по теме: "Система радиолокационного сопровождения самолёта по дальности".
Радиолокационные системы (РЛС) авиационных комплексов дальнего радиолокационного обнаружения предназначены для дальнего обнаружения и сопровождения воздушных целей как на малых, так и на больших высотах. Для получения относительно больших дальностей обнаружения целей уже более столетия используются воздушные посты наблюдения. Во время первой мировой войны широко применялось воздушное наблюдение не только с самолетов, но и с воздушных шаров и привязных аэростатов, по производству которых (технология разработана в Фарнборо) ведущее место в мире занимала Великобритания. Во время второй мировой войны применение радиолокационных станций (РЛС) для противовоздушной обороны сочеталось с пониманием тех неоспоримых преимуществ, которые дает самолетная РЛС. Однако самолетные РЛС обнаружения имели в то время весьма ограниченные возможности наблюдения низколетящих целей, так как отраженные от них сигналы подавлялись мешающими отражениями от земной поверхности. Экспериментальная работа по созданию таких РЛС была начата в США в 1943 г. в рамках проекта Cadilac на основе РЛС сантиметрового диапазона с магнетронным передатчиком. За последние 10 лет постоянно велись работы по расширению возможностей самолетных РЛС обзора нижней полусферы (наблюдение "вниз"). В результате были созданы авиационные комплексы (АК) дальнего радиолокационного обнаружения (ДРЛО), из которых около 250 находятся в эксплуатации.
В настоящее время в вооруженных силах утвердилось мнение, что применение АК ДРЛО для целей ПВО и других может играть жизненно важную роль. Роль и задачи комплексов ДРЛО, в которых РЛС является всего лишь одним (хотя и весьма важным) из элементов, определяют и требования к РЛС. Даже из названия видно, что главная задача ДРЛО заключается в обнаружении низколетящих целей, находящихся за пределами зон обнаружения наземных РЛС. Важной задачей этих комплексов является также сопровождение целей и наведение на них самолетов- перехватчиков. АК ДРЛО могут решать вспомогательные задачи, например выполнение радиотехнической разведки, осуществление ретрансляции сигналов систем радиосвязи, обнаружение кораблей, определение направления на источники преднамеренных помех с целью нахождения их местоположения триангуляционным методом с помощью других систем ПВО или для обзора пространства на средних и больших высотах за пределами тех областей, которые находятся вне зоны действия наземной РЛС. В общем введение вспомогательных функций не должно сказываться на возможностях и характеристиках авиационного комплекса ДРЛО при выполнении им основной задачи. Необходимая для выполнения основной задачи цельность наблюдения целей может быть не менее дальности прямой радиовидимости при условии, что приемник обладает достаточной чувствительностью. Для обнаружения целей в нижней полусфере в настоящее время широко применяется импульсно-доплеровский метод.
- Дальность обнаружения целей
- Частота излучения РЛС
- Антенна
- Мощность излучения
- Длительность импульса
- Частота повторения импульсов и обработка сигналов
- Импульсно-доплеровский режим без сканирования по углу места. Импульсно-доплеровский режим без сканирования по углу места обеспечивает обнаружение самолетов вплоть до земной поверхности путем фильтрации сигналов узкополосными доплеровскими фильтрами В этом режиме угол места цели не измеряется.
- Импульсно-доплеровский режим со сканированием по углу места. Работа РЛС в этом режиме похожа на работу в режиме без сканирования по углу места. Отличие заключается в определении угла места цели с помощью электронного сканирования ДН в вертикальной плоскости. Благодаря высокой скорости такого сканирования имеется несколько периодов сканирования по углу места за время прохождения ДН по азимуту через направление на цель. Положением ДН по углу места управляют 28 ферритовых фазовращателей, рассчитанных на большую проходную мощность. Вторая группа фазовращателей в приемнике обеспечивает угловой сдвиг ДН, компенсирующий временную задержку между излучаемым сигналом и принимаемым сигналом, отраженным от самолета, находящегося на большой дальности.
- Загоризонтное обнаружение. При загоризонтном обнаружении РЛС работает в обычном импульсном режиме (доплеровский сдвиг частоты отраженного сигнал не выделяется). Этот режим обеспечивает увеличение дальности обнаружения в тех областях, где МО от земной поверхности отсутствуют, так как их источники находятся за пределами прямой видимости.
- Пассивный режим. В РЛС предусмотрено отключение передатчика в выбранных секторах. В это время приемники продолжают обрабатывать сигналы, излучаемые средствами преднамеренных помех противника. На экраны индикаторов выдается одна линия (строб), проходящая точно через место расположения каждого обнаруженного постановщика радиоэлектронных помех. Стробы выдаются также и при работе РЛС в активных режимах. Было показано, что комплекс может использовать азимутальные стробы, соответствующие положению постановщиков помех для определения местоположения наземных и самолетных источников радиоэлектронных помех. Это достигается благодаря перемещению носителя РЛС, что позволяет быстро определять местоположение источников РЭП триангуляционным методом.
- Режимы работы РЛС над морем. Обнаружение морских судов обеспечивается в импульсном режиме с помощью сжатия импульсов и получения таким образом импульсов с малой эффективной длительностью, при которой существенно снижается уровень МО от поверхности моря. Периодическое переключение режимов работы РЛС позволяет проводить почти одновременный обзор воздушного пространства и поверхности моря.
- Комбинированное использование режимов РЛС. В РЛС комплекса можно одновременно и по отдельности использовать импульсно-доплеровский режим со сканированием по углу места и режим загоризонтного обнаружения, причем по желанию любой из них или оба могут быть активными или пассивными. Импульсно-доплеровский режим без сканирования по углу места должен использоваться отдельно или вместе только с режимом работы над морем. При выполнении задания по обзору воздушного пространства или наведению самолета экипаж может выбрать любое из девяти видов изображений, выносимых на экраны индикаторов тактической обстановки. В зависимости от вида изображения ИТО служат в качестве индикаторов наведения, обзора воздушного пространства или анализа тактической обстановки. На ИТО формируется соответствующее отображение ситуации, которое требуется для выполнения функций, выбранных оператором. Выносимые на индикатор данные могут быть в виде индивидуальных символов, отражающих только информацию о типе цели, выдаваемой РЛС, и местоположении целей, или в виде комбинаций символов и таблиц, которые содержат такую информацию о целях, как тип цели, скорость, направление и высота полета, пеленг и вид задания (для "своей" цели). Дополнительные табличные данные представлены в нижней части индикатора, занимающей 20% площади экрана. По этим данным и по данным обстановки, таким, как карты, наземные ориентиры и опасные зоны, оператор ИТО может выбрать режим, соответствующий создавшейся ситуации. Оператор ИТО может менять масштаб изображения, вводить топографические особенности местности, выводить на экран сетку "широта - долгота", а также использовать другие виды изображения, чтобы расширить возможности комплекса по обзору воздушного пространства, наведению и управлению средствами поражения. Масштаб изображения тактической обстановки может быть увеличен в 32 раза. Можно со всей определенностью утверждать, что существующие сейчас системы будут совершенствоваться, если не будут заменены. Вполне возможно, что будут внедрены РЛС космического базирования, дополняющие тропосферные системы, однако в данной работе такие РЛС считаются выходящими за рамки задачи ДРЛО (хотя они также являются средствами ПВО). Одним из основных направлений совершенствования РЛС является повышение ее помехоустойчивости по отношению к средствам РЭП. Для этой цели могут использоваться более сложные сигналы или их адаптивная обработка. В области адаптивной техники внимание инженеров, разрабатывающих радиолокационные системы, давно уже привлекают адаптивные антенны. В настоящее время в этом направлении проводятся обширные научно-исследовательские работы. Другое направление совершенствования будет заключаться в более тесной интеграции РЛС с системами активного ответа и другими системами наблюдения, среди которых особый интерес представляют пассивные системы наблюдения.
Функциональная схема системы показана на рисунке 1 Задающим воздействием системы является дальность D1(t) до цели, непрерывно изменяющаяся во времени. Эта дальность измеряется с помощью РЛС. Информация о дальности с выхода приемника импульсной РЛС поступает в дискретные моменты времени с частотой, равной частоте посылок станции. Эта информация содержится во времени запаздывания tз отраженного сигнала от цели относительно импульса, излучаемого передатчиком. Действительно, дальность D1 (t) до цели пропорциональна времени запаздывания t3:
(где с — скорость распространения электромагнитных волн). Если дальность до цели изменяется во времени, например, по кривой D1(t) (рисунок 1), то на выходе приемника РЛС появляется последовательность отраженных импульсов Uрлс(t). Моменты 0, T, 2T,..., пТ соответствуют моментам излучения импульса передатчиком. Как видно из рисунка, радиолокатор осуществляет временную импульсную модуляцию: входным сигналом (дальностью до цели) модули¬руется последовательность импульсов по времени. Поэтому РЛС в этом случае может быть представлена временным импульсным элементом первого рода. Система автоматического сопровождения цели по дальности по дискретным значениям дальности воспроизводит непрерывную функцию изменения дальности до цели. Эта система является импульсной следящей системой, использующей принцип управления по отклонению. В состав системы (рисунок 1) входят: временной дискриминатор, являющийся элементом сравнения, усилитель-преобразователь, исполнительное устройство, генератор опорных полустробов дальности. Система работает следующим образом. В течение коротких отрезков времени, когда вращающийся луч антенны проходит через направление на цель, происходит облучение цели импульсами электромагнитной энергии, которые отражаются от цели, принимаются, усиливаются, преобразуются радиолокационной станцией и поступают на вход системы автоматического сопровождения цели по дальности. При каждом повороте антенны в период облучения цели на вход системы поступает короткая пачка импульсов. Истинное расстояние до цели D1(t) пропорционально временному сдвигу (запаздыванию t3) каждого поступающего импульса относительно момента его посылки. С другой стороны, дальность до цели D2 (t) вырабатывается системой. Эта дальность сравнивается с задающим воздействием D1 (t) и получающееся при этом отклонение D2(t) от D1(t) (т.е. ошибка) используется для управ¬ления исполнительным устройством с тем, чтобы это отклонение уменьшилось. Поскольку информация о дальности D1(t) на вход системы поступает в виде последовательности импульсов, модулированных по времени, а дальность D2 (t), вырабатываемая системой, является непрерывной величиной, то для удобства сравнения D2 (t) с D1 (t) дальность D2 (t) преобразуется также в дискретную величину. Для этой цели предназначен генератор опорных полустробов, который осуществляет временную модуляцию последовательности импульсов дальностью D2 (t). Задержка во времени t3 опорных полустробов Uгоп (рисунок 1), вырабатываемых генератором, относительно моментов излучения импуль¬сов радиолокационной станцией, пропорциональна дальности до цели D2 (t) в дискретные моменты времени. Таким образом, генератор опорных полустробов является импульсным элементом. Дальности D1(t) и D2(t) сравниваются в дискретные моменты времени во временном дискриминаторе сравнением временных положений отраженных от цели импульсов и опорных полустробов. Отклонение D'(t) дальности D2 (t) от дальности D1 (t)
проявляющееся в разности времен запаздывания t' отраженного импульса t3 и опорных полустробов t32,
преобразуется временным дискриминатором в напряжение ошибки. Последнее используется для управления исполнительным устройством, изменяющим D2 (t) таким образом, что отклонение D2 (t) от D1 (t) уменьшается.
Упрощенная схема временного дискриминатора и примерные формы напряжений, поясняющие принцип его работы, изображены на рисунке 2. Временной дискриминатор интегрирует отраженный от цели импульс за время левого Cl а затем за время правого С2 опорного полустроба. На выходе дискриминатора в моменты окончания отраженного импульса (на рисунке 2, б в моменты t1, t2, t3) создается напряжение, значение которого h пропорционально разности площадей перекрытия отраженного импульса левым и правым полустробами. Поскольку эта разность площадей при малых значениях временного сдвига t' отраженного импульса и опорных полустробов пропорцио¬нальна временному сдвигу t', то в соответствии с вышеуказанным выражением уровень h выходного напряжения пропорционален ошибке сопровождения цели по дальности в дискретные моменты времени:
В качестве исполнительного устройства часто используется двигатель с фазовращателем. При вращении двигателя изменяется фаза синусоидального напряжения на выходе фазовращателя. Нулевой фазе этого напряжения соответствует появление опорных полустробов. В результате вращения двигателя изменяется временное положение опорных полустробов в направлении устранения их несоответствия временному положению отраженного импульса. Так происходит автоматическое слежение по дальности или преобразование дискретных данных о дальности в непрерывную величину. Необходимо заметить, что напряжение ошибки на вход усилителя-преобразователя в рассматриваемой схеме поступает в виде «пачки» амплитудно-модулированных растянутых импульсов через промежутки времени Та, равные периоду вращения антенны РЛС. Продолжительность каждой пачки импульсов напряжения ошибки очень мала по сравнению с периодом обзора. Поэтому пачки импульсов можно рассматривать как одиночные импульсы ошибки, следующие через промежутки времени Та. Это позволяет рассматривать систему автоматического сопровождения как замкнутую импульсную систему с периодом повторения Та. Станция кругового обзора может обеспечить автоматическое сопровождение многих целей по дискретно получаемым данным, но для сопровождения каждой из целей станция должна иметь отдельный канал, начинающийся с выхода приемного устройства. Этот канал включает в себя систему автоматического сопровождения. На вход отдельной системы должны поступать сигналы, отраженные только от одной выбранной цели. Для этого канал открывается селекторными импульсами, вырабатываемыми специальным генератором (см. рисунок 1), и пропускаются отраженные импульсы только от одной сопровождаемой цели. Исполнительное устройство, подавая выходной сигнал на генератор селекторных импульсов, обеспечивает соответствующее плавное перемещение селекторного импульса в интервале между облучениями, так что положение селекторного импульса к моменту поступления сигнала от выбранной цели будет совпадать с положением отраженного сигнала от этой цели.
Выводы
- Обоснована важность и актуальность решаемой проблемы. и сделан обзор сфер применения РЛС.
- Сделан обзор сфер применения РЛС.
- Проанализированы рабочие режимы и условия работы РЛС сопровождения самолёта по дальности.
- Рассмотрен принцип работы радиолокационной станции.
- Проанализированы основопологающие законы и процессы, влияющие на работу РЛС.
Список литературы
- Бакулев П.А., Радиолокация движущихся целей.-М.:Сов.радио,1964.
- Дружинин В.В., Конфликтная радиолокация(опыт системного исследования).-М.:Радио и связь,1986.
- Кондратьев В.С., Многопозиционные радиотехнические системы.-М.:Радио и связь,1986.
- Леоненко И.М., Наземные радиолокационные станции импульсного типа.-М.:ЦНИИ Патентинформ,1964.
- Оводенко А.А, Робастные локационные устройства.-Л.:ЛГУ,1981.
- Перов В.П., Расчёт радиолокационных следящих систем с учётом случайных воздействий.-Л:Суд.пром.,1961.
- Финкельштейн М.И., Основы радиолокации(учебное пособие для вузов гражданской авивции).-М.:Радио и связь,1983.