Глава 7. Доплеровские радиолокационные станции для измерения путевой скорости и угла сноса самолета (дисс)

Доплеровская система ДИСС-013 представляет собой автономную самолетную радиолокационную станцию, предназначенную для автоматического непрерывного измерения путевой скорости и угла сноса и выдачи этой информации через блок БС-4 в автоматическое навигационное устройство и на собственные индикаторы блока БС-4.

Указанные параметры используются штурманом для навигационного обеспечения полета, а навигационным вычислителем – для автоматического самолетовождения по задан-ному маршруту над любым видом подстилающей поверхности (суша, море, пески, льды) независимо от оптической видимости.

Доплеровская система является датчиком важнейшей навигационной информации при полетах над безориентирной местностью.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ СИСТЕМЫ ДИСС-013

Система ДИСС-013 обеспечивает:

• измерение путевых скоростей W в диапазоне 180 1300 км/ч;

• измерение угла сноса в диапазоне  30^°;

• измерение W и на высотах от 10 до 15000 м;

• измерение W и при углах крена до 20^° и тангажа до 10^°;

• выдачу в навигационный вычислитель импульсов отрица-тельной полярности, пропорциональных средней величине доплеровского спектра, принимаемого по соответствующему лучу антенны;

• выдачу в навигационный вычислитель сигналов ПАМЯТЬ и МОРЕ;

• выдачу W и при горизонтальном полете над сушей с удвоенной среднеквадратичной погрешностью (2):

• импульсный выход по W – 0,25%;

• импульсный выход по – 16;

• аналоговый выход по W – 0,40%;

• аналоговый выход по – 20;

• индикацию текущих значений W и на собственном индикаторе блока БС-4;

• непрерывную работу в течение 15 часов;

• время готовности не более 3 минут.

В систему ДИСС-013 входят блоки ВЧ, НЧ и блок связи БС-4.

Для управления ДИСС-013 в кабине самолета размещаются:

Переключатели: СУША-МОРЕ,

СЧИСЛЕНИЕ НВ (три положения):

ПО ДИСС,

ПО СВС,

КОНТРОЛЬ ДИСС В ПОЛЕТЕ

НАЗЕМНЫЙ КОНТРОЛЬ ДИСС

Табло: СЧИСЛЕНИЕ СВС

Автоматы защиты сети (АЗС) по цепям:

+27 В,

115 В 400 Гц

36 В 400 Гц 3 фазы

ДИСС-013 связан с точной курсовой системой ТКС-П, систе-мой воздушных сигналов СВС-ПН-15, системой автоматического управления САУ-1Т и навигационным вычислителем НВ-ПБ.

Вычисляемая в блоке БС-4 путевая скорость передается на указатели скорости УСВПк системы СВС-ПН-15 и вычислитель НВ-ПБ.

Сигнал о работе ДИСС-013 передается в САУ-1Т и в НВ-ПБ.

При работе импульсного канала навигационного вычислителя от ДИСС-013 в него поступают средние частоты F1, F2, F3, на основании которых производится вычисление основных навигационных параметров.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДИСС-013

Работа доплеровской системы основана на измерении доплеровского сдвига частот излученных и отраженных от земной поверхности электромагнитных колебаний, и вычислении по этому сдвигу частот путевой скорости и угла сноса самолета.

Рис.24. Путь, проходимый сигналами, принятыми от i–го рассеивателя на отражающей поверхности; t_i – время прохождения сигнала до точки i и обратно

Эффект Доплера проявляется в изменении частоты принимаемого сигнала по отношению к частоте излучаемых колебаний на так называемую доплеровскую частоту , Гц, пропорциональную скорости самолета относительно отражающей точки (рис. 24).

где - путевая скорость самолета, км/ч

- длина волны излучаемых передатчиком колебаний, см

- угол между электрической осью антенны и максимумом

диаграммы направленности антенны.

На рис. 25 показано доплеровское смещение частоты отраженных колебаний по оси частот.

Рис.25. Смещение частоты отраженных сигналов по оси частот

У реальной доплеровской системы луч антенны имеет конечную ширину, поэтому на местности облучается не одна i-я точка, а целая площадка Q (рис.26), содержащая множество хаотически расположенных рассеивателей. Так как сигналы от них отличаются доплеровскими частотами , то результирующий отраженный сигнал от площадки Q должен быть представлен на оси частот уже не одной частотой f_{отр i}, а спектром частот (рис.27).

Рис. 26. Луч антенны в реальной Рис.27. Сигнал спектра

доплеровской системе доплеровских частот,

отраженный от участка Q.

Положение этого спектра на оси частот по отношению к частоте излучаемых колебаний характеризуется средней доплеровской частотой, которую обозначим F_{Д ср.}

Для определения путевой скорости и угла сноса самолета в системе используется трехлучевая антенна (рис.28).

В вычислителе доплеровской системы путевая скорость определяется по усредненному значению доплеровских частот F_Д1 и F_Д2 от двух лучей антенны:

Эта формула верна при угле сноса .

При угле сноса , отличном от нуля, доплеровские частоты F_Д1, F_Д2 и F_Д3 не будут равны друг другу (рис. 29), при этом путевая скорость W и тангенс угла сноса определяются по следующим формулам: ; ,

где K₁ и K₂ - коэффициенты пропорциональности.

В системе применена частотная модуляция.

Функционально система состоит из трех блоков: высокочастотного, низкочастотного и блока связи БС-4.

В высокочастотном блоке осуществляется генерирование непрерывных колебаний, модуляция и вобуляция их по частоте и последовательное излучение их в пространство по трем лучам с помощью антенно-волноводной системы, входящей в блок.

Отраженный сигнал принимается антенно-волноводной системой блока и поступает в приемную часть.

Коммутация лучей осуществляется с помощью полупроводниковых СВЧ переключателей.

При работе систем ДИСС возможно появление “слепых” высот - высот полета, для которых время распространения сигнала от самолета и обратно кратно или равно периоду частоты модуляции.

Для борьбы с этими “слепыми” высотами в ДИСС-013 применено медленное периодическое изменение (вобуляция) модулирующей частоты по пилообразному закону.

Приемная часть обеспечивает преобразование принятых сигналов высокой частоты в сигналы промежуточной частоты, усиление сигналов промежуточной частоты, а также выделение из сигнала промежуточной частоты трех доплеровских спектров и их усиление.

Рис. 28. Углы , В и Г, характеризующие положение лучей антенны при горизонтальном полете: 1, 2, 3 – номера лучей визирования антенн.

Рис. 29. Положение лучей антенны при горизонтальном полете и угле сноса, равном ; 1, 2, 3 – номера лучей визирования антенн

В этом же блоке расположен высоковольтный выпрямитель, питающий передатчик.

В низкочастотном блоке и устройстве слежения осуществляется преобразование спектров доплеровских частот F₁, F₂ и F₃ в сигналы F_Д1, F_Д2 и F_Д3, равные средним значениям частот указанных спектров. Эти сигналы передаются на собственный вычислитель, который совместно с блоком БС-4 обеспечивает непрерывное вычисление путевой скорости и угла сноса самолета.

В случае пропадания доплеровского спектра, устройство слежения выдает сигнал памяти, который индицируется загоранием табло СЧИСЛЕНИЕ СВС на приборной доске штурмана.

Устройство управления низкочастотного блока обеспечивает коммутацию полупроводниковых СВЧ переключателей, вобуля-цию частоты в приемопередатчике и переключение каналов устройства слежения. Низкочастотный генератор, находящийся в устройстве управления, выдает сигнал встроенного контроля для проверки приемопередатчика и устройства слежения.

В этом же блоке находится низковольтный выпрямитель, питающий все схемы измерителя.

В блоке БС-4 отрабатываются и индицируются измеренные текущие значения путевой скорости W и угла сноса В следящих системах отработки и индикации W и имеются датчики для выдачи угла сноса и путевой скорости в систему автоматического управления самолетом, в навигационный вычислитель НВ-ПБ и на индикацию. Значение путевой скорости выдается также и в систему воздушных сигналов СВС-ПН-15.

Работающая система ДИСС-013 во время полета самолета может находиться в одном из двух режимов: режиме слежения или режиме памяти.

В режиме слежения вычислитель блока НЧ совместно с блоком БС-4 отрабатывают путевую скорость и угол сноса. При полете над сушей переключатель СУША-МОРЕ устанавливается в положение СУША, а при полете над морем - в положение МОРЕ. Этим обеспечивается автоматический ввод соответствующей поправки, учитывающей характер отражающей поверхности ( ХОП).

Режим памяти характеризуется отсутствием доплеровского спектра на входе системы. При этом вычислитель выдает потребителям последние вычисленные значения путевой скорости и угла сноса. На рабочем месте штурмана в этом режиме загорается табло СЧИСЛЕНИЕ СВС. После появления спектра на входе система автоматически переходит в режим слежения.

В случае, когда самолет находится в неподвижном состоянии, т.е. когда на входе ВЧ блока отсутствует доплеровская информация, на блок НЧ с блока ВЧ поступает только напряжение шумов. Устройство слежения НЧ блока находится в поиске. На щитке штурмана горит табло СЧИСЛЕНИЕ СВС. Следящие системы блока БС-4 заторможены. Если переключатель СЧИСЛЕНИЕ НВ установлен в положении ПО ДИСС, на указателях блока БС-4, на указателе штурмана УШ-3, навигационно-плановом приборе НПП и указателе скорости УСВПк индицируются последние вычисленные значения путевой скорости и угла сноса.

При движущемся самолете появляется доплеровская информация. В блок НЧ с ВЧ блока поступают спектры допле-ровских частот. Устройство слежения осуществляет их захват и переходит в режим слежения, переводя систему из режима памяти (поиска) в режим слежения. Вычислитель блока НЧ с блоком БС-4 отрабатывают путевую скорость W и угол сноса При этом на блоке БС-4, на УШ-3, УСВПк и НПП индицируются измеряемые значения W и 

При необходимости проверки правильности работы ДИСС-013 в полете переключатель СЧИСЛЕНИЕ НВ устанавливается в положение КОНТРОЛЬ ДИСС В ПОЛЕТЕ. На блоке БС-4, на УШ-3, УСВПк и НПП индицируются соответствующие значения W = 675÷715 км/ч и ^После проверки переключатель СЧИСЛЕНИЕ НВ необходимо вернуть в положение ПО ДИСС. При нормальной работе системы не рекомендуется пользоваться режимом контроля в полете, так как при этом система не выдает сведения о реальной скорости и угле сноса.

На земле система контролируется с помощью двух контрольных задач.

Контрольная задача 1 отрабатывается через 2,5 - 3 минуты после включения режимов КОНТРОЛЬ ДИСС В ПОЛЕТЕ или НАЗЕМНЫЙ КОНТРОЛЬ ДИСС.

Контрольная задача 2 отрабатывается в режиме ПО ДИСС при установке переключателя на блоке НЧ в положение ЗАДАЧА 2.

При работе с системой ДИСC-013 в лаборатории следует соблюдать следующие обязательные требования по безопасности:

• антенна блока ВЧ должна быть закрыта поглощающим экраном;

• все блоки системы и применяемые для проверки измерительные приборы должны быть заземлены шинами сечением не менее 4 кв.мм и закрыты кожухами.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БЛОКОВ ДИСС-013

БЛОК ВЧ:

мощность передатчика……………………………………………….> 0,26 Вт

средняя частота излучаемых колебаний……………………………...8800 МГц

чувствительность приемника по захвату сигнала…………………. > 109 дБ

напряжение выходного сигнала в режиме АРУ………………… 0,7 - 1,2 В

БЛОК НЧ:

Амплитуда входного сигнала (U_c+U_ш)

при соотношении Р_с/Р_ш=3 дБ ………………………………………….. 0,7 В

Погрешность выдачи частоты выходных импульсов

на частоте 5 кГц ………………………………………………………2 <0,7%

Амплитуда выходных отрицательных импульсов F_Д1, F_Д2 и F_Д3………> 4 B

Длительность выходных отрицательных импульсов F_Д1, F_Д2 и F_Д3… < 10 мкс

Амплитуда импульсов, выдаваемых в модулятор …………………….……… ….> 7 B

Период повторения импульсов, выдаваемых в модулятор …………..536 мс

Амплитуда импульсов, управляющих СВЧ переключателями………. > 4 B

Длительность импульсов, управляющих СВЧ переключателями……1072 мс

Частоты контрольных сигналов………………………………..4080 и 6850 Мгц

Коэффициент усиления АФС по лучу не менее 50 дБ

Ширина диаграммы направленности по уровню 0,5

в осевой плоскости 4,5⁰

по конической поверхности 10,0⁰

Углы лучей:

 69⁰

Г 35⁰

 15⁰37’

B 64⁰

Блок БС-4:

Максимальная погрешность индикации угла сноса  1⁰

Максимальная погрешность индикации путевой скорости (2,3 км/ч 0,4%W)

Максимальная погрешность индикации путевой скорости

при работе в режиме МОРЕ (3,8 км/ч 0,9%W)