Раздел 3. Радионавигационные устройства и системы

Глава XVI. РАДИОМАЯКИ

Радиомаяками называются передающие радиостанции, предна­значенные для определения места судна или самолета. Соответст­венно их называют морскими радиомаяками или аэрорадиомаяка­ми. Далее будут рассматриваться морские радиомаяки.

По характеру излучения радиомаяки разделяются на круговые (кругового излучения) с ненаправленной характеристикой излуче­ния, пеленг на которые определяется с помощью судового радиопе­ленгатора, и направленного излучения, позволяющие определять на­правление на них без специальных радиопеленгаторных устройств.

Радиомаяки направленного излучения в свою очередь разделя­ются по характеру диаграммы направленности антенны на створ­ные и секторные.

 

§ 50. КРУГОВЫЕ РАДИОМАЯКИ

Назначение и устройство кругового радиомаяка. Круговой ра­диомаяк представляет собой радиопередающее устройство, имею­щее ненаправленную антенну, равномерно излучающую радиовол­ны во все стороны. Координаты мест установки круговых радиомая­ков точно известны, и, пеленгуя несколько таких радиомаяков су­довым радиопеленгатором, можно определить место судна.

Круговые радиомаяки работают по специальному расписанию и излучают сигналы строго определенного характера. Радиомаяк содержит радиопередающее устройство, антенную систему, авто­матические устройства, обеспечивающие включение и выключение по расписанию и подачу сигналов заданного вида, а также источни­ки электропитания.

Радиопередающее устройство обычно работает в режиме то­нально-модулированных А2А или незатухающих А1А колебаний и имеет зону действия, ограниченную объявленной для данного ра­диомаяка дальностью. Зоной действия радиомаяка называется об­ласть пространства, в которой подвижный объект (судно) обеспе­чивается навигационной информацией с допустимой погрешностью. Погрешность же радиопеленгования зависит от соотношения сиг­нал/помеха в точке пеленгования. Так как уровень помех в разных широтах различен, для напряженности поля, обеспечивающей нор­мальное пеленгование, установлены следующие значения: для ши­рот севернее 43° N и южнее 43° S 50 мкВ/м; для широт между 43" N и 43° 5 75 мкВ/м. Чтобы создать такую напряженность поля на пределе дальности действия при обычных параметрах радиомаяч ­ ных антенн, требуется для дальности действия 70 миль мощность передатчика 50 Вт и 175 миль — 250 Вт.?Такой мощностью, в част­ности, обладают передатчики отечественных радиомаяков КРМ-50 и КРМ-250. Дальнейшее увеличение мощности свыше 250 Вт счита­ется нецелесообразным, так как не увеличивает реальной дально­сти действия радиомаяка, которая лимитируется в темное время суток условиями распространения радиоволн.

Антенное устройство кругового радиомаяка должно равномерно излучать радиоволны в горизонтальной плоскости. Кроме того, для уменьшения ошибок за счет влияния отраженного от ионосферы луча оно не должно излучать горизонтальную составляющую на­пряженности электрического поля и должно иметь пониженное из­лучение под большими углами к горизонту. Поэтому желательно, чтобы антенна радиомаяка не имела горизонтальных излучающих элементов. Если же для повышения действующей высоты у антен­ны делают горизонтальную часть, то она должна быть симметрич­ной относительно точки подключения снижения. Исходя из этих со­ображений на радиомаяках используются либо вертикальные, ли­бо Т-образные антенны.

Автоматика, обеспечивающая включение и выключение радио­маяка по заданному расписанию, в своем большинстве представля­ет собой часы с повышенной точностью хода, снабженные контакт­ным устройством и получившие название контактно-пусковых ча­сов (КПЧ). Подача опознавательных и длительного сигналов для пеленгования выполняется с помощью механического манипулято­ра— электродвигателя, вращающего через систему редукторов спе­циальные кодовые диски. В последнее время наметилась тенден­ция замены контактно-пусковых часов и манипуляторов микро­электронными цифровыми схемами, выполняющими эти же функ­ции, но с большей точностью и значительно более высокой надеж­ностью.

Источники питания радиомаяка для обеспечения бесперебойной работы имеют автоматическое резервирование. Обычно основным источником электропитания является дизель-электрический аг­регат, а дублирующим — второй агрегат или аккумуляторная ба­тарея значительной емкости. Переход на дублирующее питание при отказе основного выполняется автоматически специальными устрой­ствами.

Основные характеристики и режимы работы круговых радиома­яков. Морские радиомаяки работают в отведенном для них диа­пазоне частот 283,5—325 кГц (1058—923 м).

Для обеспечения возможности пеленгования нескольких радио­маяков без перестройки радиопеленгатора радиомаяки сводятся в навигационные группы. Такая организация работы кроме удобст­ва пеленгования позволяет экономно и рационально использовать отведенный диапазон частот.

В навигационных группах в настоящее время в большинстве случаев используется шестиминутный цикл работы, т. е. шесть радиомаяков поочередно работают по одной минуте. Каждому из ра­диомаяков в группе присваивает­ся номер от I до VI. Номера в группе определяют последова­тельность работы радиомаяков. С 00 до 01 мин каждого часа ра­ботает первый радиомаяк, с 01 до 02 мин — второй и т. д. до 06 мин, после чего цикл повторяется. На рис. 77 показаны два цикла работы, по вертикали даны номера ра­диомаяков в группе. В группе может быть меньше шести радиомая­ков. В этом случае некоторые из них работают несколько раз в течение цикла и им присваивается несколько соответствующих но­меров. Если, например, радиомаяк имеет номер I и III, то он рабо­тает во время, отведенное для I и III, если I и II, то работает две минуты подряд с 00 до 02, с 06 до 08 мин и т. д. Существуют ра­диомаяки, у которых есть два разных режима работы, например для ясной погоды и для плохой видимости. В этом случае в туман радиомаяк работает по расписанию, а в ясную погоду пропускает ряд циклов.

Режим работы радиомаяка может быть различным в светлое и темное время суток. В частности, в темное время суток может уменьшаться дальность действия. Это связано с тем, что увеличе­ние мощности радиомаяка ночью не вызывает реального увеличе­ния дальности действия. Ночью реальная дальность действия лимитируется влиянием отраженного от ионосферы луча, а уве­личение мощности приводит к пропорциональному увеличению на­пряженности поля поверхностного и отраженного лучей. Поэтому мощность передатчика радиомаяка ночью ограничивают до вели­чины, обеспечивающей реальную дальность действия, определяю­щуюся условиями распространения радиоволн. Вместе с тем огра­ничение мощности ночью значительно уменьшает взаимные помехи между радиомаяками.

За период работы каждый радиомаяк передает опознаватель­ный сигнал (обычно двухбуквенное сочетание) и затем длительный сигнал для пеленгования (длинное тире). Такой цикл повторяется несколько раз. При передаче опознавательных сигналов у совре­менных конструкций радиомаяков осуществляется манипуляция только модулирующей тональной частоты, а несущая частота не прерывается. Это облегчает пеленгование радиомаяков, особенно при использовании автоматических радиопеленгаторов, у которых перерывы в излучении несущей частоты вызывают резкие колеба­ния указателя пеленга.

Все сведения о координатах, частоте, дальности действия, ре­жиме работы и передаваемых сигналах для каждого радиомаяка приводятся в специальных руководствах, называющихся «Радиотех­нические средства навигационного оборудования». Для радиомая­ков, работающих в навигационной группе, сведения о составе груп­пы и последовательности работы в ней указываются в конце описа­ния радиомаяка, работающего в группе первым. Для остальных радиомаяков группы приводится ссылка на первый радиомаяк.

Маркерные и радиодевиационные радиомаяки. Маркерные радио­маяки. Радиомаяки небольшой дальности действия (до 35 миль), устанавли­вающиеся в качестве ориентиров на опасных местах, получили название мар­керных.

В большинстве своем маркерные радиомаяки представляют собой автомати­ческие установки, обслуживаемые только периодически, раз в несколько месяцев. Они содержат все узлы обычных морских радиомаяков, однако конструкция этих узлов имеет особенности. Передающее устройство отличается небольшой мощностью, выполнено, как правило, полностью на полупроводниковых прибо­рах. Питание осуществляется от гальванических элементов большой емкости специальной конструкции, приспособленной к работе в условиях морского побе­режья. Все узлы автоматики и устройства автоматической подачи сигналов выполняются на бесконтактных схемах. Большинство устройств радиомаяка имеет автоматическое резервирование. Все это в сочетании с герметичным кон­структивным исполнением позволяет обеспечить достаточную надежность дей­ствия без обслуживания аппаратуры человеком.

Радиодевиационные радиомаяки. Для радиопеленгования при выполнении радиодевиационных работ требуется передающее устройство. В прин­ципе для этой цели может использоваться обычный морской радиомаяк, но при этом возникает ряд трудностей, связанных с его работой по расписанию, отсут­ствием хорошего ориентира для визуального радиопеленгования, недостаточно­стью сведений о влиянии местности на точность радиопеленгования при малых дистанциях до передающей антенны. Поэтому сложилась практика установки специальных радиодевиационных радиомаяков. Для них используется аппарату­ра обычных круговых или маркерных радиомаяков, но установка и режим работы их имеют существенные отличия. Радиодевиационные радиомаяки, как правило, имеют несколько рабочих частот, обычно три: одну в радиомаячном диапазоне и две в диапазоне работы других пригодных для радиопеленгования радиостанций, что позволяет определить радиодевиацию для всех этих случаез радиопеленгования. Устанавливается хорошо видимый ориентир для визуального пеленгования. Тщательно исследуется влияние берегового эффекта и определяет­ся район, пригодный для определения радиодевиации. Радиодевиационный радио­маяк включается обычно по предварительному заказу и работает непрерывно: опознавательный сигнал подается с большим интервалом, чтобы не создавать помех радиодевиационным работам.

Аэрорадиомаяки, радиостанции ЩТГ и суда службы погоды. Для радио­пеленгования в навигационных целях кроме специальных морских радиомаяков могут быть использованы круговые аэрорадиомаяки, радиостанции ЩТГ и суда погоды.

Круговые аэрорадиомаяки. Имеют большую дальность действия и по своим характеристикам допускают пеленгование судовым радиопеленгато­ром. Однако при их использовании надо учитывать, что они обычно располага­ются вдали от береговой черты, а следовательно, пеленгование, особенно вблизи от берега, может сопровождаться значительными ошибками из-за берегового эффекта. Пеленгование ночью, если значительная часть трассы располагается над поверхностью суши, приведет к ухудшению соотношения сигналов поверх­ностного и отраженного от ионосферы лучей, а следовательно, к увеличению влияния ночного эффекта. Поэтому сведения об аэрорадиомаяках помещаются в руководстве «Радиотехнические средства навигационного оборудования» (РТСНО) только в тех случаях, когда плавание в данном районе недостаточно обеспечено морскими радиомаяками, т. е. когда нет возможности определения места судна хотя бы по двум морским радиомаякам.

Радиостанции ЩТГ (QTG). Нанесены на морские карты; координаты и характеристики их объявляются в руководстве РТСНО. Работают они по за­просу судна и, как правило, взимают плату за обслуживание.

Суда службы погоды. Длительное время находятся в определенном районе, выполняя метеорологические и океанологические работы.

 

 

Каждое такое судно снабжено радиомаяком кругового излучения. Особенность опознавательно­го сигнала радиомаяка такого судна в том, что он состоит из четырех букв: первые две — обычный опознавательный сигнал, а две последние — условные координаты. Условные координаты позволяют определить место судна службы погоды в момент пеленгования с помощью специального планшета (рис. 78), разбитого па квадраты со стороной 10 миль. Обычно судио находится в преде­лах центрального квадрата планшета, называемого станцией. В руководстве РТСНО приводятся координаты судов погоды, относящиеся к центрам их стан­ций, а также характеристики радиомаяка судна в таком же объеме, как и для морских радиомаяков.

§ 51. СТВОРНЫЕ РАДИОМАЯКИ

Створные радиомаяки получили свое название из-за того, что выполняют такую же задачу, как и визуальные створы, — обеспече­ние безопасного плавания по заданному направлению.

Антенна створного радиомаяка в отличие от антенны кругового радиомаяка излучает радиоволны в горизонтальной плоскости не­равномерно. Чтобы обеспечить плавание по заданному направле­нию, антенная система створного радиомаяка имеет две диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, смещенные одна от­
носительно другой. Эти диаграм­мы излучения частично перекры­ваются, а зона перекрытия распо­лагается так, чтобы она совпада­ла с заданным направлением дви­жения судов. Тогда, передавая определенные сигналы в каждой из диаграмм направленности, можно получить в зоне перекры­тия равенство обоих сигналов. Эта зона перекрытия называется равносигнальной. При уклонении судна от нее начинает преобла­дать сигнал, излучаемый в одной из диаграмм направленности.

Тем самым обеспечивается вся необходимая для плавания по за­данному направлению информа­ция. Пока судно находится на за­данном направлении, сила сигналов равна. Если один из сигналов начинает преобладать, это означает, что судно сместилось с задан­ного направления. Сторона смещения определяется по тому, какой из сигналов преобладает.

Равносигнальная зона и способы ее формирования. Для форми­рования равносигнальной зоны антенная система створного радио­маяка должна позволять получать две смещенные одна относи­тельно другой в горизонтальной плоскости диаграммы направлен­ности. Это достигается одним из двух способов: применением двух рамочных антенн, расположенных одна относительно другой под прямым углом; формированием двух диаграмм направленности в форме улиток Паскаля с помощью направленной рамочной и нена­правленной вертикальной антенн.

Если антенная система состоит из двух взаимно перпендикуляр­ных рамок, то, так как диаграмма направленности рамочной антен­ны — косинусоида в полярной системе координат, будет сформиро­вано четыре равносигнальные зоны (рис. 79).

Такой вариант чаще применяется в створных аэрорадиомаяках, где могут использоваться несколько или даже все равносигнальные зоны. В морских створных радиомаяках большее применение полу­чила антенная система, формирующая две диаграммы направлен­ности в форме улиток Паскаля. В этом случае получают две рав­носигнальные зоны (рис. 80). Антенная система этого типа имеет более высокий коэффициент использования мощности, чем система из двух рамок.

Создание равносигнальных зон возможно либо путем одновре­менного излучения в обеих диаграммах направленности сигналов разного характера, либо попеременным излучением сигнала в каж­дой из диаграмм направленности. В последнее время в морских створных радиомаяках в основном применяется второй способ.

 

Диаграмму направленности в форме улитки Паскаля получают, как уже говорилось, применяя антенную систему, состоящую из на­правленной рамочной и ненаправленной вертикальной антенн. Из­менение положения диаграммы на противоположное достигается изменением фазы тока в рамке или ненаправленной антенне на 180°.

Для попеременного излучения часто применяют переплетающие­ся сигналы, т. е. сигналы, имеющие взаимнообратную структуру обозначений в азбуке Морзе. Простейший пример таких сигналов: Е (точка) и Т (тире). Если в одной диаграмме направленности пе­редавать точки, а в другой в паузах между точками — тире, то в равносигнальной зоне эти точки и тире сольются в непрерывный сигнал. С одной стороны от равносигнальной зоны будут слышны точки, а с другой — тире (рис. 81). Аналогичный эффект можно получить при использовании часто употребляющейся комбинации сигналов Л и Я, а также Д и У, Б и Ж и т. п.

В некоторых морских створных радиомаяках применена несколь­ко отличающаяся от описанной система формирования сигналов равносигнальной зоны, при которой в зоне слышен не непрерывный сигнал, а непрерывная последовательность тире одинаковой интен­сивности. Для этого в одной диаграмме излучается сигнал в виде двух тире и паузы, а в другой во время этой паузы передается одно тире, а затем следует пауза, равная по длительности двум тире. В результате при отклонении в одну сторону от зоны будут сильнее слышны два тире, а слабее — одно, в другую сторону — наоборот.

Основные характеристики и особенности использования. Створ­ный радиомаяк содержит те же основные устройства, что и круго­вой, отличаясь от него антенной системой и дополнительным эле­ментом для коммутации диаграммы направленности. Упрощенная схема створного радиомаяка и его диаграммы направленности по­казаны на рис. 82. Морские створные радиомаяки работают в средневолновом диапа­зоне частот. Дальность действия их обычно весьма невелика (10—15 миль) и лишь в отдельных случаях достигает 30 миль, так как точность с увеличением расстояния падает, а требования к мощности передающе­го устройства резко возрастают вследствие низкого коэффициента использования мощности у этих ра­диомаяков. Кроме того, три расстоя­ниях более 25—30 миль влияние ночного эффекта делает использование створных радиомаяков в темное время суток практически невозможным.

При слуховом методе различения сигналов ширина равносиг­нальной зоны определяется в основном конструкцией радиомаяка, но в некоторой степени зависит и от способности судоводителя различать интенсивность звука. Чем выше эта способность, тем бо­лее узкой будет равносигнальная зона.

При наличии помех ширина равносигнальной зоны зависит от соотношения сигнал/помеха. Чем хуже это соотношение, тем зона шире.

Точность и стабильность положения равносигнальной зоны на местности зависят от точности поддержания режимов работы, ус­тойчивости геометрических соотношений элементов антенной сис­темы радиомаяка, стабильности условий в районе расположения антенн, а также влияния условий распространения радиоволн. Для наблюдения за положением зоны вблизи радиомаяка устанавлива­ется контрольный пункт, что позволяет принимать немедленный меры при нестабильной работе аппаратуры радиомаяка.

Влияние условий распространения радиоволн проявляется в виде ошибок за счет ночного и берегового эффектов. Береговой эф­фект может вызывать искривление равносигнальной зоны, особен­но если она проходит вблизи берега с выраженным рельефом. При очень интенсивном влиянии вторичных излучателей возможно по­явление ложных зон. Поэтому при плавании по равносигнальным зонам створных радиомаяков в узкостях с выраженным рельефом берегов (например, в шхерах, фиордах и т. п.) следует соблюдать осторожность.

Существенное преимущество створных радиомаяков перед дру­гими радионавигационными средствами состоит в том, что для их использования нет необходимости иметь на судне специальное уст­ройство. Сигналы могут быть приняты любым радиоприемником, имеющим соответствующий диапазон частот. Это привело в свое время к довольно широкому распространению створных радиомая­ков. Однако в современных условиях, когда суда в большинстве своем оснащены PJIC и приемоиндикаторами радионавигационных систем, створные радиомаяки в значительной мере утратили свое значение. Вместе с тем они применяются в случаях, когда надо обеспечить безопасное плавание малых судов, не снабженных в должной мере современными электрорадионавигационными при­борами.

§ 52. СЕКТОРНЫЕ РАДИОМАЯКИ

Секторные радиомаяки позволяют определить направление на радиомаяк лишь в пределах определенного сектора. Следует отме­тить, что результат измерений по секторному радиомаяку много­значен. Он показывает, где в пределах сектора располагается изо­линия, на которой находится судно, но не показывает, в каком она находится секторе. Для разрешения многозначности, т. е. нахож­дения сектора, в котором находится изолиния, можно определить радиопеленг на секторный радиомаяк с помощью судового радио­пеленгатора. При достаточной точности счисления можно опреде­лить сектор, воспользовавшись счислимым местом. Если точность счисления недостаточна, потребуется предварительно уточнить ме­сто судна одним из штурманских методов.

Неправильное разрешение многозначности приводит к опреде­лению изолинии с очень большой ошибкой, поэтому выполнять эту операцию следует весьма тщательно. Должно быть четкое пред­ставление о том, что средства и способы, использующиеся для раз­решения многозначности, должны обеспечить определение места с погрешностью, не превышающей половины ширины зоны одно­значности (для секторного радиомаяка — половины ширины секто­ра). При оценке надежности разрешения многозначности надо учи­тывать, что вероятность правильного разрешения определяется ве­роятностью, с которой судоводителю известно, что он находится в данном секторе. Следовательно, для определения, например, номе­ра сектора при использовании секторного радиомаяка с вероятно­стью не ниже 0,95, надо, чтобы погрешность определения направ­ления при разрешении многозначности не превышала с вероят­ностью 0,95 половины угловой ширины сектора.

Секторные радиомаяки, как и створные, не требуют наличия на судне специальной аппаратуры. Для приема сигналов можно вос­пользоваться любым радиоприемным устройством, имеющим необ­ходимый частотный диапазон и способным принимать незатухаю­щие колебания А1А. В отличие от створных радиомаяков секторные имеют большую дальность действия. Линейная ошибка определе­ния изолинии с помощью секторных радиомаяков сравнительно велика, и в этом отношении они не могут конкурировать с совре­менными фазовыми и импульсно-фазовыми радионавигационными системами. Однако простота судового оборудования привела к ши­рокому использованию секторных радиомаяков судами промысло­вого и транспортного флотов преимущественно при значительном удалении от берегов и навигационных опасностей, когда получае­мая точность достаточна для безопасного плавания.

 

Поэтому сек­торные радиомаяки, несмотря на развитие более совершенных систем, сохранили свое значение, особенно для районов, не обеспе­ченных другими средствами.

Принцип действия и устройство. Секторный радиомаяк создает веер вращающихся равносигнальных зон. Рассмотрим, каким об­разом получается многолепестковая диаграмма направленности, необходимая для создания веера равносигнальных зон, как фор­мируются равносигнальные зоны и как осуществляется их враще­ние.

Получение многолепестковых диаграмм на­правленности. Вертикальная антенна не обладает направлен­ностью излучения в горизонтальной плоскости, ее диаграммой в этой плоскости является окружность. Диаграмма направленности двух вертикальных антенн, разнесенных на расстояние в половину длины волны, имеет два лепестка. При увеличении разноса число лепестков диаграммы направленности увеличивается; при разносе на расстояние, равное длине волны, число лепестков равно четы­рем, двум длинам волн — восьми (рис. 83). В общем случае при расстоянии между антеннами Z-2A. диаграмма направленности бу­дет иметь 8z лепестков, по 4z с каждой стороны от линии, соеди­няющей антенны.

Определим направления максимумов лепестков диаграммы на­правленности для случая, когда две вертикальные антенны А к В разнесены на расстояние d, токи в них равны, а сдвиг фаз токов — 4^я (рис. 84). Для точки М, удаленной от антенн на такое расстоя­ние, что направления на них можно считать параллельными, вы­ражения для мгновенных значений электрической составляющей поля от каждой из антенн имеют вид:

где сдвиг фаз в антеннах отнесен к средней точке между антеннами; D — рас­стояние от этой средней точки до точки наблюдения М\ 0 — угол между направ­лением на точку М и перпендикуляром к линии, соединяющей антенны.

В точке М результирующее поле е=еА + е_в.

 

 

Подставив значения ел и е_в из выражения (XVI-1), получим

 

 

 

Естественно, что максимумы будут в направлениях, для которых

 

 

Чтобы найти направления максимумов, надо приравнять аргу­мент при косинусе нулю или целому числу я. Направление макси­мума, ближайшего к нормали:

 

Отношение длины базы к длине волны для каждого радиомая­ка — величина постоянная. Следовательно,

Таким образом, направление макси­мального излучения есть функция от сдвига фаз токов в антеннах.

 

Если вместо двух антенн применить три, как это сделано в отечественных ра­диомаяках ВРМ-5, и создать определен­ные амплитудные и фазовые соотношения токов в этих антеннах, то количество ле­пестков диаграммы направленности будет вдвое меньше, чем при двух антеннах, разнесенных на то же расстояние.

Формирование равносигнальных зон. Рассмот­рим формирование равносигналь- ных зон у трехмачтового сектор­ного радиомаяка. В этом случае три вертикальные антенны распо­ложены на прямой линии на оди­наковом расстоянии d одна от другой. Сила тока в центральной антенне в Р раз больше силы тока в боковых; фазы токов в боковых антеннах противоположны и на­ходятся в квадратуре с фазой то­ка центральной антенны. Для определенности примем расстоя­ние между соседними антеннами равным 2,86λ (в секторных радио­маяках обычно используется та­кое или близкое к нему соотноше­ние). Тогда диаграмма направ­ленности будет иметь вид, пока­занный на рис. 85 сплошной ли­нией. Если изменить фазы токов в боковых антеннах на 180°, то диаграмма направленности, как это следует из формулы (XVI-6), сместится и займет новое положение, показанное на рис. 85 пунк­тирной линией. Теперь будем изменять фазы токов в боковых антеннах на 180° скачкообразно, с помощью манипулятора таким образом, чтобы при одном соотношении фаз излучение продолжа­лось в течение времени передачи телеграфной точки, а при дру­гом — в течение времени передачи телеграфного тире.

Из рис. 85 видно, что в этом случае образуются зоны слышимо­сти точек и зоны слышимости тире, а на участках их перекрытия — равносигнальн'ыс зоны.

Вращение равносигнальных зон. Если кроме скачко­образного изменения фаз токов в боковых антеннах, необходимого для формирования равносигнальных зон, изменять фазы токов плавно и равномерно от 0 до +180° в одной боковой антенне и от 0 до —180° в другой боковой антенне, то вся система равносигналь­ных зон секторного радиомаяка будет плавно поворачиваться, при­чем к концу поворота секторы тире займут место секторов точек.

 

Принцип определения направления. При таком вращении равносигнальных зон, измерив промежуток времени от начала цикла до момента прохода равносигнальной зоны через точ­ку нахождения судна, можно определить направление с радиомаяка на судно в пределах одного сектора. Для измерения промежутка времени служат сами сигналы, излучаемые радиомаяком. Длитель­ность передачи сигнала строго определена, обычно 60 сигналов пе­редаются за 30 с; за это время происходит полный поворот диа­граммы направленности в описанных ранее пределах. Определив число сигналов от начала цикла до равносигнальной зоны, можно рассчитать направление на судно. Практически это выглядит так. Допустим, что судно находится точно в середине сектора точек. Тогда судоводитель услышит сначала 30 точек, затем кратковре­менно пройдет зона равенства сигналов, и после нее будут слышны 30 тире. Если бы судоводитель находился в середине сектора тире, то он сначала услышал бы 30 тире, а затем — 30 точек. По рис. 85 легко представить, какие сигналы будут приняты при нахождении судна в любом из участков рабочей зоны секторного радиомаяка. Методы и приборы, облегчающие счет сигналов и повышающие его точность, будут описаны ниже.

Определение направления по сигналам секторного радиомаяка. Результирующее поле изучения всех трех антенн е = вс + еА + е_в. Ток в центральной антенне в Р раз больше тока в боковых антеннах, фазы токов боковых антенн находятся в квадратуре к фазе тока центральной антенны. Учитывая формулы (XVI-1), для результи­рующего поля можно записать

Используя формулу sin a + sin p = 2cos[(a—p)/2]sin [(a + P)/2] и произведя несложные математические преобразования, полу

При изменении фазы токов боковых антенн на 180°, необходимом для формирования равносигнальной зоны, выражение (XVI-7) приобретает вид

 

 

В равносигнальной зоне амплитуда сигнала при изменении фазы токов боковых антенн на 180° не должна изменяться, т. е. е=е', что возможно только в случае, если

. Так

Следовательно, в равносигнальной зоне

 

Отсюда направление равносигнальной зоны трехмачтового сек­торного радиомаяка

Обозначив постоянную для радиомаяка величину djh через z, получим

Как было показано ранее, для вращения диаграммы направлен­ности осуществляется плавный сдвиг фаз токов в боковых антен­нах от 0 до 180°. Следовательно, в ближайшем к нормали секторе максимальное значение

При принятых для секторных радиомаяке^ величинах d= = 2,86 λ, z=2,86, Θ≈10°, т. е. ширина ближайшего к нормали сек­тора около 10°.

За время цикла плавный сдвиг фаз составляет 180^е, а число передаваемых сигналов — 60. Если число сосчитанных до равно- сигнальной зоны сигналов N, то соответствующий ему сдвиг фазы в ближайшем к нормали секторе

В других секторах добавится сдвиг фазы ля, где п — номер сектора. Нумерация секторов начинается от нормали к базе в сто­рону вращения диаграммы направленности; ближайший к нормали в эту сторону сектор имеет номер 0. В обратную сторону от нор­мали секторы имеют отрицательные номера. Ближайший к нормали сектор в сторону, обратную направлению вращения диаграммы направленности, имеет номер —1. Пример расположения и оцифров­ки секторов показан на рис. 86.

Таким образом, зависимость угла сдвига фаз от сосчитанного числа сигналов будет выражаться формулой

Подставив значение угла сдвига фаз из этого выражения в фор­мулу (XVI-9), получим

Так как dlλ=z, окончательно

Определив приближенное значение направления на радиомаяк с помощью судового радиопеленгатора или по счислимому месту (если точность этого места достаточна), устанавливают номер сек­тора п, в котором находится судно.

 

Подсчитав затем число сигна­лов N, принятых до равносигнальной зоны, можно по формуле рассчитать угол 0 между направлением на судно и нор­малью к базе. Так как направление нормалей к базам вместе со всеми сведениями по секторным радиомаякам дается в руководстве РТСНО, несложно вычислить ортодромический радиопеленг с ра­диомаяка на судно, равный алгебраической сумме направления нормали к базе и рассчитанного угла 0. Для упрощения расчетов можно использовать специальные карты с сетками изолиний или воспользоваться таблицами для определения ортодромических ра­диопеленгов по секторным радиомаякам, имеющимися в руковод­стве РТСНО. Там же помещены и таблицы ортодромических по­правок, с помощью которых из ортодромического радиопеленга получают локсодромический, а последний наносят на путевую кар­ту обычным штурманским способом. В последнее время широкое применение при штурманских расчетах получили карманные и на­стольные микрокалькуляторы. С их помощью несложно определить ортодромический радиопеленг аналитически, применив формулу (XVI-14).

Приведем пример определения направления на радиомаяк всеми перечис­ленными способами. Допустим, что с помощью судового радиопеленгатора определен радиопеленг на секторный радиомаяк Ставангер, позволивший устано­вить, что судно находится в секторе В8 (рис. 87). Подсчет сигналов дал резуль­тат 42 тире. Если воспользоваться специальной картой, то изолинию можно най­ти по нанесенной на карту сетке (рис. 88). Направление можно определить по таблице ортодромических радиопеленгов (рис. 89). Как видно из таблицы, орто­дромический радиопеленг равен в данном случае 223,4°. При наличии микрокаль­кулятора эту же величину можно рассчитать по формуле:

В нашем случае для сектора В8 (см. рис. 87 и 86) n= -3. Число подсчи­танных знаков N=42. Переведя рабочую частоту радиомаяка 319 кГц в длину волны, по известному расстоянию между мачтами 2708 м определим z=d/X=-2,8795

Подставив все эти величины в формулу, получим:

Направление нормали к базе 247°. Отсюда орто- дромический радиопеленг 247—23,6=223,4°, т. е. тот же, что был найден с помощью таблицы.

Методы и приборы для повышения точ­ности счета сигналов. Для приема сигналов секторного радиомаяка достаточно, чтобы на судне был радиоприемник, имеющий со­ответствующий диапазон частот и пригод­ный для приема незатухающих колебаний. Используя такой приемник, можно счет сиг­налов вести на слух. Вместе с тем с накоп­лением опыта использования секторных ра­диомаяков были выработаны методы, суще­ственно повышающие точность счета сигналов, а также создан спе­циальный прибор.

Рассмотрим, как практически реализуются методы счета сиг­налов. Прежде всего для приема сигналов секторного радиомаяка радиоприемник настраивают на нужную частоту, включают режим приема незатухающих колебаний (второй гетеродин) и выключают автоматическую регулировку усиления (АРУ). (Включенная АРУ ухудшает различимость сигналов и приводит к значительному по­нижению точности измерений.) Определив по опознавательным сиг­налам радиомаяк, приступают к счету сигналов. Подсчитывают ко­личество сигналов до и после равносигнальной зоны. В идеальном случае сумма этих сигналов должна равняться обшему числу сиг­налов в цикле, т. е. 60. В реальных условиях, особенно при значи­тельном расстоянии до радиомаяков и помехах приему, часть сиг­налов вблизи равносигнальной зоны будет потеряна. В этом случае обычно корректируют принятое число сигналов исходя из предпо­ложения, что потеряно равное число знаков до и после равносиг­нальной зоны. Например, принято 10 точек, а затем 46 тире. От полного числа сигнал

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: