ОБЗОР РАЗВИТИЯ РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ

В каких бы точках Мирового океана не находилось судно, оно должно обеспечиваться надежной радиосвязью с берегом. Современные суда оборудуются различными радионавигационными приборами, которые повышают безопасность мореплавания.

Впервые в мире на возможность использования радио в кораблевождении указал в конце XIX века ученый и изобретатель А.С. Попов. Это изобретение беспроволочного телеграфа и открытие явления отражения радиоволн различными объектами, находящимися на пути распространения электромагнитной энергии. Его выводы о возможности сделать маяки видимыми в тумане и плохую погоду, возможности определения направления на радиомаяки получили дальнейшее развитие в радионавигации и радиолокации. Радио явилось не только незаменимым средством связи, но и получило широкое применение как весьма эффективное средство судовождения.

Через 5 лет Н.Д. Папалекси, будучи еще студентом, провел первые опыты по определению направления на передающую станцию с помощью рамочной антенны.

Адмирал С.О. Макаров первый предложил применить открытие А.С. Попова для разведки, издав с этой целью даже приказ.

В 1912 году В.Н. Баженов начал производить опыты по созданию радиомаяков направленного действия. Тогда же И.И. Ренгартеном был сконструирован первый радиопеленгатор. Они были берегового типа и применялись для пеленгования судов с берега. Пеленгаторы такого типа были установлены при входе в Финский залив и применялись как средство разведки в период I-ой мировой войны. После появления электронных ламп получили развитие судовые радиопеленгаторы. В 1915 году на Черноморском флоте были произведены первые опыты по радиопеленгованию с берега. К концу 1916 года радиопеленгаторы были установлены на 70 кораблях русского флота.

Однако развитие средств навигационного оборудования было недостаточным. В дореволюционной России не было установлено ни одного радиомаяка. Более интенсивное развитие средств радионавигации начался после 1917 года. В 1926 – 1927 годах стали изготавливаться первые радиопеленгаторы ПГС-2 (М.Е. Старик, И.С. Кукекс) в Ленинграде. Несмотря на некоторые конструктивные недостатки (отсутствие экранировки обмотки рамки, соединительных проводов) эти пеленгаторы отличались высокими точностными характеристиками. Например: во время ходовых испытаний (т/х «Кооперация», «Смольный») на Балтике СКП составляла 0,9°–1,0°, тогда как по ТУ она могла достигать 1,5°.

В 1928 году была построена серия слуховых радиопеленгаторов типа РПН с поворотной рамкой («Победа»). В 1929 году закончены опыты по использованию радиопеленгаторов на подводных лодках. Эти опыты показали возможность использования радиопеленгаторов под водой на небольших глубинах. В 1933 – 1934 года создаются усовершенствованные и надежные РПН типа «Бурун», которые длительное время состояли на вооружении судов советского флота. При испытании РПН «Бугель» впервые в мире была применена компенсация радиодевиации. Первые образцы радиопеленгаторов с визуальной сигнализацией были созданы в 1952 – 1956 годах в ЛВИМУ им. адмирала С.О. Макарова г. Ленинград (профессор Е.А. Щеголев).

В 1932 – 1934 годах созданы первые радиомаяки кругового излучения. К ним можно отнести радиомаяки РМС–2 с вращающейся диаграммой направленности, которые предназначались для определения места судов без применения радиопеленгаторов. Первый створный радиомаяк «Сафар» был создан в 1940 году и эксплуатировался до 1950 года. К началу Великой Отечественной войны создаются круговые и створные радиомаяки в мобильном и стационарном варианте. К примеру: «Штурман», «Азимут».

Совершенствование развития радионавигационных методов определения места судна было проведено благодаря работам советских ученых академиков Л.И. Мандельштама и Н.Д. Папалекси, предложивших в 1930 году способ измерения расстояния между двумя радиоустановками, основанный на определении фазовых соотношений. В 1933 – 1934 году создаются оригинальные приборы, основанные на интерференции радиоволн (радиодальномер, радиолаг, фазовый зонд). В 1935 году создается типовая аппаратура радиодальномерной системы МПЩ (Л.И. Мандельштам, Н.Д. Папалекси, Е.А. Щеголев). В 1936 году радиодальномеры были впервые испытаны в Африке.

В 1937 году М.А. Бонч–Бруевич, применив импульсную передачу радиоволн, построил радиодальномер, который успешно использовался при исследованиях ионосферы. В1937 году он же провел первые успешные опыты по радиолокации на дециметровых волнах. Этим было положено начало создания импульсных средств навигации. Первые советские радиолокаторы были созданы еще до войны. В 1938 году инженер Э.М. Рубчинский предложил импульсную разностно–дальномерную систему. Спустя некоторое время создаются фазовая РНС «Координатор», импульсная дальномерная РНС «Рым», которые обеспечивали выполнение специальных работ в последующие два десятилетия. На смену им приходят РНС «БРАС», «РС-10», РСВТ-1с, с приемоиндикаторами «Галс», «КПФ-2», «КПФ-3к». Разрабатываются системы ГРАС, МАРС-75 с приемоиндикатором КПФ-5, РСДН-3 (приемоиндикаторы КПИ-4, КПИ-5, КПИ-6ф, КПИ-7ф), РСДН-20.

1955 год явился началом разработки маркерного радиомаяка МРМ-54. а затем МРМ-61. Вводятся автоматические радиомаяки АНРМ-25, АНРМ-50, АНРМ-150. Только за период 1950–1975 годов введено в действие 276 радиомаяков, 185 РНС. Освоено производство слуховых, автоматических, двухканальных радиопеленгаторов РПН-50, «Рыбка», типа АРП–50, АРП–53, АРП–58, «Румб».

Из зарубежных радионавигационных систем разрабатывается и вводится в эксплуатацию импульсная гиперболическая РНС «Лоран-А» (США), цепочки которой до настоящего времени обеспечивают безопасность мореплавания вблизи берегов Японии и Китая. Позднее была разработана импульсно-фазовая гиперболическая РНС «Лоран-С», обеспечивающая бóльшую дальность действия и высокую точность определения места.

На основе работы советских ученых английская фирма «Декка–навигатор» по заказу Британского Адмиралтейства в 1944 году разработала фазовую РНС, являющуюся в принципе копией фазового зонда. Первое практическое применение РНС «Декка» получила в боевой операции при высадке десанта войск союзников на французском побережье в 1944 году, обеспечив подход десантных судов к побережью с точностью до 18 м.

Запуск в СССР 4 октября 1957 года первого в мире ИСЗ открыл космическую эру и положил начало спутниковой радиосвязи и радионавигации. Первые опыты в области спутниковой радиосвязи и радионавигации начали в СССР и США в 1957 году на основе разработок, которые впервые были выполнены в СССР под руководством академика В.А. Котельникова. В настоящее время на смену низкоорбитальным СНС «Транзит» и «Цикада» пришли среднеорбитальные СНС «НАВСТАР» и «ГЛОНАСС» с более высокой точностью определения места. В системе ГМССБ применяется СНС «КОСПАС-САРСАТ».

Значительный вклад в область судовождения внесли радиолокационные методы обнаружения надводных и наземных объектов. Уже через 1,5 года после опытов по радиообнаружению гидросамолетов, проведенных в Ленинграде в 1934 году, в августе 1936 года на о. Кроншлот вблизи Кронштадта были проведены испытания первой экспериментальной доплеровской радиолокационной установки «Стрела». Они показали, что небольшие самолеты обнаруживались на расстоянии 10–12 км, а суда на расстоянии 3–5 км. Во время испытаний впервые было обнаружено влияние волнения моря, которое создавало помехи приему отраженных сигналов. Кратковременные помехи возникали также от стаи птиц (ласточек), попадающих в область радиолокационного облучения.

В октябре–ноябре 1939 года в морских условиях была испытана в районе Севастополя радиолокационная станция (РЛС) импульсного типа. В процессе этих испытаний впервые практически было выяснено влияние длины волны и высоты установки антенны на дальность обнаружения надводных объектов.

Учитывая значение радиолокации в морском судовождении, 16 февраля 1949 года Советом Министров СССР было издано постановление о создании первой отечественной судовой навигационной РЛС. Станция была разработана группой радиоспециалистов под руководством главного конструктора Е.А. Златкина.

В 1950 году импульсная 3–сантиметровая судовая навигационная РЛС, получившая название «Нептун», успешно прошла государственные испытания и была принята для установки на судах. Станция «Нептун» и сконструированная несколько позднее для малотоннажных судов судовая навигационная РЛС «Створ» сыграли большую роль в повышении безопасности мореплавания и практическом использовании радиолокации в судовождении. Сейчас радиолокаторами оборудованы все морские и многие речные суда. В результате повысилась не только безопасность, но и скорость движения судов.

Радиолокация успешно применяется для управления движением судов в портах. В 60-х годах ряд морских портов был оборудован первыми береговыми радиолокационными станциями (БРЛС) типа «Раскат», разработанными под руководством главного конструктора М.И. Дубровского. Многолетний опыт использования этой БРЛС позволил увеличить пропускную способность портов на 10-15 % и уменьшить количество аварий в портовых водах в 4–5 раз.

Следующий этап в развитии и совершенствовании судовых навигационных РЛС – создание автоматизированных станций (систем), заложивших основу автоматизации процессов судовождения. Первая радиолокационная станция такого типа – РЛС «Океан», разработанная группой радиоспециалистов под руководством главного конструктора В.Ф. Волынца в 1961–1965 годах. РЛС «Океан» двухдиапазонная, работает на волнах 3,2 и 9,8 см, имеет в своем составе устройства, обеспечивающие как относительную, так и истинную индикацию движения объектов, автоматическое сопровождение объектов в режиме кругового обзора окружающего пространства, автоматическое решение задачи расхождения с сопровождаемым объектом (целью). РЛС «Океан» – первая станция в мире, у которой для решения задачи расхождения судов были применены автоматическое сопровождение цели и вычислительное устройство. Это первая РЛС, у которой практически была осуществлена индикация истинного движения объектов (целей), а также применена электронно-лучевая трубка с большим диаметром экрана – 450 мм.

Импульсные судовые навигационные РЛС характеризуются достаточной разрешающей способностью, точностью измерения расстояний и направлений на обнаруживаемые объекты, минимальными габаритными размерами и массой. Создаются импульсные судовые навигационные РЛС «Миус», «Печера», «Наяда».

РЛС «Наяда-5» по сравнению с предыдущей серией РЛС «Наяда» («Наяда-1», «Наяда-2», «Наяда-3». «Наяда-4») имеет бóльшую мощность излучения, увеличенные размеры экрана ЭЛТ и может сопрягаться с устройством оценки опасности сближения с надводными объектами.

Развитие вычислительной техники, совершенствование элементной базы, необходимость поддержания технического уровня судовых навигационных РЛС, отвечающего Международной конвенции по охране человеческой жизни на море и дополнениям к этой конвенции, принятым Международной морской организацией (IMO) в последующие годы, вызвали настоятельную необходимость создания автоматизированной РЛС, работающей как в обычном режиме, так и в режиме автоматической радиолокационной прокладки (АРП). В конце 70-х годов была закончена разработка новой двухдиапазонной автоматизированной судовой навигационной РЛС типа «Океан-С», отвечающей требованиям и рекомендациям IMO. В 1980 г. станция «Океан-С» успешно прошла государственные испытания на учебно-производственном судне – теплоходе «Профессор Рыбалтовский» и ее начали устанавливать на судах большого тоннажа.

В заключении необходимо отметить, что современные радары в связи с достаточно бурными темпами развития радиоэлектронных систем навигации имеют значительные преимущества перед вышеприведенными РЛС. Это, прежде всего:

- значительно уменьшенные вес и габариты;

- наличие цветного изображения;

- простота в эксплуатации;

- применение современных технологий обработки сигналов;

- применение новых надежных приводов антенн и новых усовершенствованных антенн;

- наличие простой системы управления при помощи клавиш, валкодеров и меню;

- наличие встроенной системы ЕРА и возможности дополнительной установки ARPA;

- наличие традиционных для современных высокотехнологичных радаров целого ряда функций (двойные электронные курсоры азимута (EBL), дальности (VRM) и маркера удаления (EVRM), режим смещения, память для созданных оператором карт и др.;

- наличие автоматической системы управления настройкой приемника.