СОЗДАНИЕ И РАЗВИТИЕ НАЗЕМНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СРЕДСТВ ЦЕЛЕУКАЗАНИЯ В ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ РОССИИ – ЧАСТЬ 4

February 3, 2013 by admin Комментировать »

Рис. 17. РЛС «НЕВА». Fig. 17. RLS «NEVA»

Рассмотренные первичные РЛС «УТЁС-Т», «УТЁС-А», АОРЛ-1АП, «АМУР», «НЕВА» при эксплуатации на радиолокационной позиции объединяют для совместной работы с вторичным радиолокатором (радиолокатор с активным ответом), создавая тем самым радиолокационный комплекс (РЛК). К применяемым в ГА вторичным радиолокаторам относятся: «КОРЕНЬ-АС», «РАДУГА», «РАДУГА-М», «КРОНА», «МВРЛ-СВК», «ЛИРА-В». Одной из трудностей, с которой сталкиваются разработчики вторичных радиолокаторов, является необходимость обеспечения работы РЛС в двух частотных диапазонах на ортогональных поляризациях. Для работы вторичных радиолокаторов выделены: частота канала запроса 1030 МГц и частота приёма ответных сигналов 1090 МГц в международном диапазоне (режим RBS) и частоты, близкие к 740 МГц, в отечественном диапазоне (режим УВД). При этом в режиме RBS поляризация излучённых электромагнитных волн вертикальная, а в режиме УВД – горизонтальная. Антенные системы вторичных радиолокаторов строят либо в виде линейных антенных решёток (АР) (например, антенна РЛС «КОРЕНЬ-АС» (рис. 18)), либо в виде плоских АР с механическим вращением по азимуту, обеспечивающих веерную ДН косекансной формы в вертикальной плоскости.

Антенна радиолокатора «КОРЕНЬ-АС» формирует две ДН: одна – направленная используется при излучении (приёме) сигналов запроса (ответа), вторая – ненаправленная применяется для подавления боковых лепестков ДН. Уровень боковых лепестков направленной антенны составляет – 24 дБ, ширина ДН в горизонтальной плоскости 3,0±0,3° (режим УВД) и 2,0±0,2° (режим RBS). По основному каналу система питания излучателей обеспечивает синфазное и оптимальное Дольф-Чебышевское амплитудное распределение токов возбуждения. По каналу подавления, кроме АР, используется дополнительный излучатель, предназначенный для формирования электромагнитного поля в заднем полупространстве основной антенны.

Рис. 18. РЛС «КОРЕНЬ-АС».

Fig. 18. RLS «KOREN-AS»

Антенная система МВРЛ-СВК создана в виде плоской АР (рис. 19) и представляет собой две линейные антенные решётки в горизонтальной плоскости с эквидистантно расположенными излучателями, каждый из которых выполнен в виде двух вложенных одна в другую вертикальных решёток плоских вибраторов, состоящих из 9 вибраторов горизонтальной поляризации и 8 вибраторов вертикальной поляризации. Общее количество таких вертикальных элементов излучения 34. Из них 33 элемента расположены спереди и формируют в переднем полупространстве суммарную, разностную и ДН подавления, а 34-й элемент создаёт ДН подавления в заднем полупространстве антенны.

Рис. 19. РЛС «МВРЛ-СВК».

Fig. 19. RLS «MVRL-SVK»

Объединение первичных и вторичных РЛС позволяет создавать как трассовые, так и аэродромные РЛК с целью:

–         обеспечения 100% дублирования всех средств, необходимых для управления воздушным движением;

–         решения задач двойного назначения.

Типичным представителем таких РЛК является

комплекс «ЛИРА-Т» (рис. 20), созданный модернизацией РЛС П-37 (1РЛ139-2) путём встраивания вторичного радиолокатора, запросчика госопознавания (ЗГО) и аппаратуры первичной обработки информации (АПОИ).

В процессе модернизации использовалась приёмопередающая кабина РЛС П-37 и нижнее зеркало антенной системы, при этом производилось встраивание нового облучателя с каналом ЗГО. Вместо верхнего зеркала устанавливалась двухдиапазонная антенная решётка вторичного радиолокатора. Можно отметить, что антенные системы первичного и вторичного радиолокаторов расположены «спина к спине» (рис. 20).

В приёмопередающей кабине устанавливались три приёмопередающих канала с системами СДЦ от РЛС «ЛИРА-1», аппаратура вторичного радиолокатора и ЗГО. Передача данных на АПОИ и приём команд осуществлялся по стандартному каналу передачи данных через высокочастотный токосъёмник.

Аэродромный РЛК «ЛИРА-АЮ» (рис. 21), работает в 10 см диапазоне длин волн. В состав РЛК входят: первичный радиолокатор с аппаратурой обработки и объединения РЛИ и вторичный радиолокатор.

В составе первичного радиолокатора:

–         антенный модуль, состоящий из: двухлучевой антенной системы, опорно-поворотного устройства, токосъёмника, СВЧ вращающихся сочленений приводов азимутального вращения, сборной башни, набираемой секциями по 5 м в зависимости от радиолокационной позиции и обеспечивающей высоту подъёма фазового центра антенной системы до 18 м;

–         аппаратный модуль, состоящий из: передающего устройства на клистроне, полностью твёрдотельного приёмного устройства, системы цифровой обработки эхо-сигналов и первичной обработки информации, головного процессора и вспомогательных систем (электропитания, охлаждения, пожаротушения и т. п.).

Антенная система, содержащая зеркальную антенну, формирует двухлучевую ДН веерного типа, обеспечивающую перекрытие зоны обзора по углу места до 45°. Антенна вторичного радиолокатора размещается на одном поворотном устройстве с антенной первичного радиолокатора по принципу «спина к спине» (антенны развернуты друг относительно друга на 180 ).

Рис. 20. РЛК «ЛИРА-Т». Fig. 20. RLC «LIRA-Τ»

Рис. 21. РЛК «ЛИРА-АЮ».

Fig. 21. RLC «LiRA-AIO»

Схожие конструктивное выполнение и технические характеристики имеют обзорные первично-вторичные радиолокаторы «АОРЛ-85МТА» (рис. 22) и «АОРЛ- 99МТА» (рис. 23), работающие в L-диапазоне (23…24 см) по первичному каналу.

Рис. 23. РЛК «АОРЛ-99МТА». Fig. 23. RLC «AORL-99MTA»

Рис. 22. РЛК «АОРЛ-85МТА». Fig. 22. RLC «AORL-85MTA»

В обзорном первично-вторичном радиолокаторе «ОРЛ-2003МТА» (рис. 24) L-диапазона (23…24 см) антенна вторичного радиолокатора установлена над антенной первичного канала на общем основании. В отличие от «АОРЛ-85МТА» и «АОРЛ-99МТА» первичный канал «ОРЛ-2003МТА» имеет твёрдотельный передатчик.

В развитии техники построения посадочных радиолокаторов можно отметить две тенденции. Во- первых, это использование в качестве антенн фазированных антенных решёток, а во-вторых, совмещение обзорных аэродромных РЛС с посадочными радиолокаторами.

Радиолокационные системы управления посадкой, разработанные как основные средства обеспечения посадки военных самолетов, получили широкое распространение в 50-60 годах, в первую очередь, из-за своей простоты, мобильности и слабой оснащенности самолетов бортовыми системами обеспечения посадки. Посадочные радиолокаторы являются также составной частью радиолокационных систем управления, как правило, военного назначения, предназначенных не только для управления посадкой, но и для решения задач управления полетами в районе аэродрома при взлетах и заходах на посадку.

Рис. 24. РЛК «ОРЛ-2003МТА».

Fig. 24. RLC «ORL-2003MTA»

В настоящее время радиолокационные системы посадки применяются как на военных аэродромах в качестве основного средства посадки, так и в качестве вспомогательного средства на аэродромах ГА. В современных системах сохраняется управление посадкой по командам с земли, передаваемым с наземных средств по линии связи и передачи данных. При автоматической посадке роль летчика сводится к визуальному (или с помощью специальных средств) контролю правильности выполнения команд посадки и вмешательству, при необходимости, в процесс управления. Получение одновременно информации о воздушной обстановке в аэродромной зоне и информации, обеспечивающей управление самолетами, находящимися на посадочной прямой, достигается использованием двух антенн (кругового обзора и глиссады) [5].

IV.         Направления развития обзорных РЛС третьего поколения

Оценивая совершенствование РЛС целеуказания третьего поколения, начавшееся с середины 80-х годов, можно отметить эволюцию пространственной и временной обработки сигналов.

в качестве антенных систем получили должное развитие активные фазированные решётки, осуществляющие оптимальную пространственную обработку сигналов за счёт раздельного управления амплитудой и фазой в каждой точке раскрыва антенны. К достоинствам АФАР относятся [6]:

–          возможность многофункциональной работы РЛС с гибким управлением пространственными характеристиками и высоким энергетическим потенциалом (возможность формировать: провалы в ДН в направлении постановщика помех; несколько лучей ДН; независимые ДН на передачу и приём и эффективно сочетать режимы обнаружения и сопровождения целей);

–          адаптация к быстроменяющимся условиям и сложной помеховой обстановке;

8..      высокая надёжность, обеспечиваемая наличием большого количества излучателей и их функциональными возможностями (наработка на отказ твёрдотельных усилителей составляет 10"’…10®ч; АФАР .12 Ю®ч; передатчика на ЛБВ – 300…500 ч; причём, можно отметить, что отказ в твёрдотельном передатчике не наступает мгновенно, и неисправности накапливаются постепенно);

–          простота эксплуатации твёрдотельных АФАР вследствие отсутствия высокого напряжения (питающие напряжения активных модулей достаточно низкие-24…30 В);

–          отсутствие необходимости регулировки усилителей в процессе эксплуатации вследствие их высокой фазовой стабильности;

–          малые массогабаритные характеристики твёрдотельных приёмо-передающих модулей (ППМ) АФАР;

–          работа в широкой полосе рабочих частот и секторе сканирования с управляемой поляризацией, что позволяет обнаруживать малоразмерные цели и осуществлять идентификацию объектов.

В качестве дополнительных достоинств АФАР перед антеннами с механическим сканированием в части обработки РЛИ можно отметить отсутствие дополнительной модуляции сигналов во времени и изменение коэффициента усиления антенны вследствие её механического вращения, что позволяет упростить когерентную обработку радиолокационных сигналов.

Основой перспективных РЛС является применение для ФАР (либо АФАР) технологии цифрового диаграммообразования (ЦЦО) [4,6]. Хотя цифровое формирование луча применимо как в режиме передачи, так и приёма, основные свои преимущества оно реализует в режиме приёма. Технология ЦДО и полномерная цифровая обработка сигналов (ЦОС) дают РЛС следующие преимущества. Во-первых, РЛС способна воспринять всю информацию про- странственно-временных полей в раскрыве АР. Во- вторых, цифровые частотные фильтры, характеристики которых отличаются высокой повторяемостью, обеспечивают практически полную компенсацию помех. В сочетании с расширением динамического диапазона при накоплении сигнала в процессе про- странственно-временной обработки это даёт высокую помехозащищённость РЛС. Подавление помех в модульной АФАР можно производить дважды: при обработке в модуле и при межмодульной обработке [6]. Кроме этого, пространственная обработка в модуле производится по всему амплитудно-фазовому пространственному распределению АФАР, а не только по фазовому распределению, как у аналоговой АР. При этом результирующий уровень подавления помех составляет-50…-60 дБ при низком уровне боковых лепестков ДН. В-третьих, при ЦДО в АФАР может быть реализован принцип интегрированной апертуры, под которым понимается объединение антенной системы и высокочастотных блоков всех типов в единую структуру, что уменьшает побочное излучение и потери. Например, переход к применению ЦДО в АФАР систем GPS позволяет довести уровень подавления помех до 90. ..100 дБ [4]. Уместно отметить, что существующие средства GPS навигации теряют работоспособность при воздействии одиночного источника помех мощностью всего лишь 0,25 Вт с дальности 4 км.

В настоящее время, благодаря достижениям в области СВЧ электроники, монокристальной электроники АЦП и ЦАП возникни новые возможности создания цифровых АФАР. Достигнутый уровень технологии АЦП даёт возможность проводить аналого-цифровое преобразование сигналов с частотой дискретизации fa > 200 МГц с восемью и более разрядами, что позволяет эффективно обрабатывать сигналы с полосой 10…20 МГц. Проведенный в [6] анализ необходимой производительности цифровых вычислителей для АФАР позволяет сделать следующие выводы. Для АФАР, имеющей около 2000 элементов, с числом формируемых лучей 10 при полосе обрабатываемых сигналов в каждом луче 1 МГц для пространственной обработки сигналов требуется производительность: в действительных операциях Пд = 16-10””оп/с; при частотновременной обработке Пчв = 8-10”°. Таким образом, средняя производительность для пространственной и частотно-временной обработки сигналов составляет 10^\..10 ^оп/с действительных операций. Несмотря на такие высокие требования при осуществлении параллельной цифровой обработки в модулях и вычислителе АР, эти требования могут быть реализованы на базе серийно выпускаемых сигнальных процессоров, например. Tiger Shark (Analog Device), TMS (Texas Instruments) и Power PC (Motorola). Можно также отметить возможность использования готовых изделий фирмы Bit Ware, предназначенных для встраивания в соответствующие шины при организации обмена данными (Compact PCI, PMC, PCI, VME).

Среди отечественных процессоров можно выделить ячейки многоканальных АЦП и сигнальных процессоров на базе порого-логических интегральных схем (ПЛИС) фирмы Xilins, реализующих алгоритм предварительной пространственной и частотновременной обработки сигналов. Возможно применение ячеек вычислителя на базе отечественных ней- ро-матричных сигнальных процессоров NM 6403 и NM 6404, чипов DSM, содержащих четыре канала быстродействующих АЦП и ЦАП и скалярный процессор. Можно отметить, что нейрочип NM 6404 позволяет выполнить векторно-матричные операции с размерностью 64 х 64 с тактовой частотой

100..           .200 МГц.

В настоящее время одной из новых технологий, применяемой в АФАР, является использование «аналоговой фотоники» [8]. Термин «аналоговая фо- тоника» характеризует совокупность оптоэлектронных приборов и оптических интегральных схем, объединённых волоконно-оптическими линиями связи. Аналоговая фотоника применяется в АФАР для:

–          создания фазостабильной разводки сигналов гетеродинов, опорных сигналов, сигналов контроля фазового фронта и фазовой синхронизации разнесённых АФАР;

–         передачи принятого сигнала от модулей АФАР для дальнейшего усиления и обработки;

–         формирования и управления ДН АФАР и синтеза многолучевых ДН;

–         адаптации;

–         передачи мощных фазированных сигналов на модули АФАР и их замены на оптоэлектронные модули;

–         идентификации целей (использование аналоговых оптических процессоров и нелинейной фильтрации с голографической памятью);

–         построения полностью оптических РЛС с АФАР.

Применение аналоговой фотоники позволяет получить многократный выигрыш по таким параметрам РЛС как:

–         полоса, длительность импульсов (до трёх порядков);

–         точность фазирования (до двух порядков);

–         быстродействие (до трёх порядков);

–         энергопотребление (в несколько раз);

–         габариты, вес, металлоёмкость (до двух порядков).

Кроме этого, фотоника позволяет получить новое качество при обработке сигналов РЛС – мгновенное преобразование Фурье и идентификацию целей [8].

Примерами РЛС с 14ДО служат следующие станции.

В РЛС 55Ж6У (рис. 25) цифровое формирование ДН осуществлено в метровом диапазоне волн [4].

Рис. 25 РЛС «55Ж6У»

Fig. 25. RLS «55ZH6U»

АФАР трёхкоординатной РЛС «67Н6Е» («ГАММА- ДЕ») с размерами 8 х 5,2 м, работающая в дециметровом диапазоне волн, приведена на рис. 26. Антенна содержит 1024 излучателя, каждый из которых возбуждается отдельным усилителем. В выходном каскаде усилителя использовали два транзистора типа 2Т979А, включённые параллельно. Выходная средняя мощность каждого усилителя равна 20 Вт, а импульсная – 100 Вт. Потери в согласующей цепи усилителя и в самом усилителе уменьшают излучаемую импульсную мощность одного канала АФАР до 55 Вт, а среднюю – до 10 Вт. При полностью исправных усилителях средняя излучаемая мощность

АФАР равна примерно 10 кВт. Заданная для РЛС «67Н6Е» дальность обнаружения цели обеспечивается при излучении не менее 8 кВт средней мощности, вследствие этого АФАР допускает отказ до 20 % усилителей без нарушения основных технических характеристик станции. При модернизации АФАР в выходном каскаде усилителя транзисторы были заменены более мощными типа А885А. Такая замена позволила поднять выходную импульсную мощность усилителя со 100 до 200 Вт, что создало запас энергетического потенциала РЛС. Кроме того, так как транзистор А885А имеет более высокий КПД, то был облегчен температурный режим передающего модуля.

АФАР устанавливалась на вращающейся платформе в рабочем положении (рис. 26). На платформе кроме системы делителей, усилителей мощности, фазовращателей и излучателей расположены источники питания усилителей мощности и система их воздушного охлаждения. Свёртывание и развёртывание антенны, транспортируемой на прицепе тягача, осуществляется в течение 5-и минут собственным механизмом. В состав РЛС «67Н6Е» входят прицеп с аппаратурой обработки информации и рабочими местами операторов, а также электростанция.

Рис. 26. АФАР РЛС «67Н6Е» («ГАММА-ДЕ») Fig. 26. RLS «67Ν6Ε» («GAMMA-DE»)

Основные технические характеристики РЛС «67Н6Е» [6]:

–         зона обнаружения: по дальности 10…360 км; по азимуту 360°; по углу места 30° (40°); по высоте 30 км (60 км);

–         дальность обнаружения по цели с Зц = 2 м^ – 350 км (360 км);

–         период обновления информации 10 с;

–         коэффициент подавления отражений от местных предметов 45 дБ;

–         количество сопровождаемых целей 100…200;

–         точность измерения координат: дальности 100 м; азимута 10. ..15’; угла места 15. ..20’; высоты 600 м;

V.                                   Заключение

Развитие электроники привело к сокращению радиоаппаратуры и включению её в состав антенного комплекса, созданию полностью твёрдотельных, интегрированных с излучателем антенных модулей, содержащих элементы питания, усилитель, фазовращатель, систему термостабилизации [7].

Монтаж перспективной РЛС четвёртого поколения заключается в размещении антенных модулей на опорной металлоконструкции антенного комплекса и их соединении с аппаратурой, располагаемой вне – это аппаратура формирования требуемых для работы РЛС сигналов и синхронизации, включающая: многоканальное приёмное устройство, вычислитель, обеспечивающий адаптивное формирование ДН, первичную и вторичную обработку радиолокационного сигнала и функциональный контроль. Однако, благодаря постоянному развитию элементной базы и эта аппаратура может быть совмещена и интегрирована в едином модуле.

Развитие аналоговой фотоники несомненно окажет своё влияние на структуру антенных модулей, и в XXI веке обзорные РЛС целеуказания превратятся в своеобразный технический аналог глаза, обеспечивающий радиовидение [8].

VI. Список литературы

1.  Вопросы перспективной радиолокации. Под ред. д. т. м., проф. А. В. Соколова, М., Радиотехника, 2003, 508 с.

2.  Петухов С. И., Шестов И. В. История создания и развития вооружения и военной техники ПВО сухопутных войск России, М., Межакадемическое изд-во «Вооружение. Политика. Конверсия», 2003, 610 с.

3.  Нечаев Е. Е., Большаков Ю. П. Ретроспективный обзор создания и развития наземных радиолокационных станций целеуказания в России (Часть 1). Научный вестник МГТУГА, сер. Радиофизика и радиотехника, № 98, 2006, 108-131 с.

4.  Логвин А. И., Нечаев Е. Е., Большаков Ю. П., Лысое В. А. Состояние и перспективы развития антенных систем РЛС средств УВД. Научный вестник МГТУГА, сер. Радиофизика и радиотехника, № 51, 2002, 7-21 с.

5.  Большаков Ю. П., Нечаев Е. Е. Посадочные радиолокаторы гражданской авиации и тенденции развития техники их построения. Научный вестник МГТУГА, сер. Радиофизика и радиотехника, № 96 (11), 2005, 97-102 с.

6.  Активные фазированные антенные решётки. / Под ред.

Д. И. Воскресенского, А. И. Канащенкова. М., Радиотехника, 2004, 488 с.

7.  Синани А. И., Алексеев О. С., Винярский В. Ф. Активные ФАР. Концепция построения и опыт разработки. Антенны, вып.2 (93), М., 2005, 64-68 с.

8.  Зайцев Д. Ф. Применение фотоники в активных ФАР. Антенны, вып.5 (72), М., 2003, 34-40.

CREATION AND DEVELOPMENT OF GROUND SURVEILLANCE RADARS IN A CIVIL AVIATION OF RUSSIA

Nechaev E. E.

Moscow State Technical University of Civil Aviation GSP-3, Moscow, 125993, Russia

Abstract – An analytical review of publications reflecting development of ground surveillance radars in civil aviation of Russia is presented.

I.                                       Introduction

The radars of the 21st century are characterized: by a complete coherence of single radar and by a territorially distributed radar net as a whole: by application of active phased array antennas (APAA): by wide-bandness of probing signals (linearly – frequency, phase and intra-pulse modulation): by application of digital signal processing: by use of solid-state engineering for construction the radar modules: by usage of power vacuum devices with high reliable and composite cathodes for meter wave radar [1]. It is possible to consider surveillance radars used in a civil aviation as radars of the second generation. In the paper the basic phases and development directions of surveillance radars engineering are considered.

II. Main Part

The creation history of the first radars starts with 1936. In this section of report the characteristics of such radars of meter waves band as: «Burya», «Reven», «Redut», «Enisej», «Terek», «Lena» are considered. The merits and shortages of these radars are analyzed. Investigation of ranges decimeter and centimeter waves has allowed to develop radars for these ranges. The performances of such radars as: P-15, P-19, P-35, P-40 are given. In the early sixties together with the measures of range the measures of altitude also are designed. The performance of such measures of altitude as: PRV-11, PRV-1 Sis considered.

The development of second generation radars was promoted by reaching a science in the field of development of phased array antennas, power broadband transmission devices and high-sensitive receivers of radar signals. The creation of digital signal processing systems has reduced to appearance of new methods of radars protection from active and passive interference. The typical representative of radars with the phased array antenna is radar «Nebo-SV» of a meter wave’s band. For an air traffic management (ATM) system the primary radars containing mirror antennas are used. Under such radars it is possible to classify «LIRA-1» and «UTES-T».

In secondary radars the phased array antennas with a mechanical azimuth scanning are used. Under such radars it is possible to classify «KOREN-AS», «RADUGA», «KRONA», «MVRL-SVK», «LIRA-V». A distinctive singularity of these radars is a work in two frequency ranges (international and domestic) with two orthogonal linear polarizations of signal. With the purpose of 100 % duplicating of all tools ATM the join of secondary and primary radars both route and airfield radars is made. Typical representatives of this radars class are «LIRA- Τ», «LIRA-АЮ», «AORL-85MTA», «AORL-99MTA», «ORL- 2003ΜΤΑ». Concerning landing radars it is possible to say the next. On civil aerodromes the landing radars are applied as auxiliary tools.

As antennas for the third generation radars began to apply APAA realizing optimum space signal processing by separate control of amplitude and phase at each point of antenna aperture. From known virtues APAA it is possible to select high reliability and simplicity of exploitation of solid-state APAA for lack of high supply voltages. A basis of perspective APAA is the application of digital diagram-shaping technology. Under such radars it is possible to classify «55ZH6U» and «GAMMA-DE». By one of new technology used in modern radars it is a technology with usage of analogue photonics.

III.                                       Conclusion

Development of analog photonics will actively effect on the structure of APAA units of surveillance radars. Permanent perfection of electronic industry decreases the volume of radio equipment and inserts this equipment into an antenna complex during mounting phase and also creates completely solid-state units integrated with radiators containing feed units, amplifier, phase switcher, system of thermo-stabilization.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты