Методические указания по выполнению контрольной работы «Расчёт дальности радиолиний» .ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ. ТРЕБОВАНИЯ К ЕЁ ВЫПОЛНЕНИЮ 1.1 Цель и задачи контрольной работы В современной системе профессиональной подготовки специалистов различных направлений и профилей в сфере ГА большое значение имеет дисциплина «Радиотехническое оборудование аэродромов», изучение которой направлено на формирование знаний, необходимых для овладения основами современной техники и технологий, используемых в ГА. Знания, полученные при изучении дисциплины, позволят специалисту квалифицированно, технически грамотно обеспечивать эксплуатацию существующего сложного радиолокационного, навигационного, связного радиоэлектронного оборудования наземных радиотехнических систем, а также быстро осваивать новые средства, которые будут вводиться в эксплуатацию в будущем. Формой контроля знаний по данной дисциплине является контрольная работа. Цель контрольной работы - определение максимальной дальности действия радиоэлектронных средств в конкретных условиях применения с учётом энергетических соотношений в радиолинии и особенностей распространения радиоволн. Основные задачи контрольной работы: - закрепление и углубление знаний, полученных при изучении 1 дисциплины; - углубление понимания принципов функционирования и взаимодействия наземного и бортового оборудования различных радиотехнических систем и комплексов, основ безопасности при их эксплуатации; - формирование умений расчёта и оценки основных эксплуатационных характеристик (дальность действия радиолиний) используемого радиоэлектронного оборудования по заданным техническим параметрам и конкретным условиям применения; - получение представлений о распространении радиоволн различных диапазонов и взаимосвязи основных эксплуатационных характеристик с техническими параметрами используемых радиоэлектронных средств. 1.2. Требования к содержанию контрольной работы В процессе выполнения контрольной работы необходимо: - определить требуемые эксплуатационно-технические характеристики и параметры заданных радиоэлектронных средств; - кратко изложить назначение, состав и общие принципы функционирования и взаимодействия всей совокупности радиоэлектронной аппаратуры целом, включая особенности распространения радиоволн; - в соответствии с заданным типом радиолинии выбрать необходимые расчётные выражения и требуемые параметры радиоэлектронных средств для оценки дальности действия, исходя из энергетических соотношений; - определить дальность действия, исходя из особенностей распространения радиоволн с учётом кривизны земной поверхности; - сопоставить полученные результаты и сделать выводы, которые должны отражать особенности проделанной работы, оценку соответствия полученных результатов требованиям задания. 1.3 Требования к оформлению и защите контрольной работы Контрольная работа выполняется на листах бумаги формата А4. Шрифт, гарнитура — Times New Roman, кегль — 14 пт для основного текста (начертание обычное), 16 пт для заголовков (начертание полужирное). Поля страницы: левое - 25 мм, верхнее и нижнее - 20 мм, правое - 10 мм. Образец оформления титульного листа приведен в приложении. 2 При выполнении расчётов следует давать краткое пояснение обозначений переменных и размерности полученных результатов. В случае необходимости следует использовать рисунки, схемы, диаграммы поясняющие расчёты. Оформленная контрольная работа должна быть сдана преподавателю на проверку до установленного срока. Если контрольная работа выполнена в соответствии с требованиями, расчёты произведены верно, преподаватель проводит собеседование по теоретическому материалу. По результатам собеседования выносится окончательное решение о зачёте контрольной работы. 1.4. Варианты заданий для контрольной работы Задание на контрольную работу является индивидуальным. Вариант выбирается самостоятельно по двум последним цифрам номера зачетной книжки из следующей таблицы. Варианты заданий для контрольной работы Радиосредства Назначение радиолинии. 01 Полет-3 Баклан-5 Двусторонняя связь 02 Спрут-1 Баклан-5 Двусторонняя связь 03 Полёт-2 Баклан-5 Двусторонняя связь 04 Баклан-РН Баклан-5 Двусторонняя связь 05 АРБ-ПК 10 в режиме привода АРК-УД РСП «РП-ЗГ» (канал глиссады) ВС σц = 25 м2 РСП «РП-5Г» (канал глиссады) ВС σц = 30 м2 ОРЛ-Т «СКАЛА-М» ВС σц = 50 м2 РЛК «Экран-85» ВС σц = 30 м2 Измерение направления № 06 07 08 09 3 Измерение координат Измерение координат Измерение координат Измерение координат 10 11 12 13 14 № 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 РСП «РП-4Г» (канал курса) ВС σц = 20 м2 РСП «РП-4Г» (канал глиссады) ВС σц = 20 м2 ВРЛ «Корень-АС» СО-72М Наземный маяк РМД-90 СД-75 Курсовой маяк системы СП-80 Курс МП-70 в режиме «ПОСАДКА» Радиосредства Измерение координат Измерение координат Запросно-ответная (вторичная радиолокация) Запросно-ответная (измерение дальности) Измерение направления Назначение радиолинии " Глиссадный маяк системы СП-80 Курс МП-70 в режиме «ПОСАДКА» " ОРЛ-Т «МЕЧ» (П-37) ВС σц = 35 м2 ОРЛ-Т 1РЛ-118 ВС σц = 25 м2 ОРЛ-Т 1РЛ-139 ВС σц = 40 м2 ДРЛ-7 СМ ВС σц = 50 м2 РЛК «СКАЛА-МПА» ВС σц = 25 м2 РЛК «ИРТЫШ» ВС σц = 35 м2 АОРЛ-85ТК ВС σц = 40 м2 РСП «РП-ЗГ» (канал курса) ВС σц = 15 м2 РСП «РП-5Г» (канал курса) ВС σц = 20 м2 РСП «РП-ЗГ» (канал курса) ВС σц = 25 м2 РСП «РП-5Г»(канал курса) ВС σц = 30 м2 Наземный маяк РМА-90 Курс МП-70 в режиме «МАРШРУТ» 4 Измерение направления Измерение координат Измерение координат Измерение координат Измерение координат Измерение координат Измерение координат Измерение координат Измерение координат Измерение координат Измерение координат Измерение координат Измерение направления 28 29 30 31 32 ВРЛ «КРОНА» СО-72М ВРЛ «РАДУГА» СО-72М Р-855А1 в режиме «МАЯК» АРК-У2 Р-855УМ в режиме «ТОН» АРК-УД Запросно-ответная (вторичная радиолокация) Запросно-ответная (вторичная радиолокация) Р-855УМ Баклан-5 Двусторонняя СВЯЗЬ Измерение направления Измерение направления Если две последние цифры номера зачётной книжки больше 32, то из номера вычитается число 32 до тех пор, пока не останется число меньше либо равное 3. Например, две последние цифры номера зачётной книжки 80. Номер варианта определяется как 80 - 32 = 48 - 32 = 16. 2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАСПРОСТРАНЕНИИ РАДИОВОЛН Радиоволны (электромагнитные волны) – взаимосвязанные пространственно-временные колебательные процессы изменений напряжённостей электрического и магнитного полей с частотами от 3 кГц до 3 ГГц [3], [4]. Длина волны (λ) связана с частотой (f) электромагнитных колебаний и скоростью распространения (скоростью света) с = 3*108 м/с соотношением 𝑐 λ=𝑓 (2.1) Основные свойства радиоволн: - постоянство скорости распространения в свободном пространстве, равной скорости света; - прямолинейность распространения в свободном пространстве; - способность изменять в некоторых пределах свои параметры при встрече с неоднородностями среды распространения (например, эффект Доплера). Распространение радиоволн между радиопередающим и радиоприёмным устройствами возможно несколькими способами (рис. 1): 5 -прямолинейно в однородной среде (свободном пространстве); -поверхностными волнами в непосредственной близости от земной поверхности, частично огибающими её вследствие явлений дифракции, рефракции (преломления) и рассеяния в тропосфере; -пространственными волнами, способными отражаться от различных слоёв ионосферы и земной поверхности (многоскачковое распространение) На распространение радиоволн влияют различные факторы: - электрические свойства почвы (поверхности земли); - состояние и электрические свойства атмосферы (ионосферы) (рис.2); - рельеф местности (в определенных случаях); - погодные условия; - время суток и года; - солнечная активность и т. д. В соответствии с международным регламентом, с учётом применяемых методов генерирования, приема и усиления радиосигналов, особенностей распространения весь спектр радиоволн принято условно разделять на диапазоны [2, с. 11], [3, с. 72],[4, с. 200] 6 Подавляющее большинство радиоэлектронных средств связи, навигации, посадки, управления воздушным движением работает в диапазонах очень высоких частот (ОВЧ) – метровые волны (МВ), ультравысоких частот (УВЧ) – дециметровые волны (ДМВ) и сверхвысоких частот (СВЧ) – сантиметровые волны (СМВ), где атмосферные и индустриальные помехи практически отсутствуют. Радиоволны этих диапазонов распространяются прямолинейно (рис. 3), т.е. в пределах прямой видимости. Однако на дальность распространения существенное влияние оказывает рельеф местности (кривизна земной поверхности). Дальность прямой видимости с учетом кривизны земной поверхности можно оценить по выражению Rmax=3,57*(√ℎ1+√ℎ2), (2.2) где h1 и h2 – высота над землей передающей и приемной антенн соответственно, 7 С учётом явления рефракции, особенно при распространении радиоволн диапазона ОВЧ, возможно некоторое увеличение дальности: Rmax=4,12*(√ℎ1+√ℎ2). (2.3) Распространение электромагнитных волн других (более низкочастотных) диапазонов высоких частот (ВЧ) - декаметровые волны (ДКМЗ), средних частот (СЧ) - гектометровые волны (ГКМВ), низких частот (НЧ) километровые волны (КМВ) и очень низких частот (ОНЧ) – мириаметровые волны (МРМВ) осуществляется как поверхностными, так и пространственными 8 волнами. Причём чем ниже частота (больше длина волны) излучаемых колебаний, тем сильнее проявляется способность радиоволн огибать земную поверхность при распространении поверхностной волны, а также уменьшается глубина проникновения в верхний слой земной поверхности, что обуславливает снижение потерь излучаемой энергии. Пространственные волны диапазонов СЧ, НЧ, ОНЧ испытывают значительное поглощение в нижних слоях ионосферы. Поэтому для обеспечения большой дальности радиосвязи требуются мощные передатчики. Уровень атмосферных и промышленных помех в этих диапазонах относительно высок. В диапазоне ВЧ радиоволны распространяются в основном пространственными волнами (поверхностные волны быстро затухают вследствие повышенных потерь в верхнем слое земной поверхности) с отражением от верхних слоев ионосферы и земной поверхности, обеспечивая возможность установления радиосвязи на значительные расстояния при относительно небольшой мощности передатчиков. Распространение электромагнитных волн этого диапазона во многом зависит от времени года, суток, солнечной активности, т. от факторов, существенно влияющих на состояние ионосферы. Радиоволны образуются при протекании токов высокой частоты водниках специального устройства - антенне [3], [4]. По назначению антенны подразделяются на: - приёмные; - передающие; - приёмопередающие. В соответствии с принципом взаимности любая передающая антенна при использовании её в качестве приёмной сохраняет свои характеристики. К основным характеристикам антенн относятся: - коэффициент полезного действия (η) - отношение излучаемой мощности к полной мощности, подводимой к антенне (в зависимости от диапазона η = 0,01...0,98); - коэффициент направленного действия (D), показывающий, во сколько раз мощность в направлении максимального излучения больше среднего значения мощности, излучаемой в остальных направлениях (D = 1,5... 10 000); - коэффициент усиления G = η D (в диапазонах выше 30 МГц близок по величине к коэффициенту направленного действия); - диаграмма направленности, показывающая распределение энергии излучаемых колебаний в пространстве (оценивается шириной диаграммы направленности в сечениях горизонтальной и вертикальной плоскостей по уровням половинной мощности); 9 - эффективная площадь антенны (S), м2. Коэффициент усиления антенны (приёмной или передающей) можно определить через параметры диаграммы направленности: 30000 , Ɵ𝛼Ɵ𝛽 G= (2.4) где Ɵ𝛼 - ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости (по азимуту), град.; Ɵ𝛽 - ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости (по углу места), град. Эффективная площадь и коэффициент усиления антенны связаны между собой известным соотношением 𝐺λ2 S= 4𝜋 (2.5) 3. ОСНОВНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ В РАДИОЛИНИЯХ Рассмотрим наиболее характерные вилы радиолиний, используемых при работе радиоэлектронных средств различного назначения. Введём обозначения основных эксплуатационных характеристик радиолиний радиосвязи: Pи мощность излучаемых колебаний (при импульсном излучении мощность в импульсе), Вт τи длительность излучаемых сигналов, с GПРД коэффициент усиления передающей антенны Gпрм коэффициент усиления приёмной антенны σц эффективная площадь рассеяния (ЭПР) цели, м2 λ 𝑐 длина волны излучаемых колебаний (λ = ), м 𝑓 kш коэффициент шума приёмника kБ постоянная Больцмана, Дж/К (кБ = 1,38 • 10 -23) kр коэффициент различимости, равный отношению энергии одиночного сигнала к спектральной плотности шума (при расчётах кР принять равным 10) Т0 абсолютная температура, соответствующая уровню шумов приёмника (T0 = 290 К); 10 отв 𝑆ПРМ запр 𝑆ПРМ эффективная площадь антенны ответчика, м2 эффективная площадь антенны запросчика, м2 3.1. Радиолиния связи В системах радиосвязи, передачи информации существуют односторонняя и двусторонняя линии связи. Рассмотрим одностороннюю линию радиосвязи при непрерывном излучении. Пусть на передающей стороне заданы: - мощность передатчика (Ри); - коэффициент усиления передающей антенны (GПРД). На приёмной стороне известна эффективная площадь приёмной антенны (SПРМ). Требуется оценить максимальную дальность действия радиолинии (Rmax), при которой обеспечивается передача информации с заданными качественными показателями (рис. 4). Воспользуемся понятием плотности потока мощности, т. е. мощности излучения (Ри) приходящейся на единицу площади, перпендикулярной направлению распространения радиоволны. При ненаправленном излучении (во все стороны) Ри распределяется по площади сферы радиусом R. С учётом направленных свойств антенны интенсивность излучения на расстоянии R будет больше в Gпрд раз. Поэтому плотность потока мощности на расстоянии R будет равна 𝑃 𝐺 и ПРД П= 4𝜋𝑅 2 (3.1) Мощность на входе приёмника, которая перехватывается приёмной антенной с эффективной площадью SПРМ, будет определяться следующим соотношением: PПРМ=ПSПРМ= 𝑃и 𝐺ПРД 𝑆ПРМ Воспользуемся формулой (2.5), тогда 11 4𝜋𝑅2 (3.2) PПРМ = 𝑃и 𝐺ПРД 𝐺ПРМ 𝜆2 (4𝜋)2 𝑅2 (3.3) Таким образом, энергетика радиолинии связи обратно пропорциональна квадрату расстояния. Мощность на входе приёмника должна быть не меньше его чувствительности, т. е. минимальной мощности на входе (Рс тiп), при которой обеспечивается выделение полезного сигнала с заданными показателями качества. Такое условие выполняется на дальностях не более некоторой максимальной Rmax. Приравняв правую часть выражения (3.3) чувствительности приёмника и выразив из него максимальную дальность, получим 𝑃и 𝐺ПРД 𝐺ПРМ 𝜆2 Rmax=√ (4𝜋)2 𝑃𝐶𝑚𝑖𝑛 12 . (3.4) Чувствительность приемника в справочной литературе и технической документации часто выражается в единицах напряжения микровольтах (мкВ). Связь между мощностью и напряжением определяется известным соотношением 𝑈2 PCmin= 𝑅𝐶 (3.5) где Uc – чувствительность в единицах напряжения, В; R – входное сопротивление приемника, Ом (типовые значения 50, 75, 300, 600 Ом). 13 В случае двусторонней радиолинии связи следует определить дальность действия в двух направлениях но выражению (3.4), подставляя соответствующие значения параметров приёмопередающей аппаратуры, применяемой на обоих концах радиолинии. Меньшее из двух значений и будет определять максимальную дальность действия системы двухсторонней радиосвязи в целом. 3.2. Запросно-ответная радиолиния Запросно-ответная радиолиния с импульсным излучением используется в системах вторичной радиолокации и некоторых системах радионавигации (.маяки РМА / РМД - самолётные дальномеры, приёмники типа КУРС-МП). При рассмотрении энергетических соотношений в данных радиолиниях следует разделять функционирование запросного и ответного каналов. Так, например, в соответствии с п. 3.1, мощность на входе приёмника ответчика будет определяться выражением отв 𝑃прм = запр запр отв 𝐺прд 𝑆прм 4𝜋𝑅2 𝑃и Эта мощность должна превышать чувствительность приёмника ответчика, т. е. при максимальной дальности запр запр отв 𝐺прд 𝑆прм отв =𝑃𝐶𝑚𝑖𝑛 2 4𝜋𝑅𝑚𝑎𝑥 𝑃и (3.6) В свою очередь, чувствительность определяется через известные физические величины и параметры приёмного тракта следующим выражением: отв отв 𝑃𝐶𝑚𝑖𝑛 = 𝑘ш 𝑘Б 𝑘Ротв 𝑇0 𝛥𝑓ш (3.7) где 𝛥𝑓ш - ширина полосы пропускания приёмника, Гц; причём, как правило, при согласованной фильтрации выполняется условие 1 𝛥𝑓ш =𝜏 и (3.8) Учитывая соотношения (3.7) и (3.8), из (3.6) выразим максимальную дальность действия запросной радиолинии: 14 запр запр запр отв 𝑃и 𝜏и 𝐺прд 𝑆прм запр 𝑅𝑚𝑎𝑥 =√ 4𝜋𝑘отв 𝑘 𝑘отв 𝑇 . Б 𝑝 ш (3.9) 0 Подобным образом определяется и максимальная дальность ответной радиолинии: запр отв 𝑅𝑚𝑎𝑥 =√ отв 𝑆 𝑃иотв 𝜏иотв 𝐺прд прм запр запр 4𝜋𝑘ш 𝑘Б 𝑘𝑝 𝑇0 . (3.10) В выражениях (3.9) и (3.10) эффективные площади антенн, работающих в режиме приёма, вычисляются по формуле (2.5) с учётом того, что длины волн (частоты) запросных и ответных сигналов могут быть различными: Sпрм= 𝐺прм 𝜆2прм 4𝜋 (3.11) Окончательно максимальная дальность действия запросно-ответной радиолинии будет определяться меньшей из двух величин соотношений (3.9) и (3.10), т. е. запр отв ). Rmax=min(𝑅𝑚𝑎𝑥 , 𝑅𝑚𝑎𝑥 (3.12) 3.3. Радиолокация по точечному объекту При функционировании систем радиолокации предполагается, что объекты радиолокационного наблюдения, воздушные суда (ВС), имеют геометрические размеры гораздо меньше, чем объём пространства, занимаемый радиосигналом в некоторый момент времени, поэтому их можно считать точечными. Дальность действия радиолокационных систем зависит от излучаемой мощности, направленных свойств антенны, чувствительности приёмника, отражающих свойств ВС (рис. 5). В соответствии с соотношением (3.1) найдём плотность потока мощности, создаваемую излучением радиолокатора, в месте расположения объекта на удалении R с учётом направленных свойств передающей антенны GПРД: 𝑃𝐺 И ПРД П1= 4𝜋𝑅 2. 15 Падающее на объект излучение будет рассеиваться им во всех направлениях в зависимости от отражающих свойств, которые характеризуются его эффективной площадью рассеяния (ЭПР) (σц). Под ЭПР объекта понимается такая площадь изотропного рассеивающего (во все стороны) отражателя, при которой в направлении наблюдателя отражается такая же мощность, что и от реального объекта. Величина ЭПР зависит от электрических свойств объекта, его размеров, формы, ориентации, степени шероховатости и других факторов. Поэтому в точке расположения объекта Pотр=П1σц Поскольку отражённый объектом сигнал рассеивается равномерно по всем направлениям, то, пройдя расстояние R обратно до антенны радиолокатора, он создаст плотность потока мощности у приёмной антенны П2= 𝑃отр 4𝜋𝑅 2 Тогда при известной эффективной площади антенны можно найти мощность сигнала на входе приёмного устройства: PПРМ=П2SПРМ Как правило, в радиолокаторах одна и та же антенна используется как для излучения так и для приема радиосигналов, поэтому еб характеристики 16 считаются одинаковыми в обоих режимах. Учитывая эти обстоятельства и соотношение (2.5) получим Pпрм= 𝑃и 𝐺 2 𝜎ц 𝜆2 (4𝜋)3 𝑅4 По аналогии с соотношением (3.6) требуется, чтобы мощность принимаемого сигнала была не меньше чувствительности приёмника, т.е. при максимальной дальности 𝑃и 𝐺 2 𝜎ц 𝜆2 4 (4𝜋)3 𝑅𝑚𝑎𝑥 =Pcmin Отсюда с учётом соотношений (3.7) и (3.8) выразим Rmax: 4 𝑃 𝜏 𝐺 2 𝜎ц 𝜆2 и и Rmax= √(4𝜋) 3𝑘 ш 𝑘Б 𝑘р 𝑇0 (3.13) Эту зависимость часто называют основным уравнением радиолокации, которое связывает основные технические параметры приёмопередающей аппаратуры и отражающие свойства объекта с эксплуатационными показателями. Из выражения (3.13) видно, что энергетика радиолинии при локации по точечному объекту обратно пропорциональна четвёртой степени расстояния. Это означает, что для ощутимого увеличения дальности необходимо значительное увеличение мощности излучения, коэффициента усиления антенны, ЭПР или улучшение чувствительности приёмника. 4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ На основе рассмотренных теоретических вопросов распространения радиоволн и обзора энергетических соотношений в радиолиниях рекомендуется следующий порядок выполнения контрольной работы. 4.1. Анализ исходных данных и подготовка к расчётам После выбора варианта задания необходимо осмыслить задание, ознакомиться с рекомендованной литературой, изучить материал данных методических указаний. В соответствии с назначением радиолинии следует внимательно проанализировать типовую ситуацию применения радиоэлектронных средств и вы- 17 брать из литературных источников необходимые эксплуатационно-технические параметры и характеристики, уточнить единицы измерений (размерность) для последующих расчётов. 4.2. Краткое описание принципов функционирования радиосредств При описании принципов функционирования радиоэлектронных средств следует отметить: - назначение (решение навигационных задач в системах радионавигации, обеспечение надежной связи средствами радиосвязи, определение местоположения ВС в системах радиолокации); - состав и размещение аппаратуры (привести описание типовых вариантов расположения наземных радиоэлектронных средств, особенности размещения бортовой аппаратуры на ВС); - диапазон рабочих частот (длин волн) (указать особенности распространения радиоволн данного диапазона) [2, с. 11], [3, с. 72], [4, с. 200]; - вид излучения радиоволн (непрерывное или импульсное, привести параметры, режимы работы аппаратных средств); - тип используемых антенн (передающие, приёмные, приёмопередающие, особенности конструкций и расположения, основные характеристики диаграмм направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях, способ обзора пространства); - особенности применения радиоэлектронных средств в типовой ситуации (взаимодействие наземной и бортовой аппаратуры, методы формирования, приёма и обработки радиосигналов, измерения координат). 4.3. Расчёт максимальной дальности действия по энергетике радиолинии Для проведения расчётов нужно выбрать необходимые технические данные из всего перечня параметров и характеристик используемых устройств в соответствии с вариантом радиолинии. Радиолиния связи. При расчёте максимальной дальности действия средств радиосвязи с непрерывным излучением, работающих в диапазонах ОВЧ, УВЧ, СВЧ, следует воспользоваться выражением (3.4). В случае, когда не все нужные исходные данные явно приведены в эксплуатационно-технических характеристиках, некоторые из них можно определить с помощью соотношений (2.4), (2.5). Например, для антенн, применяемых в 18 бортовых связных, аварийных радиостанциях, редко можно найти значения коэффициентов усиления или эффективной площади. Поэтому, основываясь на общих принципах излучения электромагнитных колебаний такими антеннами (четвертьволновыми вертикальными излучателями), принято считать, что они имеют круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, т. е. Ɵα = 360°, а в вертикальной плоскости угол раскрыва (Ɵβ) составляет около 40...60° (см. рис. 4). Кроме того, чувствительность приёмной части аппаратуры часто приведена в единицах напряжения (мкВ). Пересчёт её в единицы мощности можно осуществить по формуле (3.5), где для простоты расчётов принять входное сопротивление приёмника R = 10 Ом. Длина волны и рабочая частота излучаемых или принимаемых электромагнитных колебаний радиоэлектронных средств связаны между собой соотношением (2.1). В варианте двусторонней радиолинии связи нужно определить максимальную дальность в обоих направлениях и выбрать меньшее значение (см. п. 3.1). Запросно-ответная радиолиния. Большинство радиоэлектронных средств навигации и вторичной радиолокации, в которых используется этот тип радиолиний, работает в диапазонах УВЧ и СВЧ. Особенностями функционирования являются импульсное излучение электромагнитных волн и их распространение в пределах прямой видимости, причём частоты излучаемых радиосигналов запросного и ответного каналов разные. Для определения максимальной дальности действия запросной и ответной радиолиний следует воспользоваться выражениями (3.9) и (ЗЛО) соответственно. Мощность импульсного излучения (Р и) рабочая частота (f), длительность радиоимпульсов (τи) приводятся в перечне эксплуатационно-технических данных как для запросной, так и для ответной части системы. Как правило, длительность импульсов составляет десятые дали - единицы микросекунд. Параметры антенных устройств не всегда заданы явно, поэтому для их оценки можно применять формулы (2.4), (3.11). При этом для ненаправленных антенн (например, наземной и бортовой аппаратуры дальномерного канала системы радионавигации РМА / РМД) в горизонтальной плоскости Ɵα = 360е, а ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости (Ɵβ) составляет порядка 40...60°. Направленные антенны (например, наземной аппаратуры вторичной радиолокации) имеют достаточно 19 узкий в горизонтальной плоскости главный лепесток диаграммы направленности, ширина которого сравнима с разрешающей способностью радиолокатора по азимуту (порядка З...6°). В вертикальной плоскости ширина диаграммы направленности (Ɵβ) обычно соответствует нормам ICAO и федеральным авиационным правилам (ФАП) [1]. Чувствительность приёмной части Рс min радиоэлектронных средств при импульсном излучении принято определять в соответствии с соотношением (3.7) и с учётом соотношения (3.8), поскольку приём импульсных сигналов представляет собой достаточно сложную и специфическую задачу . Поэтому в эксплуатационно-технических характеристиках приводится значение коэффициента шума приёмника (kш) либо без указания размерности, либо в децибелах (дБ). Коэффициент шума (kш) характеризует шумовые свойства приёмника и показывает, во сколько раз реальный приёмник ухудшает отношение мощности сигнала к мощности шума на выходе по сравнению с отношением сигнал / шум на его входе: P 𝑃 kш=P c вх / 𝑃𝑐 вых ш вх ш вых Коэффициент шума в децибелах определяется из соотношения kш(дБ)=10 lg kШ Отсюда, если известен коэффициент шума в децибелах, можно найти его значение в разах: kш=10kш(дБ)/10 Очевидно, чем ближе kш к 1 (или kш (дБ) к 0), тем чувствительнее приёмник, т. е. способнее принимать более слабые сигналы. Хорошие приёмники имеют коэффициент шума, равный 2...3 раза. Типовые значения kш реальных приёмников составляют порядка 6... 12 раз. Значения других параметров, через которые определяется чувствительность приёмника, приведены в перечне принятых обозначений и единиц измерений (см. п. 3). Радиолиния радиолокационного наблюдения. Дальность действия систем радиолокации определяется в соответствии с соотношением (3.13). Поскольку функционирование радиолокационных систем осуществляется преимущественно в диапазонах УВЧ и СВЧ, то распространение радиоволн происходит практически прямолинейно, т. е. в пределах прямой видимости. Кроме того, излучение и приём импульсных радиосигналов осуществляется, как правило, одной и той же направленной приёмопередающей антенной. 20 Для проведения расчётов должны быть известны мощность высокочастотного импульсного излучения (Ри) (типовые значения порядка десятков сотен киловатт), длительность радиоимпульсов (τи) (обычно единицы микросекунд), рабочая длина волны (λ) (или частота (f), параметры антенной системы (коэффициент усиления (G), или коэффициент направленного действия). Если заданы значения ширины диаграммы направленности антенны в горизонтальной (Ɵα) и вертикальной (Ɵβ) плоскостях, то связь этих параметров с коэффициентом усиления определяется формулой (2.4). В зависимости от назначения радиолокатора типовая величина ширины диаграммы направленности в горизонтальной плоскости (Ɵα) составляет порядка 2...4 , а в вертикальной плоскости обычно Ɵβ= 30...45° [1] (см. рис. 5). Чувствительность приемной части радиолокатора (Pстin) при импульсном излучении гак же, как и в предыдущем варианте радиолинии, определяется в соответствии с соотношением (3.7) и с учетом выражения (3.8) через известные физические величины kБ, Т0 и kш с kp. Физический смысл коэффициента шума (kш) и его типовые значения, справедливые и для радиолокационных приемников, рассмотрены ранее. Коэффициент различимости (kР), с одной стороны, учитывает потери в устройствах обработки сигнала, с другой - эффект накопления принимаемых сигналов, но для простоты расчётов можно принять его равным 10. 4.4. Расчёт максимальной дальности действия радиолинии с учётом кривизны земной поверхности При расчёте дальности действия заданной радиолинии, исходя из условий распространения радиоволн и учёта кривизны земной поверхности, по выражениям (2.2) и (2.3) следует определить особенности типовой ситуации применения рассматриваемых радиоэлектронных средств (РЭС). Анализ условий применения и назначения РЭС позволит сориентироваться в соответствующих значениях высоты расположения антенн h1 и h 2. Например, при оценке дальности действия радиолинии систем радиолокации (ОРЛ-Т), осуществляющих наблюдение за полётом ВС по трассе, высота расположения антенны радиолокатора h1 составляет порядка 4...12 м, а возможная высота полёта ВС h2 - порядка 8000...10 000 м. Совсем другая ситуация, например, при взаимодействии наземного оборудования радиомаячной системы посадки (РМС) с бортовым радиоприёмным 21 устройством КУРС МП-70 при выведении ВС на требуемую траекторию посадки. Очевидно, что здесь высота расположения антенн курсового и глиссадного маяков h1, составляет единицы метров, а величина h2 (высота ВС) при выполнении предпосадочного манёвра может быть до 3000 м в зависимости от метеоусловий и других факторов. В соотношениях (2.2) и (2.3) присутствует коэффициент от 3,57 до 4,12, при этом требуемое значение из этого интервала необходимо выбирать, исходя из диапазона длин волн, в котором работают заданные радиоэлектронные средства, в соответствии с правилом: чем короче длина волны (выше рабочая частота), тем меньше значение коэффициента. Например, для диапазона ОВЧ следует выбирать коэффициент ближе к большому значению, а для диапазона СВЧ – к меньшему. 4.5. Выводы по оценке дальности действия Проанализировав и сопоставив полученные результаты по расчёту дальности действия радиолинии как по энергетическим соотношениям, так и с учётом кривизны земной поверхности, необходимо ответить на вопрос: чем же ограничена дальность действия радиолинии в заданном варианте применения радиоэлектронных средств? Следует выбрать минимальное значение Rmax из всех вычисленных по приведённым в п. 3 выражениям согласно методике расчёта Если окажется, что максимальная дальность по энергетическим соотношениям больше, чем максимальная дальность действия по условиям распространения радиоволн (т. е. запас по энергетике радиолинии солидный), но рельеф местности не позволяет реализовать его полностью, то можно сделать вывод, что дальность действия такой радиолинии будет ограничена кривизной земной поверхности. В противном случае максимальная дальность действия радиолинии будет определяться мощностью передающих устройств, чувствительностью приёмных устройств, направленными свойствами антенных систем. Таким образом, выполнение контрольной работы в полном объёме способствует: - более глубокому пониманию взаимосвязи основных эксплуатационных характеристик и технических параметров радиоэлектронных средств; - приобретению навыков оценки дальности действия радиолиний в конкретных условиях с учетом особенностей распространения радиоволн различных диапазонов; 22 - выработке умения эффективно эксплуатировать существующее и перспективное радиоэлектронное оборудование для решения поставленных задач с соблюдением всех норм безопасности. 23
