Занятие 3. Принципы построения рлс

Краткое содержание вопросов занятия, последовательность их изложения, время

Организационно-методические

указания

1

2

I. ОРГАНИЗАЦИОННАЯ ЧАСТЬ – 5 мин.

1. Проверить наличие студентов.

2. Объявить тему занятия, цели и учебные вопросы занятия.

Вопрос 1.Назначение и основные ТТХ РЛС.

Вопрос 2.Структурная схема РЛС обнаружения и целеуказа-

ния.

II. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ – 80 мин

Вопрос 1. Назначение и основные ТТХ РЛС - ___ мин.

Радиолокационная станция – это сложное радиотехническое устройство, предназначенное для обнаружения воздушных целей, определения их текущих координат (азимута цели, угла места цели и наклонной дальности Dц).

1

2

Структурная схема РЛС

Система синхронизации. Импульсная РЛС излучает через определенные промежутки времени импульсы электромагнитных волн СВЧ. Частоту повторения или период следования этих импульсов задает система синхронизации станции, управляя работой передатчика. Вместе с тем система синхронизации вырабатывает управляющие сигналы, позволяющие согласовать по времени (синхронизовать) с работой передатчика работу остальных блоков и узлов РЛС.

Передающая система – генератор электромагнитных волн. Формирует периодическую последовательность радиоимпульсов СВЧ, излучаемых антенной в виде зондирующего сигнала. Создаваемые в передатчике радиоимпульсы с помощью специальных линий передач подводятся к антенне.

Антенно-волноводная система (АВС) осуществляет передачу высокочастотных сигналов с выхода передающей системы на вход антенны, подключение к выходу передатчика эквивалента антенны при скрытой работе, формирование требуемой диаграммы направленности (ДН) на передачу и на прием, передачу принятых антенной СВЧ - сигналов на вход приемной системы. Антенно-волноводная система в режиме приема отраженных сигналов формирует четыре неподвижных диаграммы направленности, образующие при пересечении равносигнальное направление.

Направление максимума напряженностей электрического и магнитного полей, создаваемых антенной назовем электрической осью антенны. Линию, соединяющую антенну с «целью» - линией визирования цели (ЛВЦ).

Импульсы ЭМВ, поступающие на вход приемной системы, несут следующую информацию:

1. Наличие отраженных сигналов – это информация о наличии воздушной цели;

2. Структура сигналов несет информацию об отклонении цели от электрической оси антенны.

Приемная система – предназначена для усиления сигналов, принятых антенной, и их преобразования до величины, обеспечивающей нормальную работу оконечных устройств – индикатора, СИД, системы ВСО. Приемная система импульсных РЛС, как правило, построена по схеме супергетеродинного приемника с одно или двухразовым преобразованием частоты. Приемники современных РЛС обладают достаточно высокой чувствительностью

Приемные системы имеют средства защиты РЛС от различных помех.

Система выделения сигнала ошибки (ВСО) предназначена для выделения напряжения сигнала ошибки сопровождения цели по угловым координатам из импульсных сигналов, поступивших из приемной системы. Uco – представляет собой синусоидальное напряжение низкой частоты (десятки Гц). Фаза Uco будет изменяться при изменении направления отклонения ЛВЦ от электрической оси антенны, а амплитуда – от величины отклонения. Uco содержит информацию о направлении и величине отклонения Ц от электрической оси антенны.

Система управления антенной преобразует и усиливает по мощности Uco и подает его на приводные двигатели СУА. Последние будут разворачивать антенну РЛС по  и  до тех пор, пока электрическая ось антенны не совместится с ЛВЦ и Uco на выходе системы ВСО не станет равной нулю.

С датчиков антенны, расположенных в СУА, снимаются значения ц, ц, соответствующих положению антенны относительно выбранного направления и плоскости горизонта.

Индикатор РЛС. Электронная схема и конструкция индикаторов определяются тактическим назначением РЛС, а поэтому они могут быть различны. Однако, назначение индикаторов большинства типов РЛС одинаково – воспроизводить боевую обстановку в зоне действия станции, определить координаты воздушных объектов и их взаимное расположение.

Система измерения дальности (СИД) – предназначена для точного измерения наклонной дальности до воздушного объекта. Конструктивные особенности СИД определяются способами измерения дальности.

Таким образом, с помощью импульсной РЛС получили точную информацию о месте положения воздушного объекта относительно РЛС – координаты «цели» (ц, ц, Dц). Эти координаты в дальнейшем могут использоваться для следующих целей:

• своевременного оповещения подразделений и сачтей ПВО;

• для наведения на воздушную цель зенитных орудий;

• для определения момента пуска ЗУР и дальнейшего наведения ЗУР на цель;

• для своевременного подрыва боевой части ЗУР.

Вывод: Высокая точность измерения координат в импульсных РЛС и простота их реализации обусловили широкое применение этих схем в современных РЛС.

Тактические характеристики РЛС – это параметры, которые определяют ее возможности по выполнению основных функций. К основным тактическим характеристикам относятся:

• назначение;

• зона действия;

• время обзора зоны;

• измеряемые координаты и точность их измерения;

• разрешающая способность;

• помехозащищенность;

• надежность;

• экономичность;

• эксплутационные характеристики.

Зона действия РЛС – это область пространства, в которой станция решает задачи радиолокационного наблюдения. Различают зоны обнаружения, сопровождения, распознавания, которые могут не совпадать. Зона действия РЛС характеризуется ее размерами:

 = макс - мин

 = макс - мин

д = Дмакс – Дмин

Размеры зоны зависят от назначения РЛС. Так в РЛС разведки обычно =360. Максимальная дальность может достигать десятков, сотен километров и более. Минимальная дальность может составлять от единиц метров до нескольких километров, в зависимости от длительности импульсов РЛС.

Время обзора зоны – это время, необходимое для однократного получения информации из всех точек зоны действия РЛС.

Время обора (Тобз) существенно зависит от размеров зоны , , д, формы и размеров антенного луча РЛС.

Измеряемые координаты цели зависят от назначения РЛС. Одновременное измерение трех координат цели представляет достаточно сложную задачу. По количеству измеряемых координат различают:

• однокоординатные РЛС (дальномеры, высотомеры);

• двухкоординатные пеленгаторы (измерители  и );

• двухкоординатные (измерители Д и  или Д и Нц);

• трехкоординатные.

Кроме того, возможности РЛС по измерению могут характеризоваться ее способностью определять радиальную скорость цели и другие параметры движения.

Точность измерения координат и параметров движения цели характеризуется как систематическими, так и случайными ошибками. Первые могут быть устранены при настройке РЛС, а вторые определяют потенциально достижимую точность измерения. Случайные ошибки оцениваются среднеквадратическими отклонениями ,,д,v. Обеспечение высокой точности РЛС составляет сложную инженерную задачу. Наибольшая точность требуется в станциях наведения ракет и станциях орудийной наводки, в которых , не должен превышать единиц условных минут, а д – единиц или десятков метров. Для РЛС разведки д может достигать сотен метров, а  - единиц градусов.

Разрешающая способность – это способность РЛС раздельно наблюдать цели, имеющие близкие координаты и параметры движения. За меру разрешающей способности принимают минимальное отличие между одной из координат целей при одинаковых других координатах.

Применительно к импульсной РЛС, разрешающая способность определяется ее импульсной объемом, который зависит от длительности зондирующего сигнала и угловых размеров диаграммы направленности антенны , .

Разрешающая способность по радиальной скорости V – это способность РЛС раздельно обнаруживать и измерять скорость целей при одинаковых дальностях.

Помехозащищенность – это способность РЛС противостоять радиотехнической разведке противника (скрытность работы) и выполнять свои функции в условиях радиопомех (помехоустойчивость). По способу создания и воздействия на РЛС радиопомехи делятся на активные (мешающие излучения) и пассивные (мешающие отражения). Как активные, так и пассивные помехи могут быть не только умышленными, но и естественными. К естественным активным помехам относятся шумы космического происхождения и атмосферного происхождения, внутренние шумы космического и атмосферного происхождения, внутренние шумы радиоприемных устройств и взаимные помехи между РЛС и другими РЭС. Возможность работы радиосредств без взаимных помех часто оценивается отдельно от других видов помех и называется электромагнитной совместимостью. Пассивные помехи естественного происхождения возникают из-за отражения зондирующего сигнала РЛС от окружающих станцию объектов: местных, предметов (складок местности, строений, деревьев), гидрометеоров (дождь, снег, град, облака).

Для РЛС военного назначения радиопомехи умышленно создаются противником с помощью специальных средств радиоэлектронного подавления, к которым относятся станции (передатчики) активных помех и специальные противолокационные отражатели, доставляемые в зону действия РЛС.

Помехозащищенность РЛС достигается соответствующим выбором принципов построения РЛС, технических характеристик основных систем, применением специальных методов и устройств защиты РЛС от помех и проведением совокупности организационных мероприятий по обеспечению скрытности работы и устранению взаимных помех.

Надежность РЛС – это способность сохранять свои технические характеристики в заданных пределах при определенных условиях эксплуатации.

Экономичность – характеризуется стоимостью разработки, производства и эксплуатации РЛС.

К эксплуатационным характеристикам относятся время развертывания и свертывания РЛС, ее боевой расчет, габариты, вес, время непрерывной работы и т.д.

Технические характеристики РЛС – это параметры ее отдельных устройств (систем), обеспечивающие заданные значения тактических характеристик. Как правило, технические характеристики рассматриваются по системно.

Вопрос 2. Структурная схема РЛС обнаружения и целеуказания - _______ мин.

Известно, что система вооружения ПВО представляет собой сложную систему. По функциональному признаку она делится на информационную, управляющую и исполнительную подсистему.

Основу информационной подсистемы составляют радиолокационные станции обнаружения целей. Информация РЛС, используется для анализа воздушной обстановки, принятия решения на уничтожение целей, целераспределения и целеуказания основным средствам (ЗРК, ЗАК). Основные средства обычно находятся на значительном расстоянии от РЛС, имеют меньшую пропускную способность (канальность по цели), поэтому должны иметь собственные средства обнаружения тех целей, которые необходимо уничтожить. Для этого каждое огневое средство (комплекс), как правило, имеет собственную станцию обнаружения целей, которая обнаружение целей осуществляет по данным целеуказания или автономно. Станция занимает место в информационной подсистеме комплекса и выдает информацию по обнаруженным целям (цели) на станцию сопровождения целей, которая определяет точные координаты целей (цели). Функционально эти две станции могут быть объединены. Такие РЛС носят название станции обнаружения и целеуказания.

Особенности СОЦ:

1. Каждая СОЦ разрабатывается специально для данного типа ЗК;

2. Тактико-технические характеристики СОЦ согласуются с ТТХ СОЦ ЗК и находятся в прямой зависимости от них;

3. Обязательно имеет аппаратуру приема и выдачи целеуказания на СОЦ;

4. Имеет высокие маневренные характеристики, к примеру, малое время свертывания или развертывания и хорошую мобильность;

5. Как правило, являются трехкоординатными РЛС, определяющими азимут, дальность и угол места точно или грубо по номеру зоны;

6. Имеют аппаратуру навигации, токопривязки, ориентирования и горизонтирования;

7. В СОЦ может отсутствовать аппаратура распознавания целей.

8. Не используется метровый диапазон длин волн;

9. В ЗК ближнего действия, малой и средней дальности действия СОЦ могут работать на ходу, поэтому имеют аппаратуру стабилизации антенны или диаграммы направленности;

10. Имеют большую зону и меньший темп обзора пространства.

Наиболее широкое распространение в РЛС кругового обзора получил импульсный метод излучения сигналов. При реализации импульсного сигнала в РЛС необходимо обеспечить подключение антенны к выходу передатчика на время излучения сигнала (длительности импульсов u) и ко входу приемника на время приема сигнала Tn-u (Tn – период следования импульсов). Эту задачу решают антенные переключатели (или переключатели прием-передача), как правило, ферритовые циркуляторы.

Обобщенная структурная схема СОЦ:

Принцип работы СОЦ заключается в следующем. Система формирует импульсы требуемой временной расстановки, длительности, амплитуды и частоты следования для обеспечения синхронной работы всех систем СОЦ.

Аппаратура выбора зондирующего сигнала, в зависимости от режима работы СОЦ, установленного оператором, формирует сигналы управляющие работой передающей и приемной систем.

Для передающей антенны она формирует начальный сигнал (сигналы) с требуемыми характеристиками, а для приемной системы вырабатывает команды и сигналы, обеспечивающие построение приемного тракта для обработки этих сигналов.

Передающая система формирует зондирующие сигналы с заданными энергетическими и модуляционными параметрами (независимо от типа состоит из подмодулятора, модулятора, высокочастотного генератора (усилителя) и других устройств).

Волноводная (фидерная) система предназначена для передачи высокочастотных сигналов с выхода передающей системы на вход антенны и с выхода антенны на вход приемника с минимальными потерями и без искажений.

Антенна осуществляет направленное переизлучение (излучение) сигналов, т.е. временно-пространственное преобразование их. Она формирует диаграмму направленного действия (ДНД), которая характеризуется шириной в угломестной (о) и азимутальной (о) плоскостях.

Сигналы, отраженные от целей и помех, принимаются антенной в пределах ДНД и передаются на вход приемной системы. Антенна осуществляет обратное пространственно-временное преобразование принятых сигналов.

Приемная система осуществляет селекцию принятых сигналов с целью выделения только полезных сигналов – сигналов, отраженных от целей, и подавления помех (шумов).

При отсутствии помех сигналы с выхода приемной системы поступают на вход:

• аппаратуры распознавания помех;

• аппаратуры распознавания целей;

• системы индикации и измерения координат;

• аппаратуры выдачи целеуказания с помощью радиолиний управления стартом;

• аппаратуры синхронной передачи данных (АСПД) и сопряжение с АСУ.

Наличие аппаратуры распознавания помех позволяет значительно повысить эффективность защиты СОЦ от помех. Эта аппаратура обеспечивает включение необходимых схем в данный период времени.

Система защиты от помех включает необходимые схемы защиты от активных и пассивных помех.

Аппаратура распознавания целей – по определенному критерию определяет тип (класс) обнаруженных целей. Эта информация позволяет командиру осуществить правильный анализ целей и выдать целеуказания на огневые единицы по наиболее опасным и ответственным целям и указать требуемый расход ракет или боеприпасов.

Результаты распознавания целей отображаются с помощью системы индикации, которая имеет аппаратуру первичной (индикаторы кругового (секторного) обзора) и вторичной индикации (информационные световые или цифровые табло).

С помощью этих индикаторов оператор визуально или с помощью дополнительных устройств решает большой круг задач:

• обнаружение сигналов целей и помех по критерию максимального правдоподобия, т.е. оператор заранее знает вид отметок от целей и помех и при появлении отметок на индикаторе осуществляет сравнение их с теми, которые «заложены» в его памяти, и при совпадении принимает решение о наличии сигнала цели или помехи;

• определение характеристик целей (скорости, параметров и др.);

• анализ воздушной обстановки на основании результатов обнаружения;

• измерение координат целей (дальности, азимута, угла места, высоты);

• в ыдача целеуказания на СОЦ.

С помощью аппаратуры выдачи целеуказания полуавтоматически обеспечивается считывание с индикаторов, преобразования координат целей и выдача их в радиолинии управления стартом. Автоматически: информация с выхода приемной системы через аппаратуру выдачи ЦУ (которая отбирает нужную информацию) передается на КП или СОЦ.

Сопряжение СОЦ с АСУ осуществляется с помощью аппаратуры синхронной передачи данных (АСПД), на вход которой поступает вся информация с выхода приемной системы.

Для обеспечения возможности выдачи целеуказания на любые потребители (СОЦ, КП, АСУ и т.д.) СОЦ в своем составе имеет аппаратуру ориентирования и топопривязки. Она предназначена для ориентирования продольной оси самохода (антенны) СОЦ относительно плоскости меридиана, а также для определения своего местоположения в системе координат карты местности относительно общей (рельефной) точки для части, подразделения.

III. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ – 5 мин

1. Подвести итог занятия.

2. Ответить на возникшие вопросы занятия.

3. Дать задание на самоподготовку:

• назначение, состав, ТТХ РЛС;

• состав, принцип работы РЛС обнаружения и целеуказания по структурной схеме.

4. Закончить занятие.