Структурныесхемы вторичных моноимпульсных обзорных радиолокаторов
вторичныймодуль радиолокатор
Характернойособенностью всех современных вторичных моноимпульсных ОРЛ, используемых вкачестве источника информации о воздушной обстановке в системах УВД, является наличиетрех каналов: суммарного S, разностного D и ненаправленного каналаподавления сигналов боковых лепестков W. В этом отношенииструктурные схемы всех моноимпульсных радиолокаторов похожи друг на друга. В тоже время между структурными схемами радиолокаторов различныхфирм-производителей есть и существенные различия. Для примера рассмотримструктурные схемы некоторых наиболее распространённых моноимпульсныхрадиолокаторов.
РадиолокаторCondor 2 MSSR фирмы Raytheon имеет несколько модификаций. Наибольший интереспредставляет вариант Condor Мк 2S, обеспечивающий работу в режиме S второгоуровня ICAO с возможностью передачи удлинённых сообщений ELM (Extended LengthMessage). Радиолокатор может работать как в обычном режиме RBS, так и в режимеS и смешанном режиме RBS+S. Для этого в состав его аппаратуры включены двагенератора режимов (RBS и S), которые связаны между собой и управляются отединого блока управления и контроля.
С генератороврежимов импульсы Р1, Р2, Р3, Р4, Р5 и Р6 поступают на возбудитель передатчика,в котором генерируется синусоидальное напряжение частоты 1030 МГц. Приходящие сгенераторов режимов импульсы модулируют несущую частоту 1030 МГц, а вслучае использования режима S радиочастотный импульс Р6 модулируется ещё и пофазе. Относительная фазовая модуляция импульса Р6 используется при передачсообщений по линии «земля – борт». Необходимая для этого информацияпоступает на генератор режимов S через блок управления и контроля по каналамсвязи, связывающим радиолокатор с центром УВД и наземными пунктами передачиданных (НППД).
Послевозбудителя модулированные сигналы подаются на выходные усилители мощности,выполненные на СВЧ – транзисторах. В режиме RBS один из усилителей предназначендля передачи запросных сигналов Р1 и Р3, а другой – для передачи сигналов Р2,предназначенных для подавления сигналов боковых лепестков ДНА по запросу. Врежиме S по каналу S передаются сигналы Р1, Р2 и Р6, а по каналуподавления W – сигналы Р5. В смешанном режиме по каналу S передаются все запросныесигналы, а по каналу W – все сигналы подавления.
Послеусилителей сигналы через устройство сопряжения, выполняющее функцию антенногопереключателя, поступают на антенну, формирующую три ДН: суммарную S, разностную D и ненаправленную W. Запросные сигналыизлучаются с помощью суммарной ДН, а сигналы подавления – с помощьюненаправленной. Ответные сигналы, приходящие на несущей частоте 1090 МГц,принимаются той же антенной и по трём каналам через устройство сопряженияпоступают на три приёмные устройства. Приёмные устройства, кроме обычныхфункций селекции сигналов по частоте, преобразования на промежуточную частоту fпр = 60 МГц,усиления и амплитудного детектирования, выполняют дополнительные функциилогарифмирования, фазового сравнения сигналов разностного и суммарного каналов,определения угловой поправки положения цели по азимуту и подавления ложных сигналов,принимаемых боковыми лепестками суммарной ДНА. Азимутальная поправкаопределяется с помощью амплитудного углового дискриминатора, а знак поправки –с помощью ФД, на который подаются сигналы суммарного и разностного каналов. Впроцессе обработки радиочастотных сигналов принимают участие отдельныеустройства, расположенные в интерфейсе приёмников и блоке видеосигналов.Окончательная обработка сигналов производится в дешифраторах ответов отдельнодля режимов RBS и S, а также в экстракторе, аппаратура которого включает в себяспециально разработанные для этих целей сверхбольшие интегральные схемы (СБИС).
Обработкасигналов в экстракторе производится, в основном, программным способом. При этомвесь процесс обработки может быть представлен в виде трёх этапов:
– первичнаяобработка импульсных сигналов и декодирование ответов;
– корреляцияответных сигналов в пределах одного обзора пространства;
– межпериоднаяобработка ответов.
На первомэтапе решаются следующие задачи;
– выделениефронтов принимаемых импульсов;
–декодирование ответных сигналов;
– устранение «фантомов»,т.е. сигналов ложных целей;
– управлениекоэффициентом усиления приемников для выравнивания динамического диапазонасигналов в зависимости от дальности до цели;
– разделениена группы «наложенных» кодов (до четырёх наложений);
– генерациядля каждого принимаемого импульса признака его достоверности.
На второмэтапе обработки ответных сигналов решаются следующие задачи:
– подавлениесигналов несинхронных ответов;
– выделениеи маркировка ответов, которые с определённой степенью вероятности вызваныпереотражениями сигналов от местных предметов;
– создание«матрицы доверия» ко всем принимаемым кодовым сигналам;
– определениеточного азимутального положения цели методами, принятыми в моноимпульснойрадиолокации;
– определениеточной дальности для всех целей;
– выделениеистинных целей среди всех целей, сигналы которых получены при многопутномраспространении радиоволн.
Третий периодобработки сигналов предусматривает траекторную обработку получаемой информацииза несколько периодов обзора пространства. Дополнительными функциями на этомэтапе являются:
– сглаживаниетраекторий;
– устранениерасщепления отметок целей;
– режекциямногократно повторяющихся несинхронных ложных ответов;
– формированиеокончательного сообщения о цели и передача его в каналы связи;
– передачакоманд и сообщений о состоянии всех элементов аппаратуры радиолокатора.
Как ужеуказывалось выше, радиолокатор может работать в режимах RBS, S и в смешанномрежиме. В последнем случае запрос самолётных ответчиков производится в дваэтапа.
Сначалапосылаются запросы RBS и запросные сигналы режима S общего вызова(All – Call). На это отводится приблизительно 138 мкс в началекаждого периода повторения импульсов TП. Затем станция переходит врежим ожидания ответов общего вызова. Этот период, обозначенный на рисунке ТАС,длится приблизительно 3 мс. За это время все самолёты, оснащённыедискретно-адресными ответчиками, передают на землю свои адреса, а самолётныеответчики, работающие в режиме RBS, сообщают свои индивидуальные номера. Послеэтого передатчики радиолокатора генерируют запросные сигналы режима S адресногонаблюдения (Roll – Call). На этот процесс отводится приблизительно140 мкс. После окончания этого времени и до конца периода повторения импульсовТП радиолокатор переходит в режим ожидания ответных сигналов режимаS. Этот период, обозначенный на рисунке ТRC, длится приблизительно6 мс. В качестве дескриптора запросных сигналов в этом случае принимаетсяUF = 4 или UF = 5, а в качестве дескрипторов ответныхсигналов DF = 4 или DF =5. Наклонная дальность до цели определяется по моментуприхода на землю ответного сигнала, азимут цели определяется обычным моноимпульснымметодом. Дополнительная информация в блоке данных ответа содержит статусполёта, сведения о наличии на борту сообщений, ожидающих передачи по линиисвязи «борт – земля», тип сообщения, идентификатор запросчика,зарезервированного для связи, и данные об абсолютной барометрической высоте,передаваемой или в футах, или в метрах. В случае использование дескриптораDF = 5 на землю, кроме всего прочего, может передаватьсяиндивидуальный номер ВС, присваиваемый ему в случае необходимости всоответствии с правилами, определяемыми режимом А RBS.
Вариант соответствуетслучаю, когда запросы адресуются ответчиком, способным работать в режимах RBS.По линии «борт – земля» в этом случае передаются индивидуальные номера иабсолютные барометрические высоты ВС. Вариант б предполагает общий вызов всехсамолётов, оснащённых дискретно-адресными ответчиками, а также всех самолётов,способных ответить на запросы RBS. В этом случае в импульсе Р6 используетсядескриптор DF = 11,а поле адреса АР содержит единицы на всех двадцати четырёх битах, отведённыхдля сообщения об адресе ВС. Ответный сигнал, содержащий дескриптор DF = 11, несёт всебе информацию об адресе ВС (24 бита), но только в том случае, если ответчикне обнаружил сигналы общего вызова в режимах А/С RBS (импульсы Р1 и Р3).Вариант в аналогичен варианту б с той лишь разницей, что короткий импульс Р4 (tИ = 0,8 мкс),следующий за запросным импульсом Р3, блокирует ответы дискретно-адресныхответчиков на запросы радиолокаторов, работающих в режиме RBS. Вариант гпредполагает общий вызов всех ВС, способных отвечать на запросы А/С RBS, кромебортов, оснащённых дискретно-адресными ответчиками. При использовании вариантад длинный импульс Р4 (tИ = 1,6 мкс) снимает это ограничение.
Совмещениекомбинированных запросов общего вызова и запросов адресного наблюдения впределах каждого периода повторения импульсов TП возможно прибольшой дальности действия радиолокатора только в том случае, если периодповторения импульсов достаточно большой, т.е. составляет несколько миллисекунд.В рассматриваемом нами радиолокаторе это стало возможным благодаряиспользованию режима S и моноимпульсного способа определения азимутальногоположения целей. Для радиолокатора Condor Мk 2 S типичными значениями периодаповторения импульсов TП при скорости вращения антенны 5; 12 и 15об./мин. являются, соответственно, 12; 8 и 6,9 мс.
Устройством,непосредственно определяющим режимы работы радиолокатора и временнуюрасстановку запросных сигналов, является блок управления и контроля, связанныйс генераторами режимов RBS и S. Команды на переключение режимов могутвырабатываться местным или удалённым пультами управления, входящими в составоборудования радиолокатора. При наличии авиационной автоматической сети связитакие команды могут поступать на радиолокатор от наземного процессора передачиданных.
Рассмотримструктурную схему ещё одного моноимпульсного вторичного радиолокатора, которыйполучил широкое распространение во всём мире и в котором также используетсяамплитудный способ выделения информации об азимутальном положении цели. Такимрадиолокатором является радиолокатор SIR-M и одна из его модификаций SIR-M/I,разработанная фирмой AMS (Alenia Marconi Systems). Модификация SIR-M/Iотличается от SIR-M тем, что в ней предусмотрена возможность работы в режиме S.
Структурнаясхема вторичного моноимпульсного радиолокатора SIR-Mприведена на рис. 4.
Антенна LVAтипа ALE-9 устанавливается обычно над антеннами G-33 диапазона S или антеннамиG-7 и G-14 диапазона L первичных радиолокаторов, разработанных компаниейSelenia. Возможен также вариант автономной установки антенны. После фильтров,настроенных на 1030 и 1090 МГц, принятые ВЧ – сигналы Σ, Δ и Ωчерез трёхканальный вращающийся переход, расположенный в ОПУ, поступают наавтоматический коммутатор, переключающий основной (А) и резервный (В) комплектыоборудования радиолокатора. После коммутатора сигналыразностного каналаантенны поступают непосредственно в приёмник Δ, а сигналы суммарного иненаправленного каналов – в приёмники Σ и Ω через направленныеответвители и антенные переключатели, выполненные на циркуляторах типа Y.
Направленныеответвители предназначены для отвода части мощности сигналов в системуавтоматического встроенного контроля параметров радиолокатора. В ОПУ крометрёхканального вращающегося ВЧ-перехода, двигателя и редуктора, расположен 12-разрядныйдатчик углового положения антенны, выдающий «малые азимутальные импульсы» (МАИ)и сигналы «Север». Эти сигналы подаются на экстракторы, где из них с помощьюсигналов точного азимута ΔφЦ, получаемых за счётиспользования моноимпульсного метода вторичной радиолокации, формируютсясигналы азимутального положения цели.
Вращающийся переходвыполнен по упрощённой схеме, которая не требует высокой стабильности фазовыххарактеристик суммарного и разностного каналов, так как в радиолокаторе SIR-Mиспользован амплитудный, а не фазовый метод определения азимута цели.
Коммутаторкомплектов оборудования может управляться вручную или автоматически. Через негопроходят не только ВЧ-сигналы, но и все видеосигналы, запускающие импульсы дляконтрольных индикаторов и других блоков. Для автоматического переключениякоммутатора используются сигналы встроенной системы контроля параметроврадиолокатора.
В режимезапроса необходимая несущая частота 1030 МГц генерируется кварцевымгетеродином. Далее сигналы этой частоты поступают в программированныйпередатчик. Модуляция радиочастоты 1030 МГц осуществляется в возбудителе, длячего на него из экстрактора, который обрабатывает сигналы и управляет отдельнымиустройствами, поступают модулирующие импульсы Р1, Р2 и Р3. Временной интервалмежду импульсами, их чередование и частота повторения определяются выбраннымрежимом работы радиолокатора. Возможны шесть режимов работы: 1; 2; 3/А; В; С; Dи три варианта их непрерывного чередования: единичный (х, х, х…), двойной (ху,ху, ху…), тройной (xyz, xyz, xyz…), где x, y и z – один из выбранных режимовработы. Возможно изменение чередования режимов от сканирования к сканированию.
Сигналычастоты 1030 МГц из возбудителя поступают также на генератор тестов и насмесители суммарного, разностного и ненаправленного каналов приёмника. Вгенераторе тестов формируются контрольные сигналы частоты 1090 МГц, имитирующиесигналы бортовых ответчиков. Тестовыми сигналами контролируется работоспособностьи настраиваются приёмники и экстракторы основного и резервного комплектоврадиолокатора.
Кромеимпульсов Р1, Р2 и Р3 также из экстрактора на программированный передатчикпоступают управляющие сигналы. Управляющие сигналы вырабатываются в такназываемой «карте мощности», которая расположена в экстракторе. Картапредставляет собой запоминающее устройство, разделённое на 128 секторов, каждыйиз которых соответствует определённому азимутальному сектору контролируемогопространства. Управляющие сигналы позволяют оперативно изменять выходнуюмощность передатчика для любого из 128 азимутальных секторов в пределах 0…1,6кВт ступенями с затуханием 0; 3; 6; 12 и ∞ дБ. Выбор затуханияопределяется помеховой ситуацией в каждом азимутальном секторе.
Программированныйпередатчик выполнен на полупроводниковой элементной базе. Для развязки выходныхцепей программированного передатчика и фидерной системы использован Y-циркулятор.После циркулятора включён быстродействующий переключатель, направляющийимпульсы запросов Р1 и Р3 в суммарный канал АФУ, а импульс Р2 – вненаправленный канал, предназначенный для подавления сигналов боковых лепестковДНА по запросу.
Трёхканальныйприёмник радиолокатора кроме обычных функций логарифмирует сигналы идетектирует фазу сигналов суммарного и разностного каналов. Последняя операциянеобходима для определения знака азимутальной поправки угла отклонения цели отэлектрической оси ДНА. Сигналы промежуточной частоты суммарного и разностногоканалов используются также для образования сигнала log Δ/Σ синформацией об абсолютном значении отклонения азимутального положения цели отравносигнального направления оси ДНА. Сигнал log Δ/Σ получаетсявычитанием предварительно скорректированных по фазе сигналов log Σ изсигналов log Δ.
Функциональнаясхема радиочастотной части приёмника радиолокатора приведена на рис. 4.
Сигналыканалов Σ, Δ, Ω и соответствующие тестовые сигналы поступают впреселекторы, настроенные на среднюю частоту 1090 МГц.
Дляпредупреждения выгорания малошумящих СВЧ-усилителей в случае больших входныхсигналов предусмотрены цепи активной и пассивной защиты, выполненные на p-i-nдиодах. Для активной защиты СВЧ-усилителей в момент излучения сигналов запросана устройство защиты подаются бланкирующие импульсы.
Тестовые сигналы формируютсяв генераторе контрольных сигналов, который состоит из генератора непрерывныхколебаний 1090 МГц и модулятора, на который из экстрактора на нерабочемучастке периода повторение импульсов подаются тестовые видеосигналы.
Предусмотрена возможностьимитации двух целей в каждом периоде повторения импульсов. Имитированные целимогут передвигаться в пространстве по определённым траекториям.
ПослеСВЧ-усилителя с коэффициентом шума не хуже 5 дБ принятые сигналы вдиапазоне 1090 МГц с помощью сигнала гетеродина с частотой 1030 МГц,поступающего из возбудителя передатчика, преобразуются в смесителях напромежуточную частоту 60 Мгц. Сигнал промежуточной частоты усиливается содновременным логарифмированием и последующим амплитудным детектированием. Доамплитудного детектирования сигналы промежуточной частоты поступают на фазовыйдетектор (ФД), в котором определяется знак отклонения цели от азимутальногоположения электрической оси суммарной ДНА.
Посколькуточность определения азимута цели амплитудным угловым дискриминатором зависитот идентичности амплитудных характеристик суммарного и разностного каналовприёмников, в них предусмотрено автоматическая коррекция параметров усилителей.Это осуществляется с помощью устройства управление амплитудой и фазой принятыхсигналов. Устройство обеспечивает автоматическое выравнивание коэффициентовпередачи каналов в границах разности между каналами ± 3 дБ. Краткосрочная идолгосрочная стабильность усиления при любых условиях не выходит за пределы ±0,5 дБ.
Управлениеусилением каналов осуществляется с помощью контрольных импульсов, которые вкаждом новом периоде приёма ответных сигналов перед началом рабочего участкапериода подаются в суммарный и разностный каналы на частоте 1090 МГц.Контрольные импульсы вводятся в преселекторы, проходят весь приёмный тракт ипосле амплитудного детектирования поступают на схемы сравнения. Контрольныйимпульс суммарного канала сравнивается с эталонным сигналом. Полученный сигналрассогласования управляет усилением приёмника суммарного канала.
Для управлениякоэффициентом усиления разностного канала используется сигнал рассогласования,полученный после вычитания контрольных видеоимпульсов на выходах суммарного иразностного каналов.
Такосуществляется не только стабилизация коэффициентов усиления обоих каналов, нои точная подстройка коэффициентов усиления каналов между собой, что очень важнодля моноимпульсного метода определения азимуту цели амплитудным угловымдискриминатором.
С выходовприёмников после амплитудного детектирования в суммарном Σ, ненаправленномΩ и дифференциальном Δ/Σ каналах, а также после фазовогодетектора сигналы log Σ, log Δ/Σ, log Ω и «Знак»поступают в экстрактор для дальнейшей обработки.
Экстракторпредставляет собой разработанный компанией Alenia быстродействующий компьютерVERA, используемый в радиолокаторе как процессор обработки сигналов иконтроллер управления параметрами и процессами основных узлов оборудования.Быстродействие процессора – 5 млн. операций в секунду. Часть операцийвыполняется аппаратным методом, часть – встроенными программами.
Экстракторвыполняет такие основные функции:
– квантует и фильтруетнеобработанные видеосигналы;
– форматирует сообщения,предназначенные для использования в аппаратуре самого процессора;
– генерирует сигналысинхронизации;
– вычисляет координатыотметок целей;
– форматирует сообщения,предназначенные для использования внешними потребителями радиолокационнойинформации;
– управляет системойвстроенного контроля;
– управляет автоматическимпереключателем комплектов радиолокатора.
Структурнаясхема экстрактора приведена на рис. 5.
Экстрактор содержит двапроцессора:
– процессорсигналов, работающий в реальном времени;
– процессоробработки сигналов отметок целей, управления и синхронизация.
Оба процессора связанымежду собою шиной высокой производительности. К этой шине подключеныформирователь сигналов сообщений, генератор программ обслуживания процессорареального времени и отдельных адаптивных устройств радиолокатора, интерфейспользователя, через который передаются сформированные сообщения о целях,сигналы управления и контроля, а также шинный интерфейс панели управленияэкстрактором.
На входэкстрактора поступают из основного оборудования радиолокатора видеосигналыlog Σ, log Δ/Σ, log Ω и «Знак», а такжевспомогательные сигналы «Север», малые азимутальные импульсы (МАИ) исинхронизирующие импульсы внешнего запуска.
Черезинтерфейс пользователя от основных узлов рабочего и резервного комплектоврадиолокатора поступают контрольные сигналы с информацией о состоянии этихузлов и их параметры. На этот интерфейс поступают также сигналы дистанционногоуправления. Сигналы местного управления радиолокатором непосредственноподключены к шинному интерфейсу.
Основнымназначением процессора сигналов реального времени является обнаружение импульсовответа и формирование начального сообщения о параметрах ответного сигнала. Этосообщение содержит в себе следующую информацию:
– тип фронтов импульсовответа (передний фронт или задний срез);
– положение фронта импульсаответа;
– азимутальная поправкаположения фронта импульса;
– знак азимутальнойпоправки положения фронта импульса;
– признак принадлежностифронта импульса к сигналу бокового лепестка ДНА.
Функциональная схемаустройства обнаружения импульсов ответа, работающего в реальном масштабевремени, приведена на рис. 6.
Видеосигналысуммарного канала logΣ поступают на обнаружитель переднего (L) и заднего(T) фронтов ответных импульсов. Обнаружение фронтов осуществляется традиционно:ограничение, дифференцирование и униполяризация принятых сигналов. Одновременноидёт подтверждение существования самого импульса достаточно большой амплитуды.Порог срабатывания этой схемы регулируется напряжением временногоавтоматического регулирования чувствительности STC (Sensitivy Time Control),поступающим из генератора программ экстрактора. Принцип получения управляющегонапряжения в системе STC аналогичный формированию напряжения в системевременного автоматического регулирования усиления GTS (Gain Time Control).Однако исполняющим устройством регулирования параметров этой системы являетсяне регулятор усиления, а пороговое устройство, которое определяет границусрабатывания системы для сигналов бортовых ответчиков ВС, расположенных наразных расстояниях от радиолокатора. Использование этой системы позволяетсущественно увеличить допустимые границы динамического диапазона амплитудпринимаемых сигналов. Кроме того, автоматическое регулирование уровнясрабатывание обнаружителя – MTL (Minimum Trigger Level) стабилизируетвероятность ложных тревог.
Управляющеенапряжение для системы STC формируется в генераторе программ экстрактора. Этонапряжение имеет две составляющие:
– регулярное управляющеенапряжение STC, повторяющееся при каждом новом запросе;
– управляющее напряжениеSTC, стробированное по дальности и азимуту RAG STC (Range-Azimuth GatedSensitivity Time Control).
От началазапуска запросчика и ко времени t0, соответствующего формированиюимпульса запроса Р3 + 3 мкс, постоянным управляющим напряжением STC (рис. 7)устанавливается постоянное значение порога Bmax до 80 дБ. Затем кмоменту времени tmax порог уменьшается по логарифмическому закону соспадом 6 дБ на октаву (20 дБ на декаду). После момента времени tmax порогостаётся постоянным Bmin. Закон изменения управляющего напряженияаппроксимируется ступенчатой функцией с перепадом напряжения между ступенями 1дБ. Интервал времени между t0 и tmax соответствуетдальности действия радиолокатора (приблизительно 465 км). Этот интервал разбит на определённое количество дискретов во времени, каждыйпоследующий дискрет больше предшествующего в 1,22 раза:
/>
Управляющее напряжениесистемы STC, стробированное по дальности и азимуту, формируется «картой RAG STC»в генераторе программ экстрактора. Карта RAG STC – это запоминающее устройство,каждая ячейка которого соответствует определённому участку контролируемогопространства. Всё пространство разбито на 256 азимутальных секторов и 64 дискретапо дальности. В любую из 16 384 ячеек памяти карты записываются значениядополнительного порога в диапазоне –14…+14 дБ. Общий порог срабатываниясистемы будет определяться суммой порогов регулярной составляющей STC и RAGSTC. Использование подобной «географической» системы управления порогомособенно эффективно в случаях, когда на некоторых участках контролируемогопространства обнаруживаются помехи слишком высокого уровня, вызванныепереотражением от местных предметов или многопутным распространением радиоволн.
Приведенныеколичественные параметры карты RAG STC относятся к вторичному моноимпульсномурадиолокатору SIR-S. Для модификации этого радиолокатора SIR-M параметры картывыбраны несколько иными: 40 дискретов по дальности, 128 азимутальных секторов,а величина напряжения для каждого дополнительного порога устанавливается впределах ±10 дБ с градациями по 0,5 дБ.
Послепороговой схемы и обнаружителя сигналы признака наличия импульсов и фронтовэтих импульсов (см. рис. 6) поступают на определитель фронтов, которыйустанавливает тип фронта (передний L или задний T). Это необходимо для того,чтобы в дальнейшем при наложении ответных сигналов можно было бывосстанавливать передние фронты импульсов по задним и с большей достоверностьюразделять переплетённые, пересечённые и сближенные коды ответа. В определителефронтов все входные сигналы разбиваются во времени на отдельные дискреты CP(Clock Pulse). Продолжительность любого дискрета равна 50 нс, то естьдлина импульсов ответа в соответствии с рекомендациями ІСАО будетсоответствовать приблизительно 16 временным дискретам (0,8 мкс), апродолжительность фронта импульса занимает лишь один временной дискрет.Распределение фронтов на передние и задние осуществляется по правилу,проиллюстрированному рис. 8. Если при t1 L = 1 иP = 1, а при (t1+CP) P = 1 и L = 0, тоэто означает обнаружение переднего фронта импульса (L). Если при t2P = 0 и T = 1, а при (t2 – CP) T = 0 иP = 1, то это означает обнаружение заднего фронта импульса (T).
Послеопределения типа фронтов сигналы поступают на интервальный фильтр, определяющийразность появления во времени соответствующих передних и задних фронтовимпульсов. Если разность составляет приблизительно 16 СР, то такие сигналы принимаютсякак достоверные и подлежат дальнейшей обработке в реальном масштабе времени.
Обработказаключается в уточнении координат целей, от которых получено очередноеинформационное сообщение, и подтверждение того, что сообщения получены поосновному лепестку ДНА радиолокатора. Для этого на определитель фронтов и интервальныйфильтр подаются дополнительные сигналы:
– сигнал логарифмаотношения Δ/Σ, предварительно преобразованный в цифровую форму 8-разряднымАЦП;
– сигнал «Знак» синформацией об отклонении цели вправо или влево от мгновенного равносигнальногоположения оси ДНА;
– логарифм отношениясигналов суммарной Σ и ненаправленной Ω ДНА после пороговогоустройства системы подавления сигналов боковых лепестков ДНА по ответу.
В результатеобработки этих сигналов на выходе определителя типа фронтов и интервальногофильтра формируется сообщение о типе каждого фронта и его положении подальности, азимутальной поправке положения цели относительно мгновенного положенияоси антенны ΔφЦ, знака этой поправки и признака подавлениясигналов боковых лепестков ДНА. На этом обработка ответных сигналов в реальноммасштабе времени заканчивается и начинается обработка со сравнением сигналов,принятых в разные моменты времени, так называемая отсроченная обработка(differed time processing).
Отсроченнаяобработка предусматривает сравнение сигналов, принятых в пределах одногопериода повторения приёма ответа (sweep correlation), и сравнение сигналов впределах нескольких периодов приёма за всё время облучения цели (dwell timecorrelation).
Последовательностьопераций обработки сигналов в границах одного периода приёма ответа исодержание этапов обработки приведены на рис. 9.
Сообщение офронтах импульсов сигналов ответа вместе с дополнительной информацией с выходапроцессора реального времени поступает в устройство преобразования фронтовимпульсов непосредственно в импульсы. Восстановленный таким образом сигналбудет иметь большую достоверность, чем на входе процессора реального времени,поскольку при восстановлении используется дополнительная информация об этихимпульсах и импульсы предварительно отфильтрованы по длительности.
На следующемэтапе в ответных сигналах обнаруживают координатные импульсы F1 и F2 (BracketPulse). Критерием выделения этих импульсов служит кодовый интервал между ними в(20,3 ± 0,1) мкс.
После обнаружениякоординатных импульсов для каждого из 12 информационных импульсов A1, A2, A4,B1, B2, B4, C1, C2, C4, D1, D2, D4, а также импульсов F1 и F2 определяется коддоверия к факту существования этих импульсов (Confidence Code). Устанавливаютсядва кода доверия: код высокой доверительности и код низкой доверительности.Каждый из них принимает значение единицы или нуля. Сначала все принятыеимпульсы сортируют по принадлежности их к одному азимуту. Если импульс F1 неискажён, то за эталонный азимут ответа принимается азимут этого импульса. Впротивном случае за азимут ответа принимается азимут импульса F2. После этогодля всех импульсов одного и того же азимута оценивается их положениеотносительно импульсов F1 и F2, то есть оценивается корреляция между настоящимположением импульса и одним из его возможных положений в соответствии стребованиями ІСАО. Если ответ неискажённый и существует полная корреляция подальности и азимуту, то коду высокой доверительности присваивается значениеединицы. Если ответ искажён, но имеет место корреляция по дальности, то кодунизкой доверительности присваивается значение нуля. Если и дальше корреляция подальности будет сохраняться для большого количества обработанных ответов, токоду низкой доверительности присваивается значение единицы.
Послеопределения кода доверительности для каждого импульса одного ответа уточняетсяазимутальное положение цели. Для этого определяется угловая азимутальнаяпоправка для каждого импульса ΔφЦи и по заданномуалгоритму, учитывающему корреляцию азимутальных поправок, вычисляют усреднённоезначение азимутальной поправки ΔφЦ для каждой группыответных сигналов.
На следующемэтапе обнаруживают и устраняют сигналы ложных целей, получивших названиефантомов (Phantom). Фантомы появляются в тех случаях, когда в совокупностипринятых ответных сигналов появляются пары каких-то импульсов, интервал междукоторыми соответствует интервалу между координатными импульсами F1 и F2, тоесть 20,3 мкс.
Наиболеевероятными случаями возникновения фантомов являются:
– появлениеложной цели при включении сигнала опознавание SPI (Special PositionIndication), так как интервал между этим импульсом и информационным импульсомС2 составляет точно 20,3 мкс;
– одновременныйприём ответов от нескольких целей, расположенных одна от одной на близкихрасстояниях, как по азимуту, так и по дальности, когда интервал 20,3 мксможет появиться между любыми импульсами ответных сигналов;
– приёмнескольких ответных сигналов от одного ВС за счёт многопутного распространениярадиоволн.
В качестве критериевобнаружения фантомов в этих случаях используют наличие или отсутствие сигналаопознавания SPI, принадлежность обрабатываемых импульсов к одному азимуту,время появления сигналов с одинаковой координатной и дополнительнойинформацией. В последнем случае за правильную отметку цели принимается та,которая на экране индикатора ближе всего расположена по отношению крадиолокационной позиции.
После устранения фантомовначинается сравнение ответов, полученных за несколько периодов запросов напротяжении всего времени облучения цели. Используемые алгоритмы характерны длявторичной обработки радиолокационной информации. Параметры алгоритмовадаптируются к условиям окружающей среды и помеховой ситуации. Заканчиваетсявторичная обработка формированием сообщения об отметке цели и передачей егопользователям.
Структурные схемымоноимпульсных вторичных радиолокаторов с фазовыми полуугловымидискриминаторами, например, самых распространённых радиолокаторов типа RSM-970или IRS-20MP/L, мало чем отличаются от рассмотренной выше. Основные отличиякасаются функциональных схем приёмников и угловых дискриминаторов, а такженекоторых особенностей технической реализации отдельных узлов приёмников, воснову построения которых положено требование стабилизации фазовых характеристиксуммарного и разностного каналов.
Рассмотрим в качествепримера структурную и функциональную схемы приёмного модуля радиолокатора IRS-20MP/L.
Приёмный модуль состоитиз четырёх основных частей (рис. 11):
– трёх фильтровпредварительной селекции;
– одной ВЧ-платы с местнымгетеродином;
– трёх ПЧ-плат слогарифмическими усилителями;
– полууглового фазовогодискриминатора.
Фильтры предварительнойселекции (преселекторы) представляют собой электромеханические фильтры, любойиз которых выполнен на четырёх объёмных резонаторах. Все они настроены начастоту принимаемых сигналов 1090 МГц. На частоте передатчика1030 МГц и зеркальной частоте 970 МГц внесённое фильтром затуханиеравно 70 дБ. Полоса пропускания фильтра на уровне – 3 дБ равна20 МГц. Для суммарного и разностного каналов характеристики фильтровсогласованы по фазе.
Высокочастотная частьприёмного модуля составлена из трёх идентичных каналов: всенаправленного,суммарного и разностного. Там же помещён местный гетеродин с частотой колебаний1030 МГц. В состав любого из трёх каналов входит малошумящийСВЧ-усилитель, фильтр зеркальной частоты и смеситель. СВЧ-усилитель имееткоэффициент усиления 16 дБ при коэффициенте шума 3,1 дБ. Фильтрзеркальной частоты не пропускает частоты 970 МГц на смесители, выполненныепо балансной схеме. На выходе этих смесителей после преобразования получаетсясигнал промежуточной частоты 60 МГц. Для согласования фаз ПЧ-сигналов навыходах смесителей суммарного и разностного каналов сигнал гетеродина подаётсяна них с одного и того же отдельного выхода гетеродина через делительУилкинсона (Wilkinson divider).
Местный гетеродинвыполнен с элементом стабилизации частоты ПАВ (поверхностные акустическиеволны). Предусмотрена электрическая подстройка частоты в пределах 300 МГц.Для возбуждения передатчика и технического обслуживания сделаны отдельныеВЧ-выходы.
Сигналы Ω, Σ и Δна частоте 60 МГц поступают на предварительные широкополосные УПЧ скоэффициентом усиления 26 дБ. Фиксированные аттенюаторы выравниваютсигналы во всех трёх каналах. Полосовые фильтры суживают полосы частот каналовдо 10 МГц, обеспечивая этим необходимую избирательность приёмников.Выполнены они как LC-фильтры с семью резонансными контурами. Фильтры суммарногои разностного каналов взаимно согласованы по фазе.
Послефильтров ПЧ-сигналы поступают на управляемые аттенюаторы, на которыеодновременно подаются управляющие сигналы системы ВАРУ (временноеавтоматическое регулирование усиления). Для компенсации нелинейныххарактеристик аттенюаторов напряжение ВАРУ предварительно корректируется линеаризаторами,обеспечивающими линейную зависимость между коэффициентами передачи аттенюаторови управляющим напряжением ВАРУ. Для согласования законов изменения во временикоэффициентов усиления суммарного и разностного каналов аттенюаторы этихканалов управляются напряжением, вырабатываемым одним линеаризатором. Далеесигналы всех трёх каналов поступают на входы логарифмических УПЧ. Благодаряэтим усилителям динамический диапазон амплитуд приёмников расширяется до84 дБ. Используемый принцип построения таких усилителей описан влитературе.
Слогарифмических УПЧ через два делителя сигналы суммарного и разностного каналовпоступают на полуугловой фазовый дискриминатор, функциональная схема которогоприведена на рис. 13. Дискриминатор состоит из блока объединения сигналов,блока ограничивающих усилителей и блока фазовых детекторов. В блоке объединениясигналов формируются три сигнала: суммарный Σ и два комплексных – Σ –jΔ и Δ – jΣ.
Формирование этихсигналов осуществляется с помощью делителей, фазовращателя ±90º иподстроечных фазовращателей Δψ, которые выравнивают фазы всех трёхобразованных таким образом сигналов.
В блоке ограничивающихусилителей все сигналы приводятся к одному и тому же уровню, чтобы исходныесигналы ФД зависели бы лишь от фаз входных сигналов и не зависели бы от их амплитуд.Перед усилителями установлены согласующие устройства с 50-омным входнымсопротивлением, а после них – буферные каскады, которые устраняют влияниевходных цепей ФД на выходные цепи ограничивающих усилителей. Ограничивающиеусилители выполнены на интегральных схемах с дифференциальными входами идвусторонними симметричными ограничителями синусоидальных сигналов. Все чётныегармоники в них будут подавлены.