НАВИГАЦИОННЫЙ РАДИООПТИЧЕСКИЙ УГОЛКОВЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ С ТРЕУГОЛЬНЫМИ ГРАНЯМИ, ПОКРЫТЫМИ АЛЮМИНИЕВОЙ ФОЛЬГОЙ
NAVIGATION RADIO-OPTICAL ANGLE REFLECTOR OF DIRECTED ACTION WITH TRIANGULAR FACES COATED WITH ALUMINIUM FOIL

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться на внутренних водных путях в составе перевальных и отварных знаках для обозначения судового хода одновременно в радиолокационном и оптическом диапазонах волн.
m
Известен навигационный радиооптический уголковый отражатель направленного действия [1], работающий одновременно в радиолокационном и оптическом диапазонах волн. Этот радиооптический уголковый отражатель (УО) содержит в своем составе трехгранный УО с взаимно перпендикулярными металлизированными или металлическими отражающими треугольными гранями одинаковых размеров, источник света, фотоавтомат управления сигнальным огнем и источник питания постоянного тока. Источник света выполнен в виде полупроводникового светоизлучающего диода с белым, красным, зеленым или желтыми цветами свечения сигнального огня, который своим анодным выводом подключен через фотоавтомат к положительному полюсу источника питания, а катодным выводом непосредственно подключен к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока. При этом светоизлучающий диод расположен в вершине трехгранного УО, которая является фазовым центром рассеяния УО в радиолокационном диапазоне волн [1, 2] и его фокусом в оптическом диапазоне волн [1]. В радиолокационном диапазоне волн электрическая ось радиооптического УО, в направлении которой эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) максимальна σ, в горизонтальной и вертикальной плоскостях, совпадает с геометрической осью симметрии УО и определяется соотношением [1]
а
где  - размер ребра в [м]
λ - длина волны в [м].
m
При этом геометрическая ось симметрии проходит через вершину перпендикулярно плоскости раскрыва УО со стороны внутренних отражающих поверхностей треугольных граней [1, 2]. А в оптическом диапазоне волн оптическая ось, в направлении которой сила света максимальна I в горизонтальной и вертикальной плоскостях, совпадает также с геометрической осью симметрии УО и с его электрической осью в этих плоскостях в радиолокационном диапазоне волн. При этом источник света располагается на оптической оси и его угол излучения 2α в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляет величину 2α≥90°.
m
Недостаток навигационного радиооптического УО направленного действия заключается в том, что в оптическом диапазоне волн в активном режиме излучения светосигнального огня не обеспечивается зеркальность внутренних трехкратных переотражений от поверхностей треугольных граней УО и, таким образом, не достигается максимальная сила света I в направлении оптической оси УО, что, в сою очередь, ограничивает дальность видимости сигнального огня. Последнее обусловлено тем, что внутренние отражающие поверхности треугольных граней УО не обеспечены светоотражающим зеркальным покрытием.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному навигационному радиооптическому уголковому отражателю направленного действия с треугольными гранями покрытыми алюминиевой фольгой является навигационный радиооптический уголковый отражатель направленного действия со светоотражающими гранями [3].
m
m
m
Этот радиооптический УО со светоотражающими гранями содержит в своем составе трехгранный УО с взаимно перпендикулярными металлизированными или металлическими отражающими треугольными гранями одинаковых размеров, покрытых с их внутренней стороны радиопрозрачным светоотражающим покрытием с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения, источник света, фотоавтомат управления сигнальным огнем и источник питания постоянного тока. Источник света выполнен в виде полупроводникового светоизлучающего диода с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения сигнального огня соответствующего цвету светоотражающего покрытия и расположен в вершине трехгранного УО являющейся фазовым центром рассеяния УО в радиолокационном диапазоне волн и его фокусом в оптическом диапазоне волн. При этом светоизлучающий диод своим катодным выводом подключен непосредственно к отрицательному полюсу источника питания, а его анодный вывод через фотоавтомат управления сигнальным огнем подключен к положительному полюсу источника питания. При этом в радиолокационном диапазоне электрическая ось трехгранного УО, в направлении которой ЭПР максимальна σ в горизонтальной и вертикальной плоскостях совпадает с геометрической осью симметрии УО, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва со стороны внутренних отражающих поверхностей треугольных граней. При этом σ определяется соотношением (1). А в оптическом диапазоне волн оптическая ось, в направлении которой сила света максимальна I в горизонтальной и вертикальной плоскостях, совпадает также с геометрической осью симметрии УО и с его электрической осью в этих плоскостях в радиолокационном диапазоне волн. Источник света располагается на оптической оси и его угол излучения 2α в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляет величину 2α≥90°.
Навигационный радиооптический уголковый отражатель направленного действия со светоотражающими гранями работает одновременно в радиолокационном и оптическом диапазонах волн следующим образом.
m
В радиолокационном диапазоне волн навигационный радиооптический уголковый отражатель с радиопрозрачным светоотражающим покрытием треугольных граней работает как обыкновенный радиолокационный трехгранный УО с треугольными плоскими взаимно перпендикулярными металлическими или металлизированными гранями одинаковых размеров и формы. Известно [2], что внутренние поверхности треугольных отражающих граней образуют в радиолокационном диапазоне систему из трех зеркал при условии, что они достаточно велики по сравнению с длиной волны. Поэтому при падении на треугольные грани с радиопрозрачным светоотражающим покрытием электромагнитной волны, после трехкратного отражения, формируется электромагнитная волна, распространяющаяся в направлении, обратном направлению падения. При этом фазовый центр рассеяния располагается в его вершине и находится на электрической оси, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва. Пространственная индикатриса обратного рассеяния радиооптического УО, так же как у радиолокационного трехгранного УО, характеризуется шириной главного (основного) лепестка диаграммы обратного рассеяния в горизонтальной и вертикальной плоскостях на уровне 0,5σ и составляет величину 42°, соответствующей трехкратному отражению падающей электромагнитной волны.
m
В оптическом диапазоне волн навигационный радиооптический УО направленного действия с радиопрозрачным светоотражающим покрытием треугольных граней работает следующим образом. Так как катодный вывод светоизлучающего полупроводникового диода подключен непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока, то при подключении его анодного вывода через фотоавтомат управления сигнальным огнем к положительному полюсу источника питания постоянного тока, светоизлучающий диод, установленный в фокусе УО на его оптической оси, излучает вдоль ее в вертикальной и горизонтальной плоскостях конический световой пучок с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения сигнального огня с угловой шириной 2α≥90°. Затем излучаемый световой поток попадает на взаимно перпендикулярные треугольные грани трехгранного УО с радиопрозрачным светоотражающим покрытием, цвет свечения которого соответствует цвету излучаемого светосигнального огня. В оптическом диапазоне волн внутренние отражающие поверхности треугольных граней со светоотражающим покрытием образуют систему из трех зеркал при условии, что они достаточно велики по сравнению с длиной волны излучаемого светового потока. В результате внутренних переотражений от треугольных граней УО формируется вдоль его оптической оси световой поток с угловой шириной на уровне 0,5 от максимальной силы света I в 42° как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Цвет свечения сигнального огня белый, красный, желтый или зеленый определяется цветом свечения радиопрозрачного светоотражающего покрытия треугольных граней, а также цветом свечения светового потока, излучаемого полупроводниковым диодом, которые в свою очередь определяются сложившейся навигационной обстановкой на водных путях.
Управление работой светоизлучающего полупроводникового диода осуществляется фотоавтоматом управления сигнальным огнем, который обеспечивает постоянный или проблесковый режим горения светоизлучающего диода с автоматическим включением и выключением в зависимости от освещенности местности. Фотоавтомат управления сигнальным огнем выполнен по классической схеме серии ФАУСП [4] и в его состав входят: фотодатчик, выполненный, например, в виде фоторезистора СФЗ-1, и являющийся светочувствительной частью фотоавтомата, который вырабатывает сигнал на включение светоизлучающего диода при освещенности 20-100 лк и на выключение его если освещенность превышает указанные значения; стабилизатор напряжения, который поддерживает на светоизлучающем диоде необходимое номинальное напряжение; усилитель, непосредственно включающий или выключающий светоизлучающий диод по сигналам фотодатчика; проблескатор, выполненный в виде мультивибратора, сигналы которого подаются на вход усилителя и определяют работу светоизлучающего диода в проблесковом или постоянном режимах горения светосигнального огня.
Недостаток навигационного радиооптического уголкового отражателя направленного действия со светоотражающими гранями заключается в ограниченных функциональных возможностях, проявляющихся в том, что в оптическом диапазоне волн он обеспечивает подачу светосигнальных огней с белым, красным, желтым или зеленым цветами свечения только в тех случаях, когда цвет радиопрозрачного светоотражающего покрытия треугольных граней с их внутренней стороны соответственно совпадает с белым, красным, желтым или зеленым цветами свечения светового потока, излучаемого полупроводниковым диодом. Поэтому, чтобы обеспечить подачу светосигнального огня с белым, красным, желтым или зеленым цветами свечения, необходимо соответственно цвету заменить радиопрозрачное светоотражающее покрытие треугольных граней. Последнее существенно ограничивает функциональные возможности радиооптического уголкового отражателя.
На фиг. 1 представлен общий вид навигационного радиооптического УО направленного действия с треугольными гранями покрытыми алюминиевой фольгой. Где обозначено: 1 - радиолокационный трехгранный УО (вид спереди); 2 - треугольные грани со светоотражающим покрытием в виде алюминиевой фольги; 3 - источник света с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения сигнального огня, расположенный в вершине трехгранного УО, являющейся его фокусом в оптическом диапазоне волн и фазовым центром рассеяния в радиолокационном диапазоне волн; 4 - радиолокационный трехгранный УО (вид сбоку), 5 - плоскость раскрыва УО, 6 - геометрическая ось симметрии трехгранного УО, проходящая через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва 5 со стороны внутренних светоотражающих поверхностей треугольных граней и совпадающая с электрической и оптической осями 6 трехгранного УО соответственно в радиолокационном и оптическом диапазонах волн, 7 - угол излучения 2α источника света 3 относительно оптической оси 6 трехгранного УО 4.
На фиг. 2 представлена обобщенная структурная электрическая схема автоматического устройства управления источником света 3, выполненного в виде светоизлучающего полупроводникового диода с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения сигнального огня. В состав устройства входят источник постоянного тока 8, фотоавтомат управления сигнальным огнем 9 и светоизлучающий диод 10. При этом катодный вывод светоизлучающего диода 10 подключен непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока 8, а его анодный вывод через фотоавтомат управления 9 подключен к положительному полюсу источника питания постоянного тока 8.
На фиг. 3 представлена обобщенная функциональная схема фотоавтомата управления сигнальным огнем 9 серии ФАУСП, выполненного по классической схеме [4], и включающего в себя фотодатчик 11, стабилизатор 12, проблескатор 13 и усилитель 14.
На фиг. 4 представлен фотоснимок навигационного радиооптического уголкового отражателя направленного действия с треугольными гранями покрытыми алюминиевой фольгой в составе линейных створ. В вершине УО расположен источник света, выполненный в виде светоизлучающего полупроводникового диода (вид спереди).
На фиг. 5 представлен фотоснимок радиолокационного изображения линейных створов, оборудованных радиооптическими уголковыми отражателями с треугольными гранями покрытыми алюминиевой фольгой. Радиолокационное изображение получено с помощью судовой РЛС типа Р-722, работающей в трехсантиметровом диапазоне волн [5].
Навигационный радиооптический уголковый отражатель направленного действия с треугольными гранями покрытыми алюминиевой фольгой работает одновременно в радиолокационном и оптическом диапазонах волн следующим образом.
m
m
m
В радиолокационном диапазоне волн заявляемый навигационный радиооптический уголковый отражатель направленного действия с треугольными гранями покрытыми алюминиевой фольгой работает как обыкновенный трехгранный УО с треугольными плоскими взаимно перпендикулярными металлическими или металлизированными гранями одинаковых размеров и формы. При этом необходимо так же отметить, что сами треугольные грани могут быть радиопрозрачными и покрытыми алюминиевой фольгой. В радиолокационном диапазоне волн внутренние поверхности треугольных отражающих граней образуют систему из трех зеркал при условии, что они достаточно велики по сравнению с длиной волны. Поэтому при падении на треугольные грани, покрытие алюминиевой фольгой, электромагнитной волны, после трехкратного отражения, формируется электромагнитная волна, распространяющаяся в направлении обратном направлению падения. Это свойство обратного отражения у радиооптического УО (см. фиг. 1), также как у радиолокационного трехгранного УО 1, сохраняется в широком спектре углов падения электромагнитной волны относительно геометрической оси симметрии отражателя 6, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва 5 со стороны внутренних поверхностей отражающих треугольных граней, покрытых алюминиевой фольгой и совпадающей с электрической осью 6 отражателя 4. В направлении электрической оси 6 ЭПР достигает своего максимального значения σ как в горизонтальной так и в вертикальной плоскостях. При этом фазовый центр рассеяния у радиооптического УО располагается в его вершине и находится на электрической оси 6, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва 5. Пространственная индикатриса обратного рассеяния радиооптического УО, также как у радиолокационного трехгранного УО характеризуется шириной главного (основного) лепестка диаграммы обратного рассеяния в горизонтальной и вертикальной плоскостях и на уровне 0,5σ составляет величину 42°, соответствующей трехкратному отражению падающей электромагнитной волны. При этом максимум диаграммы обратного рассеяния или максимум ЭПР σ радиооптического УО определяется также соотношением (1).
В оптическом диапазоне волн заявляемый навигационный радиооптический УО направленного действия с треугольными гранями покрытыми алюминиевой фольгой работает следующим образом.
m
m
Так как катодный вывод светоизлучающего полупроводникового диода 10 подключен непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока 8, то при подключении его анодного вывода, через фотоавтомат управления сигнальным огнем 9, к положительному полюсу источника питания постоянного тока 8 (см. фиг. 2), светоизлучающий диод 10, установленный в фокусе УО на его оптической оси 6, излучает вдоль ее в вертикальной и горизонтальной плоскостях конический световой пучок с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения сигнального огня с угловой шириной 2α≥90°. Затем излучаемый световой поток попадает на взаимно перпендикулярные треугольные отражающие грани трехгранного УО, покрытые алюминиевой фольгой. В оптическом диапазоне волн внутренние поверхности треугольных граней УО покрытых алюминиевой фольгой образуют систему из трех зеркал. Поэтому в результате внутренних зеркальных трехкратных отражений от треугольных граней УО формируется в пространстве вдоль его оптической оси 6 световой поток с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения сигнального огня с угловой шириной на уровне 0,5 от максимальной силы света I в 42° как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. При этом необходимо отметить, что сила света светового потока достигает своего максимального значения I как в горизонтальной так и в вертикальной плоскостях, при условии что все три треугольные грани, покрытые алюминиевой фольгой взаимно перпендикулярны. При этом фазовый центр излучения светового потока располагается в вершине радиооптического УО и находится на оптической оси 6, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва 5. При этом цвет излучаемого в пространство светового потока с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения сигнального огня задается только светоизлучающим диодом и при этом используются одни и те же треугольные грани покрытые алюминиевой фольгой.
Управление работой светоизлучающего диода 10 (см. фиг. 2) осуществляется фотоавтоматом управления сигнальным огнем 9, который обеспечивает постоянный или проблесковый режим горения светоизлучающего диода 10 с автоматическим включением и выключением в зависимости от освещенности местности. Фотоавтоматом управления сигнальным огнем 9 серии ФАУСП выполняется по классической схеме [4] и его обобщенная функциональная схема представлена на фиг. 3.
а
m
2
В трех сантиметровом радиолокационном диапазоне волн заявляемый навигационный радиооптический УО направленного действия с треугольными гранями покрытыми алюминиевой фольгой может быть выполнен на основе трехгранного уголкового отражателя с треугольными гранями, изготовленными из фольгированного стеклотекстолита или плоских алюминиевых листов, покрытых алюминиевой фольгой, или может быть выполнен из радиопрозрачных треугольных граней, например, из нефольгированного стеклотекстолита, покрытых алюминиевой фольгой. На фиг. 4, для наглядности представлений, приведен фотоснимок радиооптического УО в составе линейных створ в котором взаимно перпендикулярные отражающие треугольные грани изготовлены из плоских алюминиевых листов, покрытых алюминиевой фольгой с длиной ребра =53 см и с учетом (1), его максимальная ЭПР σ при длине волны λ=3,2 см составляет величину 320 м. В вершине трехгранного УО установлен источник света, выполненный в виде светоизлучающего полупроводникового диода типа LES-STAR-3W, работающего от источника питания постоянного тока с номинальным напряжением 2.6 В и углом излучения 2α=120° как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. В качестве источника питания постоянного тока может быть использована сухозаряженная батарея типа «Лиман» - 2.6 - 150 А/ч ТУ 3483-019-04707044-99 с номинальным напряжением 2.6 В и емкостью 150А/ч. В качестве фотоавтомата управления сигнальным огнем может быть использован фотоавтомат серии ФАУСП - 3М типа НП - 2 ТУ 212177187.
По сравнению с навигационным радиооптическим уголковым отражателем направленного действия со светоотражающими гранями, заявляемый навигационный радиооптический УО направленного действия с треугольными гранями покрытыми алюминиевой фольгой обладает расширенными функциональными возможностями в оптическом диапазоне волн, так как светоотражающее покрытие в виде алюминиевой фольги обеспечивает зеркальность отражений светового потока от треугольных граней, как с белым цветом свечения, так и с красным, желтым и зеленым цветами свечения. Последнее позволяет обеспечить подачу светосигнальных огней соответственно с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения при использовании одних и тех же внутренних светоотражающих поверхностей треугольных граней, покрытых алюминиевой фольгой. При этом цвет сигнального огня задается только типом светоизлучающего диода и определяется сложившейся навигационной обстановкой на водных путях, что существенно расширяет функциональные возможности самого радиооптического УО.
Использованные источники информации
1. Гулько В. Л. Навигационный радиооптический уголковый отражатель направленного действия. Патент RU №2572795.МПК Н01Q 15/00 Дата приоритета 01.09.2014 г.
2. Кобак В.Д. Радиолокационные отражатели. М.: «Советское радио». 1975. - 248 с.
3. Гулько В.Л., Блинковский Н.К., Мещеряков А.А. Навигационный радиооптический уголковый отражатель направленного действия со светоотражающими гранями. Патент RU №2634550. МПК Н01Q 15/18 Дата приоритета 15.04.2016 г.
4. Шмерлинг И.Е. Монтер судоходной обстановки. - М.: «Транспорт», 1977. - 173 с.
5. Байрашевский A.M., Волынец В.Ф., Кононов О.В. и др. Судовые радиолокационные станции. М.: «Транспорт», 1986. - 144 с.