Министерство образования и науки российской федерации сибирский федеральный университет
 Скачать 1.71 Mb.
|
|
1.4.2.5. Тракт формирования масштабных отметок дальности С началом каждого цикла работы РЛС в блоках 17 и 18 вырабатываются соответственно масштабные отметки азимута и дальности, которые через блок 25 поступают на ИКО, через блок 20 – на аппаратуру РЛУ, а также в канал передачи сигналов блока 19. В этот же канал поступают сигнал СТРОБ. ВИЗИРА с блока 18, импульс запуска с блока Ми ответный сигнал опознавания с аппаратуры НРЗ. Ко всем этим сигналам добавляются эхо-сигналы из канала объединения эхо-сигналов, которые затем поступают на ВИКО. Масштабные отметки дальности подаются на индикатор контроля блоки сопрягаемые изделия. С калибратора (блок 18) сигналы СТРОБ. ВИЗИРА через канал передачи сигналов блока 19 поступают на ВИКО и используются при формировании визирной развертки. 1.4.2.6. Автоматическая подстройка частоты Часть энергии зондирующего импульса через направленный ответвитель блока 42 поступает в канал АПЧ приемника (блок 5). При отличии промежуточной частоты сигнала в приемнике от номинального значения в канале АПЧ вырабатывается управляющее напряжение, величина и знак которого зависят от направления и величины расстройки. Управляющее напряжение с канала АПЧ подается в блок 85, который управляет электро- 1.4. Структурная схема радиолокационной станции П-18Р 31 двигателями автоматов АП-1 или АП-4 (в зависимости от величины расстройки. Автоматы АП-1 грубого или АП-4 точного каналов АПЧ подстраивают генератор СВЧ таким образом, чтобы f ген.СВЧ – f гет = f пр0 Работу системы АПЧ можно проконтролировать по прибору блока 32. С канала АПЧ блока 5 сигнал фазирования на промежуточной частоте поступает в блок 76 для фазирования когерентного гетеродина. 1.4.2.7. Перестройка РЛС При воздействии на РЛС АШП прицельного типа возможна перестройка станции на одну из четырех фиксированных частот (в диапазоне, установленных заранее. Перестройка осуществляется при нажатии соответствующей кнопки на пульте перестройки (блок 12). При этом автоматы АП-1 и АП-2 работают в составе системы перестройки. Автомат АП-1 перестраивает генератор СВЧ, а автомат АП-2 обеспечивает наилучший отбор высокочастотной энергии генератора. Одновременно управляющее напряжение поступает на автомат перестройки приемника (блок 5), что обеспечивает перестройку приемника. 1.4.2.8. Опознавание воздушных объектов Антенна НРЗ Л вращается синхронно и синфазно С антенной РЛС. С хронизатора (блок М) на НРЗ поступают импульсы запуска. При включении на АПУ или ВПУ (блок Мили М кнопки МП срабатывает передатчик НРЗ и происходит опознавание цели. Ответный сигнал после декодирования поступает на ИКО и ВИКО через блок М. 1.5. Зона обнаружения радиолокационной станции ПР 1.5.1. Принцип формирования диаграммы направленности антенны в РЛС метрового диапазона волн В РЛС дальнего обнаружения и предупреждения производится одновременный обзор пространства по углу места и последовательный обзор по азимуту. Для этого антенна РЛС формирует сравнительно узкую диаграмму направленности в азимутальной и более широкую в угломестной плос- Глава 1. Общие сведения о радиолокационной станции ПР 32 кости. Вследствие трудности формирования в метровом диапазоне узких диаграмм направленности ЗО в вертикальной плоскости является однока- нальной и относительно широкой. Также в формировании ДНА вверти- кальной плоскости принимает участие подстилающая поверхность. Это объясняется и тем обстоятельством, что для метрового диапазона волн отражения от подстилающей поверхности в большей мере являются зеркальными, чем для сантиметрового. При рассмотрении принципа формирования ДНА будем для простоты считать подстилающую поверхность плоской. Размеры ровной площадки должны быть не меньше области, существенной для отражения радиоволн, и определяются в основном размерами первой зоны Френеля. Радиус ровной площадки а П 23,3 , λ h R ≥ где а – высота электрического центра антенны над поверхностью λ – длина волны. Допустимая величина неровностей площадки определяется критерием Релея по формуле где Θ – угол падения электромагнитной энергии. Антенна, электрический центр которой поднят над землей на высоту а, формирует широкую в вертикальной плоскости ДНА, максимум который направлен под углом ε m к линии горизонта [1, рис. 1.9]. Напряженность электромагнитного поля прямой при отраженной отр E • волн, приходящих в любую удаленную точку (точка А для нашего случая) под углом места ε к линии горизонта, может быть записана в следующем виде пр 1 ψ φ отр 0 2 (Θ ), (Θ ) , i i E E F E E F R e e • • • • • − − = ⋅ = где • 0 E – напряженность поля, которая была бы в точке А при угле Θ 1 = 0 те. максимум ДНА направлен под углом ε); F(Θ) – нормированная ДНА в вертикальной плоскости Θ 2 – угловое направление отраженной волны относительно углового направления максимума ДНА , ψ R • – соответст- 1.5. Зона обнаружения радиолокационной станции П-18Р 33 венно модуль и аргумент коэффициента отражения от земной поверхности коэффициент Френеля ϕ – сдвиг фаз между прямой и отраженной волнами в точке А, обусловленный разностью их хода до точки А. Если расстояние до точки А значительно превосходит высоту антенны, то прямой и отраженный лучи можно считать параллельными. Тогда в соответствии с [1, рис разность их хода ∆r а sin ε, a 2 φ 2 sinε λ h = В результате интерференции прямой и отраженной волн суммарная напряженность поля в удаленной точке (точка А) 0 1 1 Ф ( , ) E E F • • = + Θ Θ Θ , где 2 2 2 2 2 1 2 2 1 Ф , ) 1 2 cos(ψ φ). ( ) ( ) F F R R F F • • Θ Θ Θ Θ = + + + Θ Θ – модуль интерференционного множителя, учитывающий изменение величины поля из-за влияния подстилающей поверхности. Прим поверхность Земли представляет собой диэлектрик. При этом в случае малых углов места и горизонтальной поляризации |R| ≈ 1 , ψ ≈ π. Выразив значения углов Θ 1 и Θ 2 через углы места Θ 1 = ε m – ε и Θ 2 = ε m + ε, при ψ = π получим 2 2 2 a 1 Ф , ) 1 2 cos(2π sin ε). (ε ε) (ε ε) λ m m m m F F h R R F F • • + + Θ Θ В этом выражении третий член под корнем при достаточно большом отношении а является быстро изменяющейся функцией угла места. Поэтому интерференционный множитель и результирующая ДНА РФ) имеет лепестковый характер. Направления максимумов и минимумов функций (1.8) и (1.9) могут быть найдены из условия 2π (а) sin ε = nπ , n = 0, 1, 2, 3, где нечетные n определяют направления максимумов, а четные – минимумов Глава 1. Общие сведения о радиолокационной станции ПР 34 Чем больше а, тем уже лепестки и тем больше их число в результирующей ДНА. Лепестковый характер интерференционного множителя особенно выражен, если максимум ДНА ориентирован вдоль горизонта (ε m = 0). В этом случае при симметричной ДНА [F(ε) = F(–ε)] и Ф 1 cos 2π sin ε Вид результирующей ДНА, сформированной при участии подстилающие поверхности, для этого случая см. в [1, рис. Глубина провалов при этом доходит до нуля, а в направлении максимумов напряженность поля удваивается по сравнению со случаем формирования ДНА в свободном пространстве. Следовательно, в направлениях максимумов дальность обнаружения цели увеличивается вдвое, что является положительным эффектом влияния подстилающей поверхности. Однако наличие провалов в ДНА снижает качество проводки целей. Поэтому на практике принимаются специальные меры для исключения провалов или уменьшения их глубины, что достигается несколькими способами • наклоном электрической оси антенны. При этом наряду с уменьшением глубины провалов снижается значение коэффициента усиления в направлениях максимумов ДНА. Обычно выбирают угол наклона, равный использованием разнесенных по высоте антенн. Данный способ применяется в РЛС дежурного режима с невысоким энергетическим потенциалом, в которых используются антенны типа волновой канал сне- большими вертикальными размерами. 1.5.1.1. Использование разнесенных по высоте антенн Поскольку угловые направления максимумов и минимумов зависят от отношения а, то верхнюю и нижнюю антенны располагают так, чтобы провалы в результирующей диаграмме направленности одной антенны перекрывались лепестками диаграммы направленности другой антенны [1, рис. 1.11]. Обе антенны запитываются от одного передатчика. Так как электромагнитные поля в соседних лепестках диаграммы направленности одной и той же антенны противофазны (на рис. 1.11 это показано знаками «+» и «–»), то при синфазном питании антенн могут появиться провалы в новых направлениях. Во избежание этого антенны запитываются со сдвигом фаз Δϕ = 90° либо в процессе обзора пространст- 1.5. Зона обнаружения радиолокационной станции П-18Р 35 ва производится коммутация питания с синфазного на противофазное для смещения по углу места провалов в ДНА. 1.5.2. Диаграмма направленности антенны радиолокационной станции ПР ДНА в горизонтальной плоскости определяется количеством волновых каналов в этаже, расстоянием между ними, распределением мощности между волновыми каналами и фазой питающего напряжения (тока) волнового канала. Распределение мощности по волновым каналами синфазное питание их позволяют получить ДНА с требуемой шириной и наименьшими побочными излучениями. Ширина ДНА в горизонтальной плоскости в диапазоне изменяется в небольших пределах (на высоких частотах ДНА более узкая. Примерный вид ДНА в горизонтальной плоскости см. в [1, рис. 1.6, в. ДНА в вертикальной плоскости каждого в отдельности этажа антенны имеет лепестковый характер и определяется высотой подъема антенны над подстилающей поверхностью, ДНА отдельного волнового канала в свободном пространстве (в плоскости, перпендикулярной плоскости вибраторов, рельефом местности в точке размещения РЛС. Количество лепестков в ДНА определяется отношением высоты этажа над землей к длине волны а. В [1] на рис. 1.12 и 1.13 изображены ДНА в вертикальной плоскости каждого этажа антенны с учетом распределения мощности между этажами (40 % – в верхнем ив нижнем этажах. Фаза поля в лепестке постоянна и меняется на 180° при переходе из одного лепестка в другой. Если фазу первого лепестка верхнего этажа принять за нулевую, то следует, что фаза в четных лепестках равна 180°, а фаза в нечетных лепестках совпадает с фазой первого. Так как ток, подводимый к нижнему этажу антенны, опережает по фазе ток, подводимый к верхнему этажу антенны, на 90°, то и фаза поля нижнего этажа антенны опережает фазу поля верхнего этажа антенны на 90°. Соотношение фаз в лепестках показано в [1] на рис. 1.14 и 1.15. ДНА в вертикальной плоскости является результирующей диаграммой верхнего и нижнего этажей и представляет собой их векторную сумму. ДНА в вертикальной плоскости и, следовательно, ЗО определяются отношением высот этажей антенны над подстилающей поверхностью к длине волны, распределением мощности, разностью фаз токов между эта Глава 1. Общие сведения о радиолокационной станции ПР 36 жами антенны, диаграммой направленности волнового канала в свободном пространстве и рельефом окружающей местности. Расчетные значения ДНА и ЗО для различных высот антенны приведены в формуляре для ровной позиции. ДНА в вертикальной плоскости существенным образом зависит от разности фаз токов (напряжений) между этажами. Если разность фаз мала (значительно меньше 90°), тов ЗО возникают провалы, если разность фаз велика (больше 90°), то снижается дальность обнаружения станции. Разность фаз между этажами создается делителем мощности. Однако она в значительной степени зависит от равенства электрических длин антенных фидеров (от блока 4 до волновых каналов) и от точности горизон- тирования антенн. Антенные фидеры этажей (от блока 4 до волновых каналов) выполняются равными по электрической длине с точностью 1 см, чем обеспечивается равенство их по фазе с точностью 3°. В случае нарушения горизонтирования антенны происходит смещение электрических центров этажей антенны, появляется дополнительная разность хода лучей на величину смещения электрических центров и, следовательно, дополнительная разность фаз. Каждому градусу наклона этажей антенны (в пределах Θ < 10°) соответствует дополнительная разность фаз полей между этажами, равная примерно соответствует наклону вверх, «–» наклону вниз. Поэтому при наклоне антенны директорами вверх на угол Θ разность фаз между этажами увеличивается на величину ∆φ = 8· Θ, а при наклоне антенны директорами вниз на угол Θ разность фаз уменьшается на туже величину. В РЛС предусмотрен наклон антенны в вертикальной плоскости от –5 до +15°. Наклон антенны вниз на угол до –5° используется для компенсации такого же угла наклона рельефа местности в ответственном секторе обнаружения. Наклон антенны вверх позволяет скомпенсировать угол подъема рельефа местности и обеспечить обнаружение целей при больших углах места, так как дает возможность перекрыть мертвую воронку ЗО других РЛС при работе в комплексе. При наклоне антенны вниз изменяется ДНА в вертикальной плоскости каждого этажа в отдельности. Изрезанность ДНА становится менее выраженной (уменьшается глубина минимумов, фаза в лепестке плавно изменяется при переходе из одного лепестка в другой. При наклоне антенны вверх на 7–10° результирующая разность фаз электромагнитных полей близка к 180°, при этом первый лепесток резко уменьшается, второй и третий – возрастают. Такая ДНА позволяет повысить потолок ЗО целей, но при этом значительно снижается дальность об 1.5. Зона обнаружения радиолокационной станции П-18Р 37 наружения. Наклоном антенны целесообразно пользоваться только при максимальной высоте антенны (В = 10,35 м, Нм, так как в этом случае возможна проводка ВО без провалов. Контрольные вопросы. Какие задачи решает РЛС ПР в радиолокационной системе РТВ ВВС 2. Каковы достоинства и недостатки метрового диапазона волн 3. Из каких транспортных единиц состоит РЛС 4. Какие предъявляются требования к позиции РЛС и чем они обусловлены. Каков порядок размещения РЛС на позиции 6. Что такое ТТХ РЛС 7. Какие показатели включают в себя ТТХ для РЛС 8. Что такое ЗО РЛС и чем она характеризуется 9. Какие технические характеристики РЛС влияют на боевую возможность зона обнаружения 10. Что такое информационная способность РЛС и чем она характеризуется. Каким образом технические характеристики индикаторной системы оказывают влияние на качество радиолокационной информации РЛС 12. Что такое помехозащищённость и от каких видов помех предусмотрена защита в РЛС 13. Каковы характеристики живучести и эксплуатационной надёжно- сти РЛС 14. Каковы основные технические характеристики РЛС и каким образом они влияют на ее боевые возможности 15. Какие системы и устройства по функциональной структуре построения должна включать в себя РЛС 16. Из каких систем состоит РЛС П 17. Каково назначение каждой системы РЛС 18. Каким образом происходит взаимодействие систем РЛС при формировании и излучении зондирующего сигнала 19. Каков принцип формирования ДНА РЛС 20. Отчего зависит ширина ДНА РЛС в горизонтальной и вертикальной плоскостях 21. Для чего предусмотрен наклон антенны в вертикальной плоскости Глава 2. Тракт генерирования и излучения зондирующего сигнала радиолокационной станции ПР Глава ТРАКТ ГЕНЕРИРОВАНИЯ И ИЗЛУЧЕНИЯ ЗОНДИРУЮЩЕГО СИГНАЛА РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ ПР 2.1. Радиопередающее устройство радиолокационной станции ПР Важной частью любой РЛС является устройство, генерирующее высокочастотную энергию. Из основного уравнения радиолокации следует, что при всех прочих одинаковых условиях максимальная дальность действия станции в свободном пространстве возрастает пропорционально корню четвертой степени от мощности излучения передатчика. Основными функциями РПУ являются генерирование колебаний управление параметрами колебаний (модуляция усиление по мощности. Соответственно функционально необходимыми узлами РПУ являются • генератор высокочастотных колебаний • модулятор • усилитель мощности. Кроме этого в состав РПУ входят источники питания, умножители делители) частоты, системы АПЧ и параметров модуляции сигналов. В зависимости от целевого назначения РЛС, вида зондирующего сигнала РПУ строят по двум основным схемам • однокаскадные РПУ (мощный автогенератор • многокаскадные РПУ (задающий генератор – усилитель мощности. В однокаскадных РПУ функции обеспечения требуемой энергетики и стабильности частоты зондирующего сигнала реализуются одним устройством автогенератором. РПУ с автогенератором СВЧ нашли широкое применение. Они используются в основном в РЛС старого парка (П, НАПР, П, ПРВ-13, ПРВ-16, ПРВ-17 и других РЛС. В таких устройствах вся генерируемая энергия СВЧ-сигнала вырабатывается мощным автогенератором при подаче на его анод питающего импульсного напряжения. РПУ рассматриваемого типа включает подмодулятор, модулятор, автогенератор СВЧ и источник питания [1, рис. 2.1]. 2.1. Радиопередающее устройство радиолокационной станции ПР Цикл работы РПУ задается импульсами запуска передатчика (синхронизирующими импульсами, которые поступают от хронизатора РЛС. Подмодулятор усиливает импульс запуска по мощности до величины, достаточной для управления коммутирующим элементом модулятора. Модулятор формирует мощные импульсы выходного напряжения заданной формы, поступающие в цепь питания генераторного прибора СВЧ [1, рис. 2.2]. Автогенератор СВЧ вовремя действия модулирующего импульса вырабатывает мощные импульсы электромагнитной энергии СВЧ. Выбор генераторного прибора и его конструкция определяются рабочей частотой, импульсной мощностью, полосой рабочих частот, системой охлаждения, стабильностью частоты и рядом других факторов. В РЛС метрового и длинноволновой части дециметрового диапазонов автогенераторы, как правило, выполняются на мощных металлостеклянных или керамических триодах. Колебательные системы таких генераторов образуются отрезками коаксиальных линий и межэлектродными ёмкостями генераторной лампы. В РЛC сантиметрового и коротковолновой части дециметрового диапазонов волн функцию автогенератора СВЧ выполняет магнетрон или стабилитрон. Источники питания вырабатывают необходимые напряжения для обеспечения электроэнергией элементов РПУ. В большинстве РЛС в состав источников питания входят повышающий трансформатор и высоковольтный выпрямитель, используемые для заряда электрической энергией накопителя модулятора. |