Реферат: Радиолокатор

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение 2

2. Назначение 2

3. Основные технические данные 2

4. Режим работы 3

4.1. Принцип работы 3

4.2. Режим «Готовность» 3

4.3. Режим «Земля» 3

4.4. Режим «Метео» 3

4.5. Режим «Контур» 3

4.6. режим «Снос» 3

5. КОМПЛЕКТНОСТЬ АППАРАТУРЫ ИСТРУКТУРНАЯ СХЕМА 3

5.1. Комплектность аппаратуры 3

5.2. Структурная схема 3

6. Особенности построения отдельныхблоков и функциональных узлов 3

6.1. Антенна 3

6.2. Приемо-передающий блок 3

6.3. Индикаторный блок 3

6.4. Связь локатора с бортовымнавигационным вычислителем 3

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 3

1. Введение

Лабораторная работа«Изучение самолетного радиолокатора» имеет своей целью изучениесовременного радионавигационного метеолокатора «Гроза», которыйустанавливается на авиалайне­рах типа И2Г-62, 17-134, ТУ-154, ТУ-144. Локатор«Гроза» име­ет несколько режимов работы и позволяет решать ряднавигаци­онных задач. Как радиосистема локатор имеет оригинальные схем­ные иконструктивные решения. Изучение РЛС «Гроза», включаю­щее измерениеосновных технических параметров, является полез­ным при освоении курсов«Радиотехнические системы» и «Радиона­вигационные системы».

2. Назначение

Самолетнаярадиолокационная станция «Гроза» представля­ем собойметеорологический радиолокатор, предназначенный для обнаружениягидрометеообразований, опасных для прохождения самолета, а также для наблюденияна экране электроннолучево­го индикатора радиолокационного изображенияместности, лежа­щей перед самолетом.

Кроме того, локатордает возможность: определять коор­динаты радиолокационных ориентиров (курсовойугол и дальность) и по ним судить о месте нахождения самолета; предупреждатьстолкновения о другими самолетами и о горными вершинами; опре­делять грозовыезоны, опасные для пролета самолета; совершать полет по радиолокационнымориентирам, как по приводным радио­станциям; обнаруживать аэродромы посадки иопределять направление взлетно-посадочных полос; определять угол сноса и путе­вуюскорость самолета.

3. Основные технические данные

1) Дальностьобнаружения при высоте полета 7 км

— зон грозовойоблачности                                                   200 км,

— особо крупныхпромышленных центров                          350 км,

— незастроеннойместности и водоемов                                170 км,

— горных массивов иотдельных вершин                              150 км;

2) Рабочаячастота                                                                9370±30МГц

3) Мощность вимпульсе                                                                 9 кВт;

4) Частота повторенияимпульсов                                       400 Гц;

5) Длительностьимпульсов                                                  3,5 мкс;

6) Диаграмманаправленности антенны:

— узкий луч, уголраствора                                                   30;

— веерный луч,(вертикальная плоскость)                            300;

7) Сектор азимутальногообзора                                         ±l000;

8) Пределы углов, прикоторых обеспечивается стабилизация плоскости обзора;

— по углукрена                                                                      ±150;

— по углутангажа                                                                  ±50;

9) Чувствительностьприемника                                           130 дБ/Вт;

10) Полоса пропусканияприемника                                   1,8 + 2,0 МГц;

11) Промежуточнаячастота                                                 30 МГц;

12) Масштабы развертокдальности:

0-30 км, метки через 10км,

0-50 км, метки через 10км,

0 — 125 км, метка через25 км,

0 — 250 км, метки через50 км,

200 — 375 км, меткичерез 50 км;

13) Режимы работы:«Готовность», «Земля», «Метео»,«Контур», «Снос»;

14) Максимальная ошибкаопределения угла сноси 1,50;

15) Суммарная массаблоков                                               45 кг;

16) Потребляемаямощность:

— сеть 115 в, 400Гц                                                 390 ВА,

— сеть 36 в, 4UOГц                                                   17 ВА,

— сеть 27 в, постоянныйток                                    80 ВА.

4. Режим работы4.1. Принцип работы

РЛС «Гроза»является импульсным радиолокатором сантимет­рового диапазона, способным решатьразличные навигационные за­дачи. Принцип работы состоит в направленномизлучении мощных радиоимпульсов, приема и усиления, отраженных от наземных иливоздушных объектов сигналов и их яркостной индикации на электронно-лучевойтрубке. Измерение угла сноса основано на испо­льзовании эффекта вторичныхдоплеровских частот (см. ниже).

При совместной работеРЛС с бортовым навигационным вычис­лителем на экране формируется электронноеперекрестие, соответ­ствующее ожидаемым координатам радиолокационногоориентира, введенным в вычислитель. При совпадении отметки от ориентира сперекрестием производится коррекция показаний навигационного вычислителя поданным измерений на РЛС «Гроза».

В локаторепредусмотрено пять режимов работы: «Готовность», «Земля»,«Метео», «Контур», «Снос».

4.2. Режим «Готовность»

При нажатии клавиши«РЛС» на пульте через четыре минуты локатор готов к работе, нопередатчик, приемник и антенна не работают.

4.3. Режим «Земля»

В этом режимеосуществляется обзор земной поверхности при различной максимальной дальности.На дальностях до 30,50 и 125 км используется веерная диаграмма направленности.На дальности до 250 км диаграмма используется поочередно: веерная при дви­женииантенны по часовой стрелке и узкая — при обратном движении. Узкая диаграммадополняет веерную, что увеличивает даль­ность действия РЛС. На дальностях 200 — 375 км используется узкая диаграмма.

При высоте полета 7 кмнижний край узкого луча падает на землю на расстоянии 200 км от самолета. Надальностях с мас­штабом 30 км включается схема ВАРУ, ослабляющая влияниебоковых лепестков и исключающая засветку экрана сильными сигналами от близкихориентиров.

Для повышенияконтрастности изображения схема видеоусилителя изменяется так, что изображениестановится трех — тоновым:

— темный тон- сигнал навыходе отсутствует (отраженна от гладкой водной поверхности); экран не светитсяили слег­ка освещен шумами приемника;

— светлый тон — экраносвещается за счет слабых сигна­лов, возникающих при отражениях отнезастроенной местности; экран почти весь слегка равномерно освещен;

— яркий тон — на экранена фоне местности появляются яркие отметки, возникающие при отражении отрадиолокацион­ных ориентиров (города, железнодорожные узлы, корабли, мос­ты ипр.). С помощью ручки управления «Контраст» можно вы­делить толькосильные сигналы или более слабые.

4.4. Режим «Метео»

Режим предназначен дляобнаружения различных гидрообразований в атмосфере, грозовых фронтов, и т.п.Кроме этого, он используется для определения достаточности превыше­ния самолетанад горными вершинами и для обнаружения дру­гих самолетов, находящихся на томже эшелоне.

В режиме«Метео» на всех масштабах дальности использу­ется узкая диаграмманаправленности антенны, которая ох­ватывает по вертикали на расстоянии 10 км отсамолета-700 м; 30 км от самолета-2100 м; 50 км от самолвта-3500 м.

На экране, ближе кцентру, располагаются зоны облачно­сти, находящиеся вблизи самолета. Чем большеплотность об­лачности, тем больше турбулентность движения частиц в ней, тембольше коэффициент отражения и тем ярче изображается эта облачность на экране.В режиме «Метео» просматривается вся метеорологическая обстановка наэшелоне полета, а при наклоне антенны вниз или вверх на несколько градусов мож­новыбрать наиболее безопасный эшелон движения.

Горные вершиныпросматриваются на экране в виде ярких отметок, за которыми располагаются тени,возникающие вслед­ствие того, что участки местности, лежащие за вершиной, ока­зываютсяэкранированными и не облучаются. По мере приближения самолета к горной вершинеее изображение перемещается к центру экрана, размеры отметки уменьшаются ияркость ослабляется. Если превышение самолета над вершинойсоставляет более 600 м, то, не доходя до первого десятикилометрового кольцадальности, отметка от вершины исчезает, (отражатель выходит из диаграммы). Этоявляется признаком безопаснос­ти полета. Если же превышение самолета надвершиной недо­статочно для безопасного полета, то отметка от вершины будетпросматриваться и на меньших расстояниях, и экипаж должен предпринять обходнойманевр.

Обнаружение другихсамолетов из-за малой эффективной отражающей поверхности (особенно на встречныхкурсах) про­изводится только на расстояниях 10-15 км.

Чтобы исключитьослабление отметок от самолетов и горных вершин под действием сигналов ВАРУ,схема ВАРУ в дан­ном режиме не работает.

4.5. Режим «Контур»

Режим предназначен длявыделения зон облачности, опасных для прохождения самолета. Возможностьвыделения опасных зон основана на том, что интенсивность сигнала, отраженногоот них, значительно больше, чем интенсивность сигнала, отраженного от неопасныхзон. Используемый метод выделения опа­сных зон называется методом контурнойиндикации или методом «Изо-эхо». В схеме видеоусилителя сильныесигналы, получен­ные от опасных зон наблюдаемого пространства, подавляются. Всоответствующем месте экрана появляются темные области, контрастно выделяющиесяна светлом фоне, образованном отра­жениями от неопасных зон.

В режиме«Контур» используется только узкая диаграмма направленности, работаетсхема ВАРУ, которая исключает воз­можность ошибочной оценки неопасной, ноблизко расположен­ной облачности, дающей сильный сигнал, воспринимаемый так же,как от опасной облачности. Регулятор «Контрастность» при выделениизон из схемы видеоусилителя отключается. Ника­кие регулировки в режиме«Контур» не производятся.

4.6. режим «Снос»

Режим позволяетопределять угол сноса самолета. Для это­го применяется метод наблюдения наэкране индикатора колеба­ний вторичных доплеровских частот. Колебания этихчастот об­разуются в результате биений частот доплеровского спектра,получаемого при отражении радиоволн от поверхности значите­льных размеров.Вследствие амплитудной модуляции отраженно­го сигнала спектром вторичныхдоплеровских частот на линии развертки получаются яркостные блестки. Методоснован на том, что при совпадении азимутального направления диаграммы антен­ныс направлением линии фактического пути самолета вторичная доплеровская частотаоказывается минимальной и соизмеримой с частотой развертки. Поэтому блесткихорошо наблюдаются при этом на экране.

Если направлениеантенны не совпадает с направлением ве­ктора путевой скорости, то для случая,земля облучается в пределах дуги а, б, в. Составлявшие ве­ктора путевойскорости в направлении этих точек будут различ­ны. Соответственно различнымиоказываются и доплеровские ча­стоты Fg(a),Fg (б) и Fg(в).Между ними возникают бие­ния детектор выделяет колебания разностной — вторичнойдоплеровской частоты  Fg(а,б, в). Это напряжение после усиле­ния вместе с сигналом изображения вызываетяркостную модуля­цию линии развертка. Однако при наличии указанного выше не­совпадениявеличина Fg(а, б, в)  велика, иглаз не обнаружива­ет мелькания яркости.

Если поворачиватьантенну до тех пор, пока диаграмма на­правленности расположится симметричноотносительно вектора путевой скорости, то составляющие путевой скорости(скорости сближения о точками Г  и Е) будут равны. Вторичные доплеровскиечастоты в этом случав имеет минимальное значе­ние. При этом частота и скоростьдвижения блес­ток на линии развертки также становятся минимальными.

Таким образом, поминимуму вторичных доплеровских час­тот определяется направление векторапутевой скорости, а угол, на который при этом пришлось отвернуть антенну отпродольной оси самолета (от линии курса), и есть угол сноса. Угол сносаотсчитывается по азимутальной шкале индикатора напра­вления антенны.

В режиме«Снос» на масштабах дальностей до 30,50 и 125 км используется веернаядиаграмма направленности, что обес­печивает наблюдение блесток по всей линииразвертки дально­сти.

Скорость поворотаантенны регулируется потенциометром, связанным с ручкой «Контраст»,однако потенциометр «Конт­раст» из схемы видеоусилителя отключается.Ручное управление поворотом антенны включается при помощи нажимных клавишей.

5. КОМПЛЕКТНОСТЬ АППАРАТУРЫ И СТРУКТУРНАЯ СХЕМА5.1. Комплектность аппаратуры

Самолеты ТУ-154комплектуются следующими блоками локатора:

— антенный блок сдиаметром отражателя 760 мм. вариант Гр1Б;

— дваприемопередатчика, основной блок Гр2Б и дополни­тельный Гр2Б;

— индикаторный блок Гр4Н;

— эквивалентотклоняющей системы дополнительного инди­катора Гр35;

— блок стабилизации иуправления антенной 1р7Б;

— коробкакоммутационная Гр17, служащая для перехода о одного приемопередатчика надругой;

— коммутаторволноводный Гр47, служащий для переклю­чения антенны о одного приемопередатчикана другой;

— волноводный трактГр32.

5.2. Структурная схема

Структурная схемалокатора, при включении питания станции нажатием клавиши «РЛС» напанели управления блока Гр4Н напряжение источников бортов» подается к локатору.Переключателем на панели устанавлива­ется один из режимов работы. При этомнапряжение +27В по­ступает в блок Гр2Б на схему задержки включения передатчика,которая срабатывает и подключает, переменное напряжение пи­тания ко входумагнитного модулятора. Он формирует импульсы высокого напряжения для аноднойцепи магнетрона и импульсы для запуска канала синхронизации и схемы ВАРУ.Магнетрон создает радиоимпульс СВЧ колебаний мощностью 9 кВт. Через антенный пе­реключательон направляется в волноводный коммутатор Гр47, при этом небольшая мощностьответвляется к смесителю АПЧ.

С выхода Гр47 поволноводному тракту Гр32 импульс магнетрона подается в антенну Гр1Б иизлучается ею в пределах уз­кой или веерной диаграммы направленности.

В паузах между импульсамипередатчика энергия, отраженная от земной поверхности или от различныхгидрообразований в ат­мосфере, воспринимается антенной. По волноводному трактуГр32 через коммутатор Гр47 принятый сигнал в виде колебаний СВЧ по­дается вблок Гр2Б. Антенный переключатель направляет сигнал в смеситель приемника. Ковторому входу смесителя подводятся ко­лебания гетеродина, выполненного на лампеобратной волны (ЛОВ). Огибающая принятого сигнала, содержащая радиолокационнуюинфор­мацию, переносится на колебания промежуточной частоты, возника­ющие всмесителе.

Для обеспеченияпостоянства промежуточной частоты пополь­зуется система АПЧ. Система АПЧсостоит из смесителя АПЧ, схе­мы АПЧ и гетеродина, расположенных в блока Гр2Б.

Напряжениепромежуточной частоты усиливается предварите­льным УПЧ. В отдельных режимахусиление ПУПЧ регулируется импу­льсом схемы ВАРУ, который исключает зависимостьамплитуды выхо­дных импульсов от расстояния до отражающей зоны. С выхода ПУПЧсигнал поступает на основной УПЧ и далее на детектор. Видеоим­пульсы с выходаузла УПЧ подается через коммутационную коробку Гр17 в блок индикатора Гр4Н навход видеоусилителя. Схема ви­деоусилителя изменяется при переходе из одногорежима в другой. В одном из «каскадов усилителя информационныевидеоимпульсы сме­шиваются с импульсами масштабных меток, которыевырабатываются. каналом формирования масштабных меток (расположены в том же бло­ке).

Полный радиолокационныйсигнал подается на модулирующий электрод ЭЛТ и управляет током луча трубки.Старт — импульс, вы­рабатываемый модулятором в блоке Гр2Б, подается через блокГр17 в блок Гр4Н на запуск канала синхронизации. Здесь происходит формированиеимпульсов, управляющих работой канала масштабных меток и каналаразвертки, а также формирование импульсов под­света для приемника.

В РЛС примененарадиально-круговая развертка с неподвиж­ной отклоняющей катушкой. Прямоугольныеимпульсы запуска раз­вертки поступают из схемы синхронизации в узелформирования пилообразных импульсов развертки в блоке Гр4Н. Эти импульсы трансформируютсяв две статорные обмотки вращающегося импуль­сного трансформатора (ВТИ),расположенного на антенне Гр1Б. Статорные обмотки соединены последовательно сотклоняющими ка­тушками на ЭЛТ. Результирующий магнитный поток, образованныйтоком в катушках, отклоняет электронный луч в трубке. При по­вороте ротора ВТИазимутальным приводом вращения антенны про­исходит синхронный поворотрезультирующего отклоняющего магнит­ного потока в отклоняющей катушке.

В качествевспомогательных устройств в комплекте рассмат­риваются: схема стабилизации иуправления антенной, система АПЧ, узлы питания и коробка коммутационная. Дляработы схемы стаби­лизации и управления антенной используются сигналырассогласо­вания по крену и тангажу от гиродатчика АГД-I.Кроме этого, на индикаторный блок могут подаваться сигналы от блока коррекции,сравнивающего координаты радиолокационного ориентира со счислимыми координатамив бортовом навигационном вычислителе.

6. Особенности построения отдельных блоков ифункциональных узлов6.1. Антенна

Антенна локатораобеспечивает: излучение радиоимпульсов передатчика, прием отраженных сигналов,выбор направления из­лучения и приема, синхронизацию направления излучения онап­равлением радиальной развертки индикатора.

Высокочастотная частьантенны состоит из: параболического отражателя; веерного отражателя специально­гопрофиля; диэлектрического излучателя; контротражателя; вращателя плоскостиполяризации волны.

Параболическийотражатель, создающий узкий луч, выполнен из металлизированной стеклоткани.Перед параболическим отража­телем помещен дополнительный веерный отражательсложного про­филя, образованный горизонтально расположенными проводниками,переплетенными стеклотканью. Этот отражатель прозрачен для ра­диоволнвертикальной поляризации и является основным отражателем для волнгоризонтальной поляризации. Поэтому изменение по­ляризации излучаемойдиэлектрическим излучателем волны приво­дит к изменению формы диаграммынаправленности антенны от уз­кого луча к веерному и наоборот.

В качестве излучателяиспользуется фторопластовый стержень, одним концом входящий в открытый конецкруглого волно­вода. На втором конце излучателя укреплен металлический дисковыйконтротражатель.

Вращатель плоскостиполяризации состоит из отрезка круг­лого волновода с ферритовым стержнем,расположенным вдоль оси волновода. На стержень действует управляемое магнитноеполе под действием которого проявляется эффект Фарадея, т.е. при определеннойвеличине намагниченности меняется поляризация про­ходящей волны.

Поляризация излучаемойволны и, соответственно, форма диаграммы направленности определяетсяавтоматически, как указы­валось выше, режимом работы локатора и шкалойдальности.

С антенной связанытакже другие приборы, обеспечивающие управление антенной: двигатель азимута;решающий вращающийся трансформатор схемы стабилизации; вращающийсятрансформатор схемы канала развертки, кулачковый механизм коммутации диаграмм направленности;двигатель наклона; тахогенератор; вращающий­ся трансформатор отработки схемыстабилизации.

6.2. Приемо-передающий блок

В схеме можно выделитьследующие основные узлы:

— тиристорно-магнитныймодулятор;

— магнетранный СВЧ — генератор;

— высокочастотнаяголовка;

— предварительныйусилитель ПЧ;

— основной усилительПЧ;

— узел автоматическойподстройки частоты;

— узел временнойавтоматической регулировки усиления. Циркулятор служит для переключения антенныс приемного на пе­редающий каналы блока. Высокочастотная головка содержат вход­нуюцепь приемника, балансные смесители УПЧ и АПЧ и гетеродин, собранный на лампеобратной волны. Разрядник предназначен для улучшения защиты приемника во времядействия импульса переда­тчика. Схема ВАРУ уменьшает усиление приемника приприеме си­гналов, отраженных от близкорасположенных объектов, — тем са­мымвыравнивается интенсивность свечения индикатора во всем диапазоне дальностей,при приеме отражений от объектов с оди­наковой ЭПР.

Усилитель промежуточнойчастоты имеет логарифмическую амплитудную характеристику, что необходим дляприближения динамического диапазона его выходных сигналов к динамическомудиапазону амплитуд управляющих напряжений ЭЛТ. Динамический диапазон входныхнапряжений приемника 80 дБ, динамический ди­апазон управляющих сигналов ЭЛТ  20дБ. Сжатие динамического диапазона обеспечивается схемой мгновенной автоматическойре­гулировки усиления (МАРУ).

Видеоусилитель имеетсложную схему и фактически предста­вляет собой двухканальный усилитель. Врежиме трехтонового представления выходных сигналов канал усилителя»Фон" увили­вает слабые сигналы без ограничения и ограничивает«сверху» сильные сигналы. Тем самым он выравнивает вое сигналы. Вто­ройканал усиления, называемый «Выделение» является усилителем,работающим в режиме ограничения «снизу», а поэтому уси­ливает толькосильные сигналы, создавая очень яркие отметки на экране индикатора. Какотмечалось выше, в различных режимах работы РДС могут включаться либо один либооба канала ви­деоусилителя.

6.3. Индикаторный блок

Работа видеоусилителяописана в разделе 6.2.

В качества индикатораиспользуется электронно-лучевая трубка специальной конструкции, в которойпрямоугольный экран расположен несимметрично относительно электронного луча.Это позволяет полнее использовать площадь экрана при секторной ра­звертке луча.

Устройство разверткиформирует в отклоняющих катушках ли­нейно нарастающие импульсы тока,модулированные, по амплитуде о частотой азимутального сканирования антенны.

Устройствосинхронизации служит для формирования следую­щих калибрационных и управляющихсигналов:

— импульсов управления схемой развертки;

— импульсов подсвета линии развертки;

— калибрационных меток дальности.

Работа устройствасинхронизации начинается с прихода импульса от передатчика.

6.4. Связь локатора с бортовым навигационнымвычислителем

При наличии на бортусамолета специализированного нави­гационного вычислителя возможна коррекцияочисляемых текущих координат самолета по данным PIC.

В вычислитель вводятсяданные о путевой скорости, сноса и курса, координаты начала и конца маршрута, атакже коорди­наты радиолокационного ориентира. Вычислитель по этим даннымрассчитывает наклонную дальность и курсовой угол до ориентира и выдает их наэкране РИС в виде светящегося кольца и линии курсового угла. Реальное отражениеот ориентира не будет сов­падать с рассчитанным из-за наличия ошибок вычисления.Разни­ца показаний используется как поправка к счислимым координатам ориентираи, соответственно, координатам самолета.

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1)Назначение РДС;

2)Основные ТТХ РЛС;

3)Особенности работы РЛС в режиме «Земля»;

4)Особенности работы РЛС в режиме «Метео»;

5)Особенности работы РЛС в режиме «Контур»;

6)Особенности работы РЛС в режиме «Снос»;

7)Способ формирования широкого и узкого луча диаграммы направ­ленности антенны;

8)Особенности построения приемоиндикаторной части РЛС;

9)Совместная работа РЛС и навигационного вычислителя;

10)Конструктивные особенности РЛС.