Зона обзора ДРЛ по летательному аппарату корабля (ЛАК) при вероятности обнаружения 0,85 и вероятности ложной тревоги 10-5

2. Зона обзора ДРЛ по летательному аппарату корабля (ЛАК) при вероятности обнаружения 0,85 и вероятности ложной тревоги 10-5

- в горизонтальной плоскости, 360º

- в вертикальной плоскости (от горизонта), от минус 1 до 30º

- минимальная дальность, 500м

- максимальная дальность, 80км

Среднеквадратические погрешности измерения координат:

- по азимуту

- по дальности

Разрешающая способность:

- по азимуту

- по дальности

Период обновления радиолокационной информации, (10±1)с

Внешние условия использования ДРЛ:

Потребляемая мощность от корабельной трехфазной сети 380В 50Гц, не более 15кВт

2.4 Принцип работы и структура диспетчерского радиолокатора

ДРЛ является первичным радиолокатором, получающим информацию о воздушной обстановке по отраженным радиоволнам от окружающих объектов, в том числе и летательным аппаратам (ЛА). Первичным источником радиоволн является передатчик радиолокатора.

ДРЛ должен выделить сигналы, приходящие от ЛА из всех сигналов, поступающих на вход радиолокатора и собственных шумов приёмника ДРЛ. . Передатчик ДРЛ полупроводниковый и имеет суммарную мощность сравнительно небольшую, примерно 15-20 кВт. Чтобы обеспечить требуемую энергию излучаемый импульс имеет длительность 64 мкс.

Для выделения сигналов на фоне шумов используется накопление информации о целях, поступающей в результате нескольких зондирований (излучений) в одном направлении. При этом используется то свойство, что принимаемые и отраженные сигналы, носящие регулярный характер, складываются арифметически, а хаотические шумы приёмника – геометрически:

 (1)

где  – уровень сигнала после накопления;

 – уровень сигнала на отдельных зондированиях.

 (2)

где  – уровень шума после накопления;

 – уровень шума на отдельных зондированиях.

То есть, при накоплении по n зондирований отношение Uc к Uш улучшается в  раз. Так при накоплении по 64 зондированиям коэффициент улучшения равен 8.

ДРЛ осуществляет многократные зондирования, устанавливая луч в заданном направлении и удерживая его на этом направлении 16 зондирования. Цель видна ДРЛ на четырех положениях луча – всего 64 раза.

ДРЛ имеет сравнительно большую ширину луча в вертикальной плоскости. Это приводит к тому, что ЛА облучаются как энергией, идущей по направлению ДРЛ – ЛА, так и энергией, отраженной от земли (воды). Эти два потока складываются в пространстве. При этом в силу разной длины пути они имеют разные фазы синусоидальных колебаний несущей частоты. На одних углах места относительно горизонта происходит взаимное сложение прямого и отраженного от земли сигнала на других – вычитание. В направлениях, где происходит вычитание возникают провалы уровня мощности, облучающей объекты и ЛА. При попадании в эти провалы ЛА перестают обнаруживаться радиолокатором.

Положение провалов по углу места зависит от частоты излучаемого радиосигнала. Чтобы регулярности положения провалов в вертикальной диаграмме направленности луча не было, ДРЛ излучает не на одной, а на двух частотах, чередуя излучения на этих частотах.

Уровень отраженного от ЛА сигнала зависит от ракурса, под которым ДРЛ "видит" ЛА (спереди, сзади, сбоку), при некоторых ракурсах отраженный сигнал идёт прямо на ДРЛ, при некоторых с некоторым отклонением, а следовательно принимается ослабленным. Диаграмма уровня отраженных сигналов от ракурса зависит как от формы ЛА, так и от частоты радиосигнала.

Благодаря двухчастотной работе удаётся усреднить отраженный сигнал в зависимости от ракурса. То есть при одном и том же ракурсе на одной частоте сигнал может быть слабым, но на другой – сильным.

Для управления воздушным движением диспетчеру необходимо видеть прежде всего отметки от ЛА, а они маскируются сигналами, отраженными от местных предметов и в том числе от морской поверхности. Существенным отличием ЛА от местных предметов является то, что ЛА перемещаются в пространстве, а местные предметы неподвижны относительно ДРЛ.

Так как сигнал, отраженный от перемещающегося навстречу радиолокатору ЛА или удаляющегося от него, смещен по частоте относительно излучаемой несущей частоте. Этот эффект называется эффектом Доплера. Величина доплеровского сдвига частоты равна:

 (3)

где  – радиальная скорость;

 – несущая частота;

 – скорость света;

 – доплеровская частота;

Спектр сигнала от движущейся цели после прохождения фазового детектора содержит постоянную составляющую гармоники с доплеровской частотой, гармоники частоты повторения излучения и гармоники, отстоящие от гармоник частоты повторения на доплеровскую частоту. Спектр сигнала от неподвижной цели не содержит составляющие, вызываемые доплеровским эффектом.

Для выделения сигналов подвижных целей используют режекторные фильтры, которые подавляют постоянную составляющую и гармоники частоты повторения.

При определенных скоростях целей доплеровская частота становится близкой к частоте повторения и гармоники доплеровской частоты попадают в полосу режекции фильтра, который их подавляет. Цель, движущаяся с такой скоростью, не видна оператору радиолокатора. Такая скорость называется слепой.

Чтобы обеспечить наблюдение ЛА, движущихся с разными скоростями, в радиолокаторах, в том числе ДРЛ, меняется частота повторения излучений (вобулирование). Это приводит к тому, что зона режекции всё время меняется и меняются слепые скорости. Благодаря этому обеспечивается обнаружение ЛА на всех скоростях с необходимым качеством.

Аппаратура первичной обработки информации (АПОИ) обрабатывает информацию, приходящую от целей, в том числе в пределах ширины луча ДРЛ по азимуту. За это время ДРЛ осуществляет свыше 64 зондирований. По совокупности всех полученных отраженных сигналов осуществляется обнаружение движущихся целей, накопление и обнаружение сигналов. Итогом работы АПОИ является поток обнаруженных целей. Среди этих целей есть полезные от ЛА и мешающие от местных предметов, которые ложно приняты за полезные. Полезные цели, по тем или иным причинам могут быть не обнаружены и в данном обзоре не появиться на выходе АПОИ.

Для улучшения качества отображаемой воздушной обстановки используется межобзорная (вторичная) обработка. Аппаратура, которая выполняет эту функцию называется аппаратурой вторичной обработки информации (АВОИ).

АВОИ использует историю движения целей в течение нескольких обзоров. Истинная цель регулярно появляется от обзора к обзору и по большому количеству её появлений за определенное число обзоров она может быть выделена из совокупности ложных отметок, которые, как правило, не столь регулярны. АВОИ выполняет устранение двоений отметок и может восстанавливать отдельные точки траектории, если целей на этом обзоре не обнаружено.

Выше велась речь о принципах работы первичных радиолокаторов, позволяющих получать информацию о ЛА, имеющих большое удаление и малую эффективность отражения.

Радиолокатор, построенный на этих принципах, плохо работает на малых дальностях, сравнимых по времени распространения до них и обратно с длительностью излучаемого импульса.

На таких удалениях более приемлем радиолокатор, излучающий короткий импульс запроса (1,0-1,5 мкс). Такой радиолокатор не требует сжатия отраженных импульсов, но обеспечивает обнаружение движущихся целей и накопление энергии отраженных сигналов по всей пачке отраженных от цели импульсов.

ДРЛ осуществляет зондирование пространства двумя типами импульсов. Сначала излучается короткий (1 мкс, немодулированный по фазе) импульс, а через 75 мкс, длинный (64 мкс) модулированный по фазе (НЛЧМ).

Рабочая дальность по короткому импульсу запроса примерно 10 км.

Рабочая дальность по длинному импульсу технически достигает 70-80 км.

В ДРЛ входит: прибор ПРД – ПРМ (передатчик-приемник), прибор ПТУК – ДРЛ (панель технического управления и контроля диспетчерского радиолокатора) и АС ДРЛ (антенная система ДРЛ).

Прибор ПРД-ПРМ предназначен для: приема,формирования и передачи радиоимпульсных сигналов несущей частоты, формирования сигнала для контроля антенной системы и т.д.

Прибор ПТУК – ДРЛ предназначен для первичной и вторичной обработки аналоговой радиолокационной информации, выдачи обработанной информации в главный процессор, выдачи информации на отображение, управления и контроля ДРЛ.

Прибор АС ДРЛ предназначен для фазирования и усиления принимаемых и излучаемых сигналов сверхвысокой частоты (СВЧ) ДРЛ.

Структурная схема ДРЛ приведена на рисунке 1.

Примечания:

АВОИ – аппаратура вторичной обработки информации;

АПОИ – аппаратура первичной обработки информации;

ПТУК-ДРЛ– панель технического управления и контроля диспетчерского радиолокатора;

ПРД-ПРМ– передатчик-приемник;

МПП- приемо-передающий модуль;

АС ДРЛ – антенная система диспетчерского радиолокатора;

ВД – вычислитель ДРЛ;

УМ – усилитель мощности;

УПЧ– усилитель промежуточной частоты.

Рисунок 1 – Структурная схема ДРЛ

2.5 Устройство и принцип работы прибора передатчик-приемник

Передатчик-приемник состоит из секции ВЧ, двух блоков 974ГВ02 возбудителей, двух блоков 974ПП05М, секции источника питания (ИП), синхронизации и контроля, панели управления ПРД-ПРМ.

Блок 974ПП05М – предназначен для преобразования входных сигналов, усиления сигналов на промежуточной частоте и передачи на аппаратуру первичной обработки информации (АПОИ).

Блок 974ГВ02 – предназначены для формирования импульсных сигналов несущей частоты f, импульсов синхронизации и тактовых импульсов.

В приборе ПРД-ПРМ располагается два канала оборудования однотипного по назначению, но работающего на разных частотах – f1 и f2.

Пока в канале f1 генерируются короткие импульсы, в канале f2 генерируются длинные импульсы. Затем в канале f1 генерируются длинные импульсы, а в канале f2 генерируются короткие импульсы.

Каждый канал содержит возбудитель, приёмное устройство и модуль приёмо-передающий.

Возбудитель генерирует сигналы, которые излучает ДРЛ. С периодом повторения запросов возбудитель одного частотного канала формирует, то серию из 8 импульсов МОНО длительностью 1 мкс, то серию из 8 импульсов НЛЧМ, длительностью 64 мкс.

Работа возбудителей двух частотных каналов синхронизируется устройством синхронизации основного комплекта.

Излучаемые сигналы с выхода возбудителя поступают на модуль приёмо-передающий, на входящий в него усилитель мощности (УМ). УМ усиливает сигнал до уровня необходимого для работы АС ДРЛ.

С выхода УМ через циркулятор и фильтр частотно-разделительный (ФЧР) сигнал отправляется в АС ДРЛ.

Возбудители обоих частотных каналов осуществляют взаимную синхронизацию от возбудителя назначенного ведущим.

Используются опорные тактовые импульсы 48 МГц возбудителя ведущего канала. Эти тактовые импульсы передаются в АПОИ обоих комплектов для формирования опорного напряжения цифрового фазового детектора.

Приёмное устройство каждого частотного канала принимает отражённые сигналы своей частоты, которые поступают из АС ДРЛ через ФЧР циркулятор и МШУ модуля приёмо-передающего.

В приемном устройстве осуществляется фильтрация принимаемых сигналов, перевод их на промежуточную частоту 30 МГц и усиление.

Для работы смесителя, обеспечивающего перевод сигнала на промежуточную частоту, на приёмное устройство подаётся частота гетеродина с возбудителя своего частотного канала.

Сигналы с промежуточной частоты с выхода приемного устройства передаются в АПОИ первого и второго комплекта.

В каждом возбудителе имеется ячейка Д2ХК251, которая генерирует короткие или длинные импульсы на частоте 30 МГц.

В каждом канале сигнал с частотой 30 МГц из ячейки Д2ХК251 поступает на вход смесителя своего канала.

В смесителе происходит перенос сигнала 30 МГц на несущую частоту f1 (канал f1) и несущую частоту f2 (канал f2).

На другой вход смесителя поступает сигнал гетеродина. Частота сигнала гетеродина равна f1 минус 30 МГц для частотного канала f1, и f2 минус 30 МГц для частотного канала f2.

Эти сигналы усиливаются усилителем мощности модуля приёмопередающего и уходят через фильтр частотно-разделительный в антенную систему ДРЛ.

Генерация частоты 30 МГц осуществляется генератором, тактируемым импульсами с частотой 48 МГц. Эти импульсы формируются в каждой ячейке Д2ХК251, но используются только тактовые импульсы ячейки, которая назначена ведущей.

Ячейка другого частотного канала – ведомая, и её генератор не используется.

Тактовые импульсы 48 МГц ведущей ячейки Д2ХК251 используются для работы ведомой ячейки.

2.6 Устройство и принцип работы ячейки Д2ХК251

Ячейка Д2ХК251 предназначена для:

- формирования радиоимпульсных МОНО сигналов с частотой 30 МГц;

- формирования радиоимпульсных НЛЧМ (нелинейная частотная модуляция) сигналов;

- формирования радиоимпульсных НЛЧМ контрольного сигнала для приемного устройства;

- формирования цифровых сигналов синхронизации и управления уровня транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ);

- формирования тактовых сигналов частотой 48 МГц и 5,2 кГц.

В состав ячейки Д2ХК251 входят:

- цифровой формирователь сигналов синхронизации и управления и зондирующих сигналов реализованный на базе ПЛИС;

- генератор 48 МГц;

- DC-DC преобразователи;

- высокочастотные операционные усилители;

- полосовой фильтр (ПФ);

- постоянное запоминающее устройство (ПЗУ);

- цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП);

- цифровые магистральные усилители.

Функциональная схема ячейки Д2ХК251 приведена на рисунке 2

Расшифровка аббревиатуры приведена далее.

Рисунок 1 – Функциональная схема ячейки Д2ХК251

Рисунок 2 – Функциональная схема ячейки Д2ХК251

Описание функциональной схемы:

Ячейка Д2ХК251 работает в режиме внешней синхронизации. Задающим сигналом для ячейки является "Метка запуска" (МЗ), поступающий с устройства синхронизации передатчика-приемника на устройство коммутации и контроля и через формирователь прерываний подается на ячейку.

Режим внешнего запуска осуществляется по сигналу "Прерывание".

Параметры импульсного сигнала "Прерывание":

- период повторения 6,25 мс;

- длительность импульса 1 мкс;

- уровень сигнала ТТЛ (наличие сигнала "логической 1", отсутствие сигнала "логического 0").

Сигнал "Прерывание" определяет цикл из восьми импульсов. По сигналу "Прерывание" ячейка Д2ХК251 формирует подпачку из восьми импульсов "ИН" (импульс начала). Средний период повторения импульсов "ИН": Тср = 6,25 мс / 8 = 781,25 мкс.

"ИН" является импульсом запуска составного сигнала "МОНО+НЛЧМ+КС" формируемого ячейкой Д2ХК251.

Фронт сигнала "МОНО" совпадает с фронтом сигнала "Прерывание".

Фронт сигнала НЛЧМ задержан относительно фронта сигнала "МОНО" на 75 мкс.

Фронт КС задержан относительно фронта сигнала "МОНО" на 590 мкс.

Таким образом, выходной сигнал ячейки "F" представляет собой составной комбинированный сигнал из трех радиоимпульсов "МОНО+НЛЧМ+КС" на промежуточной частоте 30 МГц.

Закон модуляции сигнала НЛЧМ выбран со ступенчатой фазовой модуляцией.

2.7 Электрические параметры ячейки Д2ХК251

Электрическими параметрами ячейки являются:

- параметры входных сигналов приведены в таблице 1;

- напряжения питания ячейки:

а) цифровые +5 В;

б) аналоговые +5 и минус 5 В;

- параметры выходных сигналов приведены в таблице 2.

Таблица 1

Название	Назначение	Откуда поступает	Параметры
Вкл.ген.	Признак режима работы ячейки (основной/резервный)	Секция "ИП" (источник питания), синхронизации и контроля	Входной ток не менее 2 мА, активный уровень "логической 1"
ПРК	Сигнал перехода системы в режим контроля	Блок 974ПП05М	Активный уровень "логической 1"
А1	Признак разрешения формирования "контрольного сигнала" для приемного устройства	Секция "ИП", синхронизации и контроля	Активный уровень "логической 1"
А2	Признак "подвижности" "контрольного сигнала" для приемного устройства	Секция "ИП", синхронизации и контроля	Активный уровень "логической 1"
B1	Признак разрешения на формирование радиоимпульсных сигналов	Блок 974ПП05М	Активный уровень "логической 1"
Прерывание	Сигнал внешней синхронизации	Секция "ИП", синхронизации и контроля	Активный уровень "логической 1"
Авария вх.	Признак аварии ячейки Д2ХК251 другой частоты	Блок 974ГВ02	"логический 0" – авария, "логическая 1" – норма
ТИ48 вх.	Внешний тактовый сигнал частотой 48 МГц (меандр)	Блок 974ГВ02	Нагрузка 51 Ом

Таблица 2

Название	Назначение	Куда поступает	Параметры
В2	Бланк контрольного сигнала для "приемного устройства"	Секция "ИП", синхронизации и контроля	Активный уровень "логической 1", нагрузка 51 Ом
Бланк ЗУ	Бланк зондирующих радиоимпульсов МОНО, НЛЧМ и "контрольного сигнала" для приемного устройства	Блок 974ПП05М	Активный уровень "логической 1", нагрузка 51 Ом
RхD	Импульсы синхронизации	Секция "ИП", синхронизации и контроля	Активный уровень "логической 1", нагрузка 51 Ом
ТИ1.1	Тактовый сигнал частотой 5,2 кГц (меандр)	Блок 974ПП05М	Нагрузка 75 Ом
Авария вых	Сигнал аварии ячейки ТТЛ уровня	Блок 974ГВ02	"логический 0" – авария, "логическая 1" – норма, нагрузка 75 Ом.
ТИ48ки	Тактовый радиосигнал частотой 48 МГц (меандр)	Ячейка Д2ПУ047	Амплитуда не менее 1 В, нагрузка 51 Ом
ТИ48вых	Тактовые сигналы частотой 48 МГц (меандр)	Блок 974ГВ02	Нагрузка 51 Ом
F	Радиоимпульсные сигналы МОНО τ=(1,0±0,5) мкс, НЛЧМ τ=(64±4) мкс и радиоимпульсный НЛЧМ пилот-сигнал τ=(64±4) мкс	Блок 974ГМ01	Амплитуда (0,2±0,02) В на нагрузке 51 Ом, долговременная нестабильность частоты 10-4, подавление сигналов "F" в паузах не менее 80 дБ
Авария Д2ХК251	Сигнал аварии ячейки	Секция "ИП", синхронизации и контроля	"логический 0" – авария, "логическая 1" – норма, нагрузка 75 Ом.

Блок 974ГМ01 – предназначен для формирования сигналов СВЧ для передающего устройства и формирования «контрольного сигнала» для приемного устройства

Ячейка Д2ПУ047 – предназначена для деления мощности входного сигнала 48 МГц на четыре выхода.

Примечания

1 Радиоимпульсы МОНО и НЛЧМ формируются при активном уровне сигнала "B1" (признака разрешения на формирование трех радиоимпульсных сигналов).

2 Радиоимпульс КС формируется на нерабочем участке дальности в азимутальном секторе и представляет собой сигнал в азимутально-дальномерном участке.

3 При активном уровне на входе ячейки сигнала "А1" и не активном уровне сигнала "А2" формируется третий радиоимпульс сигнала "F" с постоянной начальной фазой. При активном уровне на входе ячейки сигналов "А1" и "А2" формируется третий радиоимпульс сигнала "F", начальная фаза которого изменяется на 180°. При активном уровне сигнала "ПРК" сигнал "F" не вырабатывается.

2.8 Принцип работы ячейки Д2ХК251

При наличии на входе сигнала "Вкл ген." ячейка Д2ХК251 должна функционировать следующим образом:

- сигнал "Вкл ген." уровнем "логической 1":

1) формировать сигналы опорной частоты 48 МГц;

2) формировать радиоимпульсы и сигналы синхронизации;

3) не учитывать входные сигналы: "Авария вх.", "Прерывание", "ТИ48 вх";

- сигнал "Вкл ген." уровнем "логического 0":

1) отключать устройство формирования опорной частоты 48 МГц;

2) в качестве импульсов опорной частоты 48 МГц использовать входной сигнал на ячейку Д2ХК251 "ТИ48 вх";

3) при наличии на входе активного уровня импульса "Прерывание" формирование радиоимпульсов и сигналов синхронизации должно быть согласно вышеприведенным параметрам;

4) не формировать сигналы "RXD", "Авария вых.", "ТИ48 вых";

5) при наличии на входе сигнала "Авария вх." уровнем "логического 0" ячейка Д2ХК251 должна автоматически перейти в режим работы "ведущий", независимо от уровня сигнала "Вкл ген."

Заключение

За время прохождения производственной практики была изучена специальная литература, касающаяся принципов работы диспетчерских радиолокаторов и систем радиолокации в целом, конструкторская документация и технические условия эксплуатации конкретного диспетчерского радиолокатора, находящегося на этапе разработки института, при этом - более детальное рассмотрение прибора передатчика-приемника и входящего в него источника радиоволн. Кроме этого я ознакомилась с технологией и организацией производства, правилами техники безопасности и охраны труда.

Радиолокация представляет собой интереснейшую область для изучения, как средство расширения возможностей человека - определять наличие и положение объектов, габаритные, скоростные и другие характеристики на дальних расстояниях независимо от метеорологических условий и помех.

Ее ближайшим конкурентом при выполнении этих функций является оптическая техника, включающая телескопы, которые обладают высокой точностью и обычно имеют фотографические регистрирующие устройства. Преимущество радиолокационных средств по сравнению с оптическими состоит в том, что радиолокационные устройства могут работать в темноте и сквозь облака, обладают большой дальностью действия и позволяют определять дальность до объекта со значительно большей точностью, нежели оптические устройства.

Военная техника, использующая принципы радиолокации, впервые была создана перед самым началом второй мировой войны; с этого времени наблюдается быстрый и непрерывный прогресс в данной области и уже невозможно представить современных средств и методов защиты важнейших объектов и укрепления военной безопасности страны без специализированной техники, такой как радиолокационные системы.

Полученные при изучении разных дисциплин теоретические и практические знания были применены для выполнения задания руководителя и закреплены в ходе прохождения практики.

Список литературы

1.  ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация. М., 1999.

2.  ГОСТ 12.1.004-91 Пожарная безопасность. Общие требования, М., 1992.

3.  ГОСТ 21800-89 Системы вторичной радиолокации для управления воздушным движением, 1989г.

4.  Долин П.А. "Справочник по технике безопасности", Москва, Энергоиздат, 1982г.

5.  Основы радиолокации и телевидения. А.А.Немец, В.И.Федотов, Москва, Высшая школа, 1984г.

6.  Радиолокационные системы. П.А. Бакулев, Москва, Радиотехника, 2004г.