книги / Физические основы получения информации
..pdfСтанция обеспечивает обзор пространства в передней по лусфере на десятки километров в пределах углов ±(75°-110°) по азимуту и более. Качание антенны относительно продольной оси самолета осуществляется с частотой до 1 Гц. Диаграмма направленности представляет собой по форме плоский ножеоб разный луч.
Наибольшее распространение получили многофункцио нальные самолетные РСПН и метеонавигационная МРЛС «Гро за», устанавливаемая практически на пассажирских самолетах всех типов.
Антенный блок РЛС устанавливают в карданов подвес и стабилизируют в плоскости горизонта (по крену и тангажу) с помощью гировертикали.
Модулятор формирует импульсы запуска станции, кото рые подаются на усилитель мощности передатчика. Мощные СВЧ радиоимпульсы, совпадающие по частоте и длительности с импульсами модулятора, по волноводу передатчика через ан тенный переключатель поступают в антенну. Антенный пере ключатель на момент излучения радиоимпульсов автоматически подключает антенну к передатчику, после чего переключает ее на прием отраженных сигналов. Отраженный импульс с антен ны через антенный переключатель поступает на вход маломощ ного усилителя высокой радиочатоты. В смесителе сигналов снижается несущая частота, сигнал промежуточной частоты усиливается в УПЧ. Детектор служит для преобразования ра диоимпульсов, поступающих с выхода УПЧ, в видеоимпульсы, форма которых совпадает с формой огибающей радиоимпульсов и, следовательно, с формой сигналов генератора импульсов. Видеоимпульсы усиливаются в видеоусилителе до уровня, не обходимого для нормальной работы ЭЛТ, затем воспроизво дятся на экране индикатора с длительным послесвечением в ви де яркостных отметок.
Координация работы всех элементов станции во времени осуществляется импульсами синхронизации. Развертка луча на экране индикаторной ЭЛТ начинается одновременно с СВЧ им пульсами передатчика. Линии развертки перемещаются по эк рану синхронно с качанием антенны по азимуту. Так как ан тенна поворачивается относительно медленно, то каждая после
81
дующая развертка примыкает к предыдущей, благодаря этому на экране формируется сплошное радиолокационное изображе ние в системе координат «дальность - азимут».
Для определения этих координат импульсы синхрониза ции запускают также устройство генерации меток азимута и дальности.
Метки дальности (МД) и азимута (МА) поступают на уси литель и смеситель, а с его выхода - на управляющий электрод ЭЛТ. На развертке появляется ряд концентрических дуг окруж ностей и радиусов повышенной яркости, формирующих на эк ране координатную сетку. ДН в режиме обнаружения препятст вий представляет собой узкий луч, а для работы с наземным ра диолокационным маяком - веерный луч. Расширение ДН осу ществляется выдвижением полоски антенны с помощью элек тродвигателя.
4.1.2. Радиолокационная станция бокового обзора
РЛС имеют одну или две протяженные синфазные антен ны, вытянутые вдоль фюзеляжа и выполненные в виде много
элементной линейной |
решетки |
||
излучателей, |
например волно |
||
водно-щелевых. Так как антен |
|||
ны имеют большой размер, то |
|||
они |
создают |
остронаправлен |
|
ные |
веерные |
лучи, |
располо |
женные по одну и другую сто |
|||
роны фюзеляжа. Обычно плос |
|||
кость |
лучей |
перпендикулярна |
|
Рис. 4.3. Схема бокового обзора продольной |
оси |
самолета |
(рис. 4.3).
Панорамное изображение местности получается вследст вие последовательного облучения узких полосок земной по верхности, перпендикулярных движению самолета. Индикация производится следующим образом. Выходные сигналы прием ника после их усиления вызывают яркостные отметки на линии развертки дальности ЭЛТ. С экрана трубки изображение проек тируется на фотопленку, которая перематывается со скоростью,
82
пропорциональной путевой скорости самолета. На пленке полу чается радиолокационное изображение местности, охватывае мое лучами антенн во время полета самолета.
Так как раскрыв антенны у РЛС бокового обзора можно сделать в несколько раз больше (до 10-15 м), чем у РЛС круго вого обзора, то повышается разрешающая способность по углам (до 10-20'), но этого еще не достаточно. Достижение требуемой разрешающей способности стало возможным при внедрении ко герентной обработки сигналов методом синтезирования раскрыва антенны.
Когерентные РЛС бокового обзора должны иметь боль шое число излучателей - элементов, которые разнесены по большой длине раскрыва, а принимаемые ими сигналы должны суммироваться по определенному закону с учетом фазовых сдвигов. Однако нет принципиальной необходимости прини мать сигналы одновременно на все элементы антенной решетки. Можно принимать сигналы только на один элемент, но этот элемент перемещать в пространстве вдоль выбранного раскрыва так, чтобы п последовательно занимаемых положений в сово купности образовали антенную решетку из п элементов. Прини маемые последовательно во времени сигналы необходимо запо минать как по амплитуде, так и по фазе, и после получения по следнего сигнала из места п все сигналы следует синхронно сложить. Общий полученный сигнал обладает свойствами, соот ветствующими свойствам сигнала, принятого реальной антен ной с большим раскрывом L и малой шириной луча. Такие ан тенны называют антеннами с синтезированным раскрывом, рав ным по величине отрезку траектории полета самолета L = Vt, где V - путевая скорость самолета, / - время принятия антенной сиг нала во всех п точках.
Самолет-носитель РЛС должен в течение этого времени перемещаться строго прямолинейно и с неизменной скоростью. Эффективная ДН имеет весьма узкий лепесток с шириной 0.ф = X /L , где А .-длина волны.
Для запоминания всех п сигналов могут быть применены линии задержки, накопительные потенциалоскопические труб ки, магнитные ленты или цифровые элементы. Сама РЛС обяза
83
тельно должна быть когерентной, чтобы обеспечивать в каждый момент необходимые фазовые соотношения. Индикация инфор мации может осуществляться так же, как и в некогерентных РЛС бокового обзора.
Разрешающая способность у РЛС бокового обзора с вдольфюзеляжными антеннами в 8-10 раз лучше, чем у пано рамных РЛС.
4.1.3.Радиолокационная станция бокового обзора
ссинтезированной апертурой
Скорость сближения Vc6n точки облучаемой поверхности (рис. 4.4) приводит к изменению частоты отраженного сигнала.
Изменение частоты опре деляется доплеровским смеще нием
|
г |
_ |
f |
2V |
|
2V |
|
|
^*сбл _ |
^ксбл . |
|||||
|
г 1) ~~ /о |
с |
~ |
« |
> |
||
|
|
|
|
|
х„ |
|
|
Рис. 4.4. Облучение |
^сбЛ=V |
s\nQ = V 0 ; |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
поверхности |
„ |
|
2VQ г |
|
|
2VQ |
|
|
“ |
|
~ |
||||
|
t Oт.ч |
л |
’ ' ‘/ L |
л |
|||
./max /о ^ |
2VQ |
fo |
2VQ |
|
|
|
|
■fmm |
|
|
|
|
|
Принимаемый частотно-модулированный сигнал имеет девиацию частоты (рис. 4.5)
д , |
, |
, |
4F0 |
•' |
J max |
/inin |
л |
|
|
|
Ли |
Время облучения точки (цели)
_ S _ £>-2sin0 __ 2D0
обл _ V ~ |
V £ V ’ |
84
где S - линейная ширина диаграммы направленности V на рас стояние D от РЛС до цели.
При оптимальной согласованной обработке такой импульс может быть сжат. На выходе сжимающего фильтра предельное
Рис. 4.5. Изменение частоты сигнала
разрешение по времени составляет тсж - d Kl 2V , при этом раз решение по направлению полета - расстояние
=<*л' 2,
где - продольный размер антенны.
РЛС с синтезированием апертуры получили широкое применение. Они обеспечивают разрешение 3-5 метров на рас стоянии 80-100 км.
Радиолокационные станции бокового обзора применяются для картографирования и радиолокационной разведки.
4.2. Радиолокационные системы посадки
Радиолокационные системы посадки (РЛСП) предназна чены для наземного контроля за выдерживанием самолетом курса и глиссады при заходе на посадку и управления полетом в зоне аэродрома.
РЛСП работает в трехсантиметровом диапазоне радио волн, охватывая сектор по азимуту 20° и по углу места от 0 до 7° Дальность действия РЛСП составляет не менее 17 км.
Принцип действия РЛСП аналогичен принципу действия обзорных ПРЛС.
85
Положение самолета относительно линии пла нирования и ВПП опреде ляется с помощью поса дочного радиолокатора (ПРЛ), установленного на аэродроме. Его устанавли
вают приблизительно на расстоянии половины ВПП в 120-180 метрах от ее оси (рис. 4.6).
Зону обзора ПРЛ выбирают таким образом, чтобы захва тить точку касания самолетом ВПП и перекрыть сектор про странства не менее чем ±10° от ВПП в горизонтальной плоско сти и от 0 до 7° в вертикальной плоскости. Для определения ме стоположения самолета достаточно измерить три его координа ты: наклонную дальность DHрасстояние от РЛС до объекта; азимут - угол в горизонтальной плоскости между направлением
на север |
и проекцией |
DH на горизонтальную плоскость; угол |
места - |
угол между |
направлением на объект и плоскостью |
горизонта.
Измерение угловых координат осуществляется угловыми перемещениями диаграмм направленности антенн РЛС в гори зонтальной и вертикальной плоскостях. Такое перемещение мо жет производиться как вращением всей антенной системы, так и сканированием ее диаграммы направленности относительно не подвижного рефлектора.
Посадка осуществляется по командам с земли, которые подаются экипажу по каналу командной радиосвязи.
В состав радиолокационной системы посадки входят: ПРЛ, диспетчерский радиолокатор (ДРЛ) и средства УКВ ра диосвязи, а также автоматический радиолокатор.
4.2.1. Диспетчерский радиолокатор
ДРЛ предназначен для контроля за местоположением са молетов в радиусе 150 км, их опознавания и ввода в зону дейст вия посадочного радиолокатора.
Он представляет собой импульсную РЛС кругового обзо ра, работающую в дециметровом диапазоне волн. В качестве
86
индикатора используется ЭЛТ с радиально-круговой разверткой и яркостной индикацией цели. В режиме работы с пассивным объектом ДРЛ излучает одиночные зондирующие импульсы длительностью 2 мкс с частотой повторения 550 Гц.
Импульсные РЛС кругового обзора позволяют обнаружи вать цели и определять дальность D и азимут а в пределах зоны обзора, ограниченной максимальной дальностью и шириной ДНА в вертикальной плоскости.
По азимуту ДНА вращается с постоянной скоростью, осуществляя за время одного оборота круговой обзор. Прини маемые отраженные импульсы воспроизводятся на экране ЭЛТ индикатора кругового обзора, развертка которого вращается синхронно с ДНА.
Момент излучения зондирующего импульса антенной со ответствует началу линии развертки дальности, а ее азимуталь ное положение совпадает с положением оси ДНА. Отраженный от цели сигнал после усиления и детектирования в приемнике РЛС модулирует луч ЭЛТ по яркости, подсвечивая точку раз вертки, соответствующую положению цели. Отраженные сигна лы будут приниматься, пока цель остается в пределах ширины а а ДНА по азимуту. Таким образом, протяженность отметки на экране ИКО по азимуту определяется шириной ДНА (если раз меры цели малы и ее можно считать точечной), а протяженность по дальности (вдоль линии развертки) - длительностью прини маемого сигнала. Обычно отметки целей на экране имеют вид ярких дужек, вытянутых по азимуту. Протяженность отметок целей непосредственно связана с разрешающей способностью РЛС по дальности и по азимуту (угловая разрешающая спо собность).
Вращение ДНА осуществляется блоком управления антен ны, которым обычно является электродвигатель с редуктором.
Для измерения дальности полета на экране индикатора формируются метки дальности в виде колец, расстояние между которыми зависит от периода повторения импульсов масштаба, формируемых схемой электронных меток. Здесь же формиру ются метки азимута в виде импульсов, подсвечивающих более яркую развертку через заданные интервалы по азимуту.
87
Видеоимпульсы приемника с помощью устройства пер вичной обработки информации отделяются от помех и после преобразования в цифровую форму кодирующим устройством (КУ) передаются в БЦВМ для вторичной обработки, заключаю щейся в построении траекторий движения целей.
4.2.2. Посадочный радиолокатор
ПРЛ является основным объектом радиолокационной сис темы посадки и представляет собой трехкоординатную РЛС, ра ботающую в сантиметровом диапазоне волн и позволяющую с высокой точностью определять азимут, угол места и расстояние от самолета до места посадки. Он предназначен для контроля с Земли за выдерживанием линии посадочного курса и глиссады планирования на последней прямой с целью руководства посад кой. Посадочный радиолокатор объединяет две двухкоординат ные РЛС - курсовую и глиссадную. Обе станции имеют общую приемопередающую аппаратуру, но отдельные антенны и инди каторы. ДНА курсового и глиссадного РЛ имеют ножевидную форму. Угол раствора узкой части ДНА составляет 0,5-1°, ши рокой 2-5° в зависимости от типа РЛСП. Дальность действия ПРЛ 20-60 км.
|
|
Разрешающая |
способ |
|
ность ПРЛ по дальности 150 м, |
||
|
по азимуту 1°, по углу места |
||
|
0,5° |
Внешний вид экранов ин |
|
|
дикаторов с радиально-сектор |
||
Рис. 4.7. Экраны индикаторов |
ной |
разверткой |
показан на |
рис. 4.7. |
|
||
|
|
||
Отметка самолета имеет вид светового пятна. На разверт |
ках электронной схемой создаются линия курса посадки, линия глиссады планирования и метки дальности, а также линии инди кации положения антенны глиссады, антенны курса. Оператор ПРЛ определяет по индикаторам отклонения самолета от линий курса и глиссады и передает летчику команды на доворот в со ответствующую сторону по каналу УКВ связи.
Рассмотрим работу ПРЛ в режиме с пассивным ответом. Устройством, обеспечивающим согласование работы узлов и
88
элементов РЛС во времени, является синхронизатор. Он выра батывает через строго определенные промежутки времени Г, на зываемые периодом повторения, положительные первичные импульсы. Для повышения стабильности частоты повторения импульсов синхронизатор может иметь кварц. Под воздействи ем импульсов синхронизатора модулятор передатчика выраба тывает с такой же частотой повторения импульсы необходимой амплитуды и длительности ти, запуская генератор сверхвысо кой частоты передатчика. Созданные генератором высокочас тотные электрические колебания большой мощности через фи дерную систему и антенный переключатель поступают в антен ну, которая излучает их в виде зондирующих радиоимпульсов.
Антенный переключатель устроен так, что передатчик подключается к системе только на время излучения зондирую щего импульса. При этом надежно закорачивается вход прием ника, так как даже ничтожная часть энергии зондирующего им пульса, проникшая на вход чувствительного приемника, может вывести его из строя или на некоторое время сделать непригод ным для приема отраженных сигналов. Антенный переключа тель дает возможность использовать одну антенну на прием и передачу попеременно.
Одновременно с модулятором запускается генератор раз вертки индикаторов курса и глиссады, на каждый индикатор для установления начала отсчета дальности поступает синхронизи рующий импульс, а для отсчета угловых координат - сигнал, характеризующий положение луча антенны. На экранах индика торов курса и глиссады создается секторная развертка по курсу и глиссаде.
При работе ПРЛ в режиме «Посадка» радиоимпульсы пе редатчика через антенный переключатель по волноводам подво дятся к коммутатору антенн курс - глиссада, который попере менно переключается в направлении антенн курса и глиссады. Антенны курса и глиссады излучают энергию радиоимпульсов в рабочем секторе пространства, обеспечивая обзор в режиме «Посадка». Для обеспечения необходимого обзора пространст ва по курсу и глиссаде при контроле и руководстве посадкой самолета антенны могут перемещаться по команде диспетчера:
89
антенна курса в вертикальной, а антенна глиссады в горизон тальной плоскости.
Сразу же после излучения зондирующего импульса АП переключает антенну на вход приемника. При этом выход гене ратора СВЧ закорачивается, чтобы в его цепях не расходовалась и без того малая мощность отраженного сигнала.
Отражаясь от самолета, находящегося в зоне действия ПРЛ, сигналы принимаются антеннами курса - глиссады и по ступают на вход приемника.
После усиления, очистки от помех и детектирования они преобразуются в видеоимпульсы - электрические сигналы низ кой частоты. Эти сигналы поступают в индикаторы курса и глиссады, на экранах которых будут видны яркостные отметки от самолета.
4.3. Радиолокационные станции автоматического сопровождения цели
РЛС сопровождения служит для непрерывного измерения угловых координат объектов, перемещающихся в пространстве.
При сопровождении такой цели, как самолет, одновре менно измеряются его азимут и угол места (наклона). Кроме то го, система автоматического сопровождения станции непрерыв но измеряет и наклонную дальность.
Один из методов автоматического сопровождения цели по направлению основан на принципе конического обзора участка пространства (рис. 4.8).
Станция снабжена приемо-передающей антенной с пара болическим отражателем. Диаграмма направленности излучае мой энергии имеет вид иглообразного луча.
Луч вращается таким образом, что ось максимума излу чаемой энергии (ось диаграммы направленности) описывает в пространстве конус. Такое сканирование луча осуществляется вращением отражателя. Для образования конического разверты вания вращением параболического отражателя его оптическая ось смещена относительно оси вращения на угол, равный поло вине угла раствора конуса. Частота сканирования лежит в пре делах 25-50 периодов / секунду (Гц).
90