Министерство образования и науки российской федерации сибирский федеральный университет
 Скачать 1.71 Mb.
|
|
4.1. Общие сведения об индикаторных устройствах радиолокационных станций Индикаторные устройства (индикаторы) РЛС предназначены для формирования и отображения РЛИ, получаемой в результате приема и обработки РЛС радиолокационных сигналов, а также отображения дополнительной информации. Информация поступает на вход этих устройств в виде выходного сигнала системы обработки радиолокационного сигнала, опорного сигнала для измерения дальности, сигналов опознавания, сигналов датчиков углового положения луча антенны, а также для отображения дополнительной информации по ряду других каналов. 4.1. Общие сведения об индикаторных устройствах радиолокационных станций 123 Получателем информации, отображаемой индикаторным устройством, является оператор РЛС, поэтому отображение должно производиться в форме, удобной для его восприятия. 4.1.1. Классификация индикаторных устройств В основу классификации индикаторных устройств положены следующие признаки назначение индикаторов время послесвечения экранов ЭЛТ; характер поля, вызывающего фокусировку и отклонение луча вид отметок на экране ЭЛТ; число измеряемых координат вид развертки. Рассмотрим их подробнее. Назначение индикаторов. Поэтому признаку различают индикаторы обнаружения и измерительные. Первые извещают об обнаружении цели световым или звуковым сигналом, а вторые, кроме того, измеряют координаты и скорости целей. К классу измерительных относят индикаторы на ЭЛТ, которые нашли в обзорных РЛС наиболее широкое применение последующим причинам позволяют получить информацию о нескольких координатах нескольких целей одновременно • практически безынерционны; • производят отображение информации даже при малой мощности входных сигналов приемника • по изображению на экране ЭЛТ можно получить дополнительную информацию о количестве целей, их классе, взаимному расположению и т. д • экран ЭЛТ может производить последетекторное интегрирование суммирование, накопление) сигналов благодаря так называемому послесвечению люминофора тормозится гашение светового пятна и с каждым новым импульсом пачки эхо-сигналов яркость отметки возрастает, при этом роль порогового устройства выполняют зрение и мозг оператора. Хотя ЭЛТ обладает большими возможностями сточки зрения отображения информации, решить все задачи одинаково успешно на индикаторе с одной ЭЛТ нельзя. Часто необходимо применять индикаторные устройства из нескольких индикаторов, каждый из которых выполняет свои специальные задачи. Время послесвечения экранов ЭЛТ. В индикаторах РЛС используются экраны стремя различными значениями времени послесвечения • экраны с малым послесвечением, измеряемые сотыми долями секунды. Применяются в индикаторах с амплитудной отметкой и осциллографах Глава 4. Система отображения информации радиолокационной станции ПР 124 • экраны со средним послесвечением, измеряемым от 10 -2 до 0,1 с. Такие экраны используются в обзорных РЛС наиболее часто и позволяют производить интегрирование отметки в пределах азимутальной пачки • экраны с большим послесвечением – от десятых долей секунды до десятков секунд. Применяются в индикаторах, предназначенных для сохранения радиолокационного изображения на время всего цикла обзора. Характер поля, вызывающего фокусировку и отклонение луча Поэтому признаку различают • индикаторы с электростатическими ЭЛТ, в которых эти задачи решаются с помощью электрического поля • индикаторы с электромагнитными ЭЛТ, использующие магнитное поле • индикаторы с ЭЛТ скомбинированным управлением, те. управление фокусировкой осуществляется с помощью электрического поля, а отклонение луча – магнитного. Вид отметки на экране ЭЛТ. Используют амплитудную и яркостную отметки. При амплитудной отметке видеосигналы вызывают всплеск светового пятна на линии развертки, а при яркостной – видеосигналы увеличивают или уменьшают яркость пятна, не изменяя его положения на экране. Для ЭЛТ с амплитудной отметкой не требуется значительного времени послесвечения при яркостной отметке послесвечение экрана влияет на эффективность интегрирования и поэтому оно должно быть длительным. Яркостная отметка дает больше информации, так как по форме отметки легче отличить сигнал цели от шумовых выбросов. Для получения амплитудной отметки требуются ЭЛТ с электростатическим управлением, которые более легки, экономичны ив меньшей степени искажают сигнал. Для яркостной модуляции светового пятна более пригодны ЭЛТ с электромагнитным управлением лучом. Число измеряемых координат Поэтому признаку индикаторы делят на одномерные, двумерные и трехмерные. Примером одномерных является индикатор дальности с амплитудной отметкой, двумерных – индикаторы с яркостной отметкой дальность – азимут, дальность – угол места или высота, трехмерных – индикаторы дальность – азимут – амплитуда. Вид развертки. Измерение координат в ЭЛТ осуществляют с помощью линий развертки, которые различаются по форме • прямолинейная (линейная • кольцевая • радиально-круговая; • спиральная • растровая. 4.1. Общие сведения об индикаторных устройствах радиолокационных станций. Индикаторы кругового обзора с радиально-круговой разверткой Наибольшее распространение в РЛС с круговым обзором получили ИКО. Для построения ИКО необходимо • создать линейно-равномерную развертку дальности вдоль радиуса экрана ЭЛТ, начинающуюся в центре экрана в момент посылки зондирующих импульсов • обеспечить яркостную отметку видеосигналов целей путем подсветки временной развертки дальности на участке, соответствующем дальности цели • реализовать вращение линии развертки дальности относительно центра экрана трубки синхронно с вращением антенны, ведущей обзор по азимуту • обеспечить фазирование линии развертки на экране с положением антенны • предусмотреть возможность быстрого и точного визирования для отсчета дальности и азимута целей. Получаемый на ИКО полярный растр получил название РКР [1, рис. 1.2]. Для определения координат целей и их съема ручным способом создаются опорные неподвижные визиры (метки) дальности и азимута, наносимые на экран электрическим способом. Создание визиров дальности обеспечивается подачей на модулятор ЭЛТ калибрационных импульсов, создающих яркие отметки при развертке. При вращении развертки образуются кольца на экране ЭЛТ, те. метки дальности. Создание меток азимута обеспечивается подачей на модулятор ка- либрационных импульсов, сфазированных с положением антенны, подсвечивающих развертку на всей длительности прямого хода. Визиры азимута имеют форму линий. Вследствие явления послесвечения на экране образуется масштабная сетка, позволяющая оператору производить отсчет координат многих целей. В целях повышения точности могут использоваться подвижные визиры (маркеры, совмещаемые с воспроизводимым на экране отраженным сигналом и связанным с устройством точного определения координат, которое обеспечивает автоматический отсчет координат целей. Обычно длину развертки ИКО по дальности выбирают из выражения Д = (0,9...0,95) R экр , где R экр – радиус экрана. Если на всей длине развертки L рД просматривается участок дальности шк, то масштаб изображения по дальности Д = L рД /D шк , Глава 4. Система отображения информации радиолокационной станции ПР 126 где величина Д измеряется в мм/км. Аналогично при длине развертки азимута р масштаб по азимуту m β = L рβ /β шк , где шк – сектор, просматриваемый на индикаторе (для ИКО р = 2π R экр , шк = от. е. m β = 2π R экр /360 = π R экр /180. При использовании ЭЛТ с магнитным управлением для формирования РКР необходимо создавать однородное отклоняющее магнитное поле, напряженность которого должна изменяться по закону, обеспечивающему необходимую радиальную развертку по дальности. При этом одновременно должен происходить относительно медленный поворот магнитного поля в плоскости, перпендикулярной оси трубки с угловой скоростью, равной угловой скорости вращения антенны по азимуту. Для поворота и изменения напряженности магнитного поляна практике применяются следующие способы 1. Способ вращающихся отклоняющих катушек, питаемых током неизменной амплитуды. 2. Способ неподвижных отклоняющих катушек (двух пари более, питаемых током изменяющейся амплитуды. При создании РКР с помощью неподвижных отклоняющих катушек необходимое изменение напряженности магнитного поля может быть получено применением двух и более пар неподвижных отклоняющих катушек. Обычно используют две пары взаимно перпендикулярных неподвижных катушек, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси ЭЛТ. Отклонение электронного пучка осуществляется магнитным полем, которое создается изменяющимся током, протекающим в отклоняющих катушках. Начало формирования развертки дальности фиксируется импульсом запуска. В магнитных трубках, используемых в ИКО, отклонение электронного пучка прямо пропорционально току К отклоняющих катушек, а не напряжению К, как в электростатических трубках, те. именно ток К должен меняться по линейному закону. Такой ток генерировать труднее, чем линейно-изменяющееся напряжение, так как полное сопротивление отклоняющей катушки имеет малую величину и комплексный характер. Оно образуется индуктивностью К, паразитной емкостью С К , сопротивлением потерь К катушки и сопротивлением шунта Ш [1, риса, где U r = К К К К ; L dI U L dt = U К = U L + U r 4.1. Общие сведения об индикаторных устройствах радиолокационных станций 127 Эпюры напряжений, поясняющие работу схемы, показаны в [1, рис. 4.1, б. Поскольку ток должен изменяться по линейному закону, что сложно технически, то предпочтение отдают созданию линейно изменяющегося напряжения. В этом случае напряжение на отклоняющие катушки (эквивалентная схема отклоняющей катушки содержит параллельное соединение активного сопротивления шунта Ш, реактивных сопротивлений индуктивности и емкости катушки) равно сумме напряжений на активном сопротивлении катушки и индуктивности. Это приводит к тому, что напряжение на отклоняющей катушке будет трапецеидальным по форме, следовательно, здесь корректнее использовать название генератор импульсов трапецеидальной формы. Для создания РКР отклоняющие катушки должны питаться синхронными импульсами тока одинаковой формы и длительности, обеспечивающими требуемый закон радиальной развертки дальности. Для поворота линии развертки на экране трубки импульсы тока в катушках модулируются по амплитуде соответственно по синусоидальному и косинусоидально- му законам. Процесс формирования РКР пояснен в [1, рис. 4.2], из которого следует, что для получения линейной радиальной развертки должно быть выполнено условие y(t) = x(t)·ctg β, где ctg β – постоянный коэффициент, характеризующий направление линии развертки на экране трубки. Необходимость вращения линии развертки вокруг точки О приводит к необходимости изменения этого коэффициента. Условие неизменной длины АО = R линии развертки можно записать в виде X m 2 + Y m 2 = С учетом двух предыдущих выражений можно получить X m = R sin β; Y m = R cos β. Если обозначить w – число витков каждой пары катушек, а k – чувствительность трубки, то получим X m = k I mx w = R sin β; Y m = k I my w = R cos β. Тогда I mx = R sin β/(k w); I my = R cos β/(kw). Формирование модулированных по амплитуде импульсов тока может быть получено различными способами. Практически находят применение схемы, в которых предварительно создаются импульсы развертки нужной частоты и длительности с последующей их модуляцией по закону sin β и cos β. Глава 4. Система отображения информации радиолокационной станции ПР 128 В качестве модулирующего устройства широко применяются синус- но-косинусные вращающиеся трансформаторы (ВТ. Они служат для получения переменного напряжения, представляющего собой определенную функцию угла поворота ротора α. Обычно требуется, чтобы это напряжение было пропорционально sin α, cos α или самому углу поворота α. В соответствии с этим различают синусные, косинусные, синусно-косинусные и линейные ВТ. Конструктивно ВТ подобны асинхронным машинам с фазным ротором. У них как на статоре, таки на роторе имеется по две симметричные обмотки, оси которых сдвинуты между собой в пространстве на электрический угол, равный 90°. Чтобы распределение магнитной индукции в воздушном зазоре было по возможности близким к синусоидальному, в ВТ принимают соответствующие меры. Например, используют специально выполненные обмотки, выбирают соответствующее число пазов статора и ротора, применяют скос зубцов и специальное изготовление магнитопровода. Принципиальная схема синусно-косинусного ВТ представлена в [1, рис. 4.3]. Обмотка S статора включается в сеть переменного тока со стабилизированным напряжением U 1 . Эта обмотка является обмоткой возбуждения. Пульсирующий магнитный поток, обусловленный током этой обмотки, индуктирует в обмотках ротора ЭДС, значения которых зависят от угла поворота ротора α. Угол α отсчитывается от положения ротора, когда ось его обмотки 1Рперпендикулярна оси обмотки S статора. В этом случаев обмотке 1Риндуктируется ЭДС, пропорциональная sin α, а в обмотке Р пропорциональная cos α. В зависимости оттого, какая из обмоток используется, получают синусный или косинусный, а при использовании обеих обмоток ротора – синусно-косинусный ВТ. При нагрузке по обмоткам ротора потечет ток, который создает магнитные потоки, направленные вдоль осей этих обмоток. Потоки каждой обмотки можно разложить на две составляющие – продольную, совпадающую с осью обмотки возбуждения, и поперечную, направленную перпендикулярно этой оси. Продольная составляющая потока обмотки ротора вместе с потоком обмотки возбуждения создают основной рабочий поток вращающегося трансформатора, который, как ив трансформаторе, зависит от подведенного напряжения и при U 1 = const постоянен. Поперечная же составляющая потока Ф = Ф со α индуктирует в обмотках ротора ЭДС, искажающую синусную или косинусную зависимость напряжения от угла поворота. По отношению к поперечному потоку Ф обмотка Р является косинусной обмоткой и поэтому ЭДС, индуктиро- ванная в ней этим потоком, пропорциональна Ф sin 2α. Для того чтобы избежать погрешностей от поперечных потоков, применяется симметрирование. Симметрирование может быть проведено 4.1. Общие сведения об индикаторных устройствах радиолокационных станций 129 как на вторичной, таки на первичной стороне. При симметрировании на вторичной стороне обе обмотки ротора замыкаются на одинаковую нагрузку Z нг1 = Z нг2 . В этом случае поперечные потоки обмоток будут численно равны, но так как они направлены встречно, то произойдет их взаимная компенсация. При симметрировании на первичной стороне обмотку статора К замыкают на элемент, комплексное сопротивление которого численно равно внутреннему комплексному сопротивлению источника питания обмотки. В этом случае поперечный магнитный поток ротора будет ослабляться за счет размагничивающего действия потока обмотки К. Практически симметрирование проводится одновременно как с вторичной, таки с первичной стороны. Максимальная погрешность воспроизведения функций sin α ив ВТ высокого класса точности не превышает 0,01–0,03 %. 4.2. Индикаторная система радиолокационной станции ПР 4.2.1. Назначение, состав и технические характеристики индикаторной системы Назначение индикаторной системы Индикаторная система РЛС ПР предназначена для отображения радиолокационной обстановки в ЗО РЛС или в зоне действия сопряженных с ней радиолокационных средств. Индикаторная система позволяет определять наклонную дальность и азимут целей, а также их государственную принадлежность. На экранах блоков трубок ИКО и ВИКО электрическим способом создается масштабная сетка отметок дальности с градацией по яркости 10, 50, 100 км и азимута с градацией по яркости 10°, 30° или 5°, 30°. Определение координат и государственной принадлежности целей наклонная дальность, азимут, опознавание) производится визуально по экранам ЭЛТ, находящихся в блоках трубок ИКО и ВИКО. Индикаторная система с помощью визира и маркера дальности обеспечивает возможность полуавтоматической выдачи целеуказаний по азимуту и дальности. Кроме того, предусмотрена возможность визуального отображения ДНА РЛС в горизонтальной плоскости. Глава 4. Система отображения информации радиолокационной станции ПР 130 ИКО и ВИКО могут работать в следующих режимах • отображение информации РЛС ПР – режим Л • отображение информации высотомера ПРВ-13 или РЛС П – режим В • отображение обобщенной информации станции и высотомера ПРВ-13 или станции и РЛС П – режим В + ЛИК (блок 56) позволяет обеспечить контроль работы отдельных блоков, каналов и цепей РЛС, а также может использоваться в качестве дополнительного индикатора дальности. Наклонная дальность может быть определена по экрану блока 56, представляющего собой индикатор дальности с линейной электрической шкалой и амплитудной индикацией целей. Информация с ИКО на ВИКО передается по кабельной линии в виде комплексного сигнала, состоящего из сигналов запуска, эхо-сигналов, масштабных отметок дальности (ОД) и закодированных сигналов – отметок азимута (ОА) ОА30, ОА10, ОА5, конца дистанции и строба визира. При работе с сопряженными изделиями с ВИКО на ИКО по кабельной линии передается сигнал внешней синхронизации РЛС по запуску. Информация на ВИКО об угловом положении антенны осуществляется передачей с ИКО управляющих напряжений, пропорциональных синусу и косинусу угла поворота антенны. Состав индикаторной системы В состав индикаторной системы входят следующие элементы 1. ИКО с блоками • горизонтальной развертки (блок 7); • вертикальной развертки (блок 8); • видеоусилитель (блок 9); • блок трубки (блок 10); • блок эхо-сигналов (блок 19); • блок сигналов изображения (блок 25); • калибратор (блок 18). 2. Выносной индикатор кругового обзора (ВИКО) с блоками • горизонтальной развертки (блок 7); • вертикальной развертки (блок 8); • видеоусилитель (блок 9); • блок трубки (блок 10); • блок сигналов изображения (блок 25). 3. Индикатор контроля (блок 56). Технические характеристики индикаторной системы ИКО и ВИКО имеют следующие технические характеристики • способ создания РКР – неподвижными отклоняющими катушками • тип применяемой ЭЛТ – ЭЛТ типа 31ЛМ32В; 4.2. Индикаторная система радиолокационной станции ПР виды и градация масштабных отметок – определение координат производится по электрическим МОД с градацией 10, 50, 100 км и ОА – 10°, 30° или 5°, 30°; • масштабы отображения – три масштаба дальности 1 – 0–90 км 2 – 0–180 км 3 – 0–360 км • отношение сигнал/шум по напряжению, при котором обеспечивается обнаружение сигнала, не более 1,1. ИК характеризуется • типом применяемой ЭЛТ – ЭЛТ 13ЛО37И с электростатическим управлением луча • типом развертки – прямоугольная • типом индикации – амплитудная • масштабом отображения – плавно изменяемый масштаб дальности 50–150 км, нерегулируемые масштабы 250 и 500 км. |