РЛС – это система. Радиолокационная станция: как развивалась новая система безопасности в России Станции рлс

Радиолокационная станция (РЛС) или рада́р (англ. radar от Radio Detection and Ranging - радиообнаружение и дальнометрия) - система для обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности и геометрических параметров. Использует метод, основанный на излучении радиоволн и регистрации их отражений от объектов. Английский термин-акроним появился в г., впоследствии в его написании прописные буквы были заменены строчными.

История

3 января 1934 года в СССР был успешно проведён эксперимент по обнаружению самолёта радиолокационным методом. Самолёт, летящий на высоте 150 метров был обнаружен на дальности 600 метров от радарной установки. Эксперимент был организован представителями Ленинградского Института Электротехники и Центральной Радиолаборатории. В 1934 году маршал Тухачевский в письме правительству СССР написал: «Опыты по обнаружению самолётов с помощью электромагнитного луча подтвердили правильность положенного в основу принципа». Первая опытная установка «Рапид» была опробована в том же же году , в 1936 году советская сантиметровая радиолокационная станция «Буря» засекала самолёт с расстояния 10 километров . В США первый контракт военных с промышленностью был заключён в 1939 году. В 1946 году американские специалисты - Реймонд и Хачертон, бывший сотрудник посольства США в Москве, написали: «Советские учёные успешно разработали теорию радара за несколько лет до того, как радар был изобретён в Англии».

Классификация радаров

По предназначению радиолокационные станции можно классифицировать следующим образом:

РЛС обнаружения;
РЛС управления и слежения;
Панорамные РЛС;
РЛС бокового обзора;
Метеорологические РЛС.

По сфере применения различают военные и гражданские РЛС.

По характеру носителя:

Наземные РЛС
Морские РЛС
Бортовые РЛС

По типу действия

Первичные или пассивные
Вторичные или активные
Совмещённые

По диапазону волн:

Метровые
Сантиметровые
Миллиметровые

Устройство и принцип действия Первичного радиолокатора

Первичный (пассивный) радиолокатор, в основном, служит для обнаружения целей, освещая их электромагнитной волной и затем принимая отражения (эхо) этой волны от цели. Поскольку скорость электромагнитных волн постоянна (скорость света), становится возможным определить расстояние до цели, основываясь на измерении времени распространения сигнала.

В основе устройства радиолокационной станции лежат три компонента: передатчик , антенна и приёмник .

Передающее устройство является источником электромагнитного сигнала высокой мощности. Он может представлять из себя мощный импульсный генератор. Для импульсных РЛС сантиметрового диапазона - обычно магнетрон или импульсный генератор работающий по схеме: задающий генератор - мощный усилитель, использующий в качестве генератора чаще всего лампу бегущей волны , а для РЛС метрового диапазона, часто используют - триодную лампу. В зависимости от конструкции, передатчик работает либо в импульсном режиме, формируя повторяющиеся короткие мощные электромагнитные импульсы, либо излучает непрерывный электромагнитный сигнал.

Антенна выполняет фокусировку сигнала приёмника и формирование диаграммы направленности , а также приём отражённого от цели сигнала и передачу этого сигнала в приёмник. В зависимости от реализации приём отражённого сигнала может осуществляться либо той же самой антенной, либо другой, которая иногда может располагаться на значительном расстоянии от передающего устройства. В случае, если передача и приём совмещены в одной антенне, эти два действия выполняются поочерёдно, а чтобы мощный сигнал, просачивающийся от передающего передатчика в приёмник не ослепил приёмник слабого эха, перед приёмником размещают специальное устройство, закрывающее вход приёмника в момент излучения зондирующего сигнала.

Приёмное устройство выполняет усиление и обработку принятого сигнала. В самом простом случае результирующий сигнал подаётся на лучевую трубку (экран), которая показывает изображение, синхронизированное с движением антенны.

Когерентные РЛС

Когерентный метод радиолокации основан на выделении и анализе разности фаз отправленного и отражённого сигналов, которая возникает из-за эффекта Доплера , когда сигнал отражается от движущегося объекта. При этом передающее устройство может работать как непрерывно, так и в импульсном режиме. Основным преимуществом данного метода является то, что он «позволяет наблюдать только движущиеся объекты, а это исключает помехи от неподвижных предметов, расположенных между приёмной аппаратурой и целью или за ней.»

Импульсные РЛС

Принцип действия импульсного радара

Принцип определения расстояния до объекта с помощью импульсного радара

Современные радары сопровождения построены как импульсные радары. Импульсный радар передаёт только в течение очень краткого времени, короткий импульс обычно приблизительно микросекунда в продолжительности, после чего он слушает эхо, в то время как импульс распространяется.

Поскольку импульс уходит далеко от радара с постоянной скоростью, время прошедшее с момента, когда импульс посылали, ко времени когда эхо получено, - ясная мера прямого расстояния до цели. Следующий импульс можно послать только через некоторое время, а именно после того как импульс придёт обратно, это зависит от дальности обнаружения радара (данным мощностью передатчика, усилением антенны и чувствительностью приёмника). Если бы импульс посылали раньше, то эхо предыдущего импульса от отдалённой цели могло бы быть перепутано с эхом второго импульса от близкой цели.

Промежуток времени между импульсами называют интервалом повторения импульса , обратная к нему величина - важный параметр, который называют частотой повторения импульса (ЧПИ) . Радары низкой частоты дальнего обзора, обычно имеют интервал повторения в несколько сотен импульсов в секунду (или Герц [Гц]). Частота повторения импульсов является одним из отличительных признаков, по которым возможно дистанционное определение модели РЛС.

Устранение пассивных помех

Одной из основных проблем импульсных РЛС является избавление от сигнала, отражающегося от неподвижных объектов: земной поверхности, высоких холмов и т. п. Если к примеру, самолёт находится на фоне высокого холма, отражённый сигнал от этого холма полностью перекроет сигнал от самолёта. Для наземных РЛС эта проблема проявляется при работе с низколетящими объектами. Для бортовых импульсных РЛС она выражается в том, что отражение от земной поверхности затеняет все объекты, лежащие ниже самолёта с радиолокатором.

Методы устранения помех используют, так или иначе, эффект Доплера (частота волны, отражённой от приближающегося объекта, увеличивается, от уходящего объекта - уменьшается).

Самый простой радар, который может обнаружить цель в помехах - радар с селекцией движущихся целей (СДЦ) - импульсный радар, который сравнивает отражения более чем от двух или больше интервалов повторения импульса. Любая цель, которая, движется относительно радара, производит изменение в параметре сигнала (стадия в последовательном СДЦ), тогда как помехи остаются неизменными. Устранение помех происходит путём вычитания отражений из двух последовательных интервалов. На практике устранение помех может быть осуществлено в специальных устройствах - черезпериодных компенсаторах или алгоритмами в программном обеспечении.

СДЦ, работающие с постоянной частотой повторения импульсов, имеют фундаментальную слабость: они являются слепыми к целям со специфическими круговыми скоростями (которые производят изменения фаз точно в 360 градусов), и такие цели не отображаются. Скорость, при которой цель исчезает для радиолокатора, зависит от рабочей частоты станции и от частоты повторения импульсов. Современные СДЦ излучают несколько импульсов с различной частоты повторения - такой, что невидимые скорости в каждой частоте повторения импульсов охвачены другими ЧПИ.

Другой способ избавления от помех реализован в импульсно-доплеровских РЛС , которые используют существенно более сложную обработку чем РЛС с СДЦ.

Важное свойство импульсно-доплеровских РЛС - это когерентность сигнала. Это значит, что посланные сигналы и отражения должны иметь определённую фазовую зависимость.

Импульсно-доплеровские РЛС обычно считаются лучше РЛС с СДЦ при обнаружении низколетящих целей во множественных помехах земли, это - предпочтительная техника, используемая в современном истребителе, для воздушного перехвата/управления огнём, примеры тому AN/APG-63, 65, 66, 67 и 70 радары. В современном доплеровском радаре большинство обработки выполняется отдельным процессором в цифровом виде с помощью цифровых сигнальных процессоров , обычно используя высокопроизводительный алгоритм Быстрое преобразование Фурье для преобразования цифровых данных образцов отражений кое во что более управляемое другими алгоритмами. Цифровые обработчики сигналов очень гибки и используемые алгоритмы могут обычно быстро заменяться другими, заменяя только память (ПЗУ) чипы, таким образом быстро противодействуя техники глушения противника если необходимо.

Устройство и принцип действия Вторичного радиолокатора

Принцип действия вторичного радиолокатора несколько отличается, от принципа Первичной радиолокации. В основе устройства Вторичной радиолокационной станции лежат компоненты: передатчик , антенна , генераторы азимутальных меток, приёмник , сигнальный процессор , индикатор и самолётный ответчик с антенной .

Передатчик . Служит для излучения импульсов запроса в антенну на частоте 1030 МГц

Антенна . Служит для излучения и приёма отражённого сигнала. По стандартам ICAO для вторичной радиолокации, антенна излучает на частоте 1030МГц, и принимает на частоте 1090 МГц.

Генераторы Азимутальных меток . Служат для генерации Азимутальных меток (Azimuth Change Pulse или ACP) и генерации Метки Севера (Azimuth Reference Pulse или ARP). За один оборот антенны РЛС генерируется 4096 малых азимутальных меток(для старых систем), или 16384 Малых азимутальных меток (для новых систем), их ещё называет улучшенные малые азимутальные метки (Improved Azimuth Change pulse или IACP), а также одну метку Севера. Метка севера приходит с генератора азимутальных меток, при таком положении антенны, когда она направлена на Север, а малые азимутальные метки служат для отсчёта угла разворота антенны.

Приёмник . Служит для приёма импульсов на частоте 1090 МГц

Сигнальный процессор . Служит для обработки принятых сигналов

Индикатор Служит для индикации обработанной информации

Самолётный ответчик с антенной Служит для передачи импульсного радиосигнала, содержащего дополнительную информацию, обратно в сторону РЛС при получении радиосигнала запроса.

Принцип Действия Принцип действия вторичного радиолокатора заключается в использовании энергии самолётного ответчика, для определения положения Воздушного судна. РЛС облучает окружающее пространства запросными импульсами на частоте P1 и P3, а также импульсом подавления P2 на частоте 1030 МГц. Воздушные суда оборудованные ответчиками находящиеся в зоне действия луча запроса при получении запросных импульсов, если действует условие P1,P3>P2 отвечают запросившей РЛС, Серией кодированных импульсов на частоте 1090 МГц, в которых содержится дополнительная информация типа Номер борта, Высота и так далее. Ответ самолётного ответчика зависит от режима запроса РЛС, а режим запроса определяется растоянием между запросными импульсами P1 и P3 например в режиме запроса А (mode A), расстояние между запросными импульсами станции P1 и P3 равно 8 микросекунд, и при получении такого запроса ответчик воздушного судна кодирует в импульсах ответа свой номер борта. В режиме запроса C (mode C) расстояние между запросными импульсами станции равно 21 микросекунде и при получении такого запроса ответчик воздушного судна кодирует в импульсах ответа свою высоту. Также РЛС может посылать запрос в смешанном режиме, например Режим А, Режим С, Режим А, Режим С. Азимут Воздушного судна определяется, углом поворота антенны, который в свою очередь определяется путём подсчёта Малых Азимутальных меток. Дальность определяется, по задержке пришедшего ответа Если Воздушное судно не лежит в зоне действия основного луча, а лежит в зоне действия боковых лепестков, или находится сзади антенны, то ответчик Воздушного судна при получении запроса от РЛС, получит на своём входе условие, что импульсы P1,P3

Плюсы вторичной РЛС, более высокая точность, дополнительная информация о Воздушном Судне (Номер борта, Высота), а также малое по сравнению с Первичными РЛС излучение.

Другие страницы

(нем.) Технология Радиолокационная станция
Раздел о радиолокационных станциях в блоге dxdt.ru (рус.)
http://www.net-lib.info/11/4/537.php Константин Рыжов - 100 великих изобретений. 1933 г. - Тейлор, Юнг и Хайланд выдвигают идею радара. 1935 г. - Радиолокационная станция CH дальнего обнаружения Уотсона-Уатта.

Литература и сноски

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "РЛС" в других словарях:

РЛС - Русская логистическая служба http://www.rls.ru/ РЛС радиолокационная станция связь Словари: Словарь сокращений и аббревиатур армии и спецслужб. Сост. А. А. Щелоков. М.: ООО «Издательство АСТ», ЗАО «Издательский дом Гелеос», 2003. 318 с., С … Словарь сокращений и аббревиатур

Радиотехнические системы обнаружения и измерения

Радиотехнические системы обнаружения и измерения выделяют полезную информацию из принятых сигналов. Это имеет место в системах радиолокации, радионавигации и радиотелеметрии. К радиотехническим системам обнаружения и измерения относятся также так называемые пассивные радиосистемы, когда радиопередатчик в системе отсутствует, а информация извлекается радиоприемным устройством из сигналов, поступающих от каких-либо естественных источников электромагнитных колебаний. Приемники сигналов радиотепловых источников (инфракрасных, или ИК-источников), называемые радиометрами, используются, в частности, в пассивной локации.

Радиолокационные системы

Радиолокация (от лат. locatio - расположение, размещение и означает определение местоположения объекта по сигналам, излучаемым самим объектом - пассивная локация - или отраженным от него сигналом, излучаемым самой радиолокационной станцией - РЛС - активная локация) - область науки и техники, предметом которой является наблюдение различных объектов (целей) радиотехническими методами: их обнаружение, определение пространственных координат и направление движения, измерение дальности и скорости движения, разрешение, распознавание и др. Обнаружением называют процесс принятия решения о наличии в радиолокационном луче целей с допустимой вероятностью ошибочного решения. При определении местоположения целей оценивают их координаты и параметры движения, в том числе скорость. Итак, определение местоположения целей разделяется на две задачи:

Определение дальности (дальнометрия);

Определение условных координат (радиопеленгация).

Под разрешением понимают возможность раздельно обнаруживать и измерять координаты одной цели при наличии других, близкорасположенных. Распознавание - получение радиолокационных характеристик различных объектов, выбор информативных устойчивых признаков и принятие решения о принадлежности этих признаков к тому или иному классу. Технические средства получения информации о радиолокационных целях и называются радиолокационными станциями или системами. Носителями радиолокационной информации служат приходящие от целей радиолокационные сигналы. Они образуются в результате вторичного излучения, т. е. либо переизлучения первичного излучения специальной аппаратурой или поверхностью цели, либо собственного электромагнитного излучения целей. Соответственно различают методы активной радиолокации, радиолокации с активным ответом и пассивной радиолокации. В первых двух случаях РЛС излучает в направлении на цель зондирующий сигнал, в последнем - облучения целей не требуется. В англоязычной литературе пассивные РЛС называют primary radar - первичными радиолокаторами. Основной целью радиолокации является установление связи между параметрами передающей (приемной) системы и характеристиками отраженного и рассеянного радиолокационной целью излучения с учетом их взаимного расположения в пространстве. Для решения такой задачи при проектировании РЛС используется фундаментальное соотношение, которое носит название основного уравнения радиолокации и служит для оценки предельной дальности Rmax (в локации принято дальность обозначать не D, a R) обнаружения локатором радиолокационной цели (предполагается, что приемник и передатчик совмещены в пространстве и «работают» на одну антенну):

Рис. 1. Импульсная РЛС:

а - структурная схема; б - упрощенные временные диаграммы

Генератор импульсов вырабатывает достаточно короткие (доли или единицы микросекунд) импульсы (1 на рис. 1, б), которые определяют частоту посылок радиосигналов РЛС. Эти импульсы поступают на передатчик и измеритель. В передатчике с помощью модулятора из несущего колебания формируют высокочастотные импульсы 2 (осуществляется импульсная модуляция), называемые радиоимпульсами, которые излучают в окружающее пространство. Антенный переключатель подключает антенну к передатчику во время излучения радиоимпульсов и к приемнику - в интервалах между ними. Отраженные от объекта и уловленные антенной РЛС радиоимпульсы 3 попадают в приемник. Отраженные радиоимпульсы располагаются в интервалах между излученными импульсами (соответственно О и И на рис. 1, б), небольшая часть мощности которых через антенный переключатель также проникает в приемник. После усиления и детектирования в приемнике отраженные импульсы 4 поступают в измеритель. Сравнение в измерителе отраженного импульса с его излученной копией, поступающей с генератора импульсов, позволяет получить информацию об объекте. В частности, дальность до обнаруженного объекта определяется по времени задержки излученного сигнала t 3 в соответствии с известной формулой

Работают РЛС обычно в диапазонах метровых, дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн, так как в этом случае удается создать узкие (игольчатые) диаграммы направленности при приемлемых габаритных размерах антенн. В настоящее время принцип действия множества радиолокаторов основан на эффекте Доплера (1842 г. К. Доплером установлена зависимость частоты звуковых и световых колебаний от взаимного движения источника и наблюдателя; К. Doppler; 1803-1853).

Пассивные РЛС. Известно, что в реальных земных условиях все тела излучают собственное тепловое или радиоизлучение, интенсивность которого больше в ИК-диапазоне и видимом оптическом диапазоне и существенно меньше в радиодиапазоне волн. Тем не менее установлено, что в радиодиапазоне на коротких сантиметровых и миллиметровых волнах оно оказывается весьма заметным и может нести важную полезную информацию. Прием такого излучения может выполняться скрытно от обнаруживаемого объекта. На рис. 2 показана простейшая функциональная схема системы пассивной лока

Рис. 2. Функциональная схема пассивной локации объектов

ции объектов на фоне неба или подстилающей земной поверхности. На вход высокочувствительного радиометра 1 по тракту 2 поступает принятое антенной 3 собственное ИК-излучение объекта 4. В радиометре полученная информация об объекте регистрируется и обрабатывается.

Нелинейные РЛС . Существенное увеличение числа радиолокационных задач стимулирует поиск нетрадиционных методов построения локаторов. Один из таких методов основан на использовании нелинейного рассеяния электромагнитных волн. Под нелинейным рассеянием электромагнитных волн в радиолокации понимают явление обогащения спектра сигнала, переотраженного обнаруживаемой целью, по сравнении со спектром сигнала облучающего электромагнитного поля. Такой эффект возникает за счет нелинейных свойств отдельных отражающих элементов цели. Специалистами в области радиотехники давно замечено, что некачественно выполненные электрические соединения и разъемы радиотехнических устройств, расположенные вблизи мощного передатчика РЛС, при их облучении электромагнитным полем могут создавать сигналы на частотах, отличных от частоты излучения. Эти свойства нелинейности электрических соединений были всесторонне изучены и применены на практике. Лабораторные испытания показали, что значительная часть плотных механических соединений металла с металлом и тщательно выполненные пайки практически обладают свойствами пассивных сопротивлений. Поэтому при протекании через них переменного тока не возникают ни гармоники, ни комбинационные частоты. Однако если между металлами нет плотного молекулярного контакта и имеющийся воздушный зазор составляет очень небольшую часть длины волны облучающих их колебаний, то образуется значительная нелинейная проводимость, на концах которой возникает разность потенциалов вплоть до 1 В. При этом прямая ветвь вольт-амперной характеристики стального перехода подобна аналогичной характеристике обычного полупроводникового диода. Для контакта металл-металл с протекающим в нем переменным током характерно преобладание генерации нечетных гармоник излучения передатчика локатора, причем наиболее ярко выражена третья гармоника, в отличие от полупроводников, где преобладает генерация второй гармоники. Зазор, необходимый для получения нелинейной проводимости между металлами, должен быть около 100 А, поэтому в большинстве сложных металлических объектов имеется очень много «генераторов гармоник», каждый из которых образован металлическими частями, поворачивающимися, скользящими или неподвижными относительно друг друга. Это могут быть шарнирные крепления дверей, листовые рессоры, стеклоочистители, инструментальные ящики, разводные гаечные ключи, монеты и т. д. На сегодняшний день известны два варианта построения нелинейных РЛС с использованием передатчика, работающего:

На одной частоте, и приемника гармоник этой частоты;

На двух частотах (f 1 и f 2), и приемника, настроенного на сильный сигнал одной из комбинационных (разностной или суммарной между f 1 и f 2) частот.

В последнем случае нелинейный контакт двух материалов выполняет роль находящегося на расстоянии нелинейного смесителя частот, вырабатывающего ряд комбинационных частот. Первый вариант проще в реализации. При отработке систем связи такие РЛС используют для локализации источников интермодуляционных искажений - ИМИ; intermodulation distortions -IMD («эффект ржавого болта»). Присущая нелинейному радиолокатору защищенность от помех естественного происхождения определяет возможность его применения в сугубо военных целях для выделения объектов искусственного происхождени (например танков, бронетранспортеров) на фоне земных покровов. Уникальные свойства такой РЛС наделяют ее потенциально важной ролью во многих применениях, где не требуется большая дальность (например, в обнаружителях подслушивающих устройств).

Кратко коснемся акустоэлектронных и оптических систем извлечения информации. Развитие акустоэлектронных систем извлечения информации, работающих по принципу РЛС, потребовало разработки мощных импульсных ультразвуковых генераторов и соответствующих систем обработки отраженных от объектов акустических сигналов сложной формы. По аналогии с РЛС (радарами) такие системы назвали сонарами (от англ. SONAR - SOund Navigation And Ranging - гидролокатор, эхолот). Установлено, что современные сонары позволяют «видеть» и исследовать внутренние органы человека, заглянуть в глубь Земли на расстояние до 5 км, находить в морской воде рыбные косяки и подводные лодки на глубине до 10 км.

С появлением мощных импульсных оптических излучателей направленного действия (лазеров) начали интенсивно развиваться оптические системы извлечения информации. По аналогии с радарами такие системы стали называть лидарами (лазерные локаторы ИК-диапазона). Современные лидары позволяют определять расстояние от Земли до Луны с точностью до нескольких метров, наблюдать искривление земной поверхности при приливах, определять координаты спутников и летающих объектов, состав атмосферы и наличие в ней загрязняющих примесей.

Прибор И – индикатор. Назначение:

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

Определение координат надводных объектов и решение навигационных задач графическим путём.

Синхронизация и управление режимами работы станции.

Формирование импульсов запуска передающего устройства.

Формирование импульсов запуска вспомогательных устройств.

Формирование импульсов сигнала курса для вспомогательных устройств.

Обеспечение автономного питания собственных блоков и устройств.

Устройство и принцип работы:

Прибор И состоит из следующих трактов и узлов:

Тракт временной синхронизации.

Тракт временной развёртки.

Тракт визира и меток дальности.

Тракт визира направления.

Тракт ввода информации.

Тракт режима истинного движения.

Цифровое табло дальности и направления.

Электронно-лучевая трубка и отклоняющие системы.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Прибор П-3 – приемопередатчик. Назначение:

Прибор П –3 (приёмопередатчик) предназначен для:

Формирования и генерирования зондирующих импульсов СВЧ;

Приема, усиления и преобразования в видеосигнал отражённых радиолокационных сигналов.

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

Состав прибора:

· блок СВЧ – 3 (блок сверхвысокой частоты).

· блок МП (модулятор передатчика).

· блок ФМ (фильтр модулятора).

· блок АПЧ (блок автоматической подстройки частоты)

· блок УР (усилитель регулируемый)

· блок УГ (усилитель главный)

· блок НК – 3 (блок настройки и контроля)

· блок АСУ (блок автоматической стабилизации и управления)

· субблок ФС (формирователь синхроимпульсов)

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

Работу прибора рассмотрим на его структурной схеме.

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

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

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

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

Прибор А – антенное устройство. Назначение:

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

Основные данные прибора А.

Ширина диаграммы направленности:

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

В вертикальной плоскости - 20° ± 0,1

Частота вращения антенны 19 ± 4 обор / мин.

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

Габаритные размеры:

Длина – 833 мм

Ширина – 3427 мм

Высота – 554 мм

Вес – 104 кг.

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

блок ПА – поворотная часть антенны

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

Работа прибора А.

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

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

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

Прибор КУ – контакторное устройство. Назначение:

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

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

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

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

Преобразователь АЛЛ – 1,5м. Назначение:

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

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

УПРАВЛЕНИЕ РАБОТОЙ РЛС.

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

Органы управления разделяются на оперативные и вспомогательные .

С помощью оперативных органов управления:

Включается и выключается станция. (27)

Переключаются шкалы дальности. (14)

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

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

Отключается отметка курса. (7)

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

Регулируется яркость подсвета панели и шкал. (2)

С помощью вспомогательных органов управления:

Включается и выключается вращение антенны. (26)

Включается связь индикатора с лагом и гирокомпасом.

Согласовываются показания подвижной шкалы визира направлений. (29)

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

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

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

Настраивается гетеродин прибора П –3.

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

Отключается питание модулятора прибора П –3.

Устанавливается яркость свечения экрана ЭЛТ и фокусируется луч.

Осуществляется включение поворотного устройства антенны. (26)

Включение обогрева антенны осуществляется на приборе КУ

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

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

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

ОБСЛУЖИВАНИЕ РЛС.

Перед включением РЛС необходимо:

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

Установить органы управления в положение, указанные в таблице.

Наименование органа управления

Положение органов управления перед включением индикатора

Тумблер «РЛС – Откл.» Регулятор «Дождь» Регулятор «Яркость ВН» Регулятор «Яркость ВД» Регулятор «Яркость МД» Регулятор «Волны» Регулятор «Усиление» Регулятор «Подсвет шкал» Регулятор «Яркость развёртки, ОК» Переключатель «Курс – Север – Север ИД» Кнопка «Сброс в центр» Регуляторы «Смещение центра» Регуляторы «Учет сноса: скорость, направление» Регулятор «Скорость вручную» Кнопка «Ложные сигналы» Тумблер «Гирокомпас – Откл.» Тумблер «Антенна – Откл.»

«Откл.» Крайнее левое Среднее Среднее Среднее Крайнее левое Среднее Среднее В фиксированном на заводе «Курс» Включена Среднее 0 по оцифрованной шкале 0 по оцифрованной шкале Включена «Откл.» «Откл.»

Остальные ораны управления, могут оставаться в произвольном положении.

Включение станции.

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

На индикаторе:

Выключатель «РЛС – откл.» устанавливают в положение РЛС

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

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

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

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

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

Приёмопередатчик включается с помощью кнопочного переключателя. (6)

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

Центр развёртки смещается в выбранную точку потенциометрами (33)

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

Данные скорости своего судна могут вводится вручную (35)

Поправка на снос за течение вводится потенциометром (35)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ВЫКЛЮЧЕНИЕ СТАНЦИИ ПРОИЗВОДИТСЯ:

· Снятием питания тумблером «РЛС – откл.»

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

· Отключением напряжения от элементов связи с лагом и гирокомпасом.

Начнем сначала – что же такое радиолокация и для чего она нужна? В первую очередь хочется отметить, что радиолокация – это определенная отрасль радиотехники, которая помогает при определении различных характеристик окружающих объектов. Действие радиолокации направлено на подачу радиоволн объектом на устройство.

РЛС, радиолокационная станция – это определенная совокупность различных устройств и аппаратов, которые позволяют осуществлять наблюдения за объектами. Радиоволны, которые подаются РЛС могут обнаружить исследуемую цель и составить ее подробный анализ. Радиоволны преломляются и как бы «рисуют» образ объекта. Радиолокационные станции могут работать при любых погодных условиях и отлично обнаруживать любые объекты на земле, в воздухе или в воде.

Принципы работы РЛС

Система действий проста. Радиоволны из станции направляются на объекты, при встрече с ними волны преломляются и отражаются обратно к РЛС. Это называется радиоэхо. Для обнаружения данного явления в станции устанавливаются радиопередатчики и радиоприемники, которые имеют высокую чувствительность. Раньше, еще пару лет тому назад, радиолокационные станции требовали огромных затрат. Но не сейчас. Для правильной деятельности устройств и определения объектов нужно совсем немного времени.

Все работы РЛС базируются не только на отражении волн, но также и на их рассеивании.

Где может быть использована РЛС?

Сфера применения радиолокационных систем достаточно широка.

Первой отраслью будет военная. Используется для определения земных, водных и воздушных целей. РЛС совершают контроль и обзор территории.
Сельское и лесное хозяйство. При помощи подобных станций специалисты проводят исследования для изучения почвы и растительных массивов, а также для обнаружения различного рода возгораний.
Метеорология. Изучение состояния атмосферы и составление прогнозов, на основе полученных данных.
Астрономия. Ученые с помощью станций РЛ изучают далекие объекты, пульсары и галактики.

РЛС в автоиндустрии

С 2017 года в МАИ ведутся разработки, которые направлены на создание малогабаритной радиолокационной станции для беспилотных автомобилей . Такие небольшие бортовые аппараты смогут быть установлены в каждый автомобиль в ближайшем будущем. В 2018 году уже проводятся испытания нестандартных РЛС для беспилотных летающих аппаратов. Планируется, что подобные устройства смогут определять земные объекты на дистанции до 60 километров, морские – до 100 км.

Стоит напомнить, что в 2017 также была представлена бортовая двухдиапазонная РЛС небольшого размера. Уникальное устройство было разработано для обнаружения различного рода объектов и предметов при любых условиях.

РЛС состоит из следующих основных элементов:

Передающее устройство;

Приемное устройство;

Антенный коммутатор и антенное устройство;

Оконечное устройство;

Синхронизатор.

Структурная схема РЛС показана на рис.5.2.

Рис.5.2 Структурная схема радиолокационной станции.

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

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

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

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

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

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

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

Определение момента открытия приемника и интервала его работы.

При этом принципиально возможны следующие способы синхронизации:

1. Синхронизация от передатчика к оконечному устройству.

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

2. Синхронизация от оконечного устройства к передатчику.

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

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

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

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

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

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