Структурная схема передающего устройства рлс. Радиолокационные системы (РЛС). Основные параметры систем
Принцип работы импульсной РЛС можно уяснить, рассмотрев «Упрощенную структурную схему импульсной РЛС (рис. 3.1, слайд 20, 25 ) и графики, поясняющие работу импульсного радиолокатора (рис. 3.2, слайд 21, 26 ).
Работу импульсной РЛС лучше всего начать рассматривать с блока синхронизации (блока запуска) станции. Этот блок задает «ритм» работы станции: он задает частоту повторения зондирующих сигналов, синхронизирует работу индикаторного устройства с работой передатчика станции. Синхронизатор вырабатывает кратковременные остроконечные импульсы И зап с определенной частотой повторения Т п . Конструктивно синхронизатор может быть выполнен в виде отдельного блока или представлять единое целое с модулятором станции.
Модулятор управляет работой генератора СВЧ, включает и выключает его. Модулятор запускается импульсами синхронизатора и формирует мощные прямоугольные импульсы необходимой амплитуды U м и длительности τ и . Генератор СВЧ включается в работу только при наличии импульсов модулятора. Частота включения генератора СВЧ, а, следовательно, и частота повторения зондирующих импульсов определяется частотой импульсов синхронизатора Т п . Продолжительность работы генератора СВЧ при каждом его включении (то есть длительность зондирующего импульса) зависит от длительности формирующего в модуляторе импульса τ и . Длительность импульса модулятора τ и обычно составляет единицы микросекунд, а паузы между ними – сотни и тысячи микросекунды.
Под действием напряжения модулятора генератор СВЧ формирует мощные радиоимпульсы U ген , длительность и форма которых определяется длительностью и формой импульсов модулятора. Колебания высокой частоты, то есть зондирующие импульсы от генератора СВЧ, поступают через антенный переключатель в антенну. Частота колебаний радиоимпульсов определяется параметрами генератора СВЧ.
Антенный переключатель (АП) обеспечивает возможность работы передатчика и приемника на одну общую антенну. На время генерации зондирующего импульса (мкс) он подключает антенну к выходу передатчика и блокирует вход приемника, а на нее остальное время (время паузы – сотни, тысячи мкс) подключает антенну к входу приемника и отключает ее от передатчика. В импульсный РЛС в качестве антенных переключателей применяются автоматические быстродействующие переключатели.
Антенна преобразует колебания СВЧ в электромагнитную энергию (радиоволны) и фокусирует ее в узкий пучок. Отраженные от цели сигналы принимаются антенной, проходят через антенный переключатель и поступают на вход приемника U с , где они селектируются, усиливаются, детектируются и через аппаратуру защиты от помех подаются на индикаторные устройства.
Аппаратура защиты от помех включается только при наличии в зоне действия РЛС пассивных и активных помех. Подробно эта аппаратура будет изучаться в теме 7.
Индикаторное устройство является оконечным устройством РЛС и служит для отображения и съема радиолокационной информации. Электрическая схема и конструкция индикаторных устройств определяется практическим назначением станции и могут быть весьма различными. Например , для РЛС обнаружения с помощью индикаторных устройств должна воспроизводиться воздушная обстановка и определяться координаты целей Д и β. Эти индикаторы называются индикаторами кругового обзора (ИКО). В РЛС измерения высоты полета цели (высотомерах) используются индикаторы высоты. Индикаторы дальности измеряют только дальность до цели и используются для контроля.
Для точного определения дальности необходимо измерять интервал времени t з (десятки и сотни мкс) с высокой точностью, то есть требуются приборы с весьма малой инерционностью. Поэтому в индикаторах дальности в качестве измерительных приборов используются электронно-лучевые трубки (ЭЛТ).
Примечание. Принцип измерения дальности был изучен в занятии 1, поэтому при изучении этого вопроса основное внимание уделить формированию развертки на ИКО.
Сущность измерения дальности (время запаздывания t з ) с помощью ЭЛТ можно пояснить на примере использования линейной развертки в трубке с электростатическим управлением электронным лучом.
При линейной развертке в ЭЛТ электронный луч под действием напряжения развертки U р периодически перемещается с постоянной скоростью по прямой слева направо (рис. 1.7,слайд 9, 12 ). Напряжение развертки вырабатывается специальным генератором развертки, который запускается тем же импульсом синхронизатора, что и модулятор передатчика. Поэтому движение луча по экрану начинается каждый раз в момент посылки зондирующего импульса.
При использовании амплитудной отметки цели отраженный сигнал, поступающий с выхода приемника, вызывает отклонение луча в перпендикулярном направлении. Таким образом, отраженный сигнал можно видеть на экране трубки. Чем дальше находится цель, тем больше времени проходит до момента появления отраженного импульса и дальше вправо успевает переместиться луч вдоль линии развертки. Очевидно, каждой точке линии развертки соответствует определенный момент прихода отраженного сигнала и, следовательно, определенное значение дальности.
В РЛС, работающих в режиме кругового обзора, используются индикаторы кругового обзора (ИКО) и ЭЛТ с электромагнитным отклонением луча и яркостной отметкой. Антенна РЛС с узконаправленным лучом (ДН) перемещается механизмом вращения антенны в горизонтальной плоскости и «просматривает» окружающее пространство (рис. 3.3, слайд,
На ИКО линия развертки дальности вращается по азимуту синхронно с антенной, а начало движения электронного луча от центра трубки в радиальном направлении совпадает с моментом излучения зондирующего импульса. Синхронное вращение развертки на ИКО с антенной РЛС осуществляется при помощи силового синхронного привода (ССП). Ответные сигналы высвечиваются на экране индикатора в виде яркостной отметки.
ИКО позволяет одновременно определять дальность Д и азимут β цели. Для удобства отсчета на экране ИКО электронным способом наносятся масштабные отметки дальности, имеющие вид окружностей и масштабные отметки азимута в виде ярких радиальных линий (рис. 3.3, слайд, 8, 27 ).
Примечание. Используя телевизионную установку и карточку ТВ предложить студентам определить координаты целей. Указать масштаб индикатора: отметки дальности следуют через 10 км, отметки азимута – через 10 градусов.
В Ы В О Д
(слайд 28)
Определение дальности до объекта при импульсном методе сводится к измерению времени запаздывания t з отраженного сигнала относительно зондирующего импульса. Момент излучения зондирующего импульса берется за начало отсчета времени распространения радиоволн.
Достоинства импульсных РЛС:
удобство визуального наблюдения одновременно всех целей, облучаемых антенной в виде отметок на экране индикаторов;
поочередная работа передатчика и приемника позволяет использовать одну общую антенну для передачи и приема.
Второй учебный вопрос.
Основные показатели импульсного метода
Основными показателями импульсного метода являются (слайд 29) :
Однозначно определяемая максимальная дальность, Д ;
разрешающая способность по дальности, δД ;
минимальная определяемая дальность, Д min .
Рассмотрим эти показатели.
Однозначно определяемая максимальная дальность
Максимальная дальность действия РЛС определяется основной формулой радиолокации и зависит от параметров РЛС.
Однозначность определения дальности до объекта зависит от периода следования зондирующих импульсов Т п . Далее этот вопрос изложить следующим образом.
Максимальная дальность действия РЛС равна 300 км. Определить время задержки до цели, находящейся на этой дальности
Период повторения зондирующих импульсов выбран равным 1000 мкс. Определить дальность до цели, время задержки до которой равно Т п
В воздушном пространстве находятся две цели: цель № 1 на дальности 100 км и цель № 2 на дальности 200 км. Как будут выглядеть отметки от этих целей на индикаторе РЛС (рис. 3.4, слайд 22, 30 ).
При зондировании пространства импульсами с периодом повторения 1000 мкс отметка от цели № 1 будет высвечиваться на дальности 50 км, так как после дальности 150 км начнется новый период развертки и дальняя цель даст отметку в начале шкалы (на дистанции 50 км). Отсчитанная дальность не соответствует реальной.
Как исключить неоднозначность в определении дальности?
После обобщения ответов студентов сделать вывод:
Для однозначного определения дальности необходимо период повторения зондирующих импульсов выбирать в соответствии с заданной максимальной дальностью действия РЛС, то есть
Для заданной дальности 300 км период повторения зондирующих импульсов должен быть больше 2000 мкс или частота повторения должна быть меньше 500 Гц.
Кроме того, максимально определяемая дальность зависит от ширины ДНА, скорости вращения антенны и необходимого числа импульсов, отраженных от цели за один оборот антенны.
Разрешающей способностью по дальности (δД) называется то минимальное расстояние между двумя целями, находящимися на одном азимуте и угле места, при котором отраженные от них сигналы наблюдаются на экране индикатора еще раздельно (рис. 3.5, слайд 23, 31, 32 ).
При заданной длительности зондирующего импульса τ и и расстоянии между целями ∆Д 1 цели № 1 и № 2 облучаются раздельно. При той же длительности импульса, но при расстоянии между целями ∆Д 2 цели № 3 и № 4 облучаются одновременно. Следовательно, в первом случае на экране ИКО будут видны раздельно, а во втором – слитно. Отсюда вытекает, что для раздельного приема импульсных сигналов необходимо, чтобы интервал времени между моментами их приема был больше длительности импульса τ и (∆ t > τ и )
Минимальная разность (Д 2 – Д 1 ), при которой цели видны на экране раздельно, по определению есть разрешающая способность по дальности δД, следовательно
Помимо длительности импульса τ и на разрешающую способность станции по дальности оказывает влияние разрешающая способность индикатора, определяемая масштабом развертки и минимальным диаметром светящегося пятна на экране ЭЛТ (d п ≈ 1 мм). Чем крупнее масштаб развертки дальности и лучше фокусировка луча ЭЛТ, тем лучше разрешающая способность индикатора.
В общем случае разрешающая способность РЛС по дальности равна
где δД и – разрешающая способность индикатора.
Чем меньше δД , тем лучше разрешающая способность. Обычно разрешающая способность РЛС по дальности имеет величину δД = (0,5...5) км.
В отличие от разрешающей способности по дальности разрешающая способность по угловым координатам (по азимуту δβ и углу места δε ) не зависит от метода радиолокации и определяется шириной диаграммы направленности антенны в соответствующей плоскости, которую принято отсчитывать по уровню половинной мощности.
Разрешающая способность РЛС по азимуту δβ о равна:
δβ о = φ 0,5р о + δβ и о ,
где φ 0,5р о – ширина диаграммы направленности по половинной мощности в горизонтальной плоскости;
δβ и о - разрешающая способность по азимуту индикаторной аппаратуры.
Высокие разрешающие способности РЛС позволяют раздельно наблюдать и определять координаты близко расположенных целей.
Минимальная определяемая дальность – это наименьшее расстояние, на котором станция еще может обнаруживать цель. Иногда пространства вокруг станции, в котором цели не обнаруживаются, называют «мертвой» зоной (слайд 33 ).
Использование в импульсной РЛС одной антенны для передачи зондирующих импульсов и приема отраженных сигналов требует отключения приемника на время излучения зондирующего импульса τ u . Поэтому отраженные сигналы, приходящие к станции в момент, когда ее приемник не подключен к антенне, не будут приняты и зарегистрированы на индикаторах. Продолжительность времени, в течение которого приемник не может принимать отраженные сигналы, определяется длительностью зондирующего импульса τ u и временем, необходимым для переключения антенны с передачи на прием после воздействия на него зондирующего импульса передатчика t в .
Зная это время, значение минимальной дальности Д min импульсной РЛС можно определить по формуле
где τ u - длительность зондирующего импульса РЛС;
t в - время включения приемника после окончания зондирующего импульса передатчика (единицы – мкс).
Например . При τ u = 10мкс Д min = 1500 м
при τ u = 1 мкс Д min = 150 м.
Следует иметь ввиду, что к увеличению радиуса «мертвой» зоны Д min приводит наличие на экране индикатора отраженный от местных предметов и ограниченность пределов поворота антенны по углу места.
В Ы В О Д
Импульсный метод радиолокации эффективен при измерении дальностей объектов, находящихся на больших расстояниях.
Третий учебный вопрос
Метод непрерывного излучения
Наряду с использованием импульсного метода радиолокации можно осуществить с помощью установок с непрерывным излучением энергии. При непрерывном методе излучения представляется возможность посылать большую энергию в направлении на цель.
Наряду с преимуществом энергетического порядка метод непрерывного излучения по ряду показателей уступает импульсному методу. В зависимости от того, какой параметр отраженного сигнала служат основой для измерения дальности до цели, при непрерывном методе радиолокации различают:
фазовый (фазометрический) метод радиолокации;
частотный метод радиолокации.
Возможны также комбинированные методы радиолокации, в частности, импульсно-фазовый и импульсно-частотный.
При фазовом методе радиолокации о расстоянии до цели до цели судят по разности фаз излучаемых и принимаемых отраженных колебаний. Первые фазометрические методы измерения расстояния были предложены и разработаны академиками Л.И.Мандельштамом и Н.Д.Папалекси. Эти методы нашли применение в длинноволновых авиационных радионавигационных системах большого радиуса действия.
При частотном методе радиолокации о расстоянии до цели судят по частоте биений между прямым и отраженным сигналами.
Примечание. Изучение этих методов студенты проводят самостоятельно. Литература: Слуцкий В.З. Импульсная техника и основы радиолокации. С. 227-236.
В Ы В О Д
Определение дальности до объекта при импульсном методе сводится к изменению времени запаздывания t зап отраженного сигнала относительно зондирующего импульса.
Для однозначности определения дальности до объекта необходимо, чтобы t зап.мах ≤ Т п.
Разрешающая способность по дальности δД тем лучше, чем меньше длительность зондирующего импульса τ u .
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.
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.
6.1. ПРИНЦИП РАБОТЫ ИМПУЛЬСНОГО ПЕРЕДАТЧИКА
Передатчик, входящий в состав импульсной навигационной РЛС, предназначен для генерирования мощных кратковременных импульсов электрических колебаний сверхвысокой частоты (СВЧ) со строго определенной периодичностью, задаваемой схемой синхронизации.
Передатчик РЛС содержит генератор сверхвысокой частоты (ГСВЧ), подмодулятор, модулятор и источник питания. Структурная схема передатчика РЛС представлена на рис. 6.1.
Подмодулятор – формирует импульсы определенной длительности и амплитуды.
Импульсный модулятор – предназначен для управления колебаниями генератора СВЧ. В модуляторе вырабатываются видеоимпульсы высокого напряжения, которые подаются на вход магнетрона, вырабатывающего радиоимпульсы СВЧ заданной длительности. Принцип действия импульсных модуляторов основан на медленном накоплении запаса энергии в специальном накопителе энергии в промежуток времени между импульсами и быстрой последующей отдаче энергии нагрузке модулятора, т.е. магнетронному генератору, за время, равное длительности импульса.
В качестве ГСВЧ используются магнетроны и полупроводниковые генераторы СВЧ (диоды Ганна).
Структурная схема импульсного модулятора показана на рис. 6.2.
При размыкании коммутирующего прибора накопитель заряжается от источника постоянного напряжения через ограничитель (резистор), ограждающий источник питания от перегрузки. При замыкании прибора накопитель разряжается на нагрузку (магнетрон) и на его зажимах анод – катод создается импульс напряжения заданной длительности и амплитуды.
В качестве накопителя может использоваться емкость в виде конденсатора или разомкнутой на конце длинной (искусственной) линии. Коммутирующие приборы – электронная лампа (для ранее выпущенных РЛС), тиристор, нелинейная индуктивность.
Наиболее простой является схема модулятора с накопительным конденсатором. Схема такого модулятора содержит в качестве накопителя энергии: накопительный конденсатор, в качестве коммутирующего прибора: коммутирующую (модуляторную или разрядную) лампу, а также ограничительный резистор и магнетронный генератор. В исходном состоянии разрядная лампа заперта отрицательным напряжением на управляющей сетке (цепь разорвана), накопительный конденсатор заряжен.
При подаче на управляющую сетку лампы от подмодулятора прямоугольного импульса напряжения положительной полярности длительностью t И разрядная лампа отпирается (цепь замыкается) и накопительный конденсатор разряжается на магнетрон. На зажимах анод – катод магнетрона создается модулирующий импульс напряжения, под действием которого магнетрон генерирует импульсы колебаний СВЧ.
Напряжение на магнетроне будет до тех пор, пока на управляющей сетке разрядной лампы действует положительное напряжение. Следовательно, длительность радиоимпульсов зависит от длительности управляющих импульсов.
Импульсный модулятор с накопительным конденсатором имеет один существенный недостаток. По мере расходования заряда конденсатора при генерировании радиоимпульса напряжение на нем быстро падает, а с ним - и мощность высокочастотных колебаний. В результате генерируется остроконечный радиоимпульс с пологим спадом. Гораздо выгоднее работать с прямоугольными импульсами, мощность которых в течение их длительности остается примерно постоянной. Прямоугольные импульсы будут генерироваться описанным генератором, если накопительный конденсатор заменить искусственной длинной линией, разомкнутой на свободном конце. Волновое сопротивление линии должно равняться сопротивлению генератора ВЧ колебаний со стороны зажимов питания, т.е. отношению его анодного напряжения к анодному току
6.2. ЛИНЕЙНЫЕ И МАГНИТНЫЕ МОДУЛЯТОРЫ
На практике применяются модуляторы с накопительной энергией, называемые линейными модуляторами. В состав принципиальной схемы такого модулятора (рис. 6.3) входят: зарядный диод V1 , катушка зарядной индуктивности L1, накопительная линия LC , импульсный трансформатор T , тиристор V2 , зарядная цепочка C1,R1.
При запертом тиристоре линия заряжается через V1,L1 до напряжения Е . Одновременно заряжается конденсатор С1 через резистор R1.
При подаче на тиристор запускающего импульса (ЗИ ) положительной полярности тиристор отпирается, протекающий через него ток разряда уменьшает сопротивление тиристора, и происходят разряд накопительной линии на первичную обмотку импульсного трансформатора. Модулирующий импульс напряжения, снимаемый со вторичной обмотки, подается на магнетрон. Длительность формируемого импульса зависит от параметров LC линии:
На практике широкое применение нашли коммутирующие приборы в виде катушек нелинейной индуктивности, которые получили название магнитных импульсных модуляторов. Катушка нелинейной индуктивности имеет сердечник из специального ферромагнитного материала, обладающего минимальными потерями. Известно, что если такой сердечник насыщен, то его магнитная проницаемость мала, и индуктивное сопротивление такой катушки минимально. Наоборот, при ненасыщенном состоянии магнитная проницаемость сердечника имеет большую величину, индуктивность катушки увеличивается, индуктивное сопротивление возрастает.
Кроме элементов, применяемых в схеме линейного модулятора, схема магнитного модулятора (рис. 6.4) содержит катушку нелинейной индуктивности (дроссель) L1 , накопительный конденсатор C1 , нелинейной трансформатор T1 , накопительный конденсатор С2 и импульсный трансформатор T2.
Когда тиристор заперт, заряжается конденсатор С1 от источника напряжения Е и сердечник дросселя L1 намагничивается до насыщения. При отпирании тиристора конденсатор С1 разряжается на первичную обмотку трансформатора Т1 . Индуктируемое во вторичной обмотке напряжение заряжает конденсатор С2 . К концу заряда сердечник Т1 насыщается, и конденсатор С2 разряжается на первичную обмотку импульсного трансформатора.
Длительность модулирующего импульса определяется временем разряда конденсатора С2. В необходимых случаях при длительности импульсов, превышающих 0,1 мкс, на практике вместо конденсатора С2 включают формирующую линию. Тогда длительность модулирующих импульсов будет определяться параметрами линии аналогично схеме линейного модулятора.
6.3. ПОДМОДУЛЯТОРНЫЕ КАСКАДЫ
Управление работой разрядной (модуляторной) лампы в схеме с накопительным конденсатором осуществляется специальной схемой подмодулятора, в состав которой входят усилитель запускающих импульсов; первый ждущий блокинг-генератор, работающий в режиме деления частоты повторения импульсов; второй блокинг-генератор, формирующий импульсы управляющего напряжения фиксированной длительности и амплитуды, которые управляют работой разрядной лампы. Такая схема подмодулятора обеспечивает работу передатчика различной частотой повторения и различной длительностью зондирующих импульсов.
Управление работой линейного и магнитного модуляторов, где в качестве управляющего элемента используются тиристоры, осуществляется задающим генератором, в состав которого обычно входят усилитель запускающих импульсов, ждущий блокинг-генератор, эмиттерный повторитель, согласующий входную цепь тиристора с выходом блокинг-генератора.
Рис. 6.5. Схема подмодулятора РЛС «Океан»
На рис. 6.5 представлена принципиальная схема подмодулятора РЛС «Океан», которая, несмотря на устаревшую элементную базу, находится до настоящего времени в эксплуатации.
Данная схема имеет четыре каскада:
Усилитель запускающих импульсов (левая половина лампы Л1 типа 6Н1П),
Ждущий блокинг-генератор(правая половина лампы Л1 ),
Л2 типа ТГИ1-35/3,
Выходной каскад на тиратроне Л3 типа ТГИ1-35/3.
В зависимости от длительности модулирующих импульсов (0,1 или 1 мкс) работает тиратрон Л2 или тиратрон Л3 . В первом случае заряд накопительной линии 1 происходит через зарядное сопротивление R1. Во втором случае накопительная линия 2 заряжается через сопротивление R2.
Нагрузкой выходных каскадов являются резисторы R3 и R4 , включенные параллельно в катодную цепь тиратронов Л1 и Л2. При разряде накопительных линий на этих резисторах создается импульс напряжения заданной длительности с амплитудой 1250 В.
В качестве подмодуляторного каскада модулятора применяется блокинг-генератор. Для получения малого выходного сопротивления блокинг-генератор на выходе имеет катодный повторитель.
6.4. ОСОБЕННОСТИ МАГНЕТРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
Магнетрон представляет собой двухэлектродный электровакуумный прибор с электромагнитным управлением. В диапазоне сантиметровых волн применяются многорезонаторные магнетроны. Устройство такого магнетрона показано на рис. 6.6.
 |
|
Рис. 6.6. Устройство магнетрона Рис. 6.7. Пакетированный магнетрон
Основой конструкции магнетрона является анодный блок 1 в виде массивного медного цилиндра, в котором выточено по окружности четное число пазов, представляющих собой цилиндрические резонаторы 2.
В центре блока расположен цилиндрический оксидный подогревный катод 10 , имеющий значительный диаметр для получения достаточного эмиссионного тока. Резонаторы сообщаются с внутренней полостью магнетрона, называемой пространством взаимодействия, с помощью прямоугольных пазов 9. Катод укреплен внутри магнетрона с помощью держателей 12 , которые служат одновременно выводами тока 11. Держатели проходят через стеклянные спаи в цилиндрических трубках, укрепленных на фланце. Имеющиеся на фланце утолщения выполняют роль высокочастотного дросселя, препятствующего выходу высокочастотной энергии через выводы накала. С обеих сторон катода расположены охранные диски 4 , препятствующие утечке электронов из пространства взаимодействия в торцовые области магнетрона. С торцовой стороны анодного блока имеются связки-проводники 3 , соединяющие сегменты анодного блока.
Для охлаждения магнетрона на его наружной поверхности имеются ребра, обдуваемые вентилятором. Для удобства охлаждения, безопасности обслуживания и облегчения отвода высокочастотной энергии анодный блок заземляется, а к катоду прикладываются импульсы высокого напряжения отрицательной полярности.
Магнитное поле в магнетроне создается постоянными магнитами, изготовленными из специальных сплавов, создающих сильное магнитное поле.
С внешней нагрузкой магнетрон связан посредством проволочной медной петли 8 , которая одним концом припаяна к стенке одного из резонаторов, а другим присоединена к внутреннему проводу 7 короткой коаксиальной линии, проходящему через стеклянный спай 6 в волновод 5 . Колебания сверхвысокой частоты в магнетроне возбуждаются электронным потоком, управляемым постоянным электрическим и магнитным полями, направленными взаимно перпендикулярно друг другу.
В магнетронных генераторных РЛС применяются постоянные магниты, изготовленных из сплавов с большой коэрцитивной силой. Существуют две конструкции магнитных систем: внешние магнитные системы и «пакетные» магнитные системы. Внешняя магнитная система представляет собой стационарную конструкцию, между полюсными наконечниками которой устанавливается магнетрон.
В судовых навигационных РЛС получили распространение пакетированные магнетроны, у которых магнитная система является составной частью конструкции самого магнетрона. У пакетированных магнетронов полюсные наконечники входят с торцов внутрь магнетрона (рис. 6.7). Этим уменьшается воздушный зазор между полюсами, а, следовательно, и сопротивление магнитопровода, что позволяет сократить размеры и вес магнитной схемы. Схемы магнетронных генераторов представлены на рис. 6.8, а; 6.8, б.
В состав схемы магнетронного генератора входят: магнетрон, трансформатор накала и система охлаждения анодного блока магнетрона. Схема магнетронного генератора содержит три цепи: сверхвысокочастотную, анодную и накальную. Токи СВЧ циркулируют в резонансной системе магнетрона и в связанной с ней внешней нагрузке. Импульсный анодный ток протекает от положительного зажима модулятора через анод – катод магнетрона на отрицательный зажим. Он определяется выражением
|
|||
Рис. 6.8. Схемы магнетронных генераторов
где I A – среднее значение анодного тока, А;
F И – частота следования импульсов, имп / с;
τ И – длительность импульса, с;
α – коэффициент формы импульсов (для прямоугольных импульсов равен единице).
Цепь накала состоит из вторичной обмотки трансформатора накала Тр и нити подогрева катода. Обычно напряжение накала магнетрона равно 6,3 В, но ввиду того, что катод работает в режиме усиленной электронной бомбардировки, полное напряжение питания нити обогрева требуется только для разогрева катода перед подачей высокого напряжения на анод магнетрона. При включении высокого анодного напряжения напряжение накала обычно уменьшают автоматически до 4 В с помощью резистора R, включенного в первичную обмотку трансформатора накала. В схеме (рис. 6.8,а) модулирующий импульс напряжения отрицательной полярности с выхода модулятора подается на катод магнетрона.
Вторичная обмотка трансформатора накала по отношению к корпусу генератора находится под высоким напряжением. Аналогично в схеме (рис. 6.8, б) один конец вторичной обмотки импульсного трансформатора ИТр подключен к корпусу, а второй конец – к зажиму вторичной обмотки накального трансформатора. Поэтому изоляция между вторичной обмоткой трансформатора накала и корпусом, а также между обмотками должна быть рассчитана на полное анодное напряжение магнетрона. Чтобы не вызывать заметного искажения формы модулирующих импульсов, емкость вторичной обмотки трансформатора накала должна быть возможно меньше (не более нескольких десятков пикофарад).
6.5. ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО РЛС «НАЯДА-5»
Передающее устройство РЛС «Наяда-5» входит в состав прибора П-3 (приёмопередатчика) и предназначено для:
формирования и генерирования зондирующих импульсов СВЧ;
обеспечения синхронной и синфазной работы по времени всех блоков и узлов индикатора, приёмопередатчика, антенного устройства.
На рис. 6.9 показана структурная схема передающего устройства приёмопередатчика РЛС «Наяда-5».
В состав передающего устройства входят: блок сверхвысокой частоты; модулятор передатчика; фильтр модулятора; формирователь синхроимпульсов; выпрямительные устройства, обеспечивающие питанием блоки и цепи прибора П – 3.
В структурную схему приёмопередатчика РЛС «Наяда-5» входит:
Тракт формирования сигналов стабилизации , предназначенный для формирования импульсов вторичной синхронизации и поступающих в индикатор, а также для запуска через блок автоматической стабилизации управления модулятора передатчика. С помощью этих синхроимпульсов обеспечивается синхронизация зондирующих импульсов с началом развёртки на ЭЛТ индикатора.
Тракт формирования зондирующих импульсов , предназначенный для выработки импульсов СВЧ и передачи их по волноводу в антенное устройство. Это происходит после формирования модулятором напряжения импульсной модуляции генератора СВЧ а также импульсов контроля и синхронизации сопрягаемых блоков и узлов.
Тракт формирования видеосигнала , предназначенный для преобразования с помощью гетеродина и смесителей отражённых импульсов СВЧ в импульсы промежуточной частоты, формирования и усиления видеосигнала, который затем поступает в индикатор. Для передачи зондирующих импульсов в антенное устройство и отражённых импульсов в тракт формирования видеосигнала используется общий волновод.
Тракт настройки контроля и питания, предназначенный 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.
6.6. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАТЧИКОВ
Конструктивно передатчики РЛС совместно с приемным устройством могут располагаться как в отдельном изолированном приборе, который называется приемопередатчиком , так в антенном блоке.
На рис. 6.10 изображен внешний вид приемопередатчиков современной одно и двух канальной автоматизированной радиолокационной станции «Ряд» (3,2 и 10 см диапазона волн), который расположен в отдельном приборе. Основные технические характеристики показаны в таблице 6.1.
Приемопередатчики 3-х см диапазона (П3220 Р) с импульсной мощностью 20 кВт и более построены на базе магнетронов с безнакальным автокатодом. Данные магнетроны имеют время безотказной наработки в условиях эксплуатации более 10000 часов, обеспечивают мгновенную готовность к работе и существенно упрощают передатчик.
Рис. 6.10. Приемопередатчики автоматизированной РЛС «Ряд»
Широкое внедрение в современных судовых навигационных РЛС микроэлектроники, в первую очередь - твердотельных СВЧ-приборов, микропроцессоров, позволило, в сочетании с современными методами обработки сигналов, получить компактные, надежные, экономичные и удобные в эксплуатации приемо-передающие устройства. Для исключения применения громоздких волноводных устройств и исключения потерь мощности при передаче и приёме отраженных сигналов в волноводах передатчик и приёмник конструктивно располагают в антенном блоке в виде отдельного модуля, который иногда называется сканером (см. рис.7.23). Этим обеспечивается быстросъемность модуля приёмопередатчика, а также проведение ремонта методом агрегатной замены. Включение и выключение питания таких типов приемопередатчиков обеспечивается дистанционным способом.
На рис. 6.11 показано антенно-передающее-приёмное устройство береговой РЛС (БРЛС) «Балтика-Б», выполненного в виде моноблока. БРЛС «Балтика-Б» используется в качестве береговой РЛС в системах управления движения судов (СУДС), а также на акваториях портов, подходных каналах и фарватерах.
Антенна и приемопередатчик БРЛС «Балтика»
с горячим резервированием
Подробнее о современных радарах изложено в главе 11 учебного пособия.
Литература:
1. Дружинин В.В. Справочник по основам радиолокационной техники. Стр. 344-352, 353-367, 368-375.
2. Карпекин В.Е. Радиолокационная станция обнаружения воздушных объектов. Стр. 30-47.
3. Карпекин В.Е., Рябцев И.Ф., Тюнин Н.Г., Хмель Н.Н. Проверка коэффициента шума приёмных систем. Стр. 3-26.
Вопросы:
1. Технические характеристики приёмных устройств РЛС.
2. Структурная схема приёмного устройства РЛС.
1. Технические характеристики приёмных устройств РЛС.
Приемная система радиолокационной станции обнаружения решает следующие основные задачи:
Выделение сигналов, отраженных от воздушных объектов, из множества других сигналов (частотная селекция);
Усиление отраженных сигналов и их преобразование по частоте;
Детектирование высокочастотных сигналов и преобразование их к виду, удобному для отображения на экране индикаторного устройства;
Обработка сигналов с целью подавления помех.
Качество выполнения приемной системой данных задач определяется ее характеристиками.
К основным из них относятся следующие:
Чувствительность приемника;
Коэффициент шума;
Динамический диапазон;
Коэффициент усиления;
Полоса пропускания;
Диапазон рабочих частот;
Помехоустойчивость.
Чувствительность приемника характеризует его способность выполнять свои функции при слабых входных сигналах. Она оценивается минимальной величиной сигнала на входе приемника, которая необходима для получения достаточной мощности на его выходе при заданном превышении над собственными шумами приемника. Количественно определяется величинами предельной и реальной чувствительности.
Предельной чувствительностью приемника P ’ п p . min называют такую минимальную мощность сигнала на входе приемника, которая обеспечивает на выходе его линейной части (входе детектора) отношение по мощности сигнала к шуму, равное единице.
Реальной чувствительностью приемника P п p . min называют такую мощность сигнала на его входе, которая обеспечивает на выходе линейной части приемника отношение сигнал/шум, равное коэффициенту различимости q .
Реальная и предельная чувствительность связаны зависимостью:
P пp.min = P ’ п p.min *q.
Коэффициент различимости численно равен минимально допустимому отношению сигнал/шум на выходе линейной части приемника, при котором сигнал на выходе приемника может быть уверенно обнаружен.
Чувствительность приемника тем выше, чем меньше величина P п p . min . В современных приемниках РЛС P п p . min = 10 -13 – 10 -14 Вт.
Чувствительность приемника РЛС ограничивается его собственными шумами. Они возникают в антенно-волноводном тракте, сопротивлениях, электронных лампах и полупроводниковых приборах.
Причинами шумов являются беспорядочное тепловое движение электронов и проводниках, неравномерное излучение электронов катодами в электронных лампах и т.д. С увеличением температуры уровень собственных шумов возрастает. Интенсивность шумов весьма мала. Однако проходя через приемник с большим усилением, они создают на его выходе напряжение, способное привести в действие оконечное устройство. На экране индикатора они наблюдаются в виде шумовой дорожки.
Количественная оценка шумов линейной части приемника осуществляется с помощью коэффициента шума. Коэффициентом шума приемника N называют величину, показывающую, во сколько раз отношение сигнал/шум на входе приемника больше отношения сигнал/шум на выходе его линейной части, т.е.
Для идеального приемника, у которою собственные шумы отсутствуют, коэффициент шума ранен единице. Реальные приемники имеют коэффициент шума от 2 до 10. Выполнение требования высокой чувствительности приемника достигается применением малошумящих усилителей высокой частоты и всемерным снижением потерь в антенно-волноводном тракте.
Наряду с высокой чувствительностью приемник должен иметь большой динамический диапазон. Это связано с наличием на его входе помех и большого разброса амплитуд полезных сигналов. Динамическим диапазоном приемника называется величина наибольшего перепада входных сигналов, в пределах которого он еще обеспечивает нормальную работу. Количественно динамический диапазон оценивается отношением максимального входного сигнала, обработка которого приемником производится еще с допустимыми искажениями, к чувствительности приемника, выраженном в децибелах:
Д=10 lg (Р пр. max /Р пр. min)
Динамический диапазон приемных систем современных РЛС должен быть не менее 70 - 80 Дб. Его расширение достигается за счет повышения чувствительности приемника, применения схем регулирования усиления и использования специальных усилительных приборов.
Усилительные свойства приемника характеризуются коэффициентом усиления. Различают коэффициент усиления по мощности К р и коэффициент усиления по напряжению К U .
Коэффициент усиления по мощности - это отношение мощности сигнала на выходе приемника Рвых. к мощности на его входе Р вх .:
К р =Р вых /Р вх
Коэффициент усиления по напряжению определяется аналогично:
К U =U вых / U вх
Коэффициент усиления определяется в относительных единицах или децибелах, причем
К дб =20 lg К
К рдб =10 lg К р
В современных приемниках общее усиление может достигать
К р = (0,1-10)*10 13 или соответственно К р = 120 - 140 д6.
Зависимость модуля коэффициента усиления от частоты называют амплитудно-частотной характеристикой (рис.3.70).
Рис. 3.70. Амплитудно-частотная характеристика приемника.
Амплитудно-частотная характеристика приемника определяет его частотную избирательность, т.е. способность выделять полезный сигнал из совокупности колебаний с различными несущими частотами. Количественно частотная избирательность приемника характеризуется его полосой пропускания Df . Полоса пропускания определяется как разность частот f2 и f1 , для которых К уменьшается в , а К р - в два раза от своего максимального значения. Избирательность приемника тем выше, чем ближе форма его амплитудно-частотной характеристики к П-образной.
Предельная чувствительность, полоса пропускания и коэффициент шума связаны зависимостью:
Р’ пр. min = к*Т о *N*Df,
где: Р’ пр. min - в Вт,
к - постоянная Больцмана,
Т о = 300°К, к*Т о = 4*10 -21 Вт/с,
Df - полоса пропускания (Мгц),
N - коэффициент шума.
Диапазон рабочих частот определяется значением крайних частот, обрабатываемых приемником. Он определяется следующими требованиями:
Приемник должен допускать настройку на любую частоту диапазона;
Характеристики приемника в этом диапазоне должны изменяться в заданных пределах.
Зачастую диапазон рабочих частот называют по длине волн, обрабатываемых приемником. В диапазоне СВЧ, например, различают приемники сантиметрового, дециметрового и метрового диапазонов.
Помехоустойчивостью приемника называют его способность обеспечивать достоверное выделение полезного сигнала при действии различного рода помех.
Вывод: Качество выполнения приемной системой задач в составе РЛС определяется её техническими характеристиками, основными из которых являются: чувствительность, коэффициент шума, динамический диапазон, коэффициент усиления, полоса пропускания, диапазон рабочих частот, помехоустойчивость.
2. Структурная схема приёмного устройства РЛС.
Приемная система радиолокационной станции обнаружения воздушных объектов выполняется, как правило, по схеме супергетеродинного приемника с однократным преобразованием частоты. Структурная схема супергетеродинного приемника приведена на рисунке 3.71.
Рис. 3.71. Структурная схема супергетеродинного приемника.
Слабый сигнал электромагнитной энергии, принятый антенно-волноводной системой, поступает на вход усилителя высокой частоты (УВЧ). Далее усиленный по мощности сигнал подается на высокочастотный фильтр.
Высокочастотный фильтр представляет собой колебательный контур с распределенными емкостью и индуктивностью. Его резонансная частота соответствует частоте принимаемого сигнала. Фильтр предназначен для частотной селекции полезных сигналов, а также для подавления помех по зеркальному каналу.
Основное усиление в супергетеродинном приемнике осуществляется не на частоте принимаемого сигнала, а на промежуточной частоте, более низкой по сравнению с принимаемой (в сотни раз). Перенос радиолокационной информации на промежуточную частоту осуществляет преобразователь частоты. Он состоит из смесителя, маломощного генератора незатухающих колебаний (стабильного гетеродина) и фильтра промежуточной частоты (входной фильтр усилителя промежуточной частоты).
Частота колебаний стабильного гетеродина fcг отличается от несущей частоты сигнала fc на величину промежуточной частоты fпч , т.е. fпч = fcг - fc или fпч = fc - fcг.
На смеситель одновременно воздействуют два напряжения: напряжение преобразуемого сигнала на высокой несущей частоте fc и напряжение стабильного гетеродина, изменяющееся по гармоническому закону с частотой fcг .
Для того чтобы получить колебание, имеющее ту же форму, что и поступающий сигнал, необходимо выделить колебание только одной комбинационной частоты. На входном фильтре усилителя промежуточной частоты (УПЧ) выделяют сигнал разностной частоты fпч = fcг - fc или fпч = fc - fcг .
УПЧ обеспечивает основное усиление и определяет полосу пропускания приемника.
В супергетеродинном приемнике при настройке на другую частоту одновременно изменяется настройка высокочастотного фильтра и стабильного гетеродина таким образом, что промежуточная частота остается неизменной. Это позволяет иметь в приемнике многокаскадный усилитель промежуточной частоты с постоянной настройкой.
Детектор преобразует модулированное высокочастотное колебание в напряжение, соответствующее модулирующему сигналу передающей системы. Например, при воздействии на его вход радиоимпульса промежуточной частоты на выходе детектора формируется видеоимпульс.
После детектора сигнал дополнительно усиливается усилителем низкой частоты (видеоусилителем) до величины, необходимой для нормальной работы индикаторного устройства.
Конструктивно вместе с усилителем низкой частоты (УНЧ) выполняются и схемы защиты РЛС от помех.
Особый интерес представляют детекторы. В детекторе осуществляется выделение сообщения из сигнала и устранение несущего высокочастотного колебания, являющегося переносчиком сообщения. В соответствии с видом модуляции различают детектирование сигналов, модулированных по амплитуде, фазе или частоте. Эти функции выполняют соответственно амплитудные, фазовые и частотные детекторы.
Спектр выходного колебания детектора лежит в области низких частот (частот модуляции), а спектр входного - в области высоких частот (центральной частоты сигнала). Такая трансформация спектра возможна только в устройствах, имеющих нелинейные или параметрические элементы. Роль таких элементов в современных детекторах выполняют обычно полупроводниковые диоды, реже транзисторы - биполярные и полевые. Выделение области частот модуляции и устранение высокочастотных составляющих спектра осуществляется фильтрами нижних частот (RС - или RLC - фильтрами).
Основным видом детектора является амплитудный детектор. Он имеет самостоятельное значение как детектор АМ-сигналов и, кроме того, входит в состав фазовых и частотных детекторов.