РАДИОДЕВИАЦИЯ

19.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАДИОДЕВИАЦИИ

Радиодевиацией называется отклонение фронта электромагнитного поля от истинного направления вследствие влияния проводящих (металлических) предметов или тел, окружающих рамочную антенну радиопеленгатора. В результате радиодевиации возникают ошибки в отсчете направления (азимута) на пеленгуемую радиостанцию (радиомаяк). Радиоволны создают ЭДС не только в антенне и рамке радиопеленгатора, но и одновременно возбуждают ЭДС высокой частоты в окружающих рамку проводящих телах (корпусе судна, мачтах, трубах, судовых антеннах, металлическом такелаже и пр.). Возникающий в этих телах высокочастотный ток создает вторичное излучение электромагнитного поля, которое может отличаться от первичного по амплитуде и направлению.

Кроме параметров вторичного излучателя и расстояния, на котором он находится от рамки радиопеленгатора, существенное влияние оказывает тип вторичного излучателя. Все вторичные излучатели по характеру воздействия на радиопеленгатор подразделяются на 2 основных типа: антенноподобные или разомкнутые и рамочные или замкнутые.

К антенноподобным относятся все вертикальные или наклонные металлические предметы на судне, не имеющие контакта с корпусом или имеющие контакт в своем нижнем конце (мачты, трубы и пр.). Практически в диапазоне гектометровых волн, используемом в судовом радиопеленговании, вторичные излучатели на судне оказываются расстроенными, т.е. имеет место фазовый сдвиг между первичным и вторичным полями.

Фазная составляющая вторичного поля создает радиодевиацию, а внефазная – расплывчатый (размытый) минимум слышимости.

Одновременное воздействие на радиопеленгатор вторичных полей излучателей различных типов создает суммарную радиодевиацию, имеющую сложный характер. Однако периодичность суммарной кривой радиодевиации позволяет выразить ее тригонометрическим рядом Фурье, справедливым для любой периодической функции:

f₀ = А + В sin q + C cos q + D sin 2q + E cos 2q + ......, (19.1)

где f₀ – суммарная девиация;

А – коэффициент постоянной радиодевиации; возникает по причинам механического и электрического характера: в результате сдвига указателя рамки или искательной катушки гониометра; в случае установки рамочной антенны вне линии диаметральной плоскости судна и пр.;

В – коэффициент полукруговой радиодевиации; создается антенноподобными излучателями, расположенными в диаметральной плоскости;

С – коэффициент полукруговой радиодевиации; создается антенноподобными излучателями, расположенными на траверзе в одной плоскости с рамкой;

D – коэффициент четвертной радиодевиации; создается корпусом судна и излучателями рамочного типа, расположенными в продольном или поперечном направлении;

Е – коэффициент четвертной радиодевиации; появляется из-за влияния излучателей рамочного типа, расположенных под углом 45° к диаметральной плоскости судна, и при установке рамочной антенны вне диаметральной плоскости судна.

Выражение (19.1) представляет практическую формулу радиодевиации.

С увеличением частоты пеленгуемых радиосигналов радиодевиация возрастает. Кроме частоты (длины волны) на радиодевиацию оказывает влияние осадка судна. С уменьшением осадки интенсивность вторичного поля и радиодевиация возрастают. Наличие металлического груза на палубе увеличивает надводную часть корпуса, отчего растет вторичное излучение, а следовательно, и радиодевиация. Металлический груз в трюмах из-за экранирующего действия корпуса судна влияния на радиодевиацию не оказывает.

Радиодевиация судового радиопеленгатора определяется экспериментально после установки радиопеленгатора на судне. Последующие определения ведутся при каждом изменении в надстройках и металлическом такелаже судна (например, после ремонта судна), после ремонта радиопеленгатора, в начале каждой навигации, а также в том случае, если проверкой установлено расхождение более чем на 1° между наблюденной и выбранной из таблицы остаточной девиацией.

Существует 2 основных способа определения радиодевиации: визуальный и азимутальный.

Вне зависимости от выбранного способа до начала определения радиодевиации необходимо: убедиться в исправности радиопеленгатора; принять меры к устранению причин, вызывающих переменную радиодевиацию; убедиться в отсутствии в радиусе 1-2 миль антенн радиостанций, линий связи, электропередач, так как это может вызвать дополнительную погрешность; укрепить такелаж, стрелы, краны и т.д. в положение «по-походному»; проверить отключение от земли (корпуса) и аппаратуры антенны передатчика гектометровых волн; проверить угол крена судна (при крене g > 5° радиодевиацию определять не следует).

Принцип определения радиодевиации визуальным способом состоит в сравнении курсового угла, определяемого визуально по азимутальному кругу магнитного компаса или репитера гирокомпаса, и радиокурсового угла, полученного с помощью радиопеленгатора. Оба курсовых угла берутся одновременно на снижение (вертикальную часть) передающей антенны радиомаяка или радиостанции.

В зависимости от условий визуальное определение радиодевиации может производиться: при непрерывной циркуляции судна; при маневрировании судна на отдельных постоянных курсах; маневрированием вспомогательного судна, снабженного радиопередатчиком, вокруг судна, на котором определяется радиодевиация, и т.д.

Определять радиодевиацию следует на основной рабочей частоте (длине волны) радиомаяка и по возможности по частоте тревоги и бедствия 500 кГц (длина волны 600 м).

Расстояние между судном и пеленгуемой станцией следует выбирать не менее длины волны. Практически это расстояние выбирается равным двум-трем значением длины волны. Визуальный метод обеспечивает наиболее высокую точность. Средняя квадратическая погрешность при определении радиодевиации визуальным способом составляет ±0,5°.

Сущность определения радиодевиации азимутальным способом состоит в сравнении ортодромического пеленга и радиопеленга, которые берутся одновременно на радиомаяк, координаты которого известны. Этот способ определения применяется, когда радиомаяк находится вне видимости. Ортодромический пеленг рассчитывается по известным формулам сферической тригонометрии с использованием координат маяка и судна.

Ортодромический пеленг может быть также определен по локсодромическому пеленгу, снятому с карты и исправленному ортодромической поправкой. Средняя квадратическая погрешность при определении радиодевиации азимутальным способом составляет ±0,7°.

Визуальный и азимутальный способы определения радиодевиации могут применяться как для первоначального определения радиодевиации и расчета ее коэффициентов, так и для определения остаточной радиодевиации.

В практике радиодевиационных работ преимущественно используется визуальный способ, как более простой и обеспечивающий большую точность определения радиодевиации, чем азимутальный.

В начале в целях экономии времени радиодевиацию определяют на нескольких, например четырех (реже на восьми), равноотстоящих радиокурсовых углах 45, 135, 225, 315° (или 0, 45, 90, 135, 180, 225. 270. 315°) и вычисляют ее коэффициенты (обычно A и D) по формулам:

;

;

;

;

, .

Где f₀ , f₄₅ и т.д. – радиодевиация, определенная на РКУ 0°, 45° и т. д.

На практике часто применяются упрощенные формулы для расчета коэффициентов девиации:

; ; .

Среди составляющих радиодевиации преобладает четвертная радиодевиация вида D cos2q, поэтому современные радиопеленгаторы имеют устройства для компенсации радиодевиации этого вида. Кроме того, предусматривается возможность компенсации постоянной радиодевиации (коэффициент А).

После расчета коэффициентов приступают к компенсации (уничтожению) радиодевиации. Существующие методы компенсации радиодевиации подразделяются на электрические и механические.

Сущность механического метода заключается в том, что в гониометре создается искусственно ошибка в отсчете угла, равная по значению, но противоположная по знаку коэффициенту радиодевиации.

Неравенство магнитных полей статорных обмоток гониометра создает ошибку в определении курсового угла на радиомаяк, имеющую четвертной характер изменения исходя из (18.1). Поэтому возникающий от действия корпуса судна коэффициент радиодевиации +D может быть скомпенсирован ослаблением магнитного поля полевой катушкой гониометра, связанной с продольной рамкой. С этой целью параллельно катушке включается девиационный дроссель. Если подключить этот дроссель параллельно полевой катушке, связанной с поперечной рамой, то подлежит компенсации коэффициент –D.

Уничтожение постоянного коэффициента радиодевиации А достигается сдвигом указателя радиопеленгатора (искательной катушки гониометра) на угол, равный коэффициенту А. Сторона поворота относительно плоскости искательной катушки зависит от значения коэффициента А. Если, например, коэффициент А имеет знак « – », то указатель поворачивается против часовой стрелки, при знаке « + » – по часовой стрелке.

В двухканальных визуальных радиопеленгаторах коэффициент D компенсируется разбалансировкой каналов по усилению, а коэффициент А уничтожается поворотом ЭЛТ в соответствующую сторону вокруг своей оси на соответствующее количество градусов.

Для учета систематических ошибок из-за радиодевиации при радиопеленговании после компенсации необходимо определить остаточную радиодевиацию. Радиодевиация определяется визуальным или азимутальным способом на радиокурсовых углах через 10–15°. По полученным отсчетам строится кривая остаточной девиации. С выполненной кривой составляется таблица остаточной радиодевиации для радиокурсовых углов 0, 10, 20° и т.д.

Более подробно вопросы компенсации радиодевиации, а также определение остаточной радиодевиации в табличной и графической форме рассматриваются на практических занятиях по курсу «Радионавигационные приборы и системы»

19.2. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ РАДИОПЕЛЕНГОВАНИЯ

Для автоматических радиопеленгаторов со следящей системой, а также для слухового радиопеленгования общая средняя квадратическая погрешность радиопеленга может быть выражена следующей формулой:

, (19.2)

где m_A – средняя квадратическая погрешность из-за неточной компенсации антенного эффекта, m_A ≈ ±0,4°;

m_O – средняя квадратическая погрешность отсчета по шкале, m_О ≈ ±0,3°;

m_P – средняя квадратическая погрешность за счет неточного определения статочной радиодевиации, m_Р ≈ ±0,5°;

m_S – средняя квадратическая погрешность за счет угла нечувствительности следящей системы АРП (m_S ≈ ±0,29°) или из-за угла молчания при слуховом радиопеленговании (m_S ≈ ±0,5°);

m_K – средняя квадратическая погрешность курсоуказания, m_K ≈ ±0,5°;

Примечание: Приведенные значения средних квадратических погрешностей получены из опыта многолетней эксплуатации радиопеленгаторов на судах.

Таким образом, общая погрешность будет равна m_РП ≈ ±1° и характеризует точность радиопеленгования днем на удалениях от берега свыше 5 – 10 миль без учета погрешностей из-за помех.

В ночных условиях погрешность из-за влияния ночного эффекта при многократном взятии пеленга можно принять равной 1 – 3°.

Тогда общая погрешность радиопеленга будет равна m_РП ≈ ±1,4 – 3,2°.

Для двухканальных радиопеленгаторов с ЭЛТ общая погрешность радиопеленга может быть выражена формулой

,

где m_У – средняя квадратическая погрешность из-за неравенства коэффициентов усиления и фазовых характеристик обоих каналов приемника; при тщательной балансировке каналов m_У ≈ ±0,4°;

m_П – средняя квадратическая погрешность из-за воздействия помех (m_П ≈ ±0,3°);

m_P , m_K ,m_A – погрешности, аналогичные погрешностям АРП в формуле (3.70).

Таким образом, общая погрешность радиопеленга, взятого двухканальным радиопеленгатором с ЭЛТ в дневных условиях, будет m^’_РП ≈ ±1°.