4.5. Радиолокационная станция а813 «контур»
Общие сведения. Радиолокационная станция А813 представляет собой импульсный радиолокатор со сканирующей в азимутальной плоскости антенной и индикатором «Азимут-Дальность», работающим по принципу излучения СВЧ импульсных сигналов, приема и усиления отраженных сигналов, их обработки и отображения радиолокационной информации на экране индикатора. Обнаруживаемыми объектами являются гидрометеообразования, характеризующиеся большими диаметрами водяных капель, удерживаемых восходящими потоками воздуха, а также наземные сооружения и участки земной поверхности. При обзоре земной поверхности осуществляются наблюдение береговой черты крупных водоемов и обнаружение наземных и надводных объектов.
В радиолокаторе используется цифровая обработка информации по низкой частоте. Применение в индикаторе ЭЛТ с накоплением обеспечивает высокую яркость радиолокационного изображения, что позволяет вести наблюдение без защитного тубуса в условиях мешающего освещения в кабине воздушного судна.
Радиолокатор предназначен для установки на легкие самолеты местных воздушных линий и тяжелые вертолеты ГА.
В состав РЛС «Контур» входят:
антенна типа щелевая решетка, осуществляющая излучение СВЧ импульсов и прием отраженных сигналов в секторе сканирования ДНА ± 45° по азимуту относительно строительной оси воздушного судна;
приемопередатчик на монтажной раме, обеспечивающий генерирование СВЧ импульсных сигналов, преобразование СВЧ импульсов, отраженных от объектов в сигналы промежуточной частоты, их усиление и детектирование, а также поддержание постоянства значения промежуточной частоты путем автоматической подстройки частоты (АПЧ) гетеродина;
индикатор на монтажной раме, в котором производятся выработка синхронизирующих сигналов, формирование четырех масштабов дальности, накопление и запоминание принимаемых сигналов и их отображение на экране ЭЛТ в виде яркостных отметок;
волноводный тракт, осуществляющий передачу СВЧ-энергии, а также подключение приемопередатчика к антенне в рабочих режимах и передатчика на поглощающую нагрузку при проведении проверок.
Антенна размещается в носовой части фюзеляжа под радиопрозрачным обтекателем. Крепится антенна к кронштейну четырьмя винтами.
Кронштейн обеспечивает необходимую ориентацию блока относительно строительной оси воздушного судна.
Блок индикатора с монтажной рамой размещен на приборной доске пилота.
Основные органы управления работой радиолокатора расположены на передней панели блока индикатора. При включении станции автоматически устанавливается режим работы «Метео - Контроль».
Во время предполетной проверки, а также при любых других включениях в наземных условиях переводить радиолокатор в другие режимы работы категорически запрещено.
В состав радиолокатора включена система встроенного контроля, обеспечивающая оценку энергетического потенциала станции и локализацию неисправности с точностью до блока.
При постоянном базировании воздушного судна с радиолокатором А813 в условиях влажного тропического климата и при отсутствии полетов станция должна включаться через каждые 3-5 суток на 20 ... 30 мин. Если не предполагается полетов в течение месяца, рекомендуется демонтировать блоки и складировать их в помещении с кондиционированием воздуха или подвергнуть консервации.
Конструктивно радиолокатор выполнен в виде функционально законченных блоков.
Режимы работы РЛС А813.
Основными режимами работы являются режимы «Метео» и «Контур», а вспомогательными «Память» и «Контроль». Вспомогательные режимы используются совместно с рабочими, а их включение производится после включения основного режима работы.
В режиме работы «Метео» радиолокатор обеспечивает получение на экране индикатора в полярных координатах «Азимут-Дальность» радиолокационного изображения метеообстановки в пространстве, ограниченном азимутальными углами + 45° относительно строительной оси воздушного судна и углами места ± 3,5 .-. 4,0° относительно плоскости горизонта. Азимутальный сектор обеспечивается сканированием ДНА, а угломестный за счет ширины ДНА в вертикальной плоскости. При необходимости обзора пространства под другими углами места ДНА может быть наклонена относительно плоскости горизонта на угол ± 14°. Обзор пространства осуществляется узкой ДНА, формируемой щелевой решеткой антенного блока. При этом исключается наблюдение мешающих отражений от земной поверхности (при угле места ДНА равном 0) при всех высотах полета свыше 1000 м. Определение степени опасности гидрометеообразований для полета осуществляется по трем градациям яркости изображения. Увеличение яркости изображения метеообъекта на экране индикатора соответствует повышению его опасности для полета воздушного судна.
В режиме работы «Контур» радиолокатор позволяет выделить самую опасную зону гидрометеообразований. Для этого сигнал, индицируемый третьей градацией по яркости, меняет амплитуду от нуля до своего наибольшего значения с периодом 1 с, что обеспечивает на экране мигающее изображение опасной зоны.
Для сохранения неизменного уровня отраженного сигнала независимо от дальности до грозовой зоны в этом режиме используется временная автоматическая регулировка усиления (ВАРУ). Закон изменения усиления в зависимости от дальности выбран таким, что обеспечивает практическое постоянство амплитуды сигналов, принимаемых от одного и того же объекта при изменении дальности до него от 50 до нескольких километров.
Для оценки работоспособности радиолокатора в нем предусмотрен встроенный контроль, обеспечивающий качественную оценку:
параметра, характеризующего энергопотенциал РЛС;
основных параметров, характеризующих работу индикаторного блока;
наличия сканирования антенны.
При этом не требуется специальная контрольно-поверочная аппаратура. Оценка осуществляется по качеству и характеру контрольного изображения на экране индикатора в этом режиме.
В режиме работы «Метео - Контроль» можно определить неисправность с точностью до съемного блока по контрольному изображению.
По трем контрольным полукольцам в верхней части изображения, соответствующим трем заданным уровням входного сигнала и трехградационному сектору в средней части изображения, характеризующему работу накопительного устройства, можно судить о работе индикаторного блока.
Контрольные пять полуколец в нижней части изображения, характеризующие энергопотенциал радиолокатора (подобный принцип работы ВСК подробно рассмотрен при описании РЛС «Градиент»), позволяют оценить работу приемопередающего блока. Наличие на экране сканирующей линии развертки свидетельствует о нормальной работе привода антенны. Искривления и смещение изображения на экране ЭЛТ свидетельствуют о неисправности индикаторного блока.
В режиме работы «Контур - Контроль» проверяется формирование изображения опасной зоны. При этом должны мигать наиболее яркое полукольцо в верхней части изображения и третья яркостная градация трехградационного сектора.
Контрольные полукольца, характеризующие энергетический потенциал, попадают на изображении, что свидетельствует о нормальной работе устройства ВАРУ.
В режиме работы «Метео - Память» любое обнаруживаемое метеообразование отображается на экране индикатора третьей яркостной градацией. Информация, полученная при предыдущем шаге сканирования, отображается второй яркостной градацией, а вся ранее полученная информация отображается первой яркостной градацией. В результате нз экране образуется «след» от метеообразований в виде засветки первой яркостной градации, по которому можно судить о направлении перемещения метеообразований. Смена информации на экране индикатора производится при движении антенны справа налево.
Режим работы «Контур-Память» служит для определения направления перемещения опасной зоны гидрометеообразований. Порядок отображения информации такой же, как и при режиме «Метео-Память». В этом режиме работы для обеспечения равномерности амплитуды отраженного сигнала независимо от дальности включается устройство ВАРУ, а на экране отображается только опасная зона гидрометеообразований. В результате также образуется «след», по которому судят о направлении перемещения опасной зоны.
Структурная схема радиолокатора А813.
На структурной схеме (рис 4.7) представлены блоки радиолокатора, входящие в них узлы и устройства, а также показаны связи между этими устройствами и взаимосвязи блоков, что позволяет проследить основные цепи прохождения сигналов.
Синхронизация работы всех блоков и устройств осуществляется узлом синхронизации, расположенным в индикаторе. Частота и длительность вырабатываемых синхронизатором импульсов определяются частотой задающего генератора, собранного по схеме мультивибратора с кварцевой стабилизацией, работающего в автоколебательном режиме. Генератор вырабатывает колебания с частотой 3 МГц в виде меандра. Эти колебания используются в качестве опорных, из которых формируются все пусковые сигналы Запуск передатчика производится двумя импульсами - зарядным и пусковым. По поступлении зарядного импульса осуществляется заряд накопительной линии в модуляторе, а пусковой импульс длительностью 2 мкс переключает формирующую линию на разряд через магнетрон. Мощный СВЧ импульс через антенный и волноводный переключатель поступает в антенну и излучается в пространство. Антенна типа волноводно-щелевая решетка из 132 щелей формирует узкую ДНА в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Привод антенны осуществляется шаговым двигателем, питающимся тактовыми импульсами от синхронизатора. Принятые антенной отраженные сигналы через волноводный и антенный переключатель и устройство защиты поступают на двухканальный балансный смеситель, где осуществляется преобразование СВЧ сигнала в импульсы промежуточной частоты.
Рис.4.7. Функциональная схема РЛС в режиме «Контроль».
Двухканальный смеситель, выполненный на микрополосковой плате, обеспечивает использование энергии зеркального канала. Гетеродин собран на базе миниатюрного отражательного клистрона с повышенной надежностью и долговечностью. Со смесителя сигнал подается на двухканальный малошумящий предварительный усилитель промежуточной частоты (ПУПЧ), нагруженный на фильтр сосредоточенной селекции и осуществляющий суммирование энергии двухканального ПУПЧ. Нелинейная часть УПЧ построена на пяти (А6-А10) микросборках, представляющих собой ограничительный усилитель промежуточной частоты с детектором. Таким образом, весь УПЧ имеет линейно-логарифмическую амплитудную характеристику, формируемую методом последовательного детектирования и сложения сигналов на общей нагрузке. Ручная регулировка усиления в УПЧ осуществляется в шестой микросборке (А6). Напряжение ВАРУ подается на седьмую микросборку (А7), меняя коэффициент усиления всего УПЧ в зависимости от дальности. Для поддержания постоянства значения промежуточной частоты применена двухканальная АПЧ, работающая в двух режимах: поиска или слежения. Для более устойчивой работы система АПЧ стробируется сигналом от синхронизатора, что устраняет влияние на точность автоподстройки паразитной частоты девиации на фронтах зондирующих импульсов.
Устройство автоматической регулировки уровни шумов (АРУШ) осуществляет автоматическую установку уровня шумов. На его вход через устройство управления подается с выхода приемного устройства сигнал шума. С выхода схемы АРУШ сигнал рассогласования заданного уровня шума с существующим подается в виде постоянного напряжения на микросборку (А8) УПЧ, что обеспечивает необходимую стабилизацию коэффициента усиления УПЧ.
Разделитель сигналов, волноводно-коаксиальный переход, ответвитель и устройство контроля являются элементами цепи при проверке энергетического потенциала радиолокатора.
С выхода приемного устройства сигнал поступает на узел преобразования входного сигнала, где он преобразуется из аналоговой формы в двоично-квантованный по трем уровням квантования и подается в накопительное устройство, которое производит накопление пяти реализаций и выявление полезного сигнала в принятых реализациях Запоминающее устройство осуществляет запись принятого сигнала по двум адресам. Первый адрес определяется направлением излучения антенны, а второй запаздыванием отраженного сигнала относительно излученного Из запоминающего устройства сигнал синхронно с разверткой считывается через синхронизатор на видеоусилитель. Сюда же заводятся калибрационные метки дальности. В видеоусилителе сигнал, передаваемый в двоичном коде по двум информационным шинам, поступает на преобразователь код - напряжение, где происходит его преобразование в напряжение четырех уровней, достаточное для управления яркостью изображения на экране ЭЛТ по цепи модулятора. Нагрузкой видеоусилителя является участок катод-модулятор ЭЛТ.
Высоковольтный выпрямитель с узлом стабилизатора обеспечивает питание анода, ускоряющего и фокусирующего электродов ЭЛТ. Устройство формирования развертывающих напряжений, запускаемое импульсами синхронизатора, формирует пилообразные токи в катушках отклоняющей системы. Оно содержит синусно-косинусный генератор и два идентичных канала формирования пилообразных токов, выполненных на микросхемах.
Основные органы управления работой радиолокатора размещены на лицевой панели индикатора.
Включение производится нажатием кнопки «Вкл». При этом подается питание от бортсети и зажигается светодиод под кнопкой «Вкл». Одновременно автоматически производится установка режима работы «Метео - Контроль» и масштаба 20 км. В этом режиме излучение в пространство не производится.
Через 90 с после включения на экране индикатора появляются изображение контрольного сигнала и линия сканирования антенны. После включения высокого напряжения приемопередатчика появляются шумы, которые через 6 ... 10 с должны пропасть и к изображению на экране добавятся пять контрольных полуколец, характеризующих энергетический потенциал радиолокатора.
Выбор режима работы осуществляется нажатием соответствующей кнопки. При этом автоматически выключается ранее используемый режим работы и зажигается светодиод под нажатой кнопкой. На экране индикатора постоянно индицируются четыре калибрационные метки дальности. Переключение масштабов дальности производится нажатием нужной кнопки, а индикация включенного масштаба осуществляется светодиодом слева от нажатой кнопки. Ручка «Наклон» позволяет управлять положением ДН антенны в вертикальной плоскости. Регулировка яркости изображения осуществляется с помощью ручки «Яркость» .