции дальность радиолокационного горизонта может достигать нескольких сотен миль.

Исключительным случаем сверхрефракции является волноводное распространение, при котором радиоволны распространяются внутри высотного атмосферного волновода на большие расстояния, следуя кривизне земной поверхности.

Сверхрефракция обычно возникает при тихой погоде антициклонического типа, когда над относительно холодной поверхностью моря находится теплый сухой воздух. Наиболее часто такие условия встречаются в прибрежных водах умеренного (летом) или тропического пояса, а также в области пассатов и в Красном море.

Явление сверхрефракция не слишком опасно. Единственные помехи, которые могут появиться на экране, это эхо-сигналы последующего хода развертки. Они появляются в случае распространения радиоволн на большие расстояния по атмосферному волноводу, когда отраженный сигнал возвращается к антенне спустя несколько циклов развертки.

Для того чтобы убедиться, является ли принятый сигнал действительным или ложным, необходимо переключить РЛС на другую шкалу дальности, частота посылки импульсов на которой отлична от предыдущей.

Объясните принцип формирования изображения на индикаторе кругового обзора, построенного на ЭЛТ с длительным послесвечением экрана. Телевизионный принцип формирования изображения в современных станциях гидролокатор (сонар), аппаратурный комплекс для определения с помощью акустических сигналов положения подводных и плавучих объектов (первоначально этот термин использовался применительно к эхолокационным приборам для обнаружения подводных лодок, теперь употребляется в более широком значении). Главными элементами гидролокатора являются подводный излучатель мощного акустического сигнала и чувствительный приемник, реагирующий даже на слабые отражения этого сигнала от погруженных в воду объектов. Конструируются оба эти элемента с таким расчетом, чтобы их компоновка в локаторе обеспечивала определение направления на отражающий объект и расстояния до него. На подводных лодках и надводных судах гидролокаторы служат основными - а зачастую и единственными - средствами сбора информации об условиях и обстоятельствах под морской поверхностью. На атомных подводных лодках специальные гидролокаторы применяются в качестве навигационных приборов. Крупные корабли оснащаются эхолотами - гидролокаторами, измеряющими глубину океана. На многих рыбопромысловых судах гидролокаторы используют для обнаружения рыбных косяков; биологи, занимающиеся морскими животными, с помощью гидролокаторов изучают звуки, издаваемые представителями морской фауны.

Под водой акустический пучок, подобно лучу прожектора или радара в воздухе, наводится на цель, и отраженная от нее звуковая энергия поступает в приемник. Из сонара, как из радара, излучение испускается короткими импульсами. Расстояние до цели определяется как произведение скорости звука в воде на половину временного интервала между испусканием импульса и прибытием его эха. Поскольку приемная антенна сонара имеет острую диаграмму направленности, пеленг цели определяется поворотом микрофона при его настройке на эхо. На практике оператор следит за световыми метками на панорамном экране, которые соответствуют обнаруженным объектам, и это значительно облегчает их локацию. Дальность действия гидролокатора ограничена радиусом в несколько километров. Скорость звука в воде равна приблизительно 1,5 км/с, поэтому гидролокационный поиск гораздо медлительней радиолокационного или светового поиска в атмосфере. Из-за относительно большой длины волны звука у гидролокатора довольно слабое пространственное разрешение: там, где глаз различал бы каждую заклепку на корпусе корабля, сонар «увидит» только все судно как единое пятно. К тому же морская вода - далеко не идеальная среда для распространения звука.

Идея гидролокатора не нова. Еще во время Первой мировой войны гидрофоны применялись на надводных кораблях и подводных лодках для обнаружения вражеских судов методами пассивной шумопеленгации. Позже были созданы пьезоэлектрические преобразователи и электронные усилители сигналов звукового диапазона, что привело к развитию систем активной гидролокации. С тех пор разработано много видов совершенных приборов, среди них гидролокатор кругового обзора, гидролокатор переменной глубины и др.

Устройство гидролокатора. Гидролокаторы делятся на два основных типа: активные (излучающие сигнал и принимающие его отражение) и пассивные (принимающие шумы, издаваемые целью).

Преобразователь представляет собой устройство, в котором электрическая энергия преобразуется в механическую и наоборот. Такими преобразователями являются, например, микрофоны и громкоговорители. В гидролокаторе преобразователь исполняет обе функции. Обычно он размещается на днище надводного корабля и в верхней части корпуса подводной лодки. Иногда преобразователями служат пьезоэлектрические кристаллы (они меняют свои размеры при подаче на них электрического напряжения либо меняют форму при воздействии внешних сил, и на их поверхности возникает разность электрических потенциалов), но в данной схеме используется магнитострикционный (одновременно магнитоупругий) элемент - никелевый стержень с намотанной на него проволочной катушкой индуктивности. При нарастании электрического тока в катушке возникает магнитное поле, сжимающее стержень, при убывании тока - поле, растягивающее его. На конце стержня закреплена диафрагма, соприкасающаяся с водой, поэтому при сокращениях и удлинениях стержня в воде возбуждаются упругие колебания - звуковые волны. По прибытии эха все происходит в обратном порядке, и движения диафрагмы возбуждают ток в катушке. Набор таких преобразователей располагается по кругу в горизонтальной плоскости; каждый из них ориентирован в своем направлении. Передатчик воздействует на все преобразователи одновременно, и звуковые волны уходят сразу во всех направлениях. Но каждый преобразователь соединен с приемником отдельно, поэтому направление на цель определяется по тому элементу, который «слышит» эхо.

Передатчик. Оператор сидит за пультом управления, контролируя работу передатчика - мощного генератора ультразвуковых импульсов (средняя мощность типичного передатчика - ок. 8 кВт, пиковая в импульсе достигает 160 кВт). Несущая частота передатчика фиксирована ок. 20 кГц, а длительность импульса может меняться оператором от 0,005 до 0,1 с. Частота повторения импульсов тоже может варьироваться от 1 до 60 имп/мин - в зависимости от максимальной величины радиуса зоны обзора (все эхо-сигналы должны быть приняты до момента посыла следующего импульса). Выбор частоты передатчика зависит от нескольких величин, влияние которых противоположно: с увеличением частоты возрастают потери на трассе, но интенсивность принимаемых собственных шумов воды и габариты преобразователя становятся меньше. Из этих соображений наиболее выгодным диапазоном эхолокации является полоса частот от 18 до 24 кГц. Акустические устройства шумопеленгации наиболее эффективно работают на частотах ниже 1 кГц, на которых наиболее мощно излучаются шумы кораблей. Выходная мощность передатчика ограничивается сверху тем ее значением, при котором в воде возникает кавитация. Кавитационные пузырьки незамедлительно отражают в преобразователь существенную долю излучаемой мощности. С увеличением давления (т.е. глубины) возрастает и допустимый предел излучаемой акустической мощности.

Реле приема-передачи. Так как один и тот же преобразователь выступает в роли излучателя и чувствительного элемента, его следует автоматически подключать то к передатчику, то к приемнику.

Приемник. Принимаемые различными чувствительными элементами сигналы раздельно поступают в приемно-усилительный тракт, а оттуда - на коммутатор. В приемном тракте есть специальные схемы подавления паразитных сигналов.

Коммутатор. Здесь принятый сигнал направляется по двум раздельным каналам - слухового контроля и видеоиндикации. Сегменты статора (неподвижной части коммутатора) расположены по кругу; на каждый из них поступает сигнал от определенного преобразователя. Положением первого ротора (с выходом на аудиоканал) управляет оператор, выбирая интересующее его направление прослушивания; гетеродинный конвертер канала слухового контроля переводит принятый сигнал на звуковую частоту 800 Гц и посылает его в головные телефоны оператора. Второй ротор коммутатора, связанный с видеоканалом, вращается с постоянной скоростью 1750 об/мин синхронно с разверткой индикатора кругового обзора, подобно тому как это делается в радаре, и позволяет визуализировать каждый эхо-сигнал с его пеленгом. За время между посылами двух последовательных импульсов зондирования развертка совершается дважды, так что все принятые отражения выводятся на экран индикатора .

Регистрирующий индикатор кругового обзора. Представляет собой электронно-лучевую трубку с круговой разметкой экрана, на котором отмечаются все обнаруженные объекты вблизи производящего гидролокацию корабля (ему соответствует круговое пятно в центре экрана). Поскольку отражения от более удаленных целей принимаются позже, развертка ведется по разворачивающейся спирали со скоростью 1 оборот в 1/1750 мин, и на том месте экрана, которое соответствует положению цели, возникает яркое световое пятно. Вращающаяся визирная линия и круговая шкала в 360° позволяют оператору определять истинный пеленг каждой цели. Кроме того, на экране имеется индекс дальности - маленькое световое пятно, которое оператор может вводить на экран для совмещения с изображением цели. Этот индекс связан с автоматическим счетчиком, вычисляющим расстояние до объекта. Выделяя на коммутаторе интересующее его направление, оператор по каналу слухового контроля оценивает характер конкретного эха и его происхождение - от косяка ли рыбы или подводной лодки, либо в результате подводной реверберации. Заодно можно оценить и направление движения цели, так как частота звука от приближающегося объекта выше, а от удаляющегося - ниже. Блок обработки данных, куда поступает вся первичная информация о цели, вносит поправки с учетом условий распространения звука и движения самого судна с гидролокатором и выдает результаты расчетов дальности, пеленга, курса и скорости цели (необходимые, например, при наведении орудий боевого корабля).

Телевизионные передающие камеры

Передающая телевизионная камера предназначена для преобразования светового потока, отраженного от объекта и подаваемого в блок камерного канала, в электрические сигналы трех цветоделенных изображений. Камера состоит из оптической головки, самой камеры и электронного видеоискателя.

На рис. 10.1 изображена схема оптической системы трехтрубчатой WRB камеры. Световой поток, пройдя через вариообъектив 1, сменные и нейтральные 2 и приводные 3 светофильтры, корректирующие при необходимости источник освещения, поступает на компоненты призменного цветоделительного блока 4. Нанесенные на грани призмы дихроические слои 5 и 6 расщепляют световой поток на разделенные по спектру составляющие, которые образуют на фоточувствительной поверхности передающих трубок 7 цветоделенные изображения. Светофильтры 8, наклеенные на грани призмы, корректируют спектральные характеристики оптических каналов.

Применение призменного блока позволяет реализовать более жесткую конструкцию цветоделительной системы, упростить юстировку схемы, снизить потери света, вызываемые отражением от границы воздух - стекло, а также ввести световой поток от диапроектора, проецирующего изображение тест-таблицы на фотокатоды трех передающих трубок при настройке камеры.

судно радиолокационный станция частота

Структурная схема цветной передающей камеры изображена на рис. 10.2. Оптическая головка 2 конструктивно объединена с тремя блоками передающих трубок типа плюмбикон 4. В блок каждой трубки входят фокусирующая и отключающая системы (ФОС) и предварительный усилитель 3. В самой камере размещены блоки: выходных каскадов 5, развертывающих устройств 6, телеуправления 7, питания 8, регулировки тока луча 9 и высокочастотного уплотнения 10. Для контроля изображения на камере установлен поворотный монохромный электронный видоискатель.

На мишени передающих трубок формируются: красное (R), синее (B) и псевдояркостное (W) изображения передаваемого объекта. Использование псевдояркостного сигнала вместо зеленого (G) позволяет улучшить чувствительность камеры при допустимом ухудшении цветопередачи. Светоделенные сигналы ER, EW, EB с сигнальных пластин передающих трубок поступают на соответствующие предварительные усилители 3, размещенные непосредственно на ФОС передающей трубки 4. В предварительных усилителях осуществляется противошумовая коррекция сигналов. С выходов предварительных усилителей сигналы поступают в блок выходных каскадов 5, где они усиливаются, ограничиваются их полосы частот, вводятся и ограничиваются строчные гасящие импульсы, замешиваются импульсы телеуправления. Усиленные выходные сигналы в технической аппаратуре поступают на камерный канал.

Система уплотнения предназначена для передачи по двум коаксиальным жилам камерного кабеля во встречных направлениях сигналов: основных цветов ER, EB звукового сопровождения, передаваемых из камеры в каналы, и сложного сигнала телеуправления (ССТУ), передаваемого из канала в камеру.

Сигнал ССТУ представляет собой смесь сигналов, уплотненных во времени: сигнала яркости для электронного видоискателя, сигнала синхронизации разверток передающих трубок, сигнала звука для служебной связи с оператором и сигналов телеуправления.

В современных разработках передающих камер применяются твердотельные аналоги передающих трубок - однострочные и матричные приборы с зарядовой связью (ПЗС). На рис. 10.3 изображена структурная схема цветной телевизионной камеры на трех полноформатных матрицах ПЗС. Изображение передаваемого объекта вариообъективом проецируется на светоделительный блок, который разделяет световой поток на три составляющие. Принцип получения сигнала изображения рассмотрим для одного из каналов на примере ПЗС с кадровым переносом зарядов. Основной элемент каждого из каналов - матрица ПЗС. Она преобразует распределение светового потока в плоскости матрицы в поверхностное распределение фотогенерированных неосновных носителей заряда - потенциальный рельеф (секция накопления). Затем во время следования кадрового гасящего импульса все поле зарядов перемещается в соответствующие зоны хранения, экранированные от светового потока (секция памяти). В течение следующего периода накопления во время следования строчных гасящих импульсов заряды построчно перемещаются из секции памяти к выходному регистру сдвига. В нем в период активной части строки заряды придвигаются к выходному устройству. Таким образом, на выходе матрицы образуется ТВ сигнал в виде поэлементной последовательности импульсов различной амплитуды, пропорциональной освещенности элементов секции накопления. Перемещение зарядов в матрице ПЗС - развертка изображения - производится с помощью тактовых импульсов синхрогенератора, образующихся в формирователях импульсов секций накопления (ФИН), памяти (ФИП) и выходного регистра (ФИВ).

Использование в ЦТ камерах твердотельных сигналов вакуумных передающих трубок позволило значительно сократить габариты, вес и потребляемую мощность камеры, а также существенно повысить надежность ее работы. Дополнительным достоинством камер на матрицах ПЗС является ее так называемый «жесткий растр», т.е. точная привязка координаты передаваемой точки текущему времени, что оказывается определяющим параметром при решении некоторых прикладных задач.

Камерный канал

Структурная схема камерного канала изображена на рис. 10.4. Цветоделенные сигналы от камеры в камерный канал поступают по коаксиальным парам камерного кабеля. Сигнал EW в полосе частот 6,5 МГц подается непосредственно в усилительный тракт, а сигналы ER и EB в полосе частот 1,5 МГц - через блок уплотнения. В усилительном тракте производится установочная регулировка усиления, замешивание и ограничение гасящих импульсов для удаления с площадки обратного хода флуктуационных помех, паразитных сигналов строчной частоты. В нем предусмотрена также схема коррекции светорассеяния, из-за рассеяния светового потока в оптической части камеры и в передающих трубках. Здесь же осуществляется коррекция неравномерности фона изображения по полю путем замешивания в видеосигнал сигналов параболической и пилообразной формы частости строк и полей и модуляции видеосигнала путем изменения коэффициента усиления.

Далее сигналы ER и EB непосредственно поступают на цветокорректор, а сигнал EW - через апертурный корректор. В цветокорректоре осуществляется коррекция ошибки цветоанализа, вызванной несоотвнтствием спектральных характеристик камеры кривым смешения основных цветов приемника, и производится нормирование сигналов ER, EG, EB. В апертурном корректоре производится коррекция апертурных искажений луча передающей трубки в горизонтальном и вертикальном направлениях, а также разделение спектра сигнала на низкочастотный сигнал в полосе 1,5 МГц ( EW - 1,5) и сигнал высокочастотных деталей. Сигнал EW- 1,5 МГц поступает на цветокорректор. С выходов блока цветокорректора сигналы ER0, EG0, EB0 в полосе частот 1,5 МГц поступают на гамма-корректор, где преобразуются по степенному закону в сигналы E'R, E'G, E'B для коррекции модуляционной характеристики кинескопа. После нелинейного преобразования в сигналы E'R, E'G, E'B вводится сигнал EW с выхода апертурного корректора, несущего информацию о мелких деталях изображения в полосе частот 1,5 - 6,5 МГц, а также сигналы вертикальной и горизонтальной апертурной коррекции. Таким образом, на выходе гамма-корректора формируются сигналы в полной полосе частот в соответствии с выражениями:

После гамма-корректора в выходном усилителе в сигнал изображения замешиваются гасящие импульсы приемной трубки и производится ограничение гасящих импульсов на уровне черного. С вывхода усилителя сигналы поступают на кодирующее устройство и цветные ВКУ. На микшер поступают также сигналы от других камерных каналов.

4. Объясните принцип работы импульсной РНС

В зависимости от применяемого способа определения разности расстояний различают системы импульсные, фазовые и импульсно- фазовые. Во всех трех случаях изолинией, соответствующей постоянной разности расстояний, является гипербола. Поэтому указанные радионавигационные системы называются также гиперболическими навигационными системами.

К импульсным радионавигационным системам относятся две системы: «Лоран-А» и «Лоран-С» (английские LONG RANGE NAVIGATION).

Наибольшее распространение получила РНС «Лоран-А», зона действия которой охватывает три четверти водной поверхности северного полушария. Дальность действия этой системы до 600 миль днем и до 1400 ночью. В последнее время введена в действие импульсно-фазовая РНС «Лоран-С», которая обеспечивает большую точность определения места и имеет дальность действия до 2000 миль.

Рассмотрим принцип действия импульсной РНС «Лоран-А». Наземный комплекс радионавигационной системы «Лоран-А» состоит из одной ведущей и двух или трех ведомых станций, расположенных друг от друга на расстоянии до 400 миль.

Станция, которая контролирует и задает цикл работы, является ведущей. Ведомая станция излучает импульсы только после получения импульсов от ведущей станции, синхронизируя по ним свою работу.

Метод определения места судна с помощью импульсной системы «Лоран-А» основан на измерении на судне промежутка времени между моментами прихода двух радиоимпульсов, посылаемых ведущей и ведомой станциями. Рассмотрим работу ведущей станции А с одной ведомой станцией В. Расстояние D между станциями называется базой. Пусть судно находится в точке М на расстоянии DA от станции А и на расстоянии DB от станции В.

Ведущая станция А посылает радиоимпульсы а, которые через промежуток времени t = D/c (с = 3,105 км/сек) достигают ведомой станции В.

Ведомая станция, получив радиоимпульс а, излучает свой радиоимпульс b с задержкой по отношению к сигналам ведущей станции, которая равна сумме времени прохождения сигналами расстояния от ведущей станции к ведомой и кодовой задержки, введенной на ведомой станции.

Введение кодовой задержки th исключает перекрывание импульсов а и b во всей рабочей зоне системы, т. е. на судне импульсы b будут всегда приниматься после импульсов а. Кроме того, изменение кодовой задержки tk дает возможность перемещать гиперболическую сетку линий положения по любой заданной программе.

Из последнего равенства видно, что время запаздывания импульса ведомой станции В зависит только от разности Da--Dв расстояний между судном и станциями А и В, так как первый член может быть исключен из отсчета. Геометрическое же место точек, имеющих постоянную разность расстояний от двух заданных точек, представляет гиперболу.

Гиперболы рассчитывают для различных значений разностей Dв -- Dа и наносят на карту меркаторской проекции.

Для получения обсервованного места необходимо иметь по крайней мере две гиперболы, поэтому вторая гипербола определяется путем замера времени запаздывания Atac импульса с второй ведомой станции С относительно импульса а ведущей станции. Место судна получится на пересечении двух гипербол.

Если скорость судна больше 12 узлов, то следует на кальке внешние линии второго и третьего курсовых углов проводить не из точки О, а из других точек, расположенных на линии АА' , с учетом пройденного судном расстояния за промежутки времени, затраченные на измерение соответствующего курсового угла и расстояния.

При следовании судна вдоль побережья с малоизрезанной береговой чертой измеряют расстояния до береговой черты на одинаковых курсовых углах через равные промежутки времени, замечая при этом отсчеты лага. На кальке проводят линию АА1 (рис. 104) и через равные пройденные расстояния AS = vt (где v -- скорость судна, t -- промежуток времени, через который производились измерения) через точки О, O1 O2 и т. д. проводят линии, соответствующие курсовому углу, и откладывают на них величины измеренных расстояний D1 D2 D3 и т. д. Затем кальку накладывают на карту в районе счислимого места судна и перемещают, удерживая линию АА1 на кальке параллельно линии пути судна, нанесенной на карте, до тех пор, пока концы отрезков на кальке не совпадут с береговой линией на карте.

Обсервованное место получают в точке последнего измеренного расстояния и записывают около него соответствующий момент времени и отсчет лага (Е/ол). Используя данные методы, необходимо помнить, что отраженные сигналы, изображение которых видно на ИК0 , могут быть получены не непосредственно от береговой черты, находящейся у уреза воды, а от более высоко расположенных и более отвесных участков берега, удаленных от уреза воды, поэтому полагаться на точность определения не следует.