	Aeronautica	Comunicatii	Constructii	Electronica	Navigatie	Pompieri
	Tehnica mecanica

Navigatie

Index » inginerie » Navigatie
» Radare navale - Rolul instalatiei de radiolocatie, Principiul radiolocatiei in impuls.Schema bloc a instalatiei

Radare navale - Rolul instalatiei de radiolocatie, Principiul radiolocatiei in impuls.Schema bloc a instalatiei

Romanian Maritime Training Centre'CERONAV' Constanta

Curs de perfectionare pentru promovare sef electrician

Radare navale

Rol

Principiul de functionare

Elemente componente

Schema bloc

Interconexiuni cu aparatele de navigatie

Rolul instalatiei de radiolocatie.

Instalatia de radiolocatie este destinata conducerii navelor in conditii de vizibilitate redusa ,in zone de navigatie limitate de configuratia tarmului ,in zona canalelor si a porturilor,precum si pentru determinarea pozitiei navei prin masurarea distantei si relevmentului fata de repere de navigatie montate pe coaste (faruri,corpuri de cladiri) sau mare (balize) si a caror coordonate se cunosc cu suficienta precizie.

Eficienta instalatiilor de radiolocatie la nave a facut ca la ora actuala aceste instalatii sa constituie un element indispensabil dotarii navelor moderne in scopul asigurarii securitatii navigatiei ,a vietilor umane si a marfurilor transportate pe apa.

Regulile pentru echiparea navelor conform conventiilor internationale prevad obligativitatea echiparii navelor cu instalatii de radiolocatie.

Principiul radiolocatiei in impuls.Schema bloc a instalatiei

Radiolocatia in impuls se bazeaza pe principiul emiterii unor impulsuri de energie electromagnetica in directia unei tinte si receptionarii undelor reflectatede tinta respectiva .Masurind intervalul de timp din momentul emiterii pina in momentul receptionarii impulsului reflectat de tinta este usor de determinat distanta pina la obiect pe baza formulei:

(1)

c este viteza de propagare a undelor electromagnetice

este intervalul de timp masurat intre emisia si receptia semnalului

0,5 este un coeficient care ia in considerare faptul ca undele au parcurs drumul dus-intors

Directia in care se afla tinta este determinata cu ajutorul caracteristicii de directivitate a antenei prin directia spre care este orientata antena in momentul receptionarii impulului.

Instalatia de radiolocatie este formata in principiu din partea de emisie a impulsurilor si din partea de receptie a impulsurilor reflectate,blocul de antena (comun pentru emisie si receptie),blocul indicator si de prelucrare a informatiei primare de radiolocatie (fig.1)

Fig.1

Schema bloc a instalatiei radar

Comutarea antenei in regim de emisie sau receptie se face automat cu ajutorul comutatorului de antena.Forma impulsurilor la iesirea instalatiei radar poate fi apreciata ca in fig.2

Fig.2

Forma impulsurilor la iesirea instalatiei radar

In care :

T este perioada de repetitie a impulsurilor de inalta frecventa emise

t este durata impulsului

De aici se poate vedea conditia ca impulsul reflectat de cea mai indepartata tinta sa aiba timp sa ajunga la antenna,inaintea emiterii urmatorului impuls.

T>>2t

Marimile lui T si t se aleg in functie de raza de actiune a radarului.

Raza de actiune a radarului intr-un mediu liber (fara atenuare) este data de relatia:

in care : P_i este puterea emitatorului in impuls; λ - lungimea dc unda a impulsurilor cle frecventa ultrainalta ;t- durata impulsului ;. ήa - randamentul traiectului antena-ghid de unda ; σ - coeficient de suprafata efectiva de reflexie a obiectelor ; G ( Θ, ρ) - coeficient de directivitate a antenei in raport cu diagrama unui element radiant uniform omnidirectional ; Kv - constanta proportionala cu latimea benzii de trecere a receptorului ; K=l,37 . 10-²³ Ws/grad, constanta lui Boltzmann ; T_o - temperatura absoluta ; mi - coeficient de inteligibilitate a carui marime depinde dc proprietatile receptorului si indicatorului precum si de metoda de observare a spatiului ; N_zg - coeficient care caracterizeaza zgomotul.Din relatia de mai sus se constata ca raza de actiune a radarului este direct proportionala cu puterea in impuls, lungimea de unda si durata impulsului.

Marirea puterii de emisie in impuls este limitata tehnologic, dar se poate face pe seama micsorarii duratei impulsului t ,lungimea de unda nu se poate mari decit in limitele pastrarii unui coeficiet de directivitate si a unui gabarit convenabil al antenei..

Durata impulsului t datermina puterea de separatie in distanta a obiectivelor si raza zonei moarte a radarului (fig. 3).

Fig.3

Determinarea zonei moarte a radarului

Pentru a distinge doua obiecte aflate pe aceeasi directie trebuie in-
deplinita conditia: t₂- t₁>τ

Produsul caracterizeaza energia impulsului si din consinsiderentele unei valori optime a puterii de rezolutie, nu poate fi marit prea mult, iar valoarea lui Pi este limitata de puterea medie generata de magnetron P_m.Valorile de mai sus determina si frecventa de repetitie maxima a impulsurilor:

Frecventa limita de repetare este influentata si de valoarea razei de actiune maxima a radarului :

Din cele doua relatii ,inlocuind T_min rezulta ca:

unde K este un coeficient de rezerva.

Frecventa minima de repetare se ia cea mai mica valoare din cele doua obtinute mai sus.

Metode de determinare a coordonatelor unghiulare.

Determinarea coordonatelor umghiulare ale obiectelor are la baza folosirea proprietatilor directive ale antenelor in plan orizontal (pentru unghiul de inaltime) si in plan vertical (pentru directia in care se afla obiectul detectat).Determinarea eoordonatelor unghiulare se face prin orientarea si mentinerea antenei pe directia obiectului ales. Ca metode de determinare se mentioneaza metoda semnalului maxim si metoda semnalelor egale.

Metoda semnalului maxim. Datorita formei de petala a diagramei de directivitate a antenei, se poate determina directia la tinta prin deplasarea diagramei de directivitate (a antenei) pe directia semnalului receptionat maxim, dupa unghiul δ (fig, 4).

fig.4 Determinarea directiei prin metoda semnalului maxim

Avantajul metodei consta in .simplitate si in raza relativ mare de
actiune.Dezavantajul principal il constitue precizia mica si nu se poate determina sensul de deplasare al tintei, deoarece efeetul deplasarii in ambele sensuri este micsorarea amplitudinii semnalului receptionat.

Metoda semnalelor egale. Diagrama de directivitate in forma de pe-
tala a antenei este seanata, ocupind in timp una din cele doua
pozitii posibile (fig, 5).

fig.5 Determinarea directiei prin metoda semnalelor egale.

Avantajul este precizia mare si posibilitatea de a afla directia de deplasare a tintei.Dezavantajul este raza de actiune mai mica si complicatiile tehnice.

Explorarea spatiului Explorarea spatiului inseamna iradierea neintrerupta a tuturor punctelor spatiului, intr-un sector dat, rotind diagrama de directivitate dupa o lege bine determinata, in scopul obtinerii unei cantitati suficiente de energie reflectata de la tinta, pentru descoperirea si determinarea coordonatelor acesteia. Rotirea diagramei de directivitate se poate realiza mecanic sau electric.Metoda mecanica consta in rotirea antenei in plan orizontal sau vertical. Rotirea axului optic al antenei corespunde rotirii diagramei de directivitate.Metoda electrica se realiaeaza prin modificarea structurii de faza a impulsului electromagnetic in apertura antenei (sistemul de fante al antenei).Metoda mecanica permite deplasarea diagramei in limite unghiulare mari dar cu viteze relativ miei, pe cind metoda electrica permite viteze dedeplasare foarte mari dar in limite unghiulare mici pentru a nu se deforma diagrama de directivitate.Radiolocatoarele folosite pentru navigatie determina distanta si o coordomata unghiulara a tintei (directia).

Elemente componente

Instalatia de antenna

Instalatia de antena este compusa din partea de inalta frecventa si partea de actionare. Partea de inalta frecventa contine antena propriuzisa, trecerea rotativa si ghidul de unda. Aceasta parte serveste pentru iradierea in spatiu a energiei generate de emitator si receptionarea energiei reflcctate dc obiectele din spatiul inconjurator. Sistemul de actionare, de regula, face corp comun cu antena, servindu-i si drept baza si are in componenta electromotorul de actionare care roteste antena si selsinul emitator (sau un encoder digital) pentru sincronizarea rotirii antenei cu baleiajul tubului indicator si stabilirea pozitiei antenei .(Fig.6)

Antena de radiolocatie. La majoritatea radarelor eo navigatie se folosesc antene cu difractie. Antena cu difractie reprezinla un sistem de fante subtiri taiate intr-un segment de ghid de unda sau un rezonator de volum (fig. 7).

La aparitia unui cimp electromagnetic in interior segmentului ghidului de unda pe peretele interior al acestuia vor circula curenti de conductie. . . Marginile fantei pot fi privile ca o .linie bifilara. scurtcircuitata cu lungimea λ/2, in mijlocul careia este conctata o sursa alternativa de energie. Pe marginea fantei, pe druimul cel mai scurt intre a si a' va circula un cunent care va avea o repartizare cosinusoidala.Propagarea cimpului magnetic de-a lungul fantei este diferita fata de propagarea de-a lungul unui vibrator. In fanta va exista un cimp magnetic longitudinal si un cimp electric transversal, fenomen denumit in teoria antenelor ca principiu al dualitatii. Conform acestui prmcipiu, fannta in λ /2 se poate asimila cu un vibrator in λ /2. Mai multe fante aflate la distante de λ /2 se pot asimila cu un sistem de vibratoare alimentate sinfazic cane constituie o antena. directiva avind diagrama de directivitate formata dintr-un lob principal si mai multi lobi secundari.

Fig 7 Fante de emisie receptie.

Forma lobului principal esle cu atit mai aacutita in plan orizontal, cu cit sunt mai multe fante intr-un sir,si cu atit mai ascutita in plan vertical cu cit slnt mai multe etaje de siruri de fante.

Ghidul de unda. Pentru radarele navale de banda S (λ=10 cm) ghidul de unda este o linie coaxiala formata dintr-un conductor central si unul cilindric exterior dispus coaxial si izolati cu ajutorul unui dielectric.(fig. 8).Propagarea energiei de-a lungul liniei coaxiale se face suib forma de unde progresive de tensiune si.curenti.La lungimi.de.unda mai.mici pierderile in dielectric devin substantiale, din care cauza radarul de navigatie in banda X (3 cm) nu mai utilizeaza ghiduri de unda coaxiale,ci ghiduri tubulare cu sectiune dreptunghiulara..Cimpul electromagnetic care se propaga in acest tip de ghid de unda sub forma de unde progresive are doua componente transversale Ey si Hx si una longitudinala H_z (fig.8).

Fig.6 Instalatia de antenna pentru radar de banda S (10 cm)

Principalul parametru care caracterizeaza calitatea transmiterii energiei prin ghiduri de unda de orice tip este coeficientul de unda progresiva σ. Cind transmisia se face fara pienderi σ =1 Datorita pierderilor 0 < σ <1.

Trecerea rotativa capacitiva serveste pentru imbinarea elementului radiant care se roteste solidar cu antena, la traseul ghidului de unda care este fix.Trecerea rotativa este reprezentata schematic in fig. 9.

Oscilatiile electromagnetice care se propaga in ghidul de unda excita in sectiunea coaxiala un cimp oscilator simetric, care prin terminatia sferica a conductorului central al sctiunii coaxiale este transmis mai departe in elementul radiant..Incazulreceptionariienergjei,acelasi conductor central va excita traseul fix al ghidului de unda,

Pistonul serveste pentru acordarea cavitatii rezonante din partea mobila a trecerii, in scopul asigurarii unui transfer maxim de energie.Deoarece conductorul central al sectiunii coaxiale este amplasat in axul de rotatie al antenei, energia se transmite din partea imobila in cea mobila in mod egal, indiferent de unghiul de rotire al antenei.

Blocul de emisie -receptie

Pentru explicarea principiului de functionare al blocului de emisie-receptie se comsidera schema bloc din fig.10.de mai jos.

Funcfionarea in regim de emisie. BIocul de sincronizare comanda pornirea si desfasurarea sincrona a tuturor proceselor in impuls din schema de radiolocatie..

ma instalafiei de radioiocajie. Constructiv blocul de sincronizare este format dintr-un oscillator autoblocat, un limitator si un circuit de intirziere. Alimentarea blocului de sincronizare se face de la un convertizor cu tensiune de frecventa ridicata de ordinal 400, 500, 1000 Hz.La iesirea blocului de

sincronizare.se obtin impulsuri de foarte scurta durata utilizate pentru declansarea altor procese dupa cum urmeaza:

generarea impulsurilar de forma direptunghiulara-de catre blocul modulator

pornirea baleiajului blocului indicator sineron cu .plecarea impulsului in spatiu.

Blocul modulator este un oscilator comandat,care genereaza impulsuri de forma dreptunghiulara, cu durata si frecventa de repetare strict constante. Aceste semnale servesc drept anvelopa a oscilatiilor de frecventa foarte inalta a magnetronului.

Magnetronul este un dispozitiv electronic special destinat generarii de oscilatii de freoventa ultrainalta si putere ridicata.Magnetronuil genereaza oscilatiile in mod continuu Energia acestor oscilatii in functie de tipul magnetronului utilizat este de ordinul zecilor de wati iar lungimea lor de unda este in cazul radiolocatoarelor de banda X de 3 cm,La bord se afla in permanenta cite un magnetron de rezerva pentru fiecare dintre radare ,insotite de un certificat al producatorului unde sunt specificati parametrii (anexa 3 si anexa 4).Energia generata de magnetron este inmagazinata in.condensatoare, in perioada de timp dintre doua impulsuri .ale modulatorului, deci un timp relativ lung in comparatie cu. durata unui impuls dreptunghiular generat de modulator.Aceasta energie este eliberata in timpul actionarii impulsului dreptunghiular venit de. la modulator. Astfel se pot obtine puteri in impuls considerabile cu magnetroane de puteri medii.

Relatia dupa care se calculeaza puterea in impuls este:

in care : T este perioada de repetare a impulsurilor ; τ- durata impulsului ; P_m - puterea medie generata de magnetron.(Exemplu : La un radar cu : P_m= 30 W, T = 400μs; τ=0,1μs se obtine P_i =120Kw.)

Frecventa de repetare a impulsurilor precum si durata lor se stabilesc in functie de scala de distanta.

Comutatorul de antena. In pauza dintre doua impulsuri emise se
face receptia semnalelor reflectate de diferite tinte din zona de actiune a radarului. Receptia se face pe aceeasi antena si acelasi traseu ghid de unda ca si la emisie.Pentru a proteja intrarea receptorului de semnalelede mare putere ale emitatorului, precum si pentru dirijarea semnalui receptionat, la intrarea receptorului se folosesc comutatoare automate cu ferite.In componenta lui intra doua punti cu fante simetrice S1 si S2, o sectie de ghid deunda cu doua ferite F1si F2 si cu un magnet permanent in exterior, un trunchi de ghid DF pentru defazare, atenuator si descarcatorul de receptie L3.

Fig. 11 Comutator de antena cu ferite

Descarcatorul de receptie este un tub de descarcare in gaz rarefiat plasat intr-un rezon-ator de volum.Impulsurile de la magnetron ajungind in descarcator ionizeaza gazul din tub. Tubul va incepe sa conduca, scurtcircuitind astfel intrarea receptoruluii, nelasind sa treaca in receptor impulsurile dela magnetron.Impulsurile reflectate de tinte au putere mica si prin urmare nu pot ioniza gazul descarcatorului si astfel patrund usor spre intrarea receptorului.

Funcfionarea radarului in regim de recetpie. Impulsurile de frecventa fo receptionate de antena sint canalizate la un etaj de schimbare a frecventei (fig.10). In blocul de schimbare a frecventei se produce amestecul jmpulsurilor de frecventa ultrainalta a semnalului ecou cu impulsurile de frecventa mai mare date de oscilatorul local, Frecventa impulsurilor oscilatorului local este mai mare (de obicei cu 30 MHz) decit frecventa semnalului ecou.In etajul de amestec se obtin impulsuri de frecventa rezultata din diferenta frecventei impulsurilor oscilatorului locaJ si frecventa purtatoarei impulsurilor receptionate, sau cu alte cuvinte ,frecventa impuisurilor de la intrarea amplificatorului de frecventa intermrdiara, rezulta din diferenta frecventei oscilatorului local si frecventa magnetronului. Pentru generarea impulsiurilor de frecventa ultainalta in oscilatorul local se folosesc generatoare speciale de U.I.F. numite clistroane.Functionarea clistronului ca generator de ultra inalta frecventa se bazeaza pe principiul modulatiei in viteza a fasciculului de electroni.In preamplificatorul de frecventa intermediara, semnalul de frecventa intermediara este amplificat si apoi aplicat la detector. Dupa detectie, anvelopa semnalului util este amiplificaia in amplificatorul video si apoi introdusa la blocul indicator.

Indicatoare dc radiolocatie navalc

Blocul indicator permite vizualizarea tuturor obiectelor aflate la suprafata apei in raza de actiune a radarului.Indicarea tintelor se face in coordonale polare, prin distanta si unghiul de directie fata linia prova sau fata de directia nord. Indicatoarele radiolocatoarelor navale mai vechi sint realizate cu tuburi catodice cu deflexie electromagnetica a spotului electronic cu acesta realizindu-se un baleiaj radial circular(anexa1).Pentru desfasurarea imaginii pe ecran este necesar un baleiaj liniar pe distanta care sa se roteasca sau sa fie deplasat pe ecran sincron cu observarea efectuata in planul coordonatelor unghiulare (sincron cu antenna)

Vizualizarea semnalelor reflectate de tinte se face prin modulatia
intensitatii spotului luminos, pe linia baleiajului . de distanta. Marimea distantei cu care s-a deplasat spotul este proportionala cu distanta pina la tinta.

Radarele navale computerizate ,care prelucreaza informatia de radiolocatie primara in scopul folosirii ei in sistemele ARPA (anticoliziune) afiseaza o serie de informatii suplimentare (anexa 6),o parte din acestea fiind furnizate de celelalte echipamente de pe puntea de navigatie.

Interconexiuni cu aparatele de navigatie

Instalatia radar este alimentata din tabloul de distributie de urgenta si este asigurata in caz de urgenta printr-un sistem de UPS-uri.Radarele se afla conectate intre ele printr-un bloc de interswitch .Cu ajutorul acestui bloc se poate controla cu oricare dintre pupitrele de indicare oricare dintre transceivere..Acestea se pot conecta "straight " sau "cross".fig 11