РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ МАЯКИ-ОТВЕТЧИКИ (RACON)

РМО устанавливаются на береговых и плавучих маяках, на буях или в установленных местах, координаты которых точно известны. Они применяются в основном для опознавания того или иного навигационного знака и определения места судна с помощью судовой РЛС. Радиолокационный маяк-ответчик используется также для опознавания участков слаборазличимой береговой черты; опознавания подходов к берегу; для указания временных навигационных опасностей; обозначения мостов, створов и морских сооружений. Радиолокационные маяки-ответчики не должны использоваться для улучшения обнаружения морских плавучих средств.

РМО считается самостоятельным средством навигации, независимо от того, используется ли он отдельно или установлен на другом средстве навигационного ограждения.

РМО работают в диапазоне частот 9300 – 9500 МГц, который используется для работы судовых РЛС всего мирового флота. Чтобы обеспечить прием запросных сигналов судовой РЛС, РМО должны иметь полосу пропускания около 200 МГц. Сигналы РМО наблюдаются только в те промежутки времени, когда его частота совпадает с частотой РЛС. Для этой цели, как отмечалось, передатчики РМО выполняются с перестройкой частоты, которая может быть быстрой или медленной. В первом случае частота ответных сигналов изменяется полностью в течение каждого ответного импульса. Во втором случае полное изменение частоты происходит в течение двух-трех оборотов антенны судовой РЛС (запросчика). Более точно время перестройки частоты зависит от условий работы ответчика и практически лежит в пределах 60 – 120 с. (2 – 3 оборота антенны). Этот случай получил наиболее широкое распространение.

По получении запросного сигнала РМО должен начать передачу ответного сигнала с такой задержкой, чтобы разрыв между радиолокационной целью и ответным сигналом РМО на индикаторе радиолокатора, как правило, не превышал 100 м. В некоторых случаях практическое применение РМО может допускать небольшое увеличение времени задержки. В таких случаях время задержки должно быть по возможности более коротким, и подробные сведения об этом должны быть опубликованы в соответствующих навигационных пособиях.

Длительность ответного сигнала должна соответствовать приблизительно 20% максимальной дальности, требуемой для данного РМО, или не должна превышать 5 миль, в зависимости от того, какая величина меньше. В некоторых случаях длительность ответного сигнала может быть отрегулирована так, чтобы соответствовать эксплуатационным требованиям к конкретному РМО.

Передний фронт ответного сигнала должен быть достаточно крутым, чтобы обеспечить удовлетворительное определение расстояния.

Опознавательный код обычно представляет знаки азбуки Морзе и должен быть указан в соответствующих навигационных пособиях. При использовании азбуки Морзе опознавательный код занимает полную длину ответного сигнала РМО, разделенного на тире и точки в следующем соотношении: 1 тире равняется 3 точкам и 1 точка - 2 пробелам. Код должен, как правило, начинаться с тире.

Согласно рекомендациям Международной ассоциации маячных служб (МАМС) все РМО разделяются на три класса: большой дальности действия (до 25 миль), средней (8 – 15 миль) и малой (до 6 миль).

В табл. 10.1 приведены рекомендации МАМС по техническим характеристикам РМО всех классов.

РМО большой дальности предусматриваются для установки на береговых навигационных знаках на высоте более 30 м над уровнем моря (в виде исключения допускается установка на плавучих маяках). РМО средней дальности предназначаются для установки на плавучих маяках, навигационных знаках (плавучие маяки, большие буи) или на береговых знаках на высоте менее 30 м над уровнем моря. РМО малой дальности действия рекомендуются для установки на буях или знаках, ограждающих входы в порты (гавани).

Таблица 10.1

Упрощенная структурная схема РМО показана на рис. 10.1.

В схему входят следующие главные элементы: антенна, антенный переключатель (АП), приемник СВЧ, кодирующее устройство (КУ) и передатчик (перестраиваемый генератор СВЧ). Приемники выполняются по упрощенной схеме.

Примером практического выполнения современных РМО может являться радиолокационный маяк-ответчик типа URCA MINDR, выпускаемый фирмой «Кельвин Хьюгс» (Великобритания), предназначенный для установки на буях, плавучих и береговых маяках. Структурная схема РМО показана на рис. 10.2.

Запросные сигналы судовой РЛС поступают на вход приемника, состоящего из детектора и видеоусилителя. Усиленные сигналы с выхода приемника запускают ждущий блокинг-генератор, выполняющий функцию кодирующего устройства. В зависимости от режима работы блокинг-генератор дает на выходе импульс длительностью 45мкс или кодовую комбинацию импульсов.

Передающее устройство содержит: генератор СВЧ перестраиваемой частоты, управляемый генератором пилообразного напряжения; импульсный модулятор, управляющий колебаниями генератора СВЧ импульсами кода; усилитель мощности на 4 Вт; волноводный диод-умножитель, выделяющий на выходе рабочую частоту колебаний в диапазоне 9,3 – 9,5 ГГц , мощностью 100 мВт.

Контроль полосы частот излучаемых колебаний осуществляется с помощью двух резонаторов высокой добротности, настроенных на крайние частоты рабочего диапазона и связанных с выходом передатчика, Когда рабочая частота соответствует настройке одного из резонаторов, происходит переключение направления пилообразного напряжения, управляющего частотой генератора СВЧ.

Контроль работы РМО обеспечивает специальный генератор контрольной частоты 200 Гц. Питание осуществляется от батареи или переменного напряжения 100 – 250 В, 50 – 60 Гц, через специальный выпрямитель.

Изображение ответного сигнала на экране ИКО судовой РЛС для случая некодированного ответа имеет вид, показанный на рис. 10.3. Начало светящейся радиальной линии 1 соответствует положению навигационного знака, на котором установлен РМО. Длина светящейся радиальной линии определяется длительностью некодированных ответных сигналов.

Дальность действия РМО при установке на береговом маяке, на высоте 13 м над уровнем моря, в ясную погоду составляет около 23 миль, а при сильном дожде – 11 миль. При установке РМО на буе дальность его обнаружения обеспечивается в пределах до 9 миль в любую погоду.

Основные технические характеристики РМО приведены в табл. 10.2. Здесь, для сравнения, даны характеристики РМО, выпускаемых в США, Японии и Великобритании.

Таблица 10.2

Ниже в табл. 10.3. приведены основные характеристики и устройство современного радиолокационного маяка-ответчика "ГУММИТ" (Российская Федерация), предназначенного для анализа сигналов радаров в 3-х см и 10-и см диапазонах, формирования ответных сигналов на частоте сигналов судового радара с применением эффективной схемы исключения ответов от сигналов по боковым и задним лепесткам диаграммы направленности РЛС.

Таблица 10.3

Рис. 10.4. Устройство РМО «Гуммит»

1 - антенна 3 см диапазона; 2 - антенна 10 см диапазона; 3 - обтекатель; 4 - ручка;

5 - приборная кассета; 6 - разъем электропитания.

В соответствии с новыми требованиями Международной морской организации для РЛС Х-диапазона (3 см) сохраняется требование обеспечения работы с береговыми (RACON) и судовыми (SART) радиолокационными ответчиками. Для РЛС S-диапазона (10 см) это требование снимается, что дает возможность применения новых технологий при разработке новых судовых РЛС, работающих в этой полосе частот.

Неконтролируемое распространение радиолокационных маяков-ответчиков может вызвать значительное ухудшение изображения на экране судового навигационного радиолокатора и на экране САРП, явиться причиной несовместимости устройств различного назначения.

В особых случаях, когда радиолокационный маяк-ответчик не используется по основному навигационному назначению, он может работать только в режиме ответа по выбору пользователя.

10.3. СУДОВЫЕ РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ ОТВЕТЧИКИ (SART)

Бурный прогресс радиоэлектроники в конце ХХ века внес коренные изменения в средства спасания. Ушли в прошлое романтические трели морзянки, SOS и MAYDAY, освободив место принципиально новым системам.

Принятые в 1979 году на XI Ассамблее Международной морской организации (IMO) решения о создании Глобальной морской системы связи при бедствии (ГМССБ или GMDSS) стимулировали создание специальных, принципиально новых средств для подачи сигналов бедствия и проведения поисково-спасательных операций, позволяющих потерпевшим бедствие стать их активными участниками на любом этапе.

Обнаружение сигналов бедствия и определение координат терпящего бедствия судна является важнейшей составной частью операции по спасанию людей и, если это возможно, и судна. Второй, не менее важной составляющей является поиск, обнаружение и наведение на терпящих бедствие судна-спасателя или летательного аппарата. Эта задача обычно выполняется с помощью радиолокатора, позволяющего на расстоянии в несколько десятков миль обнаруживать хорошо отражающие радиоволны различные надводные объекты, в том числе и терпящие бедствие суда.

Однако известно, что деревянные и пластиковые яхты, даже достаточно крупные, плохо отражают радиоволны или, пользуясь радиолокационной терминологией, имеют низкую эффективную поверхность отражения (ЭПО), существенно затрудняющую их обнаружение и наблюдение на экранах радаров. Совсем малые объекты, такие, как спасательные плоты, шлюпки, полузатопленные или лишенные мачт яхты, практически невидимы для радаров, особенно при сильном волнении моря.

Для улучшения эффективности радиолокационного обнаружения объектов с низкой ЭПО в ГМССБ введен радиолокационный ответчик (РЛО), предназначенный для установки на спасательные плоты и шлюпки и являющийся обязательным элементом любых морских судов.

Международной морской организацией определены эксплуатационные требования к РЛО. К ним относятся:

- опознавание определенных классов судов (судно-судно) и буксируемых средств;

- опознавание судов в СУДС и других береговых службах наблюдения;

- использование в операциях по поиску и спасанию;

- опознавание отдельных судов и передача данных;

- установление опорных точек для гидрографических целей.

Судовые РЛО не являются средствами навигационного оборудования и не должны приниматься за РМО.

По определению Международной морской организации радиолокационный ответчик (SART) является приёмопередающим устройством, которое автоматически начинает передачу после приведения его в действие зондирующим импульсом РЛС или когда передача начинается после команды с места. Передача может включать кодированный или не кодированный опознавательный сигнал и (или) данные. Ответный сигнал может воспроизводиться на экране радиолокатора или на отдельном экране, или на них обоих в зависимости от назначения и содержания сигнала.

Технические критерии и работа радиолокационных маяков-ответчиков и радиолокационных ответчиков являются похожими. РЛО относится к устройствам, которые обеспечивают:

– опознавание радиолокационной цели и усиление эхо-сигнала при условии, что такое усиление не будет значительно превосходить того, которое может быть достигнуто на экране радиолокатора запрашивающего судна или береговой станции при помощи пассивных средств;

– корреляцию радиолокационной цели с помощью телефона или другого вида радиосообщения для опознавания их на экране радиолокатора запрашивающего судна или береговой станции;

– отображение ответных сигналов радиолокационного ответчика по выбору пользователя, либо наложением на нормальное радиолокационное изображение, либо с исключением помех;

– передачу информации, касающейся предупреждения столкновений или других опасностей, маневрирования, маневренных характеристик и т.д.

РЛО представляет собой приемопередатчик, работающий на частоте, выделенной для судовых и авиационных радиолокаторов. РЛО имеет встроенный источник питания – батареи, обеспечивающие их длительное хранение в заряженном состоянии. На больших судах РЛО входят в комплект спасательных плотов или шлюпок и после их спуска на воду устанавливаются на заранее предусмотренные для этого места. Будучи включенным, РЛО сразу начинает работу в ожидающем режиме.

При облучении РЛО сигналами радиолокатора он начинает излучать ответные сигналы, которые легко обнаруживаются радарами и отображаются на их экранах в виде характерной прямой прерывистой линии из точек, позволяющей легко обнаружить терпящих бедствие на фоне отражений от различных объектов, определить направление на ответчик и дальность до него. Для оповещения терпящих бедствие о подходе спасателей в РЛО имеется звуковая или световая индикация, сообщающая об их облучении сигналами судовых или авиационных радиолокаторов.

Согласно техническим условиям, РЛО должны работать в ожидающем режиме в течение 96 часов при температуре окружающей среды от -20 до +50°С и обеспечивать прием радиолокационных сигналов и генерацию ответного сигнала в штормовых условиях на расстоянии по меньшей мере 15 миль от радиолокатора.

Конструкция РЛО выбирается таким образом, чтобы они не ухудшали работу РМО, а ответный сигнал радиолокационного ответчика не должен расшифровываться как сигнал от радиолокационного маяка-ответчика любого типа. Радиолокационные ответчики не используются для улучшения обнаружения морских плавучих средств.

Применение радиолокационных ответчиков для иных целей, кроме поиска и спасания, должно быть строго ограничено. Во всех случаях такого применения радиолокационных ответчиков должны быть выпущены Извещения мореплавателям.

На рис. 10.5 показана структурная схема РЛО типа Melsweep фирмы «Мицубиси» (Япония).

В состав РЛО входят: приемопередающая антенна 1, высокочастотный полупроводниковый диод 2 с защитой от зажигания, видеоусилитель 3, пороговое устройство – триггер 4, схема совпадения 5, генератор модулирующих импульсов 6, цепь коммутации 9, генератор СВЧ с перестройкой частоты 11, генератор пилообразных импульсов перестройки частоты 10, генератор запрещающих импульсов 7, усилитель звуковой частоты 8, водозащитные – звонок и лоцманская лампа монитора 12, батарея питания типа MGS – 4А напряжением 20 В 14, стабилизатор напряжения 13,батарея питания индикаторной лампы MGS – 4L напряжением 3,5 В 15. РЛО типа Melsweep имеет следующие характеристики:

Табл. 10.4

Передатчик выполнен по методу быстрой перестройки частоты. Генератор СВЧ в течение каждого импульса перестраивается в пределах рабочего диапазона частот 9470 – 9450 МГц. На экране ИКО РЛС отображается серия радиальных отметок, исходящих от точки, соответствующей местоположению РЛО (рис. 10, 6).

Режим быстрой настройки частоты в данном случае обеспечивает обнаружение сигналов спасательного РЛО при каждом обороте антенны судовой РЛС, работающей в данном районе. Для приведения РЛО в действие обе батареи, соединенные с аппаратурой, опускаются за борт спасательного средства. В состав РЛО также входят сигнальная лампочка и телефонная капсула, обеспечивающие подачу звукового и светового сигнала при обнаружении спасательного средства судовыми радиолокаторами.

В настоящее время морские суда могут комплектоваться целым рядом РЛО, производимых в различных странах и имеющих соответствующее одобрение Морских Администраций. В табл. 10.5 приведены типы РЛО, производимых в России, Бельгии, Англии, Японии.

Табл. 10.5

10.3.1. Радиолокационный ответчик «Сигма-С»

Типичным примером современного РЛО является ответчик «Сигма-С». Он является современным прибором, полностью отвечающим требованиям Международной морской организации (IMO).

РЛО «Сигма-С» входит в состав Глобальной морской системы связи при бедствии и является обязательным элементом обеспечения судов всех классов. РЛО «Сигма-С» предназначен для использования на спасательных плотах, шлюпках и других обладающих малой радиолокационной видимостью судах для облегчения их обнаружения и определения места при проведении поисковых и спасательных операций. При облучении РЛО радарами поисковых средств он вырабатывает ответный сигнал, вызывающий на их экранах характерную отметку, позволяющую легко обнаружить, распознать и определить место терпящих бедствие.

По своим массогабаритным показателям, энергопотреблению и продолжительности непрерывной работы он превосходит другие зарубежные аналоги.

Прибор обладает положительной плавучестью и может работать из воды. Он оснащен блоком питания, обеспечивающим работу ответчика в режиме ожидания не менее 200 часов и в режиме излучения не менее 16 часов и время хранения без замены батарей до 10 лет.

Для установки на спасательные средства ответчик имеет специальные крепежные приспособления. Внешний вид РЛО «Сигма-С» показан на рис. 10.7.

Технические характеристики:

Антенна–поляризация – горизонтальная; диаграмма направленности в горизонтальной плоскости – всенаправленная;

вес– 0.6 кг;

дальность действия – не менее 5 морских миль;

диапазон рабочих температур – 20 ¸ +55;

диапазон частот – 9,200 – 9,500 ГГц;

Масса с батареей–0,6 кг;

мощность излучения– 0.4Вт;

передатчик – задержка ответа - <0,5 мкс; выходная мощность, эквивалентная изотропной – >400 мВт ; модуляция – ЧМ (12 периодов за время ответа); закон перестройки – пилообразный; прямой ход – 7,5±1 мкс; обратный ход – 0,4±0,1 мкс.

10.3.2. Радиолокационный ответчик «ДРЕЙФ»

Радиолокационный ответчик «Дрейф» с автономным питанием применяется в качестве средства ближнего привода поисковых судов и самолетов к месту расположения терпящих бедствия путем передачи сигналов, которые на экранах радиолокационных станций изображаются серией равноудаленных точек, позволяющих определить расстояние до аварийного объекта и направление к нему.

РЛО "Дрейф" обеспечивает повышение дальности радиолокационного обнаружения и надежности опознавания спасательных средств, имеющих малую отражающую поверхность, и других надводных объектов при бедствии с помощью судовых, береговых и самолетных радиолокационных станций.

В состав РЛО «Дрейф» входит: радиолокационный ответчик, контейнер, комплект документации. Внешний вид РЛО «Дрейф» показан на рис. 10.8.

Технические характеристики:

рабочий диапазон частот – 9200 – 9500 Мгц;

дальность обнаружения – не менее 5 миль;

чувствительность– не менее - 80 дБ/Вт;

частота повторения импульсов – 400 - 4000 Гц;

излучаемая мощность – не менее 0,4Вт;

масса - не более 1,6 кг;

срок эксплуатации изделия – 10 лет.

РЛО «Дрейф» имеет щелевую, всенаправлен-ную по азимуту антенну с горизонтальной по-ляризацией.

10.3.3. Радиолокационный ответчик«Муссон-502»

Радиолокационный ответчик «Муссон-502» также служит для обнаружения терпящих бедствие объектов подвижными средствами поисково-спасательных служб (морскими и авиационными). «Муссон-502» полностью удовлетворяет всем требованиям ГМССБ и резолюциям IМО.

Радиолокационный ответчик «Муссон-502»:

обеспечивает обнаружение на расстоянии не менее 15 миль судовыми РЛС и не менее30 миль самолетными РЛС (с высоты 1 км);

обеспечивает непрерывную работу в течение 4 суток (96 часов) в ждущем режиме и 8 часов в режиме ответа;

имеет световую индикацию режимов работ;

обеспечивает нормальное функционирование при температуре -20...+50°С (температура хранения -20...+65°С);

выдерживает длительное воздействие нефти, морской воды и солнечных лучей;

имеет укладочный контейнер;

обладает положительной плавучестью.

Технические характеристики:

диапазон частоты – 9,2...9,5 ГГц;

эффективная излучаемая мощность – 0,5 Вт;

питание – 10...16 В;

масса с элементами питания –1,1 кг;

длина – 400 мм; диаметр – 96 мм; срок службы – 10 лет.

10.3.4. Радиолокационный ответчикMc. Murdo RT9-MK3

RT9-MK3 - поисковый и спасательный радиолокационный ответчик, является основным средством обнаружения местоположения спасательных средств в ГМССБ. Получая импульсы от судовых РЛС, РЛО мгновенно передает сигнал, идентифицирующий терпящее бедствие судно на экране радара в виде серии из 12 точек, расположенных на равном расстоянии друг от друга в радиальном направлении от местоположения ответчика. После активации RT9 остается в режиме ожидания на протяжении 96-ти часов и 8 часов в режиме передачи.

RT9-MK3 не требует ухода и текущего ремонта, имеется звуковая и визуальная сигнализация, а также встроенная возможность проверки. Вес прибора составляет 959 г. Длина антенны от 1 м.

Малогабаритный и легкий, соответствует всем техническим условиям ГМССБ и IEC 1097-1. Замена литиевого источника питания производится через пять лет.

Внешний вид показан на рис. 10.9.