Радиолокационные системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Радиолокационные системы

Характерные показатели, отличающие РЛС от других средств сбора информации для УВД

РЛС, в отличие от других средств сбора информации о положении самолетов, обладают свойствами, которые в ряде случаев выдвигают их на первое место по эффективности использования в системах УВД. К таким характерным свойствам относятся:

- высокая оперативность получения данных о координатах самолетов и некоторой дополнительной информации, необходимой дня УВД (номера рейса, высоты, запаса топлива, сигналов об аварийных ситуациях);

- достаточно высокая степень объективности полученных данных, поскольку субъективный фактор в РЛС проявляется лишь на последней стадии переработки информации- при считывании ее диспетчером;

- полнота информации о состоянии воздушной обстановки во всей контролируемой зоне управления;

- наглядность представления информации о местоположении самолетов и в некоторых случаях даже траекторий их движения, так как радиолокационное изображение воздушной обстановки на экранах индикаторов РЛС, как правило, является как бы уменьшенной моделью реального расположения самолетов в пространстве;

- высокая точность и надежность наземных РЛС, поскольку условия работы аппаратуры на земле в стационарных условиях позволяют использовать резервирование, уменьшить диапазон климатических воздействий на оборудование, увеличить размеры антенн и защитить их от аэродинамических нагрузок, облегчить условия обслуживания аппаратуры и т. д.

Потребители радиолокационной информации предъявляют к РЛС различные, зачастую противоречивые требования, удовлетворить которые одна РЛС не может. Поэтому они дифференцируются по определенным группам в зависимости от функций различных служб, использующих информацию РЛС. В соответствии с таким распределением все РЛС разделяются по определенным видам. В некоторых случаях разрабатываются радиолокационные комплексы, совмещающие функции двух или большего количества видов РЛС.

Кроме радиолокаторов, информация которых непосредственно используется для управления воздушным движением, в гражданской авиации нашли применение и другие виды РЛС, как например, посадочные, обзора летного поля, метеорологические. Первые из них используются для контроля за процессом захода самолетов на посадку. Радиолокаторы обзора летного поля позволяют диспетчеру по рулению в условиях плохой видимости определять взаимное расположение самолетов, находящихся на стоянках, рулежных дорожках, взлетно-посадочной полосе. Метеорадиолокаторы обнаруживают очаги гроз и ливневых осадков, оказывая тем самым большую помощь диспетчерам аэропортов в обеспечении безопасности полетов.

В ГА широкое распространение получили вторичные радиолокаторы, позволяющие получать дополнительную информацию о летательных аппаратах. Наиболее эффективно такие радиолокаторы используются в автоматизированных системах управления воздушным движением.

Первичные РЛС

Первичные РЛ, целесообразно объединить в следующие группы:

- трассовое обзорные радиолокаторы с максимальной дальностью действия 400 км;

- трассовые и аэроузловые обзорные РЛ с максимальной дальностью действия 250 км;

- аэродромные обзорные РЛ с максимальной дальностью действия 150 км (вариант В1), 80 км (вариант В2), 46 км (вариант В3);

- посадочные РЛ;

- РЛ обзора летного поля;

- метеорологические РЛ.

Все перечисленные виды, кроме РЛС ОЛП работают в импульсном режиме. Т.е. здесь применяется импульсный метод измерения дальности. Рассмотрим более подробно принцип работы первичных РЛС.

Длины волн принимаемые на РЛС гражданской авиации, следующие:

ОРЛ-Т (-А)........................................23 (10) см

ВРЛ............................................................30 см

ПРЛ.............................................................3 см

РЛС ОЛП.................................................0,8 см

Опыт использования обзорных радиолокационных станций в УВД показал, что они являются надежными источниками информации о воздушной информации.

В гражданской авиации применяют двухкоординатные РЛС, измеряющие дальность и азимут. Антенны радиолокатора устанавливается на специальной вышке таким образом, что бы холмы, строения и другие особенности рельефа не закрывали зону обзора.

Облучатели антенн устраивают таким образом, что бы можно было излучать и принимать сигналы различной поляризации. Привод антенн равномерно вращает антенну.

Обобщенная структурная схема РЛС приведена на рис.2.2.1.

Трассовые обзорные РЛС

Трассовые обзорные РЛС с дальностью действия 400 км предназначены для контроля и управления воздушным движением на трассах. Информация, получаемая с их помощью, используется диспетчерами районных центров УВД и в некоторых случаях диспетчерами диспетчерских пунктов подхода (ДПП) и главных диспетчерских пунктов подхода (ГДПП).

Трассовые обзорные РЛС позволяют службе движения:

- обнаруживать и определять местоположение ЛА;

- контролировать выдерживание экипажами ЛА заданных коридоров и времени прохождения контрольных точек на трассе и в зоне подхода;

- предупреждать опасные сближения ЛА;

- обнаруживать местоположение метеообразований, опасных для полетов;

- оказывать помощь экипажам при потере ими ориентировки путем определения координат ЛА и передачи экипажу указаний по дальнейшему следованию ЛА в заданную точку пространства;

- опознавать принадлежность самолетов и получать дополнительные данные о них путем использования встроенных вторичных каналов, работающих с самолетными ответчиками.

Если трассовый радиолокатор предназначен для обеспечения информацией автоматизированных центров УВД, то в его состав включается вторичный канал. В некоторых случаях предусматривается сопряжение первичного трассового радиолокатора с автономным вторичным радиолокатором. Образованные таким образом радиолокационные комплексы располагаются или в непосредственной близости от районного центра автоматизированной системы УВД или находятся на радиолокационных позициях, расположенных за несколько сотен километров от центра УВД. В последнем случае радиолокационные сигналы преобразуются аппаратурой первичной обработки информации в цифровую форму и передаются. в центр управления по узкополосным линиям связи.

Трассовые радиолокаторы большой дальности действия представляют собой стационарные дорогостоящие устройства, выполненные по двухкомплектному двухканальному принципу. Одновременная работа двух комплектов приемо-передающей аппаратуры на одну антенну позволяет при высокой надежности всего радиолокатора получить достаточно высокие технико-экономические показатели использования аппаратуры.

Поскольку трассовая РЛС представляет собой чрезвычайно сложную радиоэлектронную систему, включающую в себя большое количество отдельных узлов и элементов, в ее состав обычно включают систему автоматического встроенного контроля (АВК), обеспечивающую тестовый непрерывный контроль работоспособности наиболее важных функциональных узлов станции. В состав оборудования станции входит также контрольный индикатор, система управления радиолокатором и источники основного и резервного питания.

Двухкомплектный двухканальный принцип. Для современных трассовых радиолокаторов характерно двухкомплектное, двухканальное построение. Имеются два идентичных комплекта аппаратуры (комплекты А и В), включающие в себя отдельные передающие и приемные устройства и работающие на общую антенную систему. Выход из строя одного из комплектов не вызывает отказа в работе всей станции, а лишь несколько уменьшает ее максимальную дальность. В некоторых случаях предусматривается нормальная работа с одним комплектом. Второй комплект в это время находится в горячем резерве. У некоторых радиолокаторов предусматривается третий резервный комплект аппаратуры, который в случае необходимости в так называемом форсированном режиме может работать одновременно с комплектами А и В.

Для устранения перегрузки волноводных трактов, обеспечения возможности ведения особых режимов работы каждого из комплектов и для уменьшения флуктуаций результирующиих сигналов каждый комплект радиолокатора работает на своей несущей частоте. Разнос частот между комплектами обычно составляет 40- 60 МГц. Объединение и разделение сигналов отдельных комплектов производятся с помощью волноводных мостов или избирательных фильтров.

Для устранения нежелательных взаимных влияний сигналов, излучаемых и принимаемых на разных несущих частотах, в радио - локаторах предусмотрен небольшой временной сдвиг зондирующих импульсов одного комплекта относительно импульсов ДРУГОГО Комплекта. Этот сдвиг обычно составляет 4- 6 мкс. В приемном тракте при суммировании сигналов разных комплектов производится соответствующая компенсация временного сдвига. Одни из комплектов является ведущим, а другой ведомым.

Двухканальный принцип построения радиолокатора означает, что диаграмма направленности в вертикальной плоскости имеет два лепестка (рис.1.).

Нижний лепесток формируется облучателем основного канала, а верхний- дополнительным каналом, предназначенным для индикации высотных целей (ИВЦ). Такое построение радиолокатора дает возможность гибко изменять зону обзора радиолокатора в зависимости от помеховой ситуации и в какой-то мере оптимизировать конфигурацию зоны обзора, добиваясь необходимой вероятности обнаружения целей, расположенных на нижних и верхних эшелонах, при достаточно низких энергетических затратах.

Основной канал работает, как правило, на передачу и на прием излучаемых сигналов, канал ИВЦ работает только на прием. В этом случае принимается та часть энергии, которая излучается основным каналом в секторе угла места канала ИВЦ. Комбинируя сигналы, принимаемые основным каналом и каналом ИВЦ, можно оптимизировать конфигурацию зоны обнаружения радиолокатора.

У некоторых радиолокаторов переключение каналов производится автоматически по адаптивной программе в зависимости от ситуации. При этом вся зона разбивается на мелкие участки и для каждого участка автоматически выбирается определенное соотношение сигналов верхнего и нижнего каналов. Такой принцип формирования зоны обнаружения используется в радиолокаторах АТСR-22 и АТСR-44.

Аэродромный РЛС

Аэродромные обзорные РЛС предназначены для контроля и управления воздушным движением в районе аэродрома и для вывода летательных аппаратов в зону действия посадочного радиолокатора.

Информация, получаемая с помощью аэродромных обзорных станций, используется диспетчерами аэродромных центров АС УВД, диспетчерских пунктов подхода (ДПП), главных диспетчерских пунктов подхода (ГДПП), диспетчерских пунктов круга (ДПК), диспетчерских пунктов системы посадки (ДПСП) и местных диспетчерских пунктов (МДП).

Технические характеристики аэродромных обзорных РЛС должны обеспечивать разрешающую способность и точность определения координат ЛА в соответствии с международными нормами. Кроме того, они должны иметь эффективные средства подавления сигналов, отраженных от местных предметов и гидрометеоров. Аэродромные станции должны обнаруживать и определять местоположение целей, находящихся на небольших высотах и на близком удалении от РЛС. Требования к максимальной дальности действия аэродромных радиолокаторов дифференцируются в зависимости от конкретного назначения станции и класса аэропорта, где предполагается установить радиолокатор. Для крупных аэропортов со сложной организацией воздушного пространства и большой интенсивностью полетов необходимо использовать аэродромные обзорные радиолокаторы варианта В1 с дальностью действия 150 км. Эти радиолокаторы, как правило, обслуживают аэродромные центры АС УВД. В менее крупных аэропортах целесообразно устанавливать аэродромные радиолокаторы варианта В2 с максимальной дальностью действия 80 км. Для того чтобы обеспечить необходимой информацией диспетчера круга, достаточно в соответствии с рекомендациями IСАО иметь радиолокатор варианта В3 с дальностью действия 46 км.

В состав аппаратуры РЛС входят передающее устройство, антенно-фидерная система, приемное устройство, наземный приемник ответчика системы вторичной радиолокации, антенна подавления сигналов боковых лепестков, индикатор кругового обзора (рис.1.).

Передающее устройство, предназначенное для генерации мощных кратковременных импульсов сверхвысокой частоты, состоит из подмодулятора, модулятора и магнетронного генератора.

Для запуска передатчика используются синхронизирующие импульсы, поступающие с генератора запускающих импульсов индикатора кругового обзора. Подмодулятор вырабатывает импульсы прямоугольной формы, частота повторения и длительность которых зависят от того, в каком режиме работает станция. Импульсы поступают на модулятор для формирования мощных прямоугольных импульсов, необходимых для запуска магнетронного генератора. Магнетронный генератор генерирует импульсы сверхвысокой частоты, которые через фидерный тракт поступают в основную антенну и излучаются в пространство.

Антенно-фидерная система служит для передачи высокочастотной энергии от передатчика к антенне, излучения зондирующих импульсов, приема отраженных и ответных сигналов и передачи принимаемой энергии на вход основного приемника или приемника активного канала.

Антенно-фидерное устройство имеет основной канал и канал подавления, по ответу. В основной канал входят основная антенна и высокочастотный тракт, включающий в себя антенный переключатель и фильтры высоких и низких частот. Канал подавления боковых лепестков состоит из антенны подавления по ответу и соответствующего высокочастотного тракта.

радиолокационный метеорадиолокатор моноимпульсный воздушный

При работе аэродромного радиолокатора в пассивном режиме и режиме СДЦ мощные высокочастотные импульсы с магнетронного генератора поступают на антенный переключатель. В момент работы передатчика антенный переключатель запирает вход приемника, высокочастотная энергия поступает в антенну и излучается в пространство. Отраженная от цели энергия принимается той же самой антенной и по высокочастотному тракту вновь поступает на антенный переключатель, который в момент прихода отраженных сигналов блокирует выход передатчика и направляет принимаемую энергию в высокочастотный тракт приемников.

Фильтры высокочастотного тракта настроены так, что отраженный от цели сигнал сможет пройти только через фильтр верхних частот (ФВЧ) и поступит, следовательно, только на вход основного приемного устройства радиолокационной станции.

В активном режиме антенна излучает высокочастотные сдвоенные импульсы с определенным кодовым интервалом между ними. Эти импульсы запускают ответчик, установленный на самолете, и самолетный передатчик посылает ответный сигнал, частота которого несколько ниже, чем частота высокочастотной энергии, излучаемой наземной РЛС. Таким образом, в активном режиме основная антенна будет принимать два сигнала на двух разных частотах: сигнал, отраженный от цели (как и в пассивном режиме), и сигнал самолетного ответчика, закодированный определенным образом в зависимости от той информации, которая должна быть передана с борта на землю. Несмотря на то, что оба эти сигнала несколько отличаются по частоте (имеется в виду частота заполнения радиоимпульсов), они принимаются одной и той же антенной РЛС и через антенный переключатель подаются в высокочастотный тракт приемников.

Фильтр верхних частот пропускает отраженные от цели сигналы на вход основного приемника РЛС, а фильтр нижних частот пропускает сигналы самолетного ответчика на вход наземного приемника ответных сигналов (НПО), где они усиливаются, декодируются и поступают затем на индикаторное устройство. Одновременно на другой вход наземного приемника ответных сигналов приходят сигналы с антенны подавления боковых лепестков. С помощью этих сигналов происходит уничтожение ложных отметок от целей, появляющихся на индикаторе при работе РЛС в активном режиме за счет излучения и приема высокочастотной энергии боковыми лепестками диаграммы направленности основной РЛС.

Посадочный РЛ

Посадочные РЛС предназначены для контроля с земли за выдерживанием ЛА заданной линии курса и глиссады, а также для управления посадкой путем передачи экипажу команд, корректирующих траекторию их снижения. Посадочные радиолокаторы могут использоваться или как автономное средство обеспечения посадки, или как средство контроля за посадкой в аэропортах, оборудованных радиомаячными системами посадки. В первом случае диспетчер полностью руководит заходом на посадку, во втором случае только контролирует заход и в необходимых случаях информирует экипаж о положении самолета относительно линии курса и глиссады планирования.

Необходимость и целесообразность применения посадочного радиолокатора в аэропортах гражданской авиации независимо от характера его использования обусловлены рядом достоинств радиолокатора по сравнению с радиомаячными системами посадки. Достоинства ПРЛ следующие:

- функционирование их не зависит от бортового оборудования;

- они позволяют непрерывно наблюдать с земли за эволюциями траектории приближающегося ЛА вплоть до его приземления, а также за всеми ЛА в зоне посадки (риск столкновения может быть в этом случае минимизирован);

- ПРЛ обеспечивает удовлетворительный контроль последовательных посадок ЛА с небольшими промежутками по расстоянию в случаях, когда ухудшение погоды, недостаток топлива, повреждение самолета и другие факторы делают необходимой безопасную и быструю посадку;

- точность ПРЛ мало зависит от перемены погоды, изменения снежного покрова земной поверхности, рельефа местности и других факторов;

- посадочные радиолокаторы, оснащенные поворотными устройствами, могут обеспечить посадку с любого направления, в том числе и необорудованного радиомаячной системой;

ПРЛ позволяет производить фоторегистрацию посадок, необходимую для разбора полетов, расследования авиационных происшествий, обучения диспетчерского и летного состава и т.д.

Основной недостаток ПРЛ- его малая эффективность как автономного средства посадки, связанная прежде всего с большими ошибками и визуального съема информации о координатах ЛА, субъективизмом в выработке команд диспетчером посадки и значительным временем, необходимым для принятия решения и передачи команды на борт самолета.

В настоящее время в гражданской авиации ПРЛ используется в основном как контрольное средство обеспечения посадки и как резервное средство с ограниченными возможностями для основной радиомаячной системы посадки.

Основное требование, предъявляемое к посадочным радиолокаторам, заключается в получении максимально возможной точности определения отклонения ЛА от заданной траектории посадки по азимуту и угла места и определения наклонной дальности от начала взлетно-посадочной полосы до цели. Все ПРЛ, эксплуатируемые в настоящее время в гражданской авиации, представляют собой трехкоординатные РЛС с механическим сканированием диаграмм направленности двух антенных систем в горизонтальной в вертикальной плоскостях.

Таким образом, посадочная РЛС должна обеспечивать информацию о трех координатах цели. В простейшем случае такую информацию можно получить с помощью двух независимых двухкоординатных РЛС. Антенны этих РЛС сканируют пространство в вертикальной и горизонтальной плоскостях (рис.1,а).

Однако для более целесообразного использования аппаратуры, удобства компоновки и по экономическим соображениям все посадочные РЛС гражданской авиации строятся сейчас по последовательно-параллельному принципу (рис.1,б). В соответствии с этим принципом два отдельных параллельных канала - курсовой и глиссадный, имеют много общих объединенных элементов (передатчик, приемник, аппаратура обработки сигналов). Эти элементы последовательно работают то на курсовой, то на глиссадный каналы. Поочередное переключение производится с помощью коммутаторов П1 и П2. На экраны курсового и глиссадного индикаторов информация выводится последовательно с периодом переключения приблизительно 0,5 с. Непрерывность наблюдения за целью обеспечивается за счет большого послесвечения люминофоров экранов индикаторов. Курсовой и глииссадный индикаторы обычно выполняются на одной электронно-лучевой трубке.

РЛ обзора лётного поля

Радиолокатор ОЛП предназначен для обзора летного поля в условиях плохой видимости. Информация, получаемая с помощью этого радиолокатора, может использоваться диспетчером по рулению диспетчерского пункта руления (ДПР) и диспетчером старта стартового диспетчерского пункта (СДП).

На экране индикатора РЛ видно взаимное расположение самолетов, находящихся на стоянках, рулежных дорожках, ВПП, а также перемещение автомобилей и других видов транспорта по летному полю.

Основное требование, которое предъявляется к радиолокатору ОЛП- получение возможно большей разрешающей способности радиолокационного изображения летного поля и находящихся на нем объектов при любых погодных условиях. Наилучшим образом этим требованиям удовлетворяют радиолокационные станции, работающие в миллиметровом диапазоне длин волн.

Используемый для этих целей радиолокатор ОЛП работает на волне 8 мм. Передатчик магнетронного типа вырабатывает зондирующие импульсы, обеспечивающие дальность действия локатора приблизительно 8 км. Для излучения зондирующих импульсов и приема отраженных сигналов используются отдельные антенны, расположенные друг над другом. Такое конструктивное решение позволило отказаться от антенных переключателей и уменьшить минимальную дальность действия станции до 100 метров. Частота вращения антенн составляет 36 об/мин . Ширина диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости составляет 14', в вертикальной 18°. Длительность излучаемых импульсов равно 0,05 мкс.

Для борьбы с сигналами от гидрометеоров используются поляризационные решетки, расположенные перед облучателями антенн. Обычно РЛ ОЛП размещается на каком-либо высоком здании аэропорта. Антенны закрываются радиопрозрачным укрытием.

Для повышения эффективности использования РЛ разработана специальная аппаратура преобразования радиолокационных сигналов в телевизионные.

Новая модификация РЛ ОЛП предусматривает уменьшение длительности импульсов до 0,02- 0,03 мкс, увеличение частоты повторения импульсов до 10 кГц и значительное увеличение скорости вращения антенны (до 200 об/мин). Такая скорость обзора пространства позволила получить на экранах радиолокационных индикаторов слитное изображение поверхности летного поля достаточно большой яркости.

Метеорадиолокатор

Метеорологические РЛС предназначены для обнаружения, наблюдения и определения местоположения очагов гроз и ливневых осадков, а также их скорости и направления перемещения.

Метеорадиолокаторы (МРЛ) оказывают большую помощь диспетчерам службы движения и обеспечения безопасности полета по трассам, в зоне аэродрома, а также при посадке и взлете в сложных метеорологических условиях.

Требования, предъявляемые к МРЛ, определяются спецификой объектов, с которыми работают эти радиолокаторы. Радиолокатор должен указывать местоположение и определять основные параметры метеообразований, опасных для полетов ЛА.

Ввиду многообразия видов и характера метеообразований и связанных с этим противоречий в выборе основных тактических и технических характеристик радиолокаторов пришлось создавать двухканальные, а в некоторых случаях и трехканальные станции, так как один канал был бы не в состоянии удовлетворить всем требованиям, предъявляемым к МРЛ. Наиболее широкое распространение получили метеорадиолокаторы МРЛ-1, МРЛ-2 и МРЛ-5. Эти локаторы позволяют определить вертикальный ют горизонтальный разрез метеорологических образований, верхнюю и нижнюю границу облаков, интенсивность выпадающих осадков и водность облаков, тенденцию развития метеорологических образований. Они определяют также термодинамическое состояние тропосферы.

Радиолокатор МРЛ-1 имеет два независимых канала. Первый канал работает на волне 8 мм, второй -- на волне 3,2 см. Мощность передатчика первого канала равна 65 кВт, второго--210 кВт. Первый канал используется для определения высоты нижней границы облаков, дающих ливневые осадки, находящиеся на расстоянии до 10 км от локатора, а также для определения верхней границы плотных облаков, дающих моросящие осадки. Второй канал используется для обнаружения ливней и гроз в радиусе до 300 км.

В радиолокаторе используется одна двухдиапазонная параболическая антенна с диаметром раскрыва 3 м. Диаграммы направленности антенны для обоих каналов симметричные и имеют ширину для первого канала 13', для второго канала 44'. Метеорологическая информация отображается на индикаторах кругового обзора «дальность -- высота» и «дальность -- амплитуда». Для выделения областей с наибольшей интенсивностью метеообразований, а также для измерения их интенсивности в состав приемного устройства РЛ введены блок ИЗО--ЭХО и измеритель мощности отраженных сигналов (ИМОС).

Станция МРЛ-2 в отличие от МРЛ-1 имеет только один канал трехсантиметрового диапазона, обеспечивающий дальность действия по кучево-дождевым облакам до 300 км. Все оборудование станции размещается в стационарном здании; антенное устройство устанавливается на крыше здания под радиопрозрачной сферической оболочкой, защищающей параболическое зеркало от атмосферных воздействий.

Станция МРЛ-5 является специализированным двухволновым радиолокатором градозащиты и штормооповещения с высокой метеорологической эффективностью. Один канал станции работает на волне 3,2 см, другой - на волне 10 см. По сравнению со станциями МРЛ-1 и МРЛ-2 этот радиолокатор обладает более высоким энергетическим потенциалом и более совершенной аппаратурой обработки и регистрации метеорологической информации.

Система подавления сигналов боковых лепестков

Уровень боковых лепестков диаграмм направленности антенн оказывает существенное влияние на технические и эксплуатационные характеристики РЛС. Это влияние проявляется в снижении помехозащищенности станции, увеличении потерь излучаемой энергии, уменьшении коэффициента направленного действия антенны, уменьшении дальности действия РЛС, ухудшении угловой разрешающей способности, увеличении взаимных помех от соседних радиотехнических устройств, возникновении ложных отметок целей и увеличении вероятности ложных срабатываний самолетных ответчиков при работе станции в активном режиме. Последнее обстоятельство является одним из важнейших факторов, определяющих состав, функциональные связи и технические характеристики аппаратуры наземных запросчиков и самолетных ответчиков активных радиолокационных систем. По этому применяются различные пути для подавления сигналов боковых лепестков.

Системы подавления сигналов боковых лепестков можно разделить на три класса: системы подавления по запросу (подавление осуществляется в передающем тракте РЛС), системы подавления по ответу (подавление осуществляется в приемном тракте РЛС) и смешанные системы.

Системы подавления боковых лепестков по запросу. Системы подавления сигналов боковых лепестков по запросу можно разделить на два вида: двухимпульсные и трехимпульсные.

При двухимпульсном подавлении наземный запросчик излучает импульсы Р1 и Р3. При трехимпульсном подавлении, кроме запросных импульсов Р1 и Р3, излучается также контрольный импульс Р2, отстающий от импульса Р1 на 2 мкс.

При двухимпульсном методе основная антенна излучает запросный импульс Р3, а антенна подавления -- запросный импульс Р1, который одновременно является контрольным.

При трехимпульсном методе подавления основная антенна излучает запросные импульсы Р1 и Р3, а антенна подавления контрольный импульс Р2.

Трехимпульсная система подавления имеет преимущество перед двухимпульсной, заключающееся в том, что для ее реализации не требуется иметь мощный передатчик, формирующий контрольный импульс. При двухимпульсной системе подавлению контрольный импульс одновременно выполняет роль запросного, и поэтому он должен быть па входе приемника ответчика соизмерим по величине с импульсом Р3. Поскольку антенна подавления в отличие от основной антенны имеет слабонаправленную диаграмму излучения, мощности передатчика подавления для выполнения этого условия должна быть намного больше мощности основного передатчика. Кроме того, трехимпульсная система подавления оказалась более помехоустйчивой.

В связи с этим организация IСАО отдает предпочтение трехимпульсной системе, но в то же время допускает применение двухимпульсных систем.

Двухимпульсная система подавления боковых лепестков. При двухимпульсном запросе основная антенна излучает запросный импульс Р3, а антенная подавления - контрольный импульс Р1 (рис. 1, а). Соотношение уровней излучаемых мощностей между импульсами будет определяться следующим образом:

- для основного направления (цель 1):

;

- для направления боковых лепестков (цель 2):

.

Запросные импульсы принимаются антенной самолетного ответчика и через антенный переключатель поступают на приемник.

Трехимпульсная система подавления боковых лепестков. Принцип действия трехимпульсвой системы подавления сигналов боковых лепестков во многом аналогичен принципу действия двухимпульсной системы, но имеются и существенные отличия. При трехимпульсной системе подавления основная антенна излучает сигналы Р1 и Р3, а дополнительная антенна контрольный сигнал Р2 (рис. 2).

Особенность этих сигналов заключается в том, что амплитуда контрольного импульса Р2 всегда меньше амплитуды запросных импульсов Р1 п Р3 в направлении главного лепестка основной антенны. Во всех остальных направлениях имеет место обратное соотношение.

Для повышения эффективности подавления сигналов боковых лепестков по запросу в некоторых случаях применяют более сложные схемы, предусматривающие формирование нескольких запретных импульсов, однако работа их в конечном итоге основывается, а тех же принципах, что и у описанных выше методов.

Сигналы подавления боковых лепестков по ответу. Большинство систем подавления боковых лепестков по ответу основано на использовании двух независимых каналов приема сигналов ответчика с последующим сравнением этих сигналов по какому-нибудь признаку. Во всех применяемых в настоящее время в ГА активных радиолокаторах в качестве такого признака принято соотношение амплитуд сигналов поступающих по основному и дополнительному каналам. Система подавления независимо от его технической реализации сравнивает это соотношение и автоматически принимает решение о принадлежности приходящих сигналов к СО, расположенном в направлении главного или боковых лепестков. ДН запросной антенны. К примеру, рассмотрим систему подавления сигналов боковых лепестков аэродромной РЛС, упрощенная структурная схема которой представлена на рис. 3.

На рис. 4. показано ДН антенны РЛС и эпюры напряжений сигналов в различных точках схемы наземного приемника ответных сигналов.

Сигналы СО одновременно принимаются двумя каналами - основным и контрольным. После преобразования, усиления и детектирования сигналы обоих каналов поступают на схему вычитания, где из сигналов основного канала вычитаются сигналы канала подавления.

Поскольку ДН антенны подавления охватывает боковые лепестки и не охватывает главный лепесток основной антенны, то после схемы вычитания разносный сигнал всегда будет положительным для целей, расположенных в направлении боковых лепестков, и отрицательной для целей расположенных в направлении боковых лепестков. Включенный после схемы вычитания ограничитель уничтожит отрицательные сигнал и пропустит на дешифратор только сигналы СО, расположенных в направлении главного лепестка запросной антенны.

Аппаратура первичной обработки информации

Важнейшей составной частью автоматизированных систем УВД является система сбора и обработки радиолокационной информации. В процессе обработки радиолокационной информации выполняются следующие операции :

- обнаружение полезных сигналов с помощью схемы логического обнаружителя и формирование радиолокационной отметки;

- определение пространственных координат целей по результатам одного обзора РЛС;

- определение траекторий целей, полученных в ряде последовательных обзоров РЛС, и их сопровождение;

- траекторные расчеты, включающие сглаживание и экстраполяцию параметров траекторий сопровождаемых целей;

- объединение информации от нескольких РЛС для целей, находящихся в области перекрытия их зон обзора.

Первая и вторая операции выполняется в течение каждого обзора РЛС и составляют содержание первичной обработки радиолокационной информации. Третья и четвертая операции выполняются на основе результатов первичной обработки и составляют содержание второго этапа - вторичной обработки. Пятая операция выполняется на третьем этапе обработки радиолокационной информации для нескольких РЛС, имеющих общую систему вторичной обработки.

Обычно принято классифицировать системы первичной обработки по степени участия в решении задач обработки человека-оператора на неавтоматизированные, автоматизированные и автоматические.

В неавтоматизированных системах все задачи первичной обработки решаются оператором при помощи индикатора. При этом за счет накопления сигналов в смежные периоды повторения импульсов РЛС вследствие суммирования яркости отметок создается возможность выделения на экране отметок целей.

В автоматизированных системах операции определения координат целей и их кодирование обычно выполняются автоматически с помощью устройства съема и кодирования координат.

В автоматической системе все задачи обработки выполняются автоматически, роль оператора в этом случае сводится к контролю за работой системы. В таких устройствах обработки обычно используются специализированные ЭВМ.

В автоматизированных системах обработки радиолокационной информации, логика работы обнаружителя сводится к возможности получения ответа на вопрос: имеются ли на входе приемного устройства полезный сигнал и помеха или только помеха. Для разделения сигнала и помехи в АПОИ используются их различия по амплитуде, длительности и протяженности по азимуту.

АПОИ производит проверку входной радиолокационной информации по этим критериям, отфильтровывая сначала все сигналы, амплитуда которых меньше определенного порогового уровня, затем все оставшиеся сигналы, которые не удовлетворяют критерию длительности импульсов, и, наконец, из оставшихся отфильтровывает сигналы, которые не имеют приемлемой протяженности по азимуту.

Оптимальный выбор критериев обработки (пороговых значений) производится с учетом следующих характеристик РЛС: длительности и частоты повторения импульсов, ширины диаграммы направленности и периода обзора, а также временного соотношения между импульсами в ответной посылке вторичного радиолокатора.

Критерий обнаружения по амплитуде. Пороговое значение видеосигнала задается в соответствии с определенным правилом изменения некоторого среднего уровня сигнала РЛС.

Этот усредненный сигнал формируется путем интегрирования во времени сигналов с выхода приемного устройства РЛС. В АПОИ обычно устанавливаются пороговый уровень помех и пороговый уровень шумов, которые используются для обработки видеосигналов на различных дальностях РЛС, причем изменение уровня помех происходит быстрее, чем изменение уровня шума.

Измерение уровня шумов производится на последнем участке радиолокационной развертки, где пассивные помехи малы. Установка порогового уровня шума, выполняемая схемой управления уровнем шума (УУШ), сводится к определению в конце каждой развертки числа сигналов, амплитуда которых выше текущего уровня шумов. Поскольку на этих дальностях амплитуда большинства сигналов соизмерима с уровнем шумов, то измеренные схемой УУШ сигналы представляют собой сигналы ложных тревог.

Критерий обнаружения по длительности. Эхо-сигнал цели должен иметь длительность, соизмеримую с длительностью зондирующих импульсов РЛС. В АПОИ имеется специальное устройство дискриминатор длительности импульсов, который отфильтровывает импульсы, длительность которых не укладывается в допустимые пределы.

Критерий обнаружения по азимутальной протяженности. Для проверки на протяженность по азимуту в АПОП просматривается последовательность эхо-сигналов, относящихся к одной дальности. При этом, если выполняется критерий обнаружения начала пачки, то схема обнаружения фиксирует начальный азимут , при выполнении критерия обнаружения конца пачки фиксируется конечный азимут , и одновременно определяется угловая протяженность отметки . Если , то цель считается обнаруженной. Значения могут быть изменены в зависимости от характеристик и условий работы РЛС.

Радиолокационные сигналы, обладающие наилучшими корреляционными свойствами

На ранних этапах развития радиотехники вопрос о выборе наилучших сигналов для тех или иных конкретных применений не был очень острым. Это обусловливалось, с одной стороны, относительно простой структурой передаваемых сообщений (телеграфные посылки, радиовещание); с другой практическая реализация сигналов сложной формы в комплексе с оборудованием для их кодирования, модуляции и обратного преобразования в сообщение оказывалось трудно осуществимой.

В настоящее время ситуация в корне изменилась. В современных радиоэлектронных комплексах выбор сигналов диктуется, прежде всего, не техническими удобствами их генерирования, преобразования и приема, а возможностью оптимального решения задач, предусмотренных при проектирования системы. Для того чтобы понять, как возникает потребность в сигналах со специально выбранными свойствами рассмотрим следующий пример.

Сравнение сигналов, сдвинутых во времени. Обратимся к упрощенной идее работы импульсного радиолокатора, предназначенного для измерения дальности до цели. Здесь информация об объекте измерения заложена в величине -задержке по времени между зондирующим и принятым сигналами. Формы зондирующего и принятого сигналов одинаковы при любых задержках. Структурная схема устройства обработки радиолокационных сигналов, предназначенного для измерения дальности, может выглядеть так, как это изображено на рис.1.

Система состоит из набора элементов, осуществляющих задержку «эталонного» передаваемого сигнала на некоторые фиксированные отрезки времени . Задержанные сигналы вместе с принятым сигналом подаются на устройства сравнения (УС), действующие в соответствии с принципом: сигнал на выходе появляется лишь при условии, что оба входных колебания являются «копиями» друг друга. Зная номер канала, в котором происходит указанное событие, можно измерить задержку, а значит и дальность до цели.

Подобное устройство будет работать тем точнее, чем в большей степени разняться друг от друга сигнал и его «копия», смещенная во времени.

Таким образом мы получили качественное представление о том какие сигналы можно считать «хорошими» для данного применения.

Перейдем к точной математической формулировке поставленной проблемы и покажем, что этот круг вопросов имеет непосредственное отношение к теории энергетических спектров сигналов.

Корреляционная функция сигнала. Корреляционная функция (КФ) показывает степень сходства между сигналом и его сдвинутой копией . КФ равна скалярному произведению сигнала и его сдвинутой копией :

. (1)

Для дискретного сигнала выражение (1) запишется как:

. (2)

График КФ представляет из себя симметричную кривую с центральным максимумом, который всегда положителен. При этом в зависимости от вида сигнала КФ может иметь как монотонно убывающий, так и колеблющийся характер.

Определим КФ последовательности прямоугольных видеоимпульсов.

В радиолокации широко используются сигналы, представляющие собой пачки из одинаковых по форме импульсов, следующих друг за другом через одинаковый интервал времени. Для обнаружения такой пачки, а также для измерения его параметров, например положения во времени, создают устройства, которые аппаратурным образом реализуют алгоритм вычисления КФ.

На рис.2,а изображена пачка, состоящая из трех одинаковых видеоимпульсов прямоугольной формы. Здесь же представлена ее корреляционная функция, вычисленная по формуле (1).

Хорошо видно, что максимум КФ достигается при . Однако если задержка оказывается кратной периоду последовательности (при в нашем случае), наблюдаются побочные лепестки КФ, сравнимые по высоте с главным лепестком. Поэтому можно говорить об известном несовершенстве корреляционной структуры данного сигнала.

Моноимпульсная радиолокация

В одноканальных радиолокационных пеленгаторах для точного автоматического определения направления на радиолокационную цель используются методы так называемого конического (плоскостного) сканирования. Характерным для данного метода является то, что направление на отражающий объект определяется сравнением сигналов последовательно поступающих в приемный канал РЛС в процессе сканирования, а угловая информация о радиолокационной цели формируется в виде амплитудной модуляции принимаемых сигналов. При этом глубина модуляции определяет величину сигнала ошибки, а фаза - направление рассогласования оси антенны по отношению к направлению на пеленгуемую цель.

Модуляционный метод формирования сигнала угловой ошибки требует приема последовательности отраженных импульсов, что делает его весьма чувствительным к возможным флуктуациям амплитуды принимаемых сигналов. Это является наиболее существенным недостатком одноканального метода радиолокационного пеленгования, использующего коническое (плоскостное) и линейное сканирование луча.

В этой связи в конструируемых в настоящее время обзорных РЛС все более широкое распространение получает так называемый моноимпульсный метод радиолокационной пеленгации отражающих объектов, при котором отраженный импульс несет в себе полную информацию об их угловом положении.

Очевидно, что для технической реализации моноимпульсной пеленгации необходим многоканальный прием отраженных от радиолокационной цели сигналов, которые, в этом случае, одновременно поступают в два независимых приемных канала по каждой координатной плоскости пеленгации (два канала в азимутальной и два - в угломестной плоскости). Ввиду того, что в подобных многоимпульсных системах процесс пеленгования осуществляется по одному импульсу и, при этом, используется два независимых канала приема в каждой координатной плоскости, отмеченные выше амплитудные флуктуации отраженного сигнала уже не оказывают заметного влияния на точность измерения угловых координат.

В зависимости от характера извлечения угловой информации о цели из принимаемых радиоимпульсов различают три основных способа определения координат радиолокационной цели в моноимпульсных системах:

- амплитудный;

- фазовый;

- комплексный.

В моноимпульсных системах с амплитудной пеленгацией для определения угловой координаты в одной плоскости формируется две перекрещивающиеся ДН антенны, разнесенные на углы (_о) от равносигнального направления (рис.1).

При отклонении цели (РЦ) на угол «» от равносигнального направления (РСН), сигнал, принятый по нижней ДН больше сигнала, принятого по верхней ДН. Разность амплитуд принятых сигналов и определяет угол отклонения радиолокационной цели от РСН, причем знак этой разности характеризует направление смещения РСН относительно отражающего объекта. В случае, если РСН совмещено с РЦ, амплитуды отраженных сигналов, принятых по обеим ДН равны, а значит, их разность обращается в нуль. Напряжение на выходе приемника при этом определяется как:

.

Здесь - характеристика направленности для одного лепестка, - значение напряжения в направлении максимума для одного лепестка.

В моноимпульсных РЛС с фазовой пеленгацией радиолокационной цели, направление на нее в одной координатной плоскости определяется путем сравнения фаз сигналов, принимаемых двумя антеннами.

В дальней зоне каждая антенна облучает один и тот же объем пространства, в результате чего исходящие от точечной радиолокационной цели отраженные сигналы практически идентичны по амплитуде, но различаются по фазе. На рис.2 приведена диаграмма процесса сравнения фаз отраженных от радиолокационной цели импульсов в моноимпульсной системе, имеющей две антенны, отстоящие друг от друга на расстояние «l».

Из рисунка видно, что здесь имеет место пространственный сдвиг фазы , которое и позволяет получить следующее аналитическое выражение для искомой разности фраз:

,

где - длина волны несущего колебания.

Другими словами, измеряя величину ?, можно, согласно выражению:

определить значение угловой координаты «».

В моноимпульсных РНС, функционирующих на основе комплексного (амплитудно-фазового) метода пеленгования, угловые координаты воздушного судна определяются путем сравнения амплитуд и фаз сигналов, принимаемых двумя антеннами.

Радиолокационный комплекс «Иртыш»

Радиолокационный комплекс «Иртыш» предназначен для определения координат ВС и получения дополнительной информации при работе с ВС, имеющий бортовой ответчик. В его состав входят первичная РЛС «Нарва» и встроенный вторичный радиолокатор «Корень АС». При переходе с основной антенны кругового обзора на резервную работает только РЛС «Нарва». Питание осуществляется от трехфазной сети переменного тока с напряжением 220/380 В и частотой 50 Гц или от резервного источника питания через преобразователь ВПЛ-30, позволяющий получить напряжение 220 В с частотой 400 Гц. Антенна ВРЛ «Корен» устанавливается на основной антенне РЛС «Нарва».

Основные тактико-технические характеристики радиолокационного комплекса «Иртыш»

Дальность действия при высотах полета, км:

1200 м..................................................................................3-80

6000 м..............................................................................13-125

10 000 м............................................................................18-150

Средняя наработка на отказ, ч....................................................500

Среднее время на восстановление, мин.......................................50

Темп обзора, с...................................................................................6

Частота излучаемых колебаний, МГц...............................835-1030

Поляризация сигнала:

«Нарва».............................................................горизонтально

ВРЛ.......................................................................вертикально

Радиолокационный комплекс RSM-970S. Основные технические показатели РЛК.

РЛК «RSM-970S» имеет следующие технические характеристики:

Основные технические характеристики ОРЛ RSM-970S:

Диапазон частот;

Первичный радар…………………………………….2700-2900 МГц

Вторичный радар……………………………………….1030-1090 МГц

Частота передачи …………………………………….…1030 МГц

Частота приема…………………………………...……..1090 МГц

Характеристики антенны:

Общая высота (включая высоту стойки держателя)…………...………..2,3 м

Высота излучателя…………………………………..……..1,7 м

Ширина излучателя………………………………..…………8,5 м

Толщина излучателя……………………………………………………1 м

Общий вес антенной установки (антенна, вращающий механизм, стойка держателя, привод)……………………… …………...………1750 кг

Чувствительность антенны…………………………………..27 дБ

Ширина центрального луча………………………………………...2,4

Передаваемая мощность в импульсе………………………...2570 Вт

Электрические характеристики:

Напряжение питания(3 фазное)………………………...230 В/400 В

Частота сети………………………….50 Гц

Мощность рассеивания……………………….3,2 кВт

Потребляемая мощность (включая антенну)………… ……11,4 кВт

Описание РЛК «RSM-970S»

RSM-970S представляет собой моноимпульсную вспомогательную радиолокационную станцию. Оборудование радиолокатора включает в себя антенную систему, шкаф питания АЕ.2000, шкаф управления антенной установкой АА.2000 и систему бесперебойного питания UPS, обеспечивающего 1,5 часа стабильной работы системы при отключении основной сети напряжения (при подключенной внешней сети UPS играет роль стабилизатора напряжения).

Структурная схема RSM-970S представлена на рис.12.2.

Антенна включает 36 излучательных колонок: 35 фронтальных и 1 задняя. Каждая колонка состоит из 11 диполей с вертикальной поляризацией. Антенна излучает в пространство два канала: канал суммы и канал контроля , а принимает три канала: суммы , контроля и канал .

- входной процессор -Lines.-Lines модули используются как функции RP передачи данных между радарным процессором и АТСС через модемы. Два модуля -Lines используются в радарной системе;

- приемник усиливает и обрабатывает ответы от ответчиков, полученные от антенны , чтобы поставить эти данные необходимые для работы вторичного экстрактора;

- контроллер приемника запроса IR-2000 (IRC) исполняет роль интерфейса между частью запросчика и RPC;

- процессор ответа и коррелятор RPC-2000 анализирует ответы через процессор извлечения, чтобы вывести данные как коды, и вычисляет наборы данных известные как PLOTS о самолетах. RPC также включает коррелятор отвечающий за процесс прослеживания.

Рис.2.12.1.



Рис.2.12.2. Структурная схема р/л RSM-970S.

Аэродромный радиолокационный комплекс «Star 2000»

Основные технические показатели РЛК.

А-РЛК «Star 2000» имеет следующие технические характеристики:

- Частота несущих колебаний- 2,72,9ГГц;

- Минимальная дальность- 0,25км;

- Рабочая дальность- 80км;

- Пиковая мощность- 20кВт;

- Антенна:

- усиление- 34дБ;

- поляризация - линейная/круговая;

- скорость вращения- 12- 15об/мин;

- разрешающая способность - 230м, 23.

Описание А-РЛК «Star 2000»

А-РЛК «Star 2000»- является моноимпульсным РЛК сантиметрового диапазона (). В РЛК имеется два канала:

- самолетный канал;

- погодный канал.

Вся система зарезервирована 100%-ным горячим резервом. Скорость вращения антенны составляет 15об/мин. За один полный оборот антенны происходит 178 излучений пачки зондирующих сигналов.

Для увеличения разрешающей способности РЛК по дальности, дальность действия разделена на три зоны (I зона, II зона, III зона). Для каждой зоны применяется своя последовательность импульсов различной по дальности, частоте модуляции.

В РЛК используются 2 вида импульсов:

- короткие импульсы, длительность которых составляет 1 мкс и отсутствует модуляция;

- длинные импульсы, длительность которых составляет 75 мкс и имеет место модуляция.

В нижеприведенном рисунке изображены эпюры импульсов используемых соответственно для: ближней (I зона), средней (II зона) и дальней (III зона) зоны.

В ближней зоне пачка импульсов состоит из 16 коротких импульсов (рис.12.1 , а). В средней зоне используются 8 пар импульсов: 8 длинных модулированных и 8 коротких (рис.12.1., б).

В дальней зоне излучаются пачки состоящие из 10 длинных импульсов (рис.12.1 , в).