Генераторные лампы для передатчиков рлс. Радиолокационные станции: история и основные принципы работы. Технические характеристики приёмных устройств РЛС

Развитие современной радиолокации является отражением развития передающих устройств

Андрей Ремезов ,

полковник, кандидат технических наук, доцент, заместитель начальника кафедры тактики и вооружения радиотехнических войск Военной академии воздушно-космической обороны им. Маршала Советского Союза Г. К. Жукова

Развитие передающих устройств существенным образом повлияло на развитие радиолокации (хотя можно заявить и обратное – развитие радиолокации потребовало разработки новых передающих устройств). Определенные ограничения имеющихся источников электромагнитной энергии при конструировании РЛС с требуемыми характеристиками вызвали к жизни радиолокаторы с фазированными антенными решетками, что привело к возникновению новых свойств РЛС.

Все разнообразие активных радиолокаторов (излучающих электромагнитную энергию для получения информации об объектах) условно можно разделить по виду используемого сигнала на импульсные (импульсные сигналы различной формы, структуры и мощности) и непрерывные (используются непрерывные синусоидальные колебания, в том числе модулированные по частоте или фазе для измерения дальности). Наибольшее применение получили импульсные радиолокаторы, о них и будет идти разговор.

Принцип работы импульсного радиолокатора упрощенно можно описать следующим образом. Сформированный по виду и форме, усиленный до требуемой мощности импульсный сигнал на определенной частоте излучается в заданную область пространства посредством передающей антенны в виде поляризованной электромагнитной волны, распространяющейся в свободном пространстве прямолинейно и равномерно со скоростью света.

Отраженная от любой неоднородности электромагнитная волна распространяется во все стороны, в том числе и в сторону радиолокатора. После пространственно-частотно-поляризационной обработки в приемной антенне (только на заданной частоте и виде поляризации формируется диаграмма направленности с максимумом усиления из заданной области пространства) осуществляется внутрипериодная обработка и согласованная фильтрация (максимизирующая отношение сигнал/шум для априори известного конкретного вида излученного импульсного сигнала), после чего осуществляется само обнаружение отраженного сигнала как факт его превышения над сформированным порогом.

Далее осуществляется межпериодная обработка, обнаружение отметки от объекта и определение его координат, после чего осуществляется преобразование к виду, требуемому для отображения на различного рода индикаторах и заданному потребителем. При последующей межобзорной обработке осуществляется определение параметров движения объекта (курс и скорость), опознавание, распознавание, формирование и сопровождение трасс, отождествление отметок от других объектов, группирование объектов, привязка к трассе другой информации от различных источников. Указанные рассуждения справедливы для радиолокаторов с регулярным круговым обзором, для других видов обзора (секторный, адаптивный и др.), суть не меняется, изменяются частности.

Одним из основных параметров радиолокатора является максимальная дальность обнаружения объекта с заданной ЭПР. А она зависит от возможностей передающего устройства по генерированию импульсной мощности.

Именно потребность в генерировании больших импульсных мощностей (десятки и сотни кВт, единицы МВт), достижении средних мощностей в единицы и десятки кВт, позволяет говорить об отражении эволюции развития передающих устройств (в том числе технологии их промышленного изготовления) на основные тактико-технические характеристики РЛС, на возможные для использования в радиолокации диапазоны волн.

Следует оговориться, что в РЛС с регулярным обзором, количество накапливаемых сигналов при когерентном межобзорном накоплении ограничено частотой запуска передатчика и скоростью обзора заданной области пространства. При достаточно больших временах когерентного накопления требования по импульсной мощности могут быть снижены, появятся дополнительные возможности доплеровской фильтрации и разделения по скоростям движения, но это частный случай, который не противоречит общей идее.

Леонид ЯКУТИН

Радиолокационный комплекс боевого режима 5Н87 с автономным наземным радиозапросчиком (НРЗ) системы Государственного опознавания «Пароль» 73Е6

В данном материале также не будут впрямую оцениваться возможности цифровой первичной и вторичной обработки информации. Эволюция этого раздела радиолокации происходила практически по революционному сценарию, при котором за время жизненного цикла изделия даже уже на этапе заводских и государственных испытаниях, не говоря уже об этапе серийного производства и модернизации, заданные требования неоднократно превышались за счет возрастающих возможностей вычислительных средств.

За 30-40 лет от создания первого микропроцессора до появления современных вычислительных комплексов возможности цифровой первичной и вторичной обработки информации на РЛС возросли на несколько порядков, что позволяет в настоящее время практически не задумываться над их производительностью для решения прикладных задач в РЛС. Однако это совсем другая сторона истории развития современной радиолокации.

Итак, развитие радиолокации напрямую зависит от развития источников высокочастотной электромагнитной энергии.

Основная посылка при рассмотрении данного утверждения в том, что дальность обнаружения в основном зависит от мощности передающего устройства.

При проектировании радиолокатора любого класса анализируются потенциальные возможности достижения заданных тактико-технических требований. Для маловысотной радиолокации имеется небольшое послабление: требуемая дальность обнаружения ограничена дальностью прямой видимости на определенной высоте. Для этого класса РЛС можно ограничить мощность передающего устройства, что позволяет снизить габариты и вес самой станции, сделать ее более мобильной, использовать базовые автомобильные шасси меньшей грузоподъемности.

Для станций, предназначенных для обнаружения целей на средних и больших высотах, дальность прямой видимости составляет сотни километров и более, а для удвоения дальности обнаружения при прочих равных условиях необходимо увеличивать мощность в шестнадцать раз. Поэтому для данного класса РЛС определяется, как правило, разумный компромисс между мощностью передающего устройства (а это габариты и масса всей станции, а значит надежность, мобильность и живучесть) и достижимой дальностью обнаружения D заданного класса целей.

Импульсная радиолокация оперирует понятиями импульсной и средней мощностью, скважностью, которые связывают между собой понятия длительности импульса и периода повторения. Для любого передающего устройства наиболее важным понятием является средняя мощность, при которой передающее устройство функционирует с требуемой надежностью.

Поэтому выбор передающего устройства с требуемыми характеристиками определяет структуру построения всей станции, реализацию режимов ее боевого применения.

До начала 1940-х годов не существовало мощных и компактных источников электромагнитной энергии в сантиметровом и дециметровом диапазоне волн. Это и определило развитие радиолокации преимущественно метрового диапазона волн. В качестве передающего устройства применялся автогенератор на электровакуумной лампе, который мог генерировать весьма ограниченный перечень импульсных сигналов, отличающийся, как правило, только длительностью. В качестве колебательных систем использовался коаксиальный резонатор, перестройка по частоте достигалась электромеханическим изменением размеров резонатора (время перестройки – до десятков секунд).

Леонид ЯКУТИН

Подвижная трехкоординатная РЛС СТ­68 для обнаружения и сопровождения маловысотных целей в активных и пассивных помехах при наличии интенсивных отражений от земли и в сложных метеоусловиях

Автогенератор не обладает возможностью формирования сложных сигналов (способных при обработке сжиматься до определенной длительности, а это разрешающая способность по дальности), начальная фаза колебаний каждого импульса случайная (возможности когерентной обработки весьма ограничены). Основные достоинства автогенератора – относительная простота и дешевизна.

Для реализации больших дальностей при заданной точности необходимо использовать сложный сигнал с внутриимпульсной модуляцией частоты или фазы, а для его реализации усилительную цепочку из нескольких (как привило 2-3) каскадов последовательно включенных усилителей мощности. При увеличении габаритов и массы передающего устройства и всей РЛС в целом, значительно увеличивается достижимый коэффициент подавления пассивных помех и местных предметов за счет возможности формирования и дальнейшей обработки последовательности сигналов с истинной внутренней когерентностью.

В метровом диапазоне волн относительно недавно появились полностью твердотельные полупроводниковые усилители мощности. До этого наиболее совершенные передающие устройства этого диапазона волн были реализованы на электровакуумных приборах – эндотронах, конструктивно объединенных общей колебательной системой и системой охлаждения, и включающих в свой состав несколько каскадов усилителей на лампах сверхвысоких частот (СВЧ) (триодах, тетродах). Относительно невысокий КПД каждого каскада усиления при реализации достаточны высоких требований к результирующим параметрам всего усилительного устройства в целом делал эндотрон довольно громоздким элементом с недостаточным ресурсом, что требовало его резервирования.

Радиолокации метрового диапазона волн присущи некоторые недостатки, основным из которых является невозможность получения высоких разрешающих способностей по угловым координатам, а значит и по высоте. Это ограничивается возможностями антенных систем. Для получения диаграммы направленности шириной 1 угловой градус по уровню половинной мощности размер апертуры антенны должен составлять от 50 до 80 длин волн λ, что при рабочей частоте 180 МГц (λ=1,7 м) составляет от 85 до 140 м.

Антенные системы такого размера для нормального функционирования в режиме регулярного обзора непригодны, так как имеют неприемлемую массу и парусность, опорные подшипники чрезвычайно нагружены и имеют повышенный износ, для регулярного вращения необходима мощность в несколько десятков кВт (повторюсь, что рассматриваются только радиолокационные станции кругового обзора).

Указанное ограничивает размеры антенн до 30 м и реализуемую ширину диаграммы направленности в пределах 3-4 угловых градусов. При таких значениях параметров антенной системы говорить о точности измерения углов места (определения высоты) не приходится. Высота определяется с большими ошибками и не может использоваться в большинстве практических приложений. (РЛС метрового диапазона волн с возможностью измерения высоты имеют специальные выделенные каналы измерения, размеры которых в вертикальной плоскости соизмеримы с размерами основной антенны в горизонтальной плоскости).

Формирование диаграммы направленности антенной системы для этого диапазона волн в угломестной плоскости происходит с учетом отраженной от земной поверхности энергии. В результате интерференции результирующая диаграмма направленности имеет ярко выраженный лепестковых характер, с провалами практически до нулевой дальности и максимумами с практически удвоенной дальностью под определенными углами места.

Для устранения лепесткового характера результирующей диаграммы направленности применяют несколько разнесенных по высоте облучателей (не менее 2-х), формирующих диаграммы направленности с взаимной компенсацией минимумов и максимумов.

Другой способ применяется при наличии большего количества разнесенных по высоте излучателей, между ними реализуется специального вида амплитудно-фазовое распределение, в результате чего добиваются требуемой формы диаграммы направленности.

Еще одним способом избавиться от негативного влияния отражений в этом диапазоне является исключение облучения в направлении земли, то есть «ноль» диаграммы направленности в угломестной плоскости не должен при сканировании опускаться ниже горизонта. Все это не позволяет определять высоту под малыми углами места с необходимой точностью, хотя дальность обнаружения маловысотных объектов в этом диапазоне волн соизмерима с дальностью их прямой видимости.

За исключением указанных выше сложностей получения информации РЛС в метровом диапазоне все остальное можно поставить в плюсы. Большая дальность обнаружения, меньшие затухания в атмосфере, большая и более сглаженная диаграмма обратного вторичного излучения (функциональная зависимость ЭПР объекта от ракурса его облучения) с меньшим уровнем случайных флуктуаций, практически отсутствие влияния технологий малой радиолокационной заметности на дальность обнаружения.

И все же невозможность получения координат объектов с высокой точностью, прежде всего угла места и высоты, с приемлемым для эксплуатации размером антенной системы, требует использовать более коротковолновые диапазоны волн. Только отсутствие мощных и компактных источников электромагнитной энергии в этих диапазонах сдерживало развитие радиолокации.

Георгий Данилов

РЛС 5Н69 (СТ­67) – мощная трехкоординатная высокопотенциальная РЛС, способная обеспечивать информацией как зенитные ракетные войска, так и авиацию в условиях массированного применения активных и пассивных помех

Начало 1940-х годов открыло новую эру радиолокации сантиметрового и дециметрового диапазонов волн появлением магнетрона. Магнетрон является электровакуумным резонансным устройством, работающим в скрещенных электрических и магнитных полях. Магнетрон является автогенератором, частота настройки зависит от объема резонаторной камеры и меняется изменением этого объема или изменением напряжения питания, количество резонаторов в камере всегда четное.

Достаточно простой и мощный источник электромагнитной энергии (импульсная мощность для типового магнетрона достигает единиц МВт при длительности единиц мкс) долгое время оставался основным типом передающего устройства для РЛС диапазона частот более 2 ГГц. Прежде всего простота и стоимость этого прибора при достижении достаточной мощности позволяли ему доминировать на протяжении более 40 лет в РЛС военного назначения. Для РЛС гражданского назначения магнетрон вполне может быть использован и в настоящее время.

Повышение требований к помехозащищенности, дальности обнаружения, электромагнитной совместимости повлияли на отказ от магнетронов в абсолютном большинстве современных РЛС военного назначения.

Практически одновременно (по некоторым источникам и ранее) был изобретен пролетный клистрон. Однако его применение в радиолокации несколько задержалось.

Клистрон является электровакуумным прибором с линейным пучком, в котором постоянное электрическое поле, ускоряющее электронный пучок, совпадает с осью магнитного поля, которое фокусирует и ограничивает электронный пучок. Для усиления высококонцентрированного линейного пучка электронов используются микроволновые резонаторы.

Принципиальным отличием является непрерывное взаимодействие СВЧ поля и электронного пучка, проходящего через замедляющую структуру. Стоимость ЛБВ выше, чем пролетного клистрона с аналогичными характеристиками. Интересным свойством усилительной ЛБВ является генерация шумов полной мощности во всей полосе частот при недостаточном уровне входной мощности, что позволяет использовать этот электровакуумный прибор в качестве простого и мощного источника шумовых колебаний в отдельных практических приложениях.

Еще одним СВЧ прибором является усилитель со скрещенными полями, имеющий колебательную систему, подобную магнетрону, разомкнутую для обеспечения входных и выходных соединений, работает в режиме усилителя мощности, в литературе встречается под названием амплитрон. Он имеет более высокий КПД (более 50%), меньший чем у пролетного клистрона и ЛБВ подобного класса коэффициент усиления (менее 20 db), при включении без ВЧ возбуждения генерирует шум полной мощности. Для работы амплитрона требуются более низкое, чем для ЛБВ и клистронов напряжение, амплитрон меньше по габаритам и массе. Может использоваться в качестве оконечного каскада усиления в сочетании с ЛБВ или клистроном.

Одним из недостатков мощных вакуумных СВЧ автогенераторов и усилителей мощности является необходимость высоковольтного модулятора, требования к параметрам вырабатываемого импульса иногда весьма жесткие и тяжело реализуемые, особенно для коротких (менее 1 мкс) и длинных (более 100 мкс) импульов. Указанное вызвано неизбежным спадом амплитуды модулирующего импульса на его длительности, что сказывается на качестве усиления всего каскада и требует применения специальных мер стабилизации параметров модулирующего импульса, что при высоких мощностях вызывает определенные трудности в реализации и при эксплуатации.

Указанное выше ограничивает применение электровакуумных СВЧ приборов в отдельных практических приложениях, а иногда делает их применение практически невозможным. Определенные ограничения накладываются пропускной возможностью мощных высокочастотных трактов при передаче энергии от передающего устройства к передающей антенной системе.

Георгий Данилов

Подвижная трехкоординатная РЛС «Десна­-М» и два высотомера типа ПРВ­13 на полигоне Ашулук

Появление в середине ХХ века полупроводниковых устройств-транзисторов, открыло новую эру радиоэлектроники. Однако до начала XXI века не существовало передающих устройств в полностью твердотельном исполнении, даже несмотря на существенные их преимущества перед вакуумными устройствами, среди которых можно назвать следующие:

время готовности снизу не ограничивается временем нагрева катода, для которого требуется определенная мощность, нет ограничения на время эксплуатации;

работа при значительно меньших уровнях напряжения (сотни вольт, а не десятки киловольт), что позволяет уменьшать габариты и массу, не требует применения для изоляции специальных материалов и масел, нестандартных деталей;

наработка на отказ значительно превышает аналогичный показатель для вакуумных устройств с аналогичными характеристиками;

невозможность получения от одного каскада требуемой мощности приводит к необходимости их группирования, что само по себе повышает надежность всего устройства в целом, так как отказ одного каскада приводит лишь к некоторой деградации, а не к отказу всего устройства в целом, кроме того, пиковые мощности относительно низкие, так как суммирование может происходить в пространстве, что позволяет использовать маломощные переключатели передача-прием для активных фазированных антенных решеток (АФАР);

широкополосность твердотельного передающего устройства в разы превосходит аналогичные показатели вакуумного СВЧ устройства, в связке твердотельное передающее устройство — антенная система — приемное устройство наименьшей полосой пропускания обладает антенная система, тогда как при использовании вакуумного передающего устройства ограничения возникают и на уровне самого передающего устройства.

Применение твердотельных передающих устройств возможно в нескольких направлениях.

Первое – замена вакуумного передающего устройства на аналогичное твердотельное для уже разработанной, выпускаемой серийно и находящейся в эксплуатации станции. В этом случае сталкиваются с необходимостью дополнительного изменения приемной системы и системы обработки информации, так как для сохранения требуемой дальности необходима средняя мощность при разрешающей способности сигнала по дальности.

Это достигается применением больших по длительности сигналов с фазовой или частотной внутриимпульсной модуляцией при относительно невысоких пиковых мощностях. Недостатки больших по длительности сигналов – большая мертвая зона.

Выход – формирование повторно в течении периода повторения сигнала для просмотра ближней мертвой зоны (на время длительности импульсного сигнала просмотра основной дальности). Так как просматривается ближняя зона, то энергетические показатели импульса могут быть снижены, может применяться сигнал с другим видом или законом внутриимпульсной модуляции.

Фактическая реализация такого решения часто не дает преимуществ, кроме надежности, однако замена автогенератора позволяет значительно повысить многие характеристики станции, прежде всего помехозащищенность от различного типа помех и разрешающую способность по дальности.

Второе направление – разработка новой станции под твердотельное передающее устройство. В этом случае возможен выбор между основными элементами станции, в том числе применение ФАР, элементы которой сами являются передающими устройствами.

Могут применяться варианты полностью активной ФАР на передачу (каждый излучающий элемент антенны запитан от отдельного модуля передатчика), полуактивной ФАР (модуль передатчика запитывает несколько элементов или подрешеток), пассивной ФАР (один общий передатчик), комбинированные варианты (одноканальный задающий генератор – проходная активная, полуактивная ФАР с оптической запиткой).

Аналогичные решения применимы для приемной части ФАР. Возможно разнесение передающей и приемной частей ФАР, что в некоторых случаях позволяет добиваться лучших результатов из-за необходимости получения требуемой развязки между мощным импульсом передающего устройства и высокой чувствительностью приемного устройства. Кроме того, управление лучом за счет изменения фаз на каждом из элементов возможно на более низком уровне, что позволяет избежать потерь мощности в фазовращателях, повышает общий КПД и надежность свей ФАР в целом.

Однако не стоит уповать на ФАР, как на панацею от всех недостатков классической радиолокации с зеркальной антенной системой. Применение твердотельных передатчиков в АФАР накладывает достаточно жесткие требования к идентичности амплитудных и фазовых характеристик элементов АФАР, особенно при больших углах электронного сканирования.

Повышенные требования предъявляются к стабильности питающих напряжений передающих модулей. При достижении определенных мощностей начинает сказываться взаимное влияние соседних передающих элементов, что не позволяет бесконечно увеличивать их мощность. Да и КПД твердотельного передающего модуля не повышается, что приводит к необходимости жесткой температурной стабилизации. Применение приемно-передающих модулей (ППМ) при достаточно высокой выходной мощности передающей подсистемы обнажает проблему развязки приемного и передающего трактов, выполненных в микроминиатюрном исполнении. Различного рода циркуляторы позволяют достичь уровня развязки порядка 20 db или чуть более, требуются дополнительные устройства защиты приемного тракта, что также требует принудительного охлаждения и не повышает надежность ППМ в целом. Все вместе взятое приводит достаточно громоздким конструкциям, высокой стоимости и недостаточной надежности ФАР (при всех имеющихся преимуществах). Применение ФАР, и особенно АФАР, должно преследовать определенные цели, быть экономически обоснованным на весь жизненный цикл РЛС с возможными модернизациями. Из РЛС с ФАР необходимо извлекать всю возможную информацию, получение которой возможно на алгоритмическом уровне при обработке в цифровой форме.

Стоит заметить, что излучаемая импульсными РЛС высокочастотная энергия используется недостаточно эффективно. Можно вспомнить принцип обнаружения объекта, суть которого в том, что электромагнитная волна отражается от неоднородности во все стороны, в том числе и в направлении облучения (что используется в классической радиолокации).

Леонид ЯКУТИН

П­18 «Терек» – мобильная двухкоординатная радиолокационная станция кругового обзора
метрового диапазона волн

Вся остальная энергия электромагнитной волны рассеивается в пространстве. Возможно получение информации об объектах за счет приема переотраженной электромагнитной волны. При этом необходимым условием является наличие точной информации о частоте и времени зондирования, области пространства, в которое излучается априори известный сигнал, взаимном расположении активной и приемной позиций.

В этом случае возможно сформировать пространственно-временные дискретные каналы приема полностью пассивной станции, которая не подвержена радиоэлектронному подавлению преднамеренной постановкой активных помех (нет демаскирующих разведывательных признаков), имеет невысокую потребляемую мощность (передающее устройство потребляет 50% и более всей подводимой мощности).

Разнесенные в пространстве активные РЛС в совокупности с пассивными приемными позволяют при совместной обработке информации получить помехоустойчивое радиолокационное поле как область пространства, в пределах которого возможно получение радиолокационной информации об объектах.

Активная РЛС может выступать в качестве пункта совместной обработки информации, в котором своя информация (но подверженная радиоэлектронному подавлению) может дополняться информацией пассивной (одной или нескольких) не подверженных радиоэлектронному подавлению станций. Совместная обработка информации от разнесенных в пространстве активных и пассивных источников позволяет осуществлять более детальное распознавание строев (количество объектов локации) и классов объектов. И хотя это несколько другая предметная область, но именно наличие ФАР в активной и пассивной станции позволяет получить заявленный синергетический эффект.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что развитие передающих устройств существенным образов повлияло на развитие радиолокации (хотя можно заявить и обратное – развитие радиолокации потребовало разработки новых передающих устройств). Определенные ограничения имеющихся источников электромагнитной энергии при конструировании РЛС с требуемыми характеристиками вызвали к жизни радиолокаторы с фазированными антенными решетками, что привело к возникновению новых свойств РЛС.

Автор не претендует на приоритет и полноту приведенных рассуждений, это, скорее всего, результат многолетней работы в области изучения и преподавания радиолокации и радиолокационной системотехники, а также эксплуатации радиолокационных станций радиотехнических войск более 30 лет.

Радиолокация до конца не познана и не будет познана. Развитие современной науки и технологии позволит извлекать значительно больше информации из существующих радиолокационных сигналов, чем имеется в настоящее время, не говоря уже об потенциальной информативности перспективных сигналов в различных диапазонах волн.

Леонид ЯКУТИН

Подвижный радиовысотомер ПРВ­13 предназначен для работы в качестве средства измерения высоты в составе радиолокационного комплекса 5Н87

Юрий МУХИН

РЛС П­37 ­ подвижная двухкоординатная радиолокационная станция кругового обзора

Всем добрый вечер:) Шарил по просторам интернета после посещения войсковой части с немалым количеством РЛС.
Очень заинтересовали сами РЛС.Думаю что не только меня,поэтому решил выложить данную статью:)

Радиолокационные станции П-15 и П-19

Радиолокационная станция П-15 дециметрового диапазона предназначена для обнаружения низколетящих целей. Принята на вооружение в 1955 году. Используется в составе радиолокационных постов радиотехнических формирований, батареях управления зенитных артиллерийских и ракетных формирований оперативного звена ПВО и на пунктах управления ПВО тактического звена.

Станция П-15 смонтирована на одном автомобиле вместе с антенной системой и развертывается в боевое положение за 10 мин. Агрегат питания транспортируется в прицепе.

В станции имеются три режима работы:
- амплитудный;
- амплитудный с накоплением;
- когерентно-импульсный.

РЛС П-19 предназначена для ведения разведки воздушных целей на малых и средних высотах, обнаружения целей, определения их текущих координат по азимуту и дальности опознавания, а также для передачи Радиолокационной информации на командные пункты и на сопрягаемые системы. Она представляет собой подвижную двухкоординатную радиолокационную станцию, размещенную на двух автомобилях.

На первом автомобиле размещается приемо-передающая аппаратура, аппаратура защиты от помех, индикаторная аппаратура, аппаратура передачи радиолокационной информации, имитации, связи и сопряжения с потребителями радиолокационной информации, функционального контроля и аппаратура наземного радиолокационного запросчика.

На втором автомобиле размещается антенно-поворотное устройство РЛС и агрегаты электропитания.

Сложные климатические условия и длительность эксплуатации радиолокационных станций П-15 и П-19 привели к тому, что к настоящему времени большая часть РЛС требует восстановления ресурса.

Единственным выходом из сложившейся ситуации считается модернизация старого парка РЛС на базе РЛС «Kacтa-2E1».

В предложениях по модернизации учитывалось следующее:

Сохранение в неприкосновенности основных систем РЛС (антенной системы, привода вращения антенны, СВЧ-тракта, системы электропитания, транспортных средств);

Возможность проведения модернизации в условиях эксплуатации с минимальными финансовыми затратами;

Возможность использования высвобождаемой аппаратуры РЛС П-19 для восстановления изделий, не подвергнутых модернизации.

В результате модернизации мобильная твердотельная маловысотная РЛС П-19 будет способна выполнять задачи контроля воздушного пространства, определения дальности и азимута воздушных объектов - самолетов, вертолетов, дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов и крылатых ракет, в том числе действующих на малых и предельно малых высотах, на фоне интенсивных отражений от подстилающей поверхности, местных предметов и гидрометеообразований.

РЛС легко адаптируется к использованию в различных системах военного и гражданского назначения. Может применяться для информационного обеспечения систем ПВО, ВВС, систем береговой обороны, сил быстрого реагирования, систем управления движением самолетов гражданской авиации. Кроме традиционного применения в качестве средств обнаружения низколетящих целей в интересах вооруженных сил модернизированная РЛС может использоваться для контроля воздушного пространства с целью пресечения транспортировки оружия и наркотиков маловысотными, малоскоростными и малоразмерными летательными аппаратами в интересах специальных служб и подразделений полиции, занимающихся борьбой с наркобизнесом и контрабандой оружия.

Модернизированная радиолокационная станция П-18

Предназначена для обнаружения самолетов, определения их текущих координат и выдачи целеуказания. Является одной из самых массовых и дешевых станций метрового диапазона. Ресурс этих станций в значительной мере исчерпан, а их замена и ремонт затруднены в связи с отсутствием устаревшей к настоящему времени элементной базы.
Для продления срока службы РЛС П-18 и улучшения ряда тактико-технических характеристик осуществлена модернизация станции на основе монтажного комплекта, имеющего ресурс не менее 20-25 тыс. часов и срок службы 12 лет.
В антенную систему введены четыре дополнительных антенны для адаптивного подавления активных помех, устанавливаемые на двух отдельных мачтах, Цель модернизации - создание РЛС с ТТХ, удовлетворяющими современным требованиям, при сохранении облика базового изделия за счет:
- замены устаревшей элементной базы аппаратуры РЛС П-18 на современную;
- замены лампового передающего устройства твердотельным;
- введения системы обработки сигнала на цифровых процессорах;
- введения системы адаптивного подавления активных шумовых помех;
- введения систем вторичной обработки, контроля и диагностики аппаратуры, отображения информации и управления на базе универсальной ЭВМ;
- обеспечения сопряжения с современными АСУ.

В результате модернизации:
- уменьшен объем аппаратуры;
- увеличена надежность изделия;
- повышена помехозащищенность;
- улучшены точностные характеристики;
- улучшены эксплуатационные характеристики.
Монтажный комплект встраивается в аппаратную кабину РЛС вместо старой аппаратуры. Небольшие габариты монтажного комплекта позволяют проводить модернизацию изделий на позиции.

Радиолокационный комплекс П-40А


Дальномер 1РЛ128 «Броня»

Радиолокационный дальномер 1РЛ128 "Броня" является РЛС кругового обзора и совместно с радиолокационным высотомером 1РЛ132 образует трехкоординатный радиолокационный комплекс П-40А.
Дальномер 1РЛ128 предназначен для:
- обнаружения воздушных целей;
- определения наклонной дальности и азимута воздушных целей;
- автоматического вывода антенны высотомера на цель и отображения значения высоты цели по данным высотомера;
- определения госпринадлежности целей («свой - чужой»);
- управления своими самолетами с использованием индикатора кругового обзора и самолетной радиостанции Р-862;
- пеленгации постановщиков активных помех.

Радиолокационный комплекс входит в состав радиотехнических формировании и соединений ПВО, а также зенитных ракетных (артиллерийских) частей и соединений войсковой ПВО.
Конструктивно антенно-фидерная система, вся аппаратура и наземный радиолокационный запросчик размещены на самоходном гусеничном шасси 426У со своими комплектующими. Кроме того, на нем располагаются два газотурбинных агрегата питания.

Двухкоординатная РЛС дежурного режима "Небо-СВ"


Предназначена для обнаружения и опознавания воздушных целей в дежурном режиме при работе в составе радиолокационных подразделений войсковой ПВО, оснащенных и не оснащенных средствами автоматизации.
РЛС представляет собой подвижную когерентно-импульсную радиолокационную станцию, размещенную на четырех транспортных единицах (три автомобиля и прицеп).
На первом автомобиле размещается приемо-передающая аппаратура, аппаратура защиты от помех, индикаторная аппаратура, аппаратура автосъема и передачи радиолокационной информации, имитации, связи и документирования, сопряжения с потребителями радиолокационной информации, функционального контроля и непрерывной диагностики, аппаратура наземного радиолокационного запросчика (НРЗ).
На втором автомобиле размещается антенно-поворотное устройство РЛС.
На третьем автомобиле - дизельная электростанция.
На прицепе размещается антенно-поворотное устройство НРЗ.
РЛС может доукомплектовываться двумя выносными индикаторами кругового обзора и кабелями сопряжения.

Мобильная трехкоординатная радиолокационная станция 9С18М1 «Купол»

Предназначена для обеспечения радиолокационной информацией командных пунктов зенитных ракетных соединений и частей войсковой ПВО и пунктов управления объектов системы ПВО мотострелковых и танковых дивизий, оснащенных ЗРК "Бук-М1-2" и "Тор-М1".

РЛС 9С18М1 представляет собой трехкоординатную когерентно-импульсную станцию обнаружения и целеуказания, использующую зондирующие импульсы большой длительности, что обеспечивает большую энергию излучаемых сигналов.

РЛС оснащена цифровой аппаратурой автоматического и полуавтоматического съема координат и аппаратурой опознавания обнаруженных целей. Весь процесс функционирования РЛС максимально автоматизирован благодаря применению быстродействующих вычислительных электронных средств. Для повышения эффективности работы в условиях активных и пассивных помех в РЛС используются современные методы и средства помехозащиты.

РЛС 9С18М1 размещается на гусеничном шасси высокой проходимости и оснащена системой автономного электроснабжения, аппаратурой навигации, ориентирования и топопривязки, средствами телекодовой и речевой радиосвязи. Кроме того, РЛС имеет встроенную систему автоматизированного функционального контроля, обеспечивающую быстрое отыскивание неисправного сменного элемента и тренажера для обработки навыков работы операторов. Для перевода их из походного положения в боевое и обратно используются устройства автоматического развертывания и свертывания станции.
РЛС может работать в жестких климатических условиях, перемещаться своим ходом по дорогам и бездорожью, а также перевозиться любым видом транспорта, включая воздушный.

ПВО ВВС
Радиолокационная станция "Оборона-14"



Предназначена для дальнего обнаружения и измерения дальности и азимута воздушных целей при работе в составе АСУ или автономно.

РЛС размещается на шести транспортных единицах (два полуприцепа с аппаратурой, два – с антенно-мачтовым устройством и два прицепа с системой энергоснабжения). На отдельном полуприцепе имеется выносной пост с двумя индикаторами. Он может быть удален от станции на расстояние до 1 км. Для опознавания воздушных целей РЛС комплектуется наземным радиозапросчиком.

В станции применена складывающаяся конструкция антенной системы, позволившая существенно сократить время ее развертывания. Защита от активных шумовых помех обеспечивается перестройкой рабочей частоты и трехканальной системой автокомпенсации, позволяющей автоматически формировать "нули" в диаграмме направленности антенны в направлении на постановщиков помех. Для защиты от пассивных помех применена когерентно-компенсационная аппаратура на потенциалоскопических трубках.

В станции предусмотрены три режима обзора пространства:

- "нижний луч" - с увеличенной дальностью обнаружения целей на малых и средних высотах;

- "верхний луч" - с увеличенной верхней границей зоны обнаружения по углу места;

Сканирования - с поочередным (через обзор) включением верхнего и нижнего лучей.

Станция может эксплуатироваться при температуре окружающей среды ± 50 °С, скорости ветра до 30 м/с. Многие из этих станций поставлены на экспорт и до сих пор эксплуатируются в войсках.

РЛС "Оборона-14" может быть модернизирована на современной элементной базе с использованием твердотельных передатчиков и цифровой системы обработки информации. Разработанный монтажный комплект аппаратуры позволяет прямо на позиции у потребителя выполнить в короткий срок работы по модернизации РЛС, приблизить ее характеристики к характеристикам современных РЛС, и продлить срок эксплуатации на 12 - 15 лет при затратах в несколько раз меньших, чем при закупке новой станции.
Радиолокационная станция "Небо"


Предназначена для обнаружения, опознавания, измерения трех координат и сопровождения воздушных целей, включая самолеты, изготовленные по технологии "стелс". Применяется в войсках ПВО в составе АСУ или автономно.

РЛС кругового обзора "Небо" располагается на восьми транспортных единицах (на трех полуприцепах - антенно-мачтовое устройство, на двух - аппаратура, на трех прицепах - система автономного энергоснабжения). Имеется выносное устройство, транспортируемое в тарных ящиках.

РЛС работает в метровом диапазоне волн и совмещает функции дальномера и высотомера. В этом диапазоне радиоволн РЛС малоуязвима от снарядов самонаведения и противолокационных ракет, действующих в других диапазонах, а в рабочем диапазоне эти средства поражения в настоящее время отсутствуют. В вертикальной плоскости реализовано (без использования фазовращателей) электронное сканирование высотомерным лучом в каждом элементе разрешения по дальности.

Помехозащищенность в условиях воздействия активных помех обеспечивается адаптивной перестройкой рабочей частоты и многоканальной системой автокомпенсации. Система защиты от пассивных помех также построена на базе корреляционных автокомпенсаторов.

Впервые для обеспечения помехозащищенности в условиях воздействия комбинированных помех реализована пространственно-временная развязка систем защиты от активных и пассивных помех.

Измерение и выдача координат осуществляются с помощью аппаратуры автосъема на базе встроенного спецвычислителя. Имеется автоматизированная система контроля и диагностирования.

Передающее устройство отличается высокой надежностью, которая достигается за счет стопроцентного резервирования мощного усилителя и использования группового твердотельного модулятора.
РЛС "Небо" может эксплуатироваться при температуре окружающей среды ± 50 °С, скорости ветра до 35 м/с.
Трехкоординатная подвижная обзорная РЛС 1Л117М


Предназначена для наблюдения за воздушным пространством и определения трех координат (азимут, наклонная дальность, высота) воздушных целей. РЛС построена на современных компонентах, обладает высоким потенциалом и низким потреблением энергии. Кроме того, РЛС имеет встроенный запросчик госопознавания и аппаратуру для первичной и вторичной обработки данных, комплект выносного индикаторного оборудования, благодаря чему может быть использована в автоматизированных и неавтоматизированных системах ПВО и Военно-воздушных силах для управления полетами и наведения перехвата, а также для управления воздушным движением (УВД).

РЛС 1Л117М является усовершенствованной модификацией предыдущей модели 1Л117.

Основным отличием усовершенствованной РЛС является использование клистронного выходного усилителя мощности передатчика, что позволило повысить стабильность излучаемых сигналов и, соответственно, коэффициент подавления пассивных помех и улучшить характеристики по низколетящим целям.

Кроме того, благодаря наличию перестройки частоты улучшены характеристики при работе радара в условиях помех. В устройстве обработки радиолокационных данных применены новые типы сигнальных процессоров, усовершенствована система дистанционного управления, контроля и диагностики.

В основной комплект РЛС 1Л117М входят:

Машина № 1 (приемопередающая) состоит из: нижней и верхней антенных систем, четырехканального волноводного тракта с приемо-передающим оборудованием ПРЛ и аппаратурой госопознавания;

Машина № 2 имеет шкаф (пункт) съема и шкаф обработки информации, радиолокационный индикатор с дистанционным управлением;

Машина № 3 перевозит две дизельные электростанции (главную и резервную) и комплект кабелей РЛС;

Машины № 4 и № 5 содержат вспомогательное оборудование (запчасти, кабели, коннекторы, монтажный комплект и т.д.). Они используются также для транспортировки разобранной антенной системы.

Обзор пространства обеспечивается механическим вращением антенной системы, которая образует V-образную диаграмму на-правленности, состоящую из двух лучей, один из которых расположен в вертикальной плоскости, а другой - в плоскости, расположенной под углом 45 к вертикальной. Каждая диаграмма направленности в свою очередь формируется двумя лучами, образованными на разных несущих частотах и имеющими ортогональную поляризацию. Передатчик РЛС формирует два последовательных фазокодоманипулированных импульса на разных частотах, которые посылаются на облучатели вертикальной и наклонной антенн через волноводный тракт.
РЛС может работать в режиме редкой частоты повторения импульсов, обеспечивающей дальность 350 км, и в режиме частых посылок с максимальной Дальностью 150 км. При повышенной частоте вращения (12 оборотов в минуту) используется только частый режим.

Приемная система и цифровая аппаратура СДЦ обеспечивают прием и обработку эхосигналов цели на фоне естественных помех и метеообразований. РЛС обрабатывает эхо-сигналы в "движущемся окне" с фиксированным уровнем ложных тревог и имеет межобзорную обработку для улучшения обнаружения целей на фоне помех.

Аппаратура СДЦ имеет четыре независимых канала (по одному на каждый приемный канал), каждый из которых состоит из когерентной и амплитудной частей.

Выходные сигналы четырех каналов объединяются попарно, в результате чего на экстрактор РЛС подаются нормированные амплитудные и когерентные сигналы вертикального и наклонного лучей.

Шкаф съема и обработки информации получает данные от ПЛР и аппаратуры госопознавания, а также сигналы вращения и синхронизации, и обеспечивает: выбор амплитудного или когерентного канала в соответствии с информацией карты помех; вторичную обработку РЛИ с построением траекторий по данным РЛС, объединение отметок ПРЛ и аппаратуры госопознавания, отображение на экране воздушной обстановки с "привязанными" к целям формулярами; экстраполяцию местоположения цели и прогнозирование столкновений; введение и отображение графической информации; управление режимом опознавания; решение за-дач наведения (перехвата); анализ и отображение метеорологических данных; статистическую оценку работы РЛС; выработку и передачу обменных сообщений на пункты управления.
Система дистанционного контроля и управления обеспечивает автоматическое функционирование радара, управление режимами работы, выполняет автоматический функциональный и диагностический контроль технического состояния оборудования, определение и поиск неисправностей с отображением методики проведения ремонтных и эксплуатационных работ.
Система дистанционного контроля обеспечивает локализацию до 80 % неисправностей с точностью до типового элемента замены (ТЭЗ), в других случаях - до группы ТЭЗов. На экране дисплея рабочего места дается полное отображение характерных показателей технического состояния радиолокационного оборудования в форме графиков, диаграмм, функциональных схем и пояснительных надписей.
Существует возможность передачи данных РЛС по кабельным линиям связи на выносное индикаторное оборудование для управления воздушным движением и обеспечения систем наведения и управления перехватом. РЛС обеспечивается электроэнергией от входящего в комплект поставки автономного источника питания; может также подключаться к промышленной сети 220/380 В, 50 Гц.
Радиолокационная станция "Каста-2Е1"


Предназначена для контроля воздушного пространства, определения дальности и азимута воздушных объектов - самолетов, вертолетов, дистанционно пилотируемых летательных аппаратов и крылатых ракет, летящих на малых и предельно малых высотах, на фоне интенсивных отражений от подстилающей поверхности, местных предметов и гидрометеообразований.
Мобильная твердотельная РЛС "Каста-2Е1" может быть использована в различных системах военного и гражданского назначения - противовоздушной обороны, береговой обороны и пограничного контроля, управления воздушным движением и контроля воздушного пространства в аэродромных зонах.
Отличительные особенности станции:
- блочно-модульное построение;
- сопряжение с различными потребителями информации и выдача данных в аналоговом режиме;
- автоматическая система контроля и диагностики;
- дополнительный антенно-мачтовый комплект для установки антенны на мачте с высотой подъема до 50 м
- твердотельное построение РЛС
- высокое качество выходной информации при воздействии импульсных и шумовых активных помех;
- возможность защиты и сопряжения со средствами защиты от противорадио-локационных ракет;
- возможность определения государственной принадлежности обнаруженных целей.
РЛС включает аппаратную машину, антенную машину, электроагрегат на прицепе и выносное рабочее место оператора, позволяющее управлять РЛС с защищенной позиции на удалении 300 м.
Антенна РЛС представляет собой систему, состоящую из расположенных в два этажа двух зеркальных антенн с облучателями и компенсационных антенн. Каждое зеркало антенны выполнено из металлической сетки, имеет овальный контур (5,5 м х 2,0 м) и состоит из пяти секций. Это дает возможность укладывать зеркала при транспортировке. При использовании штатной опоры обеспечивается положение фазового центра антенной системы на высоте 7,0 м. Обзор в угломестной плоскости осуществляется формированием одного луча специальной формы, по азимуту - за счет равномерного кругового враще-ния со скоростью 6 или 12 об./мин.
Для генерации зондирующих сигналов в РЛС применяется твердотельный передатчик, выполненный на СВЧ транзисторах, позволяющий получить на его выходе сигнал мощностью около 1 кВт.
Приемные устройства осуществляют аналоговую обработку сигналов от трех основных и вспомогательных приемных каналов. Для усиления принятых сигналов используется твердотельный малошумящий СВЧ усилитель с коэффициентом передачи не менее 25 дБ при собственном уровне шума не более 2 дБ.
Управление режимами РЛС осуществляется с рабочего места оператора (РМО). Радиолокационная информация отображается на координатно-знаковом индикаторе с диаметром экрана 35 см, а результаты контроля параметров РЛС - на таблично-знаковом индикаторе.
РЛС "Каста-2Е1" сохраняет работоспособность в интервале температур от -50 °С до +50 °С в условиях атмосферных осадков (иней, роса, туман, дождь, снег, гололед), ветровых нагрузок до 25 м/с и расположения РЛС на высоте до 2000 м над уровнем моря. РЛС может работать непрерывно в течение 20 суток.
Для обеспечения высокой готовности РЛС имеется резервируемая аппаратура. Кроме того, в комплект РЛС включены запасное имущество и принадлежности (ЗИП), рассчитанные на год эксплуатации РЛС.
Для обеспечения готовности РЛС в пределах всего срока службы отдельно поставляется групповой ЗИП (1 комплект на 3 РЛС).
Средний ресурс РЛС до капитального ремонта 1 15 тыс. часов; средний срок службы до капитального ремонта - 25 лет.
РЛС "Каста-2Е1" обладает высокой модернизационной способностью в части улучшения отдельных тактико-технических характеристик (увеличение потенциала, уменьшение объема аппаратуры обработки, средств отображения, увеличение производительности, сокращение времени развертывания и свертывания, повышение надежности и др.). Возможна поставка РЛС в контейнерном варианте с использованием цветного дисплея.
Радиолокационная станция "Каста-2Е2"


Предназначена для контроля воздушного пространства, определения дальности, азимута, эшелона высоты полета и трассовых характеристик воздушных объектов - самолетов, вертолетов, дистанционно пилотируемых летательных аппаратов и крылатых ракет, в том числе летящих на малых и предельно малых высотах, на фоне интенсивных отражений от подстилающей поверхности, местных предметов и гидро-метеообразований. Маловысотная трехкоординатная РЛС кругового обзора дежурного режима "Каста-2Е2" применяется в системах противовоздушной обороны, береговой обороны и пограничного контроля, управления воздушным движением и контроля воздушного пространства в аэродромных зонах. Легко адаптируется к использованию в различных системах гражданского назначения.

Отличительные особенности станции:
- блочно-модульное построение большинства систем;
- развертывание и свертывание штатной антенной системы с помощью автоматизированных электромеханических устройств;
- полностью цифровая обработка информации и возможность передачи ее по телефонным каналам и радиоканалу;
- полностью твердотельное построение передающей системы;
- возможность установки антенны на легкой высотной опоре типа "Унжа", обеспечивающей подъем фазового центра на высоту до 50 м;
- возможность обнаружения малоразмерных объектов на фоне интенсивных мешающих отражений, а также зависших вертолетов при одновременном обнаружении движущихся объектов;
- высокая защищенность от несинхронных импульсных помех при работе в плотных группировках радиоэлектронных средств;
- распределенный комплекс вычислительных средств, обеспечивающий автоматизацию процессов обнаружения, сопровождения, измерения координат и опознавания государственной принадлежности воздушных объектов;
- возможность выдачи радиолокационной информации потребителю в любой удобной для него форме - аналоговой, цифро-аналоговой, цифровой координатной или цифровой трассовой;
- наличие встроенной системы функционально-диагностического контроля, охватывающего до 96 % аппаратуры.
РЛС включает в себя аппаратную и антенную машины, основную и резервную электростанции, смонтированные на трех автомобилях повышенной проходимости КамАЗ-4310. Имеет выносное рабочее место оператора, обеспечивающее управление РЛС, удаленное от нее на расстояние 300 м.
Конструкция станции устойчива к воздействию избыточного давления во фронте ударной волны, оснащена устройствами санитарной и индивидуальной вентиляции. Предусмотрена работа системы вентиляции в режиме рециркуляции без использования заборного воздуха.
Антенна РЛС представляет собой систему, состоящую из зеркала двойной кривизны, узла рупорных облучателей и антенн подавления приема по боковым лепесткам. Антенная система формирует по основному радиолокационному каналу два луча с горизонтальной поляризацией: острый и косекансный, перекрывающие заданный сектор обзора.
В РЛС используется твердотельный передатчик, выполненный на СВЧ транзисторах, позволяющий получить на его выходе сигнал мощностью около 1 кВт.
Управление режимами РЛС может производиться как по командам оператора, так и использованием возможностей комплекса вычислительных средств.
РЛС обеспечивает устойчивую работу при температуре окружающего воздуха ±50 °С, относительной влажности воздуха до 98 %, скорости ветра до 25 м/с. Высота размещения над уровнем моря - до 3000 м. Современные технические решения и элементная база, примененные при создании РЛС "Каста-2Е2", позволили получить тактико-технические характеристики на уровне лучших зарубежных и отечественных образцов.

Всем спасибо за внимание:)

Высокие требования к стабильности несущей частоты зондирующих сигналов, необходимость генерирования сложных и когерентных сигналов привели к появлению передающих устройств, выполненных по многокаскадной схеме. В качестве первого каскада используются маломощные возбудители, а качестве последующих – многокаскадный усилитель мощности.

В таком передатчике стабильность частоты зондирующего сигнала определяется, в основном, маломощными задающими генераторами, частота которых стабилизирована известными методами, например, с помощью кварца.

Возбудитель может быть построен по схеме, позволяющей быстрое (в течение нескольких микросекунд) переключение с одной рабочей частоты на другую. Он может также одним из методов формировать линейно-частотномодулированный или фазокодомодулированный сигнал. Подробно эти вопросы будут рассмотрены в последующих подразделах.

При формировании сигнала возбудителя можно предусмотреть его жесткую связь с частотой гетеродинного сигнала смесителя, что исключает необходимость применения АПЧ. Наконец, в таком передатчике возможно получение пачки когерентных импульсов, что позволяет применять корреляционно-фильтровую компенсацию пассивных помех, а также объединять сигналы различных каналов на общий вход или разделять их на отдельные входы для питания различных элементов фазированной антенной решетки.

В общем случае структурная схема многокаскадного передающего устройства импульсной РЛС представлена на рис.3.9.

Рис.3.9. Структурная схема многокаскадного передающего устройства импульсной РЛС

Мощность колебаний возбудителя должна быть достаточной для возбуждения следующего за ним каскада. Поскольку формирование сигнала осуществляется на пониженной мощности, необходимый выходной уровень мощности зондирующего сигнала достигается покаскадным усилением.

В импульсных РЛС импульсная модуляция осуществляется в зависимости от уровня выходной мощности, либо в одном каскаде, либо в нескольких последних мощных каскадах усиления.

В ряде случаев формирование сигнала удобнее производить на пониженной частоте. В этом случае в состав предварительных каскадов включают либо умножители частоты, либо смесители (см.рис.3.10)

Рис.3.10. Пример схемы формирования сигнала.

В качестве усилительных каскадов многокаскадного передатчика широко используются приборы с электродинамическим управлением электронным потоком: клистроны, лампы бегущей волны (ЛБВ), лампы обратной волны (ЛОВ) и т.д.

Таким образом, многокаскадные передающие устройства применяются при высоких требованиях к стабильности частоты и строятся по схеме « Задающий генератор - усилитель мощности «. Примерами РЛС, в которых используются такие передающие устройства являются РЛС 55Ж6, 22Ж6М и т.д.

3.3.3 Импульсные модуляторы радиолокационных станций

Модуляторы РЛС вырабатывают мощные видеоимпульсы высокого напряжения заданной длительности и периода повторения для питания анодных цепей генераторных и усилительных приборов. Длительность модулирующих импульсов различных РЛС составляет единицы-десятки микросекунд, а период повторения – несколько миллисекунд. Это позволяет накапливать энергию во время паузы между посылками и отдавать ее в нагрузку в течение длительности импульса.

В передающих устройствах с усилителем мощности количество модуляторов и их характеристики зависят от схемы усилительной линейки и типа применяемых приборов. Взаимодействие модулятора с элементами передающего устройства (на примере передающего устройства с автогенератором в выходной ступени) показано на рис 3.11.

Рис.3.11. Взаимодействие модулятора с элементами передающего устройства.

Высоковольтный выпрямитель преобразует энергию переменного напряжения источника питания в энергию высокого постоянного напряжения, которое подается в модулятор. Модулятор управляет работой высокочастотного генератора. Если в передающем устройстве применена анодная модуляция, то он включает анодное питание генератора СВЧ на время, равное длительности зондирующего импульса. Принципиальной особенностью модулятора РЛС (в отличие от модуляторов других радиотехнических устройств) является осуществляемая им трансформация мощности. Модулятор передающего устройства РЛС накапливает энергию, поступающую от высоковольтного выпрямителя, в течение времени, примерно равного периоду повторения Т п. При этом

Э м = Р в ·Т п, (3.7)

где Э м – энергия, накопленная модулятором; Р в – мощность высоковольтного выпрямителя.

Накопленная энергия отдается модулятором в нагрузку в течение длительности импульса. Следовательно,

Э м = Р м ·t и, (3.8)

где Р м – мощность выходных импульсов модулятора.

Из формул (3.7) и (3.8) получаем

Р в = Р м ·t и /Т п. (3.9)

Поскольку t и << Т п, то Р в << Р м. Это дает возможность при конструировании РЛС выбирать высоковольтный выпрямитель меньшей мощности, а следовательно, меньших габаритов и массы.

Состав модулятора определяется его типом. Однако для всех подобных устройств характерно наличие таких элементов, как зарядный дроссель, накопитель энергии, коммутирующий элемент, импульсный трансформатор, цепи защиты и коррекции. Рассмотрим схемы основных типов импульсных модуляторов, применяемых в РЛС РТВ.

В передающих устройствах РЛС РТВ наиболее широкое применение получили два типа импульсных модуляторов: с полным разрядом накопителя энергии; с частичным разрядом накопителя энергии.

Накопителем энергии может являться электрическое поле конденсатора или магнитное поле катушки индуктивности. В качестве накопителя энергии может использоваться также искусственная длинная линия, которая эквивалентна емкости или индуктивности.

В настоящее время в большинстве случаев используются емкостные накопители, т.к. индуктивные накопители характеризуются весьма низким КПД.

На рис.3.12 показана блок-схема передатчика РЛС, работающего в режиме анодной импульсной модуляции. Как показано на схеме, импульсный модулятор состоит из двух основных элементов: накопителя энергии и коммутирующего устройства. При разомкнутом коммутирующем устройстве во время паузы между импульсами происходит накопление энергии в накопителе. При замыкании коммутатора, накопленная энергия за время длительности импульса расходуется на питание генератора СВЧ.

Рис.3.12. Блок-схема передатчика РЛС.

В качестве коммутирующего устройства используется или электронная лампа (триод) или транзисторный активный коммутатор, или газоразрядные (ионные) приборы – тиратроны, либо тиристоры и управляемые искровые разрядники.

Основным преимуществом коммутирующих устройств на электронных лампах и транзисторах является малая инерционность, позволяющая включать и выключать их на любое время с помощью маломощного управляющего импульса, подаваемого на управляющий электрод (сетку лампы или базу транзистора) коммутатора. Однако электронные лампы обладают большим внутренним сопротивлением и поэтому коммутаторы на электронных лампах имеют сравнительно низкий КПД.

Ионные и тиристорные коммутирующие устройства обладают малым внутренним сопротивлением и легко пропускают токи в десятки и сотни ампер. Недостатком ионных коммутирующих устройств является то, что с помощью управляющего импульса можно точно определить только момент начала разряда накопителя. Управлять же размыканием ионного коммутатора значительно труднее. Поэтому окончание разряда накопителя определяется временем разряда накопителя, т.е. зависит от параметров самого накопителя.

Модуляторы с емкостными накопителями. Такие модуляторы широко применяются в современных РЛС. Схема модулятора представлена на рис.3.13.

Обозначения на схеме: С н – конденсатор, накапливающий энергию; К – коммутатор, изображенный в виде выключателя; R з – ограничительное или зарядное сопротивление; R г – сопротивление СВЧ генератора, питаемое модулятором.

В паузах между импульсами коммутатор К разомкнут, и конденсатор С н заряжается от источника питания через сопротивление R з, запасая энергию. Напряжение на конденсаторе повышается до напряжения источника Е о. В конце заряда коммутатор К замыкается, подключая конденсатор С н к генератору, и конденсатор разряжается на генератор. После разряда конденсатора коммутатор вновь размыкается, происходит новый заряд накопительной емкости и т.д.

Рис.3.13. Упрощенная схема модулятора.

Сопротивление R з определяет продолжительность заряда и ограничивает ток от источника питания во время замыкания коммутатора. Величину этого сопротивления берут во много раз больше R г, для того чтобы заряд конденсатора происходил сравнительно медленно, а ток, протекающий по R з в течение разряда конденсатора, был пренебрежимо мал.

В рассмотренном модуляторе возможны режимы полного и частичного разряда накопительной емкости. В первом случае коммутатор, замкнувшись, не размыкается до полного разряда накопительной емкости, при котором напряжение на ней становится равным нулю. Осциллограммы напряжений на отдельных узлах модулятора, работающего в режиме полного разряда, изображены на рис.3.14 (жирная линия).

Недостатком модулятора, работающего в режиме полного разряда накопительной емкости, является неудовлетворительная, далекая от прямоугольной форма импульса и низкий КПД (около 50%). Поэтому они используются крайне редко.

При работе модулятора в режиме частичного разряда коммутатор замыкается на короткое время (равное t ) и размыкается, когда конденсатор еще сохраняет заряд, а напряжение U с имеет значительную величину. Характер изменения напряжения на накопительном конденсаторе показан на рис.3.14 (тонкая линия).

а)

б)

Рис.3.14. Осциллограммы напряжений на отдельных узлах модулятора.

Модуляторы с искусственной линией (линейные модуляторы). Известно, что разомкнутая на конце линия, заряженная до напряжения Е л, при разряде на сопротивление R =  создает прямоугольный импульс напряжения с амплитудой Е л /2 и длительностью

где l – длина линии; L " , C " – распределенные индуктивность и емкость линии.

Используя линию в качестве накопителя энергии, можно построить модуляторы с режимом полного разряда, вырабатывающие импульсы с хорошей прямоугольной формой. Однако длина линии получается неприемлемой для размещения в передатчиках. Вместо реальных линий в модуляторах можно использовать искусственные линии, составленные из отдельных индуктивностей и емкостей (рис.3.15).

Импульсные модуляторы с искусственными линиями широко используются в современных передающих устройствах РЛС (например, РЛС 55Ж6). Они отличаются компактностью, высоким КПД и дают возможность получать импульсы весьма большой мощности с формой, мало отличающейся от прямоугольной.

Рассмотрим процессы в модуляторе с искусственной цепочной линией (рис.3.15), состоящей из трех секций.

Волновое сопротивление линии равно сопротивлению нагрузки  = R г. При разомкнутом коммутаторе источник питания заряжает линию до напряжения U л = Е о. После заряда коммутатор замыкается и присоединяет линию к генератору (к нагрузке). Так как сопротивление R г = , то при замыкании коммутатора на зажимах генератора возникает мгновенное напряжение, равное Е о /2. Благодаря этому колебания в генераторе возникают резко и передний фронт импульса получается крутым. Другая половина напряжения Е о /2 падает на волновом сопротивлении линии и вызывает бегущую волну напряжения, распространяющуюся к разомкнутому концу линии, частично разряжая ее по мере распространения. От разомкнутого конца линии волна отражается без перемены полярности и, вернувшись к началу линии, полностью поглощается нагрузкой.

Рис.3.15. Упрощенная схема модулятора с искусственной линией.

В схеме рис.3.15 напряжение источника должно быть в 2 раза больше напряжения питания генератора. Для устранения этого недостатка применяется схема рис.3.16,а, в которой линия заряжается через катушку индуктивности L з с малым сопротивлением потерь. Катушка составляет с емкостью линии контур, и заряд линии приобретает характер затухающих колебаний (рис.3.16,б). Через половину периода напряжение на линии повышается до U л = 2·Е о. В этот момент замыкается коммутатор, и напряжение на генераторе становится равным U л /2 = Е о, т.е. напряжению источника.

а)

б)

Рис.3.16. Схема модулятора с искусственной линией

КПД модулятора при заряде линии через индуктивность повышается до 90-95%. Но для реализации указанных преимуществ зарядная катушка должна иметь значительный коэффициент индуктивности. Кроме того, коммутатор должен замыкаться точно в моменты максимума напряжения на линии. Все это существенно усложняет конструкцию модулятора и схему управления коммутатором.

Поэтому на практике последовательно с зарядной индуктивностью часто включают диод, как показано на рис.3.17а. При таком дополнении линия, зарядившись до максимума в первую половину периода (рис.3.17б) из-за односторонней проводимости диода не может разрядиться и напряжение на ней сохраняется постоянным до замыкания коммутатора.

Таким образом, в рассмотренном примере отпадает необходимость в согласованном с колебаниями замыкании коммутатора, и схема управления упрощается. При этом уменьшается и коэффициент индуктивности зарядной катушки.

Рис.3.17. Эпюры, поясняющие работу модулятора.

В следствии потерь напряжения на внутреннем сопротивлении диода и сравнительно низкой добротности зарядного контура (Q < 10) минимальное напряжение на линии оказывается не выше (1,7-1,8)Е о, а КПД модулятора 85-90%. Подобная схема модулятора используется в передающем устройстве РЛС 55Ж6, П-18, 5Н84А.

В качестве примера на рис.3.18 показана принципиальная схема модулятора с искусственной линией.

В модуляторе такого типа накопителем является искусственная линия, а в качестве коммутирующего элемента используется тиратрон или тиристор. Коммутирующий элемент открывается внешним импульсом, который определяет только момент начала разряда накопителя. Форма и длительность импульса на выходе модулятора определяются параметрами пассивных элементов схемы.

Рис.3.18. Принципиальная схема модулятора с искусственной линией.

Формирование импульса заканчивается при полном разряде накопителя через коммутатор и импульсный трансформатор, который согласует сопротивление нагрузки с волновым сопротивлением формирующей линии. В случае аварийной работы модулятора на несогласованную нагрузку предусматриваются защитные цепи (на рис.3.18 – диод Д2).

6.1. ПРИНЦИП РАБОТЫ ИМПУЛЬСНОГО ПЕРЕДАТЧИКА

Передатчик, входящий в состав импульсной навигационной РЛС, предназначен для генерирования мощных кратковременных импульсов электрических колебаний сверхвысокой частоты (СВЧ) со строго определенной периодичностью, задаваемой схемой синхронизации.

Передатчик РЛС содержит генератор сверхвысокой частоты (ГСВЧ), подмодулятор, модулятор и источник питания. Структурная схема передатчика РЛС представлена на рис. 6.1.

Подмодулятор – формирует импульсы определенной длительности и амплитуды.

Импульсный модулятор – предназначен для управления колебаниями генератора СВЧ. В модуляторе вырабатываются видеоимпульсы высокого напряжения, которые подаются на вход магнетрона, вырабатывающего радиоимпульсы СВЧ заданной длительности. Принцип действия импульсных модуляторов основан на медленном накоплении запаса энергии в специальном накопителе энергии в промежуток времени между импульсами и быстрой последующей отдаче энергии нагрузке модулятора, т.е. магнетронному генератору, за время, равное длительности импульса.

В качестве ГСВЧ используются магнетроны и полупроводниковые генераторы СВЧ (диоды Ганна).

Структурная схема импульсного модулятора показана на рис. 6.2.

При размыкании коммутирующего прибора накопитель заряжается от источника постоянного напряжения через ограничитель (резистор), ограждающий источник питания от перегрузки. При замыкании прибора накопитель разряжается на нагрузку (магнетрон) и на его зажимах анод – катод создается импульс напряжения заданной длительности и амплитуды.

В качестве накопителя может использоваться емкость в виде конденсатора или разомкнутой на конце длинной (искусственной) линии. Коммутирующие приборы – электронная лампа (для ранее выпущенных РЛС), тиристор, нелинейная индуктивность.

Наиболее простой является схема модулятора с накопительным конденсатором. Схема такого модулятора содержит в качестве накопителя энергии: накопительный конденсатор, в качестве коммутирующего прибора: коммутирующую (модуляторную или разрядную) лампу, а также ограничительный резистор и магнетронный генератор. В исходном состоянии разрядная лампа заперта отрицательным напряжением на управляющей сетке (цепь разорвана), накопительный конденсатор заряжен.

При подаче на управляющую сетку лампы от подмодулятора прямоугольного импульса напряжения положительной полярности длительностью t И разрядная лампа отпирается (цепь замыкается) и накопительный конденсатор разряжается на магнетрон. На зажимах анод – катод магнетрона создается модулирующий импульс напряжения, под действием которого магнетрон генерирует импульсы колебаний СВЧ.

Напряжение на магнетроне будет до тех пор, пока на управляющей сетке разрядной лампы действует положительное напряжение. Следовательно, длительность радиоимпульсов зависит от длительности управляющих импульсов.

Импульсный модулятор с накопительным конденсатором имеет один существенный недостаток. По мере расходования заряда конденсатора при генерировании радиоимпульса напряжение на нем быстро падает, а с ним - и мощность высокочастотных колебаний. В результате генерируется остроконечный радиоимпульс с пологим спадом. Гораздо выгоднее работать с прямоугольными импульсами, мощность которых в течение их длительности остается примерно постоянной. Прямоугольные импульсы будут генерироваться описанным генератором, если накопительный конденсатор заменить искусственной длинной линией, разомкнутой на свободном конце. Волновое сопротивление линии должно равняться сопротивлению генератора ВЧ колебаний со стороны зажимов питания, т.е. отношению его анодного напряжения к анодному току

6.2. ЛИНЕЙНЫЕ И МАГНИТНЫЕ МОДУЛЯТОРЫ

На практике применяются модуляторы с накопительной энергией, называемые линейными модуляторами. В состав принципиальной схемы такого модулятора (рис. 6.3) входят: зарядный диод V1 , катушка зарядной индуктивности L1, накопительная линия LC , импульсный трансформатор T , тиристор V2 , зарядная цепочка C1,R1.

При запертом тиристоре линия заряжается через V1,L1 до напряжения Е . Одновременно заряжается конденсатор С1 через резистор R1.

При подаче на тиристор запускающего импульса (ЗИ ) положительной полярности тиристор отпирается, протекающий через него ток разряда уменьшает сопротивление тиристора, и происходят разряд накопительной линии на первичную обмотку импульсного трансформатора. Модулирующий импульс напряжения, снимаемый со вторичной обмотки, подается на магнетрон. Длительность формируемого импульса зависит от параметров LC линии:

На практике широкое применение нашли коммутирующие приборы в виде катушек нелинейной индуктивности, которые получили название магнитных импульсных модуляторов. Катушка нелинейной индуктивности имеет сердечник из специального ферромагнитного материала, обладающего минимальными потерями. Известно, что если такой сердечник насыщен, то его магнитная проницаемость мала, и индуктивное сопротивление такой катушки минимально. Наоборот, при ненасыщенном состоянии магнитная проницаемость сердечника имеет большую величину, индуктивность катушки увеличивается, индуктивное сопротивление возрастает.

Кроме элементов, применяемых в схеме линейного модулятора, схема магнитного модулятора (рис. 6.4) содержит катушку нелинейной индуктивности (дроссель) L1 , накопительный конденсатор C1 , нелинейной трансформатор T1 , накопительный конденсатор С2 и импульсный трансформатор T2.

Когда тиристор заперт, заряжается конденсатор С1 от источника напряжения Е и сердечник дросселя L1 намагничивается до насыщения. При отпирании тиристора конденсатор С1 разряжается на первичную обмотку трансформатора Т1 . Индуктируемое во вторичной обмотке напряжение заряжает конденсатор С2 . К концу заряда сердечник Т1 насыщается, и конденсатор С2 разряжается на первичную обмотку импульсного трансформатора.

Длительность модулирующего импульса определяется временем разряда конденсатора С2. В необходимых случаях при длительности импульсов, превышающих 0,1 мкс, на практике вместо конденсатора С2 включают формирующую линию. Тогда длительность модулирующих импульсов будет определяться параметрами линии аналогично схеме линейного модулятора.

6.3. ПОДМОДУЛЯТОРНЫЕ КАСКАДЫ

Управление работой разрядной (модуляторной) лампы в схеме с накопительным конденсатором осуществляется специальной схемой подмодулятора, в состав которой входят усилитель запускающих импульсов; первый ждущий блокинг-генератор, работающий в режиме деления частоты повторения импульсов; второй блокинг-генератор, формирующий импульсы управляющего напряжения фиксированной длительности и амплитуды, которые управляют работой разрядной лампы. Такая схема подмодулятора обеспечивает работу передатчика различной частотой повторения и различной длительностью зондирующих импульсов.

Управление работой линейного и магнитного модуляторов, где в качестве управляющего элемента используются тиристоры, осуществляется задающим генератором, в состав которого обычно входят усилитель запускающих импульсов, ждущий блокинг-генератор, эмиттерный повторитель, согласующий входную цепь тиристора с выходом блокинг-генератора.

Рис. 6.5. Схема подмодулятора РЛС «Океан»

На рис. 6.5 представлена принципиальная схема подмодулятора РЛС «Океан», которая, несмотря на устаревшую элементную базу, находится до настоящего времени в эксплуатации.

Данная схема имеет четыре каскада:

Усилитель запускающих импульсов (левая половина лампы Л1 типа 6Н1П),

Ждущий блокинг-генератор(правая половина лампы Л1 ),

Л2 типа ТГИ1-35/3,

Выходной каскад на тиратроне Л3 типа ТГИ1-35/3.

В зависимости от длительности модулирующих импульсов (0,1 или 1 мкс) работает тиратрон Л2 или тиратрон Л3 . В первом случае заряд накопительной линии 1 происходит через зарядное сопротивление R1. Во втором случае накопительная линия 2 заряжается через сопротивление R2.

Нагрузкой выходных каскадов являются резисторы R3 и R4 , включенные параллельно в катодную цепь тиратронов Л1 и Л2. При разряде накопительных линий на этих резисторах создается импульс напряжения заданной длительности с амплитудой 1250 В.

В качестве подмодуляторного каскада модулятора применяется блокинг-генератор. Для получения малого выходного сопротивления блокинг-генератор на выходе имеет катодный повторитель.

6.4. ОСОБЕННОСТИ МАГНЕТРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Магнетрон представляет собой двухэлектродный электровакуумный прибор с электромагнитным управлением. В диапазоне сантиметровых волн применяются многорезонаторные магнетроны. Устройство такого магнетрона показано на рис. 6.6.

11 10

Рис. 6.6. Устройство магнетрона Рис. 6.7. Пакетированный магнетрон

Основой конструкции магнетрона является анодный блок 1 в виде массивного медного цилиндра, в котором выточено по окружности четное число пазов, представляющих собой цилиндрические резонаторы 2.

В центре блока расположен цилиндрический оксидный подогревный катод 10 , имеющий значительный диаметр для получения достаточного эмиссионного тока. Резонаторы сообщаются с внутренней полостью магнетрона, называемой пространством взаимодействия, с помощью прямоугольных пазов 9. Катод укреплен внутри магнетрона с помощью держателей 12 , которые служат одновременно выводами тока 11. Держатели проходят через стеклянные спаи в цилиндрических трубках, укрепленных на фланце. Имеющиеся на фланце утолщения выполняют роль высокочастотного дросселя, препятствующего выходу высокочастотной энергии через выводы накала. С обеих сторон катода расположены охранные диски 4 , препятствующие утечке электронов из пространства взаимодействия в торцовые области магнетрона. С торцовой стороны анодного блока имеются связки-проводники 3 , соединяющие сегменты анодного блока.

Для охлаждения магнетрона на его наружной поверхности имеются ребра, обдуваемые вентилятором. Для удобства охлаждения, безопасности обслуживания и облегчения отвода высокочастотной энергии анодный блок заземляется, а к катоду прикладываются импульсы высокого напряжения отрицательной полярности.

Магнитное поле в магнетроне создается постоянными магнитами, изготовленными из специальных сплавов, создающих сильное магнитное поле.

С внешней нагрузкой магнетрон связан посредством проволочной медной петли 8 , которая одним концом припаяна к стенке одного из резонаторов, а другим присоединена к внутреннему проводу 7 короткой коаксиальной линии, проходящему через стеклянный спай 6 в волновод 5 . Колебания сверхвысокой частоты в магнетроне возбуждаются электронным потоком, управляемым постоянным электрическим и магнитным полями, направленными взаимно перпендикулярно друг другу.

В магнетронных генераторных РЛС применяются постоянные магниты, изготовленных из сплавов с большой коэрцитивной силой. Существуют две конструкции магнитных систем: внешние магнитные системы и «пакетные» магнитные системы. Внешняя магнитная система представляет собой стационарную конструкцию, между полюсными наконечниками которой устанавливается магнетрон.

В судовых навигационных РЛС получили распространение пакетированные магнетроны, у которых магнитная система является составной частью конструкции самого магнетрона. У пакетированных магнетронов полюсные наконечники входят с торцов внутрь магнетрона (рис. 6.7). Этим уменьшается воздушный зазор между полюсами, а, следовательно, и сопротивление магнитопровода, что позволяет сократить размеры и вес магнитной схемы. Схемы магнетронных генераторов представлены на рис. 6.8, а; 6.8, б.

В состав схемы магнетронного генератора входят: магнетрон, трансформатор накала и система охлаждения анодного блока магнетрона. Схема магнетронного генератора содержит три цепи: сверхвысокочастотную, анодную и накальную. Токи СВЧ циркулируют в резонансной системе магнетрона и в связанной с ней внешней нагрузке. Импульсный анодный ток протекает от положительного зажима модулятора через анод – катод магнетрона на отрицательный зажим. Он определяется выражением

	а)

Рис. 6.8. Схемы магнетронных генераторов

где I A – среднее значение анодного тока, А;

F И – частота следования импульсов, имп / с;

τ И – длительность импульса, с;

α – коэффициент формы импульсов (для прямоугольных импульсов равен единице).

Цепь накала состоит из вторичной обмотки трансформатора накала Тр и нити подогрева катода. Обычно напряжение накала магнетрона равно 6,3 В, но ввиду того, что катод работает в режиме усиленной электронной бомбардировки, полное напряжение питания нити обогрева требуется только для разогрева катода перед подачей высокого напряжения на анод магнетрона. При включении высокого анодного напряжения напряжение накала обычно уменьшают автоматически до 4 В с помощью резистора R, включенного в первичную обмотку трансформатора накала. В схеме (рис. 6.8,а) модулирующий импульс напряжения отрицательной полярности с выхода модулятора подается на катод магнетрона.

Вторичная обмотка трансформатора накала по отношению к корпусу генератора находится под высоким напряжением. Аналогично в схеме (рис. 6.8, б) один конец вторичной обмотки импульсного трансформатора ИТр подключен к корпусу, а второй конец – к зажиму вторичной обмотки накального трансформатора. Поэтому изоляция между вторичной обмоткой трансформатора накала и корпусом, а также между обмотками должна быть рассчитана на полное анодное напряжение магнетрона. Чтобы не вызывать заметного искажения формы модулирующих импульсов, емкость вторичной обмотки трансформатора накала должна быть возможно меньше (не более нескольких десятков пикофарад).

6.5. ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО РЛС «НАЯДА-5»

Передающее устройство РЛС «Наяда-5» входит в состав прибора П-3 (приёмопередатчика) и предназначено для:

формирования и генерирования зондирующих импульсов СВЧ;

обеспечения синхронной и синфазной работы по времени всех блоков и узлов индикатора, приёмопередатчика, антенного устройства.

На рис. 6.9 показана структурная схема передающего устройства приёмопередатчика РЛС «Наяда-5».

В состав передающего устройства входят: блок сверхвысокой частоты; модулятор передатчика; фильтр модулятора; формирователь синхроимпульсов; выпрямительные устройства, обеспечивающие питанием блоки и цепи прибора П – 3.

В структурную схему приёмопередатчика РЛС «Наяда-5» входит:

Тракт формирования сигналов стабилизации , предназначенный для формирования импульсов вторичной синхронизации и поступающих в индикатор, а также для запуска через блок автоматической стабилизации управления модулятора передатчика. С помощью этих синхроимпульсов обеспечивается синхронизация зондирующих импульсов с началом развёртки на ЭЛТ индикатора.

Тракт формирования зондирующих импульсов , предназначенный для выработки импульсов СВЧ и передачи их по волноводу в антенное устройство. Это происходит после формирования модулятором напряжения импульсной модуляции генератора СВЧ а также импульсов контроля и синхронизации сопрягаемых блоков и узлов.

Тракт формирования видеосигнала , предназначенный для преобразования с помощью гетеродина и смесителей отражённых импульсов СВЧ в импульсы промежуточной частоты, формирования и усиления видеосигнала, который затем поступает в индикатор. Для передачи зондирующих импульсов в антенное устройство и отражённых импульсов в тракт формирования видеосигнала используется общий волновод.

Тракт настройки контроля и питания, предназначенный для выработки питающих напряжений всех блоков и цепей прибора, а также для контроля работоспособности источников питания, функциональных блоков и узлов станции, магнетрона, гетеродина, разрядника и др.

6.6. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАТЧИКОВ

Конструктивно передатчики РЛС совместно с приемным устройством могут располагаться как в отдельном изолированном приборе, который называется приемопередатчиком , так в антенном блоке.

На рис. 6.10 изображен внешний вид приемопередатчиков современной одно и двух канальной автоматизированной радиолокационной станции «Ряд» (3,2 и 10 см диапазона волн), который расположен в отдельном приборе. Основные технические характеристики показаны в таблице 6.1.

Приемопередатчики 3-х см диапазона (П3220 Р) с импульсной мощностью 20 кВт и более построены на базе магнетронов с безнакальным автокатодом. Данные магнетроны имеют время безотказной наработки в условиях эксплуатации более 10000 часов, обеспечивают мгновенную готовность к работе и существенно упрощают передатчик.

Рис. 6.10. Приемопередатчики автоматизированной РЛС «Ряд»

Широкое внедрение в современных судовых навигационных РЛС микроэлектроники, в первую очередь - твердотельных СВЧ-приборов, микропроцессоров, позволило, в сочетании с современными методами обработки сигналов, получить компактные, надежные, экономичные и удобные в эксплуатации приемо-передающие устройства. Для исключения применения громоздких волноводных устройств и исключения потерь мощности при передаче и приёме отраженных сигналов в волноводах передатчик и приёмник конструктивно располагают в антенном блоке в виде отдельного модуля, который иногда называется сканером (см. рис.7.23). Этим обеспечивается быстросъемность модуля приёмопередатчика, а также проведение ремонта методом агрегатной замены. Включение и выключение питания таких типов приемопередатчиков обеспечивается дистанционным способом.

На рис. 6.11 показано антенно-передающее-приёмное устройство береговой РЛС (БРЛС) «Балтика-Б», выполненного в виде моноблока. БРЛС «Балтика-Б» используется в качестве береговой РЛС в системах управления движения судов (СУДС), а также на акваториях портов, подходных каналах и фарватерах.

Антенна и приемопередатчик БРЛС «Балтика»

с горячим резервированием

Подробнее о современных радарах изложено в главе 11 учебного пособия.

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЛС

Существует несколько вариантов построения структурной схемы первичной РЛС третьего поколения. Ниже рассматривается один из возможных вариантов, в котором используются современным достижения науки и техники. В качестве систем-аналогов выбраны отечественные РЛС «Скала-М», «Скала-МПР» и «Скала-МПА». Особенности построения зарубежных РЛС АТСR-22 , АТСR-44 обсуждаются в данной главе в плане сравнения с отечественными РЛС. Различия в.построении трассовых и аэродромных РЛС поясняются по мере необходимости/

На рис. 1.1 приведена структурная схема первичной импульсной РЛС кругового обзора. Главными особенностями этой схемы являются:

· применение двух приемопередающих каналов с разносом частот;

· применение двулучевой диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости на прием отраженных от целей сигналов;

· применение истинно-когерентного метода селекции движущихся целей.

Первая особенность РЛС связана, с применением одного из методов повышения ее энергетического потенциала метода разноса частот, который заключается в следующем. Два передатчика А и В работают одновременно

Рис 1.1. Структурная схема первичной РЛС

на общую антенну в режиме импульсной модуляции с различными несущими частотами Fа и Fв зондирующих радиоимпульсов. Между этими радиоимпульсами имеет место небольшой временной сдвиг, который составляет обычно 4 -6 мкс. Разнос по частоте не превышает 40 -60 МГц. Отраженные от цели сигналы с разными частотами разделяются с помощью СВЧ фильтров и усиливаются двумя приемными каналами А и В , настроенными на соответствующие частоты. После детектирования видеосигналы каналов А и В объединяются и далее обрабатываются совместно. В простейшем случае производятся совмещение видеосигналов по времени с помощью линий задержки и сложение по амплитуде.

Синхронизация в РЛС осуществляется таким образом, что один из каналов (А) является ведущим, а другой -ведомым.

Радиолокационные станции такого рода при произвольном числе частотных каналов называются частотно-многоканальными РЛС с общей для всех каналов антенной. Преимущества частотно-многоканальной РЛС перед одноканальной состоят в следующем:

· увеличивается суммарная мощность излучения РЛС при наличии ограничений мощности отдельного передатчика;

· увеличиваются дальность обнаружения целей и точность измерения координат;

· увеличиваются надежность работы РЛС и ее помехозащищенность по отношению к помехам искусственного и естественного происхождения.

Увеличение дальности обнаружения и точности измерения координат целей объясняется тем, что при достаточно большом разносе несущих частот излучаемых сигналов

f a -f b =Df ³ c/l ц,

где с - скорость распространения радиоволн, l ц - линейный размер цели.

Принимаемые сигналы и помехи в каналах А и В оказываются некоррелированными, и сумма выходных напряжений этих каналов, характеризуется гораздо меньшими флюктуациями амплитуды в процессе наблюдения сложной движущейся цели, чем в случае приема сигнала на одной частоте. Этим же эффектом сглаживания флюктуации объясняется и возможность более эффективного подавления мешающих отражений от земной поверхности и местных предметов. Например, для РЛС АТСR-22 и АТСR-44 дальность действия в двухчастотном режиме -работы на 20 -30% больше, чем в одночастотном. Надежность работы РЛС при использовании двух каналов с разносом частот выше, чем одноканальной РЛС, благодаря тому, что при отказе одного канала или выключении его для технического обслуживания данная РЛС способна выполнять своя функции при допустимом ухудшении некоторых показателей (уменьшений дальности действия и коэффициента готовности РЛС).

Другой важной особенностью рассматриваемой РЛС является использование дополнительного луча диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости для приема сигналов, отраженных от целей при больших значениях угла места. При этом зона обнаружения РЛС в вертикальной плоскости формируется с помощью двух лучей: основного (нижнего) луча при работе основного облучателя антенны в режимах передачи и приема, и дополнительного (верхнего) луча при работе дополнительного облучателя антенны только в режиме приема. Применение двухлучевой ДНА на прием отраженных от целей сигналов реализует один из методов борьбы с мешающими отражениями от земной поверхности и местных предметов. Подавление этих отражений осуществляется путем весового суммирования сигналов, принимаемых по основному и дополнительному лучам ДНА. Направление максимального излучения по верхнему лучу размещается в вертикальной плоскости обычно на 3 -5° выше, чем по нижнему. При этом методе борьбы с помехами достигается ослабление сигналов от местных предметов на 15 -20 дБ.

В некоторых типах РЛС зона обнаружения в вертикальной плоскости формируется с учетом применения локальной обработки принимаемых сигналов в системе СДЦ. Такой принцип формирования зоны обнаружения на примере трассовой РЛС показан на рис. 1.2. Вся зона обнаружения дальности разбивается на четыре участка 1 -1V. Границы участков задаются по жесткой программе в зависимости от конкретных, условий размещения РЛС. На рис. 1.2 обозначены:

К 1 -верхняя граница использования сигналов дополнительного луча 2, обработанных в системе СДЦ (Доп. СДЦ);

Рис. 1.2. К-принципу формирования зоны - трассовой РЛС: 1 - основной луч; 2 - дополнительный луч

К 2 - верхняя граница использования сигналов основного луча 1, обработанных в системе СДЦ (Осн. СДЦ);

А - верхняя граница использования сигналов дополнительного луча 2, не обработанных в системе СДЦ (Доп. А);

Д мах - максимальная дальность действия РЛС, являющаяся верхней границей использования необработанных в системе СДЦ сигналов основного луча 1.

(Осн. А), положение границ К 1 , К 2 и А регулируется по дальности в пределах, указанных на рисунке. Для участка III предусмотрено использование двух подпрограмм, определяемых порядком следования заданных границ (импульсов переключения); К 1 - А - К 2 или К 1 - К 2 -А. Данный принцип формирования зоны обнаружения позволяет:

· получить максимальное обнаружение в вертикальной плоскости для подавления помех от местных предметов на начальном участке дальности 1;

· свести к минимуму область воздушного пространства, где используется сумма сигналов Осн. СДЦ +Доп. СДЦ, и тем самым уменьшить влияние скоростной характеристики системы СДЦ (участок II);

· при наличии помех типа «ангелов», которые не устраняются полностью системой СДЦ, целесообразно использовать сигнал дополнительного луча (участок 111 при К 2 <А).

Совместное использование в РЛС двухлучевой ДНА на прием и локальной обработки сигналов в системе СДЦ обеспечивает общее подавление помех от местных предметов на 45 -56 дБ при наличии двукратного череспериодного вычитания в системе СДЦ и на 50 -55 дБ - при трехкратном вычитании.

Необходимо отметить, что рассмотренный принцип формирования зоны обнаружения может применяться как в одночастотном, так и в двухчастотном режиме работы РЛС с разносом частот.

Отличие двухчастотного режима состоит в том, что при формировании зоны обнаружения используются суммы необработанных в системе СДЦ сигналов Осн А А + Осн в - А и Доп а -А+Доп б -А, а в системе СДЦ обрабатываются только сигналы одного частотного канала (ведущего А, рис. 1.1).

Нетрудно заметить, что в основу описанного способа формирования зоны обнаружения «положена идея управлений структурой и параметрами РЛС в зависимости от помеховой обстановки в конкретных условиях эксплуатации. При этом управление осуществляется по жесткой программе. После предварительного анализа помеховой обстановки и задания границ К 1 , К 2 . и А между четырьмя участками дальности зоны обнаружения структура РЛС приобретает фиксированную конфигурацию и не меняется в процессе работы РЛС.

В других современных РЛС применяется более гибкий способ формирования зоны обнаружения, реализующий идею динамической адаптации РЛС к помеховой обстановке. Такой способ используется, например, в РЛС АТСR-22 и АТСR-44. При этом вся зона обнаружения по дальности разбивается на два равных участка (1 и 11). Участок 1, Для которого характерно наибольшее влияние помех от местных предметов, разбивается на более мелкие элементы по дальности (16 элементов)..Зона обзора по азимуту равная 360°, тоже разбивается на элементарные секторы по 5,6° (64 сектора). В результате вся зона обзора в горизонтальной плоскости в пределах первой половины максимальной дальности действия РЛС получается разбитой на 16*64=1024 ячейки. В течение рабочего цикла, равного трем периодам обзора, осуществляется анализ помеховой обстановки и в специальном запоминающем устройстве РЛС формируется текущая карта помех содержащая информацию об уровне помех в каждой из 1024 ячеек. На основе этой, информации производится выбор весовых коэффициентов для формирования взвешенной суммы сигналов принятых по основному и дополнительному лучам ДНА, для каждой из этих ячеек в отдельности. В результате зона обнаружения РЛС в вертикальной плоскости приобретает сложную конфигурацию: нижняя кромка зоны обнаружения в разных ячейках имеет различный наклон (-0,5; 0,1; 0,5 или 1°). На второй половине дальности, (участок II) используется только сигнал, принимаемый по основному лучу.

Сравнивая два рассмотренных способа формирования зоны обнаружения РЛС, необходимо отметить, что объединение сигналов основного и дополнительного лучей ДНА при первом способе производится на видеочастоте, а при втором способе - на высокой частоте. В последнем случае операция суммирования сигналов осуществляется в специальном устройстве - формирователе нижней кромки зоны обнаружения (ФНК, рис. 1.1). При этом для дальнейшей обработки суммарного сигнала используется один приемный канал, включая систему СДЦ. При первом способе необходимы два приемных канала, что приводит к усложнению аппаратуры. Кроме того, при втором способе более полно используются возможности системы СДЦ, так как обработке в этой системе подвергаются сигналы обоих частотных каналов РЛС, а не только сигнала ведущего канала, как при первом способе. Наряду с перечисленными достоинствами второй способ формирования зоны обнаружения обладает существенным недостатком, затрудняющим его широкое использование:

для суммирования сигналов на высокой частоте требуются высокая точность и стабильность формирования этих сигналов. Нарушение этого требования в процессе эксплуатации РЛС может привести к снижению степени подавления помех от местных предметов за счет применения двухлучевой диаграммы направленности антенны.

Рассмотрим принцип действия РЛС, структурная схема которой представлена на рис. 1.1. Данная РЛС работает в режиме кругового обзора по азимуту, обеспечивая обнаружение воздушных целей и измерение наклонной дальности и азимута этих целей. Круговой обзор осуществляется за счет механического вращения антенны РЛС, состоящей из параболического отражателя и, двух рупорных облучателей - основного и дополнительного. В качестве зондирующего сигнала используется периодическая последовательность радиоимпульсов с прямоугольными огибающими. При этом измерение азимута цели осуществляется амплитудным методом, основанным на использовании направленных свойств антенны РЛС в горизонтальной плоскости, а измерение дальности - временным методом путем измерения запаздывания отраженного от цели сигнала относительно момента излучения зондирующего сигнала.

Рассмотрим более подробно работу одного канала РЛС. Система синхронизации (СС) вырабатывает импульсы запуска РЛС, которые поступают на вход модулятора М передающего устройства. Модулятор М под воздействием импульсов запуска вырабатывает мощные модулирующие импульсы, поступающие на оконечный усилитель (ОУ) передатчика РЛС, выполненного по схеме «задающий генератор - усилитель мощности». Генератор радиочастоты (ГРЧ), стабилизированный кварцевым резонатором, генерирует непрерывные гармонические колебания с частотой f а, которые усиливаются в оконечном усилителе и модулируются по амплитуде импульсами модулятора (М). В результате на выходе ОУ формируется последовательность мощных когерентных радиоимпульсов с несущей частотой f а и прямоугольной: огибающей. Эти радиоимпульсы через антенный переключатель (АП) и блок сложения мощностей и разделения сигналов БСРС поступают в антенное устройство РЛС и излучаются антенной в направлении к цели.

Отраженные от цели радиоимпульсы с несущей частотой f а, принимаемые по основному лучу ДНА, через блоки БСРС, АП и малошумящий УРЧ поступают на один из входов формирователя нижней кромки (ФНК). Радиоимпульсы с той же частотой fд, принимаемые по дополнительному лучу ДНА, через блок разделения сигналов БРС и УРЧ поступают на второй вход ФНК. На выходе ФНК в результате весового суммирования сигналов основного и дополнительного лучей образуется суммарный сигнал, который поступает на вход приемника РЛС. Управляющий сигнал, определяющий выбор весовых коэффициентов при суммировании, поступает на управляющий вход ФНК от системы цифровой обработки сигналов и адаптации РЛС. В приемном устройстве осуществляются преобразование частоты, усиление и частотная селекция сигнала в усилителе промежуточной частоты и детектирование с помощью амплитудного и фазового детекторов. Видеосигнал А с выхода амплитудного детектора поступает далее в систему цифровой обработки, минуя систему СДЦ, а видеосигнал СДЦ с выхода фазового детектора поступает на вход системы СДЦ, входящей в состав системы цифровой обработки сигналов. Сигналы с опорными частотами f а1 и f а2 необходимые для работы преобразователя частоты и фазового детектора приемника, формируются общим задающим ГРЧ. Благодаря этому в данной РЛС реализуется истинно когерентный метол СДЦ.

Кроме описанных выше основных процессов, протекающих в аналоговой части РЛС, имеет место ряд вспомогательных процессов, которые обеспечивают нормальное функционирование РЛС. К ним относятся, например, различного рода автоматические регулировки усиления приемника:

· временная автоматическая регулировка усиления,

· шумовая автоматическая регулировка усиления,

· автоматическая ступенчатая регулировка усиления УПЧ с помощью схемы адаптивного аттенюатора помех.

Названные регулировки, исключая ШАРУ, обеспечивают сжатие динамического диапазона принимаемого радиолокационного сигнала и его согласование с динамическим диапазоном системы цифровой обработки сигналов и адаптации. С помощью ШАРУ обеспечивается стабилизация уровня шумов на выходе приемника РЛС.

В антенно-фидерной системе РЛС предусмотрены:

· устройства для плавной регулировки поляризации излучаемых колебаний,

· измерители проходящей мощности, частоты и формы зондирующего сигнала.

В псевдокогерентных РЛС, использующих передающие устройства, выполненные на магнетроне, в состав приемника входит также система автоматической подстройки частоты магнетрона. Эта система служит для подстройки частоты магнетрона и для фазирования когерентного гетеродина, генерирующего опорные колебания для системы СДЦ.

В рассматриваемой истинно когерентной РЛС для обеспечения постоянной разности частот f а и f б двух частотных каналов используется специальный генератор сдвига частоты, с помощью которого под воздействием колебаний ГРЧ канала А (см. рис. 1.1) в канале В осуществляется формирование колебаний с частотами f б и f б1 , сдвинутыми относительно частот f а и f а1 .

Цифровая часть РЛС начинается со входа системы цифровой обработки сигналов и адаптации РЛС. Главными функциями этой системы являются:

· очистка принимаемого сигнала от различного рода помех,

· выделение полезной информации для обеспечения заданных тактико-технических характеристик РЛС,

· анализ текущей помеховой обстановки,

· автоматическое управление режимами работы и параметрами РЛС (функция адаптации).

Входные видеосигналы А, СДЦ и Метео, поступающие с выхода приемника, преобразуются с помощью аналого-цифровых преобразователей в цифровую форму. При этом осуществляется дискретизация по времени и многоуровневое квантование по- амплитуде этих сигналов.

Первая функция системы обработки реализуется с помощью следующих цифровых устройств:

· устройства череспериодного (двойного или тройного) вычитания системы СДЦ;

· видеокоррелятора для подавления несинхронных помех и отраженных сигналов предыдущею периода зондирования;

· устройства ЛОГ-МПВ-АнтиЛОГ для выделения полезного сигнала на фоне помех от протяженных по дальности и азимуту целей (в частности, помех от метеообразований);

· устройства выделения сигналов для получения информации о контурах метеообразований.

При выполнении второй функции системы обработки используются следующие устройства:

· устройство секторизации для разделения зоны обзора на ячейки и распределения памяти системы;

· картограф помех для формирования динамической карты помех;

· анализаторы параметров принимаемых сигналов, с помощью которых проводится анализ текущей помеховой обстановки (анализаторы уровня сигнала в тракте промежуточной частоты, частоты ложных тревог, параметров сигналов от метеообразований и др.);

· оперативные запоминающие устройства для хранения информации о текущей помеховой обстановке;

· управляющие устройства для формирования сигналов управления режимами работы и параметрами РЛС, которые определяют:

· выбор весовых коэффициентов для ФНК,

· выбор режима А или СДЦ,

· включение или отключение устройства ЛОГ-МПВ-АнтиЛОГ,

· подстройку порога обнаружения при стабилизации уровня ложных тревог,

· другие параметры обработки сигналов для каждого участка или ячейки зоны обзора отдельно.

Устройство S (см. рис. 1.1) осуществляет объединение сигналов двух частотных каналов РЛС. С выхода этого устройства в АПОИ передаются два объединенных сигнала: сигнал А (или СДЦ) и сигнал Метео. В РЛС, не содержащих собственной АПОИ, эти сигналы преобразуются с помощью цифро-аналоговых преобразователей в аналоговую форму и передаются на входы АПОИ, сопрягаемой с РЛС, контрольного индикатора (КИ) и широкополосной линии связи ШЛС. Последняя обеспечивает передачу радиолокационной информации в необработанном виде, т. е. минуя АПОИ, на аппаратуру отображения неавтоматизированной системы УВД.

Аппаратура первичной обработки информации обычно представляет собой универсальную аппаратуру, сопрягаемую с различными типами РЛС. В этой аппаратуре осуществляются операции обнаружения сигналов от воздушных целей и измерения их координат, а также объединение информации первичной РЛС с информацией вторичного радиолокатора. С выхода АПОИ радиолокационная информация в цифровом виде транслируется в центр УВД с помощью узкополосной аппаратуры передачи данных АПД. Кроме того, эта же информация поступает на контрольный индикатор КИ первичной РЛС. Для синхронизации АПОИ, КИ и аппаратуры отображения, подключаемой через ШЛС, используются сигналы, вырабатываемые системой синхронизации СС, а также сигнал текущего азимутального направления ДНА первичной РЛС, поступающий из антенно-фидерной системы. В универсальных АПОИ обычно предусматривается автономный синхронизатор, позволяющий вести обработку и выдачу сигналов в оптимальном темпе независимо от временных режимов работы первичного и вторичного радиолокаторов. Для этого на входе АПОИ предусматриваются буферные запоминающие устройства, управляемые тактовыми импульсами и сигналами угловой информации названных радиолокаторов. Дальнейшая обработка в АПОИ производится с помощью управляющих сигналов, вырабатываемых автономным синхронизатором АПОИ.

Важной особенностью рассматриваемой перспективной РЛС является использование системы автоматического встроенного контроля (АВК), обеспечивающей допусковый контроль аналоговых и тестовый контроль цифровых устройств и систем РЛС.

Конструктивно РЛС выполняется из отдельных сборочных единиц - модулей, при комплектации которых в определенных комбинациях можно получить несколько вариантов РЛС, различающихся по дальности действия, надежности и стоимости. Этим достигается рациональное использование оборудования РЛС с учетом конкретных условий применения.

Передающий тракт любой РЛС состоит из передающего устройства, фидерной системы и антенны. Радиопередающее устройство предназначено для формирования зондирующих сигналов путем преобразования энергии источников питания в энергию высокочастотных (ВЧ) колебаний и управления параметрами этих колебаний. Для этого в состав передающего устройства обычно включают источник питания, модулятор (управляющее устройство) и генератор.

Источник питания обеспечивает подачу энергии в виде переменного или постоянного тока. Во втором случае источник питания выполняется в виде высоковольтного выпрямителя. Оба типа источников нашли применение в бортовых РЛС.

Модулятор осуществляет управление параметрами огибающей ВЧ сигнала.

Генератор вырабатывает мощный ВЧ сигнал, параметры которого определяются управляющими сигналами модулятора.

Первая группа - с непрерывным излучением (без модуляции и с модуляцией излучаемых колебаний по амплитуде, частоте и фазе). Подобные передающие устройства используются в бортовых радиолокационных системах, предназначенных для определения путевой скорости и угла сноса самолета (по доплеровскому изменению частоты), трансляции радиолокационной информации и т.д.

Вторая группа - передатчики, работающие в импульсном режиме излучения с длительностью ВЧ-импульсов от долей микросекунды до сотен миллисекунд и скважностью от единиц до сотен тысяч. В таких передающих устройствах может применяться амплитудная, частотная и фазовая модуляции ВЧ-колебаний как внутри отдельного импульса, так и в последовательности импульсов. Кроме того, могут использоваться и специфические виды модуляции (по длительности импульса, кодово-импульсная и т.п.).

Структурная схема передатчика с однокаскадным генератором