ПЕРМСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КУРСОВАЯРАБОТА
подисциплине: Основы построения РЛС
натему: ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЧМ СИГНАЛОВ ПРИ ПОСТРОЕНИИ ПРИЕМНИКАРЛС СОПРОВОЖДЕНИЯ
Подготовила:студентка 2 курса Аэрокосмического факультета
поспециальности Авиационные приборы и измерительно-вычислительные комплексы
КравченкоВалерия Игоревна
Проверил:
г. ПЕРМЬ
2009 г.
СодержаниеВведение
1. Назначение, технические данные, состав и работа РЛС9S35М1 по структурной схеме
1.1. Назначение
1.2. Техническиехарактеристики РЛС 9S35M1
1.3. СоставРЛС
1.4. Назначениесистем РЛС
1.5. РаботаРЛС 9S35М1 по структурнойсхеме
1.6. Приемнаясистема РЛС 9S35М1
1.6.1. Основныетехнические характеристики
1.6.2. ИспользованиеЛЧМ сигнала
1.6.3. Блокформирования ЛЧМ сигнала в РЛС 9S35М1
1.6.4. Блок сжатия ЛЧМсигнала в РЛС 9s35М1
2. Общие сведения о многофункциональных РЛС
2.1.Назначение и задачи решаемые МРЛС
2.2. Обобщеннаяструктурная схема МРЛС
Заключение
Список литературы
Приложение №1
Введение
Радиолокация – областьрадиотехники, обеспечивающая радиолокационное наблюдение различных объектов, тоесть их обнаружение, измерение координат и параметров движения, а такжевыявление некоторых структурных или физических свойств путем использованияотраженных или переизлученных объектами радиоволн либо их собственногорадиоизлучения.
Информация, получаемаяв процессе радиолокационного наблюдения, называется радиолокационной.Радиотехнические устройства радиолокационного наблюдения называютсярадиолокационными станциями (РЛС) или радиолокаторами. Сами же объектырадиолокационного наблюдения именуются радиолокационными целями или простоцелями. При использовании отраженных радиоволн радиолокационными целямиявляются летательные аппараты (самолеты, вертолеты, метеорологические зонды идр.), гидрометеоры (дождь, снег, град, облака и т. д.), речные и морские суда,наземные объекты (строения, автомобили, самолеты в аэропортах и др.),всевозможные военные объекты и т.
Источником радиолокационнойинформации является радиолокационный сигнал. В зависимости от способов егополучения различают следующие виды радиолокационного наблюдения.
1. Радиолокацияс пассивным ответом, основанная на том, что излучаемые электромагнитные колебания(зондирующий сигнал) — отражаются от цели и попадают в приемник РЛС в видеотраженного сигнала. Такой вид наблюдения иногда называют также активнойрадиолокацией с пассивным ответом.
2. Радиолокацияс активным ответом, именуемая активной радиолокацией с активным ответом,характеризуется тем, что ответный сигнал является не отраженным, апереизлученным с помощью специального ответчика – ретранслятора. При этомзаметно повышается дальность и контрастность радиолокационного наблюдения.
3. Пассивнаярадиолокация основана на приеме собственного радиоизлучения целей,преимущественно миллиметрового и сантиметрового диапазонов. Если зондирующийсигнал в двух предыдущих случаях может быть использован как опорный, чтообеспечивает принципиальную возможность измерения дальность и скорости, то вданном случае такая возможность отсутствует.
Выделение полезной информации о цели обеспечиваютсясоответствующими радиотехническими устройствами — РЛС. Таким образом, системуРЛС можно рассматривать как радиолокационный канал. Основными составнымичастями РЛС являются передатчик, приемник, антенное устройство, оконечноеустройство.
Развитие современной техники, сложность решаемыхзадач, высокие требования к надежности, простоте управления, оперативности, всеэто отразилось на построении РЛС.
Большинство РЛС симпульсной модуляцией имеет одну антенну, снабженную специальным антеннымпереключателем для перехода из режима передачи в режим приема и наоборот.
Передатчик РЛСвырабатывает высокочастотные колебания, которые модулируются по амплитуде,частоте или фазе иногда весьма сложным образом. Эти колебания подаются вантенное устройство и образуют зондирующий сигнал. Нарядус простыми радиоимпульсами может применяться внутриимпульсная частотнаямодуляция и фазовая манипуляция. Другим видом зондирующего сигнала являетсянепрерывный. Здесь наряду с незатухающими гармоническими колебаниями могутиспользоваться частотно-модулированные и др.
Приемник РЛС необходимдля выделения полезного сигнала из помех (так называемая первичная обработкасигнала). Оконечное (выходное) устройство служит для представлениярадиолокационной информации в нужной потребителю форме. Если потребителемявляется человек-оператор, то используется визуальная индикация. Дляпотребителя в виде вычислительного устройства непрерывного действия оконечнымявляется устройство автоматического сопровождения цели по измеряемому параметру(дальность, угловые координаты, скорость), и полезная информация выдается ввиде напряжений или токов, функционально связанных с этими параметрами. Если жеоконечным устройством является ЭВМ, то радиолокационная информацияпреобразовывается в двоичный код. При этом в ЭВМ происходит дальнейшая, такназываемая вторичная обработка сигнала.
Радиолокационнаяинформация, поступающая от РЛС, транслируется по радиоканалу или по кабелю напункт управления. Процесс слежения РЛС за отдельными целями автоматизирован иосуществляется с помощью ЭВМ.
1.Назначение, технические данные, состав и работа РЛС 9S35М1по структурной схеме
1.1 Назначение
Радиолокационнаястанция 9S35М1 предназначена дляработы в составе самоходной огневой установки и обеспечивает [8]:
-обнаружение,захват, распознавание и автоматическое сопровождение по скорости и дальностивоздушных целей;
-определениекоординат целей и передачу информации на цифровую вычислительную систему 9S471М1;
-подсветсопровождаемых целей для обеспечения работы головки самонаведения зенитнойуправляемой ракеты и передачу команд;
-полуавтоматическоеили ручное сопровождение целей с помощью телевизионного оптического визира(ТОВ).
РаботаРЛС 9S35М1 возможна в двухрежимах:
-врежиме целеуказания (ЦУ);
-вавтономном режиме.
РЛС9S35М1 имеет два вида излучаемых ипринимаемых сигналов:
-импульсныйс внутриимпульсной линейно-частотной модуляцией (ЛЧМ) текущей частоты;
-квазинепрерывный(КНИ) с малым периодом следования импульсов.
Преимуществаимпульсного режима:
-однозначноеопределение дальности в режиме «Обзора»;
-повышеннаяпомехоустойчивость от несинхронных импульсных помех;
-наличиережима ЦСДЦ (цифровая селекция движущихся целей) для защиты от пассивных помехи отражений от местных предметов.
Преимуществарежима КНИ:
-защищенностьот мощных пассивных помех и местных предметов;
-высокаяразрешающая способность по скорости.
Недостаткирежима КНИ:
-отсутствиеинформации о дальности до цели в режиме «Обзора»;
-невозможностьработать по малоскоростным целям (скорость цели менее 50 м/сек).
1.2 Технические характеристики РЛС 9S35М1
1.Средняя мощность передатчика «Обзора» РЛС:
— режим ИМП — не менее 1,0 кВт;
— режим КНИ — не менее 1,0 кВт.
2.Мощность передатчика подсвета — не менее 1,9 кВт.
3.Зона поиска в автономном режиме:
-поазимуту ±60º;
-поуглу места 0º÷6º(Зона Низ) и 6º÷12º (ЗонаВерх)
-времяцикла поиска — 4 сек
Режимработы построчный — 5 строк.
4.Зона поиска в режиме ЦУ:
— по азимуту ±45º;
— по углу места до 57º;
-времяцикла поиска в Зоне 10º — 2 сек.
5.Зона сопровождения воздушных целей:
-поазимуту ±60º;
-поуглу места от -10º+72º.
6.Точность сопровождения целей:
-поугловым координатам — 00-05 д.у.;
-подальности — не более 180 м;
-поскорости — не более 30 м/сек
7.Время готовности РЛС к работе — не более 3 мин.
1.3Состав РЛС
РЛС- изделия 9S35М1 состоит изследующих систем:
-передающаясистема — ПрдС;
-антенно-волноводнаясистема — АВС;
-приемнаясистема — ПрС;
-системасинхронизации -СС;
-системаиндикации -СИ;
— цифровая система измерения дальности -ЦСИД;
— система сопровождения по скорости -ССС;
— система целеуказания -СЦУ;
— система распознавания класса цели -СРКЦ;
— система управления антенной — СУА:
а)канал поиска
б)канал углового сопровождения
в)канал сопровождения НЛЦ
г)канал управления ТОВ
— система встроенного контроля -СВК;
— система защиты от помех -СЗП:
а)цифровая система селекции движущихся целей -ЦСДЦ
б)блок видеокомпенсации -ВК
в)блок цифрового обнаружения -БЦО
— система питания.
— система питания воздухом — СПВ;
— система жидкостного охлаждения — СЖО.
1.4 Назначение систем РЛС
Системапередающая предназначена для формирования:
-зондирующихсигналов в импульсном режиме с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), в режимеквазинепрерывного излучения (КНИ);
-генерирующегосигнала для приемной системы;
-сигналаподсвета цели и ракеты;
Антенно-волноводнаясистема предназначена для:
-одновременнойканализации электромагнитной энергии по каналам «Обзор» и«Подсвет» с выхода радиопередающего устройства (РПДУ) на выходсуммарного канала облучателя;
-передачуэлектромагнитной энергии от облучателя на вход приемника в режиме«Обзор»;
-амплитуднойсуммарно-разностной обработки сигналов с трех выходов облучателя,обеспечивающей пеленгацию цели методом скрытого «конического» сканирования(режим сопровождения);
-работына «Эквивалент» по каналам «Обзор» и «Подсвет».
Системаприемная предназначена для усиления и преобразования сигналов, отраженных отцелей в вид, удобный для извлечения информации о наличии целей, их дальности искорости.
Системасинхронизации предназначена для согласования во время работы всех импульсныхустройств РЛС и наземного радиолокационного приемника.
Системаиндикации предназначена для:
-визуальногонаблюдения за воздушной обстановкой;
-анализавоздушных целей;
-ориентировочнойоценки их скорости, дальности и угловых координат;
-принятиярешения на захват выбранной цели;
-наведенияРЛС для осуществления захвата.
Цифроваясистема измерения дальности (ЦСИД) предназначена для измерения дальности доцели и сопровождения ее по дальности.
Системасопровождения по скорости предназначения для измерения скорости цели исопровождения ее по скорости.
Системацелеуказания предназначена для:
-выводацентра зоны поиска антенны в направлении на цель по азимуту и углу места;
-выводачастоты управляемого гетеродина в диапазон доплеровских частот, соответствующихскорости полета цели в режиме КНИ;
-целеуказанияпо дальности в импульсном режиме.
Системараспознавания класса цели предназначена для распознавания класса сопровожденияцели на основе анализа спектра отраженного от цели радиолокационного сигнала.
Системауправления РЛС предназначена для включения станции и управления ею в процессебоевой работы.
Системауправления антенной предназначена для управления антенной РЛС при поиске,обнаружении и сопровождении воздушных целей в различных режимах.
Каналпоиска предназначен для управления антенной при обзоре заданной зоныпространства.
Каналуглового сопровождения предназначен для:
-автоматическогосопровождения цели по угловым координатам;
-инерционногосопровождения цели;
-сопровожденияцели в режиме ТОВ;
-ручногоуправления антенной.
Каналсопровождения низколетящих целей (НЛЦ) предназначен для сопровождения целей,летящих на малых высотах, при влиянии сигнала зеркального отражения цели отземли («антипода») на работу угловой автоматики.
Каналуправления телевизионным оптическим визиром (ТОВ) предназначен для ручного иполуавтоматического сопровождения цели.
Системавстроенного контроля предназначена для:
-оперативногоконтроля;
-контроляфункционирования систем РЛС;
-диагностическогоконтроля, обеспечивающего отыскание неисправности с точностью доконструктивно-съемного блока или узла.
Системазащиты от помех обеспечивает выполнение боевой задачи в условияхорганизованного радиопротиводействия.
Системапитания предназначена для питания системы РЛС.
1.5 Работа РЛС 9S35М1по структурной схеме
РЛСпредставляет собой устройство (Рис.1), работающее в двух режимах:
-импульсном;
-квазинепрерывном.
/>
Рис1. Структурнаясхема РЛС 9S35М1.
Независимоот вида излучаемого сигнала (ЛЧМ или КНИ) передатчиком Обзора «О», формированиеСВЧ сигналов производится на одной из фиксированных частот.
Передатчик«О» формирует мощные когерентно-импульсные сигналы с частотой fо,излучаемые через антенну в пространство для обзора заданной зоны поиска целей игенерирующий сигнал частотой fо-28 МГц, поступающий в приемнуюсистему для обеспечения когерентной обработки принимаемых сигналов.
Дляподсвета цели и ракеты передатчик Подсвета «П» генерирует СВЧ энергию нафиксированных частотах отличных от частот передатчика «О».
СВЧэнергия с передатчиков «О» и «П» поступает по передающему волноводному тракту вантенну.
Вантенне формируется диаграмма направленности на передачу и прием СВЧ сигналов.Обзор пространства производится в секторе 120º по азимуту и в 6º поуглу места. Применен линейный способ сканирования (Приложение 1, с. 42).
Принятыеантенной отражаемые сигналы по волноводному тракту поступают на два приемникаСВЧ, куда в качестве опорного напряжения поступает непрерывный сигнал спередающей системы на частоте fо-28.
Двухканальныйприемник выбран с целью повышения помехозащищенности канала угловогосопровождения. С выхода СВЧ приемников сигналы промежуточной частоты 28 МГцпоступают в блок сжатия ЛЧМ сигнала, где происходит их сжатие до 1,7 мкс.
Продетектированныесигналы с выхода блока сжатия ЛЧМ через систему ЦСДЦ поступают в системыуглового сопровождения, индикации и цифровую систему измерения дальности.
Принятаяинформация отраженных сигналов и служебных меток отображается на экранахиндикаторов системы индикации. Радиолокационная обстановка отображается врежиме ЛЧМ в координатах азимут-дальность, в режиме КНИ в координатахазимут-дальность-скорость.
Переходна автосопровождение цели осуществляется при наличии цели в луче, еестробировании по дальности. При захвате цели, РЛС переходит наавтосопровождение цели по угловым координатам (Приложение 1, с. 45, с. 53) идальности.
Синхронизацияработы системы РЛС осуществляет система синхронизации импульсами в режиме ЛЧМдлительностью 50 или 100 мкс, в режиме КНИ длительностью 4..10 мкс.
Дляустановления типа и класса средств воздушного нападения введена системараспознавания. Метод радиолокационного распознавания основан на анализеизменений спектра отраженного сигнала, вызванных вращательным движениемэлементов двигателя самолета или винта вертолета.
Всистеме распознавания реализовано2 независимых канала распознавания целей:
-автоматическогораспознавания;
-каналслухового распознавания.
Автоматическийканал распознавания обеспечивает распознавание трех классов целей:
А- аэродинамическая;
Б- баллистическая;
В- вертолет.
Каналзвукового распознавания обеспечивает возможность прослушивания по головнымтелефонам звукового фона (портрета) сопровождаемой цели.
Системеуглового сопровождения предназначена для определения угловых координат цели иобеспечивает нахождение цели в РСН ДНА.
Врежиме КНИ сигнал (Приложение 1, с. 65) с выхода пеленгационных приемников У1, У2,а в ИР импульсы цели поступают на схему ВСО, где осуществляется выделениесигнала ошибки. Огибающие сигналов ошибки поступают на приводы АЗ и УМ АВС, которыеразворачивают рефлектор и луч антенны до тех пор, пока сигнал ошибки не станетравным нулю.
Дляпредотвращения сопровождения сигнала «антипода» вход схемы ВСОотключается от приемников и подключается к сигналам для сопровождения позапомненной текущей высоте, данные о которой поступают из ЦВС.
Каналпоиска служит для обнаружения целей в широкой или узкой зоне пространства иобеспечения захвата цели по угловым координатам. Режимы работы:
-автономный(зона поиска ±60 º по АЗ и 6º по УМ);
-режимЦУ (зона поиска ±5º по АЗ и 6º по УМ относительно координат ЦУ).
Каналуправления ТОВ обеспечивает выработку сигналов коммутации и наведения по АЗ иУМ поступающих на приводы АЗ и УМ. Под воздействием этих сигналовосуществляется разворот телевизионной камеры в направлении на цель. ТОВ можетработать в режимах с излучением и без излучения РЛС.
Дляобеспечения работы в режиме ЦУ и для опознавания цели РСЛ сопряжена с изделиямиЦВС, ПУ, НРЗ.
Сопряжениеосуществляется по цепям: целеуказания, индикации, управления и контроля.
1.6 Приемная система РЛС 9S35М1
Наличиедвух различных, по своим физическим возможностям, приемников в значительнойстепени повысили возможности станции по поиску целей и помехозащищенности. Всвою очередь приемник ЛЧМ состоит из двух идентичных каналов. В зависимости отрежима работы может работать один из двух каналов или сразу оба, что существенноповысило надежность работы РЛС. Одновременная работа двух приемников ЛЧМ присопровождении цели обеспечивает защиту РЛС от уводящих помех по угловымкоординатам.
Использованиевторого канала приемника ЛЧМ, в режиме автокомпенсации помех, обеспечиваетзащиту РЛС от воздействия помех по боковым лепесткам (Приложение 1, с. 59).
ЛЧМприемник являясь, по сути, моноимпульсным координатором обладает всеми егосвойствами (Приложение 1, с. 55):
-таккак угловая информация выделяется в виде отношений сигналов, то точность измерениясигнала не зависит от амплитуды флюктуации отраженного сигнала;
-выделениеинформации о трех координатах цели производится на основании принятого одногоотраженного сигнала;
-отсутствиеметодических ошибок по сравнению с координаторами линейного и коническогосканирования, другими словами форма отраженного сигнала не зависит от скоростираспространения радиоволн;
-большаядальность действия, так как излучение электромагнитных волн происходит вдольравносигнального направления (РСН).
Отличительнойособенностью приемника КНИ является то, что облучение цели осуществляется высококогерентнымиимпульсами малой скважности (Приложение 1, с. 65). Отраженный сигнал от целипринимается также в виде импульсных сигналов. А извлечение информацииосуществляется таким же образом, как и при непрерывном излучении, то есть путеманализа одной составляющей спектра принятого когерентно-импульсного сигналамалой скважности.
Задача,на поиск и выделение цели из спектра принимаемого сигнала, возложена наобзорный приемник, что позволяет иметь непосредственно информацию о скоростицели. Но для сопровождения цели по скорости и устранения неоднозначности поскорости и слепой скорости используется канал сопровождения по скорости с привлечениемЦВС.
Длясопровождения цели по угловым координатам и дальности в приемник КНИпонадобилось ввести канал сопровождения по угловым координатам и дальности.Если работа канала сопровождения по угловым координатам приемника КНИсущественно не отличается от работы приемника сопровождения в импульсномрежиме, то работа дальномерного приемника имеет ряд отличий.
Отличиясвязаны прежде всего с возникновением в режиме КНИ явления слепой скорости инеоднозначности по дальности, для устранения которых понадобилось изменитьобщепринятую схему построения приемника сопровождения по дальности, а такжезадействовать ЦВС для решения ряда задач.
Важноетехническое решение было найдено, при проектировании приемной системы, виспользовании одних и тех же узлов и элементов системы синхронизации для работыРЛС в режиме ЛЧМ и КНИ. Это стало возможным благодаря сохранению одинаковойскважности для обоих режимов — равной 10, а использование линейной частотной модуляциив импульсном режиме, сняло все проблемы возникающие при большой длительностиизлучаемого сигнала. С другой стороны, большая длительность сигнала в режимеЛЧМ дает ряд преимуществ.
Такимобразом, приемная система РЛС 9S35М1воплотила в себе самые последние научные разработки и достижения в радиолокации[6].
1.6.1 Основные технические характеристики
1.Динамическийдиапазон (дБ)
режимЛЧМ — не менее 70
режимКНИ — не менее 80
2.Диапазондоплеровских частот (кГц) — от -17 до +60
3.Коэффициентшума (дБ) — не более 7,5
4.Уровеньсигнала на выходе приемника ЛЧМ (В)
амплитудныйрежим — 2,25 ÷ 2,75
фазовыйрежим — 4,5 ÷ 5,5
5.Уровеньшумов на выходе приемника ЛЧМ (В)
амплитудныйрежим — 1,1 ÷1,4
фазовыйрежим — 0,08 ÷ 0,12
6.ДлительностьЛЧМ сигнала (мкс) — 100 (50)
7.Девиациячастоты внутри ЛЧМ сигнала (кГц) — 900
8.Длительностьсжатого импульса в приемнике
ЛЧМ(мкс) — 1,7 ± 0,33
9.Перекрытиедоплеровского диапазона
приемникаКНИ (кГц) — от 2,5 до 22,5
10.Коэффициетусиления приемника КНИ — более 110000
Рассмотримболее детально формирование и использование ЛЧМ сигнала в приемной системе[1, c36, c 40].
1.6.2 Использование ЛЧМ сигнала
ВРЛС для решения проблемы получения максимальной дальности при малой мощностисигнала увеличили длительность импульса. Как видно из графика (Рис.2) энергиясигнала Еs (энергетическаяемкость) зависит от длительности и мощности импульса. При равных параметрацели, максимальная дальность Дmaxдля обоих случаев будет одинаковая [3].
/>
Рис.2
Приэтом:
Еs1 = Еs2,
гдеЕs1≈Р1*tи1, а Еs2≈Р2*tи2,
аскважность сигналов q1=/>; q2=/>
Уравнявобе половины, получили:
/>
Следовательнопри увеличении скважности, для сохранения заданной дальности обнаружениянеобходимо увеличивать мощность сигнала. При уменьшении скважности – мощностьможно понизить.
Минимальнаямощность отраженного сигнала, которая будет различима на фоне шума определяетсякак:
Рпрmin=νРш;
Рш=No*Δfэ
Где,ν– коэффициент различимости,
Рш — мощность шума,
No–спектральная плотность шума,
Δfэ–эффективная полоса пропускания.
Такимобразом, для первого случая предъявляются высокие требования к надежностиоконечного усилителя мощности и защите волноводов от электрического пробоя. Вовтором случае – ухудшаются характеристики по разрешению по дальности.
Длярешения этой проблемы в РЛС используются дисперсионные ультразвуковые линиизадержки (ДУЛЗ). Свойство их таково, что радиоимпульсы на разной частоте,проходят линию задержки с разным временем [3].
ДУЛЗ-представляет собой элемент по которому распространяются ультразвуковыеколебания. Дисперсионной она считается, если время задержки в этой линиизависит от частоты ультразвуковых колебаний (Рис. 3).
Такимобразом при подаче на вход ДУЛЗ, короткого прямоугольного импульса, имеющего линейчатыйспектр, на выходе ДУЛЗ будет получен «растянутый» радио импульс с частотойзаполнения меняющейся по линейному закону.
Ина оборот, при подаче на вход ДУЛЗ импульса с ЛЧМ, при этом низкие частотыдолжны поступить первыми, произойдет сжатие импульса по длительности.
/>
Рис.3
1.6.3 Блок формирования ЛЧМ сигнала в РЛС 9S35М1
Блокформирования ЛЧМ сигнала обеспечивает формирование ЛЧМ радиоимпульса напромежуточной частоте, видеоимпульса для модуляции передатчика и опорногокогерентного напряжения для обеспечения работы приемника в режиме СДЦ [1 c.40].
Техническиеданные:
-длительностьЛЧМ сигнал -100(50) мкс;
-девиациячастоты внутри ЛЧМ сигнала -900 кГц;
-амплитудаЛЧМ сигнала -0,5 В;
-средняячастота сигнала -28 МГц;
-амплитудаИЗП не менее -2,5 В;
-длительностьИЗП -100 (50)мкс;
-длительностьфронтов ИЗП, не более -0,5 мкс
-амплитудаопорного напряжения -0,7 В;
частотаопорного напряжения -10 МГц.
Состав(Рис.4):
-гетеродин– 10 (У1);
-двухканальныйоптимальный фильтр (ОФ) формирования ЛЧМ сигнала (У2);
-смеситель10/28 для переноса ЛЧМ сигнала на промежуточную частоту (У6);
-смеситель10/28/10 для преобразования опорного когерентного напряжения(У8);
/>
Рис.4Функциональная схема блока формирования ЛЧМ
-УПЧ-28для компенсации затухания ОФ (У4);
-гетеродин38, регулируемый для компенсации пассивных помех (У7);
-формировательФр (У5) импульсов возбуждения ДУЛЗ и импульсов запуска передатчика;
-коммутаторканалов ОФ и согласующие фильтры Ф1, Ф2.
Дляформирования ЛЧМ сигнала и опорного когерентного с ним напряжения используетсянапряжение кварцевого генератора узла У1 (Гетеродин — 10) частотой 10МГц (Рис. 5эпюра 1).
/>
Рис.5
Чтобыисключить аппаратную задержку сигнала на средней частоте ОФ (tз =142,8±0,5)мкс (в режиме «Масштаб 50») при формировании ЛЧМ сигнала и припоследующем сжатии его в блоке формирования ЛЧМ и обеспечить совмещение сжатогоимпульса с «нулем» отсчета дальности, возбуждение оптимальногофильтра производится опережающим импульсом «То-296», «То-584» поступающим из блокасистемы синхронизации (эпюра 2). Импульс «То-296»при прохождении через инвертор и схему формирования колоколообразного импульсав формирователе Фр формирует видеоимпульс длительностью 0,3-0,4 мкс,необходимый для получения радиоимпульса возбуждения ОФ (эпюра 3).
Полученныйрадиоимпульс длительностью 0,3-0,4 мкс поступает в на вход Гетеродина 10 (У1).
Навыходе манипулятора Гетеродина 10 из непрерывного колебания кварцевого генератораформируется радиоимпульс с частотой заполнения 10,0МГц, соответствующей рабочейчастоте ОФ (эпюра 4).
Послеусиления радиоимпульс подается на ОФ, на выходе которого получается отклик длительностьюоколо 100мкс (эпюра 5) для «Масштаба 50 км», с изменяющейся в соответствии сдисперсионной характеристикой ОФ частотой внутри отклика (ЛЧМ отклик).
Врежиме «Масштаб 50» полученный ЛЧМ отклик (радиоимпульс) подается черезсогласующий фильтр на вход смесителя 10/28 (У6).
Врежиме «Масштаб 100» радиоимпульс с выхода узла Гетеродин 10 (У1) проходитчерез два последовательных оптимальных фильтра (ОФ-1, ОФ-2). Таким образом,полученный ЛЧМ сигнал, увеличивается по длительности (при той же девиациичастоты) до 200 мкс и уменьшается по амплитуде. На выходе ОФ-2 имеем сигнал свнутриимпульсной ЛЧМ с линейным участком длительностью 100мкс и девиацией частоты900кГц.
Дальнейшеепрохождение сигнала в цепях блока в режиме «Масштаб 100» не отличается от прохожденияв режиме «Масштаб 50».
ПереносЛЧМ отклика на промежуточную частоту станции 28МГц производится в смесителе10/28 (У6) с помощью автономного кварцевого генератора 18МГц. Усиленный на частоте28МГц отклик подается на манипулятор в УПЧ-28 (У4), который обеспечиваетформирование из полного отклика ОФ ЛЧМ сигнал с заданными параметрами.Манипулятор открывается положительным импульсом «Строб ДУЛЗ» с Фр(эпюра 6).
Импульс«Строб ДУЛЗ» формируется из импульса стробирования ДУЛЗ, поступающегоиз системы синхронизации на формирователь Фр, что необходимо для точнойустановки частоты 28МГц в середине импульса 50мкс.
Полученныйна выходе манипулятора узла СМ 10/28 ЛЧМ сигнал усиливается и подается в (эпюра7) передающее устройство.
Длясинхронной работы передающего и приемного устройства в блоке формирования ЛЧМсигнала из строба ДУЛЗ с помощью формирователя Фр вырабатывается импульсзапуска передатчика ИЗП ЛЧМ, поступающий в подмодулятор передатчика «О».
Кромеэтого когерентное напряжение 10 МГц с Гетеродина -10 используется в качествеопорного напряжения в блоке сжатия принятого ЛЧМ сигнала. Для этого,непрерывное синусоидальное напряжение кварцевого генератора узла У1 частотой 10МГц, поступающее на смеситель 10/28 узла У8, куда также поступаетсинусоидальное напряжение кварцевого генератора частотой 18 МГц из узла У6, чтообеспечивает введение начальной фазы генератора частоты 18 МГц и последующеевычитание ее на фазовом детекторе блока сжатия ЛЧМ.
Преобразованныйна частоту 28МГц сигнал поступает через полосовой фильтр на смеситель 28/10 У8,куда через контакты реле поступает напряжение кварцевого генератора частотой 38МГц из блока сжатия ЛЧМ для последующей компенсации его случайной начальнойфазы на фазовом детекторе блока сжатия.
Приработе в условиях пассивных помех и для исключения влияния скорости ветра,предусмотрен режим КОМПЕНСАЦИИ ВЕТРА. В этом случае по команде «+27В ВКЛ КОМП ВЕТРА»через контакты реле по входу смесителя 10/28/10 узла У8 подключается напряжениерегулируемого кварцевого гетеродина частотой 38 МГц узла У7.
Изменяя напряжениеуправления с помощью потенциометра, частота регулируемого гетеродина 38меняется в пределах ±6кГц тем самым добиваются компенсации движения пассивнойпомехи.
1.6.4 Блок сжатия ЛЧМ сигнала в РЛС 9S35М1
Блокобеспечивает усиление поступающих по двум каналам сигналов с оптимальным фильтром(ОФ), сжатия ЛЧМ сигналов на ОФ, квазивесовую обработку сжатых сигналов, детектированиесжатых сигналов в амплитудном и квадратурном фазовом детекторах, работу вамплитудном ( АР) или фазовом ( ФР) режимах, поддержание заданного уровняшумовой помехи, работу в режиме видеокомпенсации и выдачу команды «+27 В ПОМЕХА».
Техническиехарактеристики.
1.Коэффициентусиления в IиII канале:
-амплитудныйрежим, не менее — 94 дБ
— фазовый режим — 85± 4 дБ.
2.Уровеньограничения сигнала в Iи II канале:
— амплитудный режим, не менее — 5 В
— фазовый режим не менее — ± 9 В
3.Длительностьсжатого импульса по уровню 0,5
(«Масштаб50») — 1,7±0,33 мкс
4.ПорогАРУимп.:
— амплитудный режим — 2,5±0,25В
— фазовый режим — 5±0,5 В
5.ДиапазонРРУ, не менее — 70 дБ
6.ПорогАРУ по шумам:
— амплитудный режим — 1,1÷1,4 В
— фазовый режим — 0,08±0,12В.
7.ПорогАРУ по шумовой помехе:
— амплитудный режим -2,5±0,25 В
— фазовый режим — 1±0,1В.
Состав блокасжатия ЛЧМ:
— усилители ПЧ (УПЧ) регулируемые (У2) — 2 шт.;
— двухканальные оптимальные фильтры (ОФ)
длясжатия ЛЧМ сигнала (У4) — 2 шт.;
— усилители квазивесовой обработки (УПЧ-кво) (У14) — 2 шт.;
— квадратурные фазовые детекторы (У18) — 2 шт.
— гетеродин 38 (У1) — 1 шт.;
— усилители АРУ — 2 шт.
Крометого блок содержит: видеоусилители (6 шт.), формирователь, коммутаторы, согласующиефильтры и компенсирующие усилители, узел СХИП.
/>
Рис.6 Функциональная схема блока сжатия ЛЧМ.
Блоксжатия содержит два идентичных канала, поэтому работу блока рассмотрим напримере I канала (Рис.6).
Послеусиления принятого сигнала на частоте foв высокочастотном приемнике и преобразования его в промежуточную частоту 28МГц+ Fд,сформированный ЛЧМ сигнал, длительностью 50 или 100 мкс с девиацией частотывнутри импульса 0,9 МГц поступает на смеситель 28/10 узла У2 усилителя ПЧрегулируемого блока сжатия ЛЧМ сигнала, где производится согласование спектраЛЧМ сигнала с дисперсионной характеристикой оптимального фильтра, для чего на 2-йвыход смесителя 28/10 (УПЧ регулируемого) подается напряжение гетеродина 38(У1) с частотой 38 МГц.
Этаже частота 38МГц используется в блоке формирования ЛЧМ (Рис.4).
Навыходе смесителя (УПЧ рег.) получается ЛЧМ сигнал, согласованный с дисперсионнойхарактеристикой ОФ на рабочей частоте 10,0МГц. С выхода смесителя 28/10 ЛЧМсигнал поступает на управляемый делитель, используемый для работы различныхсхем АРУ по шумам и импульсу или шумовой помехе и ограничитель. Коэффициентусиления УПЧ рег. (У2) уменьшается дискретно на 20 дБ по команде «+ 27 ВПОМЕХА» или «+ 27В СДЦ». В результате на выходе узла У2 устанавливаетсясоотношение сигнал / шум — 26 дБ в штатном режиме и 6 дБ в режимах СДЦ и сопровожденияисточника шумовой помехи.
Свыхода У2 сигнал, через коммутатор, поступает на двухканальный оптимальный фильтрУ4 для сжатия. Коммутация сигналов в режимах" Масштаб 100" и "Масштаб 50" для двухканального ОФ осуществляется аналогично как и в блокеформирования ЛЧМ сигнала.
Сигналыс оптимального фильтра с целью снижения уровня боковых лепестков поступают на узелквазивесовой обработки УПЧ-кво (У14).
Дляобеспечения заданного уровня сигналов при диапазоне 26 дб в амплитудном режимеАР усиление УПЧ-кво увеличивается на 20 дБ по команде «+ 27В ПОМЕХА». На выходеУ14 получается сигнал частотой 10 МГц длительностью 1,7мкс (Рис.7) с уровнем боковыхлепестков на линейном участке характеристики не более 14 дБ. Сигнал с УПЧ-кво(У14) подается на квадратурный детектор У18 для обеспечения работы в режиме СДЦ,а также на амплитудный детектор для работы в амплитудном режиме.
Вамплитудном режиме сигнал с видеоусилителя У20 и реле поступает в системуиндикации, углового сопровождения и ЦСИД.
Приработе блока сжатия в режиме ЦСДЦ в квадратурном фазовом детекторе (У18)происходит разложение сигнала на квадратурные составляющие и фазовоедетектирование. Для разложения сигнала на квадратурные составляющие в узле (У18)предусмотрены цепочки LR и CR, сдвигающие опорное напряжение на ±45º. Свыходов квадратурного детектора составляющие сигнала, через видеоусилители У16,У22 и контакты реле поступают на выходы sin и cos блока сжатия и далее в схемувыделения сигнала ошибки.
Такимобразом в амплитудном режиме усиление узла УПЧ регулируемого обеспечивает необходимыйдинамический диапазон до сжатия сигнала, а усиление УПЧ-кво — необходимыйуровень шума на выходе блока.
Вфазовом режиме усиление узла УПЧ рег. уменьшается на 20 дБ, обеспечивая входнойдинамический диапазон.
Блоксжатия ЛЧМ имеет в каждом канале узел АРУ У8, в который входят плата «АРУ посигналу» и плата «АРУ по шумам». По команде «+27В Помеха» плата «АРУ по сигналу»работает по шумовой помехе.
Припереходе в режим работы " Помеха" в амплитудном режиме происходитуменьшение усиления в УПЧ рег на 20 дБ и, соответственно, увеличение усиленияна 20 дБ в УПЧ-кво, тем самым увеличивая динамический диапазон до сжатия и сохраняяв каналах уровень шумов.
Вблоке предусмотрена возможность ручной регулировки усиления (РРУ). РРУ включаетсяпо команде" +27В вкл. РРУ".
Приподаче команды ВИДЕО КОМПЕНСАЦИЯ (ВК) Iканалработает в режиме АРУш, а IIв режиме РРУ.
Приподаче команды СДЦ усиление УПЧ рег. уменьшается в 10 раз для увеличениядинамического диапазона в режиме СДЦ, одновременно увеличивается усиление схемыАРУш с целью обеспечения одинакового уровня шумов на входе схемы АРУш вамплитудном и фазовом режиме.
/>
Рис.7
Такимобразом, в РЛС 9S35М1, две целибудут различимы, если задержка между ними составляет более 1,7 мкс, чтосоответствует реальной дальности между целями менее 200 м.
Врассмотренной главе представлено решение одной проблемы связанной с повышениемразрешения по дальности с использованием ЛЧМ сигнала. Оставаясь на сегодняшнийдень самой совершенной РЛС, она тем не менее, уступает по своим параметраммногофункциональным РЛС и прежде всего по возможности одновременной работы понескольким целям.
2.Общие сведения о многофункциональных РЛС
2.1Назначение и задачи решаемые МРЛС
Радиотехническиесистемы (РТС) с телеуправлением и самонаведением обладают определеннымипреимуществами и недостатками. РТС с телеуправлением обеспечивают управлениеобъектами на любой дальности, но с увеличением дальности увеличиваются ошибки наведения.
РТСс самонаведением обеспечивают хорошую точность на конечных участках наведения,но по дальности действия ограничиваются возможностями бортовых координаторов.
Сочетаниепреимуществ различных способов управления позволяет получить РТС скомбинированным управлением [2].
Комбинированнымуправлением называется комбинация нескольких
способовуправления полетом управляемого объекта.
Комбинированиеможет быть последовательным, параллельным, смешанным.
Наиболееперспективным является — смешанное комбинирование, так как оно наиболее полноиспользует все достоинства каждого способа на всех участках полета. Ограничиваетприменение, сложность аппаратуры.
Всепреимущества и достоинства комбинированного способа управления не могут бытьполно реализованы при размещении элементов системы управления РТС на различныхобъектах. Необходимо преимущества и достоинства комбинированного способауправления подкрепить уменьшением времени реакции, повышением уровня автоматизациивсех процессов обработки информации (как радиолокационной, так и командной) управлениярадиотехнической системы.
Однимиз известных направлений решения данной проблемы – это применениемногофункциональных РЛС (МРЛС).
МРЛСв процессе функционирования обеспечивает выполнение всех задач от моментаобнаружения целей, до их уничтожения с заданной эффективностью, а именно:
поиск,обнаружение, опознавание и определение координат всех целей;
анализвоздушной обстановки, точное определение координат сопровождаемых целей.
Дляэтого необходимо:
1)увеличитьдальность обнаружения целей, помехозащищённость от всех видов помех;
2)осуществитьобнаружение, опознавание, сопровождение и определение координат несколькихцелей одновременно;
3)обеспечитьвысокую степень автоматизации управления процессами боевой работы и малое времяреакции, высокую надежность систем и их живучесть, высокую маневренность имобильность.
Увеличениедальности обнаружения может быть достигнуто:
-увеличениемсредней мощности передатчика, путем повышения импульсной мощности, увеличения длительностиимпульсов, увеличения частоты следования импульсов, применения ЛЧМ;
-увеличениемкоэффициента усиления антенны;
-уменьшениемпотерь при квазиоптимальной обработке радиолокационных сигналов.
Одновременноеобнаружение и сопровождение нескольких целей может достигаться за счетприменения фазированных антенных решеток и СЦВМ в РЛС.
Высокаяпомехозащищенность МРЛС от активных помех достигается реализацией:
-методакомпенсации активных помех;
-пространственнойселекции по ширине ДН;
-временнойи частотной селекции целей путем стробирования по дальности и узкополосной фильтрациина промежуточной частоте отраженных эхо-сигналов;
-несколькихтипов сигналов;
-аппаратурыанализа помех, обеспечивающих включение необходимых мер защиты;
-цифровойобработки сигналов.
2.2 Обобщенная структурная схема МРЛС
Применительнок активному методу радиолокации, гибким методом обзора и рассмотренныхпринципов построения структурных схем СОЦ и ССЦ, структурная схема МРЛС можетиметь вид представленный на Рис.8.
Передающаясистема формирует мощные высокочастотные сигналы и может быть построена попринципу автогенератора или усилителя мощности, возбуждаемого стабильнымималомощными генераторами.
/>
Рис8. Структурнаясхема МРЛС.
Наилучшиехарактеристики имеют передающие системы, построенные по схемеусилительно-преобразовательной цепочки на усилительных (пролетных) клистронах,которые имеют хорошие коэффициенты усиления и полезного действия.
Применениеантенной решетки является одним из необходимых условий при построении МРЛС.Основным достоинством ФАР является обеспечение поиска, обнаружения и сопровождениянескольких целей (и ракет), определение их координат с требуемой точностью.
НаличиеФАР ее тип, конструктивные особенности определяют необходимость и структурнуюсхему системы управления лучом.
Одновременныйпоиск и сопровождение нескольких целей возможен при последовательном,параллельном и смешанном методах обзора пространства.
Припоследовательном обзоре однолучевая ДН последовательно просматривает всенаправления в пределах заданного сектора обзора. Параллельный и смешанный обзорвследствие необходимости формирования большого количества ДН применяются крайнередко.
Последовательныйобзор может вестись:
— по жесткой программе;
— по гибкой программе.
Наиболеепредпочтительной и удовлетворяющей требованиям: максимальной скорости обзора;определение точных координат сопровождаемых целей — является обзор по гибкойпрограмме.
Приемнаясистема обеспечивает селекцию, преобразование, усиление, детектирование иобнаружение сигналов на фоне помех.
Применениеразличных типов сигналов на этапах поиска, сопровождения предполагает наличие специальныхканалов в приемнике обеспечивающих оптимальную (квазиоптимальную) обработку эхосигналов.
Применениемоноимпульсного метода пеленгации обуславливает применение трех приемныхканалов: суммарного для обнаружения сигналов, сопровождения по дальности искорости и двух разностных для сопровождения по угловым координатам. Сопровождениевозможно и при реализации последовательного обзора по жесткой программе(сопровождение на проходе) но при этом точность определения угловых координатне выше ширины диаграммы направленности.
Выбортипа зондирующего сигнала, способов защиты от помех и обработки сигналов осуществляетсяна основе анализа помеховой обстановки.
Обеспечениемалой времени реакции, сопровождение нескольких целей при одновременном ведениипоиска невозможно без автоматизации не только процесса перехода наавтосопровождение, но и самого процесса обнаружения. По этой причине безобнаружителя построенного по принципу многоканальной корреляционно-фильтровойсхемы не обойтись. Сущность которой состоит в том, что на ее выходе формируетсяматрица обнаружения, состоящая из m*n элементов.
Каждыйэлемент матрицы характеризуется значением амплитуды сигнала, определеннымвременем запаздывания относительно зондирующих импульсов и определеннымсмещением по частоте относительно «нулевой» составляющей спектразондирующего сигнала.
Наэтапе обнаружения производится сравнение амплитуды сигнала каждого элементаматрицы обнаружения со значением уровня порога. Выработка порога производитсяиз условия стабилизации вероятности ложной тревоги на заранее определенномуровне(критерий НЕЙМОНА-ПИРСОНА). Для улучшения соотношения сигнал/помеха в обнаружителеможет применяться некогерентное накопление путем суммирования амплитуд (вкаждом элементе матрице) при многократном обращении к цели. С помощью матрицыобнаружения возможна реализация любого критерия обнаружения ( К из L ).
Системаиндикации МРЛС должна обеспечить одновременное наблюдение: сектора поиска, анализвоздушной и помеховой обстановки, выбор целей для дальнейшей обработки, анализкачества, характеристик сопровождаемых целей.
Поэтой причине система индикации включает: индикатор поиска, индикаторсопровождения и информационные табло. Сложность индикаторов определяетсятакже необходимостью вывода на плоскость экрана три-четыре координаты цели (обычно2 координаты).
Наиндикатор командира, как правило выводится вторичная информация посопровождаемым целям.
Вычислительнаясистема обеспечивает: управление системами станции, обработку радиолокационнойинформации, выдачу данных на систему индикации, обработку и выдачу данных длярадиолинии, обработку данных контроля МРЛС. Вычислительная система строится поизвестным принципам построения цифровых вычислительных машин. Сопряжение СЦВМ сабонентами осуществляется устройством ввода-вывода.
Такимобразом:
ВозможностиМРЛС по одновременному поиску, обнаружению и сопровождению нескольких целей, помехозащищенности,быстродействию позволяют реализовать в РТС:
-применениекомбинированных способов управления и изменения их вида в зависимости от типацелей и помеховой обстановки;
-несколькихметодов наведения и переход с одного метода на другой в процессе полета ракеты;
-высокуюпомехозащищенность за счет применения различных типов сигналов, наилучших приданном виде помех;
-высокуюстепень автоматизации управления всеми режимами работы и процессами;
-большуюпропускную способность, малое время реакции за счет одновременного обнаруженияи сопровождения целей;
-оценкубоеготовности за счет применения ЦВМ
Заключение
Историяразвития средств радиолокации представляет собой комплекс мероприятий направленный,прежде всего на повышение вероятности обнаружения, точности и дальностисопровождения, помехозащищенности, удобства управления и ряда других показателей,влияющих на качество и характер технических, маневренных и боевых характеристик.Причем изменение идет сразу по нескольким параметрам сразу, что позволяетсделать новый шаг позволяющий подняться на новый уровень.
Существующаяборьба между средствами обнаружения и системами защиты стимулирует принятие нестандартных решений.
Впоследнее время появилась тенденция в получении возможности управления иполучения технической информации от различных РЛС, разного «парка», временивыпуска, на единый центр управления.
РассмотреннаяРЛС 9S35М1, объединившая всебе два принципиально различных по своим физическим свойствам приемника, использующаядва различных передатчика для решения индивидуальных задач, удобная вуправлении, позволяющая оператору легко использовать все положительные стороныРЛС при ведении поиска и сопровождения целей [6].
Рассмотреннаяв качестве примера проблема повышения разрешающей способности по дальности,наглядно показывает возможности использования для этого дисперсионныхультразвуковых линий задержки.
Темне менее РЛС уже дважды проходила модернизацию [7], но так и не сталамногофункциональной РЛС. И только последние разработки по модернизации РЛС сустановкой фазированной антенной решеткой, заменой ЭВМ и системы управления лучом,позволили ей стать МРЛС [9].
Списоклитературы
1. П.Л.Багинский, Ю.А. Литвиненко Устройство и эксплуатация ЗРК: Учебное пособие.Часть 2. РЛС 9С35М1. Оренбург, 1994г.
2. А.К.Востриков, С.М. Долотов, В.Г. Красюк, А.У. Митин Основы построениярадиотехнических систем управления: Учебное пособие. Киев 1981г.
3. Я.Д.Ширман Теоретические основы радиолокации. М., Сов.радио, 1970г. — 560стр.
4. Л.С.Гуткин, В.Б. Пестряков, В.Н.Теплугин. Радиоуправление. 1970
5. Физическиеосновы получения информации: учебное пособие/ И.Г. Перминов. – Пермь: Изд-воПерм. Гос. Техн. Ун-та, 2006.
Дополнительныеисточники
6. http://pvo.guns.ru/buk/buk_3.htmЗЕНИТНЫЙ РАКЕТНЫЙ КОМПЛЕКС 9К37М1-2 «БУК-М1-2» (SA-11 Gadfly) (БУК-М)
7. http://www.artillerist.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=57Самоходныйзенитный ракетный комплекс 9К37 «Бук» (история ТТХ)
8. http://www.cardarmy.ru/fotos/buk.htmАрмейскийсамоходный зенитно-ракетный комплекс «Бук» (состав ТТХ)
9. http://www.rusarmy.com/pvo/pvo_vsk/zrk_buk.htmlЗенитныйракетный комплекс «Бук» (модернизация)