12.Структурная схема системы вторичной радиолокации
Принцип работы активного локационного канала подразумевает наличие приемопередающей аппаратуры как на «земле», так и на «борту». Основные функции бортовой аппаратуры системы ВРЛ заключаются в приеме запросных посылок, их обработке, декодировании, формировании ответных посылок. Запросные посылки, принятые антенной, поступают в приемное устройство. Далее нормированные сигналы декодируются с помощью схем сравнения и запускают схемы формирования ответных координатных кодов и шифратор информационного кода. Кодированные сигналы поступают на запуск передатчика. Ограничитель загрузки поддерживает постоянным число ответных посылок и запирает ответчик по входу на. время выработки ответного сигнала. Ответчик запирается с помощью схемы трехимпульсного подавления при поступлении сигнала по боковому, лепестку ВРЛ и при передаче бланкирующих импульсов восстановления передатчика. Ответный пакет информации передается по каналу «Борт – земля» позиционным кодом.
Оборудование автономного ВРЛ состоит из аппаратуры, размещаемой в кузове прицепа, и аппаратуры, расположенной на командно-диспетчерском пункте (КДП).
Укрупненная структурная схема вторичного радиолокатора приведена на рис. 2. 4.
На рисунке показан один комплект оборудования без резервных узлов. В состав ВРЛ входят:
Двухдиапазонная антенна А с колонкой привода П и аппаратурой управления приводом {АУП),
приемо-передатчик международного диапазона ПРМ-ПРД МД,
приемник отечественного диапазона ПРМ. ОД,
контрольный индикатор кругового обзора ИКО.
В состав КДП входят:
аппаратура обработки и декодирования ответных сигналов АОД,
выходное устройство ВУ.
Пульты местного ПМУ и дистанционного ПДУ управления обеспечивают возможность задавать различные режимы работы ВРЛ.
Система встроенного контроля ВСК обеспечивает контроль основных параметров ВРЛ с выдачей сигналов «Норма» и «Авария>.
Аппаратура синхронизации АС обеспечивает синхронную работу ВРЛ с первичным радиолокатором.
Рис. 2.4. Структурная схема ВРЛ «Корень-АС»
Для этого, к примеру, на ВРЛ «Корень-АС» должны поступать с первичного радиолокатора следующие сигналы:
импульс запуска,
напряжение синхронного вращения.
Управление работой передающего устройства и в то же время синхронизацию работы всего ВРЛ осуществляет генератор режимов ГР.
Генератор режимов формирует импульсы запуска, сигналы переключения запросных кодов шифраторов передающего устройства, импульс модуляции гетеродина возбудителя, а также определяет последовательность чередования импульсов запроса. При внешнем запуске на вход Гр поступают пусковые импульсы от ПРЛ, опережающие зондирующие импульсы ПРЛ на 92-95 мкс. Эта задержка нужна для совмещения во времени координатной информации, получаемой первичным и вторичным радиолокаторами и учитывает задержки при кодировании и декодировании, а также задержки в тракте самолетного ответчика.
Вся ответная информация и запросные коды поступают на аппаратуру групповой обработки, где осуществляется корректировка входных сигналов, декодирование координатных сигналов и их очистка от несинхронных помех, декодирование информации, запросных кодов и аварийных сигналов, а также преобразование информации о высоте полета, выраженной в футах и передаваемой кодом Гиллхэма в информацию, выраженную в метрах двоично-десятичным кодом. Далее, в зависимости от структуры построения системы управления воздушным движением информация в параллельном виде поступает в АС ОВД или на индивидуальную аппаратуру диспетчера. При использовании в АС ОВД ВРЛ должен сопрягаться с АПОИ. В состав ВРЛ входят контрольный индикатор кругового обзора, оборудование местного и дистанционного управления.
Особое внимание при проектировании радиотехнических устройств с излучением и приемом высокочастотных сигналов следует обращать на антенные устройства. Такие эксплуатационные характеристики ВРЛ, как зона обзора в горизонтальной и вертикальной плоскостях, дальность действия, Частота и поляризация излучаемых сигналов, разрешающая способность по азимуту, в значительной степени определяются характеристиками антенны. Специфическая функция антенны ВРЛ - это Обеспечение квазикругового подавления сигналов от боковых лепестков ДНА как в режиме запроса, так и в режиме ответа. Для формирования ДНА без провалов, которые образуются за счет влияния подстилающей поверхности, к ДНА ВРЛ предъявляются требования к достаточной крутизне переднего фронта. В основе проектирования антенной системы с заданными электрическими характеристиками должны лежать допустимые габариты антенны. В автономных вторичных локаторах могут применяться линейные и плоские антенные решетки. Антенные решетки позволяют сформировать узкие диаграммы направленности, а также обеспечить, управление ими в зависимости от условий возбуждения излучающих элементов.
Поляризация излучаемых и принимаемых сигналов вертикальная для международного диапазона частот и горизонтальная - для отечественного диапазона частот. Горизонтальный и вертикальный раскрывы рупора согласуются с соответствующими длинами излучаемых волн. Узкая в горизонтальной плоскости ДНА основного канала формируется за счет симметричной относительно центра раскрыва антенны подачи сигнала (при передаче).и съема сигнала (при приеме). Для формирования ДНА канала подавления с «провалом» в направлении главного лепестка ДНА основного канала на те же вибраторы антенной решетки, расположенные симметрично относительно ее центра, подается сигнал подавления в противофазе (при передаче). При приеме происходит суммирование наводимых на этих вибраторах э. д. с. На излучателях создается симметричное относительно центра раскрыва антенны, синфазное распределение токов по закону Дольф - Чебышева, формирующее суммарную ДН основного канала.
Сигнал канала подавления разделяется на две части делителем мощности. Меньшая часть поступает на антенну подавления заднего полупространства зоны обзора. Большая часть мощности поступает через делитель мощности на «разностные» входы кольцевых мостов через делители мощности сигналы с заданным распределением поступают на возбуждающие устройства рупорных излучателей.
К основным недостаткам антенны следует отнести слишком широкую ДН в вертикальной плоскости при симметричной форме, что не обеспечивает достаточного среза ДН на малых углах места, большую металлоемкость, сравнительно малая надежность (кольцевого моста). Другим вариантом антенной системы ВРЛ может служить плоская двухдиапазонная антенная решетка. Использование антенн в виде плоских антенных решеток позволяет увеличить крутизну переднего фронта диаграммы направленности, увеличить коэффициент усиления антенны. Расстояние между излучателями выбирается из условия получения малого уровня боковых лепестков и дифференциальных максимумов основного лепестка. При соответствующем питании излучателей можно сформировать три ДН: суммарную, разностную, подавления. Эти ДН необходимы для обеспечения моноимпульсного метода локации.
Фидерная система содержит четыре тракта:
приемопередающий тракт запроса и ответа МД;
приемопередающий тракт подавления по запросу и ответу МД;
приемный тракт ответа ОД;
приемный тракт подавления по ответу ОД.
Приемопередатчик МД связан с антенной системой посредством переключателя высокого уровня мощности (ВУМ), аттенюатора, блока вращающихся переходов. Переключатель ВУМ предназначен для переключения основного тракта и тракта подавления с рабочего комплекта приемопередатчика на резервный. При этом одновременно к выходу рабочего комплекта подключается эквивалент антенны.
Конструктивно каждый вращающийся переход имеет два коаксиальных канала, размещенных концентрично относительно друг друга и предназначенных для сигналов запроса (ответа) и подавления. Тракт канала подавления отличается от тракта основного сигнала отсутствием аттенюатора.
Сигналы выходов (основного и подавления) антенны ОД проходят через блок вращающихся переходов и поступают на соответствующие входы приемных устройств.
Особенности конструкции элементов.
Переключатель высокого уровня мощности выполнен на полосковой линии. Переключение осуществляется при отсутствии на входе мощности.
Особенности конструкции элементов антенны. 40 рупорных излучателей объединено в 10 излучающих устройств. В состав каждого из них входят четыре рупора и два делителя мощности (ОД и МД), расположенные на рупоре. Для снижения уровня бокового излучения и уменьшения взаимного влияния на каждом рупоре по периметру раскрыва установлены четвертьволновые дроссельные канавки.
Антенна подавления заднего полупространства представляет собой открытые концы волновода с возбудителями цилиндрической формы, установленными в широкой стенке волновода. Антенна подавления заднего полупространства регулируется по углу места. Для защиты от внешних воздействий вся антенна помещается в защитную оболочку.
В рабочем положении антенна развернута по углу места на 15° вверх вокруг продольной оси.
Передающее устройство ВРЛ служит для формирования импульсных кодированных посылок запроса, а также импульсов подавления при наличии канала подавления по запросу.
Поскольку импульс подавления излучается отдельной антенной, тракты формирования сигналов запроса и подавления могут строиться независимо друг от друга. В этом случае передатчик будет двухканальным. В противном случае, когда сигналы запроса и подавления поступают на антенны с одного передатчика, для их коммутации необходимо использовать устройство быстрого- высокочастотного переключения. Если ВРЛ работает по отечественному и международному стандартам, то в ПРД предусматриваются два режима запроса (ОВД и RBS). Классическая схема передатчика ВРЛ представляет собой одно- или двухканальное устройство, работающее в режиме RBS и в совмещенном режиме RBS -ОВД. В состав ПРД входят шифраторы режимов RBS и ОВД, (Ш- RBS, Ш-ОВД), модуляторы М, генераторы ГРЧ и усилители УРЧ. Все узлы ПРД имеют резерв. В качестве примера двухканальной схемы передающего устройства на рис. 2.5 представлена функциональная схема ПРД ВРЛ «Корень-АС».
На вход шифраторов ОВД и RBS с генератора режимов поступают импульсы запуска и импульсы режимов, обеспечивающие включение соответствующего кода.
Шифратор RBS предназначен для формирования импульсов международных запросных кодов по задержкам, по длительности к амплитуде.
Рис. 2.5. Функциональная схема передатчика ВРЛ «Корень-АС»
Синхронно с импульсом внешнего запуска в шифраторе вырабатывается сетка времени, к которой производится привязка импульсов кода.
Двухканальная схема представляет собой не единственно возможный вариант построения передатчика. Так, при наличии быстродействующего переключающего устройства функциональная схема ПРД может быть существенно упрощена за счет использования единого усилительного тракта для кодированных посылок и импульсов подавления. Быстродействие подобного переключающего устройства должно определяться минимальным временным интервалом между импульсами кодовой посылки и импульсом подавления, равным =2 мкс.
Приемное устройство вторичного радиолокатора (ПРМ ВРЛ) предназначено для выделения сигнала, принимаемого антенной на фоне шумов, его усиления, детектирования. Кроме того, в приемном устройстве осуществляется подавление сигналов, принятых по боковым лепесткам ДНА (подавление по ответу). Практически хорошо себя зарекомендовал метод подавления с амплитудно-фазовым преобразованием входных сигналов. В связи с этим все приемные устройства ВРЛ используют этот метод и строятся по двухканальной схеме, т. е. содержат два канала прохождения сигнала - суммарный (С) и разностный (Р). Каждый канал представляет собой схему супергетеродинного приемника с одним преобразованием частоты с помощью единого гетеродина. В состав ВРЛ, как правило, входят приемники отечественного и международного диапазонов, что обусловливается различием рабочих частотных диапазонов но линии приема. В „приемных устройствах ВРЛ находят применение специальные схемы автоматической регулировки усиления ШАРУ и ВАРУ. Основные узлы ПРМ охвачены встроенной системой допускового контроля.
Функциональная схема типового приемного устройства представлена на рис. 2.6. Кольцевой мост КМ на входе приемного устройства выполняет функции сложения и вычитания сигналов, принятых основной антенной и антенной подавления. Образовавшиеся в результате этого суммарный и разностный сигналы имеют определенную фазовую окраску (различный сдвиг фаз относительно друг друга) в зависимости от направления приема
Усилители радиочастоты, используемые в ПРМ ВРЛ, представляют собой широкополосные устройства, выполненные на малошумящих элементах.
Во вторичных радиолокаторах ВРЛ «Корень-АС» в приемном устройстве международного диапазона волн используется УРЧ, выполненный на металлокерамической лампе VI типа 6С17К-В по схеме с заземленной сеткой. Лампа помещена внутри коаксиальной линии. Колебательными цепями усилительного каскада являются две коаксиальные линии, образующие два четвертьволновых короткозамкнутых отрезка.
В приемнике отечественного диапазона ВРЛ «Корень-АС» используется трехкаскадный УРЧ, собранный на германиевых, малошумящих транзисторах ГТ341А по схеме с общим эмиттером.
Рис. 2.6. Функциональная схема приемного устройства
Приемные устройства разработок последних лет проектируются на базе гибридных интегральных микросхем.
С выходов УРЧ сигналы поступают на балансные смесители (БС). Фильтр-делитель мощности (ФДМ) выполняет функции делителя мощности сигнала гетеродина и фильтра, обеспечивающего развязку между, каналами «Сумма» и «Разность». Суммарный и разностные сигналы промежуточной частоты (60 МГц) подаются на входы двухканального усилителя промежуточной частоты и далее на фазовый детектор (ФД) для осуществления фазоамплитудного преобразования этих сигналов. После преобразования частоты основные узлы приемного устройства отечественного и международного диапазонов выполняются идентичными.
Плата АРУ объединяет схему ШАРУ и схему ВАРУ. Схема ШАРУ обеспечивает постоянство коэффициентов усиления каналов «Сумма» и «Разность» приемного устройства. Регулировка проводится по собственным шумам приемного устройства на вы ходе УПЧ в момент отсутствия ответных импульсов (диапазон не рабочей дальности). На вход схемы ШАРУ поступают постоянные напряжения, пропорциональные уровню шумов на выходе каналов «Сумма» и «Разность». Постоянная составляющая шумов выделяется с помощью минимального пик-детектора (МПД), выходное напряжение которого определяется уровнем минимального значения входного видеосигнала. Благодаря большой постоянной времени заряда и малой постоянной времени цепи разряда для постоянного напряжения коэффициент передачи МПД КШд равен 1. Постоянное напряжение с выхода пик-детектор преобразуется с помощью стробирования в импульсное и сравнивается с опорным напряжением. С выходов каналов «Сумма» «Разность» схемы ШАРУ разностные сигналы поступают на соответствующие лампы УПЧ. На время приема ответного сигнала схема ШАРУ отключается и включается схема ВАРУ.