Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дипломная работа

Радиопередающее устройство РЛС сантиметрового диапазона

АННОТАЦИЯ

В данном дипломном проекте спроектировано радиопередающее устройство РЛС сантиметрового диапазона.

Цель дипломного проекта на основе анализа современных и перспективных средств воздушного нападения обосновать требования к основным параметрам перспективной РЛС обнаружения, а также спроектировать радиопередающее устройство этой РЛС.

устройство радиопередатчик радиолокация станция диапазон

Введение

1. Анализ современных и перспективных средств воздушного нападения

2. Тактико-техническое обоснование основных параметров РЛС

2.1 Основные технические характеристики импульсного передатчика

2.2 Влияние структур и параметров зондирующих радиоимпульсов на технические характеристики РЛС

2.3 Влияние структур и параметров зондирующих радиоимпульсов на помехозащищенность РЛС

3. Разработка структурной схемы РЛС

3.1 Тракт генерирования и излучения радиолокационных сигналов

3.1.1 Антенное устройство

3.1.2 Высокочастотный тракт РЛС

3.2 Тракт приема и выделения сигнала

4 Расчет требуемой импульсной мощности РПУ и коэффициента усиления антенны

4.1 Выбор типа антенны, расчет размеров и коэффициента усиления антенны

4.2 Расчет требуемой мощности передатчика

4.3 Приблизительный расчет потребляемой от сети мощности

5 Разработка структурной схемы РПУ

5.1 Функции, выполняемые радиопередающим устройством

5.2 Структурные схемы РПУ. Однокаскадная и многокаскадная схема передатчика

5.3 Разработка структурной схемы РПУ

ВВЕДЕНИЕ

Для обеспечения надежной защиты государства развиваются все виды вооруженных сил. Вместе с тем, в современных условиях, когда на первое место среди средств ведения войны выдвинулось ядерное оружие и разнообразные средства доставки его к объектам - баллистические и крылатые ракеты, неизмеримо возросла роль противовоздушной обороны.

Опыт локальных войн в Ираке, Югославии неоспоримо показал, что противовоздушная оборона в современных условиях превратилась в фактор стратегического значения. Совершенствование средств воздушного нападения и тактики их применения вызвало новые требования к противосамолетной обороне. Она должна быть помехоустойчивой, достаточно эффективной для всего практически достижимого диапазона высот и скоростей, обеспечивать борьбу с малоразмерными целями.

Одним из главных направлений на пути решения задач ПВО - обеспечения надежного обнаружения и проводки воздушных целей при полетах на любых высотах, вплоть до предельно малых, в условиях радиоэлектронного противодействия.

В данной дипломной работе будет, на основе анализа современных и перспективных средств воздушного нападения, обоснованы требования к основным параметрам перспективной РЛС обнаружения. Спроектировано радиопередающее устройство этой РЛС и разработан возбудитель многочастотного ФКМ сигнала с дискретно изменяемой девиацией частоты.

1 . АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ СРЕДСТВ ВОЗДУШНОГО НАПАДЕНИЯ

В последние годы значительно расширен диапазон форм угрозы военной силой. Все большее внимание уделяется увеличению количества районов присутствия крупных группировок вооруженных сил США на постоянной или временной основе и наращиванию возможностей для их быстрого усиления в целях решения международных проблем путем угрозы или прямого использования военной мощи.

В условиях кардинальных изменений, происходящих на международной арене и связанных с активизацией договорных процессов по сокращению различных видов вооруженных сил и вооружения, улучшения отношений между США и Россией, американское военно-политическое руководство завершает пересмотр военной стратегии, основу которой составляют четыре главных положения: обеспечение стратегического сдерживания путем устрашения, сохранение передового развертывания в ключевых регионах, эффективное реагирование на кризисную обстановку, сохранение способности быстро нарастить численность и мощь вооруженных сил в случае необходимости.

В девяностые годы в американской военной стратегии появился новый подход к определению типа войн, в которых могут участвовать вооруженные силы США. Наряду с классификацией войн по масштабам и средствам их ведения военная доктрина США подразделяет все возможные в межгосударственных отношениях формы вооруженной борьбы по интенсивности. При этом выделяется три группы конфликтов: высокой, средней и низкой интенсивности. К конфликтам высокой интенсивности относятся войны глобального охвата между государствами или их коалициями, в которых противоборствующие стороны применяют для достижения решительных политических целей все имеющееся ядерное, химическое и биологическое оружие.

К конфликтам средней интенсивности относятся войны между государствами или коалициями государств с применением всех сил и средств, включая ограниченное использование оружия массового поражения.

Американское Военно-политическое руководство считает, что в настоящее время вероятность крупномасштабного столкновения между США и Россией в силу сложившегося ядерного паритета и в связи с улучшением отношений между двумя странами является низкой за последние годы. Одновременно с этим признается, что возросла возможность участия США в конфликтах низкой интенсивности, под которыми понимаются как формы применения вооруженных сил (ограниченные боевые действия, демонстрация силы), так и экономические, политические и идеологические акции, которые могут предприниматься США в различных регионах мира в целях «защиты американских интересов». При этом США присваивают себе право не только вмешиваться по собственному усмотрению в дела суверенных государств, но и определить, в какой форме это делать.

Пентагон предусматривает три аспекта такого вмешательства:

Против развивающихся стран, во главе которых стоят неугодные Вашингтону правительства;

Поддержку проамериканских режимов, стабильность которых находится под угрозой;

Против государств, в которых, по определению США имеются «террористические элементы», угрожающие американским интересам.

Несмотря на значительное снижение возможности глобального ядерного конфликта и перенос акцента в подготовке вооруженных сил США к участию в конфликтах низкой интенсивности американское руководство не исключает вероятности крупномасштабной войны против России, которая, по американским оценкам, «обладает физической возможностью уничтожить США одним сокрушительным ударом».

В качестве возможного способа развязывания войны на основных театрах считается перерастание конфликтов низкой интенсивности в военные действия более крупного масштаба, вплоть до всеобщей войны. Однако главным способом развязывания крупномасштабных войн военное руководство США считает внезапное нападение заблаговременно развернутыми в мирное время группировками войск.

В целом, осуществляемые США мероприятия по достижению военно-стратегического и военно-технического превосходства над нашей страной, а также ставка на использование военной силы для достижения внешнеполитических целей позволяют, по убеждению Вашингтона, проводить предусмотренный стратегией национальной безопасности курс, направленный не только на «глобальное сдерживание» России, но и на максимальное использование нынешней обстановки для создания новой системы международных отношений, в которой США отводилась бы роль бесспорного лидера, обладающего особыми полномочиями в следствии огромного экономического и военного имущества. Из рассмотренного выше следует, что одним из вероятных противников для России являются ВС США и блока НАТО в целом.

Опыт последних локальных войн показывает, что основную роль при проведении военных операций американское руководство отводит ВВС США и НАТО. Основной же силой способной сдерживать авиацию являются войска ПВО, необходимо учитывать как тактику применения, как и технические возможности средств воздушного нападения.

В настоящее время средства воздушного нападения состоят из средств стратегической авиации, средств тактической авиации, средств авиации ВМС, средств армейской авиации, беспилотных летательных аппаратов (БЛА) и авиационных средств поражения (рисунок 1). ТА и палубная авиация рассматриваются командованием США и НАТО как главная ударная сила на ТВД во всех видах войн с применением и без применения ЯО. Тактика действий тактической и палубной авиации при прорыве ПВО ВВС предусматривает определенное оперативное построение, включающее несколько групп самолетов различного стратегического назначения:

Группа огневого подавления средств ПВО ВВС;

Ударные группы;

Группы непосредственного прикрытия ударных групп от истребителей ПВО ВВС;

Группы радиоэлектронного подавления средств ПВО ВВС;

Группы контроля и разведки результатов удара;

Группы дальнего радиолокационного обнаружения и управления.

Рисунок 1 - Классификация средств воздушного нападения

Ударные группы самолетов ТА и СА предназначены для нанесения ударов по объектам самолетами F-111, F-117, «ТОРНАДО», «ЯГУАР», «ХАРРИЕР», а также А-7D, А-10, «АЛЬФА-ДЖЕТ» (таблица 1).

Группы огневого подавления средств ПВО ВВС предназначены для уничтожения или вывода из строя средств ПВО ВВС с целью «ослепить» систему ПВО ВВС, нарушить систему огня ЗРВ, проделать бреши в системе ПВО ВВС. Объектами огневого воздействия могут быть РЛС, командные пункты, аэродромы, пункты наведения истребительной авиации и позиции ЗРВ.

Наиболее распространенным способом огневого подавления средств ПВО ВВС считается групповая атака звеном самолетов с прикрытием и применением как обычных так и противорадиолокационных ракет типа «ШРАЙК», «СТАНДАРТ-АРМ», «ХАРМ», «АЛАРМ», «ТЕССИТ РЕЙНБОУ».

Таблица 1

Основной противорадиолокационной ракетой состоящей на вооружении в настоящее время на вооружении ВВС и ВМФ США является ПРЛР «ХАРМ» (AQM-88А). Она предназначена для уничтожения РЛС ЗРВ, ПВО ВВС, работающих в дециметровом и сантиметровом диапазоне. Основные ТТХ ПРЛР приведены в таблице 2.

Таблица 2

Группа непосредственного прикрытия ударных групп от истребителей ПВО ВВС. На вооружении ВВС США состоят истребители-перехватчики, а также многоцелевые истребители типа: «торнадо» F-2; «фантом» FGR, 2F-15

ТТХ данных самолетов приведены в таблице 3.

Таблица 3

Группа радиоэлектронного подавления средств ПВО ВВС предназначена для проведения комплекса мероприятий и действий по радиоэлектронному подавлению противника и защите своих войск (сил) и систем оружия от радиоэлектронного подавления. Представляет собой мероприятия и действия, проводимые войсками по подавляющему и дезинформирующему воздействию на РЭС и системы противника энергией электромагнитных излучений.

Радиодезинформация в системе РЭП проводится для введения противника в заблуждение путем ложной работы РЭС своих войск, изменения режимов их работы и имитации работы РЭС противоборствующей стороны. основными способами радиодезинформации считаются:

Показ ложных демаскирующих признаков РЭС, объектов и обстановки;

Преднамеренное вхождение в радиосети и радионаправления противника, передача в них ложной информации и команд;

Искажение сведений, сигналов и позывных;

Повышение интенсивности работы РЭС на второстепенных направлениях при сохранении режима работы на главном.

Перечисленные мероприятия в совокупности с другими мерами по дезинформации могут вызвать у противника впечатление о сосредоточении войск и подготовки операции там, где в действительности этого нет. Мероприятия по обеспечению РЭБ предусматривают поиск, перехват и анализ излучений, опознавание и определение местоположения РЭС противника, оценку создаваемой им угрозы для последующего радиоэлектронного подавления и выдачи целеуказание средствам поражения, а также управление своими силами и средствами РЭП.

На вооружении ВВС США приняты: самолет-разведчик RF-4C, а также самолеты радиоэлектронного подавления EF-111, EC-130H. Характеристики самолетов данного типа приведены в таблицах 4, 5.

Таблица 4

Таким образом, анализируя особенности применения ВВС США и НАТО, а также исходя из опыта локальных войн, можно увидеть, что ВВС США активно используют все технические возможности авиации. При массированном применении СВН учитывается все, начиная от рельефа, местности и погодных условий и заканчивая тактикой действий.

Для тактики действий воздушного противника в локальных войнах характерно массированное применение СВН, отсутствие шаблона в выборе варианта удар, тактических приемов и способов действий, всестороннее обеспечение действий ударных групп, стремление к достижению внезапности, сокращение времени нахождения самолетов в зоне огня зенитных средств и т. д. Комбинированные удары с воздуха становятся сложными, широко используются для решения различных задач БЛА, малозаметные летательные аппараты, ВТО в РЛ и ИК диапазоне, постановщики радиоэлектронных помех. Для обеспечения своевременного вскрытия противника на дальних границах обнаружения необходимо активно использовать РЛС обнаружения, которые обеспечат вскрытие состава противника на высотах вплоть до предельно малых на максимально дальних рубежах. Данная станция должна обладать высокой энергетикой излучаемого сигнала, помехозащищенностью.

2 ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЛС

2.1 Основные технические характеристики импульсного передатчика

Основная задача эскизного проектирования радиопередающего устройства состоит в обосновании требований к его техническим характеристикам на основе анализа требований к тактическим характеристикам проектируемой РЛС, а также в выборе структуры передатчика, обеспечивающей реализуемость обоснованных требований. Поэтому в данном вопросе основное внимание уделяется анализу влияния параметров зондирующих сигналов на основные тактические характеристики проектируемой РЛС.

В радиолокационных системах находят применение различные виды зондирующих сигналов:

Непрерывные немодулированные;

Непрерывные амплитудно-модулированные;

Непрерывные частотно-модулированные;

Импульсные.

Выбор того или иного вида зондирующего сигнала зависит от характера решаемых радиолокационной системой задач и условий ее функционирования. Однако в РЛС РТВ, как впрочем и в большинстве РЛС другого назначения, применяются импульсные зондирующие сигналы. Это связано с тем, что их применение позволяет достаточно точно обеспечить измерение дальности до цели и упростить конструкцию РЛС за счет использования общей системы на передачу и прием.

Основными параметрами зондирующих радиоимпульсов являются:

Длина волны (частоты) генерируемых колебаний;

Диапазон перестройки;

Импульсная мощность Р И;

Длительность импульса ф И;

Частота F П или период Т П повторения зондирующих импульсов;

Ширина спектра П И.

По своей структуре радиоимпульсы могут быть:

Когерентными и некогерентными;

Простыми и сложными.

Радиоимпульсы называют когерентными, если начальная фаза колебаний каждого радиоимпульса одинаковая или от импульса к импульсу изменяется по определенному закону. Если же начальная фаза высокочастотных колебаний от импульса к импульсу является случайной величиной, такие радиоимпульсы являются некогерентными.

Спектр последовательности некогерентных радиоимпульсов всегда сплошной, его форма определяется формой спектра одиночного радиоимпульса. Спектр когерентной последовательности ограниченного числа радиоимпульсов является гребенчатым, его огибающая повторяет форму спектра одиночного радиоимпульса. При увеличении числа импульсов в пачке когерентных радиоимпульсов ширина гребней спектра уменьшается, и он приближается к линейчатому.

Радиоимпульсы называют простыми, если произведение ширины спектра П И и длительности импульса ф И, называемой базой сигнала, имеет величину порядка единицы:

Если же В>>1, такой сигнал называется сложным. Достоинством простых сигналов является простота их формирования и оптимальной обработки. Однако их применение ограничивает возможность по технической реализации предъявляемых требований к тактическим характеристикам проектируемой РЛС. Поэтому в современных и тем более перспективных РЛС применяются в основном сложные сигналы двух видов:

Радиоимпульсы с внутриимпульсной линейной (ЛУМ) или нелинейной (НУМ) частотной модуляцией;

Радиоимпульсы с внутриимпульсной фазовой манипуляцией (от латинского «manus» - рука), при которой фаза колебаний в пределах импульса через определенные временные интервалы скачком изменяется на 180є. Поскольку эти скачкообразные изменения происходят по определенному двоичному коду, такие импульсы называются фазокодоманипулированными (ФКМ).

Обоснование требований к техническим характеристикам передатчика осуществляется на основе предъявляемых к РЛС требований к тактическим характеристикам. Поэтому необходимо проанализировать влияние структур и параметров зондирующих радиоимпульсов на основные тактические характеристики РЛС. Поскольку длина волны является параметром, общим для передатчика, приемника и антенно-волноводной системы, требования к ней должны быть обоснованы на этапе системотехнического проектирования РЛС в целом.

2.2 Влияние структур и параметров зондирующих радиоимпульсов на тактические характеристики РЛС

Как известно, максимальная дальность действия РЛС определяется соотношением:

где Э С - энергия сигнала передатчика;

G ПЕР - коэффициент усиления передающей антенны;

А ПР - эффективная площадь приемной антенны;

у Ц - ЭПР цели;

г - коэффициент различимости (или параметр обнаружения);

N 0 - спектральная плотность мощности собственного шума приемника, пересчитанная к его входу.

Рассмотрим подробнее входящие в выражение (2.2) параметры.

Величины G ПЕР и А ПР обосновываются при эскизном проектировании антенны. Если на передачу и прием используется одна антенна, между ними существует связь

Как уже говорилось, длина волны должна быть уже выбрана на этапе системотехнического проектирования РЛС в целом. Эффективная площадь антенны связана с ее геометрической площадью соотношением

где н - коэффициент использование площади раскрыва антенны. Его значение имеет величину порядка 0,5 .. 0,6. Геометрическая площадь ограничена допустимыми габаритами антенны.

Спектральная плотность мощности шумов:

где k = 1,38·10 -23 Дж/к - постоянная Больцмана,

Т 0 - абсолютная температура эквивалентного источника шума (при расчетах принимается Т 0 =290 к),

Ш - коэффициент шума приемника.

С учетом полосы пропускания приемника N 0 определяют предельную чувствительность приемника.

Коэффициент различимости представляет собой отношение сигнал-шум по мощности необходимое для обнаружения сигнала с заданными показателями качества - вероятностью правильного обнаружения и ложной тревоги.

Непосредственно к передатчику относится энергия сигнала генерируемая передатчиком за время облучения цели:

где Р И - импульсная мощность передатчика,

ф И - длительность зондирующего импульса,

М - число импульсов, облучающих цель (число импульсов в пачке).

Число импульсов:

где Дв 0,5 - ширина диаграммы направленности антенны в азимутальной плоскости (в радианах),

Т ОБЗ - период обзора пространства по азимуту.

Параметры Дв 0,5 и Т ОБЗ непосредственно к передатчику не относятся. К нему относятся Р И, ф И, Т П. С точки зрения обеспечения заданной дальности обнаружения необходимо увеличивать Р И, ф И и уменьшать Т П (или увеличивать F П =1/ Т П).

Увеличение F П ограничено значением однозначно измеряемой дальности:

Увеличение импульсной мощности сопровождается повышением требований к электрической прочности тракта генерирования и излучения сигнала, а также приводит к снижению скрытности РЛС и защищенности ее от самонаводящегося оружия.

Увеличение длительности импульса (если это простой импульс) приводит к снижению разрешающей способности по дальности. разрешение противоречий между требованиями по дальности обнаружения и разрешающей способности по дальности возможно на основе перехода к сложным радиоимпульсам, так как разрешающая способность по дальности определяется шириной спектра сигнала П С:

Как известно, потенциальная точность измерения дальности (т.е. предельно достижимая средняя квадратическая ошибка) определяется соотношением

Отсюда видно, что для повышения потенциальной точности необходимо одновременно увеличивать энергию принимаемого сигнала (т.е. увеличивать отношение сигнал-шум

г) и ширину спектра сигнала, что невозможно в случае применения простых радиоимпульсов.

Поэтому, как и для обеспечения заданного значения дальности обнаружения, для реализации требований к точности измерения дальности необходимо применять сложные сигналы.

2.3 Влияние структур и параметров зондирующих радиоимпульсов на помехозащищенность РЛС

Помехозащищенностью РЛС называется способность выполнения ею заданных функций с требуемыми показателями качества в условиях воздействия активных и пассивных помех, как преднамеренных, так и непреднамеренных.

Данная характеристика определяется скрытностью работы РЛС и ее помехоустойчивостью.

Скрытность измеряется вероятностью обнаружения работающей на излучение РЛС средствами радиотехнической разведки противника. Снижение этой вероятности обеспечивается уменьшением импульсной мощности излучаемого сигнала и скачкообразным изменением основных его параметров.

Количественной оценкой помехоустойчивости РЛС является отношение мощности сигнала к мощности помехи на выходе оптимального фильтра, при которой обеспечиваются требуемые значения характеристик обнаружения и точности измерения координат.

Помехоустойчивостью по отношению к активной шумовой помехе обеспечивается увеличением энергии зондирующего сигнала. При этом для обеспечения скрытности необходимо не увеличивать его импульсную мощность. Это противоречие разрешается на основе применения сложных зондирующих сигналов.

Повышение помехоустойчивости РЛС по отношению к воздействию пассивных маскирующих помех достигается повышением разрешающей способности по дальности и скорости. Повышение разрешающей способности по дальности (наряду с повышением разрешающей способности по угловым координатам) приводит к уменьшению разрешаемого объема, а, следовательно, к уменьшению среднего значения ЭПР источника пассивной помехи (облака дипольных отражателей, подстилающей поверхности и т.д.).

Разрешающая способность по скорости позволяет выделять полезный сигнал на основе использования эффекта Доплера. Обеспечение разрешения одновременно по дальности и по скорости связано с необходимостью преодоления известного из теории радиолокации принципа неопределенности. Наиболее полно этому требованию удовлетворяют пачки сложных радиоимпульсов при условии, что длительность пачки ф пач =МТ п значительно превышает временную протяженность пассивной помехи

где ДR пп - радиальный размер пассивной помехи.

Системы, реализующие разрешение целей на фоне пассивных помех на основе использования эффекта Доплера, называются системами селекции движущихся целей (СДЦ). Технически реализация систем СДЦ возможна при использовании когерентных пачек зондирующих радиоимпульсов. При этом возможны различные варианты построения когерентно-импульсных РЛС:

Истинно когерентные РЛС (передатчик формирует когерентную последовательность радиоимпульсов);

Псевдо когерентные РЛС с внутренней когерентностью (передатчик формирует некогерентные радиоимпульса, фазы которых запоминаются так называемым когерентным гетеродином на период повторения зондирующих импульсов);

Псевдо когерентные с внешней когерентностью (для обеспечения когерентности используются сигналы от неподвижных объектов, находящихся в одном элементе разрешения с движущейся целью).

Выбор того или иного варианта построения когерентно-импульсной РЛС определяется требованиями к эффективности функционирования системы СДЦ.

Из изложенного следует, что параметры и структура зондирующих импульсов оказывает существенное влияние на дальность действия РЛС, ее точностные характеристики и разрешающую способность по дальности и скорости. Для обеспечения заданных значений дальности действия и точности измерения координат необходимо увеличивать энергию принимаемого сигнала, для чего при фиксированном значении импульсной мощности зондирующего сигнала необходимо увеличивать длительность одиночного импульса и количество принимаемых импульсов в пачке. Одновременное разрешение по дальности и скорости возможно на основе применения сложных радиоимпульсов.

В данной работе при разработке передающего устройства, мною будет использован ФКМ сигнал, который обеспечит высокую энергетику сигнала, а также помехозащищенность.

3 . РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РЛС

Импульсными РЛС называются такие, в которых дальность до цели определяется путем измерения времени задержки эхо-сигнала относительно зондирующего импульсного сигнала.

Состав структурной схемы радиолокационной станции определяется ее функциями (рисунок 3.1).

В общем случае, для получения информации о целях радиолокационным методом станция должна обеспечивать выполнение следующих функций:

Облучение целей электромагнитной энергией (зондирование зоны обзора);

Прием отраженных от цели эхо-сигналов и выделение их из помех;

Отображение получаемой радиолокационной информации и измерение координат целей;

Определение государственной принадлежности;

Ввод радиолокационной информации в устройство обработки и выдачу ее в каналы связи.

Рисунок 3.1

Выполнение первой функции обеспечивается трактом генерирования и излучения, последовательно осуществляющим ФКМ сигналов, передачу их к антенне и излучение их в пространство. В состав тракта входят: передающее устройство, фидерное устройство и антенна. Функции приема отраженных от цели сигналов и выделение их из помех осуществляются трактом приема и выделения сигналов из помех. Здесь решаются задачи фильтрации, усиления, преобразования сигналов и выделения их из шумов, пассивных и активных помех. Основными элементами тракта являются: антенно-фидерное устройство, приемное устройство, устройство защиты от помех.

Отображение воздушной обстановки в зоне обзора РЛС и определение координат целей решается с помощью оконечных устройств РЛС. Оконечными устройствами РЛС могут быть устройства автоматического измерения и съема координат, индикаторные или другие устройства отображения. Для синхронизации работы передающих, индикаторных устройств и других систем РЛС во времени необходима система запуска.

Для измерения координат с индикаторных устройств или путем автоматической обработки сигналов необходимо формирование специальных масштабных отметок или кода дальности, азимута, высоты.

Опознавание цели осуществляется в специальной системе опознавания, составной частью которой являются наземные радиолокационные запросчики, сопрягаемые с РЛС. Конкретизация элементов структурной схемы импульсной РЛС, состава, назначения и взаимодействия отдельных систем будет рассмотрена далее.

3.1 Тракт генерирования и излучения радиолокационных сигналов

Основными задачами, решаемыми трактом генерирования и излучения импульсной РЛС являются:

Создание импульсов СВЧ высоких энергий заданной структуры, длительности и периодичности;

Канализации энергии этих импульсов от передающего устройства к антенной системе с минимально возможными потерями;

Направленное излучение импульсов электромагнитных волн.

Составными частями тракта, в соответствии с решаемыми задачами, являются передающие устройства, высокочастотные тракты и антенные системы РЛС (рисунок 3.2).

В трактах генерирования и излучения кроме основных перечисленных решаются дополнительные специфические задачи:

Развязка передающего и приемного устройства при работе на излучение и прием;

Ответвление энергии СВЧ дл контроля мощности и спектра зондирующего сигнала, переключение передающего устройства к антенной системе или эквиваленту;

Изменение уровня, структуры сигналов и несущей частоты;

Защита личного состава от облучения.

Рисунок 3.2

3.1.1 Антенное устройство

Антенное устройство РЛС предназначено для:

Преобразование энергии колебаний, генерируемых передатчиком, в энергию электромагнитных волн в пространстве (излучение);

Улавливание энергии электромагнитных волн (эхо-сигналов) с определенного телесного угла пространства и концентрации ее на входе линии приема;

Концентрации энергии электромагнитных волн в определенном телесном угле при излучении;

Выбор направления излучения и приема энергии электромагнитных волн в соответствии с принятым способом обзора пространства.

В импульсной РЛС моменты времени измерения зондирующего сигнала и приема эхо-сигналов разделены, что позволяет обеспечить работу одной и той же антенны на прием и передачу.

Параметры антенных систем в значительной степени определяют боевые возможности радиолокационной станции, такие как дальность действия, форма зоны обзора, время обзора пространства, точность определения угловых координат, разрешающая способность по угловым координатам, помехозащищенность.

Основными параметрами антенного устройства РЛС являются:

Коэффициент усиления антенны;

Форма диаграммы направленности;

Уровень боковых лепестков, диапазонность;

Устойчивость к ветровым нагрузкам, обледенению, воздействию ударных волн;

Возможность быстрой разборки и сборки;

Удобство транспортировки.

Коэффициент усиления антенны G позволяет увеличить дальность действия РЛС, и обеспечивается физическими размерами антенны. Между усилением, размерами антенны и длиной волны существует известное соотношение:

где А - площадь антенны;

л - длина волны;

К А - коэффициент использования поверхности антенны;

з А - коэффициент полезного действия антенны.

Коэффициент усиления антенны связан с коэффициентом направленного действия G Н соотношением:

Форма диаграммы направленности является важной характеристикой антенны. Диаграммой направленности антенны по мощности называется зависимость коэффициента усиления от угловых координат.

Диаграмма направленности характеризуется шириной главного лепестка в горизонтальной и вертикальной плоскости по уровню половинной мощности, а также уровнем боковых лепестков. Эти параметры тесно связаны с коэффициентом усиления и геометрическими размерами антенны L r

где L r - размер сечения в соответствующей плоскости;

К r - коэффициент, зависящий от распределения поля в раскрыве антенны (обычно К r =50є..80є).

Форма диаграммы направленности антенны РЛС в вертикальной плоскости оказывает существенное влияние на такие характеристики РЛС, как точность измерения и разрешающую способность по угловым координатам, помехозащищенность и скорость обзора. Для радиолокационных станций обнаружения, осуществляющих круговой обзор пространства, наиболее рациональной является диаграмма направленности широкая в вертикально и узкая в горизонтальной плоскости.

На изодальностном участке зоны обнаружения коэффициент усиления антенны должен быть приблизительно постоянным. На изовысотном участке зоны обнаружения коэффициент усиления по углу места должен изменятся по закону «косеканс квадрат». При этом на вход приемника при постоянной высоте полета цели и разной дальности приходит сигнал постоянной интенсивности.

Уровень боковых лепестков влияет на интенсивность принимаемых активных помех от помехопостановщиков, пассивных помех от местных предметов и тем самым ухудшает помехозащищенность РЛС. Прием эхо-сигналов целей по боковым лепесткам затрудняет определение их истинного местоположения.

Кроме ухудшения помехозащищенности боковые лепестки вызывают понижение чувствительности приемных каналов за счет приема дополнительных шумов из окружающего пространства. Уровень боковых лепестков существенно зависит от закона распределения поля в раскрыве зеркальной антенны, мощности в отдельных излучателях антенной решетки.

В зеркальных антеннах допустимое значение уровня боковых лепестков составляет 17-23 дБ, в директорных антеннах около 15 дБ. Для ослабления влияния боковых лепестков на помехозащищенность РЛС применяют специальные схемы подавления.

3.1.2 Высокочастотный тракт РЛС

Высокочастотный тракт РЛС осуществляет передачу высокочастотной энергии зондирующих импульсов от передатчика к антенне и принятых эхо-сигналов от антенны на вход приемника.

К основным техническим данным высокочастотных трактов относятся следующие:

Степень согласования высокочастотного тракта с нагрузкой;

Потери энергии в высокочастотном тракте;

Максимальная передаваемая мощность.

Степень согласования высокочастотного тракта с нагрузкой характеризуется коэффициентом стоячей волны напряжения

где - коэффициент отражения;

Комплексные сопротивления нагрузки и линии передачи;

или обратной К СВ величиной - коэффициентом бегущей волны.

Обычно считают, что нагрузка хорошо согласованна с линией передачи, если К СВ < 1,2 и согласована удовлетворительно, если К СВ = 1,2- 2. при К СВ менее 2 от нагрузки отражается менее 11% падающей мощности.

Потери энергии в высокочастотном тракте обусловлены тепловыми потерями в металлических проводящих поверхностях и диэлектрическими потерями линии передачи.

Величину потерь принято характеризовать коэффициентом поглощения. Для линии передач пользуются величиной погонного ослабления, выраженной в децибелах на один метр длины.

Для волноводов рабочее значение величины погонного ослабления составляет 0,01-0,05 дБ/м, для полосковых и коаксиальных линий передач 0,05-0,5 дБ/м. потери тракта РЛС составляют 0,5-1 дБ на передачу и 2-3 дБ на прием.

Предельная мощность высокочастотного тракта ограничивается условиями пробоя и допустимым нагревом диэлектрика линии передачи.

3.2 Тракт приема и выделения сигнала

Тракт приема и выделения эхо-сигналов предназначен для передачи энергии сигналов целей и помех с антенных систем на вход приемных устройств РЛС, усиления и фильтрации сигналов целей на фоне помех. К помеховым сигналам относятся энергия собственных шумов приемных устройств и внешних естественных и преднамеренных источников шума.

4 . ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ РПУ. РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ ИМПУЛЬСНОЙ МОЩНОСТИ РПУ И КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ АНТЕННЫ

Расчет требуемой импульсной мощности радиопередающего устройства и коэффициента усиления антенны будет произведен для трех диапазонов волн: сантиметрового, дециметрового и метрового.

Вначале сделаем выбор типа антенны и расчет размеров антенны.

4.1 Выбор типа антенны, расчет размеров антенны и коэффициента усиления

Антенна радиолокатора должна иметь диаграмму направленности, обеспечивающую высокую разрешающую способность по угловым координатам. В качестве антенны импульсных РЛС наиболее широкое распространение получили зеркальные параболические антенны. Эти антенны позволяют сравнительно несложно получить диаграмму направленности, обеспечивающую высокие разрешающие способности по угловым координатам и малый уровень боковых лепестков диаграммы направленности. Для трехкоординатной РЛС с параллельным обзором по углу места рекомендуется выбрать в качестве формы зеркала либо симметричную вырезку из параболоида вращения, либо параболический цилиндр с фазированной антенной решеткой в качестве облучателя.

а для директорных антенн

где Ди - ширина диаграммы направленности антенны по уровню половинной мощности в соответствующей плоскости;

л - длина волны;

а - размер антенны в соответствующей плоскости;

L - продольный размер директорной антенны.

Следует учитывать, что минимальному значению коэффициента в выражении (4.1) соответствует наибольший уровень боковых лепестков, максимальному значению коэффициента соответствует минимальный уровень боковых лепестков, поэтому для обеспечения высокой помехозащищенности РЛС по боковым лепесткам следует избрать значение коэффициента в выражении (4.1) в пределах 70..90.

Таблица 4.1

После того, как определены вертикальный (а )и горизонтальный(в ) размеры зеркала, следует определить геометрическую площадь антенны

S=(0.8..0.9)ab .(4.3)

Таблица 4.2

Выбор антенны заканчивается расчетом коэффициента усиления антенны

Таблица 4.4

Для определения величины суммарного коэффициента различимости (г?) следует, воспользовавшись кривыми обнаружения (приложение А), по заданным вероятностям правильного обнаружения D и ложной тревоги F Л определить коэффициент различимости при оптимальной обработке г.

Для простого немодулированного радиоимпульса и ФКМ сигнала оптимальная фильтрация одиночного импульса (одиночной дискреты ФКМ сигнала) заменяется квазиоптимальной. При этом возникают потери в отношении сигнал/шум, равные

г С =0,8 дБ.(4.9)

Далее, вместо когерентного накопления используется некогерентное. Потери на некогерентное накопление (г Н) пачки можно определить по соответствующим графикам (приложение Б). если производится цифровая обработка, то следует учесть и потери, вызываемые цифровой обработкой, т.е. учесть шум квантования г Ц. Окончательно:

г? = г + г С + г Н + г Ц.(4.10)

Таблица 4.6

После определения г? может быть найдена энергия зондирующего сигнала по формуле (4.6). энергия зондирующего сигнала связана с импульсной мощностью соотношением

Э=б Р И ф И М,(4.11)

где б - коэффициент, учитывающий непрямоугольность пачки. Рекомендуется выбрать б

Из выражения (4.11) может быть определена импульсная мощность. Для трехкоординатной РЛС полученное значение импульсной мощности необходимо умножить на число каналов по углу места.

4.3 Приблизительный расчет потребляемой от сети мощности

по импульсной мощности можно определить мощность, потребляемую выходным каскадом радиопередающего устройства РЛС от агрегатов питания

где Q=Т/ф И - скважность сигнала,

з Г - КПД генераторного прибора,

з М - КПД модулятора (з М = 0,7..0,8),

з В - КПД выпрямителя (з В = 0,8..0,9),

з Т - КПД трансформатора (з Т = 0,6)

5 . РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РПУ

5.1 Функции, выполняемые радиопередающим устройством

Радиопередающее устройство выполняет следующие функции:

Создает колебания высокой частоты (носитель полезной информации), которые получаются в результате преобразования энергии источников постоянного тока в энергию тока высокой частоты. Этот процесс называется генерацией, а устройство, в котором создается ток высокой частоты, - генератором.

Осуществляется управление высокочастотными колебаниями.

Необходимость в управлении высокочастотными колебаниями возникает в любой из радиолиний, все многообразие которых может быть приведено к двум основным разновидностям: связным и радиолокационным.

В связных радиолиниях полезная информация закладывается на их передающих концах путем изменения одного или нескольких параметров высокочастотных колебаний (амплитуды, частоты или фазы) по соответствующему закону. Процесс управления высокочастотными колебаниями называется модуляцией, а устройство, с помощью которого осуществляется данный процесс,- модулятором. В радиолокационных системах полезная информация не закладывается на их передающих концах, а возникает при отражении электромагнитных волн от объектов (целей). Тем не менее и в этой разновидности радиолиний также возникает необходимость в первичной модуляции или манипуляции тока высокой частоты для обеспечения возможности извлечения полезной информации в приемном тракте. Радиопередающее устройство состоит из комплекса аппаратуры, обеспечивающей создание модулированного тока высокой частоты. Применительно к радиолокационной системе передатчик предназначен для формирования зондирующего сигнала, а в общем случае - для формирования радиосигнала в соответствии с требованиями, сформулированными при разработке конкретной радиотехнической системы. Кроме отмеченных выше функций - генерации и модуляции - радиопередающее устройство с помощью антенно-фидерной системы осуществляет канализацию и излучение в нужном направлении модулированного или манипулированного тока высокой частоты в виде электромагнитных волн.

5.2 Структурные схемы радиопередающих устройств. Однокаскадная и многокаскадная схемы передатчика

Для выполнения перечисленных выше функций радиопередающее устройство должно состоять из модулятора, высокочастотного генератора, антенны и источников питания. Кроме того, в состав большинства современных передатчиков входит система УБС (управления, блокировки и сигнализации), которая имеет элементы автоматики, контроля и блокировки, обеспечивающие необходимую последовательность включения, возможность поддержания нормального режима работы и управления функционированием радиопередающего устройства.

В зависимости от требований к передатчику они могут выполняться по однокаскадной и многокаскадной схеме. Структурная схема однокаскадного передатчика приведена на рисунке 5.1, в состав которой входят модулятор, генератор с самовозбуждением, фидерный тракт, источник питания, система автоматической подстройки частоты и система управления, блокировки и сигнализации.

Рисунок 5.1 - Однокаскадная схема передатчика

Для повышения выходной мощности передатчика и стабильности частоты генерируемых колебаний передатчики выполняют по многокаскадной схеме (рисунок 5.2) или, как их называют, в виде усилительных цепочек.

Рисунок 5.2 - Многокаскадная схема передатчика

Электромагнитные колебания необходимой стабильности создаются в задающем генераторе (ЗГ), а затем путем умножения их по частоте (УЧ) и усиления по мощности в предварительном усилителе и усилителе мощности первоначальный сигнал доводится до требуемых параметров.

5.3 Разработка структурной схемы радиопередающего устройства

Данное устройство предназначено для формирования в каждом зондировании от одного до четырех ФКМ радиоимпульсов на разных частотах, следующих друг за другом без временного интервала (рисунок 5.3).

Рисунок 5.3

Для обеспечения высокой стабильности частоты зондирующих сигналов передающее устройство выполнено по схеме «маломощный высокостабильный возбудитель - усилитель мощности» (рисунок 5.4).

Возбудитель формирует ансамбль простых и сложных сигналов. На выходе формирователя при настройке полосовых фильтров на первую, (п -1) и п -ю составляющие выходного сигнала модулятора формируется ансамбль простых радиоимпульсов и ФКМ радиоимпульсов с одинаковыми законами фазовой манипуляции: на выходе 1 - с частотой щ 0 + Щ М (ФКМ), на выходе 2 - с частотой щ 0 + (п -1)Щ М (ФКМ при четном п , простой при нечетном п ), на выходе 4 - с частотой щ 0 - п Щ М (ФКМ при нечетном п , простой при четном п ), на выходе 3 - с частотой (2п -1)Щ М (ФКМ при любом п ). возможны и другие комбинации сигналов в зависимости от настройки полосовых фильтров.

Когерентность импульсов промежуточной частоты обеспечивается следующим образом. Непрерывное напряжение промежуточной частоты от синтезатора частоты поступает в систему синхронизации, где преобразуется в последовательность тактовых импульсов (ТИ), из которых в каждом периоде повторения формируются строб-импульсы. Строб-импульсы, длительностью ф И каждый, следуют друг за другом без временного интервала. Фронт каждого из них жестко связан с фазой напряжения промежуточной частоты. Ключевые схемы открываются на время соответствующее длительности строб-импульса.

Рисунок 5.4 - Радиопередающее устройство

Таким образом, использование одного и того же высокостабильного по частоте напряжения промежуточной частоты для формирования зондирующих импульсов обеспечивает получение когерентной последовательности импульсов и высокую стабильность их повторения.

Усилитель мощности служит для усиления до необходимого уровня высокочастотных импульсных сигналов, поступающих с возбудителя.

С целью ослабления эффекта «слепых» скоростей, а также для защиты РЛС от противорадиолокационных ракет, применяется вобуляция частоты посылок зондирующих импульсов. Регулировка полосовых фильтров позволяет формировать различную комбинацию сигналов, что увеличивает помехозащищенность РЛС.

Заключение

Военно-политическая обстановка в мире несмотря на все усилия нашей страны продолжает оставаться напряженной, в следствии расширения блока НАТО на Восток за счет стран бывшего социалистического содружества (Чехии, Венгрия, Польша), а также стран бывших Республик СССР. Следовательно не снижается вероятность того, что противник в любой момент способен нанести массированный удар по важным военным государственным объектам.

В тоже время вероятный противник не прекращает совершенствование боевой техники, создаются новые типы ПРЛР, истребителей, бомбардировщиков, КР, УР, авиабомб. Совершенствуется аппаратура защиты летательных аппаратов в том числе комплексы РЭБ, включающие в свой состав аппаратуру постановки активных и пассивных помех.

Для эффективного противодействия СВН вероятного противника, необходимые средства разведки, которые были бы способны обнаруживать воздушные объекты на максимальных дальностях и были бы защищены от активных и пассивных помех.

В результате выполнения данной работы был произведен анализ тактики применение СВКН и их влияния возможности обнаружения воздушных объектов. Произведен анализ способов формирования и видов зондирующих сигналов, на его основе произведен расчет характеристик и разработана предложение по совершенствованию передающего устройства. Разработанный возбудитель ФКМ сигнала, обеспечивает формирование ансамбля простых и ФКМ сигналов. Данное устройство позволяет увеличить помехозащищенность РЛС от активных и пассивных помех, а также обеспечивает обнаружение СВКН противника на дальних рубежах обнаружения.

Приложение А

Показатели качества оптимального обнаружения когерентных сигналов со случайными параметрами

Сигнал с полностью известными параметрами

Сигнал с равномерным распределением фазы

Приложение Б

График усредненных потерь, получающихся при накоплении некогерентной пачки, состоящей из М импульсов и используемый для расчета потерь при визуальном отображении сигнала на экране ИКО

График потерь цифрового некогерентного накопления

(п - число накапливаемых импульсов)

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Разработка проекта импульсного приёмника радиолокационной станции (РЛС) дециметрового диапазона. Классификация радиолокации, параметры качества приема. Расчёт параметров узлов схемы структурной приёмника. Определение полосы пропускания приёмника.

дипломная работа , добавлен 21.05.2009


Системы посадки самолетов метрового, сантиметрового и дециметрового диапазонов: назначение, состав и внутренняя структура, типы и сравнительное описание. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap, технико-экономическое обоснование проекта.

курсовая работа , добавлен 23.09.2013


Разработка многофункционального приемопередающего устройства для сбора информации со внешних устройств - датчиков. Обзор ресиверов диапазона 433 МГц. Расчет микрополосковой антенны на центральной частоте. Расчет затрат на изготовление опытного образца.

дипломная работа , добавлен 20.10.2013


Общая характеристика зеркальной антенны, ее назначение и применение. Расчет зеркальной параболической антенны сантиметрового диапазона с облучателем в виде пирамидального рупора. Определение коэффициента усиления с учетом неточности изготовления зеркала.

курсовая работа , добавлен 18.01.2014


Типы синтезаторов частоты. Методы и приборы генерации сигналов средневолнового диапазона и способы их излучения. Разработка структурной схемы проектируемого устройства, обеспечение его питания. Исследование синтезатора частот средневолнового диапазона.

дипломная работа , добавлен 23.09.2016


Разработка функциональной блок-схемы, расчет цепей настройки варикапов и входной, элементов колебательного контура УСЧ и первого каскада УПЧ с целью проектирования портативного радиовещательного приемника длинноволнового диапазона по заданным параметрам.

курсовая работа , добавлен 27.01.2010


Программа моделирования высокочастотных электромагнитных полей CST Microwave Studio. Проектирование основных узлов лампы бегущей волны (ЛБВ) W-диапазона. Замедляющая, электронно-оптическая, фокусирующая системы ЛБВ. Выводы энергии из замедляющей системы.

дипломная работа , добавлен 27.09.2016


Разработка структурной схемы радиопередающего устройства для однополосной телефонии. Расчет выходного каскада, коллекторной цепи, выходного согласующего устройства, транзисторного автогенератора. Выбор транзистора. Обзор требований к источнику питания.

курсовая работа , добавлен 02.04.2013


Обоснование, выбор и расчет тактико-технических характеристик самолетной радиолокационной станции. Определение параметров излучения и максимальной дальности действия. Оценка параметров цели. Описание обобщённой структурной схемы радиолокационной станции.

курсовая работа , добавлен 23.11.2010


Разработка радиопередающего устройства, работающего в режиме однополосной модуляции, получившего широкое распространение в качестве связного, так как речевой сигнал достаточно узкополосен. Расчёт входной цепи транзистора, расчет кварцевого автогенератора.

РЛС состоит из следующих основных элементов:

Передающее устройство;

Приемное устройство;

Антенный коммутатор и антенное устройство;

Оконечное устройство;

Синхронизатор.

Структурная схема РЛС показана на рис.5.2.

Рис.5.2 Структурная схема радиолокационной станции.

Передающее устройство РЛС предназначено для формирования зондирующего сигнала и передачи его в антенну.

Приемное устройство РЛС предназначено для предварительной обработки отраженного сигнала, принятого антенной. Оно осуществляет выделение полезного сигнала из смеси сигнала и помех, преобразование радиосигнала в видеосигнал и передачу его в оконечное устройство.

Антенный коммутатор предназначен для подключения передатчика к антенне при излучении зондирующего сигнала и подключения приемника к антенне при приеме отраженного сигнала.

Оконечное устройство для анализа полезного сигнала. Тип оконечного устройства зависит от вида сигнала (аналоговый или цифровой), получателя радиолокационной информации (оператор, устройство автоматического определения координат, ЭВМ и т.д.) и типа радиолокационной информации.

Синхронизатор обеспечивает заданную последовательность работы элементов РЛС. Так, например, в наиболее распространенных РЛС с импульсным режимом работы синхронизатор выполняет следующие функции:

Согласование момента формирования зондирующего импульса с моментом запуска временной развертки индикатора или нулевым отсчетом вычислительного устройства;

Согласование положения диаграммы направленности антенны в пространстве с разверткой индикатора или нулевым отсчетом вычислительного устройства;

Определение момента открытия приемника и интервала его работы.

При этом принципиально возможны следующие способы синхронизации:

1. Синхронизация от передатчика к оконечному устройству.

В таких РЛС момент формирования зондирующего импульса определяет момент запуска временной развертки индикатора или момент обнуления вычислительного устройства. Достоинство такого способа синхронизации состоит в том, что нестабильность частоты следования зондирующих импульсов передатчика не влияет на точность радиолокационных измерений. Однако таким РЛС свойственна нестабильность запуска оконечного устройства, которую полностью устранить трудно.

2. Синхронизация от оконечного устройства к передатчику.

В этом случае работой оконечного и передающего устройства управляет высокостабильный генератор, входящий в состав оконечного устройства. Благодаря этому достигается высокая точность радиолокационных измерений. Однако возникают проблемы при изменении частоты следования зондирующих импульсов.

3. Синхронизация с помощью отдельного высокостабильного кварцевого генератора, не входящего в состав передающего или оконечного устройства.

Такой способ синхронизации применяют в большинстве современных РЛС, которые обычно предусматривают возможность изменения частоты следования зондирующих импульсов в процессе работы станции. Это необходимо для обеспечения помехозащищенности РЛС при работе в условиях пассивных или активных радиолокационных помех.

Структурная схема РЛС в основном зависит от ее назначения, типа зондирующего сигнала (импульсный или непрерывный) и модулируемого параметра радиосигнала.

Однако в общем случае процедура обработки радиосигнала в РЛС должна быть согласована не только с типом зондирующего сигнала, но и с видом помех. Поэтому структурная схема РЛС должна учитывать источники активных и пассивных радиоэлектронных помех.

Эта задача усложняет работу любой РЛС, т.к. помехи вызывают искажение отраженного от цели сигнала и ведут к потере полезной радиолокационной информации. Поэтому в процессе обработки отраженного сигнала стремятся подавить помехи, что достигается введением в состав структурной схемы РЛС устройств защиты от радиоэлектронных помех.

Прибор И – индикатор. Назначение:

Воспроизведение на экране первичной информации об окружающей обстановке, поступающей от аппаратуры РЛС.

Определение координат надводных объектов и решение навигационных задач графическим путём.

Синхронизация и управление режимами работы станции.

Формирование импульсов запуска передающего устройства.

Формирование импульсов запуска вспомогательных устройств.

Формирование импульсов сигнала курса для вспомогательных устройств.

Обеспечение автономного питания собственных блоков и устройств.

Устройство и принцип работы:

Прибор И состоит из следующих трактов и узлов:

Тракт временной синхронизации.

Тракт временной развёртки.

Тракт визира и меток дальности.

Тракт визира направления.

Тракт ввода информации.

Тракт режима истинного движения.

Цифровое табло дальности и направления.

Электронно-лучевая трубка и отклоняющие системы.

Принцип работы прибора И рассмотрим на его структурной схеме (рис. 1).

Тракт временной синхронизации имеет задающий генератор (3Г), который формирует задающие импульсы с частотой повторения 3000 имп/сек – для шкал дальности 1 и 2 мили; 1500 имп/сек – для шкал 4 и 8 миль; 750 имп/сек – для шкал 16 и 32 мили; 500 имп/сек для шкалы 64 мили. Задающие импульсы от 3Г поступают на выход прибора для запуска функционально связанных устройств (в приборе П -3); для запуска генератора пилообразного напряжения (в тракте временной синхронизации);

В свою очередь, из Прибора П –3 в тракт синхронизации прибора поступают импульсы вторичной синхронизации, благодаря которым осуществляется синхронизация начала развёртки по дальности и направлению с началом излучения зондирующих импульсов прибором А (антенной РЛС) и запускается тракт визира и меток дальности.

Тракт временной развёртки с помощью генератора развёртки формирует и вырабатывает пилообразное напряжение, которое, подаётся после ряда преобразований на отклоняющую систему относительного движения в электронно- лучевой трубке и в тракт визира направления.

Тракт визира и меток дальности предназначен для формирования подвижного визира дальности (ПВД), посредствам которого обеспечивается визирование объектов по дальности, а измерение дальности производится электронным цифровым счётчиком. Информация о дальности выводится на цифровое табло ЦТ–3.

Ротор вращающегося трансформатора генератора развёртки вращается синхронно и синфазно с антенной, что обеспечивает синхронность вращения развёртки и антенны, а также получение отметки начала развёртки в момент пересечения максимумом диаграммы направленности антенны диаметральной плоскости судна.

Тракт визира направления состоит из датчика угла, формирователей сигнала считывания и дешифровки, вращающегося трансформатора развёртки визира направления. Вырабатываемым в тракте визира направления угол поворота вращающегося трансформатора, сформированный в виде кодированного сигнала, после дешифровки поступает на цифровой индикатор–табло ЦТ-4.

Тракт ввода информации предназначен для ввода на ЭЛТ информации о дальности и о направлении на объект, а также отображения на ЭЛТ видеосигнала, поступающего из прибора П – 3.

Тракт режима истинного движения предназначен для ввода данных о скорости V с – от лага, курса К с от гирокомпаса, по которым производится выработка составляющих вектора скорости в масштабе по направлениям N - S и Е – W; для обеспечения перемещения отметки своего судна на экране ЭЛТ в соответствии с выбранным масштабом, а также трактом предусмотрен автоматический и ручной возврат отметки своего судна в исходную точку.

Прибор П-3 – приемопередатчик. Назначение:

Прибор П –3 (приёмопередатчик) предназначен для:

Формирования и генерирования зондирующих импульсов СВЧ;

Приема, усиления и преобразования в видеосигнал отражённых радиолокационных сигналов.

Обеспечения синхронной и синфазной работы по времени всех блоков и узлов приборов: И; П – 3; А.

Состав прибора:

· блок СВЧ – 3 (блок сверхвысокой частоты).

· блок МП (модулятор передатчика).

· блок ФМ (фильтр модулятора).

· блок АПЧ (блок автоматической подстройки частоты)

· блок УР (усилитель регулируемый)

· блок УГ (усилитель главный)

· блок НК – 3 (блок настройки и контроля)

· блок АСУ (блок автоматической стабилизации и управления)

· субблок ФС (формирователь синхроимпульсов)

· 4 выпрямительных устройства обеспечивающих питанием блоков и цепей прибора П – 3.

Работу прибора рассмотрим на его структурной схеме.

Тракт формирования сигналов стабилизации предназначен для формирования импульсов вторичной синхронизации, поступающих в прибор И а также для запуска через блок автоматической стабилизации управления, модулятора передатчика. С помощью этих синхроимпульсов обеспечивается синхронизация зондирующих импульсов с началом развёртки на ЭЛТ прибора И.

Тракт формирования зондирующих импульсов предназначен для выработки импульсов СВЧ и передачи их по волноводу в прибор А. Это происходит после формирования модулятором напряжения импульсной модуляции генератора СВЧ а также импульсов контроля и синхронизации сопрягаемых блоков и узлов.

Тракт формирования видеосигнала предназначен для преобразования с помощью гетеродина и смесителей отражённых импульсов СВЧ в импульсы промежуточной частоты, формирования и усиления видеосигнала который затем поступает в прибор И. Для передачи зондирующих импульсов в прибор А и отражённых импульсов в тракт формирования видеосигнала, используется общий волновод.

Тракт настройки контроля и питания предназначен для выработки питающих напряжений всех блоков и цепей прибора, а также для контроля работоспособности источников питания, функциональных блоков и узлов станции, магнетрона, гетеродина, разрядника и др.

Прибор А – антенное устройство. Назначение:

Прибор А предназначен для излучения и приёма импульсов СВЧ – энергии и выдачи данных курсового угла антенны и отметки курса на прибор И. Он представляет собой щелевую антенну рупорного типа.

Основные данные прибора А.

Ширина диаграммы направленности:

В горизонтальной плоскости – 0,7° ± 0,1

В вертикальной плоскости - 20° ± 0,1

Частота вращения антенны 19 ± 4 обор / мин.

Диапазоны рабочих температур от - 40° С до + 65°С

Габаритные размеры:

Длина – 833 мм

Ширина – 3427 мм

Высота – 554 мм

Вес – 104 кг.

Конструктивно, прибор выполнен в виде 2-х разъемных блоков;

блок ПА – поворотная часть антенны

блок АР – осуществляется: формирование СВЧ энергии в виде радиолуча требуемой формы; направленное излучения энергии в пространство и ее направленный приём после отражения от облучаемых объектов.

Работа прибора А.

В блоке ПА прибора установлен электродвигатель с редуктором. Электродвигатель питается от судовой сети и обеспечивает круговое вращение блока АР прибора А. Электродвигатель, через редуктор, вращает также, ротор вращающегося трансформатора с которого в прибор И поступает, через следящую систему, сигнал об угловом положении антенны относительно ДП судна (курсовой угол), а также сигнал отметки курса судна. В блоке ПА расположен, также, вращающийся СВЧ переход, предназначенный для соединения вращающегося излучателя (блок АР) с неподвижным волноводным трактом.

Блок АР, являющийся щелевой антенной, формирует направленный радиолуч требуемой формы. Радиолуч излучает в пространство СВЧ энергию и обеспечивает направленный приём отражённой от облучаемых объектов части этой СВЧ – энергии. Отражённый сигнал, через общий волновод, поступает в прибор П – 3, где после ряда преобразований превращается в видеосигнал.

В блоке ПА установлены, также, тепловой электронагреватель (ТЕН), предназначенный для предотвращения опасности обледенения подвижных частей прибора А и фильтр для устранения индустриальных радиопомех.

Прибор КУ – контакторное устройство. Назначение:

Прибор КУ (контакторное устройство) предназначен для подключения РЛС к бортовой сети, коммутации выходного напряжения машинного агрегата, защиты привода антенны от перегрузок и защиты РЛС при нарушении порядка её выключения, а также защиты станции при аварийном отключении бортовой сети.

Прибор осуществляет подачу напряжения переменного тока 220В частотой 400 Гц на приборы РЛС через 3 ÷ 6 секунд после включения машинного агрегата.

При аварийном отключении бортовой сети прибор отключает потребителей в течении 0,4 ÷ 0,5 с.

Прибор отключает привод антенны через 5 ÷ 20 с. при неправильном чередовании фаз, при обрыве одной из фаз и при повышении тока нагрузки привода антенны.

Преобразователь АЛЛ – 1,5м. Назначение:

Преобразователь предназначен для преобразования трёхфазного тока частотой 50 Гц в однофазный переменный ток напряжением 220 В частотой 427 Гц. Он представляет собой машинный агрегат, на валу которого расположен трёхфазный синхронный двигатель и однофазный синхронный генератор.

С помощью преобразователя обеспечивается местный и дистанционный пуск и остановка агрегата питания.

УПРАВЛЕНИЕ РАБОТОЙ РЛС.

Управление работой РЛС осуществляется с панели и пульта управления прибора И.

Органы управления разделяются на оперативные и вспомогательные .

С помощью оперативных органов управления:

Включается и выключается станция. (27)

Переключаются шкалы дальности. (14)

Измеряются расстояния до целей с помощью визира дальности. (15)

Определяются курсовые углы и пеленги целей с помощью электронного и механического визиров направления. (28), (29)

Отключается отметка курса. (7)

Управляют различимостью (усилением) радиолокационных сигналов и помехозащитой. (8, 9, 10, 11, 12, 13)

Регулируется яркость подсвета панели и шкал. (2)

С помощью вспомогательных органов управления:

Включается и выключается вращение антенны. (26)

Включается связь индикатора с лагом и гирокомпасом.

Согласовываются показания подвижной шкалы визира направлений. (29)

Регулируется яркость развёртки и отметки курса. (22, 23)

Отключается АПЧ и включается ручной режим подстройки частоты гетеродина. (27)

Совмещается центр вращения развёртки с геометрическим центром визира направления. (20)

Настраивается гетеродин прибора П –3.

Включается режим контроля общей работоспособности РЛС. (16, 17, 18, 19)

Отключается питание модулятора прибора П –3.

Устанавливается яркость свечения экрана ЭЛТ и фокусируется луч.

Осуществляется включение поворотного устройства антенны. (26)

Включение обогрева антенны осуществляется на приборе КУ

Расположение органов управления, на пульте и панели индикатора указано на рисунке.

Рис №3. Панель управления индикатором РЛС «Наяда - 5»:

1-«Подсвет шкал»; 2-«Подсвет панели»; 3-«Градусы»; 4-«Шкала - интервал»; 5-«Мили»; 6-«ПЗ»; 7-«Отметка курса»; 8-«Дождь»; 9-«Яркость ВН»; 10-«Яркость ВД»; 11-«Яркость МД»; 12-«Волны»; 13-«Усиление»; 14-«Переключатель шкал дальности»; 15-«Дальность»; 16-«Блоки»; 17-«Выпрямители»; 18-«Контроль»; 19-«Стрелочный индикатор»; 20-«Установка центра»; 21-«РПЧ-Откл.»; 22-«Яркость ОК»; 23-«Яркость развёртки»; 24-«Ложные сигналы»; 25-«Контроль РЛС»; 26-«Антенна – Откл.»; 27-«РЛС-Откл.»; 28-«Механический визир»; 29-«Направление»; 30-«Курс-Север-Север-ИД»; 31-«Сброс в центр»; 32-«Сброс»; 33-«Смещение центра»; 34-«Учет сноса»; 35-«Скорость вручную»

ОБСЛУЖИВАНИЕ РЛС.

Перед включением РЛС необходимо:

Произвести внешний осмотр и убедится в отсутствии внешних повреждений приборов и агрегата.

Установить органы управления в положение, указанные в таблице.

Остальные ораны управления, могут оставаться в произвольном положении.

Включение станции.

Выключатель напряжения бортовой сети устанавливают в положение «Вкл» (запускается агрегат питания)

На индикаторе:

Выключатель «РЛС – откл.» устанавливают в положение РЛС

Тумблер «Антенна – откл.» устанавливают в положение Антенна.

Включают оперативную кнопку П – 3 (при этом должны осветится шкальный механизм и поясняющие надписи).

Через 1,5 ÷ 2,5 мин. на экране ЭЛТ должна появится вращающая развёртка, отметка курса, метки дальности и линия визира направления.

Через 4 минуты должна появится отметка зондирующего импульса и отметки объектов в зоне обзора РЛС.

С помощью соответствующих регуляторов, выбирают оптимальную яркость ВН; ВД; МД; и положение «Волны».

Приёмопередатчик включается с помощью кнопочного переключателя. (6)

Ориентация изображения относительно истинного меридиана (север) или относительно диаметральной плоскости судна (курс) в режиме относительного движения осуществляется переключателем 30, установкой его в положение «север» или «курс». Этим же переключателем, установкой его в положение «север - ИД» обеспечивается режим истинного движения в масштабе шкал 1; 2; 4; 8 миль.

Центр развёртки смещается в выбранную точку потенциометрами (33)

Начало (центр) развёртки возвращается в центр ЭЛТ кнопкой 31 и 32.

Данные скорости своего судна могут вводится вручную (35)

Поправка на снос за течение вводится потенциометром (35)

Для устранения ложных отметок из-за сверхрефакции предусмотрено изменение частоты зондирующих импульсов (24)

Ручкой резистора «подсвет панели» (1) регулируется яркость индикации: «сброс в центр»; «ложные сигналы»; «миль»; «градусы».

Ручкой резистора «подсвет шкал» регулируется яркость индикации «шкала - интервал».

Цифровая индикация измеряемого до цели расстояния и индикация направления осуществляется на цифровых табло ЦТ – 3 и ЦТ – 4 (3; 5)

Контроль работоспособности РЛС осуществляется встроенной системой, обеспечивающей контроль общей работоспособности и поиск неисправностей (16; 17; 18; 19;)

Убеждаются в возможности: управления визирами дальности ВД и направления ВН, а также выключения отметки курса и изменения масштаба, путём переключения шкал дальности.

Проверяют: совмещение начала развёртки с центром экрана (по двум взаимно перпендикулярным положениям визира направления на шкале 4 мили). Работоспособность схемы ориентации изображения (отключают гирокомпас, переключатель «курс – север – север ИД» устанавливают поочерёдно в положении «курс» и «север» убеждаясь, что отметка курса, при этом, изменяет своё положение). После чего, устанавливают тумблер в положение «гирокомпас» и убеждается в соответствии положения линии курса показаниям репитера ГК.

Проверяют смещение центра вращения развёртки в режиме ОД (рукоятку «сброс в центр» устанавливают в выключенное положение, рукояткой «смещение цента» плавно перемещают центр развёртки в лево и вправо на 2 / 3 радиуса ЭЛТ, всё это проделывают на 1; 2; 4; 8 мильных шкалах дальности при ориентации поочерёдно по «курсу» и «северу»).

Кнопкой «сброс в центр» снова совмещаю центр развёртки с центром «экрана ЭЛТ».

Проверяют индикатор на работу в режиме ИД для чего: устанавливают переключатель в режим «север - ИД» шкалу дальности на 1 милю, отключают лаг и гирокомпас, ручку «учёт сноса» в нулевые положение, вручную устанавливают произвольное значение скорости, с помощью кнопки «сброс в центр» убеждаются в том что начало развёртки на экране перемещается по курсу с установленной скоростью. Когда перемещение достигнет величины 2 / 3 радиуса ЭЛТ, центр развёртки должен автоматически возвратится в центр экрана. Возврат начала развёртки в исходную точку должен обеспечивается, также, вручную нажатием кнопки «сброс».

Ручками «учёт сноса» вводят произвольное значение поправок по курсу и скорости, и убеждаются, что при этом изменяются параметры перемещения начала развёртки на экране ЭЛТ.

Переключатель «курс – север – север ИД» устанавливают в положение «курс» или «север». При этом начало развёртки должно переместится в центр экрана и должен включится режим ОД. Тоже самое должно произойти при установке шкал дальности на значения 16; 32; 64 мили.

Проверяют ручное смещение начала развёртки в режиме ИД: выключают кнопку «сброс в центр», регуляторы «смещение центра» устанавливают в положение, обеспечивающее смещение начала развёртки на величину меньше 2 / 3 радиуса ЭЛТ, кнопку «сброс» нажимают, и убеждаются, что центр развёртки переместился в выбранную точку, и начал перемещаться в заданном направлении. Сместившись на 2 / 3 радиуса экрана, центр развёртки автоматически возвращаются в выбранную точку.

Контроль работоспособности станции осуществляется встроенной системой, обеспечивающей контроль и поиск неисправностей. Система состоит из элементов, входящих отдельными узлами в приборы и блока станции.

Работоспособность прибора П – 3 контролируется с помощью расположенного в нём блока НК – 3 который проверяет исправность источников питания и функциональных блоков и узлов.

Контроль работоспособности прибора И, поиск неисправного источника питания или функционального блока производится с помощью встроенного блока контроля, расположенного на панели управления прибора И.

ВЫКЛЮЧЕНИЕ СТАНЦИИ ПРОИЗВОДИТСЯ:

· Снятием питания тумблером «РЛС – откл.»

· Отключением напряжения бортовой сети (кнопка «стоп» пускателя)

· Отключением напряжения от элементов связи с лагом и гирокомпасом.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЛС

Существует несколько вариантов построения структурной схемы первичной РЛС третьего поколения. Ниже рассматривается один из возможных вариантов, в котором используются современным достижения науки и техники. В качестве систем-аналогов выбраны отечественные РЛС «Скала-М», «Скала-МПР» и «Скала-МПА». Особенности построения зарубежных РЛС АТСR-22 , АТСR-44 обсуждаются в данной главе в плане сравнения с отечественными РЛС. Различия в.построении трассовых и аэродромных РЛС поясняются по мере необходимости/

На рис. 1.1 приведена структурная схема первичной импульсной РЛС кругового обзора. Главными особенностями этой схемы являются:

· применение двух приемопередающих каналов с разносом частот;

· применение двулучевой диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости на прием отраженных от целей сигналов;

· применение истинно-когерентного метода селекции движущихся целей.

Первая особенность РЛС связана, с применением одного из методов повышения ее энергетического потенциала метода разноса частот, который заключается в следующем. Два передатчика А и В работают одновременно

Рис 1.1. Структурная схема первичной РЛС

на общую антенну в режиме импульсной модуляции с различными несущими частотами Fа и Fв зондирующих радиоимпульсов. Между этими радиоимпульсами имеет место небольшой временной сдвиг, который составляет обычно 4 -6 мкс. Разнос по частоте не превышает 40 -60 МГц. Отраженные от цели сигналы с разными частотами разделяются с помощью СВЧ фильтров и усиливаются двумя приемными каналами А и В , настроенными на соответствующие частоты. После детектирования видеосигналы каналов А и В объединяются и далее обрабатываются совместно. В простейшем случае производятся совмещение видеосигналов по времени с помощью линий задержки и сложение по амплитуде.

Синхронизация в РЛС осуществляется таким образом, что один из каналов (А) является ведущим, а другой -ведомым.

Радиолокационные станции такого рода при произвольном числе частотных каналов называются частотно-многоканальными РЛС с общей для всех каналов антенной. Преимущества частотно-многоканальной РЛС перед одноканальной состоят в следующем:

· увеличивается суммарная мощность излучения РЛС при наличии ограничений мощности отдельного передатчика;

· увеличиваются дальность обнаружения целей и точность измерения координат;

· увеличиваются надежность работы РЛС и ее помехозащищенность по отношению к помехам искусственного и естественного происхождения.

Увеличение дальности обнаружения и точности измерения координат целей объясняется тем, что при достаточно большом разносе несущих частот излучаемых сигналов

f a -f b =Df ³ c/l ц,

где с - скорость распространения радиоволн, l ц - линейный размер цели.

Принимаемые сигналы и помехи в каналах А и В оказываются некоррелированными, и сумма выходных напряжений этих каналов, характеризуется гораздо меньшими флюктуациями амплитуды в процессе наблюдения сложной движущейся цели, чем в случае приема сигнала на одной частоте. Этим же эффектом сглаживания флюктуации объясняется и возможность более эффективного подавления мешающих отражений от земной поверхности и местных предметов. Например, для РЛС АТСR-22 и АТСR-44 дальность действия в двухчастотном режиме -работы на 20 -30% больше, чем в одночастотном. Надежность работы РЛС при использовании двух каналов с разносом частот выше, чем одноканальной РЛС, благодаря тому, что при отказе одного канала или выключении его для технического обслуживания данная РЛС способна выполнять своя функции при допустимом ухудшении некоторых показателей (уменьшений дальности действия и коэффициента готовности РЛС).

Другой важной особенностью рассматриваемой РЛС является использование дополнительного луча диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости для приема сигналов, отраженных от целей при больших значениях угла места. При этом зона обнаружения РЛС в вертикальной плоскости формируется с помощью двух лучей: основного (нижнего) луча при работе основного облучателя антенны в режимах передачи и приема, и дополнительного (верхнего) луча при работе дополнительного облучателя антенны только в режиме приема. Применение двухлучевой ДНА на прием отраженных от целей сигналов реализует один из методов борьбы с мешающими отражениями от земной поверхности и местных предметов. Подавление этих отражений осуществляется путем весового суммирования сигналов, принимаемых по основному и дополнительному лучам ДНА. Направление максимального излучения по верхнему лучу размещается в вертикальной плоскости обычно на 3 -5° выше, чем по нижнему. При этом методе борьбы с помехами достигается ослабление сигналов от местных предметов на 15 -20 дБ.

В некоторых типах РЛС зона обнаружения в вертикальной плоскости формируется с учетом применения локальной обработки принимаемых сигналов в системе СДЦ. Такой принцип формирования зоны обнаружения на примере трассовой РЛС показан на рис. 1.2. Вся зона обнаружения дальности разбивается на четыре участка 1 -1V. Границы участков задаются по жесткой программе в зависимости от конкретных, условий размещения РЛС. На рис. 1.2 обозначены:

К 1 -верхняя граница использования сигналов дополнительного луча 2, обработанных в системе СДЦ (Доп. СДЦ);

Рис. 1.2. К-принципу формирования зоны - трассовой РЛС: 1 - основной луч; 2 - дополнительный луч

К 2 - верхняя граница использования сигналов основного луча 1, обработанных в системе СДЦ (Осн. СДЦ);

А - верхняя граница использования сигналов дополнительного луча 2, не обработанных в системе СДЦ (Доп. А);

Д мах - максимальная дальность действия РЛС, являющаяся верхней границей использования необработанных в системе СДЦ сигналов основного луча 1.

(Осн. А), положение границ К 1 , К 2 и А регулируется по дальности в пределах, указанных на рисунке. Для участка III предусмотрено использование двух подпрограмм, определяемых порядком следования заданных границ (импульсов переключения); К 1 - А - К 2 или К 1 - К 2 -А. Данный принцип формирования зоны обнаружения позволяет:

· получить максимальное обнаружение в вертикальной плоскости для подавления помех от местных предметов на начальном участке дальности 1;

· свести к минимуму область воздушного пространства, где используется сумма сигналов Осн. СДЦ +Доп. СДЦ, и тем самым уменьшить влияние скоростной характеристики системы СДЦ (участок II);

· при наличии помех типа «ангелов», которые не устраняются полностью системой СДЦ, целесообразно использовать сигнал дополнительного луча (участок 111 при К 2 <А).

Совместное использование в РЛС двухлучевой ДНА на прием и локальной обработки сигналов в системе СДЦ обеспечивает общее подавление помех от местных предметов на 45 -56 дБ при наличии двукратного череспериодного вычитания в системе СДЦ и на 50 -55 дБ - при трехкратном вычитании.

Необходимо отметить, что рассмотренный принцип формирования зоны обнаружения может применяться как в одночастотном, так и в двухчастотном режиме работы РЛС с разносом частот.

Отличие двухчастотного режима состоит в том, что при формировании зоны обнаружения используются суммы необработанных в системе СДЦ сигналов Осн А А + Осн в - А и Доп а -А+Доп б -А, а в системе СДЦ обрабатываются только сигналы одного частотного канала (ведущего А, рис. 1.1).

Нетрудно заметить, что в основу описанного способа формирования зоны обнаружения «положена идея управлений структурой и параметрами РЛС в зависимости от помеховой обстановки в конкретных условиях эксплуатации. При этом управление осуществляется по жесткой программе. После предварительного анализа помеховой обстановки и задания границ К 1 , К 2 . и А между четырьмя участками дальности зоны обнаружения структура РЛС приобретает фиксированную конфигурацию и не меняется в процессе работы РЛС.

В других современных РЛС применяется более гибкий способ формирования зоны обнаружения, реализующий идею динамической адаптации РЛС к помеховой обстановке. Такой способ используется, например, в РЛС АТСR-22 и АТСR-44. При этом вся зона обнаружения по дальности разбивается на два равных участка (1 и 11). Участок 1, Для которого характерно наибольшее влияние помех от местных предметов, разбивается на более мелкие элементы по дальности (16 элементов)..Зона обзора по азимуту равная 360°, тоже разбивается на элементарные секторы по 5,6° (64 сектора). В результате вся зона обзора в горизонтальной плоскости в пределах первой половины максимальной дальности действия РЛС получается разбитой на 16*64=1024 ячейки. В течение рабочего цикла, равного трем периодам обзора, осуществляется анализ помеховой обстановки и в специальном запоминающем устройстве РЛС формируется текущая карта помех содержащая информацию об уровне помех в каждой из 1024 ячеек. На основе этой, информации производится выбор весовых коэффициентов для формирования взвешенной суммы сигналов принятых по основному и дополнительному лучам ДНА, для каждой из этих ячеек в отдельности. В результате зона обнаружения РЛС в вертикальной плоскости приобретает сложную конфигурацию: нижняя кромка зоны обнаружения в разных ячейках имеет различный наклон (-0,5; 0,1; 0,5 или 1°). На второй половине дальности, (участок II) используется только сигнал, принимаемый по основному лучу.

Сравнивая два рассмотренных способа формирования зоны обнаружения РЛС, необходимо отметить, что объединение сигналов основного и дополнительного лучей ДНА при первом способе производится на видеочастоте, а при втором способе - на высокой частоте. В последнем случае операция суммирования сигналов осуществляется в специальном устройстве - формирователе нижней кромки зоны обнаружения (ФНК, рис. 1.1). При этом для дальнейшей обработки суммарного сигнала используется один приемный канал, включая систему СДЦ. При первом способе необходимы два приемных канала, что приводит к усложнению аппаратуры. Кроме того, при втором способе более полно используются возможности системы СДЦ, так как обработке в этой системе подвергаются сигналы обоих частотных каналов РЛС, а не только сигнала ведущего канала, как при первом способе. Наряду с перечисленными достоинствами второй способ формирования зоны обнаружения обладает существенным недостатком, затрудняющим его широкое использование:

для суммирования сигналов на высокой частоте требуются высокая точность и стабильность формирования этих сигналов. Нарушение этого требования в процессе эксплуатации РЛС может привести к снижению степени подавления помех от местных предметов за счет применения двухлучевой диаграммы направленности антенны.

Рассмотрим принцип действия РЛС, структурная схема которой представлена на рис. 1.1. Данная РЛС работает в режиме кругового обзора по азимуту, обеспечивая обнаружение воздушных целей и измерение наклонной дальности и азимута этих целей. Круговой обзор осуществляется за счет механического вращения антенны РЛС, состоящей из параболического отражателя и, двух рупорных облучателей - основного и дополнительного. В качестве зондирующего сигнала используется периодическая последовательность радиоимпульсов с прямоугольными огибающими. При этом измерение азимута цели осуществляется амплитудным методом, основанным на использовании направленных свойств антенны РЛС в горизонтальной плоскости, а измерение дальности - временным методом путем измерения запаздывания отраженного от цели сигнала относительно момента излучения зондирующего сигнала.

Рассмотрим более подробно работу одного канала РЛС. Система синхронизации (СС) вырабатывает импульсы запуска РЛС, которые поступают на вход модулятора М передающего устройства. Модулятор М под воздействием импульсов запуска вырабатывает мощные модулирующие импульсы, поступающие на оконечный усилитель (ОУ) передатчика РЛС, выполненного по схеме «задающий генератор - усилитель мощности». Генератор радиочастоты (ГРЧ), стабилизированный кварцевым резонатором, генерирует непрерывные гармонические колебания с частотой f а, которые усиливаются в оконечном усилителе и модулируются по амплитуде импульсами модулятора (М). В результате на выходе ОУ формируется последовательность мощных когерентных радиоимпульсов с несущей частотой f а и прямоугольной: огибающей. Эти радиоимпульсы через антенный переключатель (АП) и блок сложения мощностей и разделения сигналов БСРС поступают в антенное устройство РЛС и излучаются антенной в направлении к цели.

Отраженные от цели радиоимпульсы с несущей частотой f а, принимаемые по основному лучу ДНА, через блоки БСРС, АП и малошумящий УРЧ поступают на один из входов формирователя нижней кромки (ФНК). Радиоимпульсы с той же частотой fд, принимаемые по дополнительному лучу ДНА, через блок разделения сигналов БРС и УРЧ поступают на второй вход ФНК. На выходе ФНК в результате весового суммирования сигналов основного и дополнительного лучей образуется суммарный сигнал, который поступает на вход приемника РЛС. Управляющий сигнал, определяющий выбор весовых коэффициентов при суммировании, поступает на управляющий вход ФНК от системы цифровой обработки сигналов и адаптации РЛС. В приемном устройстве осуществляются преобразование частоты, усиление и частотная селекция сигнала в усилителе промежуточной частоты и детектирование с помощью амплитудного и фазового детекторов. Видеосигнал А с выхода амплитудного детектора поступает далее в систему цифровой обработки, минуя систему СДЦ, а видеосигнал СДЦ с выхода фазового детектора поступает на вход системы СДЦ, входящей в состав системы цифровой обработки сигналов. Сигналы с опорными частотами f а1 и f а2 необходимые для работы преобразователя частоты и фазового детектора приемника, формируются общим задающим ГРЧ. Благодаря этому в данной РЛС реализуется истинно когерентный метол СДЦ.

Кроме описанных выше основных процессов, протекающих в аналоговой части РЛС, имеет место ряд вспомогательных процессов, которые обеспечивают нормальное функционирование РЛС. К ним относятся, например, различного рода автоматические регулировки усиления приемника:

· временная автоматическая регулировка усиления,

· шумовая автоматическая регулировка усиления,

· автоматическая ступенчатая регулировка усиления УПЧ с помощью схемы адаптивного аттенюатора помех.

Названные регулировки, исключая ШАРУ, обеспечивают сжатие динамического диапазона принимаемого радиолокационного сигнала и его согласование с динамическим диапазоном системы цифровой обработки сигналов и адаптации. С помощью ШАРУ обеспечивается стабилизация уровня шумов на выходе приемника РЛС.

В антенно-фидерной системе РЛС предусмотрены:

· устройства для плавной регулировки поляризации излучаемых колебаний,

· измерители проходящей мощности, частоты и формы зондирующего сигнала.

В псевдокогерентных РЛС, использующих передающие устройства, выполненные на магнетроне, в состав приемника входит также система автоматической подстройки частоты магнетрона. Эта система служит для подстройки частоты магнетрона и для фазирования когерентного гетеродина, генерирующего опорные колебания для системы СДЦ.

В рассматриваемой истинно когерентной РЛС для обеспечения постоянной разности частот f а и f б двух частотных каналов используется специальный генератор сдвига частоты, с помощью которого под воздействием колебаний ГРЧ канала А (см. рис. 1.1) в канале В осуществляется формирование колебаний с частотами f б и f б1 , сдвинутыми относительно частот f а и f а1 .

Цифровая часть РЛС начинается со входа системы цифровой обработки сигналов и адаптации РЛС. Главными функциями этой системы являются:

· очистка принимаемого сигнала от различного рода помех,

· выделение полезной информации для обеспечения заданных тактико-технических характеристик РЛС,

· анализ текущей помеховой обстановки,

· автоматическое управление режимами работы и параметрами РЛС (функция адаптации).

Входные видеосигналы А, СДЦ и Метео, поступающие с выхода приемника, преобразуются с помощью аналого-цифровых преобразователей в цифровую форму. При этом осуществляется дискретизация по времени и многоуровневое квантование по- амплитуде этих сигналов.

Первая функция системы обработки реализуется с помощью следующих цифровых устройств:

· устройства череспериодного (двойного или тройного) вычитания системы СДЦ;

· видеокоррелятора для подавления несинхронных помех и отраженных сигналов предыдущею периода зондирования;

· устройства ЛОГ-МПВ-АнтиЛОГ для выделения полезного сигнала на фоне помех от протяженных по дальности и азимуту целей (в частности, помех от метеообразований);

· устройства выделения сигналов для получения информации о контурах метеообразований.

При выполнении второй функции системы обработки используются следующие устройства:

· устройство секторизации для разделения зоны обзора на ячейки и распределения памяти системы;

· картограф помех для формирования динамической карты помех;

· анализаторы параметров принимаемых сигналов, с помощью которых проводится анализ текущей помеховой обстановки (анализаторы уровня сигнала в тракте промежуточной частоты, частоты ложных тревог, параметров сигналов от метеообразований и др.);

· оперативные запоминающие устройства для хранения информации о текущей помеховой обстановке;

· управляющие устройства для формирования сигналов управления режимами работы и параметрами РЛС, которые определяют:

· выбор весовых коэффициентов для ФНК,

· выбор режима А или СДЦ,

· включение или отключение устройства ЛОГ-МПВ-АнтиЛОГ,

· подстройку порога обнаружения при стабилизации уровня ложных тревог,

· другие параметры обработки сигналов для каждого участка или ячейки зоны обзора отдельно.

Устройство S (см. рис. 1.1) осуществляет объединение сигналов двух частотных каналов РЛС. С выхода этого устройства в АПОИ передаются два объединенных сигнала: сигнал А (или СДЦ) и сигнал Метео. В РЛС, не содержащих собственной АПОИ, эти сигналы преобразуются с помощью цифро-аналоговых преобразователей в аналоговую форму и передаются на входы АПОИ, сопрягаемой с РЛС, контрольного индикатора (КИ) и широкополосной линии связи ШЛС. Последняя обеспечивает передачу радиолокационной информации в необработанном виде, т. е. минуя АПОИ, на аппаратуру отображения неавтоматизированной системы УВД.

Аппаратура первичной обработки информации обычно представляет собой универсальную аппаратуру, сопрягаемую с различными типами РЛС. В этой аппаратуре осуществляются операции обнаружения сигналов от воздушных целей и измерения их координат, а также объединение информации первичной РЛС с информацией вторичного радиолокатора. С выхода АПОИ радиолокационная информация в цифровом виде транслируется в центр УВД с помощью узкополосной аппаратуры передачи данных АПД. Кроме того, эта же информация поступает на контрольный индикатор КИ первичной РЛС. Для синхронизации АПОИ, КИ и аппаратуры отображения, подключаемой через ШЛС, используются сигналы, вырабатываемые системой синхронизации СС, а также сигнал текущего азимутального направления ДНА первичной РЛС, поступающий из антенно-фидерной системы. В универсальных АПОИ обычно предусматривается автономный синхронизатор, позволяющий вести обработку и выдачу сигналов в оптимальном темпе независимо от временных режимов работы первичного и вторичного радиолокаторов. Для этого на входе АПОИ предусматриваются буферные запоминающие устройства, управляемые тактовыми импульсами и сигналами угловой информации названных радиолокаторов. Дальнейшая обработка в АПОИ производится с помощью управляющих сигналов, вырабатываемых автономным синхронизатором АПОИ.

Важной особенностью рассматриваемой перспективной РЛС является использование системы автоматического встроенного контроля (АВК), обеспечивающей допусковый контроль аналоговых и тестовый контроль цифровых устройств и систем РЛС.

Конструктивно РЛС выполняется из отдельных сборочных единиц - модулей, при комплектации которых в определенных комбинациях можно получить несколько вариантов РЛС, различающихся по дальности действия, надежности и стоимости. Этим достигается рациональное использование оборудования РЛС с учетом конкретных условий применения.

Передающий тракт любой РЛС состоит из передающего устройства, фидерной системы и антенны. Радиопередающее устройство предназначено для формирования зондирующих сигналов путем преобразования энергии источников питания в энергию высокочастотных (ВЧ) колебаний и управления параметрами этих колебаний. Для этого в состав передающего устройства обычно включают источник питания, модулятор (управляющее устройство) и генератор.

Источник питания обеспечивает подачу энергии в виде переменного или постоянного тока. Во втором случае источник питания выполняется в виде высоковольтного выпрямителя. Оба типа источников нашли применение в бортовых РЛС.

Модулятор осуществляет управление параметрами огибающей ВЧ сигнала.

Генератор вырабатывает мощный ВЧ сигнал, параметры которого определяются управляющими сигналами модулятора.

Первая группа - с непрерывным излучением (без модуляции и с модуляцией излучаемых колебаний по амплитуде, частоте и фазе). Подобные передающие устройства используются в бортовых радиолокационных системах, предназначенных для определения путевой скорости и угла сноса самолета (по доплеровскому изменению частоты), трансляции радиолокационной информации и т.д.

Вторая группа - передатчики, работающие в импульсном режиме излучения с длительностью ВЧ-импульсов от долей микросекунды до сотен миллисекунд и скважностью от единиц до сотен тысяч. В таких передающих устройствах может применяться амплитудная, частотная и фазовая модуляции ВЧ-колебаний как внутри отдельного импульса, так и в последовательности импульсов. Кроме того, могут использоваться и специфические виды модуляции (по длительности импульса, кодово-импульсная и т.п.).

Структурная схема передатчика с однокаскадным генератором

3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РЛС

Импульсные РЛС, осуществляющие когерентный прием и содержащие устройство ЧПК, называют РЛС с селекцией движущихся целей (РЛС с СДЦ).

Основная цель использования РЛС с СДЦ является режекция сигналов пассивныхпомех от неподвижных целей (зданий, холмов, деревьев), и выделение сигналов отраженных от движущихся целей для их дальнейшего использования в обнаружителях и отображения радиолокационной обстановки на индикаторе.

РЛС с СДЦ подразделяются на истинно-когерентные и псевдо-когерентные.

В истинно-когерентных РЛС зондирующий сигнал представляет собой когерентную последовательность радиоимпульсов с одинаковой начальной фазой всех радиоимпульсов или с известной разностью начальных фаз радиоимпульсов отстоящих на .

В псевдо-когерентных РЛС зондирующий сигнал представляет собой некогерентную последовательность радиоимпульсов, но при обработке принятых сигналов случайность начальных фаз используется таким образом, что прием становится когерентным.

Другими словами, как в истинно-когерентных РЛС, так и в псевдо- когерентных РЛС сигнал на выходе линейного тракта приемника, полученный при отражении зондирующего сигнала от неподвижной точечной цели, представляет собой импульсную когерентную пачку с одинаковыми начальными фазами радиоимпульсов, а при отражении от подвижной точечной цели, движущейся с радиальной скоростью начальные фазы радиоимпульсов в соседних периодах повторения отличается на .

При анализе работы когерентно-импульсных РЛС обычно делается допущение, что в пределах главного "луча" диаграмма направленности постоянна, а вне главного "луча" излучение и прием не проводятся. Это допущение позволяет считать, что даже с учетом сканирования антенны амплитуды всех импульсов когерентной пачки, полученной при отражении зондирующего сигнала от точечной подвижной или неподвижной цели, одинаковы.

Истинно-когерентные РЛС строятся на базе многокаскадного передатчика с усилителями мощности на выходе, а псевдо-когерентные РЛС - на базе высокочастотного генератора.

Для проектируемой РЛС необходимо использовать сложный сигналы с , для этого, как правило, используются истинно-когерентные РЛС.

На рис.3.1 приведена упрощенная структурная схема одного из вариантов истинно-когерентных РЛС.

Развернутая структурная схема истинно-когерентной РЛС приведена в приложении 3.

В данной РЛС с СДЦ в качестве передатчика используется усилитель мощности (УМ) с импульсной модуляцией, а опорный сигнал формируется с помощью стабильного генератора (СГ) гармонических колебаний на частоте f пр. Преимущество данной схемы состоит в том, что она позволяет применить активный способ формирования ФМС не только на несущей частоте, но и на более низких радиочастотах.

Сигнал от стабильного генератора (СГ) в качестве опорного подается на когерентный детектор (КД). Он же поступает на формирователь ФМ сигнала (ФФМС) и далее, на смеситель (СМ1), куда одновременно подается сигнал от местного гетеродина (МГ), генерирующего гармоническое колебание на частоте f мг =f 0 -f пр. Колебания с выхода СМ1 на частоте f 0 поступают на усилитель мощности (УМ), в котором происходит усиление и импульсная модуляция гармонического ФМ колебания частотой f 0 . На выходе усилителя мощности получаются ФМ импульсы требуемой мощности и длительности, следующие с частотой f п. Эти импульсы через антенный переключатель (АП) поступают на антенну.

В режиме приема сигналы с выхода АП поступают на смеситель (СМ2),куда одновременно подается колебание от МГ. Сигналы промежуточной частоты с выхода СМ2 поступают на усилитель радиочастоты (У), настроенный на промежуточную частоту, и далее на согласованный фильтр, затем на КД, куда подается опорный сигнал с выхода СГ. Сигналы с выхода КД поступают на устройство черезпериодной компенсации (ЧПК) заданной кратности. После преобразования в однополярные сигналы с выхода ЧПК подаются на накопитель пачки импульсов (БН) и затем на видеоусилитель (ВУ), а из него на устройства обнаружения и измерения координат цели.

Для компенсации нестабильности линии задержки, используемой в ЧПК, необходима корректировка периода повторения излучаемых импульсов. Для этих целей служит блок синхронизации (БС), который, учитывая эту нестабильность, управляет формированием пачки зондирующих импульсов и блоком начальной установки (БНУ) через логическую схему (ЛС).

Проведем выбор элементной базы к данной структурной схеме:

В РЛС обнаружения с круговым обзором наибольшее распространение получили зеркальные антенны, состоящие из слабонаправленного излучастеля и зеркального отражателя. Отражатель выполняется в виде усеченного парабалоида, что позволяет получить диаграмму направленности вида косеканс квадрат.

В качестве усилителя мощности используется лампа бегущей волны (ЛБВ)

Приемник в РЛС строится по супергетеродинной схеме, которая позволяет получить более высокую чувствительность приемного тракта. Входным устройством приемника является полупроводниковый смеситель.

Местный гетеродин вследствии высоких требований к стабильности частоты выполняется на базе стабильного задающего генератора.

Согласованный фильтр для ФМ сигнала может быть реализован на основе ультразвуковых линий задержки (УЛЗ).

Формирователь ФМС описан при расчете параметров ФМ сигнала.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методические указания к изучению темы «Принципы и физические основы построения радиолокационных и радионавигационных систем» по дисциплине «Основы теории радиотехнических систем» для студентов специальности 23.01 / Сост. М.Б.Свердлик. – Одесса: ОПИ, 1991. – 112 с.

2. Тексты лекций по дисциплине «Основы теории радиотехнических систем». Раздел «Обнаружение сигналов» для студентов специальности 23.01 / Сост. М.Б.Свердлик. – Одесса: ОПИ. 1992. – 87 с.

3. Методические указания по изучению темы «Статистическая оценка параметров и синтез измеретилей координат целей» для студентов специальности 23.01 / Сост. М.Б.Свердлик. – Одесса: ОПИ, 1990. – 53 с.

4. Тексты лекций по дисциплине «Основы теории радиотехнических систем». Раздел «Сложные сигналы» для студентов специальности 23.01 / Сост. М.Б.Свердлик. – Одесса: ОПУ. 1996. – 51 с.

5. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Основы теории радиотехнических систем» для студентов специальности 23.01 / Сост. М.Б.Свердлик, А.А.Кононов, В.Г.Макаренко. – Одесса: ОПИ, 1991. – 52 с.

6. Лезин Ю. С. «Введение в теорию и технику радиотехнических систем»: Учеб. пособие для вузов. –М.: Радио и связь, 1986. – 280 с., ил.

7. «Радиотехнические системы» / Под. ред. Ю.М.Казаринова. – М.: Высш. шк., 1990.

Структурная схема согласованного фильтра для когерентной 12-импульсной пачки 15-позиционных ФМ сигналов.

А – согласованный фильтр для одного импульса

В – накопитель пачки импульсов

Приложение 3

Развернутая схема согласованного фильтра (СФ) и блока накопления (БН) приведена в приложении 2. Развернутую же схему ЧПК, благодаря любезности преподавателя, магистрантам можно не приводить.

Снизить вероятность возникновения пожаров на данном объекте. ЗАКЛЮЧЕНИЕ С целью обеспечения безопасности движения речного транспорта в камере шлюза Усть-Каменогорской гидроэлектростанции в данном дипломном проекте была разработана радиолокационная станция обнаружения надводных целей, она гораздо эффективнее, чем, например система видео наблюдения. Были рассчитаны основные тактико- ...

Техническому совершенству, боевым и эксплуатационным качествам не уступали лучшим зарубежным образцам, а нередко и превосходили их. Большинство из созданных в эти годы образцов в большей или меньшей степени представляли собой высокоточное оружие. В них использовались высокоточные инерциальные системы, системы коррекции и телеуправления движением на траектории и системы самонаведения на конечном...

КНИ явления слепой скорости и неоднозначности по дальности, для устранения которых понадобилось изменить общепринятую схему построения приемника сопровождения по дальности, а также задействовать ЦВС для решения ряда задач. Важное техническое решение было найдено, при проектировании приемной системы, в использовании одних и тех же узлов и элементов системы синхронизации для работы РЛС в режиме ЛЧМ...

Параметры обнаружения. Поскольку принимаемая пачка из N импульсов является когерентной, то. 2. Расчет параметров помехопостановщика 2.1 Расчет мощности передатчика заградительной и прицельной помех помеха помехозащита радиолокационная станция Можно выделить несколько основных типов передатчиков заградительных помех: прямошумовые передатчики; передатчики помех, использующие мощный...