Первичные средства радиолокации

Структурная схема одного из вариантов РЛС изображена на рис.4.204. Особенности радиолокатора:

- двух приемо – передающих канала с разносом;

- двух лучевая ДНА в вертикальной плоскости;

- истинно – когерентный метод CДЦ.

Первая особенность связана с применением одного из методов увеличения энергетического потенциала РЛС. Два передатчика работают одновременно на общую антенну в режиме импульсно модуляции с различными несущими частотами f₁ и f₂. Между радиоимпульсами небольшой временной сдвиг Δt.

Отраженные сигналы разделяются с помощью СВЧ фильтров и усиливаются двумя приемными каналами, детектируются, объединяются и далее обрабатываются совместно. В простейшем случае производится совмещение видеосигналов по времени с помощью линии задержки и сложение по амплитуде.

Преимущество двух частотной системы:

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

- увеличивается дальность обнаружения и точность измерения координат. При достаточно большом разносе частот.

где с – скорость света;

l_Ц – линейный размер цели.

Диаграммы вторичного излучения имеют различный характер (провалы будут на различных углах) и суммарная диаграмма значительно меньше флюктуирует.

- увеличивается надежность работы и помехозащищенности и еще одна особенность – двух лучевая ДНА в вертикальной плоскости.

Применение двух лучевой ДНА - один из методов борьбы смещающими отражениями от земной поверхности и местных предметов. Зона обнаружения формируется (в вертикальной плоскости) с помощью двух лучей: основного (нужного луча) при работе на передачу и прием и дополнительного (верхнего) луча при работе только в режиме приема (рис.4.205).

Вся зона разбита на четыре участка. Границы участков задаются по жесткой программе в зависимости от конкретной позиции РЛС.

К₁ – верхняя граница использования сигналов дополнительного луча, обработанных в системе СДЦ.

К₂ – верхняя граница использования сигналов основного луча, обработанных в системе СДЦ;

А – верхняя граница использования сигналов дополнительного луча, не обработанных в системе СДЦ.

Д_max– максимальная дальность действия РЛС – верхняя граница использования не обработанных в системе СДЦ сигналов основного луча.

Границы К1, К2, А – регулируются по Д. Для участка III предусмотрены две подпрограммы:

- К1 – А – К2;

- К1 – К2 – А.

Такой принцип формирования ДНА позволяет:

1. Получить максимальное подавление сигналов от местных предметов на начальном участке дальности (участок I).

2. Уменьшается влияние скоростной характеристики системы СДЦ на участке II.

3. При наличии «ангелов» целесообразно использовать сигнал дополнительного луча (участок III).

На рис.4.206 изображена часть структурной схемы двухчастотной РЛС.

ФНК – формирователь нижней кромки;

БРС – блок разделения сигналов.

Обработанные в приемных каналах и в системах цифровой обработки сигналов и адаптации РЛС сигнала двух каналов объединяются в сумматоре подаются в аппаратуру первичной обработки информации. В этой аппаратуре осуществляются операции обнаружения сигналов от воздушных объектов (ВО) и измерение их координат, также объединение информации ПРЛ и ВРЛ.

С выхода АПОИ РЛИ в цифровом виде транслируется в центр УВД с помощью узкополосной аппаратуры передачи данных АПД. Эта же информация поступает и на контрольный индикатор.

На рис.4.207 изображена структурная схема приемника РЛС.

ЛРУ – локальная регулировка усиления;

УЗК – устройство задержки и коммутации;

Задержка – для компенсации временного сдвига между зондирующими импульсами двухчастотных каналов РЛС

Подканал ЛОГ – МПВ – Анти ЛОГ обеспечивает защиту от помех, обусловленных мощными метеообразованиями, влияние которых не исключается с помощью поляризационной селекции и систем СДЦ.

ЛОГ – УПЧ с логарифмической амплитудой характеристикой, где осуществляется усиление и амплитудное детектирование.

МПВ – устройство малой постоянной времени.

Анти – ЛОГ – видео усилитель с антилогарифмической амплитудной характеристикой («lg^-1») устанавливает прежний уровень шума.

Подканал обеспечивает сжатие динамического диапазона входного сигнала, селекцию по длительности полезного сигнала, имеющую малую длительность по сравнению с помехами от метеообразований и частичное восстановление динамического диапазона выделенного сигнала.

Цифровое устройство ЛОГ-МПВ-Анти-ЛОГ предназначено для дополнительного подавления помех от метеообразований, которые остались некомпенсированными в ЦСДЦ. Наличие остатков обусловлено тем, что метеообразования медленно двигается под действием ветра относительно РЛС, а отраженные от них сигналы носят случайный характер.

Состав устройства:

- логарифмический преобразователь кодов (ЛОГ);

- цифровой аналог цепи малой постоянной времени (МПВ);

- анти логарифмический преобразователь кодов (Анти ЛОГ).

Логарифмический преобразователь ЛОГ осуществляется преобразование входного сигнала по следующему закону:

, (4.112)

где a и b – коэффициенты пропорциональности.

Функция задается табличным способом, путем записи в ПЗУ значении числа logx. При поступлении на вход устройство ЛОГ 8 – разрядного кода сигнала на выходе формирующий цифровой код сигнала , по приведенной выше формуле, путем извлечения соответствующих значений из ячеек ПЗУ.

В результате, осуществляется сжатие динамического диапазона .

Для устранения постоянной составляющей сигнала применяется схема с малой постоянной времени (рис. 4.208).

Рис.4.208. Схема с малой постоянной времени.

Блок регистров сдвига состоит из 8-ми одинаковых 9-ти разрядных регистра сдвига, управляемых тактовыми импульсами ТИ(∆t). Каждый регистр запоминает один из 8-ми разрядов кода сигнала, поступающего с выхода ЛОГ.

Одновременно в регистрах содержаться значения этого разряда для 9 смежных элементов дальности. В арифметическом устройстве АУ 1,выполненных на основе параллельных сумматоров, осуществляется суммирование 8-раздельных слов для элементов 1-4 и 6-9 дальности и деление полученной суммы на число слагаемых, т.е. на 8. Операция деления выполняется отбрасыванием трех младших разрядов суммы (сдвиг вправо на 3 разряда). А на выходе АУ1 формируется 8-ми разрядный код среднего значения входного сигнала в пределах 8 элементов дальности, т.е. код постоянной составляющей сигнала, имеющего длительность 8∆t (∆t – шаг дискретизации).

В АУ2 осуществляется вычитание из кода сигнала 5 элемента дальности.

Сумматор параллельного типа.

В случае, если входной сигнал длительности (сигнал от метеообразований), на выходе АУ2 сигнал практически отсутствует. Если на выходе полезный сигнал , и он находится в 5 элементе дальности, а сигналы в элементах 1-4, 6-9 отсутствуют, то полезный сигнал проходит на выход АУ2 без ослабления. Т.о. осуществляется селекция сигналов по длительностью. Как недостаток можно отметить тот факт, что в результате обработкой на выходе остается кромка помехи, равная 4∆t по дальности (сигнал первых четырех элементов дальности будет проходить на выход).

Устройство Анти ЛОГ.

Применение логарифмического преобразования приводит к некоторому ухудшению различимости полезных сигналов на фоне шумов и остатков от МП. Поэтому после устройства МПВ включают устройство с анти логарифмической характеристикой. Преобразование осуществляется в соответствии со следующей формулой:

, (4.113)

где c, d – коэффициенты пропорциональност

Устройство Анти- ЛОГ выполнено в виде ПЗУ.

Цифровая часть обзорного локатора начинается со входа в систему цифровой обработки сигналов и адаптации. Главные функции этой системы следующие:

1.Отчистка принимаемого сигнала от различного рода помех и выделение полезной информации для обеспечения заданных тактико-технических характеристик (ТТХ) РЛС.

2.Анализ текущей помеховой обстановки и автоматическое управление режимами работы и параметрами РЛС.

Входные видеосигналы «А», «СДЦ», «МЕТЕО», поступающие с выхода приемника, преобразуется с помощью АЦП в цифровую форму.

Первая функция системы обработки реализуется с помощью следующих цифровых устройств:

- устройство ЧПВ системы СДЦ (когерентно-компенсационная часть системы СДЦ);

- видеокоррелятора для подавления НИП и отраженных сигналов предыдущего периода зондирования;

- устройство ЛОГ – МПВ – Анти ЛОГ (ЛМА) для выделения полезного сигнала на фоне помех от протяженных по дальности и азимуту объектов (например от метеообразований);

- устройство выделения сигналов для получения информации о контурах метеообразований.

Вторая функция реализуется следующими устройствами:

- устройством секторизации для разделения зоны обзора на ячейке и распределением памяти системы;

- картографом помех для формирования динамической карты помех;

- анализатором параметров приемных сигналов, с помощью которых проводится анализ текущей помеховой обстановки (анализаторы уровня сигналов в тракте промежуточной f ложных тревог, параметров сигналов от метеообразований и др.);

- ОЗУ для хранения информации о текущей помеховой обстановке;

- управляющих устройств для выбора весомых коэффициентов при формировании нижней кромки (ФНК) ДНА, выбора режимов «А» или «К», подстройки порога обнаружения при стабилизации уровня ложных тревог, включение или отключение устройства ЛМА.

Система цифровой обработки сигналов и адаптации включает три канала:

- основной канал;

- канал адаптации;

- канал метео.

Структурная схема основного канала представлена на рис.4.209.

Рис.4.209. Основной канал обработки.

Сигнал промежуточной частоты СДЦ (ПЧ1, ПЧ2) поступают с выходов приемных устройств основного (канал А) и дополнительного (канал В) каналов 2-х частотной РЛС. В состав ЦСДЦ входят два блока ФД, на которые подаются входные сигналы и сигналы опорной После фазового детектирования осуществляется выбор только одного входного сигнала для дальнейшей обработки. В системе СДЦ (2-х частотном режиме обрабатывающий сигнал ведущего канала).

Выбранный сиг8нал преобразуется в цифровой код и далее обрабатывается в двухканальном цифровом устройстве ЧПВ и двумя режимами ЧПВ (двукратное или трехкратное).

С выхода ЦСДЦ сигнал в виде 8-разрядного двоичного кода поступает на входы ЦАП и цифрового устройства ЛОГ –МПВ -Анти ЛОГ.

Последнее предназначено для дополнительного подавления помех от мощных метеообразований, которые остались неподавленными за счет поляризационной селекции и в системе СДЦ.

Выходные сигналы ЦАП обоих каналов поступают на коммутатор режимов К, с помощью которой осуществляется выбор сигналов в зависимости от помеховой обстановки. На выходе коммутатора формируется выходной аналоговый сигнал СДЦ основного канала обработки, который передается в устройство объединения сигналов и формирование зоны обнаружения РЛС.

Канал адаптации включает следующие основные узлы и блоки (рис.4.210):

1.Устройство разделения зоны обзора РЛС на элементарные участки по дальности и азимуту (устройство секторизации).

2.Анализатор текущей помеховой обстановки, осуществляющий выделение помехи определенного вида и оценку ее текущих параметров для каждой ячейки зоны обзора раздельно.

Рис.4.210. Канал адаптации.

ААП – адаптивный аттенюатор помех – многокаскадный УПЧ, К ус. которого регулируется по ступенчатому закону путем поочередного исключения УПЧ, начиная с последнего; ФНК – формирователь нижней кромки.

3.Устройство памяти для запоминания на определенный промежуток времени результатов анализа помеховой обстановки (цифровая карта помех).

4.Решающее устройство, обеспечивающее принятие решения о необходимости изменения структуры, режимов или параметров РЛС.

5.Исполнительное устройство. Все устройства, кроме исполнительного выполняются на основе цифровой технике.

Метеоканал.

Состоит из аналоговых устройств рис.4.211

Рис. 4.211. Метеоканал

На вход подаются сигналы «Метео А1», «Метео А2» с амплитудных выходов приемных устройств. А и Б. Эти сигналы принимаются по основному лучу ДНА, проходят через аналоговые устройства ЛОГ соответствующих приемных трактов и подаются на входы формирователя зоны обнаружения метеообразований ФЗОМ. ФЗОМ имеет 3-й вход «Метео СДЦ», на который поступают выходной сигнал системы СДЦ. В устройстве ФЗОМ осуществляется выбор только одного сигнала типа «Метео А». В двухчастотном режиме используется сигнал «Метео А» ведущего канала. Сигнал «Метео Смеш.» формируется таким образом, что в зоне действия системы СДЦ (участки I-III ) используется сигнал «Метео СДЦ», а в дальней зоне (участок IV) сигнал «Метео А1» (или А2).

Сигнал «Метео Смеш.» поступает на 2 пороговых устройство ПУ 1, ПУ 2 с разными порогами М1, М2. Порог М1 превышает уровень собственных шумов на 3-4 дБ. М2 – на 6-8 дБ. На выходе ПУ формируются импульсы прямоугольной формы с постоянной амплитудой и длительностью, равной примерно времени пребывания текущих значений сигнал. «Метео Смеш.» над соответствующим порогом. Минимальная длительность сигнала, на который реагирует ПУ составляет не менее 20 мкс, в результате чего обеспечивается селекция по длительности сигналов, отраженных от протяженных по длительности помех.