Метеонавигационная радиолокационная станция (МНРЛС) с детальной разработкой канала обнаружения ЗОТ

Получение с помощью одной антенной системы двух различных форм диаграммы направленности осуществляется следующим образом.

Сдвоенный отражатель антенны состоит из симметричного параболического отражателя и отражателя специальной формы, выполненного в виде "козырька" в верхней части параболоида.

Параболический отражатель при облучении его электромагнитной энергией формирует диаграмму направленности в виде узкого луча "карандашного" типа. Он изготовлен из полностью металлизированной стеклоткани. Профиль отражающей поверхности отражателя специальной формы рассчитан из условия получения в вертикальной плоскости косекансной диаграммы направленности. Этот отражатель представляет собой поверхность двойной кривизны, выполненной из металлизированной стеклоткани, металлизированные нити которой расположены строго горизонтально и имеют шаг 3 мм. Оба отражателя жестко соединены между собой и установлены на металлический штампованный держатель чашеобразной формы. Отражатель специальной формы размещается перед симметричным параболическим отражателем и закрывает только верхнюю его часть, образуя тем самим своеобразный "козырёк" антенного рефлектора.

Формирование соответствующей диаграммы направленности осуществляется изменением плоскости поляризации излучаемых высокочастотных колебаний.

При вертикальной поляризации облучающая электромагнитная энергия беспрепятственно проходит сквозь отражатель специальной формы с горизонтальным расположением металлизированных нитей и отражается от симметричного параболоида. При этом формируется диаграмма направленности в виде узкого луча. При изменении поляризации облучающих колебаний на горизонтальную происходит отражение от являющегося для данной поляризации непрозрачным отражателя специальной формы и формируется веерная диаграмма направленности косекансного типа. На рис. 2.2 приведены диаграммы направленности в двух плоскостях для обоих режимов работы антенны.

Рисунок 2.2 - Принцип получения веерной и игольчатой диаграмм направленности при смене поляризации

Для поворота плоcкости поляризации излучаемых высокочастотных колебаний на 90°, необходимого для изменения формы диаграммы направленности с узкого луча на веерный, в РЛС "Гроза" применён ферритовый вращатель. Ферритовый стержень вращателя установлен на фторопластовой втулке внутри круглого волновода. Вдоль оси феррита действует постоянное магнитное поле, создаваемое электромагнитом, размещённым на волноводе. Угол поворота плоскости поляризации зависит от величины и направленности этого поля, которые устанавливаются с помощью реле изменения поляризации при смене режима работы станции. В режиме "Земля" (масштабы развертки "30", "50" и "125") на катушку реле подаётся напряжение от бортсети +27В. Реле при этом срабатывает и через замкнувшиеся контакты обеспечивает питание электромагнита постоянным током такой величины и направления, которые обеспечивают получение горизонтальной поляризации излучаемой энергии и, тем самым, формирование веерной диаграммы направленности. В режиме "Земля" при масштабе развёртки "375" катушка реле обесточена. При этом поляризация излучения - вертикальная и антенной формируется узкий луч. При развёртке "250" и работе РЛС в режиме "Земля" питание на катушку реле подаётся не непрерывно, а через контакты кулачкового механизма выключателя. Кулачок механизма связан с азимутальной осью антенны и обеспечивает замыкание контакта механизма при движений рефлектора в одну сторону и его размыкания при движении в противоположном направлении. За счёт этого на развертке обеспечивается черестактный обзор земной поверхности узким и веерным лучём. Для наилучшего наблюдения радиолокационных отражений от средних и крупных промышленных центров, а также для выравнивания отражений от фона, с целью наиболее чёткого воспроизведения на индикаторе водных ориентиров, в режиме "Земля" применяется «трёхтоновый» видеоусилитель. Ступенчатая амплитудная характеристика видеоусилителя позволяет исключить из радиолокационного изображения промежуточный диапазон сигналов, лежащих между слабыми и сильными, затрудняющих расшифровку изображения и ориентировку. На экране выделяются три "тона": "черный" (отсутствие отражённого сигнала, что соответствует гладким водным поверхностям); "серый" (слабые сигналы, соответствующие отражению от земной поверхности); "белый" (сильные сигналы от интенсивно отражающих объектов). Подбор оптимального характера изображения производится пилотом или штурманом применительно к конкретной обстановке с помощью ручки "Контраст". Всё управление радиолокатором при его работе в режиме «Земля» осуществляется органами управления, расположенными на лицевой панели индикаторного блока.

Режим работы "Метео".

При работе РЛС в этом режиме обеспечивается получение на индикаторе в полярных координатах "азимут-дальность" радиолокационного изображения воздушной обстановки в пространстве, ограниченном азимутальными углами ±100° относительно строительной оси самолёта и углами места ± (1,5 - 2°) относительно плоскости горизонта. Для того, чтобы сектор обзора не изменял своего положения в пространстве при кренах и тангаже самолёта, что особенно важно при обходе грозовых зон, ось диаграммы направленности антенны гиростабилизирована. При необходимости обзора пространства под другими углами места диаграмма направленности антенны может быть наклонена вручную относительно плоскости горизонта на угол ±10°.

В режиме работы "Метео" обзор пространства осуществляется РЛС с помощью симметричной узкой диаграммы направленности, получаемой в антенне при вертикальной поляризации излучаемых колебаний.

Пример радиолокационного изображения при работе РЛС в режиме "Метео" представлен на рис.2.3,а.

Всё управление РЛС в этом режиме осуществляется переключателем длительностей развёртки и ручкой ручного наклона антенны "Наклон".

Режим работы "Контур".

В этом режиме радиолокатор позволяет выявить внутри отражений от грозовых областей и кучево-дождевых облачностей наиболее опасные для полёта зоны, состоящие из водных капель большого диаметра. За счёт специального построения схемы видеоусилителя указанные участки представляются на экране индикатора в виде затемнённых областей, расположенных внутри ярких отметок от обнаруженных грозовых зон. Примерный вид радиолокационного изображения грозовых зон при включении режима "Контур" представлен на рис. 2.3,б (сравните с рис. 2.3, а).

Рисунок 2.3-Пример радиолокационного изображения при работе РЛС в режиме (а) «Метео» и (б) «Контур».

Затемнение областей, соответствующих участкам с высокой отражающей способностью, обеспечивается применением специальной характеристики, подавляющей все принимаемые сигналы, амплитуда которых превосходит определённый фиксированный уровень.

Для предотвращения полного или частичного подавления сигналов от более слабых областей грозовой зоны, вызванного увеличением амплитуды отражённых сигналов при уменьшении дальности до них, в режиме "Контур" производится временная регулировка усиления приёмного устройства. Закон изменения усиления в зависимости от дальности выбран в РЛС таким, что обеспечивает практическое постоянство амплитуды принимаемых с одного и того же объекта сигналов при изменении дальности до него от 30-40 до нескольких километров. В остальном работа радиолокатора в режиме "Контур" аналогична его работе в режиме "Метео".

Режим работы "Снос"

На рис.2.4 показан навигационный треугольник скоростей с учётом только горизонтальных составляющих воздушной скорости V, совпадающей по направлению с осью самолёта, скорости ветра U и результирующего вектора, совпадающего с линией пути - путевой скорости W. Угол сноса . между векторами V и W определяется в режиме работы "Снос".

Рисунок 2.4 -Навигационный треугольник скоростей и линия равных доплеровских частот - изодоплеровская линия

Измерение угла сноса самолёта основано на фиксации минимальной частоты биений вторичного эффекта Доплера, которые возникают при отражении сигнала от земной поверхности или иных протяжённых объектов. Для пояснения этого эффекта целесообразно воспользоваться понятием линий равных доплеровских частот на земной поверхности. Принцип их получения при горизонтальном полёте представлен на рис.2.4.

Рисунок 2.5 - Семейство изодоплеровских гипербол

Значение частоты Доплера при отражении сигнала от точки земной поверхности 0, лежащей на линии пути при бесконечно узкой диаграмме направленности РЛС, определяется

, (2.2)

где - длина волны передатчика.

Из выражения (2.2) следует, что при = const. Полагая = const, будем мысленно вращать луч вокруг вектора W , образуя лучом поверхность конуса с осью, совпадающей с W. На земной поверхности луч прочертит кривую равных доплеровских частот, которая является гиперболой, так как образуется как линия пересечения конуса и горизонтальной поверхности, параллельной оси конуса. Полученную гиперболу называют изодоплеровской, потому что она проходит через точки земной поверхности, которым соответствует постоянная частота Доплера. Меняя значение , можно получить семейство изодоплеровских гипербол, каждой из которых будет соответствовать своё новое значение F_д (рис 2.5). Используя это семейство, можно определить F_д при получении отражённых сигналов от любой точки земной поверхности,

В реальной РЛС луч антенны имеет конечную ширину в горизонтальной _в и вертикальной .в плоскостях, а зондирующий сигнал - импульс с длительностью и. Поэтому в каждый момент времени на вход приёмника РЛС одновременно будут поступать сигналы, отражённые от совокупности отражателей, лежащих в пределах участка местности S_i (рис. 2.5-2.6). Протяжённость участка S_i в направлении от самолёта определяется разрешающей способностью РЛС по дальности и углом наклона _i, а в поперечном направлении - шириной диаграммы _r и произвольно выбранным расстоянием R_i.

Площадь участка S_i будет приближённо равна

. (2.3)

Участок S_i для двух положений диаграммы направленности антенны РЛС по азимуту, спроектированный на сетку изодопплеровских частот, показан на рис.2.5 и на рис.2.6 в трёхмерной системе координат.

Как следует из рис.2.5, если ось луча смещена относительно линии пути на угол , то частоты колебаний, отражённых от всех точек площадки S_i, различны. Наибольшее различие соответствует точкам А₁ и В₂.

Рисунок 2.6 - Участки местности S_i, сигналы от которых принимаются РЛС

Максимальная доплеровская частота в пределах участка S_i будет получена от точечного отражателя в точке А₁, а минимальная - от отражателя в точке В₂ (рис.2.5 -2.6).

Для равноудаленных от РЛС точек в пределах участка S_i наибольшее отличие в радиальных скоростях и, следовательно, в доплеровских частотах F_д соответствует точкам А₁ и В₁

,

, (2.4)

где _r - ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

Сигналы, отражённые от разных точек S_i , суммируются на входе приёмника и на выходе амплитудного детектора образуют разностные частоты, которые называются вторичными доплеровскими частотами (биениями).

Для пояснения возникновения вторичных доплеровских частот рассмотрим суммарный сигнал , образованный сигналами U_А1(t) и U_В1(t), отражёнными только от точек А₁ и В₁ площадки S_i. При этом будем считать, что РЛС работает в непрерывном режиме, излучая немодулированное синусоидальное колебание частоты f₀ , а отражённые сигналы от точек А₁ и В₁ имеют одинаковые амплитуды Z_А1 =Z_В1=Z

(2.5)

где ₁ и ₂ - набег фазы, возникающий при отражении зондирующего сигнала от точек А₁ и В₁. Как следует из выражения (2.5) суммарный сигнал является амплитудно-модулированным. Функция

определяет закон амплитудной модуляции, а F_ДА1 и F_ДВ1 - частоту амплитудной модуляции.

Таким образом, на выходе амплитудного детектора приёмника РЛС будет иметь место амплитудно-модулированное колебание. Огибающая амплитудно-модулированного суммарного сигнала на выходе УПЧ и соответствующее этому сигналу напряжение на выходе амплитудного детектора представлены пунктиром на рис.2.7 для двух значений отклонения диаграммы направленности антенны от линии пути и .

В реальных условиях на вход приёмника РЛС одновременно поступают сигналы, отражённые от множества точек участка S_i.

Доплеровские частоты этих сигналов различны и меняются, в зависимости от расположения отражающей точки площадки S_i , в пределах от F_ДА1 до F_ДВ1.

Рисунок 2.7 - Биение амплитуды сигнала, принимаемого от участка S_i, на выходе УПЧ (а) и амплитудного детектора (б) при непрерывном (обозначено пунктиром) и импульсном сигнале, вызванные вторичным эффектом Доплера.

Поэтому, в результате сложения принимаемых сигналов в приёмном тракте РЛС амплитуда результирующего колебания меняется не по косинусоиде, как в рассмотренном выше примере и показано на рис. 2.8, а более сложным образом. Спектр изменения амплитуды результирующего сигнала называется спектром вторичных доплеровских частот. Для равноудалённых от РЛС точек площадки S_i ширина спектра доплеровских частот будет

, (2.6)

где - радиальная скорость движения самолёта относительно точки земной поверхности, находящейся на линии пути под углом (рис. 2.6).

Зависимость ширины спектра вторичных доплеровских частот от направления луча диаграммы направленности для равноудалённых от РЛС точек характеризуется полярной диаграммой, показанной на рис. 8. В ней направление радиуса вектора соответствует углу поворота диаграммы направленности в горизонтальной плоскости , а длина (в пределах сплошных касающихся окружностей) - ширина спектра вторичных доплеровских частот.

Рисунок 2.8 - Полярная диаграмма ширины спектра вторичных доплеровских частот в горизонтальной плоскости

Значение ширины спектра F_Д2 достигает минимума при установке антенны в положение, при котором проекция направления максимума диаграммы направленности на земную поверхность совпадает с направлением линии пути самолёта.

При этом частоты колебаний, отражённых от точек А и В, равны между собой и наибольшая частота биений образуется при отражении от точек С и В (или А) (рис. 2.5).

. (2.7)

Эта величина достаточно мала (например, при W = 720 км/ч, = 78°, = 5 см, =5° получим F_Д2О 4 Гц, т.е. практически нулевые биения.

Для зондирующего сигнала в виде некогерентных импульсов следует иметь в виду, что отражённые импульсы от равноудалённых целей имеют одинаковую (хотя и случайную) начальную фазу. Поэтому; при достаточно высокой частоте повторения изменение амплитуды импульсов на входе приёмника за счёт биений будет происходить также, как для амплитуды непрерывных колебаний.

Для выделения вторичных доплеровских биений в некогерентных РЛС достаточно воспользоваться обычным амплитудным детектором, в то время как в когерентных РЛС для определения требуется специальное опорное (когерентное) напряжение и фазовый детектор. За счёт вторичного эффекта Доплера амплитуда результирующего сигнала от площадки S_i изменяется от одного периода повторения импульсов к другому с частотой F_Д2.

На рис. 2.8 показаны изменения амплитуды некогерентных импульсов на входе приёмника (а) и на выходе амплитудного детектора (б) за счёт вторичных доплеровских биений, принимаемых только от участка S_i. При развороте антенны на угол относительно линии пути частота биений будет достаточно высока, что приводит к быстрому ”мерцанию” яркости (амплитуды) отметки цели (рис. 2.8,а). При = 0 частота биений минимальна (рис.2.7). Минимальную частоту биений можно зафиксировать на индикаторе кругового обзора, если выключена азимутальная развёртка, а угловое положение линии развёртки дальности с яркостной модуляцией отметок целей медленно изменяется лётчиком за счёт ручной регулировки азимутального положения антенны. При совпадении проекции оси косекансной диаграммы направленности с линией пути самолёта частота "мерцания" яркостных отметок всех целей на развёртке дальности будет минимальной и близкой к нулю. Угол смещения развёртки дальности относительно нуля азимутальной шкалы индикатора будет соответствовать углу сноса самолёта (рис.2.7).

При измерении угла сноса самолёта управление движением антенны по азимуту производится вручную путём периодического подключения обмотки управления азимутального электродвигателя к пониженному переменному напряжению той или иной фазы, определяющей направление движения. Это выполняется с помощью клавиш, размещённых на лицевой панели основного индикатора слева от экрана. Так как питание двигателя осуществляется при этом пониженным напряжением, то скорость азимутального движения рефлектора при измерении угла сноса меньше, чем при других режимах. Для удобства управления антенной и получения требуемой точности её установки в РЛС предусмотрена возможность плавного изменения скорости с помощью специального регулятора, совмещённого с регулятором "Контраст".

Момент совпадения оси диаграммы с линией пути определяется по уменьшению до минимума частоты "мерцания" яркостной модуляции линии развёртки, а отсчёт угла сноса производится по азимутальной шкале индикатора, имеющей градуировку через два градуса (см. рис.2.9).

Рисунок 2.9 - Передняя панель индикаторного блока

Управление РЛС в режиме "Снос" осуществляется органами управления, расположенными на основном индикаторе. К ним относятся: переключатель длительностей развёртки; регулятор наклона антенны "Наклон"; регулятор "Контраст"; клавиши " " , расположенные слева от экрана индикатора.

Режим работы "Коррекция"

На ряде самолётов гражданской авиации, на которых установлены бортовые навигационные вычислители, с помощью РЛС "Гроза" может быть произведена коррекция счисленных вычислителями текущих координат места самолёта. Для этого используется какой-либо чётко наблюдаемый и легко опознаваемый объект с известными координатами и, по возможности, наименьших размеров. Его координаты вводятся в навигационный вычислитель, который при работе в специальном режиме определяет ожидаемые наклонную дальность и курсовой угол этого объекта в данный момент времени. Полученная информация передаётся вычислителем в РЛС, где она наносится на экран индикатора в виде светящегося кольца ожидаемой дальности и радиальной линии ожидаемого курсового угла (электронное перекрестие). На пересечении этих линий и должно по расчетам вычислителя находиться радиолокационное изображение наземного объекта. Так как текущие координаты места самолёта определяются вычислителем с ошибкой, точного совпадения практически не происходит и, чтобы его осуществить, необходимо изменить (увеличить или уменьшить) определённые вычислителем значения координат.

Значения текущих координат места самолёта, при установке которых достигнуто совпадение, можно считать истинными и использовать в вычислителе, взамен ранее счисленных, для всех последующих расчётов до следующей очередной коррекции. Таков принцип выполнения радиолокационной коррекции.

Радиолокатор при коррекции навигационного вычислителя является только индикатором совмещения, служащим для определения момента наложения перекрестия на изображение объекта. Все управление перекрестием и установка необходимых режимов работы различной аппаратуры борта осуществляется при этом с пульта вычислителя, а каких либо операций с помощью имеющихся в РЛС "Гроза" органов управления не производится. Формирование электронного перекрестия осуществляется в радиолокаторах "Гроза" в специальном блоке коррекции.

Режим работы "Готов"

Когда переключатель режимов работы установлен в положение "Готов", излучения радиоволн не происходит, но радиолокатор находится в состоянии готовности к немедленной работе, если перед этим не менее чем 5 мин он был подключен к самолетной сети с помощью клавиши "РЛС".

радиолокатор гроза магнетроны многорезонаторные

3. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ БЛОКОВ РЛС “ГРОЗА”

3.1 Антенный блок

Антенный блок РЛС "Гроза" предназначен для выполнения следующих функций:

излучения в пространство высокочастотных импульсов, генерируемых передающим устройством станции в пределах узкого и веерного луча в зависимости от режима работы РЛС;

приёма сигналов, отражённых от наземных и воздушных отражающих объектов;

изменения направления излучения и приёма сигналов в азимутальной плоскости;

гироскопической стабилизации осей узкого, веерного лучей в плоскости горизонта или другой заданной плоскости при кренах и тангаже самолета;

модуляции пилообразного тока развертки по закону синуса и косинуса текущего азимутального угла поворота антенны.

В зависимости от класса и типа самолёта, для установки на котором он предназначается, антенный блок носового размещения выпускается в двух модификациях, отличающихся только диаметром рефлектора (760 мм и 560 мм).

3.2 Основной приёмно-передающий блок

Приёмно-передающий блок состоит из передающей части, приёмной части и источников питания. В передающую часть входят тиристорно-магнитный модулятор и мощный СВЧ-генератор.

В приёмную часть входят высокочастотная головка (ВЧГ), предварительный усилитель промежуточной частоты (ПУПЧ), усилитель промежуточной частоты (УПЧ), узел временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ).

Функциональная схема приёмопередатчика представлена на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 - Функциональная схема приёмопередатчика

Приёмопередатчик работает следующим образом.

Передающая часть. Модулятор блока формирует высоковольтный импульс отрицательной полярности, который поступает на катод магнетрона. Магнетронный генератор генерирует при этом импульсы СВЧ, поступающие к выходному волноводу блока через циркулятор ВЧГ. Циркулятор служит для переключения антенны с приёмного на передающий каналы блока.

Кроме модулирующего импульса, модулятор генерирует старт-импульс синхронизации других блоков станции, а также импульсы бланкирования самолётного ответчика системы опознавания объектов.

Приёмная часть. Отражённые от объекта и принятые СВЧ-импульсы поступают во входной волновод блока и далее через циркулятор (вентиль) и разрядник защиты приёмника на смеситель канала сигнала. На смеситель поступает также СВЧ-сигнал от гетеродина, выполненного на лампе обратной волны (ЛОВ).

После преобразования на выходе смесителя образуются импульсы промежуточной частоты, поступающие на ПУПЧ. В ПУПЧ и УПЧ с линейно- логарифмической амплитудной характеристикой происходит усиление и детектирование принятых и преобразованных сигналов. С выхода УПЧ видеосигнал поступает в индикаторный блок РЛС.

Часть СВЧ-энергии, генерируемой во время импульса магнетроном, через предельный аттенюатор поступает на смеситель АПЧ, куда также поступает СВЧ-сигнал от гетеродина. После преобразования на выходе смесителя образуются импульсы промежуточной частоты, которые поступают на вход узла АПЧ, где вырабатывается сигнал, пропорциональный отклонению промежуточной частоты от номинального значения. Этот сигнал воздействует через схему регулирования на напряжение управляющего электрода гетеродина (Л0В), перестраивая его по частоте таким образом, чтобы свести к минимуму отклонение промежуточной частоты от номинального значения.

Узел ВАРУ, запускаемый синхронно с импульсом излучения, осуществляет регулировку усиления приёмника после излучения СВЧ-импульса, а также обеспечивает его запирание на время действия мощного импульса магнетрона.

Временная регулировка усиления необходима для получения равноконтрастного изображения близких и далёких целей на экране индикатора кругового обзора (ИКО). Косекансная форма диаграммы направленности позволяет получить равноконтрастное изображение на экране индикатора, имеющего параллельные линии развёртки по дальности. Но на экране ИКО, где эти линии сходятся в центре, из-за конечного диаметра электронного пятна индикаторной трубки изображение цели, находящейся ближе к центру экрана ИКО, будет всегда ярче, чем изображение такой же цели на периферии. ВАРУ позволяет устранить это различие целей по яркости.

Принцип действия ВАРУ состоит в том, что на усилительные каскады ПУПЧ подаётся периодическое напряжение экспоненциальной формы, синхронизированное импульсами запуска передатчика.

Оно обеспечивает уменьшение усиления приёмника после излучения зондирующего импульса и затем плавное восстановление усиления до номинальной величины. Регулируя амплитуду экспоненциального напряжения схемы ВАРУ, можно добиться равноконтрастного изображения близких и далёких целей на ИКО. ВАРУ необходима также для устранения сильных засветов в центре экрана, возникающих при наблюдении морской поверхности, где отражение от волн имеет большую величину на малых дальностях и быстро убывает с расстоянием.

Ручная регулировка усиления приемника (РРУ) осуществляется с помощью переменного резистора.

3.3 Основной индикаторный блок с пультом управления

Индикаторный блок состоит из следующих функционально законченных узлов:

устройства создания радиально-секторной развёртки;

устройства синхронизации;

панели видеоусилителя;

электроннолучевой трубки (ЭЛТ) - 14ЛМ1Н со схемой питания её электродов;

стабилизированного источника высокого напряжения + 18 кВ;

пульта управления станции.

Вид передней панели блока представлен на рис.2.9.

Устройство развёртки. Устройство развёртки предназначено для формирования в отклоняющих катушках линейно нарастающих импульсов тока, модулированных по амплитуде частотой азимутального сканирования антенны и необходимых для создания на экране ЭЛТ радиально-секторной развёртки "азимут-дальность".

Упрощённая схема устройства приведена на рис. 3.2. Она представляет собой мостовую схему, плечи которой составлены из двух ключевых транзисторов ПП1 и ПП2 и двух цепочек, состоящих из диодов Д1 и Д2, резисторов R1 и R2 и конденсаторов С1 и С2. К диагоналям моста подключены источник питания + Е и нагрузка, состоящая из роторной обмотки Р2-Р4 вращающегося трансформатора (ИВТ), дросселя Др и диодных мостов М1 и М2.

Рисунок 3.2 - Схема устройства развертки

Во время рабочего хода развёртки ПП1 и ПП2, работающие в ключевом режиме, открываются импульсом управления разверткой, и роторная обмотка ИВТ совместно с дросселем подключается через малое сопротивление открытых транзисторов и диодные мосты к источнику питания. За счёт большой индуктивности нагрузки, определяемой индуктивностью формирующего дросселя, ток в роторной обмотке ИВТ в течение всего времени открытого состояния транзисторов нарастает практически линейно. В статорных обмотках ИВТ при этом индуктируются линейно нарастающие импульсы тока, амплитуда которых изменяется пропорционально синусу и косинусу текущего азимутального угла, на который повёрнут ротор ИВТ. Последовательно со статорными обмотками ИВТ включены две создающие взаимно перпендикулярные магнитные поля отклоняющие катушки Lх и Lу. Линейно нарастающие импульсы тока, модулированные по амплитуде в одной отклоняющей катушке по закону синуса, а в другой по закону косинуса текущего азимутального угла, создают в совокупности вращающееся магнитное поле, под действием которого на экране ЭЛТ получается радиально-секторная развёртка. Во время прямого хода развёртки Д1 и Д2 закрыты, а ПП1 и ПП2 открыты. При обратном ходе развёртки ПП1 и ПП2 закрыты, а ЭДС, возникающая при этом на индуктивности нагрузки (Др и роторной обмотки), открывает Д1 и Д2, в результате чего ток замыкается через них на источник питания + Е и быстро спадает до нуля.

Цепочки из С1 и С2 служат для ускорения процесса спада тока. Диодные мосты М1 и М2 служат для фиксации начала развёртки в определённой точке экрана ЭЛТ при любых длительностях развертки и азимутальных положениях антенны за счёт того, что после запирания ПП1 и ПП2 прекращается прохождение прямого тока через них, и они оказываются закрытыми для токов отклоняющих катушек.

Ток в отклоняющих катушках становится при этом практически равным нулю, а запасённая в них энергия рассеивается до прихода следующего коммутирующего импульса на ставшем большим по величине сопротивлении диодных мостов. Этим и обеспечивается не зависящая от длительности и азимутального угла фиксация начала развёртки на экране ЭЛТ.

Устройство синхронизации.

Устройство синхронизации предназначено для формирования следующих калибрационных и управляющих сигналов: ключевого импульса управления схемой развёртки, импульса подсвета линии развёртки и калибрационных меток дальности.

Длительность вырабатываемых синхронизатором ключевых импульсов управления развёрткой и импульсов подсвета, задержка их относительно стартового импульса, а также период следования калибрационных меток дальности определяются выбранным режимом работы и диапазоном развёртки.

Функциональная схема устройства синхронизации приведена на рис. 3.3.

Рисунок 3.3 Функциональная схема устройства синхронизации

Работа синхронизатора начинается с приходом старт-импульсов с передатчика. Старт-импульс запускает блокинг-генератор запускающих импульсов синхронизатора, отрицательным импульсом которого открывается ключевое устройство генератора меток. В состав генератора, кроме ключевого устройства, входит задающий генератор, схема формирования (усилитель-ограничитель) и блокинг-генератор меток. В момент открытия ключевого устройства возникает генерация в задающем генераторе, причём первый полупериод генерируемого синусоидального напряжения всегда имеет отрицательную полярность, а величина периода определяется выбранной длительностью развёртки. Колебания задающего генератора преобразуются схемой формирования в прямоугольные импульсы, передним фронтом которых запускается блокинг-генератор меток дальности. С выхода блокинг-генератора метки дальности поступают для смешивания с принятым сигналом и одновременно на счётчик импульсов синхронизатора. Счётчик импульсов состоит из трёх включенных последовательно триггеров.

Эпюры напряжений синхронизатора для каждой из развёрток 50, 125 и 250 км приведены на рис. З.4.

Коммутируя запуск третьего триггера счётчика с плеча "в" на плечо "г" второго, можно получить на его выходах импульсы, положительный фронт которых совпадает с 4-, 6- и 9-й меткой, т.е. задержан относительно первой метки дальности (и, следовательно, старт-импульсов) на требуемый для любой развёртки интервал.

При первых четырёх длительностях развёртки импульсы начала развёртки, которыми являются импульсы задающего блокинг-генератора, а также импульсы конца развёртки, полученные дифференцированием первого положительного фронта импульса третьего триггера, поступают на ключевой триггер, который формирует импульсы управления развёрткой.

На развёртке "З75" импульс управления развёрткой снимается непосредственно с 3-го триггера счётчика. Через эмиттерный повторитель синхронизатора импульсы управления развёрткой поступают на схему формирования развёртки.

Рисунок 3.4 - Эпюры напряжений синхронизатора

Импульсы подсвета по длительности и задержке относительно старт-импульса всегда совпадают с импульсами развёртки. Они снимаются с выхода того же эмиттерного повторителя и подаются в видеоусилитель станции.

Ключевой триггер синхронизатора импульсом конца развёртки опрокидывается в положение, при котором запирается ключевое устройство генератора меток. Генерация меток прекращается и возобновляется лишь с приходом следующего старт-импульса от передатчика.

Одновременно с подачей на ключевой триггер каждый импульс задающего блокинг-генератора (импульс начала каждого цикла работы) подаётся на триггеры счётчика для сброса их в исходное состояние.

При определённых значениях частоты напряжения 115 В сети питания станции, от которого осуществляется синхронизация приёмо-передатчика, на развёртке “375” 9-я метка дальности может оказаться в следующем периоде повторения импульсов передатчика, что приведёт к сбою синхронизации. Во избежание этого на развёртке "375" от ключевого триггера синхронизатора отключается импульс конца развёртки и он опрокидывается в исходное состояние следующим старт-импульсом передатчика.

Частота следования импульсов ключевого триггера при этом становится в 2 раза меньше частоты следования старт-импульсов РЛС, а длительность развёртки автоматически уменьшается таким образом, что её конец совпадает со старт - импульсом следующего периода повторения, а не с 9-й меткой дальности.

Видеоусилитель.

Видеоусилитель (ВУ) РЛС "Гроза" может иметь три различные амплитудные характеристики в зависимости от режима работы станции.

При работе в режиме "Земля" ВУ является "трёхтоновым" и имеет ступенчатую амплитудную характеристику, представленную на рис. 3.5,а.

"Трёхтоновый" ВУ (рис.3.6) состоит из двух параллельных каналов усиления; усилителя фона с ограничением сигналов, превышающих фиксированный уровень, и усилителя выделения с регулируемым уровнем отпирания. После прохождения через каналы фона и выделения сигналы смешиваются в смесителе, где к ним подмешиваются калибрационные метки дальности, и далее суммарный сигнал усиливается по напряжению оконечным усилителем.

Рисунок 3.5 - Амплитудные характеристики видеоусилителя

Основным назначением усилителя фона является повышение контрастности водных ориентиров на фоне незастроенных участков земной поверхности за счёт ограничения и выравнивания по амплитуде сигналов, отражённых от них.

Выделение сигналов от средних и крупных городов и промышленных центров, служащих ориентирами, производится усилителем выделения, уровень начала срабатывания которого может регулироваться от уровня ограничения фона вверх в широких пределах регулятором "Контраст", расположенным на лицевой панели индикатора.

Регулировка яркости радиолокационного изображения осуществляется изменением усиления ВУ.

Рисунок 3.6 -Структурная схема "трёхтонового видеоусилителя"

Это позволяет одновременно и пропорционально уменьшать яркость наблюдаемого видеосигнала и смешанных с ним калибрационных меток дальности. При этом регулировка усиления выходных каскадов ВУ не изменяет уровней ограничения фона. Напряжение запирания ЭЛТ остаётся неизменным при всех регулировках и стабилизировано специальной цепочкой стабилитронов. Его установка производится специальным регулятором "Установка яркости" таким образом, чтобы при минимальной яркости изображения (при наблюдении ночью), шумы незначительно засвечивали экран.

Общее усиление ВУ выбрано таким образом, чтобы с помощью ручки "Яркость" обеспечивалась возможность максимального использования всей модуляционной характеристики ЭЛТ (т.е. всех её яркостных возможностей) при наблюдении отражений от объектов любых классов.

При работе РЛС в режиме "Метео" и "Снос" ВУ имеет обычную линейную амплитудную характеристику во всём диапазоне возможных входных сигналов (рис. 3.5,б).

В режиме "Контур" амплитудная характеристика ВУ имеет излом, после которого становится падающей с большой крутизной (см.рис.14,в). При превышении амплитуды входного сигнала определённой величины он полностью пропадает на выходе ВУ.

Импульс подсвета осуществляет управление работой ВУ во всех режимах работы. С окончанием импульса подсвета ключевое устройство оконечного усилителя запирается и сигналы на выход усилителя не проходят, какой бы амплитуды на входе они не были. Этим достигается полное отсутствие мешающих засветок экрана при обратном ходе развёртки.

Вывод для повышения дальности радиолокатора необходимо заменить магнетрон МИ-422 мощность которого составляет до 10кВт на магнетрон, на магнетрон МИ-322 мощность которого составляет 16кВт, что в свою очередь приведет к увеличению дальности обнаружения в 1,5 раза.

4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЕТОВ

Под безопасностью полета понимают свойство авиационной транспортной системы (состоящей из самолета, экипажа, служб подготовки и обеспечения полета и служб управления воздушным движением), заключающееся в ее способности осуществлять воздушные перевозки без угрозы для жизни и здоровья людей. Это свойство характеризуется уровнем безопасности полета, который определяется вероятностью того, что в полете не возникает катастрофическая ситуация. Принятый на практике показатель - вероятность катастрофической ситуации - оценивается для самолетов данного типа в среднем по всему парку количеством катастрофических ситуаций, приходящихся на один час полета.

При оценке безопасности полета в процессе эксплуатации учитываются также предпосылки к авиационным происшествиям. На этапе эксплуатации при классификации событий, связанных с отказами, в качестве предпосылок авиационных происшествий (инцидентов) следует рассматривать только те отказы, которые оцениваются как приводящие к сложной и аварийной ситуации.

Сложная ситуация - особая ситуация, характеризующаяся:

- заметным повышением психофизиологической нагрузки на экипаж, или

- заметным ухудшением характеристик устойчивости и управляемости иди летных характеристик, или

- выходом одного или нескольких параметров полета за эксплутационные ограничения, но без достижения предельных ограничений и (или) расчетных условий.

Аварийная ситуация - особая ситуация, характеризующаяся:

- значительным повышением психофизиологической нагрузки на экипаж или

- значительным ухудшением характеристик устойчивости и управляемости или летных характеристик, или

- приводящая к достижению (превышению) предельных ограничений и (или) расчетных условий.

Катастрофическая ситуация - особая ситуация, для которой принимается, что при ее возникновении предотвращение гибели людей оказывается практически невозможным.

По частоте возникновения события, (отказы, отказные состояния, особые ситуации, внешние воздействия) делятся на повторяющиеся, умеренно вероятные, маловероятные, практически невероятные.

При необходимости количественной оценки вероятностей возникновения событий должны использоваться следующие значения вероятностей, отнесенные либо к одному часу полета, либо к одному полету, в зависимости от характера рассматриваемого события:

- повторяющиеся - более ;

- умеренно-вероятные - :

- маловероятные - ;

- крайне маловероятные - ;

- практически невероятные - менее .

Рассмотренные основные положения теории безопасности полетов распространяются и на радиоэлектронное оборудование ВС. влияющее на его летную годность, т.е. способность совершать безопасные полет во всем диапазоне установленных для ВС ожидаемых условий эксплуатации при условии, что остальные компоненты авиационной транспортной системы функционируют нормально.

4.1 Виды и стратегии ТО РЭО

Вид ТО - техническое обслуживание, выделяемое по какому-либо отличительному признаку:

- в полете;

- между полетами;

- оперативное, выполняемое непосредственно перед вылетом и после посадки ВС для обеспечения его готовности к полету или стоянки;

- периодическое, выполняемое через установленные в эксплуатационной документации значения наработки или интервалы времени;

- в станционарных условиях, выполняемое в специально предназначенных местах, оборудованных стационарными средствами технического обслуживания;

- в полевых условиях, примерами которых являются места временного базирования ВС при выполнении авиационных химических работ в сельском хозяйстве, в местах работы геологических партий, экспедиций и др.;

- базовое выполняемое на аэродроме постоянного базирования воздушного судна до или после выполнения рейса или задания;

- транзитное, выполняемое на промежуточном аэродроме посадки ВС при выполнении рейса или задания, а также на конечном аэродроме перед обратным рейсом (промежуточным аэродромом посадки может быть аэродром постоянного базирования ВС);

- специальное, выполняемое после полета в экстремальных условиях когда внешние воздействия превышали уровень, соответствующий нормальным условиям эксплуатации. Примерами экстремальных условий являются попадание ВС в пыльную бурю, град, в зоны грозовой деятельности или турбулентной атмосферы; грубая посадка, посадка до ВПП, выкатывание с ВПП посадка с массой, превышающей максимальную посадочную и т. д.

Система ТО является системой управления техническим состоянием изделия в заданных условиях эксплуатации. Управляющие воздействия в этой системе формируются в зависимости от значений принятого признака технического состояния изделия, т. е. в соответствии с принятыми стратегиями ТО и Р.

Стратегия ТО - это система правил управления техническим состоянием изделия (РЭО) в процессе ТО. Стратегии реализуются в проведении тех или иных операций ТО.

Мероприятия по повышению надежности изделий при всех стратегиях, корректировка объемов и периодичности ТО и ремонтов осуществляются на основе анализа информации о признаках технического состояния изделий и эффективности системы ТО и Р. Однако методы анализа и использования различных видов информации зависят от стратегий ТО. Один из видов информации является основным при принятии решений о необходимом перечне операций ТО и периодичности их выполнения. Остальные данные используются для корректировки принимаемых решений с целью повышения их эффективности.

Каждая стратегия ТО определяет техническую политику и затраты на ТО или ремонт изделия и предъявляет определенные требования ко всем элементам системы ТО и Р, т. е. к объемам, средствам, исполнителям ТО и Р и к связям между этими элементами, установленными в документации.

Стратегию ТО данного типа изделия авиационной техники выбирают на основе анализа надежности изделия, влияния его отказа на безопасность и регулярность полетов, зависимости безотказности от наработки, эксплуатационной технологичности, прежде всего контролепригодности изделия, технической возможности и экономической целесообразности применения той или иной стратегии.

Стратегия ТО по наработке - это стратегия, согласно которой перечень и периодичность выполнения операций по ТО определяются значениями наработки изделия РЭО с начала эксплуатации или после капитального ремонта.

Принципы стратегии по наработке заключаются в том, что для всех однотипных изделий РЭО, устанавливаемых на ВС данного типа, определяются интервалы наработки или сроки службы, по истечении которых на РЭО выполняется определенный объем профилактических работ по настройке, регулировке, замене ненадежных элементов независимо от того, в каком техническом состоянии находится изделие. Если обозначить - планируемый объем работ, выполняемых при ТО (например, по трудоемкости), то справедливы зависимости: ; ; , т. е. определенному интервалу наработки соответствует определенный объем работ.

Применение стратегии ТО по наработке следует осуществлять в тех случаях, когда в блоках РЭО имеются элементы, требующие периодической смазки или чистки и блоки или элементы, интенсивность отказов которых резко возрастает после определенной наработки; техническое состояние изделия или отдельных блоков не может быть определено без демонтажа, т. е. средствами встроенного контроля с достаточной полнотой или наземными средствами контроля; разброс параметров безотказности отдельных блоков невелик.

Изделие РЭО в начале проведения планового ТО может находиться в работоспособном или неработоспособном, но функционирующем состоянии. Если в начале ТО установлено, что изделие отказало, на нем должны быть проведены, помимо профилактических, также и восстановительные работы. При явном отказе в период между проведением ТО изделие РЭО восстанавливается независимо от наработки. При этом, как правило, проводится весь комплекс работ по ТО, предусмотренный очередным этапом. Распределение объемов работ по контролю и ТО и возможные изменения совокупного параметра, характеризующие состояние изделия РЭО, приведены на рисунке 4.1

Рисунок 4.1 - Распределение объемов работ и состояний РЭО при стратегии ТО по наработке

Через определенные временные интервалы , возрастает планируемый объем работ по контролю и ТО, а объем работ по восстановлению является случайным и зависит от состояния изделий РЭО.

Осуществление стратегии по наработке предполагает, что предупреждению подлежат только постепенные отказы. Кроме того, выход из строя изделия РЭО. обслуживаемого по наработке, может оказывать влияние на безотказность и регулярность полетов Условие однотипности определяет то, что значения наработок на отказ обслуживаемых изделий имеют небольшой разброс. Проводимые замены комплектующих изделий РЭО относятся к наиболее слабым с точки зрения безотказности элементам и узлам (например, периодические замены магнетронных генераторов в отдельных типах РЛС после наработки).

Объемы проведения работ по ТО при стратегии по наработке и периодичность ТО определяются «Регламентом ТО»,- поэтому эти работы часто называют регламентными.

Стратегия ТО по состоянию (СТОС) - является стратегией, согласно которой перечень и периодичность выполнения операций определяются фактическим техническим состоянием изделия РЭО в момент начала ТО и имеет две модификации.

Стратегия ТО по состоянию с контролем параметров предусматривает назначение перечня и периодичности операции ТО, в том числе замены изделия, по результатам контроля технического состояния каждого изделия. Контроль может быть непрерывным (в полете) или периодическим (при выполнении оперативных и периодических ТО). Периодичность контроля обычно устанавливается единой для парка изделий.

Применение стратегии ТО с контролем параметров в эксплуатационной документации предусматривает установление предотказного значения параметра, определяющего техническое состояние изделия. При достижении параметром этого значения изделие считается неисправным и требующим проведения операций ТО или текущего ремонта. Эту стратегию целесообразно применять для изделий авиационной техники, обладающих достаточной контролепригодностью, отказы которых не влияют на безотказность и регулярность полетов, а значения наработок до отказа имеют существенный разброс.

Она позволяет обеспечить безопасность полетов за счет раннего, до наступления отказа, обнаружения дефектов и повысить экономическую эффективность эксплуатации путем максимально возможного использования работоспособности каждого изделия.

Операции по ТО или текущему ремонту назначаются при установлении предотказного или неработоспособного состояний, которые должны быть однозначно определены в эксплуатационной документации по всем диагностическим параметрам.

Операции по ТО и текущему ремонту назначаются по результатам планового контроля (рис. 4.2), который, в свою очередь, зависит от состояния изделия РЭО. Объем работ является планируемым и регламентированным, а объем ТО восстановления случайным, зависящим от состояния изделии РЭО и результатов контроля, диагностических параметров.

Рисунок 4.2 - Распределение объемов работ РЭО при стратегии ТО по состоянию.

Упреждающий допуск диагностического параметра характеризует диапазон его изменения, в котором в соответствии с эксплуатационной или ремонтной документацией нарушается исправность изделия при сохранении его работоспособности. Изменение технического состояния характеризуется параметром , значение которого определяет это состояние (рис. 4.3); , и - номинальное, наименьшее предотказное и предельно допустимое значения параметра соответственно, установленные в нормагнвно-технической документации; и - моменты контроля; и - моменты перехода в другое состояние. Область 1 - исправное состояние, область 2- предотказное (неисправное, но работоспособное) состояние, когда требуется проведение операций по восстановлению исправности изделия, область 3 - неработоспособное состояние изделия. Упреждающий допуск и периодичность контроля должны быть такими, чтобы значение параметра после достижения уровня при наработке до момента не достигло значения с вероятностью, не меньшей заданной. Упреждающий допуск параметра устанавливается для предупреждения перехода объекта в неработоспособное состояние.

Рисунок 4.3 - Допуски на изменение совокупного параметра РЭО при стратегии ТО по состоянию

Стратегия ТО РЭО по состоянию с контролем уровня надежности предусматривает, что каждое изделие используется по назначению до отказа, после наступления которого производятся операции текущего ремонта. Операции ТО по поддержанию надежности назначаются по результатам контроля уровня надежности парка изделий, в том числе контроля с использованием статистических методов и регулирования качества продукции. Применяется эта стратегия для тех типов РЭО, отказы которых непосредственно не влияют на безопасность полетов, значения наработок на отказ имеют существенный разброс, вероятность безотказной работы подчиняется экспоненциальному закону. Стратегия экономически эффективна, так как работоспособность изделия используется полностью.

Внедрение ТО с контролем уровня надежности предусматривает решение ряда организационно-технических задач, основными из которых являются:

- организация системы постоянного оперативного сбора и обработки информации о надежности, позволяющей фиксировать фактический уровень безотказности и данные об отказах (место возникновения, причины, проявления). Эта информация сосредотачивается в базовых АТБ и контролируется на протяжении всего периода эксплуатации изделия;

- определение верхнего допустимого уровня безотказности ;

- организация оперативного сравнения фактического уровня безотказности с допустимым и анализ последствий сравнения;

- разработка мероприятий по поддержанию уровня безотказности совокупности эксплуатируемых изделий, таких, как назначение дополнительных работ по ТО, изменение периодичности контроля безотказности, изменение условий эксплуатации, выполнение конструктивных доработок, временный переход на ТО по наработке.