Технические параметры РЛС

Военная кафедра при СГТУ им. Гагарина Ю.А.
Тема 3. Основные параметры и особенности
радиолокационных станций
Лекция 3/1: Характеристики радиолокаторов.
Передатчики радиолокационных станций
Учебные вопросы:
1. Тактические и технические характеристики радиолокаторов
2. Передатчики импульсных радиолокационных станций
3. Импульсные модуляторы
4. Накопители энергии и коммутирующие устройства
импульсных модуляторов
Тактические и технические характеристики
радиолокаторов.
Классификация РЛС и их применение
С помощью РЛС решаются следующие задачи:
• наблюдение за воздушной, наземной и подводной обстановкой
• наведение своих самолетов
• управление огнем зенитной артиллерии и управляемых ракет
• наведение ракет и снарядов на цели
• самолетовождение и кораблевождение
• опознавание самолетов и кораблей
• воздушная разведка
• топографическая привязка
• определение метеоусловий
• разведка средств противника и противодействие им
По месту установки РЛС делят:
а) наземные
б) самолетные
в) корабельные
По военно-тактическому назначению РЛС делятся:
а) средства обнаружения цели
б) средства управление оружием
в) средства специального назначения
г) средства разведки и радиопротиводействия (РПД)
В группу средств разведки входят РЛС: обнаружения, обнаружения и целенаведения,
разведки и целеуказания.
В группу средств управления оружием входят РЛС: орудийной наводки (СОН), систем
управления ракетным оружием, обнаружения огневых позиций, радиовзрыва.
В группу средств специального назначения входят РЛС: наземные устройства и
системы: самолетовождения, бомбометания, опознавания, посадки самолета по
приборам.
В группу средств разведки и РПД входят РЛС: разведки, помех.
Наземные радиолокационные (РЛ) средства
Наземные РЛ средства могут быть подвижными, транспортировочными,
стационарными.
РЛ средства обнаружения
Предназначены для обнаружения воздушных, подводных и наземных целей и
определения их координат.
Тактико-технические характеристики РЛС.
Основные тактические параметры РЛС.
Dmax- максимальная дальность действия РЛС
Разрешающая способность по дальности - это минимальное расстояние между
двумя целями, находящимися в одном азимуте, при котором возможно разрешение
(раздельное) измерение дальности до каждой цели (Δτ).
Δτ
Рис. 16.1
Разрешающая способность по азимуту – наименьший угол в горизонтальной
плоскости между двумя целями, находящимися на одинаковой дальности и
одинаковых высотах, при котором возможно раздельное измерение азимута
каждой цели. (Δβ).
Разрешающая способность по углу места – наименьший угол в вертикальной
плоскости между двумя целями, находящимися на одном азимуте и одной
дальности, при котором возможно измерение угла места цели (Δε).
Информационная способность РЛС – количество
сопровождающих РЛС, по которым выдается D0,β,ε.
целей
одновременно
Помехозащищенность – способность РЛС обеспечивать обнаружение и определение
координат цели при воздействии радиопомех.
Технические параметры РЛС
f0 – несущая частота
τи, F, Pи,Pпр.min
Эксплуатационные параметры
Вес, габариты транспортных средств, возможность транспортировки, время
развертывания и включения станции, питание станций, позиции для
развертывания, боевой расчет станции (количество офицеров и солдат).
Назначение, состав и работа импульсной РЛС
обнаружения
Первая РЛС была построена в 1938 году – “Редут” (РУС – 2)
создатели – Ю. Б. Кобзарев, П. А. Погорелко, Н.Я. Черенцов.
В дальнейшем были созданы станции “Пермантит” – П-1, П-2, .Эти РЛС
использовались во время Великой Отечественной войны, причем РУС–2 имела
дальность обнаружения Dmax=110 км, точность определения Δτ =1-2 км., Δβ=1-3о
РЛС предназначена для обнаружения целей и определения их координат (D0, β, ε), а
также выдачи параметров движения на РУ и активные средства ПВО.
Обычно диаграмма направленности РЛС узкая в горизонтальной плоскости (для
точного определения азимута) и широкая в вертикальной плоскости. Часто
используется круговой обзор (рис.16.2).
Время выдачи координат и параметров движения цели менее 3 с.
ДН
β
Рис. 16.2
РЛС состоит из (рис.16.3):
• передающего устройства (РПДУ)
• антенно-фидерного устройства (АФУ)
• радиоприемного устройства (РПРУ)
• устройства синхронизации
• устройства отображения информации (УОИ) (индикаторные устройства)
• источника питания
• механизма вращения антенны
• блока определения координат
РПДУ – предназначено для формирования ВЧ импульсного сигнала, который
через антенный переключатель поступает в антенну и излучается в пространство.
АФУ – служит для излучения ВЧ коротких импульсов, а также для приема слабых
отраженных сигналов и передаются в РПРУ.
Антенный переключатель (АП) – обеспечивает поочередное подключение к
антенне передатчика и приемника, предотвращает попадание мощного ВЧ
импульса в приемник.
Синхронизатор – обеспечивает синхронную и синфазную работу всех устройств
РЛС.
УОИ – обеспечивают возможность измерения дальности и угловых координат.
Устройство управления антенной – обеспечивает либо круговой, либо секторный
обзор.
Устройство определения координат – позволяет определять азимут цели.
И.П
РПДУ
Синхро-низатор
УОИ
АП
Антенна
РПРУ
Устройство
управления
антенной
Устройство
определения координат
Рис. 16.3
Кроме устройств показанных на рис. 16.3 импульсной РЛС в ее состав входят:
наземный РЛ запросщик – позволяющий определять государственную
принадлежность самолета
система помехозащиты – предотвращает влияние пассивных, активных
помех и помех от местных предметов
автоматическая система управления защиты и контроля (системы вкл/выкл
РЛС, контроль работы блоков, система АПЧ)
система автоматического съема данных – предназначена для выделения из
смеси полезного сигнала и шума поступающая на вход антенны РЛС
полезного сигнала
синхронизатор – задает частоту повторения зондирующих импульсов, он
синхронизирует работу блоков индикации координат цели и определяет
временные соотношения работы устройств
РПДУ – обычно включает в себя модулятор и генератор ВЧ сигналов
Модулятор – используя синхронизированные импульсы, формирует импульсы
необходимой амплитуды, длительности и формы. Этот импульс является
управляющим для генератора ВЧ сигналов.
В качестве модуляторов используются: электровакуумные приборы (ЭВП (триоды,
тетроды)), газонаполненные лампы (тиратроны)).
Генератор – обычно используются метровые (триоды), дециметровые (магнетроны).
ВЧ короткие импульсы по фидерному тракту подводятся к антенне через антенный
переключатель. АП автоматически отключает приемник и предотвращает
поступление мощных ВЧ сигналов с передатчиков на вход приемника.
В состав АП входят мощные разрядники, которые отключают приемник. Когда во
время паузы ожидается приход отраженного импульсного сигнала, АП отключает
цепи РПДУ, и весь отраженный сигнал поступает на вход приемника.
Для повышения чувствительности приемника стараются уменьшить фидерный
тракт с тем, чтобы на вход приемника поступал принятый сигнал без ослабления.
С выхода приемника после усиления и детектирования сигналы поступают на
оконечные устройства (УОИ).
В качестве УОИ обычно используется индикатор кругового обзора (ИКО), где
отображается карта воздушной обстановки (рис. 16.4). ИКО используют
радиальную развертку.
На индикаторе азимут-дальность, дальностная отметка создается путем
отклонения горизонтальной развертки (рис. 16.5), развертка не во времени, а в
км.
D
f(D)
Рис. 16.4
Рис. 16.5
Достоинства импульсных РЛС
а) Возможность использовать одну антенну для приема отраженных сигналов и
для излучения зондирующих импульсов.
б) Сравнимая простота конструктивного выполнения и возможность размещения
их на транспортном средстве.
в) Удобство визуального наблюдения цели в виде яркостной отметки на УКО.
Можно наблюдать всю обстановку и принимать сигналы от всех целей.
Недостатки импульсной РЛС
а) Наличие помех от местных предметов и пассивных помех, которыми
прикрываются цели. Сложность выделить движущуюся цель на фоне помех.
б) Необходимость применения РПРУ с широкой полосой пропускания, в которую
проникают нежелательные помехи.
в) Невозможность обнаружить раздельные цели, находящиеся на малом
расстоянии друг от друга.
Особенности построения РЛС
Структуру РЛС зависит от диапазона длин волн, а также от ее предназначения.
Для нормальной работы РЛС целесообразно использовать диапазон УКВ, в
особенности дециметровый, сантиметровый диапазоны.
Для получения большой дальности действия и большого коэффициента усиления
антенны используют параболические антенны. Такие антенны могут формировать
диаграмму направленности, шириной луча по половинной мощности (θ0,5)
равной:
 0,5
65 * 

dа
, где dа – диаметр раскрыва антенны
Технические особенности РЛС
Технические особенности РЛС обусловлены
а) диапазоном волн
б) методами получения зондирующего сигнала
в) методом обработки сигнала
г) особенности работы РЛС
Особенности функционального построения РЛС
1) Диапазон – дециметровый.
2) Размещение – самоходное автомобильное шасси (ЗИЛ 131).
3) Используется зеркальная параболическая антенна.
4) Зондирующий импульс формируется модулятором с частотным разрядом
накопительной емкости.
5) Генератор СВЧ - магнетрон
6) Питание – от внешнего и собственного агрегата.
7) РЛС используется индикатор ИКО, работающий в двух режимах: круговой и
секторный.
8) РЛС имеет защиту от непрерывных импульсных помех.
Передатчики импульсных радиолокационных станций.
Принцип построения передающей системы
РПДУ предназначена для передачи информации посредствам электромагнитных волн.
Современные РПДУ выполняет следующие функции:
а) генерирование колебаний СВЧ
б) усиление этих колебаний до необходимой мощности
в) управление одним из параметров ВЧ колебаний (амплитудой, частотой, фазой)
В импульсных РПДУ осуществляется модуляция по амплитуде ВЧ колебаний.
В стандартную схему РПДУ для получения требуемой мощности может входить
целый ряд усилительных каскадов (буферный, предоконечный, оконечный).
В РПДУ сантиметрового и метрового диапазонов существуют мощные
генераторные приборы, позволяющие формировать сигналы требуемой
мощности – магнетроны. Длительность формируемых импульсов в передатчике с
ВЧ заполнением может достигать единицы – десятки микросекунд (рис. 16.6).
Формируемые импульсы чаще всего могут перестраиваться по длительности.
Uвых
Модулятор
Генератор
АС
СВЧ
Uвых
τимп
t
Т
Рис.16.6
Структурная схема РПДУ
РПДУ содержит:
1) модулятор
2) подмодулятор
3) генератор СВЧ
4) задающий генератор (генератор импульсов запуска)
5) высоковольтный выпрямитель
6) источник питания
Иногда в состав РПДУ относят антенный переключатель (АП).
И.П
~
Высоковольтный
выпрямитель
=
Задающий
генератор
Подмоду
Модулятор
А
лятор
импульсов
Генератор
СВЧ
Рис. 16.7
АП
Основные технические характеристики
К ним относят:
1) рабочая длинна волны (λ)
2) мощность в импульсе (Ри)
3) длительность импульса (τи)
4) форма ВЧ импульса
Рабочая длинна волны (λ)
Она зависит от требуемой дальности обнаружения цели и от предназначения
передатчика
Мощность в импульсе (Ри)
Pи *  и
Pср 
Характеризует среднюю мощность импульса
Т
Частота повторения импульсов
Частота (f) определяет максимальную дальность действия станции.
Длительность и форма импульсов
Обычно τи=0,1…10 мкс. Форму стремятся сделать близкой к прямоугольной с
максимальной крутизной фронта, что обеспечивает высокую точность определения
дальности.
Генератор СВЧ
В качестве генераторов СВЧ могут использоваться триоды, тетроды. С
увеличением частоты генерируемых ими колебаний требуется уменьшать
размеры L и С. Также начинают проявляться паразитные емкости монтажа и
межэлектродные емкости, изменяющиеся с течением времени и температуры. Их
изменение приводит к изменению генерируемой частоты, к ее нестабильности,
что крайне нежелательно.
В передатчиках УКВ диапазона применяются вместо контуров LC, объемные
резонаторы, а также лампы СВЧ, магнетроны, клистроны, амплитроны, в которых
функции усиления и колебательной системы объединены.
Модулятор передатчика
Процесс управления колебаниями генератора СВЧ называется – модуляцией, а
устройство, выполняющее эту операцию – модулятором.
Высоковольтный
выпрямитель
Зарядный
iзар
импульсный
трансформатор
дроссель
СВЧ
Искусственная
линия
iраз
Разрядник
от подмодулятора
Рис. 16.8
к генератору
В состав модулятора входят:
1) импульсный трансформатор
2) разрядник (тиратрон)
3) искусственная линия
4) дроссель
5) высоковольтный выпрямитель
Принцип работы модулятора заключается в накоплении энергии на протяжении
паузы между импульсами и быстрой отдачи заключенной энергии за короткое
время, длительностью τи. В качестве разрядника (коммутирующего устройства)
используется тирратрон. В качестве накопителя энергии – искусственная линия
(рис. 16.8, рис. 16.9)
Рис. 16.9
Высоковольтный выпрямитель
Высоковольтный выпрямитель обычно строится по схеме Ларионова (рис. 16.10).
Первичные обмотки трансформатора соединены треугольником, питание –
трехфазное. Вторичные обмотки трансформатора соединены звездой.
Схема собрана так, что при любой полярности переменного напряжения
осуществляется накопление энергии на конденсаторе C, и на выходе с Rнагр
снимается импульс.
Рис. 16.10
Импульсный трансформатор
Работает при больших напряжениях (20-30 КВ.). Условием работы является
сохранение формы импульсов, что достигается применением сердечника с
высокой магнитной проницаемостью (μ) и выбором конструкции.
Подмодулятор
Предназначен для формирования импульсов заданной длительности и, желательно,
большой мощности.
В состав подмодулятора входят (рис. 16.11):
1) блокинг-генератор (БГ)
2) усилитель
3) катодный повторитель (КП)
от
синхр.
к
КП
БГ
Рис. 16.11
модул.