Военное вмешательство в политические конфликты

Для ФАР с командным методом фазирования используются два метода настройки фазовращателей: групповой - с использованием эталонов фазы и индивидуальный.

Предлагается использовать метод индивидуальной настройки фазовращателей, так как данный метод обладает рядом достоинств:

- не требует создания «эталонов» фазы, что упрощает и удешевляет серийное производство фазовращателей;

- исключается промежуточный этап настройки фазовращателей в подрешетках.

Метод индивидуальной настройки фазовращателей заключается в том, что на этапе изготовления фазовращателя к нему не предъявляются требования по идентичности фазовременных характеристик, а лишь одно требование - управляемая фаза фазовращателя должна быть ?360⁰ при заданном времени установки фазы.

Фазовращатели, удовлетворяющие вышеуказанным требованиям, устанавливаются в ФАР, после чего производится измерение двух основных характеристик: начальной фазы ?₀ и фазовременной характеристики, которая затем проходит процедуру линеаризации таким образом, чтобы получить минимальное отклонение от линейной функции управления. Полученный код управления записывается в ППЗУ и используется для установки фазы фазовращателя. Такая процедура линеаризации выполняется для каждого фазовращателя, входящего в ФАР, на нескольких точках частотного диапазона.

При использовании метода индивидуальной настройки фазовращателей точность настройки и записи в память их характеристик ограничивается, в основном, метрологической точностью аппаратуры, используемой при измерении фазы СВЧ - сигнала и его обработке в цифровом фазометре. Помимо этого, существуют ошибки, связанные с нестабильностью источника питания обмоток управления фазовращателей, а также с уходом параметров коммутаторов управления: времени задержки включения и изменения напряжения насыщения p - n - перехода транзистора коммутатора.

К недостаткам метода индивидуальной настройки фазовращателей можно отнести:

- основная трудоемкость настройки фазовращателей переносится на этап настройки ФАР;

- сложно получить достоверные данные по характеристикам фазовращателей в составе собранной ФАР в диапазоне температур.

Выбор и описание компьютерных программ для исследования направленных свойств ФАР. Для вычисления диаграмм направленности и исследования направленных свойств ФАР с плоским раскрывом предлагается использовать компьютерные программы: Fazar, Afar и Круг.

Описание программы Fazar

Программа Fazar предназначена для вычисления диаграмм направленности двухмерных и трехмерных ФАР с плоским раскрывом. Последовательность работы программы заключается в следующем. На закладке «Ввод исходных данных» необходимо ввести параметры анализируемой ФАР: рабочая частота или длина волны, количество излучателей, размеры отдельного излучателя. Далее выбирается угол наклона луча. Указывается наличие экрана под плоскими излучателями и, если имеется, то заполняется окно "расстояние до экрана". В правой половине экрана на этой же закладке устанавливается флажок в опции "Форма решетки": прямоугольная или круглая.

На этом этапе подготовка исходных данных завершается. Для запуска расчета ДН используется меню "Расчет ДН". После окончания процесса вычислений автоматически происходит переход на закладку "Диаграмма направленности". В нижней части экрана приводятся все рассчитанные параметры ДН: ширина главного лепестка по половинной мощности в двух перпендикулярных сечениях, а также в сечении проходящем через ось отклоненного луча; КНД; угол сканирования.

Описание программы Afar

Данная программа позволяет производить расчёт координат излучателей по заданным требованиям, предъявляемым к характеристикам направленности и геометрическим характеристикам антенной решётки.

Требования к геометрическим характеристикам антенной решётки задаются путём выбора формы раскрыва, геометрических размеров, законом распределения излучателей и количеством излучателей.

Требования к характеристикам направленности антенной решётки определяются статистикой поведения излучателей в раскрыве. Программа представляет собой окно (рисунок 4.5) в котором расположены: 5 вкладок: раскрыв, излучатели, характеристики, графика, оптимизация; индикаторы процессов расчёта; координаты излучателей, графики геометрии и характеристики направленности.



Размещено на http://www.allbest.ru/

49

На вкладке Раскрыв, возможно выбирать прямоугольную, овальную и конформную форму. Для прямоугольной и овальной формы размеры X, Y, Z характеризуют некоторый объём ограниченный вдоль оси Z прямоугольником или овалом. Для комформной формы являются полуосями полу эллипсоида. Если параметр по Z не равен нулю, то для прямоугольной и овальной формы раскрыв представляет собой параллелограмм и цилиндр в объёме которых расположены излучатели, а для конформной формы полу эллипсоид на поверхности которого расположены излучатели. Геометрические размеры раскрыва задаются в длинах волн.

Фазирование антенной решётки (АР) осуществляется плоской волной, направление распространения которой задаётся углами ( - Tetta, - Fi).

На вкладке Излучатели задаётся распределение излучателей согласно равномерного или нормального законов распределения. Для нормального закона распределения возможно задать среднее значение излучателей, дисперсию в длинах волн и корреляцию.

Закон смещения излучателей относительно полученного распределения подчиняется нормальному закону распределения и определяется эллипсом рассеивания с дисперсиями в длинах волнах.

На вкладке Характеристики вводятся заданные характеристики и отображаются полученные характеристики. Полученные статистические характеристики так же отображаются на вкладке характеристики. К ним относятся ширина ДН (ШДН), максимальный уровень боковых лепестков (УБЛ).

Для отображения статистических характеристик распределения излучателей и ДН на графиках используется вкладка Графика, которая позволяет выводить на экран некоторую заданную реализацию полученного распределения излучателей, а так же одну или несколько статистических характеристик ДН.

Отображение результатов расчёта представляется в виде координат излучателей, графиков геометрии и характеристик направленности АР.

5. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ГЕОМЕТРИИ ИЗЛУЧАЮЩЕГО РАСКРЫВА И ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ ФАР

Математическая модель ДН ФАР строиться по принципу сложения сигналов излучателей АР, при этом поле находится в дальней зоне. При разработке математической модели необходимо определить амплитуды и фазы сигналов отдельных излучателей ФАР в точке наблюдения с учетом всех известных факторов, связанных с апертурой и со сканированием.

К факторам связанных с апертурой относятся: положение излучателей; конфигурация раскрыва; амплитудные и фазовые распределения.

К факторам связанных со сканированием относятся фазы питающих сигналов.

Комплексная ДН произвольной АР в дальней зоне определяется следующим соотношением [10]:

, (5.1)

где - фазовый набег волны n-го излучателя ФАР в направлении , (текущие углы сферической системы координат, x_n, y_n, z_n -координаты n-го излучателя); f_из(,) - ДН n-го излучателя ФАР; N - число излучателей в решетке; А_n-амплитуда тока, питающего n-ый излучатель; ?_n-управляемая фаза в n-ом излучатели

(,₀,₀

- углы, определяющие направление излучения).

Согласно (5.1) при моделировании необходимо производить расчет координат излучателей ФАР, то есть необходимо сформировать математическую модель излучающего раскрыва.

Чтобы получить геометрию кольцевой АР необходимо ввести следующие переменные, обозначенные на рисунке 5.1, где R-радиус кольца; V-расстояние между излучателями; ?_n-угол образованный осью OX и вектором, направленным из начала системы координат на n-ый излучатель; X_n, Y_n-координаты n-го излучателя.

Рисунок 5.1

Для определения координат n-го излучателя необходимо задать R и V.

Длина окружности определяется по следующей формуле:

. (5.2)

Чтобы определить угол ?_n, необходимо определить угол между прямыми, соединяющими центр кольца с соседними излучателями по формуле

, (5.3)

где N_к - количество излучателей в кольце,

, (5.4)

и затем, полученные значение угла ? умножить на i-1 (i=1,2,….N_к):

(5.5)

Координаты одиночного излучателя определяются по следующим выражениям:

, (5.6)

. (5.7)

Таким образом, полученные соотношения (5.2)-(5.7) определяют математическую модель геометрии кольцевой АР. Чтобы получить математическую модель, состоящей из нескольких колец, достаточно изменять радиус колец R на заданную величину, определяемой условиями исследований.

Для исследований будем использовать амплитудную ДН, математическая модель которой определяется из соотношения (5.1):

. (5.8)

На основе полученных математических моделей геометрии излучающего раскрыва и амплитудной ДН была разработана программа на ЭВМ с использованием языка программирования Паскаль - «Круг». Листинг данной программы приведен в приложении 1.

С использованием разработанной программы проведем в дальнейшем исследования направленных свойств кольцевой АР.

6. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРАВЛЕННЫХ СВОЙСТВ ИЗЛУЧАЮЩЕГО РАСКРЫВА С РАЗЛИЧНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ КОНФИГУРАЦИЕЙ

6.1 Исследование АР со случайной структурой излучающего раскрыва

боевой вооружение радиолокационный бортовой

Для исследования АР со случайной структурой излучающего раскрыва была использована программа Afar, описание которой было приведено в четвертом разделе. Один из вариантов излучающего раскрыва представлен на рисунке 4.5.

Исследования проводились в три этапа, общие исходные данные для которых следующие: форма излучающего раскрыва - прямоугольная; закон распределения излучателей - равномерный; максимальные линейные размеры по X по Y составляли 30?.

Первый этап. Для количества излучателей N=700, 500, 300 были проведены исследования зависимостей средней ШДН (2?_0.5) и среднего УБЛ (?) от угла сканирования (?). Среднии ДН исследований представлены на рисунках 6.1-6.12. Зависимости 2?_0.5(?) для трех случаев соответственно представлены на рисунках 6.13 - 6.15. Изменение среднего УБЛ представлено в таблице 6.1 ( в дальнейшем среднюю ДН, ШДН и средний УБЛ будем называть соответственно ДН, ШДН, УБЛ ).

Второй этап. Исследовались зависимости 2?_0.5(N) и ?(N), которые представлены в таблице 6.2.

Третий этап. Исследовалось влияние закона распределения излучателей по раскрыву на направленные свойства АР, при этом сравнивалось равномерное распределение с нормальным. Сравнительные зависимости 2?_0.5(?) и ?(?) представлены на рисунках 6.16 - 6.17, где сплошной линией представлена зависимость при нормальном распределении излучателей, а пунктирной линией - при равномерном распределении.

Таблица 6.1

?	00	100	200	300	400	500	600	700
УБЛ при N=700	-20.4	-21.8	-20	-20.7	-19.7	-20.3	-21	-21.3
УБЛ при N=500	-20.2	-19.2	-17.5	-18.5	-18	-19.3	-19.5	-20.7
УБЛ при N=300	-17.6	-17.1	-19	-17.6	-17.5	-16.5	-17.5	-16.5

Таблица 6.2

N	100	200	300	400	500	600	700
2?0.5	1,8	1,8	1,6	1,8	1,6	1,8	1,8
УБЛ	-13,40	-17,40	-17,6	-20,2	-20,2	-21,6	-20,4

На основе проведенного анализа отмеченных результатов исследований можно сделать следующие выводы.

1. При изменении количества излучателей ШДН изменяется не значительно и определяется максимальным линейным размером раскрыва АР. Теоретическая ШДН, когда сканирования нет, составляет 1.7⁰, что соответствует полученным экспериментальным данным.

2. ШДН изменяется в приделах от 1,7⁰ до 4,5⁰, при этом ШДН существенно увеличивается при углах сканирования ?=50⁰-70⁰.

3. При сканировании, для любого числа излучателей, УБЛ остается практически неизменным.

4. При изменении количества излучателей от 100 до 700 УБЛ изменяется от -13,4дБ до -20,4дБ. Таким образом, при увеличении количества излучателей УБЛ уменьшается, что соответствует теории, согласно которой УБЛ обратно пропорционален количеству излучателей.

5. Сравнивая направленные свойства случайной АР при различных законах распределения излучателей можно сделать следующие выводы:

- характер изменения ШДН при сканировании один и тот же;

- при нормальном законе распределения ШДН больше в среднем на 0,8⁰, что определяется неравномерным амплитудным распределением поля по раскрыву ( к краям амплитуда поля убывает );

- при нормальном законе распределения излучателей УБЛ изменяется при сканировании от -22дБ до -16,8дБ, при этом в среднем на -3дБ меньше чем при равномерном распределении излучателей.

6. Согласно изображениям ДН боковые дифракционные максимумы размыты и имеют случайный характер.

Рисунок 6.1

Рисунок 6.2

Рисунок 6.3



Рисунок 6.4

Рисунок 6.5

Рисунок 6.6

Рисунок 6.7



Рисунок 6.8

Рисунок 6.9

Рисунок 6.10



Рисунок 6.11

Рисунок 6.12

Рисунок 6.13

Рисунок 6.14



Рисунок 6.15

Рисунок 6.16

Рисунок 6.17

6.2 Исследование АР с круговой структурой излучающего раскрыва

Для исследования АР с круговой структурой излучающего раскрыва была использована программа «Круг». Один из вариантов излучающего раскрыва представлен на рисунке 6.18.

Исследования проводились в два этапа, общие исходные данные для которых следующие: форма излучающего раскрыва - круговая; максимальные линейные размеры по X по Y составляли 30?.

Первый этап. Исследовалось влияние взаимного расположения излучателей на направленные свойства АР. Путем изменения шага между излучателями (d_изл) и расстояния между кольцами (d_к), определялись такие параметры как ШДН, УБЛ и N в раскрыве, результаты приведены в таблицах 6.3-6.4 и на рисунках 6.19-6.22.

Второй этап. Были проведены исследования зависимостей ШДН (2?_0.5) и УБЛ (?) от угла сканирования (?) при: d_изл=?, d_к=?; d_изл=?, d_к=3?; d_изл=2?, d_к=?. ДН исследований представлены на рисунках 6.23-6.30. Зависимости 2?_0.5(?) для трех случаев соответственно представлены на рисунках 6.31-6.33.

Таблица 6.3

dизл	1	1,5	2	2,5	3
N	699	464	345	274	229
ШДН	1,32	1,32	1,32	1,32	1,32
УБЛ	-17	-17	-17	-17	-16

Таблица 6.4

dк	1	2	3	4	5
N	699	373	201	162	102
ШДН	1,32	0,99	0,99	0,99	1,5
УБЛ	-17	-17	-14	-13	-12

На основе проведенного анализа отмеченных результатов исследований можно сделать следующие выводы.

1. ШДН практически остается неизменной при изменении расстояния между излучателями.

2. УБЛ остается неизменным при изменении шага между излучателями,

расположенных в кольцах, и изменяется от -17дБ до -12дБ при увеличении расстояния между кольцами от одной ? до пяти ?.

3. При сканировании ШДН изменяется в приделах от 0,99⁰ до 5,28⁰, при этом ШДН существенно увеличивается при углах сканирования ?=50⁰-70⁰.

4. При сканировании, для любого числа излучателей, УБЛ остается практически неизменным.

5. Согласно изображениям ДН боковые лепестки имеют неодинаковый характер, при этом дальние боковые лепестки размыты, а ближние ярко выражены.

6. Кольцевая структура антенных решеток позволяет располагать излучатели на относительно большом расстоянии при сохранении требуемых значений ШДН и УБЛ.

Рисунок 6.18



Размещено на http://www.allbest.ru/

49

Рисунок 6.19

Размещено на http://www.allbest.ru/

49

Рисунок 6.20

Размещено на http://www.allbest.ru/

49

Рисунок 6.21



Размещено на http://www.allbest.ru/

49

Рисунок 6.22

Размещено на http://www.allbest.ru/

49

Рисунок 6.23

Рисунок 6.24



Рисунок 6.25

Размещено на http://www.allbest.ru/

49

Рисунок 6.26

Рисунок 6.27



Рисунок 6.28

Рисунок 6.29

Рисунок 6.30



Рисунок 6.31

Рисунок 6.32

Рисунок 6.33

6.3 Исследование АР с эквидистантным расположением излучателей

Для исследования АР с эквидистантным расположением излучателе была использована программа Fazar, описание которой приведено в четвертом разделе.

Исследования проводились в два этапа, общие исходные данные для которых следующие: форма излучающего раскрыва - круглая; излучатели расположены в узлах прямоугольной сетки; количество излучателей в раскрыве N=3600; длина волны ?=3см ( максимальный линейный размер таким образом составлял 30? ).

Первый этап. Исследовались направленные характеристики при d_изл=?

без сканирования ( рисунок 6.34 ) и со сканированием ( ?=20⁰, рисунок 6.35 ).

Второй этап. Были проведены исследования зависимостей ШДН (2?_0.5) и УБЛ (?) от угла сканирования (?), при условии, что . Зависимость 2?_0.5(?) представлена на рисунке 6.36. ДН изображены на рисунках 6.37-6.40.

На основе проведенного анализа отмеченных результатов исследований можно сделать следующие выводы.

1. При расстоянии между излучателями d_изл=? образуются побочные главные максимумы.

2. При сканировании в секторе ±70⁰ ШДН изменяется от 2⁰ до 6⁰, при этом существенное увеличение ШДН происходит в приделах 50⁰-70⁰.

3. При сканировании УБЛ оставался неизменным и составлял -17дБ.



Рисунок 6.34

Рисунок 6.35

Рисунок 6.36



Размещено на http://www.allbest.ru/

49

Рисунок 6.37

Размещено на http://www.allbest.ru/

49

Рисунок 6.38

Размещено на http://www.allbest.ru/

49

Рисунок 6.39



Размещено на http://www.allbest.ru/

49

Рисунок 6.40

6.4 Сравнительный анализ характеристик направленности излучающих раскрывов с различной структурой

Делая сравнительный анализ характеристик направленности, рассмотренных ранее АР, можно сделать следующие выводы.

1. УБЛ в АР со случайной структурой излучающего раскрыва изменяется при сканировании от -20,4дБ до -21,3дБ, при этом в среднем на -3,4дБ меньше чем в АР с круговой структурой.

2. В АР со случайной структурой излучающего раскрыва все боковые дифракционные максимумы размыты и имеют случайный характер, тогда как у АР с круговой структурой ближние дифракционные максимумы ярко выражены, а дальние размыты.

3. АР со случайной и круговой структурой излучающего раскрыва позволяют решить проблему образования дифракционных максимумов, которые имеются в эквидистантных решётках при . Из полученных графиков видно, что дифракционные максимумы “размыты” и их уровень достаточно мал.

4. ШДН в эквидистантной АР больше, чем у АР со случайной и круговой структурой излучающего раскрыва.

5. АР со случайной и круговой структурой излучающего раскрыва имеют выигрыш по сравнению с эквидистантной АР по критерию количество излучателей - УБЛ, т.е. в эквидистантной АР при числе излучателей 3600 УБЛ составляет -17дБ, а в АР со случайной и круговой структурой излучающего раскрыва при числе излучателей меньшим в 5-10 раз УБЛ составляет -20дБ.

7. АНАЛИЗ ВОЕННО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ВОПРОСОВ

7.1 Особенности размещения ФАР на ЛА, эксплуатации и метрологического обеспечения

Обычно РЛС на ЛА ФА размещают в носовой части фюзеляжа, при этом АФАР находится под обтекателем.

Эксплуатация АФАР. Техническая эксплуатация АФАР заключается в регулярной проверке её работоспособности во время полёта, предполётных и послеполётных осмотров, при проведении регламентных работ. Все работы по замене блоков, узлов и деталей разрешается проводить только при выключенном питании РЛС [4].

Предполётная подготовка проводится с целью определения готовности АФАР к эксплуатации в полёте. Она включает в себя внешний осмотр блоков и проверку работоспособности блоков в целом. Работоспособность проверяется с помощью ВСК. Подготовка к повторному вылету проводится в следующем порядке:

- проверка состояния обтекателя антенны;

- ознакомление с информацией от лётного состава о работе АФАР и РЛС в целом;

- проверка работоспособности АФАР в объёме предполётной подготовки.

Послеполётная подготовка включает в себя следующие мероприятия:

- внешний осмотр блоков, модулей и кабелей;

- проверка работоспособности в объёме предполетной подготовки, если во время полётов имелись замечания.

Регламентные работы проводятся с целью обеспечения нормальной работы системы и предотвращения её отказов. Периодичность регламентных работ должна быть единой для данного типа самолёта и устанавливается по общему времени полёта.

Особенности эксплуатации и работы АФАР в значительной мере определяются климатическими и механическими воздействиями.

К климатическим воздействиям можно отнести: атмосферное давление, температуру и влажность.

При большой скорости летательного аппарата возникает, из-за трения воздуха и поверхности ЛА, значительный аэродинамический нагрев корпуса ЛА, а следовательно, и антенных систем до температуры 200?С и выше. В то же время при полёте с малой скоростью и на больших высотах возможно сильное охлаждение антенных систем. Быстрое изменение режима полёта может вызвать резкий температурный перепад, что неблагоприятно с точки зрения деформации частей антенной системы.

Атмосферное давление может изменяться в пределах 680 - 800 мм рт. ст. и оказывать существенное воздействие на электрическую прочность АФАР.

К механическим воздействиям относятся: перегрузка, вибрация, ударная волна и боевые повреждения.

Исходя из климатических и механических воздействий, к эксплуатационным факторам работы АФАР можно отнести:

- периодическая температурная деформация полотна;

- весовая деформация полотна;

- боевые повреждения полотна.

Планирование работ по эксплуатации системы зависит от её функционального назначения, уровня безотказности и степени влияния её отказа на безопасность полётов и выполнение полётного задания. При решении вопроса организации эксплуатации системы, прежде всего, необходимо определить наиболее целесообразную, рациональную систему технической эксплуатации.

АФАР соответствует система технической эксплуатации по состоянию с контролем параметров. Выбор данной системы эксплуатации обусловлен тем, что отказ АФАР непосредственно влияет на безопасность полёта, то есть может привести к лётному происшествию. Кроме того, мероприятия метрологического обеспечения позволяют проводить количественные измерения параметров антенной системы. При данной системе эксплуатации продолжительность эксплуатации до направления в ремонт или до списания, а также момент начала и объём профилактических и ремонтных работ зависят только от технического состояния АФАР.

Перед началом эксплуатации определяется набор параметров, который классифицирует техническое состояние объекта {у_i}. Из набора задаются границы области работоспособности F_j, а также значения оценки уровня оптимальной остановки эксплуатации I_j^*. В установленные законом проверок технического состояния моменты времени проводится оценка набора параметров, а также сравнение полученной оценки последовательно с границей работоспособности и уровнем оптимальной оценки. Если:

1. у_i > F_j - фиксируется отказ и принимается решение о проведении мероприятий по восстановлению работоспособности.

2. у_i < I_j^* - объект является работоспособным.

3. I_j^* ? у_i < F_j - объект является работоспособным но его техническое состояние требует улучшения. В этом случае проводятся профилактические работы, объём которых определяется технической документацией.

Система технической эксплуатации по состоянию с контролем параметров обладает следующими достоинствами:

- используется малое количество запасных частей для обеспечения заданного уровня исправности АФАР;

- система позволяет уменьшать затраты на проведение профилактических работ ввиду точного определения времени начала их выполнения и объёма работ;

- работоспособный объект с эксплуатации не снимается;

- выполняемые на объекте работы имеют достаточный и необходимый объём.

Однако имеются и недостатки:

- сложность процесса управления технической эксплуатации и ремонта, так как определение сроков выполнения профилактических работ производится в ходе эксплуатации.

- высокие требования к уровню подготовки специалистов.

Таким образом, выбранная система эксплуатации позволит с высокой надёжностью эксплуатировать АФАР и принимать своевременные меры по устранению отказов. Метрологическое обеспечение. Для проверки работоспособности необходимо знать некоторое количество входных параметров АФАР, по значениям которых можно судить о качестве функционирования АФАР. Для разработанной АФАР такими параметрами являются:

- рабочая частота;

- импульсная и средняя мощности излучения.

Для определения мощности можно использовать ваттметры двух основных типов:

- ваттметры поглощающего типа;

- ваттметры для измерения проходящей мощности.

Ваттметры поглощающего типа обладают более широким диапазоном измеряемых мощностей. Для измерения мощности АФАР выбран термоэлектрический ваттметр. Принцип работы термоэлектрического ваттметра основан на возникновении термоэлектрической движущей силы в результате нагрева нагрузки. Выбор термоэлектрического ваттметра обусловлен его достоинствами:

- высокая электрическая прочность;

- малый собственный коэффициент стоячей волны;

- независимость показаний от температуры окружающей среды.

В качестве термоэлектрического ваттметра можно применять термоэлектрический преобразователь М3-51.

Его основными параметрами являются:

- диапазон рабочих частот 0.02…17.85 Ггц;

- уровень измеряемой мощности до 1 Вт;

- точность измерения мощности 10^-3 Вт.

Для измерения частоты можно использовать частотомеры Ч3-63, Ч3-68, Ч3-54. В частности использование частотомера Ч3-54 с приставкой Я34-4 позволяет измерить частоту до 15 Ггц, что является достаточным условием.

7.2 Качественная оценка надёжности ФАР

Под надежностью понимается свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, хранения и транспортировки. Расчёт показателей надёжности восстанавливаемых объектов ведется при следующих допущениях: отказы элементов приводят к отказам объектов; отказы элементов независимы; последствия отказов устраняются путем замены отказавших элементов на эквивалентные; вынужденный простой объекта из-за отказа не учитывается. Считается, что время безотказной работы элементов распределено по показательному закону. Для вычисления вероятности безотказной работы аппаратуры применяют следующее выражение:

, (7.1)

где t_p- время боевой работы системы; Т_о- время безотказной работы.

Для того, чтобы оценить степень безотказной работы АФАР, входящей в состав РЛС можно использовать следующую методику. Рассчитывается коэффициент К_j, который характеризует степень безотказной работы АФАР, входящей в состав РЛС:

 , (7.2)

где m_общ - общее количество модулей в АФАР;

m_j - количество элементов в модуле АФАР.

Обычно модули АФАР считают однотипными и общее количество элементов в каждом модуле одинаковое.

Требуемое значение интенсивности отказов _{i тр} и наработки на отказ T_{oj тр} j-го блока находится по формулам:

_{i тр} = K _{j o} , (7.3)

T_{oj тр} = , (7.4)

где _o = .

Для модуля АФАР определяется количество элементов каждого типа. Затем устанавливается средние интенсивности отказов каждого типа элементов (_i). Средняя наработка до одного отказа определяется из выражения:

. (7.5)

Вероятность повреждения аппаратуры по причине выхода их строя любого элемента i-той группы:

 , (7.6)

где .

Время безотказной работы определяется из формулы:

. (7.7)

Необходимая наработка на отказ АФАР определяется следующим соотношением:

. (7.8)

Далее сравнивая и , делается вывод о выполнении требований к надёжности. При этом должно выполняться условие >.

7.3 Противодействие иностранным техническим средствам разведки

Для защиты от иностранных технических средств разведки предусмотрено проведение мероприятий и применение мер по обеспечению радиомаскировки в воздухе и на земле. Эти мероприятия определяются следующим документом: “Вопросы обеспечения противодействия ИТР при ИАО”; введён приказом ГИ ВВС № 879 от 1985 г.

Радиотехническая маскировка радиоэлектронных средств ведётся с целью исключения или существенного затруднения ведения разведки радиотехнических параметров, к которым относятся: рабочая частота, длительность импульса и период повторения, мощность излучения.

Необходимо отметить, что АФАР позволяет управлять излучением во временной, частотной и пространственной областях. Эта способность АФАР является основой эффективной работы с малой вероятностью перехвата. Можно уменьшать поисковую мощность до минимума, необходимого только для обнаружения цели, представляющей интерес, на минимальной допустимой дальности. Широкая мгновенная полоса частот антенны может быть использована для уменьшения пиковой мощности, которую измеряет приемник системы радиотехнической разведки. Адаптивное управление лучом дает возможность создавать провалы (нули) в ДН излучения по направлению к известной угрозе, что обеспечивает уменьшение возможности перехвата. Псевдослучайное изменение частоты, формы сигнала и диаграммы сканирования также уменьшает возможность приемника системы радиотехнической разведки разделять и опознавать излучения РЛС, особенно в условиях высокой плотности электромагнитных сигналов.

Таким образом, для защиты своих радиоэлектронных средств от иностранных технических средств разведки необходимо проводить следующие мероприятия:

- определение разрешённых литеров работы на излучение;

- проверка работоспособности РЛС с использованием режимов пониженной мощности излучения и работы на эквивалент антенны;

- обеспечение временной скрытности.

При выполнении боевого полёта осуществляется:

- обеспечение скрытности работы путём выбора сектора обзора воздушного пространства;

- постановка РЭС противника.

При чётком и своевременном выполнении всех мероприятий организационного и технического характера можно обеспечить высокую эффективность КПД ИТР.

8. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ОПТИМАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ КОНФИГУРАЦИИ ИЗЛУЧАЮЩЕГО РАСКРЫВА ФАР БОРТОВЫХ РЛС. ВОЕННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

8.1 Рекомендации по выбору геометрической конфигурации излучающего раскрыва

В качестве критерия выбора оптимальной конфигурации излучающего раскрыва обычно используют - минимальный УБЛ при заданной ШДН.

Такой критерий позволяет повысить помехозащищенность РЛС при достаточно высоком угловом разрешении, что позволит в целом достичь требуемой эффективности. При этом под эффективностью РЛС понимается степень соответствия своему назначению. Она является обобщенной характеристикой качества системы.

Эффективность РЛС определяется эффективностью функционирования и боевой эффективностью. Важными свойствами эффективности РЛС являются надёжность и живучесть.

Под «эффективностью функционирования» понимается степень приспособленности РЛС к выполнению заданных функций в конкретных условиях применения без учёта противодействия противника. Данная характеристика является потенциальной.

Под «боевой эффективностью» понимается способность РЛС приспособиться к выполнению боевых задач в условиях противодействия противника.

Живучесть РЛС - внутренняя способность выполнять свои функции при отказе или боевых повреждениях определенного количества функциональных элементов РЛС.

Надёжность РЛС - внутреннее свойство РЛС сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

На основе проведенного ранее анализа направленных свойств АР с различной структурой излучающего раскрыва можно рекомендовать для выполнения ранее отмеченного критерия следующие структуры излучающего раскрыва: случайную и круговую.

Случайная и кольцевая АР являются неэквидистантными антенными системами. При неэквидистантном размещении элементов ликвидируются или значительно уменьшаются по величине главные дифракционные максимумы высших порядков. Это позволяет:

- сократить число излучателей без существенного расширения основного лепестка ДН и УБЛ;

- расширить пределы качания луча;

- работать в широком диапазоне волн без появления дифракционных максимумов высших порядков;

- одновременно решать две сложные задачи - сформировать один главный максимум и уменьшить взаимное влияние излучателей;

- превосходить характеристики направленности эквидистантных решёток при одинаковом числе излучателей.

8.2 Военно-экономический анализ

Обобщенная оценка эффективности РЛС производиться на основе сопоставления позитивных Q и негативных N результатов его функционирования. Для количественной обобщенной оценки эффективности РЛС часто используют критерий «стоимость-эффективность», в котором показатель эффективности является функцией аргументов:

 = f(Q, N)= (8.1)

где - обобщенный показатель эффективности,

- суммарный урон противнику в стоимостном выражении от использования РЛС при решении боевых задач,

- суммарные стоимостные затраты РЛС при решении задач.

В общем случае этот критерий и показатели качества могут быть использованы для оценки эффективности любой РЭС.

Обобщенные критерии и показатели не учитывают структуру РЛС и особенности его функционирования. С этой целью используются частные показатели и критерии.

В роли частных показателей могут выступать такие как точность; помехозащищённость; надёжность; готовность; масса; объём; энергопотребление; стоимость.

Известно, что наиболее перспективными антенными система являются АФАР, которые весьма сложные и дорогостоящие. Поэтому одной из важнейших проблем экономики антенностроения является проблема оценки совокупных затрат на создание и эксплуатацию АФАР по критерию “стоимость-эффективность”.

Целевая функция при решении задачи оптимизации представляет собой стоимостную модель, описывающую поведение стоимости в зависимости от значений варьируемых параметров, например числа излучателей в АР. В качестве постоянных параметров модели могут быть приняты различные показатели, для АФАР это потенциал П.

Стоимость всей АФАР С представляется, как сумма стоимостей её функциональных узлов: активного модуля, фазовращателя, канала делителя распределительной системы, излучателя. Для прогнозирования стоимости АФАР используют следующее соотношение [ ]:

 , (8.2)

,

,

где С_1ИЗЛ - стоимость одного излучателя, в которую помимо стоимости материалов, изготовления настройки и монтажа самого излучателя входят так же отнесенные к одному излучателю стоимости опорной рамы крепления и других узлов; С_1ФВ - стоимость двух настроенных фазовращателей; С_1дел - стоимость одного канала делителя; C_1Вт - стоимость активной части одноваттного модуля; D₀ - КНД одного излучателя; K_p - коэффициент усиления модуля; ?_Ф, ?_Р - КПД фазовращателей и распределительной системы.

Из выражения (8.2) видим, что с увеличением N первые слагаемые увеличиваются и уменьшаются вторые. Это означает, что существует оптимальное число излучателей N_opt, при котором стоимость АФАР минимальна,

.

Применение АФАР дает потенциальную возможность на порядок повысить надежность РЛС. Архитектура построения АФАР исключает потребность в сервосистемах, подвижных соединениях и в передатчике высокой мощности -- все то, что является стандартным источником отказов в РЛС. Вместо этого применяется конструктивное размещение отдельных приемопередающих модулей в пределах полотна АФАР, что будет обеспечивать превосходную защиту от ухудшения рабочих характеристик РЛС. Таким образом, базируясь на совершенствовании внутренней надежности, использовании присущей избыточности и потенциальной возможности реконфигурации при отказах и резервной запасной мощности можно существенно повысить надежность выполнения боевого полетного задания.

Для ФАР РЛС достижимая цель заключается в том, чтобы иметь среднее время между критическими отказами порядка срока службы самолета. Это даст возможность отказаться от второго и третьего уровня технического обслуживания и существенно уменьшить стоимость жизненного цикла. Следовательно, будет также улучшена боеготовность системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В начале работы был проведен анализ боевого применения самолётов ФА. При этом были рассмотрены выполняемые задачи, варианты боевого применения, проведён анализ характеристик отечественных и зарубежных РЛС.

В результате анализа обоснованна необходимость совершенствования РЛС самолётов ФА, заключающаяся в следующем. Для успешного решения боевой задачи самолётная РЛС должна иметь антенную систему, которая должна обладать высокой надёжностью, дальностью обнаружения целей, разрешающей способностью по угловым координатам, скорости и дальности. Это можно обеспечить за счет использования АФАР.

В ходе работы был проведен анализ ТТТ, предъявляемых к РЛС, и рассмотрены принципы построения перспективных РЛС. В качестве основных ТТТ были проанализированы дальность действия, диапазон рабочих частот, сектор обзора, разрешающая способность. Одним из основных принципов построения перспективных РЛС является использование АФАР.

Анализ геометрических параметров излучающего раскрыва ФАР современных бортовых РЛС показал, что широкое применение находят АР с неэквидистантным расположением излучателей.

Проведенный анализ геометрических характеристик ФАР, позволил сформулировать постановку задачи на исследование направленных свойств излучающего раскрыва. При постановке задачи: описан способ размещения излучателей, при этом выбрана прямоугольная система координат; описаны параметры одиночного излучателя; выбраны характеристики и параметры направленности АФАР; выбран способ фазирования, при этом предлагается использовать систему фазирования на основе командного управления фазовращателями; выбраны и описаны компьютерные программы Afar и Fazar для исследования направленных свойств АР соответветственно со случайным и эквидистантным расположением излучателей.

На основе постановки задачи были разработаны математические модели геометрии излучающего раскрыва и ДН круговой АР. На основе математических моделей была разработана программа в среде Паскаль - «Круг», предназначенной для исследования направленных свойств круговой АР.

С помощью программ исследовались АР со случайной, круговой и эквидистантной структурами излучающего раскрыва. Были получены следующие зависимости: зависимость среднего значения ШДН и УБЛ от угла сканирования, зависимость ШДН и УБЛ от количества излучателей, зависимость среднего значения УБЛ от расстояния между излучателями; влияние закона распределения излучателей по раскрыву.

На основе сравнительного анализа характеристик направленности, рассмотренных АР, были сделаны следующие выводы.

1. УБЛ в АР со случайной структурой излучающего раскрыва изменяется при сканировании от -20,4дБ до -21,3дБ, при этом в среднем на -3,4дБ меньше чем в АР с круговой структурой.

2. В АР со случайной структурой излучающего раскрыва все боковые дифракционные максимумы размыты и имеют случайный характер, тогда как у АР с круговой структурой ближние дифракционные максимумы ярко выражены, а дальние размыты.

3. АР со случайной и круговой структурой излучающего раскрыва позволяют решить проблему образования дифракционных максимумов, которые имеются в эквидистантных решётках.

4. ШДН в эквидистантной АР больше, чем у АР со случайной и круговой структурой излучающего раскрыва.

5. АР со случайной и круговой структурой излучающего раскрыва имеют выигрыш по сравнению с эквидистантной АР по критерию количество излучателей - УБЛ.

Также в ходе дипломного проектирования был проведён анализ военно-эксплуатационных вопросов. В частности рассмотрены вопросы, связанные с особенностью эксплуатации, метрологическим обеспечение, качественной оценкой надёжности ФАР, рассмотрены вопросы противодействия иностранным техническим средствам разведки. Особенность эксплуатации определяется местом размещения АФАР. Предполагается установить АФАР в носовой части самолёта под обтекателем. Для АФАР предлагается использовать систему эксплуатации по состоянию с контролем параметров. Такая система эксплуатации позволит с высокой надёжностью эксплуатировать АФАР и принимать своевременные меры по устранению отказов.

В заключение дипломного проекта были даны рекомендации по выбору оптимальной геометрической конфигурации излучающего раскрыва ФАР и качественно проведен военно-экономический анализ по критерию "стоимость-эффективность" .

В качестве критерия выбора оптимальной геометрической конфигурации излучающего раскрыва был использован - минимальный УБЛ при заданной ШДН. На основании анализа результатов исследований направленных свойств АР с различной структурой излучающего раскрыва можно рекомендовать случайную и круговую структуры.

Случайная и круговая АР являются неэквидистантными антенными системами. При неэквидистантном размещении элементов ликвидируются или значительно уменьшаются по величине главные дифракционные максимумы высших порядков. Это позволяет:

- сократить число излучателей без существенного расширения основного лепестка ДН и УБЛ;

- расширить пределы качания луча;

- работать в широком диапазоне волн без появления дифракционных максимумов высших порядков;

- одновременно решать две сложные задачи - сформировать один главный максимум и уменьшить взаимное влияние излучателей.

Военно-экономический анализ показал, что наиболее перспективными антенными система являются АФАР, которые весьма сложные и дорогостоящие. Поэтому одной из важнейших проблем экономики антенностроения является проблема оценки совокупных затрат на создание и эксплуатацию АФАР по критерию “стоимость-эффективность”. Целевая функция при решении задачи оптимизации представляет собой стоимостную модель, описывающую поведение стоимости в зависимости от числа излучателей в АР.

Таким образом, внедрение АФАР обеспечит существенное улучшение функциональных и рабочих характеристик РЛС. Всепогодные характеристики РЛС на основе АФАР, присущая им гибкость измерений и скрытые возможности работы с малой вероятностью перехвата будут служить гарантией того, что РЛС останется основным информационным датчиком современных и будущих самолетов.

Размещено на Allbest.ru