Особливості передавачів радіолокаційних станцій НДС. Від магнетронів до твердотільних передавачів. Структурна схема приймального пристрою РЛС

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Дипломна робота

Радіопередавальний пристрій РЛС сантиметрового діапазону

АННОТАЦІЯ

У даному дипломному проекті спроектовано радіопередавальне пристрій РЛС сантиметрового діапазону.

Мета дипломного проекту на основі аналізу сучасних та перспективних засобів повітряного нападу обґрунтувати вимоги до основних параметрів перспективної РЛС виявлення, а також спроектувати радіопередавальні пристрої цієї РЛС.

пристрій радіопередавач радіолокація станція діапазон

Вступ

1. Аналіз сучасних та перспективних засобів повітряного нападу

2. Тактико-технічне обґрунтування основних параметрів РЛЗ

2.1 Основні технічні характеристики імпульсного передавача

2.2 Вплив структур та параметрів зондувальних радіоімпульсів на технічні характеристики РЛС

2.3 Вплив структур та параметрів зондувальних радіоімпульсів на перешкодобезпечність РЛС

3. Розробка структурної схеми РЛЗ

3.1 Тракт генерування та випромінювання радіолокаційних сигналів

3.1.1 Антенний пристрій

3.1.2 Високочастотний тракт РЛЗ

3.2 Тракт прийому та виділення сигналу

4 Розрахунок необхідної імпульсної потужності РПУ та коефіцієнта посилення антени

4.1 Вибір типу антени, розрахунок розмірів та коефіцієнта посилення антени

4.2 Розрахунок необхідної потужності передавача

4.3 Приблизний розрахунок споживаної від мережі потужності

5 Розробка структурної схеми РПУ

5.1 Функції, що виконуються радіопристроєм

5.2. Структурні схеми РПУ. Однокаскадна та багатокаскадна схема передавача

5.3 Розробка структурної схеми РПУ

ВСТУП

Для забезпечення надійного захисту держави розвиваються усі види збройних сил. Разом з тим, у сучасних умовах, коли на перше місце серед засобів ведення війни висунулося ядерна зброя та різноманітні засоби доставки її до об'єктів – балістичні та крилаті ракети, незмірно зросла роль протиповітряної оборони.

Досвід локальних воєн в Іраку, Югославії незаперечно показав, що протиповітряна оборона в сучасних умовах перетворилася на фактор стратегічного значення. Удосконалення засобів повітряного нападу та тактики їх застосування викликало нові вимоги до протилітацької оборони. Вона має бути завадостійкою, досить ефективною для всього практично досяжного діапазону висот і швидкостей, забезпечувати боротьбу з малорозмірними цілями.

Одним з головних напрямків на шляху вирішення завдань ППО – забезпечення надійного виявлення та проведення повітряних цілей при польотах на будь-яких висотах, аж до гранично малих, в умовах радіоелектронної протидії.

У цій дипломної роботибуде, на основі аналізу сучасних та перспективних засобів повітряного нападу, обґрунтовано вимоги до основних параметрів перспективної РЛС виявлення. Спроектовано радіопередавальний пристрій цієї РЛС і розроблений збудник багаточастотного ФКМ сигналу з частотою, що дискретно змінюється девіацією.

1 . АНАЛІЗ СУЧАСНИХ І ПЕРСПЕКТИВНИХЗАСОБІВ ПОВІТРЯНОГО НАПАДУ

Останніми роками значно розширено діапазон форм загрози військовою силою. Все більша увага приділяється збільшенню кількості районів присутності великих угруповань збройних сил США на постійній або тимчасовій основі та нарощуванню можливостей для їхнього швидкого посилення з метою вирішення міжнародних проблем шляхом загрози або прямого використання військової могутності.

В умовах кардинальних змін, що відбуваються на міжнародній арені та пов'язані з активізацією договірних процесів щодо скорочення різних видів збройних сил та озброєння, покращення відносин між США та Росією, американське військово-політичне керівництво завершує перегляд військової стратегії, основу якої складають чотири головні положення: забезпечення стратегічного стримування шляхом залякування, збереження передового розгортання у ключових регіонах, ефективне реагування на кризову обстановку, збереження здатності швидко наростити чисельність та потужність збройних сил у разі потреби.

У дев'яності роки у американської військової стратегії виник новий підхід до визначення типу воєн, у яких можуть брати участь збройні сили США. Поряд із класифікацією воєн за масштабами та засобами їх ведення військова доктрина США поділяє всі можливі у міждержавних відносинах форми збройної боротьби з інтенсивності. При цьому виділяється три групи конфліктів: високої, середньої та низької інтенсивності. До конфліктів високої інтенсивності відносяться війни глобального охоплення між державами або їхніми коаліціями, в яких протиборчі сторони застосовують для досягнення рішучих політичних цілей всю наявну ядерну, хімічну та біологічну зброю.

До конфліктів середньої інтенсивності відносяться війни між державами або коаліціями держав із застосуванням усіх сил та засобів, включаючи обмежене використання зброї масового знищення.

Американське Військово-політичне керівництво вважає, що в даний час ймовірність великомасштабного зіткнення між США і Росією через ядерний паритет, що склався, і у зв'язку з поліпшенням відносин між двома країнами є низькою за останні роки. Одночасно з цим визнається, що зросла можливість участі США у конфліктах низької інтенсивності, під якими розуміються як форми застосування збройних сил (обмежені бойові дії, демонстрація сили), так і економічні, політичні та ідеологічні акції, які можуть здійснюватися США у різних регіонах світу. цілях «захисту американських інтересів». При цьому США надають собі право не тільки втручатися на власний розсуд у справи суверенних держав, а й визначити, в якій формі це робити.

Пентагон передбачає три аспекти такого втручання:

Проти країн, що розвиваються, на чолі яких стоять неугодні Вашингтону уряди;

підтримку проамериканських режимів, стабільність яких під загрозою;

Проти держав, у яких, за визначенням США, є «терористичні елементи», що загрожують американським інтересам.

Незважаючи на значне зниження можливості глобального ядерного конфлікту та перенесення акценту в підготовці збройних сил США до участі в конфліктах низької інтенсивності американське керівництво не виключає ймовірності великомасштабної війни проти Росії, яка, за американськими оцінками, «має фізичну можливість знищити США одним нищівним ударом».

В якості можливого способуРозв'язання війни на основних театрах вважається переростання конфліктів низької інтенсивності у військові дії більшого масштабу, аж до загальної війни. Проте головним способом розв'язання великомасштабних війн військове керівництво США вважає раптовий напад завчасно розгорнутими у час угрупованнями військ.

Загалом заходи, що здійснюються США з досягнення військово-стратегічної та військово-технічної переваги над нашою країною, а також ставка на використання військової сили для досягнення зовнішньополітичних цілей дозволяють, на переконання Вашингтона, проводити передбачений стратегією національної безпеки курс, спрямований не лише на «глобальне стримування» Росії, але й на максимальне використання нинішньої обстановки для створення нової системиміжнародних відносин, у якій США відводилася б роль безперечного лідера, що має особливі повноваження внаслідок величезного економічного та військового майна. З розглянутого вище випливає, що одним із ймовірних супротивників для Росії є ЗС США та блоку НАТО загалом.

Досвід останніх локальних воєн показує, що основну роль у проведенні військових операцій американське керівництво відводить ВПС США та НАТО. Основною ж силою здатною стримувати авіацію є війська ППО, необхідно враховувати як тактику застосування, так і технічні можливості засобів повітряного нападу.

В даний час засоби повітряного нападу складаються із засобів стратегічної авіації, засобів тактичної авіації, засобів авіації ВМС, засобів армійської авіації, безпілотних літальних апаратів (БЛА) та авіаційних засобів ураження (рисунок 1). ТА та палубна авіація розглядаються командуванням США та НАТО як головна ударна сила на ТВД у всіх видах воєн із застосуванням та без застосування ЯО. Тактика дій тактичної та палубної авіації під час прориву ППО ВПС передбачає певну оперативну побудову, що включає кілька груп літаків різного стратегічного призначення:

Група вогневого придушення засобів ППО ВПС;

ударні групи;

Групи безпосереднього прикриття ударних груп від винищувачів ППО ВПС;

Групи радіоелектронного придушення засобів ППО ВПС;

Групи контролю та розвідки результатів удару;

Групи далекого радіолокаційного виявлення та управління.

Рисунок 1 – Класифікація засобів повітряного нападу

Ударні групи літаків ТА та СА призначені для завдання ударів по об'єктах літаками F-111, F-117, «ТОРНАДО», «ЯГУАР», «ХАРРІЄР», а також А-7D, А-10, «АЛЬФА-ДЖЕТ» (таблиця 1).

Групи вогневого придушення засобів ППО ВПС призначені для знищення або виведення з ладу засобів ППО ВПС з метою осліпити систему ППО ВПС, порушити систему вогню ЗРВ, проробити проломи в системі ППО ВПС. Об'єктами вогневого впливу можуть бути РЛЗ, командні пункти, аеродроми, пункти наведення винищувальної авіації та позиції ЗРВ.

Найбільш поширеним способом вогневого придушення засобів ППО ВПС вважається групова атака ланкою літаків з прикриттям та застосуванням як звичайних так і протирадіолокаційних ракет типу ШРАЙК, СТАНДАРТ-АРМ, ХАРМ, АЛАРМ, ТЕССІТ РЕЙНБОУ.

Таблиця 1

Основною протирадіолокаційною ракетою на озброєнні в даний час на озброєнні ВПС і ВМФ США є ПРЛР «ХАРМ» (AQM-88А). Вона призначена для знищення РЛС ЗРВ, ППО ВПС, що працюють у дециметровому та сантиметровому діапазоні. Основні ТТХ ПРЛР наведені у таблиці 2.

Таблиця 2

Найменування	Дальність стрілянини, км	Швидкість польоту, м/с	Точність стрілянини, м	Носії

СТАНДАРТ-АРМ



ТЕССІТ-РЕЙНБОУ		Мала (до 830 км/год)

Група безпосереднього прикриття ударних груп від винищувачів ППО ВПС. На озброєнні ВПС США перебувають винищувачі-перехоплювачі, а також багатоцільові винищувачі типу: торнадо F-2; "фантом" FGR, 2F-15

ТТХ даних літаків наведено у таблиці 3.

Таблиця 3

Група радіоелектронного придушення засобів ППО ВПС призначена для проведення комплексу заходів та дій щодо радіоелектронного придушення супротивника та захисту своїх військ (сил) та систем зброї від радіоелектронного придушення. Являє собою заходи та дії, що проводяться військами з переважної та дезінформуючої дії на РЕМ та системи противника енергією електромагнітних випромінювань.

Радіодезінформація в системі РЕП проводиться для введення супротивника в оману шляхом помилкової роботи РЕМ своїх військ, зміни режимів їх роботи та імітації роботи РЕМ протиборчої сторони. основними способами радіодезінформації вважаються:

Показ помилкових демаскуючих ознак РЕМ, об'єктів та обстановки;

Навмисне входження в радіомережі та радіонапрямки противника, передача в них хибної інформації та команд;

Спотворення відомостей, сигналів та позивних;

Підвищення інтенсивності роботи РЕМ на другорядних напрямах за збереження режиму роботи головному.

Перелічені заходи разом із іншими заходами з дезінформації можуть викликати в противника враження про зосередження військ та підготовки операції там, де насправді цього немає. Заходи щодо забезпечення РЕБ передбачають пошук, перехоплення та аналіз випромінювань, розпізнавання та визначення місцезнаходження РЕМ противника, оцінку створюваної їм загрози для подальшого радіоелектронного придушення та видачі цілевказівки засобам ураження, а також управління своїми силами та засобами РЕП.

На озброєнні ВПС США прийнято: літак-розвідник RF-4C, а також літаки радіоелектронного придушення EF-111, EC-130H. Характеристики літаків даного типунаведено у таблицях 4, 5.

Таблиця 4

Таким чином, аналізуючи особливості застосування ВПС США та НАТО, а також виходячи з досвіду локальних воєн, можна побачити, що ВПС США активно використовують усі технічні можливості авіації. При масованому застосуванні СВН враховується все, починаючи від рельєфу, місцевості та погодних умов і до тактики дій.

Для тактики дій повітряного супротивника в локальних війнах характерно масоване застосування СВН, відсутність шаблону у виборі варіанта удару, тактичних прийомів і способів дій, всебічне забезпечення дій ударних груп, прагнення до досягнення раптовості, скорочення часу знаходження літаків у зоні вогню зенітних засобів тощо. Комбіновані удари з повітря стають складними, широко використовуються для вирішення різних завдань БЛА, малопомітні літальні апарати, СОТ в РЛ та ІЧ діапазоні, постановники радіоелектронних перешкод. Для забезпечення своєчасного розтину супротивника на далеких межах виявлення необхідно активно використовувати РЛС виявлення, які забезпечать розтин складу супротивника на висотах до гранично малих на максимально далеких рубежах. Дана станція повинна володіти високою енергетикою випромінюваного сигналу, помехозащищенностью.

2 ТАКТИКО-ТЕХНІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ РЛС

2.1 Основні технічні характеристикиімпульсного передавача

Основне завдання ескізного проектування радіопередаючого пристрою полягає в обґрунтуванні вимог до його технічних характеристик на основі аналізу вимог до тактичних характеристик проектованої РЛС, а також у виборі структури передавача, що забезпечує реалізацію обґрунтованих вимог. Тому в даному питанніосновну увагу приділяють аналізу впливу параметрів зондувальних сигналів на основні тактичні характеристики проектованої РЛС.

У радіолокаційних системах знаходять застосування різні видизондувальних сигналів:

Безперервні немодульовані;

Безперервні амплітудно-модульовані;

Безперервні частотно-модульовані;

Імпульсні.

Вибір того чи іншого виду зондуючого сигналу залежить від характеру розв'язуваних системою радіолокації завдань і умов її функціонування. Однак у РЛС РТВ, як і в більшості РЛС іншого призначення, застосовуються імпульсні зондувальні сигнали. Це пов'язано з тим, що їх застосування дозволяє досить точно забезпечити вимірювання дальності до мети та спростити конструкцію РЛС за рахунок використання загальної системи на передачу та прийом.

Основними параметрами зондувальних радіоімпульсів є:

Довжина хвилі (частоти) коливань, що генеруються;

Діапазон перебудови;

Імпульсна потужність РІ;

Тривалість імпульсу ф;

Частота F П або період Т П повторення зондувальних імпульсів;

Ширина спектру ПІ.

За своєю структурою радіоімпульси можуть бути:

Когерентними та некогерентними;

Простими та складними.

Радіоімпульси називають когерентними, якщо початкова фаза коливань кожного радіоімпульсу однакова або від імпульсу імпульсу змінюється за певним законом. Якщо початкова фаза високочастотних коливань від імпульсу до імпульсу є випадковою величиною, такі радіоімпульси є некогерентними.

Спектр послідовності некогерентних радіоімпульсів завжди суцільний, його форма визначається формою спектра одиночного радіоімпульсу. Спектр когерентної послідовності обмеженого числа радіоімпульсів є гребінчастим, його загальна повторює форму спектра одиночного радіоімпульсу. При збільшенні числа імпульсів у пачці когерентних радіоімпульсів ширина гребенів спектра зменшується, і він наближається до лінійного.

Радіоімпульси називають простими, якщо добуток ширини спектра П І та тривалості імпульсу ф І, званої базою сигналу, має величину порядку одиниці:

Якщо ж>>1, такий сигнал називається складним. Перевагою простих сигналів є простота їх формування та оптимальної обробки. Однак їх застосування обмежує можливість з технічної реалізації вимог до тактичних характеристик проектованої РЛС. Тому в сучасних і більш перспективних РЛС застосовуються в основному складні сигнали двох видів:

Радіоімпульси з внутрішньоімпульсною лінійною (ЛУМ) або нелінійною (НУМ) частотною модуляцією;

Радіоімпульси з внутрішньоімпульсною фазовою маніпуляцією (від латинського «manus» - рука), за якої фаза коливань у межах імпульсу через певні часові інтервали стрибком змінюється на 180є. Оскільки ці стрибкоподібні зміни відбуваються за певним двійковим кодом, такі імпульси називаються фазокодоманіпульованими (ФКМ).

Обґрунтування вимог до технічних характеристик передавача здійснюється на основі вимог до РЛС вимог до тактичних характеристик. Тому необхідно проаналізувати вплив структур та параметрів зондувальних радіоімпульсів на основні тактичні характеристики РЛС. Оскільки довжина хвилі є параметром, загальним для передавача, приймача та антеннохвильової системи, вимоги до неї повинні бути обґрунтовані на етапі системотехнічного проектування РЛС в цілому.

2.2 Вплив структур та параметрів зондувальних радіоімпульсів на тактичні характеристики РЛС

Як відомо, максимальна дальність дії РЛС визначається співвідношенням:

де ЕС - енергія сигналу передавача;

G ПЕР - коефіцієнт посилення передавальної антени;

А ПР – ефективна площа приймальної антени;

у Ц – ЕПР мети;

г - коефіцієнт помітності (або параметр виявлення);

N 0 - спектральна щільність потужності власного шуму приймача, перерахована для його входу.

Розглянемо докладніше параметри, що входять у вираз (2.2).

Величини G ПЕР та А ПР обґрунтовуються при ескізному проектуванні антени. Якщо на передачу та прийом використовується одна антена, між ними існує зв'язок

Як мовилося раніше, довжина хвилі має бути обрано на етапі системотехнічного проектування РЛС загалом. Ефективна площа антени пов'язана з її геометричною площею співвідношенням

де н - коефіцієнт використання площі розкриття антени. Його значення має величину порядку 0,5...0,6. Геометрична площа обмежена допустимими габаритами антени.

Спектральна щільність потужності шумів:

де k= 1,38 · 10 -23 Дж/к - постійна Больцмана,

Т 0 - абсолютна температура еквівалентного джерела шуму (при розрахунках приймається Т 0 =290 к),

Ш – коефіцієнт шуму приймача.

З урахуванням лінії пропускання приймача N 0 визначають граничну чутливість приймача.

Коефіцієнт помітності є відношення сигнал-шум по потужності необхідне виявлення сигналу із заданими показниками якості - ймовірністю правильного виявлення і помилкової тривоги.

Безпосередньо до передавача відноситься енергія сигналу, що генерується передавачем за час опромінення мети:

де Р І - імпульсна потужність передавача,

ф І - тривалість зондуючого імпульсу,

М - число імпульсів, що опромінюють ціль (число імпульсів у пачці).

Число імпульсів:

де Дв 0,5 - ширина діаграми спрямованості антени в азимутальній площині (у радіанах),

Т ОБЗ - період огляду простору азимуту.

Параметри Дв 0,5 та Т ОБЗ безпосередньо до передавача не належать. До нього відносяться Р І, ф І, Т П. З точки зору забезпечення заданої дальності виявлення необхідно збільшувати Р І, ф І та зменшувати Т П (або збільшувати F П =1/ Т П).

Збільшення F П обмежене значенням однозначно вимірюваної дальності:

Збільшення імпульсної потужності супроводжується підвищенням вимог до електричної міцності тракту генерування та випромінювання сигналу, а також призводить до зниження скритності РЛС і захищеності її від зброї, що самонаводиться.

Збільшення тривалості імпульсу (якщо це простий імпульс) призводить до зниження роздільної здатності по дальності. вирішення протиріч між вимогами щодо дальності виявлення та роздільної здатності по дальності можливе на основі переходу до складних радіоімпульсів, оскільки роздільна здатність по дальності визначається шириною спектра сигналу П С:

Як відомо, потенційна точність вимірювання дальності (тобто гранично досяжна середня квадратична помилка) визначається співвідношенням

Звідси видно, що з підвищення потенційної точності необхідно одночасно збільшувати енергію сигналу (тобто. збільшувати ставлення сигнал-шум)

г) та ширину спектра сигналу, що неможливо у разі застосування простих радіоімпульсів.

Тому, як і забезпечення заданого значення дальності виявлення, реалізації вимог до точності вимірювання дальності необхідно застосовувати складні сигнали.

2.3 Вплив структур та параметрів зондувальних радіоімпульсів на перешкодобезпечність РЛС

Помехозащищенностью РЛЗ називається здатність виконання нею заданих функцій з необхідними показниками якості за умов впливу активних і пасивних перешкод, як навмисних, і ненавмисних.

Ця характеристика визначається скритністю роботи РЛС та її завадостійкістю.

Прихованість вимірюється ймовірністю виявлення працюючої на випромінювання РЛС засобами радіотехнічної розвідки противника. Зниження цієї ймовірності забезпечується зменшенням імпульсної потужності випромінюваного сигналу і стрибкоподібною зміною основних параметрів.

Кількісною оцінкою завадостійкості РЛС є відношення потужності сигналу до потужності перешкоди на виході оптимального фільтра, при якій забезпечуються необхідні значення характеристик виявлення та точності вимірювання координат.

Перешкодостійкістю до активної шумової перешкоди забезпечується збільшенням енергії зондувального сигналу. При цьому для забезпечення скритності необхідно не збільшувати його імпульсну потужність. Ця суперечність дозволяється на основі застосування складних зондувальних сигналів.

Підвищення завадостійкості РЛС по відношенню до дії пасивних маскуючих перешкод досягається підвищенням роздільної здатності по дальності та швидкості. Підвищення роздільної здатності по дальності (поряд з підвищенням роздільної здатності по кутових координатах) призводить до зменшення дозволеного обсягу, а, отже, до зменшення середнього значення ЕПР джерела пасивної перешкоди (хмари дипольних відбивачів, підстилаючої поверхні і т.д.).

Роздільна здатність за швидкістю дозволяє виділяти корисний сигнал на основі використання ефекту Доплера. Забезпечення дозволу одночасно за дальністю і швидкістю пов'язане з необхідністю подолання відомого з теорії радіолокації принципу невизначеності. Найповніше цій вимогі задовольняють пачки складних радіоімпульсів за умови, що тривалість пачки ф пач =МТ п значно перевищує тимчасову протяжність пасивної перешкоди

де ДR пп – радіальний розмір пасивної перешкоди.

Системи, реалізують дозвіл цілей і натомість пасивних перешкод з урахуванням використання ефекту Доплера, називаються системами селекції рухомих цілей (СДЦ). Технічно реалізація систем СДЦ можлива при використанні когерентних пачок зондувальних радіоімпульсів. При цьому можливі різні варіанти побудови когерентно-імпульсних РЛЗ:

Істинно когерентні РЛС (передавач формує когерентну послідовність радіоімпульсів);

Псевдо когерентні РЛС із внутрішньою когерентністю (передавач формує некогерентні радіоімпульси, фази яких запам'ятовуються так званим когерентним гетеродином на період повторення зондувальних імпульсів);

Псевдо когерентні із зовнішньою когерентністю (для забезпечення когерентності використовуються сигнали від нерухомих об'єктів, що знаходяться в одному елементі дозволу з метою, що рухається).

Вибір тієї чи іншої варіанти побудови когерентно-імпульсної РЛС визначається вимогами ефективності функціонування системи СДЦ.

З викладеного слід, що параметри і структура зондувальних імпульсів істотно впливає на дальність дії РЛС, її точнісні характеристики і роздільну здатність за дальністю і швидкістю. Для забезпечення заданих значень дальності дії і точності вимірювання координат необхідно збільшувати енергію сигналу, для чого при фіксованому значенні імпульсної потужності зондуючого сигналу необхідно збільшувати тривалість одиночного імпульсу і кількість імпульсів, що приймаються в пачці. Одночасний дозвіл по дальності та швидкості можливий на основі застосування складних радіоімпульсів.

У даній роботі при розробці передавального пристрою, мною буде використано сигнал ФКМ, який забезпечить високу енергетику сигналу, а також перешкодобезпечність.

3 . РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ РЛС

Імпульсними РЛС називаються такі, у яких дальність до мети визначається шляхом вимірювання часу затримки ехо-сигналу щодо зондувального імпульсного сигналу.

Склад структурної схеми станції радіолокації визначається її функціями (рисунок 3.1).

У загальному випадку, для отримання інформації про цілі методом радіолокації станція повинна забезпечувати виконання наступних функцій:

опромінення цілей електромагнітною енергією (зондування зони огляду);

Прийом відбитих від мети ехо-сигналів та виділення їх із перешкод;

Відображення одержуваної радіолокаційної інформації та вимірювання координат цілей;

визначення державної власності;

Введення радіолокаційної інформації пристрій обробки і видачу її в канали зв'язку.

Малюнок 3.1

Виконання першої функції забезпечується трактом генерування та випромінювання, що послідовно здійснює ФКМ сигналів, передачу їх до антени та випромінювання їх у простір. До складу тракту входять: передавальний пристрій, фідерний пристрій та антена. Функції прийому відображених від мети сигналів та виділення їх із перешкод здійснюються трактом прийому та виділення сигналів із перешкод. Тут вирішуються завдання фільтрації, посилення, перетворення сигналів та виділення їх із шумів, пасивних та активних перешкод. Основними елементами тракту є: антенно-фідерний пристрій, приймальний пристрій, захист від перешкод.

Відображення повітряної обстановки в зоні огляду РЛС та визначення координат цілей вирішується за допомогою кінцевих пристроїв РЛС. Кінцевими пристроями РЛС можуть бути пристрої автоматичного вимірювання та знімання координат, індикаторні або інші пристрої відображення. Для синхронізації роботи передавальних, індикаторних пристроїв та інших систем РЛС у часі потрібна система запуску.

Для вимірювання координат з індикаторних пристроїв або шляхом автоматичного оброблення сигналів необхідно формування спеціальних масштабних позначок або коду дальності, азимуту, висоти.

Розпізнавання мети здійснюється у спеціальній системі розпізнавання, складовою якої є наземні радіолокаційні запитачі, що сполучаються з РЛС. Конкретизація елементів структурної схеми імпульсної РЛС, складу, призначення та взаємодії окремих систембуде розглянуто далі.

3.1 Тракт генерування та випромінювання радіолокаційних сигналів

Основними завданнями, що вирішуються трактом генерування та випромінювання імпульсної РЛЗ є:

Створення імпульсів НВЧ високих енергій заданої структури, тривалості та періодичності;

Каналізації енергії цих імпульсів від передаючого пристрою до антени з мінімально можливими втратами;

Спрямоване випромінювання імпульсів електромагнітних хвиль.

Складовими частинами тракту, відповідно до розв'язуваних завдань, є пристрої, що передають, високочастотні тракти і антенні системи РЛС (рисунок 3.2).

У трактах генерування та випромінювання крім основних перерахованих вирішуються додаткові специфічні завдання:

Розв'язка передавального та приймального пристрою під час роботи на випромінювання та прийом;

Відгалуження енергії НВЧ для контролю потужності та спектру зондувального сигналу, перемикання передавального пристрою до антеної системи або еквіваленту;

Зміна рівня, структури сигналів та несучої частоти;

Захист особового складу від опромінення.

Малюнок 3.2

3.1.1 Антенний пристрій

Антенний пристрій РЛС призначений для:

Перетворення енергії коливань, що генеруються передавачем, на енергію електромагнітних хвиль у просторі (випромінювання);

Уловлювання енергії електромагнітних хвиль (ехо-сигналів) з певного тілесного кута простору та концентрації її на вході лінії прийому;

Концентрації енергії електромагнітних хвиль у певному тілесному куті під час випромінювання;

Вибір напрямку випромінювання та прийому енергії електромагнітних хвиль відповідно до прийнятого способу огляду простору.

В імпульсній РЛС моменти часу вимірювання зондувального сигналу та прийому ехо-сигналів розділені, що дозволяє забезпечити роботу однієї й тієї ж антени на прийом та передачу.

Параметри антенних систем значною мірою визначають бойові можливості станції радіолокації, такі як дальність дії, форма зони огляду, час огляду простору, точність визначення кутових координат, що дозволяє здатність по кутових координатах, помехозащищенность.

Основними параметрами антенного пристрою РЛС є:

Коефіцієнт посилення антени;

Форма діаграми спрямованості;

Рівень бічних пелюсток; діапазонність;

Стійкість до вітрових навантажень, зледеніння, дії ударних хвиль;

Можливість швидкого розбирання та складання;

Зручність транспортування.

Коефіцієнт посилення антени G дозволяє збільшити дальність дії РЛС і забезпечується фізичними розмірами антени. Між посиленням, розмірами антени та довжиною хвилі існує відоме співвідношення:

де А – площа антени;

л – довжина хвилі;

К А – коефіцієнт використання поверхні антени;

з А – коефіцієнт корисної дії антени.

Коефіцієнт посилення антени пов'язаний з коефіцієнтом спрямованої дії G Н співвідношенням:

Форма діаграми спрямованості є важливим характеристикою антени. Діаграмою спрямованості антени за потужністю називається залежність коефіцієнта посилення від кутових координат.

Діаграма спрямованості характеризується шириною головної пелюстки у горизонтальній та вертикальній площині за рівнем половинної потужності, а також рівнем бічних пелюсток. Ці параметри тісно пов'язані з коефіцієнтом посилення та геометричними розмірами антени L r

де L r - Розмір перерізу у відповідній площині;

К r - коефіцієнт, що залежить від розподілу поля у розкриві антени (зазвичай К r =50є..80є).

Форма діаграми спрямованості антени РЛС у вертикальній площині істотно впливає на такі характеристики РЛС, як точність виміру і роздільну здатність по кутових координатах, перешкодозахисність і швидкість огляду. Для станцій радіолокації виявлення, що здійснюють круговий огляд простору, найбільш раціональною є діаграма спрямованості широка у вертикально і вузька в горизонтальній площині.

На ізоляційній ділянці зони виявлення коефіцієнт посилення антени повинен бути приблизно постійним. На висотній ділянці зони виявлення коефіцієнт посилення по кутку місця повинен змінюватися за законом «косеканс квадрат». При цьому на вхід приймача при постійній висоті польоту мети та різної дальності приходить сигнал постійної інтенсивності.

Рівень бічних пелюсток впливає на інтенсивність активних перешкод, що приймаються, від перешкод зупинників, пасивних перешкод від місцевих предметів і тим самим погіршує перешкодозахисність РЛС. Прийом ехо-сигналів цілей з бокових пелюсток ускладнює визначення їх істинного розташування.

Крім погіршення помехозащищенности бічні пелюстки викликають зниження чутливості приймальних каналів з допомогою прийому додаткових шумів з навколишнього простору. Рівень бічних пелюсток істотно залежить від закону розподілу поля у розкриві дзеркальної антени, потужності в окремих випромінювачах антеної решітки.

У дзеркальних антенах допустиме значення рівня бічних пелюсток становить 17-23 дБ, у директорських антенах близько 15 дБ. Для ослаблення впливу бічних пелюсток на перешкодозахищеність РЛС застосовують спеціальні схеми придушення.

3.1.2 Високочастотний тракт РЛЗ

Високочастотний тракт РЛС здійснює передачу високочастотної енергії зондувальних імпульсів від передавача до антени та прийнятих ехо-сигналів від антени на вхід приймача.

До основних технічних даних високочастотних трактів належать такі:

Ступінь узгодження високочастотного тракту із навантаженням;

Втрати енергії у високочастотному тракті;

Максимальна потужність, що передається.

Ступінь узгодження високочастотного тракту з навантаженням характеризується коефіцієнтом стоячої хвилі напруги

де - Коефіцієнт відображення;

Комплексні опори навантаження та лінії передачі;

або зворотної К СВ величиною - коефіцієнтом хвилі, що біжить.

Зазвичай вважають, що навантаження добре узгоджене з лінією передачі, якщо 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.

Втрати енергії у високочастотному тракті обумовлені тепловими втратами у металевих провідних поверхнях та діелектричними втратами лінії передачі.

Величину втрат прийнято характеризувати коефіцієнтом поглинання. Для лінії передач користуються величиною погонного ослаблення, що у децибелах однією метр довжини.

Для хвилеводів робоче значення величини погонного ослаблення становить 0,01-0,05 дБ/м, для полоскових та коаксіальних ліній передач 0,05-0,5 дБ/м. втрати тракту РЛС становлять 0,5-1 дБ на передачу та 2-3 дБ на прийом.

Гранична потужність високочастотного тракту обмежується умовами пробою та допустимим нагріванням діелектрика лінії передачі.

3.2 Тракт прийому та виділення сигналу

Тракт прийому і виділення ехо-сигналів призначений передачі енергії сигналів цілей і перешкод з антенних систем на вхід приймальних пристроїв РЛС, посилення і фільтрації сигналів цілей і натомість перешкод. До перешкодних сигналів відносяться енергія власних шумів приймальних пристроїв та зовнішніх природних та навмисних джерел шуму.

4 . ПОПЕРЕДНІЙ РОЗРАХУНОК РПУ. РОЗРАХУНОК ПОТРІБНОІМПУЛЬСНОЇ ПОТУЖНОСТІ РПУ І КОЕФІЦІЄНТА ПОСИЛЕННЯ АНТЕННИ

Розрахунок необхідної імпульсної потужності радіопередаючого пристрою та коефіцієнта посилення антени буде здійснено для трьох діапазонів хвиль: сантиметрового, дециметрового та метрового.

Спочатку зробимо вибір типу антени та розрахунок розмірів антени.

4.1 Вибір типу антени, розрахунок розмірів антени такоефіцієнта посилення

Антена радіолокатора повинна мати діаграму спрямованості, що забезпечує високу роздільну здатність за кутовими координатами. В якості антени імпульсних РЛС найбільшого поширення набули дзеркальні параболічні антени. Ці антени дозволяють порівняно нескладно отримати діаграму спрямованості, що забезпечує високі роздільні здатності по кутових координатах і малий рівень бічних пелюсток діаграми спрямованості. Для трикоординатної РЛС з паралельним оглядом по кутку місця рекомендується вибрати як форму дзеркала або симетричну вирізку з параболоїда обертання, або параболічний циліндр з фазованими антеними гратами як опромінювач.

а для директорних антен

де Ді - ширина діаграми спрямованості антени за рівнем половинної потужності у відповідній площині;

л – довжина хвилі;

а- Розмір антени у відповідній площині;

L – поздовжній розмір директорної антени.

Слід враховувати, що мінімального значення коефіцієнта у виразі (4.1) відповідає найбільший рівень бічних пелюсток, максимальному значенню коефіцієнта відповідає мінімальний рівень бічних пелюсток, тому для забезпечення високої помехозащищенности РЛС по бічних пелюстках слід вибрати значення коефіцієнта у виразі (4.1) в межах 7. 90.

Таблиця 4.1

Після того, як визначено вертикальний ( а)і горизонтальний( в) розміри дзеркала, слід визначити геометричну площу антени

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

Таблиця 4.2

Вибір антени закінчується розрахунком коефіцієнта посилення антени

Таблиця 4.4

Для визначення величини сумарного коефіцієнта помітності (г?) слід, скориставшись кривими виявлення (додаток А), за заданими ймовірностями правильного виявлення D та помилкової тривоги F Л визначити коефіцієнт помітності при оптимальній обробці р.

Для простого немодульованого радіоімпульсу та ФКМ сигналу оптимальна фільтрація одиночного імпульсу (одиночної дискрети ФКМ сигналу) замінюється квазіоптимальною. При цьому виникають втрати щодо сигналу/шуму, рівні

г З =0,8 дБ. (4.9)

Далі замість когерентного накопичення використовується некогерентне. Втрати на некогерентне накопичення (г Н) пачки можна визначити за відповідними графіками (додаток Б). якщо проводиться цифрова обробка, слід врахувати і втрати, викликані цифровою обробкою, тобто. врахувати шум квантування г Ц. Остаточно:

г? = г + г З + г Н + г Ц. (4.10)

Таблиця 4.6

Після визначення г? може бути знайдено енергію зондувального сигналу за формулою (4.6). енергія зондувального сигналу пов'язана з імпульсною потужністю співвідношенням

Е = б Р І ф І М, (4.11)

де б - коефіцієнт, що враховує непрямокутність пачки. Рекомендується вибрати б

З виразу (4.11) можна визначити імпульсна потужність. Для трикоординатної РЛС отримане значення імпульсної потужності необхідно помножити на число каналів на розі місця.

4.3 Приблизний розрахунок споживаної від мережі потужності

за імпульсною потужністю можна визначити потужність, що споживається вихідним каскадом радіопередаючого пристрою РЛС від агрегатів живлення

де Q=Т/ф І - шпаруватість сигналу,

з Г - ККД генераторного приладу,

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

з В - ККД випрямляча (з В = 0,8..0,9),

з Т – ККД трансформатора (з Т = 0,6)

5 . РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ РПУ

5.1 Функції, що виконуються радіопристроєм

Радіопередавальний пристрій виконує такі функції:

Створює коливання високої частоти (носій корисної інформації), що виходять в результаті перетворення енергії джерел постійного струму в енергію струму високої частоти. Цей процес називається генерацією, а пристрій, у якому створюється струм високої частоти, – генератором.

Здійснюється управління високочастотними коливаннями.

Необхідність в управлінні високочастотними коливаннями виникає в будь-якій з радіоліній, все різноманіття яких може бути приведено до двох основних різновидів: зв'язкових та радіолокаційних.

У зв'язкових радіолініях корисна інформація закладається на їх передавальних кінцях шляхом зміни одного або кількох параметрів високочастотних коливань (амплітуди, частоти або фази) відповідно до закону. Процес управління високочастотними коливаннями називається модуляцією, а пристрій, за допомогою якого здійснюється цей процес - модулятором. У радіолокаційних системах корисна інформація не закладається на їх передавальних кінцях, а виникає при відображенні електромагнітних хвиль від об'єктів (цілей). Тим не менш, і в цьому різновиді радіоліній також виникає необхідність у первинній модуляції або маніпуляції струму високої частоти для забезпечення можливості отримання корисної інформації в приймальному тракті. Радіопередавальний пристрій складається з комплексу апаратури, що забезпечує створення модульованого струму високої частоти. Стосовно радіолокаційної системи передавач призначений для формування зондувального сигналу, а в загальному випадку - для формування радіосигналу відповідно до вимог, сформульованих при розробці конкретної радіотехнічної системи. Крім зазначених вище функцій - генерації та модуляції - радіопередавальний пристрій за допомогою антенно-фідерної системи здійснює каналізацію та випромінювання у потрібному напрямку модульованого або маніпульованого струму високої частоти у вигляді електромагнітних хвиль.

5.2 Структурні схеми радіопередаючих пристроїв. Однокаскадна та багатокаскадна схеми передавача

Для виконання перерахованих вище функцій радіопередавальний пристрій повинен складатися з модулятора, високочастотного генератора, антени та джерел живлення. Крім того, до складу більшості сучасних передавачів входить система УБС (управління, блокування та сигналізації), яка має елементи автоматики, контролю та блокування, що забезпечують необхідну послідовність включення, можливість підтримання нормального режиму роботи та управління функціонуванням радіопередавального пристрою.

Залежно від вимог до передавача вони можуть виконуватися за однокаскадною та багатокаскадною схемою. Структурна схемаоднокаскадного передавача наведена на малюнку 5.1, до складу якої входять модулятор, генератор із самозбудженням, фідерний тракт, джерело живлення, система автоматичного підстроювання частоти та система управління, блокування та сигналізації.

Рисунок 5.1 – Однокаскадна схема передавача

Для підвищення вихідної потужності передавача та стабільності частоти коливань, що генеруються, передавачі виконують за багатокаскадною схемою (рисунок 5.2) або, як їх називають, у вигляді підсилювальних ланцюжків.

Малюнок 5.2 - Багатокаскадна схема передавача

Електромагнітні коливання необхідної стабільності створюються в генераторі (ЗГ), що задає, а потім шляхом множення їх за частотою (УЧ) і посилення по потужності в попередньому підсилювачіі підсилювач потужності початковий сигнал доводиться до необхідних параметрів.

5.3 Розробка структурної схеми радіопередаючого пристрою

Цей пристрійпризначено для формування в кожному зондуванні від одного до чотирьох ФКМ радіоімпульсів на різних частотах, що йдуть один за одним без часового інтервалу (рисунок 5.3).

Малюнок 5.3

Для забезпечення високої стабільності частоти зондувальних сигналів передавальний пристрій виконано за схемою "маломощний високостабільний збудник - підсилювач потужності" (рисунок 5.4).

Збудник формує ансамбль простих та складних сигналів. На виході формувача при налаштуванні смугових фільтрів на першу, ( п-1) та п-ю складові вихідного сигналу модулятора формується ансамбль простих радіоімпульсів і ФКМ радіоімпульсів з однаковими законами фазової маніпуляції: на виході 1 – з частотою щ 0 + Щ М (ФКМ), на виході 2 – з частотою щ 0 + ( п-1)Щ М (ФКМ при парному п, простий при непарному п), на виході 4 - із частотою щ 0 - пЩ М (ФКМ при непарному п, простий при парному п), на виході 3 - з частотою (2 п-1)Щ М (ФКМ за будь-якого п). можливі інші комбінації сигналів залежно від налаштування смугових фільтрів.

Когерентність імпульсів проміжної частоти забезпечується в такий спосіб. Безперервна напруга проміжної частоти від синтезатора частоти надходить у систему синхронізації, де перетворюється на послідовність тактових імпульсів (ТІ), з яких у кожному періоді повторення формуються строб-імпульси. Строб-імпульси, тривалістю ф І кожен, йдуть один за одним без часового інтервалу. Фронт кожного їх жорстко пов'язані з фазою напруги проміжної частоти. Ключові схеми відкриваються на час, що відповідає тривалості строб-імпульсу.

Рисунок 5.4 - Радіопередавальний пристрій

Таким чином, використання одного і того ж високостабільного за частотою напруги проміжної частоти для формування зондувальних імпульсів забезпечує отримання когерентної послідовності імпульсів та високу стабільність їх повторення.

Підсилювач потужності служить посилення до необхідного рівня високочастотних імпульсних сигналів, що надходять збудника.

З метою ослаблення ефекту "сліпих" швидкостей, а також для захисту РЛС від протирадіолокаційних ракет, застосовується вобуляція частоти посилок зондувальних імпульсів. Регулювання смугових фільтрів дозволяє формувати різну комбінацію сигналів, що збільшує перешкодозахисність РЛС.

З виключення

Військово-політична обстановка у світі, незважаючи на всі зусилля нашої країни, продовжує залишатися напруженою, через розширення блоку НАТО на Схід за рахунок країн колишньої соціалістичної співдружності (Чехії, Угорщина, Польща), а також країн колишніх Республік СРСР. Отже, не знижується ймовірність того, що противник у будь-який момент здатний завдати масованого удару по важливим військовим державним об'єктам.

У той же час можливий супротивник не припиняє вдосконалення бойової техніки, створюються нові типи ПРЛР, винищувачів, бомбардувальників, КР, УР, авіабомб. Удосконалюється апаратура захисту літальних апаратів у тому числі комплекси РЕБ, що включають до складу апаратуру постановки активних і пасивних перешкод.

Для ефективного протидії СВН ймовірного супротивника необхідні засоби розвідки, які були б здатні виявляти повітряні об'єкти на максимальних дальностях і були б захищені від активних і пасивних перешкод.

Через війну виконання даної роботи було проведено аналіз тактики застосування СВКН та його впливу можливості виявлення повітряних об'єктів. Зроблено аналіз способів формування та видів зондувальних сигналів, на його основі здійснено розрахунок характеристик та розроблено пропозицію щодо вдосконалення передавального пристрою. Розроблений збудник ФКМ сигналу забезпечує формування ансамблю простих і ФКМ сигналів. Даний пристрій дозволяє збільшити перешкодозахищеність РЛС від активних та пасивних перешкод, а також забезпечує виявлення СВКН супротивника на далеких рубежах виявлення.

Додаток А

Показники якості оптимального виявлення когерентних сигналів із випадковими параметрами

Сигнал із повністю відомими параметрами

Сигнал із рівномірним розподілом фази

Додаток Б

Графік усереднених втрат, що виходять при накопиченні некогерентної пачки, що складається з імпульсів М і який використовується для розрахунку втрат при візуальному відображенні сигналу на екрані ІКО

Графік втрат цифрового некогерентного накопичення

(п- Число накопичуваних імпульсів)

Розміщено на Allbest.ru

Подібні документи

Розробка проекту імпульсного приймача станції радіолокації (РЛС) дециметрового діапазону. Класифікація радіолокації, параметри якості прийому. Розрахунок параметрів вузлів схеми структурного приймача. Визначення смуги пропускання приймача.

дипломна робота , доданий 21.05.2009

Системи посадки літаків метрового, сантиметрового та дециметрового діапазонів: призначення, склад та внутрішня структура, типи та порівняльний опис. Програма схемотехнічного моделювання Micro-Cap, техніко-економічне обґрунтування проекту.

курсова робота , доданий 23.09.2013

Розробка багатофункціонального приймального пристрою для збору інформації із зовнішніх пристроїв - датчиків. Огляд ресіверів діапазону 433 МГц. Розрахунок мікросмужкової антени на центральній частоті. Розрахунок витрат за виготовлення дослідного зразка.

дипломна робота , доданий 20.10.2013

Загальна характеристикадзеркальної антени, її призначення та застосування. Розрахунок дзеркальної параболічної антени сантиметрового діапазону з опромінювачем як пірамідального рупора. Визначення коефіцієнта посилення з огляду на неточність виготовлення дзеркала.

курсова робота , доданий 18.01.2014

Типи синтезаторів частоти. Методи та прилади генерації сигналів середньохвильового діапазону та способи їх випромінювання. Розробка структурної схеми проектованого пристрою, забезпечення живлення. Дослідження синтезатора частот середньохвильового діапазону.

дипломна робота , доданий 23.09.2016

Розробка функціональної блок-схеми, розрахунок ланцюгів налаштування варикапів та вхідний, елементів коливального контуру УСЧ та першого каскаду УПЧ з метою проектування портативного радіомовного приймача довгохвильового діапазону за заданими параметрами.

курсова робота , доданий 27.01.2010

Програма моделювання високочастотного електромагнітного поля CST Microwave Studio. Проектування основних вузлів лампи хвилі (ЛБВ) W-діапазону. Уповільнююча, електронно-оптична, фокусуюча система ЛБВ. Виводи енергії із сповільнювальної системи.

дипломна робота , доданий 27.09.2016

Розробка структурної схеми радіопередаючого пристрою для односмугової телефонії. Розрахунок вихідного каскаду, колекторного ланцюга, вихідного узгоджувального пристрою, транзисторного автогенератора. Вибір транзистора. Огляд вимог до джерела живлення.

курсова робота , доданий 02.04.2013

Обґрунтування, вибір та розрахунок тактико- технічних характеристиклітакової станції радіолокації. Визначення параметрів випромінювання та максимальної дальності дії. Оцінка параметрів цілі. Опис узагальненої структурної схеми станції радіолокації.

курсова робота , доданий 23.11.2010

Розробка радіопередаючого пристрою, що працює в режимі односмугової модуляції, що набув широкого поширення як зв'язного, так як мовний сигнал досить вузькосмуговий. Розрахунок вхідного ланцюга транзистора, розрахунок кварцового автогенератора.

Радіолокація - це сукупність наукових методів та технічних засобів, що служать визначення координат і характеристик об'єкта у вигляді радіохвиль. Досліджуваний об'єкт часто називають радіолокаційною метою (або просто метою).

Радіотехнічне обладнання та засоби, призначені для виконання завдань радіолокації, отримали назву радіолокаційних систем або пристроїв (РЛС або РЛУ). Основи радіолокації базуються на наступних фізичних явищах та властивостях:

Серед поширення радіохвилі, зустрічаючи об'єкти з іншими електричними властивостями, розсіюються на них. Хвиля, відображена від мети (або її власне випромінювання), дозволяє радіолокаційним системам виявити та ідентифікувати ціль.
На великих відстанях поширення радіохвиль приймається прямолінійним, з постійною швидкістю у відомому середовищі. Це припущення робить можливим до мети та її кутових координат (з певною помилкою).
З ефекту Доплера по частоті прийнятого відбитого сигналу обчислюють радіальну швидкість точки випромінювання щодо РЛУ.

Історична довідка

На здатність радіохвиль до відображення вказували великий фізик Г. Герц та російський електротехнік ще наприкінці XIX століття. Згідно з патентом від 1904 року, перший радар створив німецький інженер К. Хюльмайєр. Прилад, названий ним телемобілоскопом, використовувався на судах, що борознили Рейн. У зв'язку з розвитком застосування радіолокації виглядало дуже перспективним як елемент Дослідження у цій галузі велися передовими фахівцями багатьох країн світу.

У 1932 році основний принцип радіолокації описав у своїх роботах науковий співробітник ЛЕФІ (Ленінградського електрофізичного інституту) Павло Кіндратович Ощепков. Їм же у співпраці з колегамиБ.К. Шембель та В.В. Цимбаліним влітку 1934 року був продемонстрований дослідний зразок установки радіолокації, що виявила мету на висоті 150 м при видаленні 600 м. Подальші роботи з удосконалення засобів радіолокації зводилися до збільшення дальності їх дії і підвищенню точності визначення мети.

Природа електромагнітного випромінюваннямети дозволяє говорити про кілька видів радіолокації:

Пасивна радіолокаціядосліджує власне випромінювання (теплове, електромагнітне тощо), що генерує цілі (ракети, літаки, космічні об'єкти).
Активна з активною відповіддюздійснюється у разі, якщо об'єкт обладнаний власним передавачем та взаємодія з ним відбувається за алгоритмом "запит - відповідь".
Активна з пасивною відповіддюпередбачає дослідження вторинного (відбитого) радіосигналу. у цьому випадку складається з передавача та приймача.
Напівактивна радіолокація- це окремий випадок активної, у разі коли приймач відбитого випромінювання розташований поза РЛС (наприклад, є конструктивним елементом ракети, що самонаводиться).

Кожному виду властиві свої переваги та недоліки.

Методи та обладнання

Всі засоби радіолокації за методом, що використовується, поділяють на РЛС безперервного і імпульсного випромінювання.

Перші містять у своєму складі передавач та приймач випромінювання, що діють одночасно і безперервно. За цим принципом було створено перші радіолокаційні пристрої. Прикладом такої системи можуть бути радіоальтиметр (авіаційний прилад, що визначає видалення літального апарату від поверхні землі) або відомий всім автолюбителям радар для визначення швидкісного режиму транспортного засобу.

При імпульсному методі електромагнітна енергіявипромінюється короткими імпульсами протягом кількох мікросекунд. Після цього станція веде роботу тільки на прийом. Після уловлювання та реєстрації відбитих радіохвиль РЛС передає новий імпульс і цикли повторюються.

Режими роботи РЛС

Існує два основних режими функціонування радіолокаційних станцій та пристроїв. Перший – сканування простору. Він здійснюється за строго заданою системою. При послідовному огляді переміщення променя радара може мати круговий, спіральний, конічний, секторний характер. Наприклад, грати антени можуть повільно повертатися по колу (по азимуту), одночасно скануючи по кутку місця (нахиляючись вгору та вниз). При паралельному скануванні огляд здійснюється пучком променів радіолокації. Кожному відповідає свій приймач, ведеться обробка відразу кількох інформаційних потоків.

Режим стеження має на увазі постійну спрямованість антени на обраний об'єкт. Для її повороту, згідно з траєкторією мети, що рухається, використовуються спеціальні автоматизовані слідкуючі системи.

Алгоритм визначення дальності та напрямки

Швидкість поширення електромагнітних хвиль у атмосфері становить 300 тис. км/с. Тому, знаючи час, витрачене сигналом, що транслюється, на подолання відстані від станції до мети і назад, легко обчислити віддаленість об'єкта. Для цього необхідно точно зафіксувати час відправлення імпульсу та момент прийняття відбитого сигналу.

Для отримання інформації про місцезнаходження мети використається гостронаправлена радіолокація. Визначення азимуту та елевації (кута місця або піднесення) об'єкта проводиться антеною з вузьким променем. Сучасні РЛС використовують для цього фазовані антенні решітки (ФАР), здатні задавати вужчий промінь і відрізняються високою швидкістю обертання. Як правило, процес сканування простору відбувається мінімум двома променями.

Основні параметри систем

Від тактичних і технічних характеристик устаткування великою мірою залежить ефективність і якість розв'язуваних завдань.

До тактичних показників РЛС зараховують:

Зону огляду, обмежену мінімальною та максимальною дальністю виявлення мети, допустимим азимутальним кутом та кутом піднесення.
Роздільна здатність по дальності, азимуту, елевації та швидкості (можливість визначати параметри поруч розташованих цілей).
Точність вимірів, яка вимірюється наявністю грубих, систематичних чи випадкових помилок.
Перешкодозахищеність та надійність.
Ступінь автоматизації вилучення та обробки потоку інформаційних даних, що надходить.

Задані тактичні характеристики закладаються при проектуванні пристроїв за допомогою певних технічних параметрів, серед яких:

На бойовому посту

Радіолокація - це універсальний інструмент, що набув широкого поширення у військовій сфері, науці та народному господарстві. Області використання неухильно розширюються завдяки розвитку та вдосконаленню технічних засобів та технологій вимірювань.

Застосування радіолокації у військовій галузі дозволяє вирішити важливі завдання огляду та контролю простору, виявлення повітряних, наземних та водних мобільних цілей. Без радарів неможливо уявити обладнання, яке служить для інформаційного забезпечення навігаційних систем та систем керування гарматним вогнем.

Військова радіолокація є базовою складовою стратегічної системи попередження про ракетний напад та комплексну протиракетну оборону.

Радіоастрономія

Послані з землі радіохвилі також відбиваються від об'єктів у ближньому і далекому космосі, як і від навколоземних цілей. Багато космічних об'єктів неможливо було повноцінно досліджувати лише з використанням оптичних інструментів, і лише застосування методів радіолокації в астрономії дозволило отримати багату інформацію про їх природу і структуру. Вперше пасивна радіолокація для дослідження Місяця була застосована американськими та угорськими астрономами у 1946 році. Приблизно в той же час були випадково прийняті радіосигнали з космічного простору.

У сучасних радіотелескопів приймальна антена має форму великої увігнутої сферичної чаші (подібно до дзеркала оптичного рефлектора). Чим більший її діаметр, тим слабкіший сигнал антена зможе прийняти. Часто радіотелескопи працюють комплексно, об'єднуючи як пристрої, розташовані неподалік друг від друга, а й що у різних континентах. Серед найважливіших завдань сучасної радіоастрономії – вивчення пульсарів та галактик з активними ядрами, дослідження міжзоряного середовища.

Цивільне застосування

У сільському та лісовому господарстві радіолокаційні пристрої незамінні при отриманні інформації про розподіл та щільність рослинних масивів, вивчення структури, параметрів та видів ґрунтів, своєчасне виявлення вогнищ загорянь. У географії та геології радіолокація використовується для виконання топографічних та геоморфологічних робіт, визначення структури та складу порід, пошуку родовищ корисних копалин. У гідрології та океанографії радіолокаційними методами здійснюється контроль стану головних водних артерій країни, снігового та крижаного покриву, картографування берегової лінії.

Радіолокація – це незамінний помічник метеорологів. РЛС легко з'ясує стан атмосфери на віддаленні десятків кілометрів, а щодо аналізу отриманих даних складається прогноз зміни погодних умов у тій чи іншій місцевості.

Перспективи розвитку

Для сучасної станції радіолокації головним оцінним критерієм виступає співвідношення ефективності і якості. Під ефективністю розуміються узагальнені тактико-технічні характеристики устаткування. Створення досконалої РЛС - складна інженерна та науково-технічна задача, здійснення якої можливе лише з використанням новітніх досягнень електромеханіки та електроніки, інформатики та обчислювальної техніки, енергетики.

За прогнозами фахівців, у найближчому майбутньому головними функціональними вузламистанцій різного рівня складності та призначення будуть твердотільні активні ФАР (фазовані антенні решітки), що перетворюють аналогові сигнали на цифрові. Розвиток обчислювального комплексу дозволить повністю автоматизувати управління та основні функції РЛЗ, надавши кінцевому споживачеві всебічний аналіз отриманої інформації.

СТРУКТУРНА СХЕМА, ПРИНЦИП ДІЇ І ТАКТИКО-ТЕХНІЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЛС

Існує кілька варіантів побудови структурної схеми первинної РЛЗ третього покоління. Нижче розглядається один із можливих варіантів, у якому використовуються сучасні досягнення науки і техніки. Як системи-аналоги обрані вітчизняні РЛС «Скала-М», «Скала-МПР» та «Скала-МПА». Особливості побудови зарубіжних РЛС АТСR-22, АТСR-44 обговорюються у цьому розділі щодо порівняння з вітчизняними РЛС. Відмінності в.побудові трасових та аеродромних РЛС пояснюються при необхідності/

На рис. 1.1 наведено структурну схему первинної імпульсної РЛС кругового огляду. Головними особливостями цієї схеми є:

· Застосування двох прийомопередаючих каналів з рознесенням частот;

· Застосування двопроменевої діаграми спрямованості антени у вертикальній площині на прийом відбитих від цілей сигналів;

· Застосування істинно-когерентного методу селекції цілей, що рухаються.

Перша особливість РЛС пов'язана із застосуванням одного з методів підвищення її енергетичного потенціалу методу рознесення частот, який полягає в наступному. Два передавачі А та В працюють одночасно

Рис. 1.1. Структурна схема первинної РЛЗ

на загальну антену в режимі імпульсної модуляціїз різними несучими частотами Fаі Fвзондувальних радіоімпульсів. Між цими радіоімпульсами має місце невелике тимчасове зрушення, яке становить зазвичай 4 -6 мкс. Рознос за частотою вбирається у 40 -60 МГц. Відбиті від мети сигнали з різними частотами поділяються за допомогою НВЧ фільтрів та посилюються двома приймальними каналами Аі В, налаштованими на відповідні частоти. Після детектування відеосигнали каналів А і об'єднуються і далі обробляються спільно. У найпростішому випадку проводяться суміщення відеосигналів за часом за допомогою ліній затримки та додавання по амплітуді.

Синхронізація в РЛС здійснюється таким чином, що один із каналів (А) є провідним, а інший -відомим.

Радіолокаційні станції такого роду при довільній кількості частотних каналів називаються частотно-багатоканальними РЛС із загальною для всіх каналів антеною. Переваги частотно-багатоканальної РЛС перед одноканальною складаються в наступному:

· Збільшується сумарна потужність випромінювання РЛС за наявності обмежень потужності окремого передавача;

· Збільшуються дальність виявлення цілей та точність вимірювання координат;

· Збільшуються надійність роботи РЛС та її перешкодозахищеність по відношенню до перешкод штучного та природного походження.

Збільшення дальності виявлення та точності вимірювання координат цілей пояснюється тим, що при досить великому рознесенні несучих частот випромінюваних сигналів

f a -f b = Df ³ c/l ц,

де з- швидкість поширення радіохвиль, l ц- Лінійний розмір мети.

Прийняті сигнали і перешкоди в каналах А і В виявляються некорельованими, і сума вихідних напруг цих каналів, характеризується меншими флюктуаціями амплітуди в процесі спостереження складної мети, що рухається, ніж у разі прийому сигналу на одній частоті. Цим же ефектом згладжування флюктуації пояснюється і можливість більш ефективного придушення відбитків, що заважають, від земної поверхні і місцевих предметів. Наприклад, для РЛС АТСR-22 і АТСR-44 дальність дії в двочастотному режимі роботи на 20 -30% більше, ніж в одночастотному. Надійність роботи РЛС при використанні двох каналів з розносом частот вище, ніж одноканальної РЛС, завдяки тому, що при відмові одного каналу або вимкненні його для технічне обслуговуваннядана РЛС здатна виконувати свої функції при допустимому погіршенні деяких показників (зменшень дальності дії та коефіцієнта готовності РЛС).

Іншою важливою особливістю аналізованої РЛС є використання додаткового променя діаграми спрямованості антени у вертикальній площині для прийому сигналів, відбитих від цілей при великих значеннях кута місця. При цьому зона виявлення РЛС у вертикальній площині формується за допомогою двох променів: основного (нижнього) променя при роботі основного опромінювача антени в режимах передачі та прийому, та додаткового (верхнього) променя при роботі додаткового опромінювача антени тільки в режимі прийому. Застосування двопроменевої ДНА на прийом відбитих від цілей сигналів реалізує один з методів боротьби з відбиттям від земної поверхні і місцевих предметів. Придушення цих відображень здійснюється шляхом вагового підсумовування сигналів, що приймаються за основним та додатковим променем ДНА. Напрямок максимального випромінювання верхнього променя розміщується у вертикальній площині зазвичай на 3 -5° вище, ніж по нижньому. У цьому методі боротьби з перешкодами досягається ослаблення сигналів місцевих предметів на 15 -20 дБ.

У деяких типах РЛС зона виявлення у вертикальній площині формується з урахуванням застосування локальної обробки сигналів, що приймаються в системі СДЦ. Такий принцип формування зони виявлення з прикладу трасової РЛС показаний на рис. 1.2. Вся зона виявлення дальності розбивається чотирма ділянки 1 -1V. Межі ділянок задаються за жорсткою програмою залежно від конкретних умов розміщення РЛС. На рис. 1.2 позначені:

К 1 -верхня межа використання сигналів додаткового променя 2 оброблених в системі СДЦ (Доп. СДЦ);

Рис. 1.2. До-принципу формування зони - трасової РЛС: 1 - основний промінь; 2 - додатковий промінь

К 2 - верхня межа використання сигналів основного променя 1 оброблених в системі СДЦ (Осн. СДЦ);

А - верхня межа використання сигналів додаткового променя 2 не оброблених в системі СДЦ (Доп. А);

Д мах - максимальна дальність дії РЛС, що є верхньою межею використання необроблених у системі СДЦ сигналів основного променя 1.

(Осн. А), положення кордонів К 1 , К 2 та А регулюється далеко в межах, зазначених на малюнку. Для ділянки III передбачено використання двох підпрограм, що визначаються порядком проходження заданих меж (імпульсів перемикання); До 1 - А - До 2 або До 1 - До 2 -А. Цей принцип формування зони виявлення дозволяє:

· Отримати максимальне виявлення у вертикальній площині для придушення перешкод від місцевих предметів на початковій ділянці дальності 1;

· звести до мінімуму область повітряного простору, де використовується сума сигналів Осн. СДЦ+Доп. СДЦ, і цим зменшити вплив швидкісної характеристики системи СДЦ (ділянка II);

· за наявності перешкод типу «ангелів», які не усуваються повністю системою СДЦ, доцільно використовувати сигнал додаткового променя (дільниця 111 при К 2<А).

Спільне використання в РЛС двопроменевої ДНА на прийом та локальної обробки сигналів у системі СДЦ забезпечує загальне придушення перешкод від місцевих предметів на 45 -56 дБ за наявності дворазового надмірного віднімання в системі СДЦ і на 50 -55 дБ - при триразовому відніманні.

Необхідно відзначити, що розглянутий принцип формування зони виявлення може застосовуватися як в одночастотному, так і двочастотному режимі роботи РЛС з рознесенням частот.

Відмінність двочастотного режиму у тому, що з формуванні зони виявлення використовуються суми необроблених у системі СДЦ сигналів Осн А А + Осн в - А і Доп а -А+Доп б -А, а системі СДЦ обробляються лише сигнали одного частотного каналу (ведучого А, рис.1.1).

Неважко помітити, що в основу описаного способу формування зони виявлення «покладено ідею управлінь структурою та параметрами РЛС залежно від завадової обстановки в конкретних умовах експлуатації. При цьому керування здійснюється за жорсткою програмою. Після попереднього аналізу завадової обстановки та завдання кордонів К1, К2. і А між чотирма ділянками дальності зони виявлення структура РЛС набуває фіксованої конфігурації і не змінюється в процесі роботи РЛС.

В інших сучасних РЛС застосовується більш гнучкий спосіб формування зони виявлення, що реалізує ідею динамічної адаптації РЛС до перешкод. Такий спосіб використовується, наприклад, РЛС АТСR-22 і АТСR-44. При цьому вся зона виявлення по дальності розбивається на дві рівні ділянки (1 і 11). Ділянка 1, Для якого характерно найбільший вплив перешкод від місцевих предметів, розбивається на дрібніші елементи по дальності (16 елементів). В результаті вся зона огляду в горизонтальній площині в межах першої половини максимальної дальності дії РЛС виходить на 16*64=1024 осередку. Протягом робочого циклу, рівного трьом періодам огляду, здійснюється аналіз перешкодової обстановки і в спеціальному пристрої РЛС, що запам'ятовує, формується поточна карта перешкод містить інформацію про рівень перешкод у кожному з 1024 осередків. На основі цієї інформації проводиться вибір вагових коефіцієнтів для формування виваженої суми сигналів прийнятих по основному і додатковому променям ДНА, для кожного з цих осередків окремо. В результаті зона виявлення РЛС у вертикальній площині набуває складної конфігурації: нижня кромка зони виявлення в різних осередках має різний нахил (-0,5; 0,1; 0,5 або 1 °). На другій половині дальності (ділянка II) використовується тільки сигнал, що приймається по основному променю.

Порівнюючи два розглянуті способи формування зони виявлення РЛС, необхідно зазначити, що об'єднання сигналів основного та додаткового променів ДНА при першому способі проводиться на відеочастоті, а при другому способі - на високій частоті. У разі операція підсумовування сигналів здійснюється у спеціальному пристрої - формувачі нижньої кромки зони виявлення (ФНК, рис. 1.1). При цьому для подальшої обробки сумарного сигналу використовується один канал приймання, включаючи систему СДЦ. При першому способі необхідні два приймальні канали, що призводить до ускладнення апаратури. Крім того, при другому способі повніше використовуються можливості системи СДЦ, так як обробці в цій системі піддаються сигнали обох частотних каналів РЛС, а не тільки сигналу провідного каналу, як при першому способі. Поряд з перерахованими перевагами другий спосіб формування зони виявлення має істотний недолік, що ускладнює його широке використання:

для підсумовування сигналів на високій частоті потрібні висока точність та стабільність формування цих сигналів. Порушення цієї вимоги у процесі експлуатації РЛС може призвести до зниження ступеня придушення перешкод від місцевих предметів за рахунок застосування двопроменевої діаграми спрямованості антени.

Розглянемо принцип дії РЛЗ, структурна схема якої представлена на рис. 1.1. Дана РЛС працює в режимі кругового огляду по азимуту, забезпечуючи виявлення повітряних цілей та вимірювання похилої дальності та азимуту цих цілей. Круговий огляд здійснюється за рахунок механічного обертання антени РЛС, що складається з параболічного відбивача і двох рупорних опромінювачів - основного та додаткового. Як зондуючий сигнал використовується періодична послідовність радіоімпульсів з прямокутними обгинальними. При цьому вимірювання азимуту мети здійснюється амплітудним методом, заснованим на використанні спрямованих властивостей антени РЛС у горизонтальній площині, а вимір дальності - тимчасовим методом шляхом вимірювання запізнення відбитого від мети сигналу щодо випромінювання зондуючого сигналу.

Розглянемо докладніше роботу одного каналу РЛС. Система синхронізації (СС) виробляє імпульси запуску РЛС, які надходять на вхід модулятора М передавального пристрою. Модулятор М під впливом імпульсів запуску виробляє потужні модулюючі імпульси, що надходять на кінцевий підсилювач (ОУ) передавача РЛС, виконаного за схемою «генератор, що задає - підсилювач потужності». Генератор радіочастоти (ГРЧ), стабілізований кварцовим резонатором, генерує безперервні гармонічні коливання з частотою f а, які посилюються в кінцевому підсилювачі та модулюються по амплітуді імпульсами модулятора (М). В результаті на виході ОУ формується послідовність потужних когерентних радіоімпульсів з несучою частотою f і прямокутної: огибающей. Ці радіоімпульси через антенний перемикач (АП) і блок складання потужностей і поділу сигналів БСРС надходять в антену РЛС і випромінюються антеною в напрямку до мети.

Відбиті від мети радіоімпульси з несучою частотою f а, прийняті по основному променю ДНА, через блоки БСРС, АП і малошумний УРЧ надходять однією з входів формувача нижньої кромки (ФНК). Радіоімпульси з тією ж частотою fд, що приймаються за додатковим променем ДНА, через блок поділу сигналів БРС та УРЧ надходять на другий вхід ФНК. На виході ФНК у результаті вагового підсумовування сигналів основного та додаткового променів утворюється сумарний сигнал, який надходить на вхід приймача РЛС. Керуючий сигнал, що визначає вибір вагових коефіцієнтів при підсумовуванні, надходить на вхід ФНК, що управляє, від системи цифрової обробки сигналів і адаптації РЛС. У приймальному пристрої здійснюються перетворення частоти, посилення та частотна селекція сигналу в підсилювачі проміжної частоти та детектування за допомогою амплітудного та фазового детекторів. Відеосигнал А з виходу амплітудного детектора надходить далі систему цифрової обробки, минаючи систему СДЦ, а відеосигнал СДЦ з виходу фазового детектора надходить на вхід системи СДЦ, що входить до складу системи цифрової обробки сигналів. Сигнали з опорними частотами f а1 і f а2 необхідні роботи перетворювача частоти і фазового детектора приймача, формуються загальним задаючим ГРЧ. Завдяки цьому в цій РЛС реалізується когерентний метол СДЦ.

Крім описаних вище основних процесів, що протікають в аналоговій частині РЛС, має місце ряд допоміжних процесів, які забезпечують нормальне функціонування РЛС. До них відносяться, наприклад, різноманітні автоматичні регулювання посилення приймача:

· тимчасове автоматичне регулювання посилення,

· шумове автоматичне регулювання посилення,

· автоматичне ступінчасте регулювання посилення УПЧ за допомогою схеми адаптивного атенюатора перешкод.

Названі регулювання, виключаючи КУЛУ, забезпечують стиснення динамічного діапазону прийнятого радіолокаційного сигналу та його узгодження з динамічним діапазоном системи цифрової обробки сигналів та адаптації. За допомогою КУЛІ забезпечується стабілізація рівня шумів на виході приймача РЛС.

В антенно-фідерній системі РЛС передбачено:

· Пристрої для плавного регулювання поляризації випромінюваних коливань,

· Вимірювачі проходить потужності, частоти і форми зондувального сигналу.

У псевдокогерентних РЛС, що використовують передавальні пристрої, виконані на магнетроні, до складу приймача входить також система автоматичного підстроювання частоти магнетрона. Ця система служить для підстроювання частоти магнетрона і фазування когерентного гетеродина, що генерує опорні коливання для системи СДЦ.

У аналізованої когерентної РЛС для забезпечення постійної різниці частот f аі f бдвох частотних каналів використовується спеціальний генератор зсуву частоти, за допомогою якого під впливом коливань ГРЧ каналу А (див. рис. 1.1) в каналі здійснюється формування коливань з частотами f бі f б1, зрушеними щодо частот f аі f а1.

Цифрова частина РЛС починається з входу системи цифрової обробки сигналів та адаптації РЛС. Головними функціями цієї системи є:

· Очищення прийнятого сигналу від різноманітних перешкод,

· Виділення корисної інформації для забезпечення заданих тактико-технічних характеристик РЛС,

· Аналіз поточної завадової обстановки,

· Автоматичне управління режимами роботи та параметрами РЛС (функція адаптації).

Вхідні відеосигнали А, СДЦ і Метео, що з виходу приймача, перетворюються з допомогою аналого-цифрових перетворювачів в цифрову форму. При цьому здійснюється дискретизація за часом та багаторівневе квантування по амплітуді цих сигналів.

Перша функція системи обробки реалізується за допомогою наступних цифрових пристроїв:

· пристрої чересперіодного (подвійного або потрійного) віднімання системи СДЦ;

· відеокорелятора для придушення несинхронних перешкод та відбитих сигналів попередньою періоду зондування;

· Устрою ЛОГ-МПВ-АнтиЛОГ для виділення корисного сигналу на тлі перешкод від протяжних по дальності та азимуту цілей (зокрема, перешкод від метеоутворень);

· Пристрої виділення сигналів для отримання інформації про контури метеоутворень.

При виконанні другої функції системи обробки використовуються такі пристрої:

· пристрій секторізації для поділу зони огляду на комірки та розподілу пам'яті системи;

· Картограф перешкод для формування динамічної карти перешкод;

· аналізатори параметрів сигналів, за допомогою яких проводиться аналіз поточної перешкодової обстановки (аналізатори рівня сигналу в тракті проміжної частоти, частоти помилкових тривог, параметрів сигналів від метеоутворень та ін);

· оперативні запам'ятовуючі пристрої для зберігання інформації про поточну перешкоду;

· керуючі пристрої для формування сигналів керування режимами роботи та параметрами РЛС, які визначають:

· Вибір вагових коефіцієнтів для ФНК,

· Вибір режиму А або СДЦ,

· увімкнення або відключення пристрою ЛОГ-МПВ-АнтиЛОГ,

· Підстроювання порога виявлення при стабілізації рівня помилкових тривог,

інші параметри обробки сигналів для кожної ділянки або осередку зони огляду окремо.

Пристрій S (рис. 1.1) здійснює об'єднання сигналів двох частотних каналів РЛС. З виходу цього пристрою в АПОІ передаються два об'єднані сигнали: сигнал А (або СДЦ) і Метео сигнал. У РЛС, які містять власної АПОІ, ці сигнали перетворюються за допомогою цифро-аналогових перетворювачів в аналогову форму і передаються на входи АПОІ, що сполучається з РЛС, контрольного індикатора (КІ) та широкосмугової лінії зв'язку ШЛС. Остання забезпечує передачу радіолокаційної інформації в необробленому вигляді, тобто обминаючи АПОІ, на апаратуру відображення неавтоматизованої системи УВС.

Апаратура первинної обробки інформації зазвичай є універсальною апаратурою, що сполучається з різними типами РЛС. У цій апаратурі здійснюються операції виявлення сигналів від повітряних цілей та вимірювання їх координат, а також поєднання інформації первинної РЛЗ з інформацією вторинного радіолокатора. З виходу АПОІ радіолокаційна інформація у цифровому вигляді транслюється в центр УВС за допомогою вузькосмугової апаратури передачі АПД. Крім того, ця ж інформація надходить на контрольний індикатор КВ первинної РЛС. Для синхронізації АПОІ, КІ та апаратури відображення, що підключається через ШЛС, використовуються сигнали, що виробляються системою синхронізації СС, а також сигнал поточного азимутального напрямку ДНА первинної РЛС, що надходить з антенно-фідерної системи. У універсальних АПОІ зазвичай передбачається автономний синхронізатор, що дозволяє вести обробку та видачу сигналів у оптимальному темпі незалежно від часових режимів роботи первинного та вторинного радіолокаторів. Для цього на вході АПОІ передбачаються буферні пристрої, що запам'ятовують, керовані тактовими імпульсами і сигналами кутової інформації названих радіолокаторів. Подальша обробка в АПОІ проводиться за допомогою сигналів керування, що виробляються автономним синхронізатором АПОІ.

Важливою особливістю аналізованої перспективної РЛС є використання системи автоматичного вбудованого контролю (АВК), що забезпечує допусковий контроль аналогових та тестовий контроль цифрових пристроїв та систем РЛС.

Конструктивно РЛС виконується з окремих складальних одиниць - модулів, при комплектації яких у певних комбінаціях можна отримати кілька варіантів РЛС, що відрізняються за дальністю дії, надійністю та вартістю. Цим досягається раціональне використання обладнання РЛЗ з урахуванням конкретних умов застосування.

Передавальний тракт будь-якої РЛС складається з передавального пристрою, фідерної системи та антени. Радіопередавальний пристрій призначений для формування зондувальних сигналів шляхом перетворення енергії джерел живлення в енергію високочастотних (ВЧ) коливань та управління параметрами цих коливань. Для цього до складу передавального пристрою зазвичай включають джерело живлення, модулятор (керуючий пристрій) та генератор.

Джерело живлення забезпечує подачу енергії у вигляді змінного чи постійного струму. У другому випадку джерело живлення виконується у вигляді високовольтного випрямляча. Обидва типи джерел знайшли застосування у бортових РЛС.

Модулятор здійснює управління параметрами сигналу, що огинає ВЧ.

Генератор виробляє потужний ВЧ сигнал, параметри якого визначаються сигналами модулятора, що управляють.

Перша група - з безперервним випромінюванням (без модуляції та з модуляцією випромінюваних коливань по амплітуді, частоті та фазі). Подібні передавальні пристрої використовуються в бортових системах радіолокації, призначених для визначення колійної швидкості і кута зносу літака (за доплерівським зміни частоти), трансляції радіолокаційної інформації і т.д.

Друга група - передавачі, що працюють в імпульсному режимі випромінювання з тривалістю ВЧ-імпульсів від часток мікросекунди до сотень мілісекунд та шпаруватістю від одиниць до сотень тисяч. У таких передавальних пристроях може застосовуватися амплітудна, частотна та фазова модуляції ВЧ коливань як усередині окремого імпульсу, так і в послідовності імпульсів. Крім того, можуть використовуватись і специфічні види модуляції (за тривалістю імпульсу, кодово-імпульсна тощо).

Структурна схема передавача з однокаскадним генератором

Література:

1. Дружинін В.В. Довідник з основ радіолокаційної техніки. Стор. 344-352, 353-367, 368-375.

2. Карпекін В.Є. Радіолокаційна станція виявлення повітряних об'єктів. Стор. 30-47.

3. Карпекін В.Є., Рябцев І.Ф., Тюнін Н.Г., Хміль Н.М. Перевіряє коефіцієнт шуму приймальних систем. Стор. 3-26.

Запитання:

1. Технічні характеристики приймальних пристроїв РЛЗ.

2. Структурна схема приймального пристрою РЛЗ.

1. Технічні характеристики приймальних пристроїв РЛЗ.

Приймальна система станції радіолокації виявлення вирішує наступні основні завдання:

Виділення сигналів, відбитих від повітряних об'єктів, з багатьох інших сигналів (частотна селекція);

Посилення відображених сигналів та їх перетворення за частотою;

Детектування високочастотних сигналів та перетворення їх на вигляд, зручному для відображення на екрані індикаторного пристрою;

Обробка сигналів для придушення перешкод.

Якість виконання приймальною системою даних завдань визначається її характеристиками.

До основних із них належать такі:

Чутливість приймача;

Коефіцієнт шуму;

Динамічний діапазон;

Коефіціент посилення;

Смуга пропуску;

Діапазон робочих частот;

Перешкодостійкість.

Чутливість приймачахарактеризує його здатність виконувати свої функції за слабких вхідних сигналів. Вона оцінюється мінімальною величиною сигналу на вході приймача, яка потрібна для отримання достатньої потужності на його виході при заданому перевищенні над власними шумами приймача. Кількісно визначається величинами граничної та реальної чутливості.

Граничноїчутливістю приймача P ' п p . min називають таку мінімальну потужність сигналу на вході приймача, яка забезпечує на виході його лінійної частини (вході детектора) відношення потужності сигналу до шуму, що дорівнює одиниці.

Реальноючутливістю приймача P п p. minназивають таку потужність сигналу на його вході, яка забезпечує на виході лінійної частини приймача відношення сигнал/шум, що дорівнює коефіцієнту помітності q.

Реальна та гранична чутливість пов'язані залежністю:

P пp.min = P 'п p.min *q.

Коефіцієнт помітностічисельно дорівнює мінімально допустимому відношенню сигнал/шум на виході лінійної частини приймача, при якому сигнал на виході приймача може бути виявлено.

Чутливість приймача тим вища, що менше величина P п p. min. У сучасних приймачах РЛС P п p. min= 10 -13 - 10 -14 Вт.

Чутливість приймача РЛС обмежується його шумами. Вони виникають в антенно-хвильововодному тракті, опорах, електронних лампах та напівпровідникових приладах.

Причинами шумів є безладний тепловий рух електронів та провідників, нерівномірне випромінювання електронів катодами в електронних лампах тощо. Зі збільшенням температури рівень власних шумів зростає. Інтенсивність шумів дуже мала. Однак, проходячи через приймач з великим посиленням, вони створюють на його виході напругу, здатну привести в дію кінцевий пристрій. На екрані індикатора вони спостерігаються як шумовий доріжки.

Кількісна оцінка шумів лінійної частини приймача здійснюється за допомогою коефіцієнта шуму. Коефіцієнтом шуму приймача Nназивають величину, що показує, скільки разів відношення сигнал/шум на вході приймача більше відношення сигнал/шум на виході його лінійної частини, тобто.

Для ідеального приймача, у котрої власні шуми відсутні, коефіцієнт шуму поранений одиниці. Реальні приймачі мають коефіцієнт шуму від 2 до 10. Виконання вимоги високої чутливості приймача досягається застосуванням малошумливих підсилювачів високої частоти та всіляким зниженням втрат в антеннохвильовому тракті.

Поряд із високою чутливістю приймач повинен мати великий динамічний діапазон.Це з наявністю з його вході перешкод і великого розкиду амплітуд корисних сигналів. Динамічним діапазоном приймача називається величина найбільшого перепаду вхідних сигналів, у якого він ще забезпечує нормальну роботу. Кількісно динамічний діапазон оцінюється відношенням максимального вхідного сигналу, обробка якого приймачем проводиться ще з допустимими спотвореннями до чутливості приймача, вираженому в децибелах:

Д=10 lg (Р ін. max/Р пр. min)

Динамічний діапазон приймальних систем сучасних РЛС має бути не менше ніж 70 - 80 Дб. Його розширення досягається за рахунок підвищення чутливості приймача, застосування схем регулювання посилення та використання спеціальних підсилювальних приладів.

Підсилювальні властивості приймача характеризуються коефіцієнтом посилення.Розрізняють коефіцієнт посилення за потужністю До рта коефіцієнт посилення за напругою До U.

Коефіцієнт посилення за потужністю- Це відношення потужності сигналу на виході приймача Рви. до потужності на його вході Р вх.:

К р = Р вих / Р вх

Коефіцієнт посилення за напругоювизначається аналогічно:

До U = U вих / U вх

Коефіцієнт посилення визначається у відносних одиницях або децибелах, причому

До дб = 20 lgДо

До рдб = 10 lgДо р

У сучасних приймачах загальне посилення може досягати

К р = (0,1-10) * 1013або відповідно До р= 120 – 140 д6.

Залежність модуля коефіцієнта посилення від частоти називають амплітудно-частотною характеристикою(Рис.3.70).

Рис. 3.70. Амплітудно-частотна характеристика приймача.

Амплітудно-частотна характеристика приймачавизначає його частотну вибірковість, тобто. здатність виділяти корисний сигнал із сукупності коливань з різними частотами. Кількісно частотна вибірковість приймача характеризується його смугою пропускання Df. Смуга пропускувизначається як різниця частот f2і f1, для яких Дозменшується в , а До р- удвічі від свого максимального значення. Вибірковість приймача тим вища, що ближче форма його амплітудно-частотної характеристики до П-подібної.

Гранична чутливість, смуга пропускання та коефіцієнт шуму пов'язані залежністю:

Р' ін. min = к*Т о*N* Df,

де: Р' ін. min- Вт,

до- постійна Больцмана,

Т о= 300 ° До, к*Т о= 4 * 10-21 Вт / с,

Df- Смуга пропускання (МГц),

N- Коефіцієнт шуму.

Діапазон робочих частотвизначається значенням крайніх частот, оброблюваних приймачем. Він визначається такими вимогами:

Приймач повинен допускати налаштування будь-яку частоту діапазону;

Характеристики приймача у цьому діапазоні мають змінюватись у заданих межах.

Найчастіше діапазон робочих частот називають довжиною хвиль, оброблюваних приймачем. У діапазоні НВЧ, наприклад, розрізняють приймачі сантиметрового, дециметрового та метрового діапазонів.

Перешкодостійкістюприймача називають його здатність забезпечувати достовірне виділення корисного сигналу при дії різноманітних перешкод.

Висновок:Якість виконання приймальною системою завдань у складі РЛС визначається її технічними характеристиками, основними з яких є: чутливість, коефіцієнт шуму, динамічний діапазон, коефіцієнт посилення, смуга пропускання, діапазон робочих частот, стійкість до перешкод.

2. Структурна схема приймального пристрою РЛЗ.

Приймальна система станції радіолокації виявлення повітряних об'єктів виконується, як правило, за схемою супергетеродинного приймача з одноразовим перетворенням частоти. Структурна схема супергетеродинного приймача наведено малюнку 3.71.

Рис. 3.71. Структурна схема супергетеродинного приймача.

Слабкий сигнал електромагнітної енергії, прийнятий антенно-хвильової системи, надходить на вхід підсилювача високої частоти (УВЧ). Далі посилений потужністю сигнал подається на високочастотний фільтр.

Високочастотний фільтр є коливальним контуром з розподіленими ємністю та індуктивністю. Його резонансна частота відповідає частоті сигналу. Фільтр призначений для частотної селекції корисних сигналів, а також придушення перешкод по дзеркальному каналу.

Основне посилення супергетеродинному приймачі здійснюється не так на частоті прийнятого сигналу, але в проміжної частоті, нижчою проти прийнятої (в сотні разів). Перенесення радіолокаційної інформації на проміжну частоту здійснює перетворювач частоти. Він складається із змішувача, малопотужного генератора незагасаючих коливань (стабільного гетеродина) та фільтра проміжної частоти (вхідний фільтр підсилювача проміжної частоти).

Частота коливань стабільного гетеродину fcгвідрізняється від несучої частоти сигналу fcна величину проміжної частоти fпч, тобто. fпч = fcг - fcабо fпч = fc – fcг.

На змішувач одночасно впливають дві напруги: напруга сигналу, що перетворюється, на високій несучій частоті fcта напруга стабільного гетеродину, що змінюється за гармонічним законом із частотою fcг.

Для того щоб отримати коливання, що має ту ж форму, що і сигнал, що надходить, необхідно виділити коливання тільки однієї комбінаційної частоти. На вхідному фільтрі підсилювача проміжної частоти (УПЧ) виділяють сигнал різницевої частоти fпч = fcг - fcабо fпч = fc - fcг.

УПЧ забезпечує основне посилення та визначає смугу пропускання приймача.

У супергетеродинному приймачі при налаштуванні на іншу частоту одночасно змінюється налаштування високочастотного фільтра та стабільного гетеродина таким чином, що проміжна частота залишається незмінною. Це дозволяє мати у приймачі багатокаскадний підсилювач проміжної частоти з постійним налаштуванням.

Детектор перетворює модульоване високочастотне коливання в напругу, що відповідає модулюючого сигналу передавальної системи. Наприклад, при вплив на його вхід радіоімпульсу проміжної частоти на виході детектора формується відеоімпульс.

Після детектора сигнал додатково посилюється підсилювачем низької частоти (відеопідсилювачем) до величини, необхідної нормальної роботи індикаторного пристрою.

Конструктивно разом із підсилювачем низької частоти (УНЧ) виконуються і схеми захисту РЛС від перешкод.

Особливий інтерес становлять детектори. У детекторі здійснюється виділення повідомлення із сигналу та усунення несучого високочастотного коливання, що є переносником повідомлення. Відповідно до виду модуляції розрізняють детектування сигналів, модулованих по амплітуді, фазі або частоті. Ці функції виконують відповідно амплітудні, фазові та частотні детектори.

Спектр вихідного коливання детектора лежить у сфері низьких частот (частот модуляції), а спектр вхідного - у сфері високих частот (центральної частоти сигналу). Така трансформація спектра можлива лише у пристроях, що мають нелінійні або параметричні елементи. Роль таких елементів у сучасних детекторах виконують зазвичай напівпровідникові діоди, рідше транзистори - біполярні та польові. Виділення області частот модуляції та усунення високочастотних складових спектра здійснюється фільтрами нижніх частот (RS - або RLC - фільтрами).

Основним видом детектора є амплітудний детектор. Він має самостійне значення як детектор АМ-сигналів і, крім того, входить до складу фазових та частотних детекторів.

6.1. ПРИНЦИП РОБОТИ ІМПУЛЬСНОГО ПЕРЕДАТЧИКА

Передавач, що входить до складу імпульсної навігаційної РЛС, призначений для генерування потужних короткочасних імпульсів електричних коливань надвисокої частоти (НВЧ) зі строго певною періодичністю, що задається схемою синхронізації.

Передавач РЛС містить генератор надвисокої частоти (ГСВЧ), підмодулятор, модулятор та джерело живлення. Структурну схему передавача РЛС представлено на рис. 6.1.

Підмодулятор– формує імпульси певної тривалості та амплітуди.

Імпульсний модуляторпризначений для управління коливаннями генератора НВЧ. У модульаторі виробляються відеоімпульси високої напруги, які подаються на вхід магнетрона, що виробляє радіоімпульси НВЧ заданої тривалості. Принцип дії імпульсних модульаторів заснований на повільному накопиченні запасу енергії в спеціальному накопичувачі енергії в проміжок часу між імпульсами і швидкої подальшої віддачі енергії навантаженні модулятора, тобто. магнетронного генератора, за час, що дорівнює тривалості імпульсу.

Як ГСВЧ використовуються магнетрони та напівпровідникові генератори НВЧ (діоди Ганна).

Структурна схема імпульсного модулятора показано на рис. 6.2.

При розмиканні приладу, що комутує, накопичувач заряджається від джерела постійної напруги через обмежувач (резистор), що захищає джерело живлення від перевантаження. При замиканні приладу накопичувач розряджається на навантаження (магнетрон) і його затискачах анод – катод створюється імпульс напруги заданої тривалості і амплітуди.

Як накопичувач може використовуватися ємність у вигляді конденсатора або розімкнутої на кінці довгої (штучної) лінії. Комутують прилади – електронна лампа (для раніше випущених РЛС), тиристор, нелінійна індуктивність.

Найбільш простий є схема модулятора з накопичувальним конденсатором. Схема такого модулятора містить як накопичувач енергії: накопичувальний конденсатор, як комутуючий прилад: комутуючу (модуляторну або розрядну) лампу, а також обмежувальний резистор і магнетронний генератор. У вихідному стані розрядна лампа замкнена негативною напругою на сітці (ланцюг розірвана), накопичувальний конденсатор заряджений.

При подачі на сітку лампи від підмодулятора прямокутного імпульсу напруги позитивної полярності тривалістю t Ірозрядна лампа відмикається (ланцюг замикається) і накопичувальний конденсатор розряджається на магнетрон. На затискачах анод – катод магнетрону створюється модулюючий імпульс напруги, під впливом якого магнетрон генерує імпульси коливань НВЧ.

Напруга на магнетроні буде доти, доки на сітці розрядної лампи діє позитивна напруга. Отже, тривалість радіоімпульсів залежить від тривалості імпульсів, що управляють.

Імпульсний модулятор із накопичувальним конденсатором має один істотний недолік. У міру витрачання заряду конденсатора при генеруванні радіоімпульсу напруга на ньому швидко падає, а з ним - потужність високочастотних коливань. В результаті генерується гострий радіоімпульс з пологим спадом. Набагато вигідніше працювати з прямокутними імпульсами, потужність яких протягом їхньої тривалості залишається приблизно постійною. Прямокутні імпульси генеруватимуться описаним генератором, якщо накопичувальний конденсатор замінити штучною довгою лінією, розімкнутою на вільному кінці. Хвильовий опір лінії має дорівнювати опору генератора ВЧ коливань із боку затискачів живлення, тобто. відношенню його анодної напруги до анодного струму

6.2. ЛІНІЙНІ ТА МАГНІТНІ МОДУЛЯТОРИ

На практиці застосовуються модулятори з накопичувальною енергією. лінійними модуляторами.До складу принципової схеми такого модулятора (рис. 6.3) входять: зарядний діод V1, котушка зарядної індуктивності L1,накопичувальна лінія LC, імпульсний трансформатор T, тиристор V2, зарядний ланцюжок C1, R1.

При замкненому тиристорі лінія заряджається через V1, L1до напруження Е. Одночасно заряджається конденсатор З 1через резистор R1.

При подачі на тиристор імпульсу ( ЗІ) позитивної полярності тиристор відпирається, протікає через нього струм розряду зменшує опір тиристора, і відбувається розряд накопичувальної лінії на первинну обмотку імпульсного трансформатора. Модулюючий імпульс напруги, що знімається з вторинної обмотки, подається на магнетрон. Тривалість імпульсу, що формується, залежить від параметрів LCлінії:

На практиці широке застосування знайшли комутуючі прилади у вигляді котушок нелінійної індуктивності, які отримали назву магнітних імпульсних модуляторів.Котушка нелінійної індуктивності має сердечник із спеціального феромагнітного матеріалу, що має мінімальні втрати. Відомо, що якщо такий сердечник насичений, його магнітна проникність мала, і індуктивний опір такої котушки мінімальний. Навпаки, при ненасиченому стані магнітна проникність сердечника має велику величину, індуктивність котушки збільшується, індуктивний опір зростає.

Крім елементів, що застосовуються у схемі лінійного модулятора, схема магнітного модулятора (рис. 6.4) містить котушку нелінійної індуктивності (дросель) L1, накопичувальний конденсатор C1, нелінійний трансформатор T1, накопичувальний конденсатор С2та імпульсний трансформатор T2.

Коли тиристор замкнений, заряджається конденсатор З 1від джерела напруги Еі сердечник дроселя L1намагнічується до насичення. При відмиканні тиристора конденсатор З 1розряджається на первинну обмотку трансформатора Т1. Індуктована у вторинній обмотці напруга заряджає конденсатор С2. До кінця заряду сердечник Т1насичується, і конденсатор С2розряджається на первинну обмотку імпульсного трансформатора.

Тривалість модулюючого імпульсу визначається часом розряду конденсатора С2.У необхідних випадках при тривалості імпульсів, що перевищують 0,1 мкс, практично замість конденсатора С2включають формуючу лінію. Тоді тривалість модулюючих імпульсів визначатиметься параметрами лінії аналогічно схемою лінійного модулятора.

6.3. ПІДМОДУЛЯТОРНІ КАСКАДИ

Управління роботою розрядної (модуляторної) лампи у схемі з накопичувальним конденсатором здійснюється спеціальною схемою підмодулятора, до складу якої входять підсилювач імпульсів, що запускають; перший чекаючий блокінг-генератор, що працює в режимі розподілу частоти повторення імпульсів; другий блокінг-генератор, що формує імпульси керуючої напруги фіксованої тривалості та амплітуди, які керують роботою розрядної лампи. Така схема підмодулятора забезпечує роботу передавача різною частотою повторення та різною тривалістю зондувальних імпульсів.

Управління роботою лінійного і магнітного модуляторів, де в якості керуючого елемента використовуються тиристори, здійснюється генератором, що задає, до складу якого зазвичай входять підсилювач запускаючих імпульсів, чекаючий блокінг-генератор, емітерний повторювач, що узгоджує вхідний ланцюг тиристора з виходом блокінг-генератора.

Рис. 6.5. Схема підмодулятора РЛС "Океан"

На рис. 6.5 представлено принципову схему підмодулятора РЛС «Океан», яка, незважаючи на застарілу елементну базу, перебуває до теперішнього часу в експлуатації.

Дана схема має чотири каскади:

Підсилювач імпульсів, що запускають (ліва половина лампи Л1типу 6Н1П),

Чекаючий блокінг-генератор (права половина лампи Л1),

Л2типу ТГІ1-35/3,

Вихідний каскад на тиратроні Л3типу ТГІ1-35/3.

Залежно від тривалості модулюючих імпульсів (0,1 або 1 мкс) працює тиратрон Л2або тиратрон Л3. У першому випадку заряд накопичувальної лінії 1 відбувається через зарядний опір R1.У другому випадку накопичувальна лінія 2 заряджається через опір R2.

Навантаженням вихідних каскадів є резистори R3і R4, включені паралельно до катодного ланцюга тиратронів Л1і Л2.При розряді накопичувальних ліній цих резисторах створюється імпульс напруги заданої тривалості з амплітудою 1250 У.

Як підмодуляторний каскад модулятора застосовується блокінг-генератор. Для отримання малого вихідного опору блокінг-генератор на виході має катодний повторювач.

6.4. ОСОБЛИВОСТІ МАГНЕТРОННИХ ГЕНЕРАТОРІВ

Магнетрон є двоелектродним електровакуумним приладом з електромагнітним управлінням. У діапазоні сантиметрових хвиль використовуються багаторезонаторні магнетрони. Пристрій такого магнетрона показано на рис. 6.6.

11 10

Рис. 6.6. Влаштування магнетрона Мал. 6.7. Пакетований магнетрон

Основою конструкції магнетрону є анодний блок 1 у вигляді масивного мідного циліндра, в якому виточено по колу парне число пазів, що являють собою циліндричні резонатори 2.

У центрі блоку розташований циліндричний оксидний підігрівний катод 10 має значний діаметр для отримання достатнього емісійного струму. Резонатори повідомляються з внутрішньою порожниною магнетрону, що називається простором взаємодії, за допомогою прямокутних пазів 9. Катод укріплений усередині магнетрону за допомогою утримувачів 12 , які є одночасно висновками струму 11. Тримачі проходять через скляні спаї у циліндричних трубках, укріплених на фланці. Існуючі на фланці потовщення виконують роль високочастотного дроселя, що перешкоджає виходу високочастотної енергії через висновки напруження. По обидва боки катода розташовані охоронні диски 4 , що перешкоджають витоку електронів із простору взаємодії в торцеві області магнетрону З торцевого боку анодного блоку є зв'язки-провідники 3 , що з'єднують сегменти анодного блоку

Для охолодження магнетрона з його зовнішньої поверхні є ребра, обдуваемые вентилятором. Для зручності охолодження, безпеки обслуговування та полегшення відведення високочастотної енергії анодний блок заземлюється, а до катода прикладаються імпульси високої напруги негативної полярності.

Магнітне поле в магнетроні створюється постійними магнітами, виготовленими із спеціальних сплавів, що утворюють сильне магнітне поле.

Із зовнішнім навантаженням магнетрон пов'язаний за допомогою дротяної мідної петлі 8 яка одним кінцем припаяна до стінки одного з резонаторів, а іншим приєднана до внутрішнього дроту 7 короткої коаксіальної лінії, що проходить через скляний спай 6 у хвилевід 5 . Коливання надвисокої частоти в магнетроні збуджуються електронним потоком, керованим постійним електричним та магнітним полями, спрямованими взаємно перпендикулярно одне до одного.

У генераторних магнетронних РЛС застосовуються постійні магніти, виготовлених зі сплавів з великою коерцитивною силою. Існують дві конструкції магнітних систем: зовнішні магнітні системи та «пакетні» магнітні системи. Зовнішня магнітна система є стаціонарною конструкцією, між полюсними наконечниками якої встановлюється магнетрон.

У суднових навігаційних РЛС набули поширення пакетовані магнетрони, у яких магнітна система є складовою конструкції самого магнетрону. У пакетованих магнетронів полюсні наконечники входять із торців усередину магнетрону (рис. 6.7). Цим зменшується повітряний зазор між полюсами, а, отже, і опір магнітопроводу, що дозволяє скоротити розміри та вагу магнітної схеми. Схеми магнетронних генераторів представлені на рис. 6.8 а; 6.8 б.

До складу схеми магнетронного генератора входять: магнетрон, трансформатор розжарення та система охолодження анодного блоку магнетрона. Схема магнетронного генератора містить три ланцюги: надвисокочастотний, анодний і напружений. Струми НВЧ циркулюють в резонансній системі магнетрона і пов'язаної з нею зовнішньому навантаженні. Імпульсний анодний струм протікає від позитивного затиску модулятора через анод – катод магнетрона негативний затискач. Він визначається виразом

а)

Рис. 6.8. Схеми магнетронних генераторів

де I A –середнє значення анодного струму, А;

F І –частота прямування імпульсів, імп/с;

τ І –тривалість імпульсу, з;

α – коефіцієнт форми імпульсів (для прямокутних імпульсів дорівнює одиниці).

Ланцюг розжарення складається з вторинної обмотки трансформатора розжарення. Трта нитки підігріву катода. Зазвичай напруга накалу магнетрона дорівнює 6,3 В, але зважаючи на те, що катод працює в режимі посиленого електронного бомбардування, повна напруга живлення нитки обігріву потрібна тільки для розігріву катода перед подачею високої напруги на анод магнетрона. При включенні високої анодної напруги напруга напруження зазвичай зменшують автоматично до 4 за допомогою резистора R,включеного в первинну обмотку трансформатора розжарення. У схемі (рис. 6.8 а) модулюючий імпульс напруги негативної полярності з виходу модулятора подається на катод магнетрона.

Вторинна обмотка трансформатора розжарювання по відношенню до корпусу генератора знаходиться під високою напругою. Аналогічно у схемі (рис. 6.8 б) один кінець вторинної обмотки імпульсного трансформатора ІТрпідключений до корпусу, а другий кінець – до затискача вторинної обмотки накального трансформатора. Тому ізоляція між вторинною обмоткою трансформатора розжарення і корпусом, а також між обмотками повинна бути розрахована на повну анодну напругу магнетрона. Щоб не викликати помітного спотворення форми модулюючих імпульсів, ємність вторинної обмотки трансформатора розжарення повинна бути можливо меншою (не більше кількох десятків пикофарад).

6.5. ПЕРЕДАЮЧИЙ ПРИСТРІЙ РЛС «НАЯДА-5»

Передавальний пристрій РЛС «Наяда-5» входить до складу приладу П-3 (приймач) і призначений для:

формування та генерування зондувальних імпульсів НВЧ;

забезпечення синхронної та синфазної роботи за часом всіх блоків та вузлів індикатора, приймача, антенного пристрою.

На рис. 6.9 показана структурна схема передавального пристрою приймача РЛС «Наяда-5».

До складу передавального пристрою входять: блок надвисокої частоти; модулятор передавача; фільтр модулятора; формувач синхроімпульсів; випрямні пристрої, що забезпечують живленням блоки та ланцюги приладу П – 3.

До структурної схеми приймача РЛС «Наяда-5» входить:

Тракт формування сигналів стабілізації, призначений для формування імпульсів вторинної синхронізації та індикаторів, а також для запуску через блок автоматичної стабілізації управління модулятора передавача. За допомогою цих синхроімпульсів забезпечується синхронізація зондувальних імпульсів з початком розгортки на ЕПТ індикатора.

Тракт формування зондувальних імпульсівпризначений для вироблення імпульсів НВЧ і передачі їх по хвилеводу в антену. Це відбувається після формування модулятором напруги імпульсної модуляції генератора НВЧ а також імпульсів контролю та синхронізації блоків, що сполучаються, і вузлів.

Тракт формування відеосигналу, призначений для перетворення за допомогою гетеродину та змішувачів відбитих імпульсів НВЧ в імпульси проміжної частоти, формування та посилення відеосигналу, який потім надходить в індикатор. Для передачі зондувальних імпульсів в антенний пристрій і відбитих імпульсів тракт формування відеосигналу використовується загальний хвилевід.

Тракт налаштування контролю та живлення,призначений для вироблення напруги живлення всіх блоків і ланцюгів приладу, а також для контролю працездатності джерел живлення, функціональних блоків і вузлів станції, магнетрона, гетеродина, розрядника та ін.

6.6. КОНСТРУКТИВНІ ОСОБЛИВОСТІ ПЕРЕДАЧНИКІВ

Конструктивно передавачі РЛС спільно з приймальним пристроєм можуть розташовуватися як в окремому ізольованому приладі, який називається приймачем, Так в антеному блоці.

На рис. 6.10 зображено зовнішній вигляд приймачів сучасної одно та двох канальної автоматизованої радіолокаційної станції «Ряд» (3,2 та 10 см діапазону хвиль), що розташований в окремому приладі. Основні технічні характеристики показані у таблиці 6.1.

Приймачі 3-х см діапазону (П3220 Р) з імпульсною потужністю 20 кВт і більше побудовані на базі магнетронів з безнакальним автокатодом. Дані магнетрони мають час безвідмовного напрацювання в умовах експлуатації більше 10000 годин, забезпечують миттєву готовність до роботи та спрощують передавач.

Рис. 6.10. Приймачі автоматизованої РЛС «Ряд»

Широке впровадження в сучасних суднових навігаційних РЛС мікроелектроніки, насамперед - твердотільних НВЧ-приладів, мікропроцесорів, дозволило, у поєднанні з сучасними методами обробки сигналів, отримати компактні, надійні, економічні та зручні в експлуатації приймально-передавальні пристрої. Для виключення застосування громіздких хвилеводних пристроїв та виключення втрат потужності при передачі та прийомі відбитих сигналів у хвилеводах передавач та приймач конструктивно розташовують в антеному блоці у вигляді окремого модуля, який іноді називається сканером(Див. рис.7.23). Цим забезпечується швидкознімність модуля приймача, а також проведення ремонту методом агрегатної заміни. Включення та вимикання живлення таких типів приймачів забезпечується дистанційним способом.

На рис. 6.11 показано антенно-передавально-приймальний пристрій берегової РЛС (БРЛС) «Балтика-Б», виконаного у вигляді моноблока. БРЛС «Балтика-Б» використовується як берегова РЛС у системах управління руху суден (СУДС), а також на акваторіях портів, підхідних каналах та фарватерах.

Антена та приймач БРЛС «Балтика»

з гарячим резервуванням

Докладніше про сучасні радари викладено у розділі 11 навчального посібника.