Система цифровой обработки сигналов и адаптации РЛС

ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РЛС

Обобщенная структурная схема РЛС приведена на рис. 7.1.

В бортовых РЛС в большинстве случаев импульсы бывают прямоугольной, ромбовидной, либо колоколообразной формы. Длительность импульсов лежит от 10^-9 до 10^-6 а период скважности Т/t > 1000. В последнее время РЛС используют сложные и шумоподобные сигналы. Сигналы подразделяются на:

- когерентные – начальная фаза одного из них однозначно может быть определенна по аналогичной фазе любого из них.

- некогерентные – начальная фаза каждого из импульсов случайны и, как правило,

 

Рис.7.1. Обобщенная структурная схема РЛС

 

На смеситель поступает входной сигнал и сигнал с гетеродина. На выходе схемы, на резонансном контуре выделяется сигнал промежуточной частоты, частота которого для различных приемников колеблется в пределах fупч=30-120 МГц.

Основное усиление приемника осуществляется в усилителе промежуточной частоты (УПЧ), который, как правило, является многокаскадным и резонансным. Его коэффициент усиления может достичь 10⁵¸10⁷ . Предварительный УПЧ – обычно совмещен со смесителем, а затем следует основной УПЧ, охваченный временной автоматической регулировкой усиления (ВАРУ), быстрой автоматической регулировкой усиления (БАРУ), и ручной регулировкой усиления (РРУ). Автоматическая регулировка усиления (АРУ) поддерживает:

Uвых = const

Наиболее часто используют ВАРУ. Временная система ВАРУ уменьшает коэффициент усиления после излучения передатчика, а затем плавно увеличивает его по квадратному закону.

БАРУ повышает помехоустойчивость и защищает от перегрузок при воздействие сильных сигналов и отражений от местных предметов. Для предотвращения перегрузки, как правило, основной УПЧ имеет логарифмическую амплитудную характеристику (ЛАХ).

После УПЧ сигнал поступает на видеодетектор (ВД), а затем на усилитель видеосигналов (ВУ).

В самолетных РЛС применяются двухканальные системы АПЧ. В таких случаях используются поисковые устройства, управления частотой гетеродина по определению закону. Только после того как fг достигнет величины попадания в полосу пропускания УПЧ, заканчивается поиск и начинается режим отслеживание заданной частоты.

Наиболее часто оконечное устройство приемника – это электронно - лучевые трубки (ЭЛТ), а в последнее время это специальные процессоры различного типа для связи с пультом диспетчера.

 

 

7.2. Радиолокационное обеспечение АС УВД.

Основным источником динамической информации о воздушной обстановке в автоматизированных системах УВД являются РЛС различных типов, применение которых определяется назначением АС УВД. С помощью РЛС диспетчерский состав службы движения получает информацию о координатах судов в контролируемой зоне воздушного пространства, дополнительные сведения о запасе топлива, об индивидуальном бортовом номере, о векторе скорости и о ряде других параметров, используемых в целях обеспечения заданного уровня безопасности полетов и интенсивности воздушного движения.

Рис. 7.2. Состав оборудования радиолокационной позиции АС УВД:

а - позиция трассовой АС УВД; б - позиция аэродромной АС УВД

 

Очевидно, что в состав радиолокационного комплекса, кроме ПРЛС. должен входить и ВРЛ, который реализуется в виде встроенного непосредственно в первичную РЛС либо в виде автономного ВРЛ типа «Корень АС».

Состав оборудования типовых радиолокационных позиций АС УВД приведен на рис. 7.2. Необходимо отметить, что для трассовой и аэродромных позиций характерно наличие первичного и вторичного радиолокаторов, аппаратуры первичной обработки информации (АПОИ). Если ВРЛ встроен в ОРЛ, то в составе позиции рассматривается радиолокационный комплекс (РЛК). Так, например, для позиции, изображенной на рис. 2.6 а, могут использоваться ОРЛ-Т типа ATSR-22 и ВРЛ типа «Корень-АС» или РЛК типа «Скала-М», а для позиции, изображенной на рис. 7.2., б, ОРЛ-ТА типа «Нарва» и ВРЛ «Корень АС» или РЛК типа «Иртыш».

В состав аэродромного комплекса входит ПРЛ.

Аппаратура первичной обработки информации обнаруживает полезные сигналы на фоне помех, определяет полярные координаты соответствующих целей и преобразует их в декартовые. Необходимость такого пересчета объясняется тем, что при этом алгоритмы вторичной обработки информации на вычислительном комплексе, который входит в состав центра УВД, значительно упрощаются. Обработанная информация обоих каналов комплекса объединяется и с помощью модемов передается в вычислительный комплекс по узкополосным каналам со скоростью 2400 бит/с.

Особенностью АС УВД является возможность комплексации информации РЛС УВД, что позволяет значительно расширить функциональные возможности системы в целом. При решении задач по управлению воздушным движением вычислительный комплекс производит прием, обработку и хранение цифровой информации, поступающей с различных радиолокационных позиций и от пультов ввода плановой информации. При вторичной обработке анализируется информация, полученная за несколько обзоров РЛС, определяются траектории движения ВС при последующем сопровождении. ЭВМ рассматривает скорость, курс ВС, осуществляет контроль по соответствию координатных отметок, полученных при предыдущих обзорах, данному ВС.

Далее информация поступает на индикаторные устройства диспетчерских пультов. Управление видом и составом цифровой информации осуществляется вычислительным комплексом. Кроме этого, осуществляются согласование источников и потребителей информации, контроль работоспособности всех узлов.

Для обеспечения надежной работы используются две ЭВМ, одна из которых находится в состоянии «горячего» резерва.

7.2. ТРАССОВАЯ ОБЗОРНАЯ РЛС «СКАЛА-М»

Обзорные первичные трассовые РЛС предназначены для обеспечения радиолокационного контроля воздушного пространства на трассах и во внеаэродромном пространстве и при отсутствии ВРЛ являются основным источником информации о наличии и координатах ВС в зоне наблюдения для диспетчеров районных центров и пунктов подхода.

ОРЛС-Т обеспечивают обнаружение всех ВС, в том числе и не имеющих бортовых ответчиков, а также получение оперативной информации о метеорологической обстановке.

Использование первичных РЛС (ПРЛС) связано с рядом ограничений:

отраженные сигналы чрезвычайно малы и сильно ослабляются при распространении, поэтому для обнаружения ВС на больших дальностях необходимы значительные энергетические потенциалы РЛС, что, в свою очередь, требует значительных габаритных размеров и массы передающих и антенных устройств и большого энергопотребления;

первичное опознание ВС и непрерывное поддержание его наблюдения представляет определенные трудности;

процедура передачи управления от одного диспетчера и органа УВД к другому диспетчеру или органу УВД не проста и не всегда однозначна;

на диспетчерском индикаторе иногда бывает значительное число ложных сигналов.

Эти недостатки ликвидируются при одновременной работе ПРЛС и ВРЛС. Радиолокаторы, в которых они конструктивно объединены, называют радиолокационными комплексами (РЛК), а составляющие их станции - первичным и вторичным каналами (ПРК и ВРК ). ПРК и ВРК, комплексы включают аппаратуру первичной обработки отраженных и ответных сигналов (АПОИ) и модемы аппаратуры передачи данных (АПД) от РЛК на КДП.

Трассовые РЛС подразделяют на обзорные трассовые радиолокаторы ОРЛ - (вариант А ) с максимальной дальностью 400 км и (вариант В) с максимальной дальностью 250 км.

Существует несколько вариантов построения структурных и функциональных схем трассовых радиолокаторов. Наиболее характерными особенностями этих схем является двухкомплектное двухканальное построение схемы с одновременной работой двух комплектов на разных несущих частотах.

Двухкомплектное построение РЛ предполагает, что имеются два идентичных комплекта аппаратуры, включающие в себя отдельные передающие и приемные устройства и работающие на общую антенную систему. Выход из строя одного из комплектов не вызывает отказ в работе всего РЛ, а лишь несколько уменьшает его максимальную дальность, В некоторых случаях предусматривается нормальная работа с одним комплектом. Второй комплект в это время находится в нагруженном резерве. У некоторых радиолокаторов предусматривается третий резервный комплект аппаратуры, который в случае необходимости в так называемом форсированном режиме может работать одновременно с первым и вторым комплектами.

Для устранения перегрузки волноводных трактов, обеспечения возможности введения особых режимов работы каждого из комплектов и для уменьшения флуктуаций результирующих сигналов каждый комплект РЛ работает на своей несущей частоте f1 или f2 Разнос частот между комплектами обычно составляет 40...60 МГц. Объединение и разделение сигналов отдельных комплектов производятся с помощью волноводных мостов или избирательных фильтров.

Для устранения нежелательных взаимных влияний сигналов, излучаемых и принимаемых на разных несущих частотах, в радиолокаторах предусмотрен небольшой временной сдвиг зондирующих импульсов одного комплекта относительно импульсов другого комплекта. Этот сдвиг обычно равен 4...8 мкс. В приемном тракте при суммировании сигналов разных комплектов осуществляется соответствующая компенсация временного сдвига.

Двухканальный принцип построения РЛ означает, что ДН такого РЛ в вертикальной плоскости имеет два лепестка. Нижний лепесток формируется облучателем основного канала, а верхний - дополнительным каналом, предназначенным для индикации высотных целей. Такое построение РЛ позволяет гибко изменять его зону обзора в зависимости от помеховой ситуации и, в какой-то мере, оптимизировать конфигурацию зоны обзора, добиваясь необходимой вероятности обнаружения целей, расположенных на нижних и верхних эшелонах, при достаточно низких энергетических затратах .

Основной канал работает, как правило, на передачу и прием излучаемых сигналов. Дополнительный канал работает только на прием . В этом случае принимается та часть энергии, которая излучается основным каналом в секторе угла места дополнительного канала.

Структурная схема РЛС «Скала-М» представлена на рис. 2.22. В ее состав входят первичный радиолокационный канал (ПРК), вторичный радиолокационный канал (ВРК), аппаратура первичной обработки информации (АПОИ) и коммутирующее устройство (КУ).

В ПРК входят: поляризационные устройства ПУ; вращающиеся переходы ВП, два блока сложения мощностей (БСМ1, 2); антенные переключатели (АП1, 2, 3)\ передатчики (Прд 2, 3); блок разделения сигналов БРС; приемники (Прм 1, 2, 5); система селекции движущихся целей СДЦ; устройство формирования зоны обнаружения (ФЗО) и контрольный индикатор (КИ). Вторичный радиолокационный канал включает в себя: антенную систему ВРЛ (АВРЛ); самолетный ответчик (СО) типа СОМ-64, используемый в качестве устройства, контролирующего работу ВРЛ; фидерное устройство (ФУ); приемопередающее устройство (ПП), используемое в режиме «RBS); устройство согласования (СГ) и приемное устройство (ПРМ), используемое в режиме УВД.

Рис.7.3. Структурная схема РЛС «Скала-М»

Съем и трансляция информации осуществляются с помощью широкополосной радиорелейной линии ШРЛ и узкополосной линии передачи УЛП.

Высокочастотные сигналы передающих устройств подаются через антенные переключатели на устройства сложения мощностей и далее через вращающиеся сочленения и устройство управления поляризацией к облучателю нижнего луча. Причем на участках 1 и 2 зоны обнаружения используются сигналы первого приемопередатчика, поступающие по верхнему лучу и прошедшие обработку в СДЦ, на 3- композиционные сигналы, поступающие по обоим лучам и обработанные в амплитудном канале первого и второго приемопередатчиков, а на 4 - сигналы первого и второго приемопередатчиков, поступающие по нижнему лучу и обработанные в амплитудном канале. При отказе любого из комплектов его место автоматически занимает третий приемопередатчик.

Устройства сложения мощностей производят фильтрацию принятых нижним лучом эхо-сигналов и в зависимости от несущей частоты передают их через АП на соответствующие приемо-анализирующие устройства. Последние имеют раздельные каналы обработки сигналов основного луча и луча канала индикации высоколетящих целей (ИВЦ). Канал ИВЦ работает только на прием. Его сигналы проходят поляризационное устройство и после блока разделения сигналов поступают на три приемника. Приемники выполнены по супергетеродинной схеме. Усиление и обработка сигналов промежуточной частоты выполняются в двухканальном УПЧ. В одном канале усиливаются и обрабатываются сигналы верхнего луча, в другом - нижнего.

Каждый из аналогичных каналов имеет два выхода: после амплитудной обработки сигналов и по промежуточной частоте для фазовых детекторов системы СДЦ. На фазовых детекторах выделяются синфазная и квадратурная составляющие.

После СДЦ сигналы поступают в АПОИ, объединяются с сигналами ВРЛ и далее подаются на аппаратуру отображения и обработки радиолокационной информации. В АС УВД в качестве АПОИ может использоваться экстрактор СХ-1000. а в качестве устройств трансляции-модемы СН-2054.

Вторичный радиолокационный канал обеспечивает получение координатной и дополнительной информации от ВС, оборудованных ответчиками в режимах «УВД» или «RBS». Форма сигналов в режиме запроса определяется нормами ИКАО, а при приеме — нормами ИКАО или отечественного канала в зависимости от режима работы ответчиков. Структурная схема и параметры аппаратуры вторичного канала аналогичны автономному ВРЛ типа «Корень-АС».

 

Основные функции:

- Очистка полезного сигнала от помех,

- Стабилизация уровня ложных тревог,

- Выделение сигналов о границах мощных метеообразований,

- Анализ текущей помеховой обстановки, управление структурой, режимами работы и параметрами РЛС.

Преимущества цифровой обработки сигналов в РЛС:

- Использование типовых элементов цифровой вычислительной техники,

- Позволяет производить все арифметические операции,

- Реализация любого алгоритма обработки сигналов,

- Возможность длительного накопления слабых сигналов в ЗУ,

- Стабильность характеристик цифровых устройств при изменении напряжения питания и температуры,

- Большой динамический диапазон,

- Высокая точность выполнения арифметических операций,

- Высокая надежность и высокое быстродействие,

- Возможность гибкой оперативной перестройки параметров устройств и программ,

- Возможность работы в реальном масштабе времени,

- Цифровая аппаратура не требует настройки и регулировки в процессе эксплуатации,

- Не требует длительного прогрева аппаратуры,

- Позволяет осуществлять дополнительные функции кроме основных,

- Возможность осуществления встроенного контроля.

Общая структурная схема состоит:

- Канала обработки информации,

- Канала адаптации и управления РЛС,

- Метеоканала.

Канал обработки информации состоит:

- На входе два ФД по сигналу А и В, выбирается один из них, в двухчастотном режиме выбирается А (СКАЛА-М),

- В РЛС (СКАЛА-МПА, ATSR-22, -44) обрабатываются оба сигнала А и В,

Сигналы А и В подаются на АЦП, преобразуются в 8-ми разрядный код, поступают в цифровое устройство череспериодного вычитания(2-х или 3-х), с выхода ЦСДЦ код А и В на ЦАП и коммутатор К, а канал А или В поступает на цифровую схему ЛОГ-МПВ-АнтиЛОГ.

С выхода К сигнал поступает на устройство объединения сигналов и формирования зоны обнаружения РЛС.

Устройство ЛОГ-МПВ-АнтиЛОГ предназначено для дополнительного подавления помех от мощных метеообразований, которые пропустила система поляризационной селекции и обработки в системе СДЦ.