Merenkulkututka

Oleellista merenkulkututkan toiminnassa on se, että laitteen tulee havaita sekä liikkuvat että kiinteät kohteet kaikissa näkyvyysolosuhteissa. Tutka toimii merenkulkijan näköaistin jatkeena läpi sateen ja pimeyden. Hyvälläkin näkyvyydellä se antaa ”lintuperspektiivin” näkymän ympäristöstä, jolloin aluksen reitin suunnittelu on havainnollista.[1]

Maali-ilmaisun haittana on alati muuttuva toimintaympäristö:

• Vedenpinnan aiheuttama aaltovälke (seaclutter) on vaikea poistaa luotettavasti, ja siten heikon tutkakaiun omaava maali saattaa kadota aaltovälkkeen joukkoon. Asian hoitamiseksi on oltava joitakin keinoja, ja niitä on osattava käyttää:
  • Aaltovälkkeenvaimennin (Anti Clutter Sea) on säädin, jolla vaimennetaan aalloista tulevia kaikuja. Se vaimentaa myös hyötymaaleja.
  • Lähivaimennin (SWG l. Swept Gain, tai STC l. Sensitivity Gain Control) säätää kaikkien maalien voimakkuutta, mutta eksponentiaalisesti lähimpiä eniten, koska ne ovat voimakkaimpia.

• Sadevälke (rainclutter) on myös muuttuva haittailmiö, jonka luotettava hallinta asettaa vaatimuksia sekä laitteille että käyttäjille. Asiaa voidaan auttaa joillakin säädöillä, mutta laitteeseen rakennetut ominaisuudet ovat avainasemassa:
  • Sadevälkkeenvaimennin (Anti Clutter Rain, Differentiator, Fast Time Constant l. FTC) on derivaattoripiiri, joka lyhentää kaikupulsseja takareunastaan alkaen, koska sademaalit ovat laajoja.
  • Kiertopolarisaattori on yleensä antenniin kiinteästi rakennettu. Se vähentää sateesta tulevia kaikuja paljon, mutta hyötymaaleja vain hyvin vähän.
  • Logaritminen vastaanotin on yleensä vakiona, mutta joissakin laitteissa on lisäksi lineaarinen vastaanotin. Edellistä käytetään sateella, koska se vahvistaa heikkoja maaleja paljon ja voimakkaita vain vähän. Jälkimmäistä käytetään hyvällä tutkasäällä, koska sillä on pienempi ${\displaystyle S_{min}}$, joka tutkayhtälön mukaisesti tuottaa suuremman kantaman.

• Jäätutka (Iceradar) on toisinaan lisälaitteena mernkulkututkassa, koska jääalueella aluksen on etsittävä edullisin kulkureitti jään paksuuden mukaan. Se on lisälaite, joka käyttää merenkulkututkan tutkavideota ja prosessoi siitä kuvan jääkentästä. Jotta se voidaan tehdä täytyy käyttää lyhyttä lähetyspulssin pituutta ja suurta toistotaajuutta. Prosessointi tarvitsee useita antennikierroksia, jotta saadaan heikoista kaikusignaaleista integroitua tarpeeksi vahva kaiku. Alus liikkuu koko ajan, joten liike on otettava huomioon integroinnissa. Siksi tehtävään pitää olla erillinen prosessori algoritmeineen. [3]

• Öljytutka (Oilradar) on jäätutkan tavoin lisälaite merenkulkututkassa. Sitä tarvitaan sellaisissa aluksissa, jotka etsivät merestä öljypäästöjä. Jäätutkan tavoin se toimii integroimalla useiden antennikierrosten ajalta merenkulkututkan omaa tutkatietoa. Toisin kuin jäätutka, joka mittaa jääkentän rosoisuutta, öljytutka mittaa vedenpinnan sileyttä, jonka öljy aiheuttaa. Signaalin ero normaaliin merivälkkeeseen on mitättömän pieni ja siksi on tehtävä erikoisprosessorilla ja sen algorimilla integrointiprosessi, jotta heikko signaali saadaan riittämään. [4] [5]

Laitteet toimivat radioaalloilla mikroaaltoalueen S-alueella (3 GHz) ja X-alueella (9 GHz). S-alueesta on hyötyä valtamerillä pitemmän mittausetäisyyden ja vähäisemmän sadevälkkeen ansiosta. X-alue antaa lähiympäristöstä tarkemman kuvan hyvällä resoluutiolla ja ilmaisee myös pienet kohteet.

Merenkulkututkan pääosat ovat

• lähetin-/vastaanotinyksikkö (Tx/Rx unit)
• antenniyksikkö (Array- and base unit)
• näyttöyksikkö (Indicator unit)
• käyttötehon syöttöosa (Power unit)

Pienemmissä venetutkissa on usein yhdistettynä lähetin/vastaanotin ja antenni samaan kokonaisuuteen, minkä ansiosta pystytään muun muassa minimoimaan mikroaaltolinjan (tehonsiirtoväylä) pituus.

Antenniyksikkö (Array- and base unit)

Antennikoneisto ja rakosäteilijäantenni. USS Theodore Roosevelt.

Yleisimmin käytössä on rakosäteilijäantenni. Se on aaltoputki, jonka yhdellä sivulla on tarkoin mitoitettuja rakoja rivissä. Ne muodostavat säteilijärivin ja yhteisvaikutukseltaan kapeakeilaisen antennin. Toinen malli on parabolinen peiliantenni, jossa on heijastin ja erillinen säteilijä paraabelin polttopisteessä. Se voi olla dipoli tai, etenkin mikroaalloilla, aaltoputken torvisäteilijä. Antennia pyörittää sähkömoottori vakionopeudella.

Varsinkin rakosäteilijäantenni on usein suojattu radomilla, radioaaltoja läpäisevällä sääsuojuksella. Radomi tekee myös antennin tuulikuorman pienemmäksi. Sadevälkkeen vähentämiseksi radomiin on usein lisätty kiertopolarisaattori – tiheä rivi ohuita metallilankoja – jolla on toisaalta myös pieni vaimentava ominaisuus. Pienimpien venetutkien yhdistetty lähetin/vastaanotin/antenni-rakenne on usein suojattu yhteisellä radomilla niin, että mitään liikkuvia osia ei ole sotkemassa köysiä tai aiheuttamassa tapaturmaa. Mikroaaltoaltistuksen mahdollisuus on silti olemassa, joten aivan antennin lähellä ei pidä oleskella.