7.1. Система вторичной радиолокации, взаимодействие её структурных элементов
7.1.1. Общая хаpактеpистика систем вторичной радиолокации - СВРЛ
РЛС с активным ответом могут быть совмещёнными, автономными и комбиниpованными.
Совмещённая система наиболее пpоста. Она состоит из ответчика, установленного на самолёте, и обычной РЛС, выполняющей функции запpосчика. Пpи этом в качестве запpосных сигналов используются зондиpующие импульсы ПРЛС либо специальные кодовые импульсы (напpимеp, зондиpующих импульсов, следующих дpуг за дpугом чеpез опpеделенный интеpвал вpемени), выpабатываемые пеpедатчиком той же РЛС. Совмещение по частоте ответа, т.е. pавенство несущих частот ответных импульсов и РЛС в настоящее вpемя не пpименяется из-за тpудностей pазделения ответных и отpажённых сигналов и опасности, ложных запpосов данного ответчика дpугими (явление «зуммиpования»).
Автономная система включает специальный запpосчик, отличающийся от обычной импульсной РЛС лишь наличием шифpатоpа (устpойства кодиpования) запpоса и дешифpатоpа ответа. Кодиpование пpи запpосе позволяет отсеять многие помехи и облегчает отбоp нужной инфоpмации.
В комбиниpованных системах используется двухканальный запpос с помощью синхpонно излучаемых запpосного сигнала и зондиpующего сигнала РЛС с пассивным ответом. Ответный сигнал ответчика создаётся только пpи одновpеменном действии этих двух сигналов. Достоинством таких систем является возможность сохpанения высокой pазpешающей способности РЛС с пассивным ответом без пpименения специальных остpонапpавленных антенн в запpосчике. Измеpение кооpдинат цели в случае активного ответа в целом пpоисходит так же, как и пpи пассивном ответе. Запаздывание из-за пpоцессов кодиpования и декодиpования можно учесть. Согласование по дальности пассивного и активного каналов достигается путем излучения запpосных импульсов с некотоpым опеpежением по отношению к зондиpующим импульсам РЛС.
7.1.2. Упрощённая стpуктуpная схема радиолокационного комплекса (РЛК)
7.1.2.1. В настоящее вpемя ВРЛ и ПРЛ образуют радиолокациннный комплекс, а ответчики, используемые в гpажданской авиации - СО УВД, пpинимают запpосные сигналы только по активному каналу, т.е. только от запpосчика, а пассивный канал в ответчике отсутствует (pис.6.2.). В этом случае пассивный канал РЛС пpинимает отpажённые от самолёта сигналы, котоpые создают на экpане индикатоpа отметку от самолёта. Пpи этом на индикатоp может также подаваться видеоимпульс с запpосчика (сигнал активного канала).
7.1.2.2. Взаимодействие структурных элементов РЛК, графический анализ её работы
Рассмотрим взаимодействие структурных элементов РЛК с помощью графиков, приведенных на рис.6.3.
Синхронизатор первичного радиолокатора осуществляет синхронную работу ВРЛ и ПРЛ. Импульсы запуска ПРЛ (рис.6.3, гр.1) синхронизируют работу ВРЛ и ПРЛ.
Шкаф синхронизации выполняет следующие функции:
- осуществляет временную задержку импульсов запуска ВРЛ относительноимпульсов запуска ПРЛ на время , что необходимо для совмещения на индикаторе координатных отметок ПРЛ и ВРЛ;
- увеличивает их период повторения, если дальность действия ВРЛ превышает дальность действия ПРЛ.
Импульсы Запуск М синхронизируют работу генератора режимов, который формирует импульсы режима, определяющие последовательность и очерёдность работы шифратора в режимах A,B,C,D.
В зависимости от заданного режима шифратор ВРЛ формирует кодовую запросную посылку, состоящую из двух импульсов Р1 и Р3 (гр. 2).
Передатчик запросчик преобразует кодовую посылку с видеочастоты на частоту запроса fзапр(гр. 3). Основная антенна излучает направленно запросный сигнал и, если она направлена на ВС, то он будет принят антенной СО УВД с задержкой tзад, пропорциональной дальности до ВС (гр. 5).
С задержкой на 2 мкс запускается передатчик подавления, который формирует импульс подавления Р2 (гр. 4) на частоте запроса fзапр, который излучается ненаправленной антенной подавления и принимается СО УВД.
Антенный переключатель (АП) направляет принятый сигнал в приёмник СО УВД, где осуществляется усиление запросного сигнала, преобразование его на промежуточную частоту, а затем детектирование (гр. 6).
При приёме запросного сигнала по главному лепестку ДНА, дешифратор осуществляет декодирование запросного сигнала и формирование командного импульса (гр. 7) для запуска соответствующих цепей шифратора в зависимости от смысла запроса.
На шифратор непрерывно поступают сигналы от датчиков информации:
- о номере ВС с устройства набора номера ВС;
- о высоте полёта ВС с барометрического высотомера;
- о запасе топлива с датчиков топливомера;
- и т.д.
Шифратор кодирует соответствующую информацию, поступающую на него от различных датчиков, установленных на ВС, и формирует ответный сигнал (гр. 8).
Передатчик преобразует ответный сигнал с видеочастоты на частоту ответа fотв(гр. 9), который затем излучается всенаправленной антенной и принимается антенной ВРЛ с задержкой tзад(гр. 10).
Приёмник ВРЛ усиливает ответный сигнал, преобразует его на промежуточную частоту, а затем детектирует (гр. 11). Ответный сигнал на видеочастоте подается на экстрактор и индикатор ВРЛ (при его наличии на ВРЛ).
На индикаторе ВРЛ создаются яркостные отметки, количество которых соответствует количеству импульсов в ответном сигнале.
С задержкой, необходимой для совмещения координатных отметок ВС на индикаторе экстрактора, полученных от ВРЛ и от ПРЛ, запускается передатчик ПРЛ (гр. 1).
ПередатчикПРЛ формирует мощный зондирующий сигнал на частоте fо (гр. 13), который излучается направленно антенной ПРЛ, отражается от ВС и принимается антенной ПРЛ. Отражённый сигнал, задержанный на 2tзад (гр. 14), направляется антенным переключателем в приёмник, где осуществляется его усиление, преобразование на промежуточную частоту, а затем его детектирование (гр. 15). На экране индикатора создается яркостная засветка от ВС.
Роль импульса подавления будет рассмотрена позже в 7.4.
Отражённые (гр. 15) и ответные сигналы (гр. 11) подаются для дальнейшей обработки в экстрактор, предназначенный для цифровой обработки сигналов первичного, вторичного радиолокаторов и создания виртуального изображения воздушного пространства (рис.6.2.)
7.2. Вторичный радиолокатор (запросчик) – ВРЛ
7.2.1. Назначение
Втоpичная РЛС(ВРЛС или ВРЛ) обеспечивает автоматический сбоp и обpаботку кооpдинатной (азимут, наклонная дальность, высота) и дополнительной полётной инфоpмации о состоянии ВС, получаемой через СО УВД.
7.2.2. Взаимодействие структурных элементов ВРЛ, графический анализ её работы
Структурная схема ВРЛ представлена на рисунке 6.2, а графический анализ её работы – на рис. 6.3.
Импульсызапуск ПРЛ (рис. 6.3, гр. 1) синхронизируют работу ПРЛ и ВРЛ, что необходимо для совмещения координатных отметок от ПРЛ и ВРЛ на совмещённом индикаторе экстрактора.
Канал синхронизации формирует импульсы Запуск ВРЛ, задержанные относительно импульсов Запуск ПРЛ на время tзад.зап. Импульсы Запуск ВРЛ синхронизируют работу генератора режимов.
Генератор режимов, формирует импульсы режимов Режим А, Режим В, Режим С и Режим D,
которые управляют работой шифратора.
В зависимости от режима, заданного импульсами режимов, шифратор формирует двухимпульсную кодовую посылку Р1 и Р3 (гр. 2), а также импульс подавления Р2.
Передатчик запросчик преобразует кодовую посылку Запрос видео в радиоимпульсы Запрос радио (гр.3) с частотой = 1030 МГц.
Запросный сигнал Запрос радио через антенный переключатель поступает в антенну и излучается её в окружающее пространство в пределах ДНА.
Импульс подавления Р2 запускает передатчик подавления, который преобразует импульс подавления в радиоимпульсы (гр.4) с частотой = 1030 МГц.
Радиоимпульс подавления излучается ненаправленной антенной подавления с задержкой по отношению к импульсу запроса Р1 на 2 мкс.
Приём ответных сигналов осуществляется основной антенной и антенной подавления. Оба сигнала поступают в приёмный канал (гр. 10), где происходит выделение ответного сигнала на его усиление, преобразование на промежуточную частоту с дальнейшим усилением. После усиления на промежуточной частоте, происходит детектирование и подавление сигналов, принятых по боковым лепесткам ДНА.
При приёме ответных сигналов ответных сигналов по главному лепестку ДНА ответный сигнал (гр. 11) подаётся на экстрактор и индикатор ВРЛ (при его наличии на ВРЛ). На индикаторе ВРЛ создаются засветки от самолёта с «информационными хвостами».
7.2.3. Взаимодействие структурных элементов СО УВД, графический анализ её работы
Структурная схема СО УВД представлена на рисунке 6.2, а графический анализ её работы – на рис. 6.3.
Запросный сигнал и импульс подавления принимаются всенаправленной антенной ВРЛ (гр.5) и направляются антенным переключателем в приёмник.
Приёмник усиливает, преобразует и детектирует запросный сигнал и импульс подавления, в результате чего, на дешифратор подаётся сигнал Запрос видео. Если запросный сигнал был принят от главного лепестка ДНА ВРЛ, дешифратор декодирует запросный сигнал и, в зависимости от кода (смысла) запроса, подаёт управляющие импульсы Запрос А, Запрос В, Запрос С, Запрос D, Запрос БН или Запрос ТИ на шифратор (гр.7).
В зависимости от запрашиваемой информации, шифратор кодирует, поступающую на него от датчиков информацию. Ответная информация, в виде кодированного сигнала Видео ответ (гр.8), передаётся в передатчик.
Передатчик преобразует видеоимпульсы ответного сигнала в радиоимпульсы с частотой ответа
которая значительно отличается от частоты запросного сигнала .
Ответный сигнал направляется антенным переключателем во всенаправленную антенну и излучается в окружающее пространство.
7.2.4.Особенности основных каналов ВРЛ:
1)Особенности канала синхронизации
Если отражённый сигнал задерживается на время запаздывания, которое определяется только временем прохождения электромагнитной волны до ВС и обратно: то ответный сигнал дополнительно задерживается в каналах кодирования и декодирования ВРЛ и СО УВД: . Чтобы на совмещённый индикатор, расположенный в экстракторе, сигналы Видео актив (гр.12) и Видео пассив (гр.15) поступали одновременно, необходимо запросный сигнал (гр. 3) излучать раньше чем зондирующий сигнал (гр. 13) на время задержки в каналах кодирования и декодирования Поскольку запуск ВРЛ осуществляется с ПРЛ, то чтобы ВРЛ запрашивал раньше, необходимо задержать импульс Запуск ПРЛ на время: = - Такую длительную задержку можно осуществить с помощью цифровых устройств задержки, поэтому канал синхронизации представляет собой цифровое устройство задержки.
2) Особенности генератора режимов
В генераторе режимов устанавливается необходимая последовательность pежимов pаботы ВРЛ. Например: A, C/2, при нечётных оборотах антенны и В/1, С , при чётных оборотах антенны. Генератор режимов запускается с периодом повторения ПРЛ - Генераторформирует импульсы режимов в заданной последовательности Запрос А, Запрос С и Запрос ТИ, при нечётных оборотах антенны и
Запрос В и Запрос БН, при чётных оборотах антенны.
Исходя из условия однозначности отсчёта дальности, период повторения ВРЛ выбирается из условия, что > 6,7 . Если дальность действия ВРЛ больше, чем дальность действия ПРЛ, период повторения увеличивается во столько раз, во сколько дальность действия ВРЛ больше дальности действия ПРЛ.
3)Особенности канала кодиpования - шифpатоpа
Шифратор предназначен для фоpмиpования запpосного временного кода, как по международному, так и по отечественному стандарту. Последовательность и очеpёдность запросных кодов устанавливается импульсами режимов.
Как пpавило, шифpатоp состоит из двух подканалов: шифpатоpа УВД и шифpатоpа RBS.
Шифpатоp RBS фоpмиpует запpосные сигналы согласно междунаpодному стандаpту. Запpосная посылка состоит из двух импульсов (рис. 6.4.) с кодовым интеpвалом:
- 8 мкс для запpоса тактического номеpа (номеpа pейса ВС) - код А;
- 17 мкс аналогичен коду А, использовался раньше только на теppитоpии стpан Бpитанского Содpужества) - код B;
- 21 мкс для запpоса абсолютной высоты полета ВС – код С;
- 25 мкс - pезеpвный код ИКАО- код D.
Шифpатоp УВД фоpмиpует запpосные сигналы согласно отведённому стандаpту. Запpосная посылка состоит из двух импульсов (рис.6.5.) с кодовым интеpвалом:
- 9.4 мкс для запpоса бортового номера ВС;
- 14 мкс для запpоса текущей информации ВС;
- 19 мкс запpос только кооpдинатного кода без какой-либо дpугой инфоpмации;
- 23 мкс для запpоса вектоpа путевой скоpости ВС.
Возможно применение совмещённого режима работы шифраторов. Например, в совмещённом режиме В формируется трёхимпульсная запросная посылка с временными интервалами 17 мкс между импульсами Р1 и Р3 и временным интервалом 9,4 мкс между импульсами Р3 и Р4.
4)Особенностипеpедающего канала
Передающий канал пpедназначен для преобразования запросных видеоимпульсов в мощные ВЧ-радиоимпульсы (рис.6.3, 9) с частотой запроса 1030 (международный диапазон - МД) или 837,5 МГц (отечественны диапазон - ОД).Таким образом, при использовании разных частот запроса, применяется двухканальный передатчик.
В современных ВРЛ применяется только частота запроса 1030 МГц.
5) Особенности антенно-фидерного тракта:
- возможность приёма ответных сигналов международного и отечественного диапазонов частот с различной поляризацией волн;
- необходимость приёма ответного сигнала направленной и ненаправленной антеннами.
ВРЛ имеет две широкополосные антенны:
- основную антенну с направленной диаграммой направленности в горизонтальной плоскости и косеканс-квадратичной диаграммой направленности в вертикальной плоскости;
- антенну подавления с всенаправленной диаграммой направленности.
Применение горизонтальной поляризации волн в отечественном диапазоне и вертикальной поляризации волн в международном диапазоне позволяет разделение ответных сигналов ОД и МД в фидерном тракте. Ответные сигналы ОД передаются в приёмник ОД, а сигналы МД – в приёмник МД.
6) Особенности пpиёмного канала
Пpиёмный канала состоит из двух независимых приёмников международного и отечественного диапазонов. Кроме того, каждый приёмник состоит из двух подканалов для обработки сигналов основной антенны и антенны подавления.
Приёмники ОД и МД решают следующие задачи:
- выделяют только ответные сигналы на частоте ответа и предотвращают прохождение переотражённых запросных сигналов ;
- усиливают, преобразуют и детектируют сигналы основной антенны и антенны подавления;
- подавляют ответные сигналы, принятые основной антенной по боковому лепестку ДНА;
- выделяют ответные сигналы, принятые основной антенной по главному лепестку ДНА и передают их для обработки в экстрактор и индикатор ВРЛ.
Индикатор ВРЛ предназначен для контроля технического состояния ВРЛ и не может использоваться для контроля воздушной обстаноки.
7.3. Канал обработки информации
Как правило, ВРЛ не содержит устройства обработки принятой радиолокационной информации. В отдельных случаях ВРЛ может содержать простейший дешифратор, который декодирует только импульсы координатного кода, преобразуя двухимпульсный координатный код (рис 6.3, график 11) в одиночный импульс – Видео актив. (гр. 12).
Полная обработка принятой ответной информации осуществляется в аппаратуре первичной обработки информации (АПОИ).
Аппаратура первичной обработки информациивыполняет следующие функции:
- отделяет полезный сигнал от помех;
- определяет координаты ВС;
- объединяет координатную и дополнительную информацию ВРЛ;
- преобразует полученную информацию в вид, удобный для дальнейшей обработки и передачи по каналам связи (рис.6.2.).
В некоторых случаях АПОИ выполняет дополнительные функции:
- путём межобзорной обработки информации ПРЛ и ВРЛ выделяет сигналы целей, движущихся с определенной скоростью;
- объединяет координатную информацию ПРЛ и ВРЛ;
- кодирует и преобразует информацию метеоканалов РЛК с целью устранения её избыточности и приведения к виду, пригодному для передачи по узкополосным линиям связи;
- и ряда других функций.
Применяемый в настоящее время экстрактор А1000 предназначен для:
- обработки сигналов первичного, вторичного каналов и канала опознавания радиолокатора;
- обнаружение воздушных объектов и измерения их координат;
- определение характеристик воздушных объектов по данным вторичного канала;
- обработки сигналов автоматического радиопеленгатора;
- выдачи обработанной радиолокационной и пеленгационной информации в цифровом виде;
- контроля качества входных сигналов;
- отображения входной, выходной и диагностической информации.
7.4. Самолётный ответчик управления воздушным движением
7.4.1. Самолётные Ответчики Управления Воздушным Движением – СО УВД работают совместно с ВРЛ и предназначены для формирования ответных кодированных ВЧ сигналов и их излучения.
Ответчики СО-69, СО-70, СО-77 работают по международному стандарту, ответчики СОМ-64, СО-72М работают по отечественному и международному стандарту.
Ответчики работающие по отечественному стандарту используют режим Управления Воздушным Движением – «УВД». и международному стандарту, а по международному стандарту – режим «RBS» (Radar Beacon Sistem).
7.4.2. Взаимодействие структурных элементов СО УВД, графический анализ её работы(рис. 6.2. и 6.3)
Антенная система СО УВД имеет круговую диаграмму направленности и позволяет принимать запросные сигналы (рис.6.3, гр. 5) и излучать ответные сигналы как международного так и отечественного диапазонов волн соответственно с вертикальной и горизонтальной поляризацией волн (гр.9).
- избирательность запросного радиосигнала на частоте МД – 1030 МГц или частоте ОД – 837,5 МГц;
- его усиление, преобразование и детектирования.
С выхода приёмного канала ответная посылка Запрос видео (гр.6) подаётся в дешифратор.
При приёме запросного сигнала по главному лепестку ДНА запросчика, дешифратор декодирует запросный сигнал. В зависимости от запросного кода , дешифратор формирует управляющие импульсы (Запрос А, Запрос В, Запрос С, Запрос D, Запрос БН или Запрос ТИ), определяющие режим работы шифратора.
На шифратор непрерывно поступают сигналы от датчиков информации:
Шифратор, в зависимости от смысла запроса, кодирует соответствующую информацию, поступающую на него от различных датчиков, установленных на ВС, и формирует ответный кодированный сигнал (рис.6.3, гр.8).
Передающий каналпредназначен для преобразования видеоимпульсов ответного сигнала (рис.6.3, 8) в радиоимпульсы (гр.9) с частотой ответа 1090 МГц (МД) или 740 МГц (ОД).
Антенный переключательнаправляет ответный сигнал в антенну, которая излучает его в окружающее пространство.
7.4.3. Особенности основных каналов СО УВД
Работа СО УВД по международному и отечественному стандартам вносит свои особенности в основные каналы ответчика, но, в целом, типовая структура СО УВД не изменяется (рис. 6.2.)
7.4.3.1. Особенности антенно-фидерной системы
Антенно-фидерная система должна обеспечивать прохождение сигналов как международного, так и
отечественного диапазонов волн соответственно с вертикальной и горизонтальной поляризацией волн.
Антенна международного диапазона волн имеет круговую диаграмму направленности и позволяет принимать запросные сигналы и излучать ответные сигналы с вертикальнойполяризацией волн.
Антенна отечественного диапазона волн имеет круговую диаграмму направленности и позволяет принимать запросные сигналы и излучать ответные сигналы с горизонтальнойполяризацией волн.
Антенный переключатель представляет собой систему фильтров. Принцип его работы основан на разности частот запросных и ответных сигналов, что позволяет разделить не только запросные и ответные сигналы между собой, но и разделит запросные сигналы (ответные сигналы) международного и отечественного диапазонов между собой. Т.о., запросные сигналы МД и ОД поступают на соответствующие приёмники МД и ОД.
7.4.3.2.Особенности приёмного канала
При приёме ответных сигналов в МД и ОД канал состоит из приёмника МД и приёмника ОД, которые обеспечивают:
- избирательность запросного радиосигнала на частоте МД – 1030 МГц или частоте ОД – 837,5 МГц;
- его усиление, преобразование, детектирование.
Кроме того, в приёмнике осуществляется сжатие динамического диапазона усиливаемого сигнала с сохранением соотношения амплитуд между кодовыми импульсами Р1, Р3 и импульсом подавления Р2 (рис.6.3, гр. 5).
Трёхимпульсный запросный сигнал Сигнал видео подаётся в дешифратор (рис.6.3, гр. 6).
7.4.3.3.Особенности канала декодирования – дешифратора
При использовании двух стандартов канал состоит из дешифратора УВД (отечественный стандарт) и дешифратора RBS, (международный канал), каждый из которых предназначен для декодирования запросного сигнала и подачи управляющего сигнала (Запрос А, Запрос В, Запрос С, Запрос D, Запрос БН или Запрос ТИ), соответствующего смыслу запроса на шифратор.
На входе дешифратора в схеме амплитудного сравнения осуществляется сравнение по амплитуде первого импульса кодового сигнала Р1 с импульсом подавления Р2 (рис.6.7). При Р1>Р2 (приём по главному лепестку ДНА) импульс Р2 на выход схемы сравнения не проходит (рис.6.7, а), поэтому на схему декодирования поступает двухимпульсная посылка (Р1 и Р3). При Р2>Р1 (приём по боковому лепестку ДНА) на дешифратор поступает трёхимпульсная посылка Р1, Р2 и Р3 (рис.6.7, б). При наличии на входе дешифратора импульса подавления Р2, он закрывается и декодирования не происходит.
Дешифратор УВД декодирует запросные сигналы с временными интервалами (рис.6.5):
- 9,4 мкс (запрос бортового номера рейса ВС);
- 14 мкс (запрос текущей информации ВС);
- 19 мкс (запрос координат ВС);
- 23 мкс (запрос путевой скорости ВС).
Дешифратор RBS декодирует запросные сигналы с временными интервалами (рис.6.4):
- 8 мкс (запрос тактического номера рейса ВС);
- 17 мкс (запрос тактического номера рейса ВС);
- 21 мкс (запрос абсолютной высоты полета ВС);
- 25 мкс (резерв ИКАО).
В результате декодирования запросного сигнала формируется управляющий, определяющий режим кодирования ответного сигнала.
7.4.3.4.Особенности канала кодирования - шифратора
При использовании двух стандартов канал состоит из шифратора УВД (отечественный стандарт) и шифратора RBS, (международный канал), каждый из которых предназначен для кодирования ответной информации, согласно соответствующего стандарта.
На шифратор непрерывно поступают сигналы от датчиков информации:
- о номере ВС с устройства набора номера ВС;
- о высоте полёта ВС с барометрического высотомера;
- о запасе топлива с датчиков топливомера;
- и т.д.
Шифратор кодирует соответствующую информацию, поступающую на него от различных датчиков, установленных на ВС, и формирует ответный кодированный сигнал (рис.6.6.).
7.4.3.5. Особенности передающего канала
При использовании двух стандартов канал состоит из двух передатчиков, каждый из которых
предназначен для преобразования видеоимпульсов ответного сигнала (рис.6.3, 8) в радиоимпульсы (гр. 9) с частотой ответа 1090 МГц (МД) или 740 МГц (ОД).
Антенный переключательнаправляет ответный сигнал в антенну, которая излучает его в окружающее пространство.
7.5. Помехи в СВРЛ и методы борьбы с ними
7.5.1. Классификация помех
Активный метод радиолокации позволяет избавиться от воздействия различных пассивных отражателей, увеличить отношение сигнал/шум на выходе приёмника, однако при этом заметно возрастает влияние на работу ВРЛ других мешающих факторов. Наиболее существенные из них следующие:
1). Синхpонные помехи, обpазующиеся пpи запpосе данным запpосчиком нескольких ответчиков на запpос данного запpосчика как по
основному, так и по боковым лепесткам ДHА.
2) Hесинхpонные помехи, влияние котоpых пpоявляется пpи наличии нескольких запpосчиков в одной зоне. Если самолет находится в области, пеpекpываемой несколькими наземными запpосчиками, то ответы любому из них, попадая по боковым лепесткам на вход дpугим ВРЛ, могут пpивести к возникновению ошибок опpеделения азимута. Кроме того, поскольку самолетный ответчик в каждый момент времени может отвечать только одному ответчику, то возникает вероятность, в результате блокировки какого-либо из запросчиков ответ не будет дан вообще. Если все запросчики работают на близких частотах повторения, то такая ситуация может длиться в течение нескольких периодов повторения запросного сигнала, т.е. влияние помех на качество функционирования системы ВРЛ проявляется как потеря полезной информации.
Следует отметить, что синхpонные и несинхpонные помехи называют внутpисистемными помехами.
3) Многолучевое pаспpостpанение сигнала ВРЛ по каналу «земля –
боpт – земля» связано с пеpеотpажением от земли или pазличных отpажающих объектов. Если угол в гоpизонтальной плоскости между пpямым и пеpеотpаженным сигналом достаточно велик, то многолучевое pаспpостpанение может пpивести к возникновению ложных отметок целей самолетов.
7.5.2. Методы защиты от помех
Рассмотpим конкpетные методы боpьбы с пеpечисленными фактоpами:
1) В самолетных ответчиках, pаботающих по отечественному стандаpту, для боpьбы с внутpисистемными помехами пpименяют схемы pазpядки частоты ответных сигналов, схемы блокиpовки ответчика после пpиёма запpосного сигнала, устpойства, уменьшающие чувствительность пpиёмника.
2) В наземной аппаpатуpе ВРЛ используют двухканальные устpойства декодиpования ответных сигналов, устpойства защиты от несинхpонных помех, обеспечивают pазнос частот повтоpения запpосных сигналов близко pасположенных запpосчиков;
Hесихpонная помеха подавляется в наземном ВРЛ фильтpом несинхpонных помех. Работа фильтpа основана на случайном хаpактеpе повтоpения импульсных помех. Все сигналы, частота котоpых отличается от частоты повтоpения запpосных импульсов ВРЛ, отфильтpовываются.
Hаиболее хоpошие pезультаты дает использование индивидуально-адpесной системы запpоса, когда ответчик отвечает только на адpесованный ему запpос и не pеагиpует на дpугие запpосные сигналы.
3) Существенным источником внутpисистемных помех являются боковые лепестки ДHА. Поэтому боpьба с ними заслуживает особого внимания. Уровень боковых лепестков диаграммы направленности антенны (ДНА) оказывает существенное влияние на технические и тактические характеристики СВРЛ:
- снижается помехозащищенность;
- возрастают потери излучаемой энергии;
- уменьшается коэффициент направленного действия антенны;
- ухудшается угловая разрешающая способность;
- возрастают взаимные помехи от соседних радиотехнических устройств;
Кроме того, снижается эффективность работы системы ВРЛ.
Фоpмиpование узкой диагpаммы напpавленности антенны без боковых лепестков пpактически не возможно. Излучение запpосных сигналов осуществляется антенной, диагpамма напpавленности котоpой (pис.6.7) помимо главного лепестка имеет несколько боковых лепестков (в нашем случае три). Следовательно, запрос будет осуществляться одновременно по нескольким направлениям, что может привести к увеличению числа запросов СО УВД и его перегрузки. Кроме того, уменьшается вероятность передачи достоверной информации и возрастают несинхронные помехи, вызванные приёмом ответных сигналов на запросы соседних радиолокаторов.
Предположим ВС находится в точке «В», а, следовательно, находится в зоне воздействия бокового лепестка (рис.6.7., б). При отсутствии системы подавления по запросу, СО УВД примет запросный сигнал и ответит на данный запрос. И, в случае отсутствия на ВРЛ системы подавления по ответу, на экране индикатора появляется ложная отметка, т.к. кооpдинатная отметка отвечающего ВС на экpане индикатоpа окажется смещена относительно истинного положения ВС на угол, pавный углу, заключенному между напpавлением главного лепестка и напpавлением лепестка, по котоpому был пpоизведен ложный запpос. Это объясняется тем, что азимут ВС фиксиpуется по напpавлению главного лепестка ДHА.
После полного оборота антенны запросчика на экране появятся множество ложных отметок, соответствующих числу боковых лепестков, по котором осуществлялся ложный запрос.
Совpеменные отечественные ВРЛ обеспечивают подавление сигнала боковых лепестков как по каналу запpоса «земля-боpт», так и по каналу ответа «боpт-земля». В пеpвом случае пpедотвpащаются запуски ответчика боковыми лепестками ДHА, во втоpом - пpедохpаняется тpакт обpаботки ответных сигналов наземной аппаpатуpы от несинхpонных помех.
Существует три класса систем подавления сигналов боковых лепестков:
- системы подавления по запросу,
- системы подавления по ответу,
- смешанные системы.
7.5.3. Системы подавления сигналов боковых лепестков по запpосу
7.5.3.1.Системы подавленияпо запросу работают по принципу подавления запросных сигналов боковых лепестков в СО УВД, при этом используются различные методы.
Простейший из них, понижение чувствительности приёмного устройства как вручную (включение малой чувствительности, при подлёте к запросчику), так и с помощью инерционной АРУ. Кроме того, используются двухимпульсный и трехимпульсный методы подавления.
В настоящее время наибольшее распространение получил трёхимпульсный метод подавления, который и будет рассматриваться более подробно.
7.5.3.2. Трёхимпульсный метод подавления сигналов боковых лепестков по запpосу
Для исключения ответа на запpос по боковому лепестку в запpосный сигнал вводится дополнительный импульс подавления Р2 (рис. 6.7.). Кодовые импульсы Р1 и Р3 излучаются основной антенной с узкой ДH от основного пеpедатчика запpосчика, а импульс подавления Р2 формируется в передатчике подавления и излучается всенапpавленной антенной. Мощность импульса подавления Р2 пpевышает мощность импульсов Р1 и Р3 в напpавлении любого бокового лепестка, но значительно меньше мощности, действующей в напpавлении главного лепестка ДHА. Такое сочетание импульсов запpосного сигнала позволяет на входе ответчика pаспознать сигнал пpавильного и ложного запpоса.
Если ВС находится в зоне действия главного лепестка ДHА запpосчика (точка «А»), то на входе пpиёмника действуют импульсы со следующим амплитудным соотношением: Р1 > P2 < P3 (pис.6.7, а). Кодовые импульсы Р1 и Р3 имеют большую мощность, а импульс подавления Р2 - меньшую мощность.
Если ВС находится в зоне действия бокового лепестка ДHА(точка «В»), т.е. пpоисходит ложный запpос, то соотношение амплитуд импульсов кодовых и импульса подавления будет обpатное - Р1 < P2 > P3 (pис.6.7, б). Импульс подавления имеет большую мощность, чем кодовые импульсы.
Hа выходе пpиёмника ответчика видеоимпульсы имеют такое же соотношение амплитуд, как и на входе. В дешифpатоpе ответчика имеется схема амплитудного сpавнения, котоpая сpавнивает по амплитуде пеpвый кодовый импульс Р1 с импульсом подавления Р2.
Пpи пpавильном запpосе Р2 < P1, поэтому импульс подавления на выход схемы сpавнения не пpойдет.
Пpи ложном запpосе Р2 > P1, поэтому импульс подавления пpойдёт на выход схемы сpавнения и закpоет дешифpатоp, а, следовательно, на данный запpос не будет выдан ответ.
7.5.4. Системы подавления сигналов боковых лепестков по ответу
7.5.4.1. Системы подавления сигналов боковых лепестков по ответу работают по принципу подавления ответных сигналов боковых лепестков в запросчике, при этом используются следующие методы:
- селекцией ответных сигналов отраженными от объекта пассивными сигналами (метод клапанирования);
- сравнением фаз сумм и разностей ответных сигналов, принятых основной антенной и антенной подавления (фазовый метод).
Метод ВАРУ не достаточно эффективен. Метод вычитания ухудшает соотношение сигнал/шум и его эффективность зависит от динамического диапазона амплитуд сигналов в основном канале и канале подавления. Метод клапанирования также не позволяет обеспечить высокое качество подавления.
Фазовый метод подавления является усовершенствованным методом вычитания сигналов, но исключает влияние амплитудных характеристик каналов на качество подавления.
7.5.4.2. Фазовая система подавления сигналов боковых лепестков по ответу
Приём ответных сигналов осуществляется направленной основной антенной и ненаправленной антенной подавления (рис. 6.8.).
Если приём осуществляется главным лепестком ДНА (рис. 6.8, а), то амплитуда ответных сигналов основной антенны Uосн будет превышать амплитуду сигналов антенны подавления Uпод.
При приеме сигналов по боковому лепестку ДНА (рис. 6.8, б) -
Uпод.> Uосн.бок.Т.о., информация о направлении приёма заложена в соотношении амплитуд сигналов основной антенны и антенны подавления.
Это соотношение может нарушиться ввиду раздельного прохождения данных сигналов через основной и контрольный тракты приёмника, коэффициент передачи которых подвержен изменениям. Поскольку фазовые соотношения не подвержены этим изменениям, необходимо, перед усилением принятых сигналов, преобразовать амплитудные соотношения в фазовые соотношения.С этой целью на входе приёмника осуществляют сложение и вычитание сигналов основной антенны и антенны подавления (рис. 6.8.). Из векторных диаграмм видно, что при сложении и вычитании сигналов основной антенны и антенны подавления образуются суммарный и разностный сигналы, фазовые соотношения между которыми зависит от амплитудных соотношений принятых сигналов.
При приёме по главному лепестку Ūосн.гл. > Ūпод, в результате чего фазовый сдвиг между суммарным Ūсум и разностным Ūразн сигналами Qг меньше 900: 00 < Q < 900.
При приёме по боковому лепестку Ūосн.бок. < Ūпод, в результате чего фазовый сдвиг между суммарным Ūсум и разностным Ūразн сигналами Qг больше 900 : 900 < Q < 1800 .
Суммаpные и pазностные сигналы, получившие фазовую окpаску в зависимости от напpавления пpиёма, усиливаются в независимых каналах УПЧ до необходимой величины. Далее суммаpные сигналы пpомежуточной частоты используются в качестве опоpных и подаются на оба плеча фазового детектоpа в фазе. Разностные сигналы пpомежуточной частоты поступают на плечи фазового детектоpа в пpотивофазе.
Поскольку пpи пpиёме сигналов в напpавлении главного лепесткаугол между вектоpами суммаpного и pазностного сигналов будет всегда остpым, то, пpодетектиpованное напpяжение во втоpом плече нагpузки фазового детектоpа U2 будет всегда большепpодетектиpованного напpяжения пеpвого плеча U1.
Пpи пpиёме по боковым лепесткам из-за того, что фазовый угол Q тупой, будет наблюдаться обpатная каpтина, т.е. U1 > U2.
После фазового детектоpа видеоимпульсы с первого выхода (U1)и второго выхода (U2)фазового детектора подаются на схему амплитудного сpавнения, на выходе которой будет ответный сигнал только в том случае, если U2 > U1.
7.6. Недостатки систем вторичной радиолокации
Системы ВРЛ имеют ряд серьезных недостатков, которые ограничивают развитие АС УВД.
Основные из них следующие:
- невысокие точностные характеристики определения координат ВС;
- значительная (до I00 км) зона влияния боковых лепестков, обусловливающая большой уровень ложных сигналов и снижение вероятности получения информации при увеличении интенсивности воздушного движения – ИВД и числа запросчиков из-за наложения ответных кодов;
- влияние отражений от местных предметов на принимаемые сигналы;
- недостаточный объём информации, содержащейся в ответах;
- ограниченная разрешающая способность по информационному обмену; невысокая пропускная способность.
Последние два недостатка вызваны значительной перегрузкой приёмных и обрабатывающих каналов запросчиков сигналами, так как «Запрос» является общим для всех ВС и ответные сигналы имеют относительно большую длительность, особенно в режиме УВД. При этом образуются весьма интенсивные внутрисистемные помехи, вызванные наложениями кодов, которые вызывают искажение информации из-за приема единиц на тех позициях, на которых двоичное число содержит нули или приводит к подавлению переданных в ответном сигнале единиц или нулей импульсами наложенных кодов. Условиями наложения ответных кодов являются нахождение нескольких ВС с ответчиками в пределах ДНА запросчика и расположение ВС на расстояниях друг от друга, соответствующих длительностям антенных посылок. Возможно также наложение запросных сигналов на входах приёмников ответчиков в случае облучения пространства наблюдения несколькими запросчиками при высокой интенсивности воздушного движения. Всё это приводит к снижению вероятностных характеристик получения ответной информации: 0,8...0.9 вместо 0,95...0,99 в случае нахождения ВС на близких расстояниях друг от друга (5…30 км). Наличие боковых лепестков у ДН антенны ВРЛС, по которым излучаются значительные мощности сигналов запроса, и неидеальная защита ответчика от приема этих сигналов, а также недостаточная защита от приёма боковыми лепестками ДН антенны запросчика ответных кодов приводят к еще большему ухудшению достоверности приёма ответной информации.
7.7. Перспективы развития систем вторичной радиолокации
7.7.1. Традиционные системы вторичной радиолокации
В ИКАО в конце 70-х и начале 80-х гг. рассматривались различные концепции развития УВД. Одной из наиболее важных из выбранных рекомендаций является предложение сделать систему СВРЛ основой информационной системы УВД. Решение этой задачи стоит и перед гражданской авиацией нашей страны. С ростом интенсивности воздушного движения отмеченные ранее недостатки значительно уменьшают эффективность использования системы ВРЛ. Некоторое их устранение достигается введением дублирования координатной информации с помощью ПРЛС, более эффективные меры — модернизация СВРЛ. Так, на базе ВРЛ «Корень-АС» (для РЛК типа «Скала») создан встраиваемый вторичный канал «Малахит», в котором улучшена система подавления боковых лепестков, усовершенствованы схемы защиты от отражённых от земли сигналов и значительно увеличена техническая надежность. Предполагается увеличить объём ответной информации в режиме «УВД» введением запросных кодов ЗКЗ и ЗК4 и соответствующих им ответных, а также увеличить вероятность их приёма путем совершенствования устройств обработки. В 1990 г. закончены испытания ВРЛС «Лист», в которой значительно улучшены характеристики за счёт использования новых технических решений и технологий конструирования устройств, входящих в РЛС.
7.7.2. Дискретно-адресная система –ДАС
Радикальное устранение существенных недостатков СВРЛ будет осуществлено при внедрении создаваемой за рубежом и в нашей стране дискретно-адресной ВРЛ (ДАС). Аналогичная зарубежная система обозначается DABS (Diskrete Adresa Beacon System).
Основной принцип работы ДАС заключается в использовании индивидуальной адресации запроса и ответа, для чего всём ВС (ответчикам) присваиваются номера-адресы, а в сигналы запросов и ответов включаются адреса ответчиков ВС. При этом значительно уменьшается вероятность наложения кодов, так как поток ответных сигналов уменьшается в 10...20 раз. Следовательно, увеличивается пропускная способность ответного канала ВРЛ. Это позволяет увеличить объём передаваемой по ним информации и использовать его для речевого обмена между диспетчером и экипажем ВС.
Совместимость ДАС и СВРЛ обеспечивается выбором частот для передачи запросов и ответов и созданием соответствующих кодов запроса ответчиков ДАС. Так, запрос ответчиков обеих систем должен происходить на частоте 1030 МГц, а ответ на частотах: 740 МГц для ответчиков, работающих в режиме «УВД», и 1090 МГц для ответчиков, работающих в режимах «RBS» и «ДАС». Этим обеспечивается работа ответчиков РЛС ДАС на запросы РЛС в режимах «УВД» и «RBS», а также работа ответчиков СВРЛ на запросы РЛС ДАС.
В принципе число запросов на одно ВС при адресной работе может быть уменьшено до одного. Для осуществления запросов ДН антенны запросчика должна быть ориентирована на ВС. С этой целью осуществляется сопровождение ответчиков (адреса и информационного сигнала), а также экстраполяция азимутов и дальностей ВС к моменту проведения очередного сеанса «запрос—ответ». ДНА запросчика ДАС ориентируется по азимуту путём электрического сканирования. В ДАС, кроме запросной и расширенной полётной информации, с борта ВС будут передаваться следующие сообщения: навигационная информация от БПНК ВС, информация о метеообстановке в районе полёта, решения экипажа по использованию полётной информации, а с земли будут передаваться: указания диспетчера УВД. дублирующие их передачу по каналу голосовой связи (эшелон, курс, частота радиосвязи, минимальная безопасная высота полета), инструктивная информация о воздушной обстановке. Кроме того, по этим же каналам обеспечивается автоматическая работа в режиме системы предупреждения столкновений с ВС и с землей. Передача всей информации осуществляется при использовании новых типов кодов, в которых применяется время-импульсная и фазовая модуляция колебаний, а также двоичное цифровое кодирование, что позволило заложить в посылки большой объём информации. Предусмотрено буквенно-цифровое отображение информации в кабине пилота о возможности увеличения её объёма в будущем.
Для адресного запроса каждого ВС запросчик должен хранить данные об адресах и ориентировочном местоположении ВС, находящихся в зоне действия РЛС. Для получения этих сведений ДАС вначале работает в режиме «Вызов всем» с запросами координат всех ВС и адресов ВС с ответчиками ДАС. Ответы запоминаются в наземной РЛС, после чего возможна работа в режиме индивидуального запроса, который заключается в ориентировании ДНА на определенные ВС по заданной оператором программе с целью их автосопровождения. Наземная РЛС должна периодически переходить в режим «Вызов всем» для того, чтобы получить обновленную информацию о несопровождаемых ВС и новую от ВС. вошедших в зону наблюдения запросчика. Возможность одновременной работы систем ДАС и СВРЛ обеспечивается чередованием адресного и неадресного режимов. В системе ДАС время обслуживания тех и других систем одинаково. Длительность периода адресной работы выбирается такой, чтобы обеспечить обработку 10 ответчиков в луче ДН.
В системе DABS (США) это время делится на 20 и 80 %. По-видимому что объясняется тем, что планируется достаточно быстрое внедрение DABS, а также очень высокой ИВД в ряде районов уже в настоящее время.
Основные технические характеристики ДАС
Зона действия:
- трассовых АдРЛС, км………………………………………………..400
- аэродромных АдРЛС,км ………………………………………….160
Мощность ответчика, Вт…………………………………………500
Размеры ДН:
- по максимальному углу места, градус………………………………50
- по минимальному углу места, градус ………………………….0,3
- по ширине (в зависимости от угла места), град…………2,3—3,5
Средняя квадратическая погрешность: по дальности:
- в режимах «УВД» и «RBS», м………………………………….200
- в адресном режиме, м……………………………………………50
- по азимуту в обоих режимах, угл. мин …………………………………8
Вероятность получения информации за время одного обзора:
- в режиме «УВД» и «RBS»……………………………………...Робн .≥ 0,9
- в адресном режиме при первоначальном обнаружении…….. Робн .≥ 0,9
- в адресном режиме при сопровождении…………………….. Робн .= 0,98
Вероятность ложных тревог………………………… …………….10-5
Время обновления:
- в трассовых АдРЛС, с……………………………………………..10
- в аэродромных АдРЛС, с…………………………………………5
Число целей в зоне обзора для трассовой/аэродромной ДАС
7.6.3. Структура запросных и ответных кодов в ДАС.
Запросчики ДАС имеют следующие режимы работы:
- общий вызов всех ВС, имеющих ответчики ДАС и СВРЛ;
- общий вызов ВС, имеющих ответчики СВРЛ;
- индивидуальный (адресный) вызов ВС, имеющих ответчики ДАС.
Импульсами Р1 и Р3 с длительностями 0,8 мкс у ответчиков СВРЛ запрашивается информация о БН и ТИ в режиме «УВД» или о коде номера (кодом А) и высоте (кодом С) в режиме «RBS» (рис. 6.10. а).
Значение запросных кодов зависит от интервала кодированияtк. Импульс подавления Р2излучается всенаправленной дополнительной антенной запросчика. Его назначение то же, что и в системе ВРЛ. С его помощью запираются все ответчики от приема запросов, излученных боковыми и задними лепестками. Импульс Р4 длительностью τ = 1,6 мкс обеспечивает приём запроса ответчиками ДАС. При длительности τ = 0,8 мкс импульс Р4 ответчиками ДАС не принимается.
Импульсы запросного кода имеют внутриимпульсную фазовую модуляцию (что обеспечивает их приём ответчиками ДАС). которая не влияет на приём этих импульсов ответчиками СВРЛ.
Запрос адресного (индивидуального) вызова (рис. 6.10, б) принимается только при совпадении значений адреса в запросном сигнале с адресом ВС, хранящимся в ответчике ДАС. Сравнение адресов производится при дешифрации пришедшего запроса.
В коде адресного запроса излучаются предварительные импульсы (преамбула) Р1 и Р2, а также импульс Р6. Импульсы Р1,Р2 и Р6излучаются основной антенной, а импульс Р5 -антенной подавления. Пара импульсов Р1 и Р2, имеющих равные мощности, служит для запирания ответчиков СВРЛ на 30 мкс, чтобы они не срабатывали на запросы ДАС. Разряды кода Р6,содержат адрес ВС и вид запрашиваемой информации: данные опознавания ВС. высоты и вектора скорости и курса, метеосводок и других сообщений от бортовых датчиков. Можно также передать требование пилоту о подтверждении приема его сообщений.
Адрес формируется из элементарных импульсов с длительностью 0,25 мкс, вплотную примыкающих друг к другу и модулированных по фазе значениями 0 и 180°, которые соответствуют двоичным 0 и 1.
Информационное поле, кроме адреса, содержит 56 или 112 элементарных импульсов (бит) длительностью 0,25 мкс, модулированных по фазе.
Скорость передачи данных внутри импульса Р6,составляет 4 Мбит/с.
Начальная фаза колебаний внутри импульса изменяется в заданные моменты времени. Наличие изменения фазы по сравнению с фазой предыдущего импульса обозначает двоичную единицу, а отсутствие - двоичный нуль. Поле адресования состоит из 24 бит, которое позволяет иметь 16•106, адресов. В этом поле используется кодс обнаружением ошибок. При обнаружении ошибки в запросном коде ответ не вырабатывается до повторного запроса. Импульс Р6,имеет немодулированный по фазе начальный участок «НУ»длительностью 1,25 мкс. Затем идет участок фазирования «УФ» длительностью 0,5 мкс. Первым изменением фазы в импульсе Р6,является изменение в момент начала УФ, которое называется синхронизирующим изменением фазы, выполняющим роль опорной отметки времени для последующих фазовых операций в ответчике. В конце импульса Р6имеется защитный интервал ЗИдлительностью 0,5 мкс, который защищает импульс Р6от искажений при демодуляции.
Для защиты процесса синхронизации в адресный код входит импульс Р5, который излучается при общем вызове и имеет τ = 0,5 мкс, мощность ту же, что и Р3и передается дополнительной антенной. Импульс Р5маскирует синхронизирующее изменение фазы, чем препятствует декодированию Р6,при запросах от боковых и задних лепестков запросчика. Ответный код (рис. 6.10, в) начинается с четырёхимпульсной преамбулы с длительностью импульсов 0,5 мкс, разделенных кодовыми интервалами. За преамбулой следует поле (блок) данных из последовательности в 56 или 112 одномикросекундных интервалов. Импульс, передаваемый в первой половине этих интервалов, представляет двоичную единицу, а импульс во второй половине — двоичный нуль, т. е. кодирование позиционное. Эти импульсы модулированы по фазе. Серия из 56 или 112 импульсов содержит два поля данных: первое информационное (передаваемые ответчиком сообщения), а второе — адрес ответчика.
Код адреса содержит проверочный код. Если обнаружится ошибка, то запрос повторяется. Для передачи различных данных информационное поле разделяется на специальные поля и подполя. Так, вначале идёт ретранслируемый запросный сигнал проверки правильности ответа.
В сообщениях может содержаться информация о типе полета, высоте, виде маневра, навигационных параметрах и др. Наибольший объём информационных посылок в режиме «многократный запрос — многократный ответ» 1280 бит.
При нахождении в пределах ДНА запросчика нескольких ВС, находящихся близко друг от друга, возможно наложение ответных кодов, что может ухудшить прохождение информации. Эти внутрисистемные помехи в основном вызываются наличием в общей системе ВРЛ наряду с ДАС также и ВРЛС и ответчиков старых типов. Борьба с этим явлением ведется переходом на стахостический режим запроса, а также эффективной обработкой сигналов, введением системы запретов приема и ответа в определенных ситуациях и обменом информации между ответчиком и наземной РЛС.
7.6.4. Структура дискретно-адресной системы ВРЛ
Система ДАС состоит из наземной адресной РЛС (АдРЛС), бортовой аппаратуры ВС, аппаратуры передачи данных (АПД) и АС УВД (рис.6.11).
Системы ДАС делятся на трассовые и аэродромные. Последние имеют меньшую дальность. Оба варианта ДАС унифицированы и отличаются лишь уменьшением мощности излучения АдРЛС за счет введения затухания в волноводный тракт. Работа АдРЛС автоматизирована. Для этого в ее состав введено несколько ЭВМ: две ЭВМ и четыре микроЭВМ. Первые комплектуют вычислительный комплекс (ВК) и обеспечивают управление режимами запроса, кодированием запросов и декодированием ответов, перезапросом адресных ответов, измерением координат ВС с адресными ответчиками, компоновкой передаваемых на борт сообщений, объединением первичной и вторичной информации по адресным ВС. а также формированием одной или нескольких ДН, т. е. группированием приемопередающих модулей в фазированной решетке. МикроЭВМ применяется в аппаратуре обработки информации АОИ,которая используется для первичной обработки пассивной и активной РЛИ, а также для межобзорной - вторичной её обработки, для объединения информации от нескольких РЛС. т. е. третичной обработки, а также подготовки сообщения. Предпоследние две задачи решаются при автономном использовании АдРЛС. Обычно же РЛС находятся в составе АСУВД, и тогда эти задачи решаются в ЭВМ системы.
Основные особенности АдРЛС — использование моноимпульсной радиолокации, а также фазированных антенных линеек и решеток для создания электрически управляемой по направлению ДН. Моноимпульсная радиолокация обеспечивает обнаружение целей и определение их координат по одному импульсу. Это устраняет влияние флюктуации интенсивности принимаемых сигналов на точность измерения азимута и улучшает разрешающую способность по азимуту, так как нет необходимости в обработке пачки сигналов. Для проведения измерений создаются две частично перекрывающиеся ДМ. Одновременно принимаемые по ним сигналы обрабатываются в суммарном и разностном каналах. В канале, в котором сигналы складываются, т. е. где имеется большая мощность сигнала, определяется дальность. В канале с вычитанием одновременно принятые сигналы сравниваются по амплитуде. Их разность пропорциональна углу отклонения αнаправления на цель от плоскости, расположенной посередине между ДН, т. е. от равносигнального направления (РСН), где интенсивности сигналов от двух ДН равны. На РСН располагается ось антенны. Положение ее относительно северного направления αсизвестно, поэтому будет известен и азимут цели αц = αс ± α.
Перспективой в развитии моноимпульсного метода является использование фазовой, а не амплитудной модуляции сигналов. Фаза ответного сигнала по раскрыву антенны различна и зависит от направления «ВС-антенна». Фазовый процессор сопоставляет сигналы, принимаемые по разностному и суммарному каналу, чтобы восстановить фазу. Зависимость фазы от угла между направлением на цель и осью ДН хранится в программируемой постоянной памяти и в сочетании с данными о положении антенны относительно направления «Север» позволяет определить азимут ВС с точностью до 0,03°(2').
Фазированная антенная решетка (ФАР) или линия (ФАЛ) представляют собой конструкции, состоящие из отдельных передающих и принимающих элементов, которые называются модулями (ППМ). Если модули расположены в одну линию (ряд), они называются ФАЛ, при расположении в несколько рядов — ФАР.
Антенна может быть активной, в этом случае она имеет приемопередающие модули (ППМ). или пассивной, при этом модули будут только принимающие (ПМ), а излучение энергии производится одним мощным передатчиком. В активной ФАР или ФАЛ все излучающие элементы запитываются отдельно. Известно, что фронт волны — поверхность равных фаз, расположен перпендикулярно оси излучателя и антенны, поэтому, управляя фазой излучаемых колебаний, возможно изменять положение фронта волны, т. е. управлять направлением излучения и диаграммой направленности антенны. Возможно также создать несколько ДН антенны путем организации групп излучателей. При электрическом управлении этими ДН сканирование лучей безынерционно и независимо, что позволяет организовать одновременный поиск и сопровождение нескольких ВС.
В ДАС могут быть использованы два типа ФАР:
- с механическим управлением лучом ДН, которое представляет собой комбинацию плоской фазированной антенной решетки ПФАР (на частотах 1030...1090 МГц для запроса и ответа) и линейной фазированной решетки ФАЛ на частоте 740 МГц (для приёма ответов в режиме «УВД»);
- с электрическим управлением лучом ДН, формируемым цилиндрической фазированной решеткой (ЦФАР) на частотах 1030... ...1090 МГц и кольцевой фазированной решеткой (КФАР) в диапазоне 74 МГц.
Фазированная антенная решетка в горизонтальной плоскости одновременно формирует три типа ДН: суммарную, разностную и подавления. Крутизна ДН антенны на малых углах места обеспечивает ослабление коэффициента усиления 1,5 дБ/градус, что обеспечивает значительное уменьшение отражений от земли. ЦФАР содержит 224 ППМ на частотах 1030...1090 МГц и 168 ПМ на частоте 740 МГц. В формировании ДН участвуют 56 или 42 микромодуля в зависимости от диапазона. ППМ обеспечивает запрос в режиме «УВД» и «RBS» и прием в режиме «RBS», а ПМ только прием в режиме «УВД». Для повышения темпа обзора ФАР формирует две синхронно-вращающиеся ДН, развернутые на 180°. В ПФАР для этого применяют две плоские решетки.
Создание ФАР с электрическим управлением ДН вызывает определенные технические трудности, поэтому системы ДАС первое время могут иметь ФАР с механическим вращением антенного устройства. При использовании антенны с механическим лучом пропускная способность снижается в 3 раза, увеличивается в 2 раза число запросов на обслуживаемое ВС, увеличивается время на первоначальное обнаружение. Работа с двумя противоположно направленными лучами затруднена.
Передающих устройств два: для общего вызова и адресного запроса. Передатчики выполнены по схеме задающий генератор — усилитель мощности. Фидерный тракт включает: трехканальные вращающиеся сочленения, ВЧ-переключатель работы основного и резервного комплекта, делители и ответвители, обеспечивающие получение необходимых уровней сигналов подавления боковых лепестков. Приемных устройств три — отечественного, международного диапазонов и адресное. Они имеют выходы суммарного и разностного сигналов и сигнала индикации наличия помех. Сигналы усиливаются в одном УПЧ, что обеспечивает отсутствие различий в фазах сигналов разных каналов, которое будет при раздельном усилении сигналов. Коэффициент шума приемника 6 дБ. Приёмник вносит погрешность в измерение азимута не более 2...3'.
Аппаратура первичной обработки имеет те же функции, что и в СРЛВ, а именно обработку и объединение информации, поступающей от первичного и вторичного каналов при работе вторичного канала в режимах «УВД» и «RBS».
Адресные ответчики имеют три вида комплектации:
- для ВС, не имеющих БЦВМ и обеспечивающих минимальный объём информации;
- для ВС с БЦВМ и возможностью обмена расширенным объёмом информации;
- для замены СО-72.
1) Отличительные особенности вторичной радиолокации
2) Перечислите меры по повышению дальности действия системы вторичной радиолокацией
3) Перечислитесостав информации передаваемой по международному стандарту
4) Перечислитесостав информации передаваемой по отечественному стандарту
5) Поясните структуру запросных сигналов традиционных систем вторичной радиолокации
6) Поясните структуру ответных сигналов традиционных систем вторичной радиолокации
7) Взаимодействие структурных элементов РЛК, графический анализ её работы
8) Взаимодействие структурных элементов ВРЛ, графический анализ её работы
9) Взаимодействие структурных элементов СО УВД, графический анализ её работы
10) Особенности основных каналов ВРЛ
11) Особенности основных каналов СО УВД
12) Трёхимпульсный метод подавления сигналов боковых лепестков по запpосу
13) Фазовая система подавления сигналов боковых лепестков по ответу
14) Перечислите основные недостатки систем вторичной радиолокации
15) Поясните структуру запросных сигналов ДАС
16) Поясните структуру ответных сигналов ДАС
17) Взаимодействие структурных элементов ДАС
МЕРА ИНФОРМАЦИИ
С самого начала развития информационных технологий ученые задумывались, над вопросом измерения количества информации, содержащейся в некотором сообщении. В результате работ в данной области были выделены следующие меры информации:
- Статистическая мера информации;
- Семантическая мера информации;
- Прагматическая мера информации;
- Структурная мера информации.
СТАТИСТИЧЕСКАЯподразумевает измерение количества информации в информационном сообщении с точки зрения статистики. В данном подходе утверждается, что количество информации содержащееся в сообщении зависит от длинны сообщения и используемого алфавита, и находится следующей зависимости от вышеописанных параметров:
I = n*log2 m, где I- количество информации, n- длинна сообщения, m – число символов алфавита. Данная мера получила название мера ХАРТЛИ по имени ученого, занимающегося этими исследованиями. Если взять сообщение длинной один символ, представленное при использовании двоичного алфавита то вышеописанная формула примет следующий вид:
I = 1*log2 2 , вычислив данное выражение получим, что I= 1. данная двоичная единица информации была названа БИТ. То есть в данном случае можно сказать, что количество переносимой информации одним символом двоичного алфавита равно 1 БИТ. Данная единица является очень маленькой, поэтому были введены более крупные единицы:
- Байт [8 БИТ];
- Полуслово[16 БИТ];
- Слово[32 БИТа];
- двойное слово[64 БИТа];
- расширенное слово[128 БИТ].
Другим подходом к измерению количества информации является подход, предложенный ученым Шенноном.В данном подходе говорится о том, что чем реже встречается данная буква алфавита, тем большую информацию она в себе несет.
Предположим что имеется алфавит из m символов, и каждый символ имеет свою вероятность использования.
a1, a2 …, am
p1,p2,…,pm.
Таким образом количество информации, переносимой i-ым символом алфавита равно Iai = log2 1/pi .
Если предположить, что появление всех букв в сообщении равновероятно, то есть Pi = const, то формула вычисления количества информации примет следующий вид:
pi= 1/m, Iai = log2 1/(1/m) = log2 m.
В данном случае если требуется подсчитать количество информации, содержащейся в сообщении длинной nсимволов то нужно просто получившийся результат количества информации на одну букву умножить на n.
Но не всегда можно принять вероятности появления символов одинаковыми, так как в реальности между ними присутствует корреляция. Например возьмем слово из n символов:
a1
a2
a3
a4
…
an
То количество информации, содержащееся сообщение можно представить в виде суммы: I= n1*log21/p1+ n2*log21/p2+ n3*log21/p3+ nn*log21/pn , где ni – количество букв ai в слове. В этом случае для упрощения, вводят обобщенную меру информации, называемую энтропией источника информации, представляющую собой среднее количество информации, приходящееся на одну букву :
HA=/////////////
Теперь для подсчета количества информации можно использовать формулу I= n*HA .
СЕМАНТИЧЕСКАЯмера информации связана с процессом познания. То есть чем меньше мы знаем о каком либо объекте, тем больше информации несет каждое новое сообщение о нем. Зависимость количества информации, переносимого сообщением от количества накопленных знаний представлена на рисунке 2. S- тезаурус источника информации, то есть то столько информации предварительно накоплено. Данная мера не используется в вычислительной технике, так как не имеет достаточно точной формализации.
Рисунок 2. Процесс познания
Пусть P1 – вероятность достижения цели до получения информации, а P2 вероятность достижения цели после получения некоторой информации об объекте управления. Тогда количество информации высчитывается в соответствии со следующим соотношением :
I = log P2/P1 и представляет собой то на сколько получение новой информации об объекте управления увеличило вероятность достижения цели управления. Данная мера информации широко используется в системах управления.
СТРУКТУРНАЯмера информации связана с объемом запоминающих устройств, куда поступает информация. Структурная мера характеризует объем памяти.
a1, a2 …, am