Радиотехническое оборудование аэродромов

2. Метеолокатор «Гроза-86»

Самолетная радиолокационная станция "Гроза-86" представляем собой метеорологический радиолокатор, предназначенный для обнаружения гидрометеообразований, опасных для прохождения самолета, а также для наблюдения на экране электроннолучевого индикатора радиолокационного изображения местности, лежащей перед самолетом.

Кроме того, локатор дает возможность: определять координаты радиолокационных ориентиров (курсовой угол и дальность) и по ним судить о месте нахождения самолета; предупреждать столкновения с другими самолетами и с горными вершинами; определять грозовые зоны, опасные для пролета самолета; совершать полет по радиолокационным ориентирам, как по приводным радиостанциям; обнаруживать аэродромы посадки и определять направление взлетно-посадочных полос; определять угол сноса и путевую скорость самолета.

Основные технические данные:

1) Дальность обнаружения при высоте полета 7 км

- зон грозовой облачности 200 км,

- особо крупных промышленных центров 350 км,

- незастроенной местности и водоемов 170 км,

- горных массивов и отдельных вершин 150 км;

2) Рабочая частота 9370±30 МГц

3) Мощность в импульсе 9 кВт;

4) Частота повторения импульсов 400 Гц;

5) Длительность импульсов 3,5 мкс;

6) Диаграмма направленности антенны:

- узкий луч, угол раствора 30;

- веерный луч, (вертикальная плоскость) 300;

7) Сектор азимутального обзора ± l000;

8) Пределы углов, при которых обеспечивается стабилизация плоскости обзора;

- по углу крена ± 150;

- по углу тангажа ± 50;

9) Чувствительность приемника 130 дБ/Вт;

10) Полоса пропускания приемника 1,8 + 2,0 МГц;

11) Промежуточная частота 30 МГц;

12) Масштабы разверток дальности:

0-30 км, метки через 10 км,

0-50 км, метки через 10 км,

0 - 125 км, метка через 25 км,

0 - 250 км, метки через 50 км,

200 - 375 км, метки через 50 км;

13) Режимы работы: "Готовность", "Земля", "Метео", "Контур", "Снос";

14) Максимальная ошибка определения угла сноси 1,50;

15) Суммарная масса блоков 45 кг;

16) Потребляемая мощность:

- сеть 115 в, 400 Гц 390 ВА,

- сеть 36 в, 4UO Гц 17 ВА,

- сеть 27 в, постоянный ток 80 ВА.

Принцип работы

РЛС "Гроза-86" является импульсным радиолокатором сантиметрового диапазона, способным решать различные навигационные задачи. Принцип работы состоит в направленном излучении мощных радиоимпульсов, приема и усиления, отраженных от наземных или воздушных объектов сигналов и их яркостной индикации на электронно-лучевой трубке. Измерение угла сноса основано на использовании эффекта вторичных доплеровских частот.

При совместной работе РЛС с бортовым навигационным вычислителем на экране формируется электронное перекрестие, соответствующее ожидаемым координатам радиолокационного ориентира, введенным в вычислитель. При совпадении отметки от ориентира с перекрестием производится коррекция показаний навигационного вычислителя по данным измерений на РЛС "Гроза-86".

В локаторе предусмотрено пять режимов работы: "Готовность", "Земля", "Метео", "Контур", "Снос".

Режим "Готовность"

При нажатии клавиши "РЛС" на пульте через четыре минуты локатор готов к работе, но передатчик, приемник и антенна не работают.

Режим "Земля"

В этом режиме осуществляется обзор земной поверхности при различной максимальной дальности. На дальностях до 30, 50 и 125 км используется веерная диаграмма направленности. На дальности до 250 км диаграмма используется поочередно: веерная при движении антенны по часовой стрелке и узкая - при обратном движении. Узкая диаграмма дополняет веерную, что увеличивает дальность действия РЛС. На дальностях 200 - 375 км используется узкая диаграмма.

При высоте полета 7 км нижний край узкого луча падает на землю на расстоянии 200 км от самолета. На дальностях с масштабом 30 км включается схема ВАРУ, ослабляющая влияние боковых лепестков и исключающая засветку экрана сильными сигналами от близких ориентиров.

Для повышения контрастности изображения схема видеоусилителя изменяется так, что изображение становится трех - тоновым:

- темный тон- сигнал на выходе отсутствует (отраженна от гладкой водной поверхности); экран не светится или слегка освещен шумами приемника;

- светлый тон - экран освещается за счет слабых сигналов, возникающих при отражениях от незастроенной местности; экран почти весь слегка равномерно освещен;

- яркий тон - на экране на фоне местности появляются яркие отметки, возникающие при отражении от радиолокационных ориентиров (города, железнодорожные узлы, корабли, мосты и пр.). С помощью ручки управления "Контраст" можно выделить только сильные сигналы или более слабые.

Режим "Метео"

Режим предназначен для обнаружения различных гидрообразований в атмосфере, грозовых фронтов, и т.п. Кроме этого, он используется для определения достаточности превышения самолета над горными вершинами и для обнаружения других самолетов, находящихся на том же эшелоне.

В режиме "Метео" на всех масштабах дальности используется узкая диаграмма направленности антенны, которая охватывает по вертикали на расстоянии 10 км от самолета-700 м; 30 км от самолета - 2100 м; 50 км от самолёта - 3500 м.

На экране, ближе к центру, располагаются зоны облачности, находящиеся вблизи самолета. Чем больше плотность облачности, тем больше турбулентность движения частиц в ней, тем больше коэффициент отражения и тем ярче изображается эта облачность на экране. В режиме "Метео" просматривается вся метеорологическая обстановка на эшелоне полета, а при наклоне антенны вниз или вверх на несколько градусов можно выбрать наиболее безопасный эшелон движения.

Горные вершины просматриваются на экране в виде ярких отметок, за которыми располагаются тени, возникающие вследствие того, что участки местности, лежащие за вершиной, оказываются экранированными и не облучаются. По мере приближения самолета к горной вершине ее изображение перемещается к центру экрана, размеры отметки уменьшаются и яркость ослабляется. Если превышение самолета над вершиной составляет более 600 м, то, не доходя до первого десятикилометрового кольца дальности, отметка от вершины исчезает, (отражатель выходит из диаграммы). Это является признаком безопасности полета. Если же превышение самолета над вершиной недостаточно для безопасного полета, то отметка от вершины будет просматриваться и на меньших расстояниях, и экипаж должен предпринять обходной маневр.

Обнаружение других самолетов из-за малой эффективной отражающей поверхности (особенно на встречных курсах) производится только на расстояниях 10-15 км.

Чтобы исключить ослабление отметок от самолетов и горных вершин под действием сигналов ВАРУ, схема ВАРУ в данном режиме не работает.

Режим "Контур"

Режим предназначен для выделения зон облачности, опасных для прохождения самолета. Возможность выделения опасных зон основана на том, что интенсивность сигнала, отраженного от них, значительно больше, чем интенсивность сигнала, отраженного от неопасных зон. Используемый метод выделения опасных зон называется методом контурной индикации. В схеме видеоусилителя сильные сигналы, полученные от опасных зон наблюдаемого пространства, подавляются. В соответствующем месте экрана появляются темные области, контрастно выделяющиеся на светлом фоне, образованном отражениями от неопасных зон.

В режиме "Контур" используется только узкая диаграмма направленности, работает схема ВАРУ, которая исключает возможность ошибочной оценки неопасной, но близко расположенной облачности, дающей сильный сигнал, воспринимаемый так же, как от опасной облачности. Регулятор "Контрастность" при выделении зон из схемы видеоусилителя отключается. Никакие регулировки в режиме "Контур" не производятся.

Режим "Снос"

Режим позволяет определять угол сноса самолета. Для этого применяется метод наблюдения на экране индикатора колебаний вторичных доплеровских частот. Колебания этих частот образуются в результате биений частот доплеровского спектра, получаемого при отражении радиоволн от поверхности значительных размеров. Вследствие амплитудной модуляции отраженного сигнала спектром вторичных доплеровских частот на линии развертки получаются яркостные блестки. Метод основан на том, что при совпадении азимутального направления диаграммы антенны с направлением линии фактического пути самолета вторичная доплеровская частота оказывается минимальной и соизмеримой с частотой развертки. Поэтому блестки хорошо наблюдаются при этом на экране.

Если направление антенны не совпадает с направлением вектора путевой скорости, то для случая, земля облучается в пределах дуги а, б, в. Составлявшие вектора путевой скорости в направлении этих точек будут различны. Соответственно различными оказываются и доплеровские частоты Fg (a), Fg (б) и Fg (в). Между ними возникают биения, детектор выделяет колебания разностной - вторичной доплеровской частоты Fg (а, б, в). Это напряжение после усиления вместе с сигналом изображения вызывает яркостную модуляцию линии развертка. Однако при наличии указанного выше несовпадения величина Fg (а, б, в) велика, и глаз не обнаруживает мелькания яркости.

Если поворачивать антенну до тех пор, пока диаграмма направленности расположится симметрично относительно вектора путевой скорости, то составляющие путевой скорости (скорости сближения с точками Г и Е) будут равны. Вторичные доплеровские частоты в этом случае имеет минимальное значение. При этом частота и скорость движения блесток на линии развертки также становятся минимальными.

Таким образом, по минимуму вторичных доплеровских частот определяется направление вектора путевой скорости, а угол, на который при этом пришлось отвернуть антенну от продольной оси самолета (от линии курса), и есть угол сноса. Угол сноса отсчитывается по азимутальной шкале индикатора направления антенны.

В режиме "Снос" на масштабах дальностей до 30, 50 и 125 км используется веерная диаграмма направленности, что обеспечивает наблюдение блесток по всей линии развертки дальности.

Скорость поворота антенны регулируется потенциометром, связанным с ручкой "Контраст", однако потенциометр "Контраст" из схемы видеоусилителя отключается. Ручное управление поворотом антенны включается при помощи нажимных клавишей.

3. Расчёт максимальной дальности действия по энергетике радиолинии

Дано:

РСП «РП-4Г» (канал курса) - ВС уц = 20 м2

Назначение радиолинии: измерение координат

Рассчитаем максимальную дальность радиолинии:

В нашем случае радиолиния используется для радиолокации по точечному объекту.

Возьмем известные данные для РСП «РП-4Г»:

мощность в импульсе Ри = 150 Вт

длительность импульса фИ = 0,5 с

длина волны излучаемых колебаний л = 0,032 м.

При функционировании систем радиолокации предполагается, что объекты радиолокационного наблюдения, воздушные суда (ВС), имеют геометрические размеры гораздо меньше, чем объём пространства, занимаемый радиосигналом в некоторый момент времени, поэтому их можно считать точечными.

Рисунок 1 - Радиолиния радиолокационного наблюдения

Дальность действия радиолокационных систем зависит от излучаемой мощности, направленных свойств антенны, чувствительности приёмника, отражающих свойств ВС (рис. 1).

Для такой радиолокации максимальная дальность определяется по формуле:

(1)

Эту зависимость часто называют основным уравнением радиолокации, которое связывает основные технические параметры приёмопередающей аппаратуры и отражающие свойства объекта с эксплуатационными показателями. Из выражения (1) видно, что энергетика радиолинии при локации по точечному объекту обратно пропорциональна четвёртой степени расстояния. Это означает, что для ощутимого увеличения дальности необходимо значительное увеличение мощности излучения, коэффициента усиления антенны, ЭПР или улучшение чувствительности приёмника.

Поскольку функционирование радиолокационных систем осуществляется преимущественно в диапазонах УВЧ и СВЧ, то распространение радиоволн происходит практически прямолинейно, т. е. в пределах прямой видимости. Кроме того, излучение и приём импульсных радиосигналов осуществляется, как правило, одной и той же направленной приёмопередающей антенной.

Для проведения расчётов должны быть известны мощность высокочастотного импульсного излучения (PИ), длительность радиоимпульсов (фИ), рабочая длина волны (л) (или частота (f)), параметры антенной системы (коэффициент усиления (G), или коэффициент направленного действия).

Если заданы значения ширины диаграммы направленности антенны в горизонтальной (иб) и вертикальной (ив) плоскостях, то связь этих параметров с коэффициентом усиления определяется формулой:

(2)

В зависимости от назначения радиолокатора типовая величина ширины диаграммы направленности в горизонтальной плоскости составляет порядка иб = 2…4°, а в вертикальной плоскости обычно ив = 30…45° (см. рис. 1). Для расчета возьмем средние значения иб = 3°, ив = 37°.

Коэффициент шума (kШ) характеризует шумовые свойства приёмника и показывает, во сколько раз реальный приёмник ухудшает отношение мощности сигнала к мощности шума на выходе по сравнению с отношением сигнал/ шум на его входе.

Чем ближе kШ к 1, тем чувствительнее приёмник, т. е. способнее принимать более слабые сигналы. Хорошие приёмники имеют коэффициент шума, равный 2…3 раза. Типовые значения kШ реальных приёмников составляют порядка 6…12 раз. Возьмем kШ равным 9.

Коэффициент различимости (kР), с одной стороны, учитывает потери в устройствах обработки сигнала, с другой - эффект накопления принимаемых сигналов, но для простоты расчётов можно принять его равным 10.

kБ постоянная Больцмана, Дж/К (kБ = 1,38 · 10?23)

T0 абсолютная температура, соответствующая уровню шумов приёмника (T0 = 290 K);

Подставляя в формулу (1) все данные получим:

Rmax = 111,976 км.

Список использованных источников

радиолокатор аэродром самолетный

1. Радиотехническое оборудование аэродромов: метод. указания по выполнению контрольной работы «Расчёт дальности радиолиний»/ сост. С. Н. Тарасов. - Ульяновск: УВАУ ГА(И), 2013. - 27 с.

2. Наземные радиоэлектронные средства обеспечения полётов воздушных судов: учеб. пособие/ А. С. Лушников, С. Н. Тарасов. - 2-е изд., испр. - Ульяновск: УВАУ ГА (И), 2012. - 49 с.

3. Электронный ресурс: https://otherreferats.allbest.ru/radio/00219475_0.html

4. Электронный ресурс: https://studfiles.net/preview/3315737/page:2/

Размещено на Allbest.ru