Этот пост — не про финальный продукт, а про инженерную задачу, которую ранее никто в России (и никто в мире) не решал. Работы над судовым радаром ближней зоны СИД360-76 начались в 2021 году — а первый прототип заработал в лаборатории уже в 2022 и в этом же году был уже временно установлен для тестов на судне. Поводом стал запрос от оператора ледокольного флота: при проводке судов во льдах ледоколы вплотную подходят к борту сопровождаемого судна. В такой ситуации «слепая зона» обычных радаров становится критически опасной. Нужно было решение, которое «видит» препятствия буквально в нескольких метрах от борта и позволит избежать наваливания судов друг на друга.

На заглавном фото: экран радара СИД360-76 на портовом буксире, при движении в узкой заводи (часть изображения размыта по требованию заказчика)

Для ледоколов ситуацию с судовождением усугубляет и густой туман, который обычно образуется при разломе льда в северных широтах. В этих условиях визуальное наблюдение крайне заьруднено, и экипажу необходимы надежные технические средства обзора, способные работать в условиях нулевой видимости.

Инженеры петербургского центра разработки оборудования в миллиметровом диапазоне волн «ДОК» начали с анализа рынка. Быстро выяснилось, что ни один из существующих на российском рынке серийных судовых радаров не удовлетворяет этим требованиям. В зависимости от частотного диапазона, типичная «слепая зона» у таких систем составляет от 15 до 200 метров. Для ледокола, обкалывающего лед вплотную к борту сопровождаемого судна, это слишком много.

На фото: радар ближней зоны СИД360-76 на ледоколе
На фото: радар ближней зоны СИД360-76 на ледоколе

Второй задачей, которуая закладывалась в технические требования, была возможность использования на беспилотных судах. В автономном режиме судно должно точно знать, где причал, берег, буй или другая помеха — и не только на удалении, но и у самого борта. Это означает, что точность, угловое разрешение и минимальная дистанция обнаружения — все должно быть на уровне, которого раньше в морских РЛС просто не требовалось.

На фото: радар СИД360-76 на электрическом беспилотном пассажирском судне
На фото: радар СИД360-76 на электрическом беспилотном пассажирском судне

Так инженеры в Петербурге пришли в 2021 году к идее разработать собственный судовой радар ультра-ближней зоны в миллиметровом диапазоне — на 76 ГГц. На тот момент (и до сих пор) в мире такие решения серийно не производятся. 

Почему был выбран диапазон 76 ГГц для морского радара

Традиционно в морской радиолокации используются два основных диапазона:

  • S-диапазон (2–4 ГГц) — применяется для дальнего обзора и обнаружения крупных объектов. Радары этого типа часто устанавливаются на крупных судах и береговых станциях. Основная частота — около 3 ГГц.

  • X-диапазон (8–12 ГГц) — самый массовый диапазон для судовых навигационных радаров. Обеспечивает лучшее разрешение, чем S-диапазон, но тоже имеет существенные ограничения в ближней зоне. Обычно для морских радаров используется частота 10 ГГц.

Примеры радиолокаторов X- и S-диапазонов можно найти на сайте мирового производителя радаров Furuno. В России работает много радаров от этого вендора.

Появление K-диапазона (18–27 ГГц) и E-диапазона (60–90 ГГц) стало шагом вперед в повышении точности и детализации радиолокационной картины. Но именно частотный ресурс 76 ГГц, находящийся в пределах E-диапазона, сегодня считается прорывным решением для задач ближней морской навигации и беспилотного судовождения.

Преимущества E-диапазона (76 ГГц):

  • Высокое угловое разрешение и точность по дальности. Чем выше частота — тем лучше радар «различает» препятствия, особенно в условиях загруженного порта, при швартовке или проводке во льдах.

  • Отсутствие мертвой зоны. Наличие или отсутствие ближней мертвой зоны зависит от режима работы радара. Импульсные радары, которые традиционно используются в S- (3 ГГц) и X- (10 ГГц) имеют слепую зону — от десятков до сотен метров. В диапазоне 76 ГГц, как правило, применяются радары с непрерывным зондированием (FMCW), которые позволяют уверенно обнаруживать цели буквально в нескольких десятках сантиметров от борта. Именно такая архитектура позволяет применять E-диапазон для маневров в портах, швартовки, проводки во льдах и беспилотной навигации.

  • Компактность оборудования. Более короткая длина волны позволяет использовать меньшие по размерам антенны и обтекатели. Это особенно важно для беспилотных и маломерных судов.

  • Низкое излучение. Мощность передатчика радаров в диапазоне 76 ГГц — как правило, не превышает 100 мВт (0.1 Вт), что ниже даже мощности мобильных телефонов (200-300 мВт у современных айфонов, а первые айфоны имели мощность передатчика более1 Вт). Это делает радары на 76 ГГц безопасными для персонала и окружающей среды.

  • Свободный от лицензирования диапазон. Частота 76 ГГц во многих странах, включая Россию, отнесена к разрешенным безлицензионным полосам, особенно для транспортных систем предотвращения столкновений. Это значительно упрощает внедрение технологии на гражданских судах и в беспилотных решениях.

В чем отличие 76 ГГц радара от других «высокочастотных» решений?

Даже по сравнению с K-диапазоном (24 ГГц), используемым, например, в недавно анонсированном финском радаре Wärtsilä RS24, диапазон 76 ГГц выигрывает по ряду параметров:

  • Выше разрешающая способность по дальности, 15 см у СИД360-76 против 75 см у Wärtsilä RS24,

  • Меньше слепая зона (для Wärtsilä RS24 не менее 1 м), у СИД360-76 слепая зона 15 см мах, что бывает важно для маломерных безэкипажных плавсредств.

Теперь немного теории об архитектуре радиолокационных систем:

Разрешающая способность радара по углу напрямую зависит от ширины диаграммы направленности антенны, которая, в свою очередь, определяется длиной волны. Чем выше частота — тем короче длина волны и более узкая диаграмма направленности при тех же габаритах антенны. Например, чтобы получить угловое разрешение порядка 2°, в диапазоне 76 ГГц достаточно антенны шириной около 20 см, тогда как в диапазоне 24 ГГц для того же разрешения потребовалась бы антенна в два с лишним раза больше — около 0,5 м. Это особенно критично для установки радаров на маломерных судах и автономных беспилотных катерах, где требования к габаритам оборудования жестко ограничены.

Теоретически, тот же уровень детализации радиолокационной картины можно получить и в низкочастотном диапазоне, если реализовать FMCW-радар, например, в S-диапазоне с антенной размером 5 метров и шириной свипа от 2,5 до 3,5 ГГц. Такой радар действительно способен сформировать радиолокационную картину, сопоставимую по разрешению с 76 ГГц-устройствами. Это если не учитывать тот факт, что там где у S-диапазонный радара еще только находится апертура антенны при вращении, то E-диапазонный радар уже отрисовывает профиль препятствия.  

Поэтому в реальных условиях подобное решение в нихких частотных диапазонах абсолютно непрактично — из-за огромных габаритов антенны, сложности размещения и высокой инерционности конструкции, особенно на подвижных морских объектах. Именно поэтому высокочастотные FMCW-радары в E-диапазоне будут оптимальным выбором для задач ультра-ближнего обзора (в пределах от 0 до 3 кабельтовых).

76 ГГц — оказался оптимальным диапазоном для ближнего радиолокационного обзора: он сочетает в себе компактность, точность, безопасность для персонала и свободу от частотных ограничений со стороны госорганов. Именно это и стало основой при проектировании петербургского радара СИД360-76.

Что оказалось самым сложным

Инженерам «ДОК» предстояло сделать практически все с нуля. Разработали собственную схемотехнику радара — в том числе ВЧ-узлы, рассчитанные на длительную работу в условиях перепадов температур и постоянной вибрации, благо в этом уже был опыт на  железнодорожных радарах для экспериментальных беспилотных локомотивов. 

Приходилось подбирать механизмы промышленного класса, такие как приводы поворота антенны, способные стабильно работать тысячи часов в условиях Арктики — на открытой палубе, в снег, дождь и шторм.

Значительное время ушло на разработку программного обеспечения, способного объединять данные нескольких радаров в единую радиолокационную картину вокруг судна. Один радар, как правило, не обеспечивает кругового обзора на судах с развитой палубной архитектурой — например, на ледоколах. Антенны «заслоняются» надстройками, кранами и мачтами. Поэтому система с самого начала проектировалась как масштабируемая — с возможностью объединения нескольких радарных модулей в одну сеть.

Откуда не ждали: механические проблемы у электронщиков

Когда инженеры привыкли разрабатывать СВЧ-электронику, то вопросы механики кажутся чем-то второстепенным — до тех пор, пока они не становятся основной причиной срыва испытаний. Так было и в случае с радаром СИД360-76: подшипник антенны внезапно стал слабым звеном всей конструкции, хотя был выбран с большим запасом по нагрузке.

В рабочих условиях, — при непрерывной работе,— все выглядело штатно: встроенный обогрев справлялся при минусовых температурах, смазка не загустевала, антенна вращалась без нареканий, сам радар мог быть выключенным, но при этом автоматический подогрев поддерживал температуру внутри корпуса в рабочем состоянии. Но когда встал вопрос сертификации в Российском морском регистре судоходства (РС, Регистр), ситуация изменилась. Согласно требованиям Морского Регистра, радар должен включаться после длительного простоя при температуре до -50 °C, а не просто быть способным постоянно работать в условиях холода. Это означало, что устройство должно запускаться с нуля, будучи полностью промороженным,  

При реальной эксплуатации на судне подобное вполне возможно: в открытом море радар ультра-ближней зоны может быть полностью обесточен (включая систему подогрева), а при швартовке, проходе вблизи препятствий или иной необходимости его нужно быстро активировать. И тут выяснилось, что заложенной в конструкцию мощности обогрева недостаточно, чтобы быстро отогреть подшипник — замерзшая смазка приходила в норму только через несколько часов. С учетом ограничений по энергопотреблению, заданных в ТЗ, наращивать мощность было нельзя.

Пробовали перераспределять тепло: перенесли фокус с электронных модулей на зону подшипника, оптимизировали компоновку, сократили время прогрева до получаса. Но и этого было слишком много — судно не может ждать и должно работать в любых условиях.

Решение оказалось простым и почти обидным: замена заводской смазки подшипника на низкотемпературную, рассчитанную на -60 °C, полностью устранила проблему. Очевидный шаг для инженера-механика, но не для разработчиков СВЧ-оборудования. Этот случай стал для питерских электронщиков напоминанием, что надежная техника — это не только электроника и алгоритмы, но и подбор стеклопластика для обтекателя, механических узлов, смазки и теплоизоляции.

Как “лопата” перевернула компоновку: трудности с вращающейся антенной

До проекта морского радара в компании«ДОК» разрабатывали РЛС с неподвижной антенной, и логично было применить привычный подход: разместить радар, глядящий вверх, и вращать над ним отражающее сигнал зеркало, наклоненное под углом 45 градусов по углу места для формирования кругового обзора. Это классическая схема — простая, дешевая и хорошо зарекомендовавшая себя в стационарных системах. Изначально именно так и планировалось.

Однако море вносит свои коррективы. Даже при слабом волнении на судне возникает качка, и оказалось, что отраженный луч от зеркала просто не может обеспечить адекватную диаграмму направленности. Нужно было создать направленность в виде так называемой «морской лопаты» — широкой по вертикали, чтобы компенсировать качку, и узкой по горизонтали, чтобы сохранить угловое разрешение.

Проблема в том, что в схеме с вращающимся зеркалом невозможно получить вращающуюся лопатообразную диаграмму для кругового обхора. Если сформировать «лопату» на неподвижном радаре и начать вращать зеркало вокруг, то «лопата» будет не вертикально расположена, а начнет крутиться вокруг своей продольной оси при вращении зеркала вокруг радара. Поэтому инженеры отказались от идеи зеркала и приняли гораздо более сложное решение: вращать весь радар целиком.

Это повлекло за собой целый ряд инженерных задач: теперь нужно было решить вопросы с балансировкой, с обеспечением надежного вращения на морозе, с электропитанием и передачей данных через вращающийся узел. Конструкция усложнилась, стала дороже, но в отличие от «лабораторных игрушек» — обеспечила реальную работоспособность в морских условиях.

Была отдельная головная боль — с геометрией антенны. Чтобы реализовать нужную диаграмму, пришлось делать несимметричную антенну, создающую характерную «лопату». А это потребовало нестандартного подхода к технологии изготовления. Для снижения стоимости отказались от привычных в СВЧ-технологиях методов вроде фрезерования со шлифовкой или производством методом гальванопластики  и перешли к гибридным решениям, позволяющим получить приемлемые электрические характеристики  при адекватной стоимости и времени изготовления  мелкосерийного изделия. 

Сложности возникли не только с механикой. Проблемой оказались обтекатели. Производство радиопрозрачных стеклопластиковых кожухов в России в основном сосредоточено на военных проектах или крупносерийных заказах. А для экспериментального гражданского радара нужно было делать малые партии, и стоимость единицы выходила неоправданно высокой. Были несколько итераций, подбирая компромисс между механической прочностью, радиопрозрачностью и простотой изготовления. В итоге в «ДОК» нашли технологию, позволяющую выпускать прочные и легкие обтекатели, подходящие для серийного производства даже малыми тиражами.

Этот этап стал отличным примером, как инженерная логика, физика и здравый смысл сталкиваются с реальностью — и как из этого рождается настоящая технологическая работа. Пеетрбургские инженеры не просто получили на цифровом выходе красивую картинку с вращающейся диаграммой, а добились того, чтобы эта картинка оставалась стабильной и прецизионно точной в открытом море и при любой погоде.

От болтов к современному промдизайну

Первый прототип был скорее лабораторным — с громоздким разборным корпусом, где верхняя полусфера крепилась десятками болтов. Это было необходимо для отладки, но оказалось не технологичным в производстве — и не соответствовало ожиданиям заказчиков по внешнему виду. На демо-образце даже внедрили световой маячок, бегающий по кругу и изнутри показывающий текущее положение антенны. Это было эффектно как демо, но не для промышленной серии.

Демо-образец радара со световым маячком
Демо-образец радара со световым маячком

     

Один из первых образцов СИД360-76 на испытаниях в северных широтах
Один из первых образцов СИД360-76 на испытаниях в северных широтах
На фото: опытный образец радара СИД360-76  на ходовых испытаниях в акватории Финского залива
На фото: опытный образец радара СИД360-76 на ходовых испытаниях в акватории Финского залива
На фото: серийный образец обновленного радара СИД360-75 на рубке маломерного судна
На фото: серийный образец обновленного радара СИД360-75 на рубке маломерного судна

Во второй версии (см. фото выше) инженеры кардинально переработали конструкцию, сделав ее ультракомпактной и выглядящей в соответствии с канонами промдизайна. Новый корпус получил стеклопластиковый обтекатель с современным обликом и высотой всего 60 см — как у малогабаритных западных морских РЛС. Это сделало устройство компактным, эстетичным и удобным для монтажа.

Что дальше?

После оценки эксплуатации первых образцов радара СИД360-76 в «ДОК» сосредоточились на последующих задачах. В приоритете — улучшение визуализации радиолокационных контуров: детализация, сглаживание и адаптация отображения под разные сценарии судовождения. 

Пример работы ПО по визуализации радиолокационных контуров
Пример работы ПО по визуализации радиолокационных контуров

Кроме того, по обратной связи от экипажей продолжается работа над повышением эргономики программного интерфейса — чтобы управление радаром было интуитивным, быстрым и удобным в сложных условиях эксплуатации (включая удобный интерфейс для удаленного оператора беспилотного судна). Все это — важные шаги к серийному применению новой технологии в судовождении, в том числе для электрических беспилотных судов.

Комментарии (5)


  1. nerudo
    12.07.2025 08:55

    А про электронику, как раз, ничего и не рассказали :(


    1. Indemsys
      12.07.2025 08:55

      А что про нее рассказывать, сейчас такие сенсоры в игрушки встраиваются.
      Вот пример подключения подобного сенсоора.

      Может даже пульс измерять по движениям груди, настолько они чувствительны. Работают от -40. Подогреть только на 10 градусов надо. Это сам процессор так подогреть может.
      Дальше только достаточно простое масштабирование чере Ethernet.

      На самом деле тут самое сложное софт, а не подшипники.
      За состоянием подшипников и моторов и позиционированием следить может такой несложный контроллер. Странно, кстатати, почему не написано про эти проблемы, наверно до них еще даже не добрались.


  1. nv13
    12.07.2025 08:55

    Году в 97 была разработка корабельной рлс использующей наносекундные видеоимпульсы, но заказа на неё не последовало


  1. Sly_tom_cat
    12.07.2025 08:55

    Про смену смазки - немного улыбнуло.
    Городить прогрев подшипника не изучив вопрос низкотемпературных смазок - это типичная слепота электронщиков (любую задачу пытаются решить электроникой).


  1. sci_nov
    12.07.2025 08:55

    Интересно, а как же раньше следили за контурами судов?