2. Перечень практических занятий

2.1. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 1. Приемопередатчики НРЛС. Назначение, состав, принцип работы

Антенно-волноводные устройства РЛС: конструкция, назначение, параметры.

2.2 ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 2 Индикатор кругового обзора РЛС FURUNO 2135S. Изучение органов управления и режимов работы.

2.3. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №3

Изучение функциональной схемы GPS приемника и технических требований к морским GPS навигаторам. Работа с GPS NAVIGATOR GP-70 фирмы FURUNO

2.4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №4

Судовая станция АИС-ТРАНЗАС класса А: состав оборудования и его назначение. Работа с ПУО. Размещение и монтаж.

3. Содержание практических занятий

3.1.Практическое занятие № 1

Приемопередатчики НРЛС. Назначение, состав, принцип работы. Антенно-волноводные устройства: конструкция, назначение, параметры.

3.1.1. Учебная цель.

Знать устройство, состав, назначение приемопередатчиков НРЛС и антенно-фидерных устройств

Уметь выполнять подготовку к работе приемопередатчика и проверку работоспособности, а также профилактическое обслуживание РЛС.

3.1.2. Содержание занятия:

- радиолокационные передатчики их назначение, состав, принцип работы;

- радиолокационные приемники, их назначение, состав, принцип работы;

-краткие теоретические сведения;

- особенности радиолокационных антенн, щелевые антенны, антенные переключатели.

–перечень контрольных вопросов.

Радиолокационные передатчики. Назначение, состав, принцип работы Передатчик импульсной РЛС вырабатывает мощные кратковременные СВЧ импульсы, момент излучения которых строго согласован с началом развертки индикатора.

В передающее устройство входят:

• блок подмодулятора ( для раскачки основного каскада модулятора);

• блок модулятора;

• генератор магнетронный;

• узел питания;

• блок преобразователей напряжения;

• узел выпрямителя накала магнетрона;

• блок высоковольтного выпрямителя.

Работой модулятора (подмодулятора) управляет синхронизатор РЛС, т.е. при поступления на модулятор синхронизирующих импульсов последний вырабатывает мощные модулирующие импульсы. С помощью этих импульсов осуществляется модуляция генератора СВЧ (магнетрона), вырабатывающего СВЧ колебания, которые поступают в антенну и излучаются в пространство с определенной частотой следования, определяемой синхронизатором импульсов.

На форму излучаемых импульсов, а также на их длительность и амплитуду влияют параметры как модулятора, так и самого генератора СВЧ.

Блоки и узлы, входящие в состав передатчика, составляют канал формирования зондирующего импульса.

В качестве генератора сверхвысокой частоты используются магнетроны и полупроводниковые генераторы СВЧ (диоды Ганна).

Как правило, в РЛС X и S диапазонов (3,2см и 10см) применяются магнетронные генераторы. Магнетронный генератор представляет собой двухэлектродный вакуумный прибор, выполненный как единое целое с резонансной системой в виде объемных резонаторов. (См.Л-1, раздел1,гл.6). Управление электронным потоком в магнетроне осуществляется электрическим и магнитным полями. Магнитное поле создается внешним постоянным магнитом, электрическое поле – за счет подачи на анод высокого (до 7…14 кВ) постоянного напряжения. На накал катода подается переменное напряжение 6,3 В. Анод магнетрона, являющийся корпусом прибора, заземляется. Выводы катода, также как и накала, тщательно изолированы от корпуса. Во избежание перегрева магнетрон обдувается вентилятором. Мощность колебаний магнетрона регулируется изменением амплитуды импульса модулятора. Вывод СВЧ колебаний из магнетрона в волновод производится с помощью четвертьволнового излучателя.

В модуляторах для создания высоковольтных кратковременных импульсов используется принцип накопления энергии, благодаря чему от сравнительного маломощного источника питания (выпрямителя) можно получить за счет накопления энергии мощный высоковольтный импульс. В качестве накопителей энергии используются конденсаторы, которые в промежуток между посылками импульсов заряжаются небольшим током от высоковольтного выпрямителя. В момент подачи на модулятор запускающего импульса от синхронизатора конденсатор подключается между катодом и анодом магнетрона и разряжается. Длительность генерирования СВЧ колебаний определяется временем разряда конденсатора через магнетрон. Широкое применение в РЛС получили магнитные модуляторы, в которых также используется принцип накопления энергии, однако осуществляется это с помощью цепей, содержащих как конденсаторы, так и нелинейные катушки индуктивности с магнитными сердечниками. Такие цепи могут формировать импульсы прямоугольной формы с достаточно короткой длительностью до 0,1…0,05мкс.

Основные характеристики передатчика:

• импульсная мощность, влияющая на дальность действия РЛС, которая для передатчиков различных РЛС может быть в пределах от 3…5 кВт до 50…80 кВт.

• заданная форма и длительность импульсов;

• стабильность частоты генератора;

- высокий КПД.

Радиолокационные приемники, назначение, состав, принцип работы (см. рис.2).

Слабые отраженные от цели сигналы, принятые антенной, через антенный переключатель поступают на вход приемника, где они преобразуются в импульсы промежуточной частоты, затем усиливаются и детектируются. Кроме того, в приемнике предусматривается временная регулировка усиления (ВРУ), запускаемая синхроимпульсами от синхронизатора, укорочение видеоимпульсов с помощью дифференцирующей цепочки с малой постоянной времени (МПВ), автоматическая подстройка частоты (АПЧ) и другие регулировки. Приемники судовых НРЛС характеризуются высокой чувствительностью, широкой полосой пропускания, большим усилением и устойчивостью настройки на частоту приемных сигналов. Это достигается выполнением приемников по супергетеродинной схеме и применением автоматической подстройки частоты (АПЧ).

Основными характеристиками радиоприемника РЛС являются: чувствительность; коэффициент шума; избирательность; полоса пропускания; коэффициент усиления; динамический диапазон; выходная мощность и качество воспроизведения сигналов.

Основные конструктивные характеристики: механическая прочность; влагостойкость; устойчивость к колебаниям температуры; габаритные размеры.

В приемное устройство входят:

Рис. 1. Приемопередатчик П3 и П10.

• блок сверхвысокой частоты СЧ (для прибора П10) или узел балансной смесительной камеры БСК (для прибора П3)

• гетеродин;

• узел предварительного усилителя промежуточной частоты УПЧ 1;

• узел усилителя промежуточной частоты УПЧ;

• узел автоматической подстройки частоты АПЧ;

• узел питания

Блоки и узлы приемного устройства составляют два канала:

• канал преобразования и усиления отраженных от целей сигналов;

• канал автоматической подстройки частоты гетеродина.

Преобразование частоты принятого сигнала осуществляется, как правило, с помощью кристаллических диодных смесителей, к которым подводятся СВЧ колебания от гетеродина и отраженные импульсы, принятые антенной. В результате преобразования на выходе смесителя

выделяются колебания на промежуточной частоте, равной, как правило, 60мГц. Гетеродин, смеситель и первый каскад усилителя промежуточной частоты (УПЧ1) размещаются обычно в одном общем блоке СВЧ, в котором конструктивно размещен и антенный переключатель.

Далее, предварительно усиленные импульсы на промежуточной частоте, поступают на многокаскадный УПЧ, контуры которого настроены на фиксированную частоту 60МГц и имеют полосу пропускания до 4…18МГц. Постоянство промежуточной частоты поддерживается каналом автоматической подстройки частоты гетеродина, который изменяет его частоту таким образом, чтобы при изменениях частоты магнетронного генератора разностная частота, равная промежуточной частоте fпр.=fм-fг всегда оставалась постоянной. Через аттенюатор АТ (ослабитель) сигнал на частоте магнетрона fм поступает на смеситель канала АПЧ (См.АПЧ), на второй вход смесителя подается сигнал на частоте гетеродина fг. Полученный в результате преобразования разностный сигнал на частоте fр=fм-fг усиливается каскадом УПЧ и поступает на дискриминатор ДСК.

Если разностная частота f_р гетеродина и магнетрона равна промежуточной, то на выходе дискриминатора напряжение равно нулю. При отклонении разностной частоты от промежуточной на выходе дискриминатора возникает напряжение рассогласования, которое через управляющую схему УС изменяет частоту гетеродина до тех пор, пока разностная частота не достигнет величины промежуточной. Схема приемника РЛС содержит также блок временной регулировки усиления (ВРУ) для уменьшения помех, создаваемых взволнованной морской поверхностью, и дифференциатор ДФ, ослабляющий помехи, создаваемые протяженными объектами определенного типа (дождевые облака).

Рис. 2. Функциональная схема радиолокационного приемника

Назначение приемопередатчиков (П3, П10)

Приборы П3, П10 предназначены для формирования и генерирования мощных импульсных СВЧ колебаний (зондирующих импульсов), излучаемых антенной, а также для преобразования, усиления, детектирования, поступающих из антенны СВЧ сигналов, отраженных целями, и передачи их в прибор И (индикатор) для дальнейшей обработки

Радиолокационные антенны

К антеннам НРЛС предъявляются требования:

• возможность обзора по азимуту в пределах 360⁰;

• высокая направленность действия и обеспечение заданной формы диаграммы направленности

• широкая полоса пропускания частот;

• минимальная интенсивность боковых лепестков;

• достаточная механическая прочность и жесткость в сочетании с минимальной массой, размерами, парусностью.

Рис.3. Диаграмма направленности антенны Рис.4. Рупорная антенна

Диаграмма направленности антенны представляет собой график относительного изменения мощности или направленности поля, создаваемых антенной в разных направлениях, но на одинаковом от антенны расстоянии. Она может быть построена как в прямоугольных, так и в полярных координатах. Рис.3.

Угол α называется углом раствора диаграммы направленности. Он характеризуется собой ширину диаграммы в определенной плоскости, например горизонтальной или вертикальной. Углом раствора диаграммы направленности по мощности называется угол между прямыми, проходящими через точки половины мощности (на уровне 0,5).

Наибольшее распространение в РЛС получили рупорные, щелевые и линзовые антенны и их сочетание.

Для согласования волновых сопротивлений на конце волновода создается расширение, образующее рупор или рупорную антенну. Рис.4. Кроме согласования волновых сопротивлений, рупорная антенна создает и большую направленность, чем открытый конец волновода.

Достоинством рупорных антенн является простота конструкции. Рупорные антенны в сочетании со щелевыми используются в качестве основных антенн судовых навигационных РЛС.

3.2.4.Щелевые и линзовые антенны. Устройство, применение

Если на широкой или узкой стенке волновода вырезать щель длиной около половины длины волны (λ/2), то такая щель способна излучать и принимать радиосигналы аналогично полуволновому симметричному вибратору. Магнитная составляющая поля Н оказывается ориентированной вдоль щели, а электрическая Е – поперек. Антенна с такой щелью называется щелевой. Как правило, в щелевых антеннах навигационных РЛС щели располагаются на узкой стенке волновода.

Питание щели осуществляется поверхностным током СВЧ, протекающим по внутренней стенке волновода. Ширина щели выбирается и зависит от передаваемой мощности.

Волноводная щель обладает слабой направленностью. Поэтому для получения узкой диаграммы направленности вырезается не одна, а несколько щелей. В этом случае ширина диаграммы направленности щелевой антенны будет зависеть от количества щелей и определяется по формуле α⁰ = 101/Ν, где Ν – количество щелей (см. рис.5).

Р асположение щелей и расстояние между ними выбираются таким образом, чтобы электромагнитное поле у всех щелей изменялось синфазно (совпадало по фазе).

На практике получили распространение комбинированные рупорно-щелевые антенны (АРЩ), обеспечивающие получение диаграммы направленности антенны, имеющей веерную форму (узкую в горизонтальной плоскости и широкую – в вертикальной).

Щелевой излучатель рупорно – щелевой антенны формирует диаграмму

1 2 3 4

Рис. 6. Рупорно-щелевая антенна:

1 – рупор, 2 – прямоугольный волновод, 3 – наклонные щели, 4 – перегородки фильтры, 5 – диэлектрическая вставка, 6 – соединительный фланец

направленности в горизонтальной плоскости, а рупор – в вертикальной. Рис.6.

В целях герметизации рупор 1 закрывается диэлектрической вставкой 5 из радиопрозрачного материала. На одном конце волновода расположен соединительный фланец 6 для соединения с вращающимся волноводным переходом на другом – специальный поглотитель энергии (на рисунке не показан) для создания режима бегущей волны Наклонные щели 3 расположены в узкой стенке волновода под углом 70 градусов к его оси и на расстоянии λв/2 друг от друга с тем, чтобы излучаемые колебания совпадали по фазе. Указанный наклон щелей создает излучение горизонтально поляризованной волны. Щели разделены друг от друга металлическими переборками – фильтрами 4 с целью уменьшения взаимного влияния щелей, что позволяет сузить ширину главного лепестка диаграммы направленности и получить меньшее число боковых лепестков.

Наряду с рупорными и щелевыми в настоящее время получили распространение в РЛС антенны типа, называемые линзовыми. Линзовая антенна состоит из направленного облучателя и линзы плоско - выпуклой или плоско - вогнутой формы, Линза изготовляется из диэлектрического радиопрозрачного материала (полистирола, фторопласта). С помощью линзы электромагнитная волна облучателя преобразуется в плоскую волну, формирующую заданную диаграмму направленности. Размер линзы зависит от длины волны РЛС и заданной ширины диаграммы направленности.

На практике находят применение комбинированные линзово – щелевые антенны. В этом типе антенны диаграмма направленности в горизонтальной плоскости формируется волноводным щелевым излучателем, а в вертикальной плоскости – с помощью линзовой диэлектрической антенны. Рис.7.

Рис.7. Линзовая антенна:

а – выпуклая; б – вогнутая.

Антенна этого типа имеет меньшую массу и парусность по сравнению с рупорно – щелевой антенной. Толщина линзовой антенны d выбирается исходя из соотношения d = (0,15÷0,2) · D. Фокусное расстояние f , на котором располагается облучатель от плоскости линзы, f 0,5D

3.2.5Антенные переключатели. Назначение, работа.

Импульсная работа РЛС позволяет использовать и для передачи и для приема одну и ту же антенну, что повышает точность определения направления.

При использовании одной антенны обязательно наличие антенного переключателя (АП). Рис.8.

. Рис.8. Схема антенного переключателя с ферритовым циркулятором.

Переключатель осуществляет коммутацию антенны с передачи на прием и обратно и защищает вход приемника от проникновения чрезмерно большой мощности СВЧ. В состав АП входят: НО, ФЦ и Р. АП не должен пропускать на вход приемника мощность более 0,05…0,1 ватта. Источник этой мощности – собственный передатчик, а также им могут быть соседние РЛС, работающие на одной и той же частоте. При мощностях выше указанного значения разрядник Р шунтирует вход приемника.

Мощные радиоимпульсы СВЧ, вырабатываемые магнетроном, через направленный ответвитель НО и ферритовый циркулятор ФЦ по волноводной линии передаются в антенну. Благодаря наличию разрядника Р защиты приемника и ФЦ вход приемника оказывается изолированным от воздействия мощных радиоимпульсов магнетрона.

Принимаемые отраженные сигналы через ФЦ и разомкнутый разрядник Р будут поступать на вход приемника и не будут попадать через ФЦ в магнетронный генератор.

Один из главных элементов АП любого типа – высокочастотный газовый разрядник. Наиболее широко в судовых навигационных РЛС применяются разрядники широкополосного типа, имеющие постоянную фиксированную настройку, отчего упрощается регулировка РЛС в судовых условиях.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Для чего предназначен передатчик РЛС?

2. Какие блоки и узлы входят в состав передающего устройства?

3. Перечислите основные характеристики передатчика.

4. Какую функцию осуществляет синхронизатор РЛС?

5. Для чего предназначен приемник РЛС?

6. Какие блоки и узлы входят в состав приемника РЛС?

7. Перечислите основные характеристики приемников РЛС.

8. Какую функцию выполняют в приемнике автоматическая подстройка частоты (АПЧ), малая постоянная времени (МПВ) и временная регулировка усиления (ВРУ)?

9. По какой схеме строятся приемники РЛС для обеспечения необходимой чувствительности и избирательности?

10. Для чего предназначен модулятор?

11. Поясните принцип работы передатчика импульсной РЛС.

12. Какие требования предъявляются к антеннам НРЛС?

13. Какие типы антенн применяются в НРЛС?

14. Какова ширина диаграммы направленности антенн в горизонтальной и вертикальной плоскостях?

15. Какую функцию выполняет рупор на конце волновода?

16. Как устроены щелевые антенны?

17. Как устроены линзовые антенны?

18. Особенности применения щелевых и линзовых антенн.

19. В чем преимущество комбинированных рупорно – щелевых и линзово – щелевых антенн?

20. Каково назначение антенных переключателей?

21. Как работает антенный переключатель?

22. Какую функцию выполняет высокочастотный газовый разрядник?

Учебный материал по занятию: [Л-2 ], стр.52…55, 63…72,

[Л-3], стр.57…63.

3.2. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 2

ИЗУЧЕНИЕ ОРГАНОВ УПРАВЛЕНИЯ РЛС FURUNO 2135S

3.2.1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

- изучить назначение регуляторов и функциональных клавиш РЛС типа FR-2135S;

-научиться правильно понимать изображение и отметки на индикаторе кругового обзора, а также буквенно –цифровую и символьную информацию, выводимую на дисплей.

3.2.2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАНЯТИЯ:

.1. Ознакомление с расположением органов управления и регулировки .

.2. Изучение функциональных клавиш, текстов и символов, нанесённых

на клавиши.

.3.Перевод надписей на клавишах и у элементов управления на русский или

украинский языки.

.4. Изучить функции и режимы работы радара.

3.2.3 ФУНКЦИИ И РЕЖИМЫ РАБОТЫ РАДИОЛОКАТОРА FR2135S

Функциональная зона:

-выбор режима ориентации изображения

-установка и включение режима “Охранная зона “

-перенос ПКД и ЭВН в любую точку на индикаторе и снятие пеленга

и расстояния до этой точки

- двукратное увеличение изображения между судном и курсором без изменения шкалы дальности

- выбор цветового режима экрана индикатора

- включение и выключение НКД

Информационная зона:

- изменение настроек работы радиолокатора

- вывод на экран необходимой информации о маршруте

- управление количеством информации выводимой на экран индикатора

-выбор диапазона работы радиолокатора ( 3 см или 10 см )

Контрольная зона. Управление САРП:

-автоматический захват целей ( до 20 )

-контроль и поступление необходимой информации о целях

-сигнализация о моменте захода цели в охранную зону

-выполнение проигрывания маневра

- установка типов истинных векторов целей

Зона управления:

-включение передатчика

-захват цели

- выбор шкалы дальности

- уменьшение помех от моря, дождя и снега

- ввод электронного вектора измерения курсового угла или пеленга

- регулировка усиления приемника

Дисплей маркеров и индикации.