книги / Физические основы получения информации

Станция 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

(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

Принимаемый частотно-модулированный сигнал имеет девиацию частоты (рис. 4.5)

Время облучения точки (цели)

_ S _ £>-2sin0 __ 2D0

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

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.

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