Тороид. Производство электротехнической продукции
(49831) 4-66-21
(925) 790-73-23
toroid2011@mail.ru

Главная Продукция и услуги Статьи Полезная информация Сертификаты Награды Отзывы Контакты

Продукция и услуги

Перевезенцев Л.Т., Огарков В.Н.
Радиолокационные системы аэропортов

ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

Допущено Управлением учебных заведений МГА в качестве учебника для студентов высших учебных заведений гражданской авиации

МОСКВА
ТРАНСПОРТ
1991

Перевезенцев Л.Т., Огарков В. Н. Радиолокационные системы аэропортов: Учебник для вузов гражданской авиации. 2-е издание, переработанное и дополненное. - Москва: Транспорт, 1991.

Изложены общие принципы построения наземных радиолокационных систем гражданской авиации, сведения о технической реализации этих принципов, описаны структурные и функциональные схемы современных радиолокационных станций. Приведены также сведения о построении и принципе действия основных узлов, входящих в состав радиолокационных станций различного назначения.

1-е изд. вышло в 1981 г., 2-е изд. переработано в соответствии с новой программой курса, в нем отражены последние достижения радиолокационной техники.

Для студентов радиотехнических факультетов вузов гражданской авиации, а также студентов смежных специальностей. Может быть полезен специалистам, эксплуатирующим радиолокационную аппаратуру.

Рецензент: заведующий кафедрой транспортного радиооборудования МИИГА А. А. Кузнецов

Заведующий редакцией Л.В. Васильева
Редактор И.В.Иванова
Технический редактор Р. А. Иванова
Корректор-вычитчик Е.А. Котляр
Корректор С. А. Сержант

© Издательство «Транспорт», 1981
© Л. Т. Перевезенцев, В. Н. Огарков, 1991, с изменениями и дополнениями

Содержание книги
Радиолокационные системы аэропортов

Предисловие
Введение

Глава 1. Общие сведения о наземных радиолокационных системах
1.1. Назначение и классификация радиолокаторов
1.2. Основные виды современных радиолокаторов и их краткая характеристика

Глава 2. Устройства обработки, трансляции и отображения радиолокационной информации
2.1. Аппаратура первичной обработки информации
2.2. Аппаратура трансляции радиолокационной информации
2.3. Средства отображения радиолокационной информации

Глава 3. Основные характеристики радиолокаторов
3.1. Общий подход к выбору характеристик радиолокаторов
3.2. Тактические и эксплуатационные характеристики радиолокаторов
3.3. Технические характеристики радиолокаторов
3.4. Нормы ИКАО на тактические и технические характеристики радиолокаторов
3.5. Нормы СЭВ на характеристики радиолокаторов

Глава 4. Функциональные схемы радиолокаторов и радиолокационных комплексов
4.1. Типовая функциональная схема аэродромного радиолокатора
4.2. Типовая функциональная схема трассового радиолокатора
4.3. Особенности построения функциональных схем посадочных радиолокаторов
4.4. Функциональная схема вторичного радиолокатора лепестков диаграмм

Глава 5. Системы подавления сигналов боковых правленноств антенн
5.1. Классификация систем подавления сигналов боковых лепестков
5.2. Системы подавления сигналов боковых лепестков по запросу
5.3. Системы подавления сигналов боковых лепестков по ответу

Глава 6. Передающие устройства радиолокаторов
6.1. Общая характеристика
6.2. Модуляторы
6.3. Магнетронные генераторы
6.4. Особенности построения передатчиков, выполненных на генераторах с внешним возбуждением

Глава 7. Антенно-фидерные устройства
7.1. Классификация радиолокационных антенн и их основные параметры
7.2. Поляризационные устройства
7.3. Элементы антенно-фидерных систем

Глава 8. Приемные устройства
8.1. Основные характеристики
8.2. Аналоговые и цифровые узлы радиолокационных приемников
8.3. Адаптивные устройства радиолокационных приемников

Глава 9. Системы селекции движущихся целей
9.1. Основные характеристики систем СДЦ
9.2. Устройства СДЦ, выполненные на базе аналоговых элементов
9.3. Устройства СДЦ, выполненные на базе цифровых элементов

Глава 10. Аппаратура декодирования и обработки информации вторичного радиолокатора
10.1. Структурная схема
10.2. Принцип действия дешифратора УВД
10.3. Функциональная схема дешифратора УВД
10.4. Дешифратор RBS

Глава 11. Аппаратура первичной обработки радиолокационной информации
11.1. Общие сведения
11.2. Логика работы обнаружителей
11.3. Структурная схема АПОИ

Список рекомендуемой литературы

ПРЕДИСЛОВИЕ

Радиолокационные станции, поскольку они являются основным средством получения оперативной информации о местоположении воздушных судов в любой момент времени независимо от метеорологических условий. В связи с этим действующими учебными планами для студентов факультетов радиотехнического профиля высших учебных заведений гражданской авиации предусматривается изучение курса «Радиолокационные системы аэропортов».

Задача курса-изучение принципов построения наземных радиолокационных систем и ознакомление с конкретными радиолокационными станциями, применяемыми в гражданской авиации для сбора данных, необходимых для управления воздушным движением.

Парк радиолокаторов, находящихся в эксплуатации, все время пополняется новыми типами оборудования, и техника выполнения отдельных элементов радиолокаторов непрерывно совершенствуется. Появились новые радиолокационные станции и комплексы, использующие более современные принципы формирования зондирующих сигналов, получения, обработки и отображения информации о воздушной обстановке. Существенные изменения произошли в элементной базе. На смену радиолокаторам второго поколения пришли радиолокаторы третьего поколения. В системах обработки и отображения информации широкое применение нашла цифровая и микропроцессорная техника. Новые разработки радиолокационной аппаратуры основаны на использовании принципа адаптации к условиям внешней среды и помеховой ситуации. Большие изменения произошли в идеологии построения вторичных радиолокационных систем.

Все эти обстоятельства определили необходимость изменения содержания курса «Радиолокационные системы аэропортов» и соответственно написания нового варианта учебника.

При разработке структуры учебника авторы учитывали, что он предназначен в первую очередь для студентов вузов эксплуатационного профиля. Поэтому описание принципов, методов и схем построения радиолокационных станций рассматривается в учебнике с позиции нужд эксплуатации. В то же время исключены все разделы, в которых рассматриваются специальные вопросы технической эксплуатации радиолокационной техники, поскольку в вузах гражданской авиации этот материал изучается в дополнительных курсах, предусмотренных учебным планом.

ВВЕДЕНИЕ

Безопасность и регулярность полетов воздушных судов (ВС), а также экономические показатели воздушного движения самолетов гражданской авиации в значительной степени определяются радиотехническими средствами обеспечения полетов. С помощью радиотехнических средств диспетчеры службы движения эксплуатационных авиапредприятий решают такие важнейшие задачи, как управление движением ВС на земле и в полете, предотвращение конфликтных ситуаций в воздухе, обеспечение безопасных интервалов между воздушными судами в вертикальной и горизонтальной плоскостях, принятие своевременных мер по оказанию помощи экипажам при особых случаях в полете.

Среди радиотехнических средств обеспечения полетов особое место занимают радиолокационные станции (РЛС), обладающие информационными свойствами, которые в большинстве случаев выдвигают их на первое место по эффективности использования в автоматизированных и неавтоматизированных системах управления воздушным движением (УВД). К таким характерным свойствам относятся:
- высокая оперативность получения данных о координатах самолетов и дополнительной полетной информации, необходимой для УВД (номер рейса, высота, запас топлива, вектор скорости, сигналы об аварийных ситуациях);
- достаточно высокая степень объективности полученных данных, поскольку субъективный фактор в радиолокационных станциях проявляется лишь на последней стадии переработки информации при считывании ее диспетчером;
- полнота информации о состоянии воздушной обстановки во всей контролируемой зоне управления;
- наглядность представления информации о местоположении самолетов и в некоторых случаях даже траекторий их движения, так как радиолокационное изображение воздушной обстановки на экранах индикаторов РЛС, как правило, является как бы уменьшенной моделью реального расположения самолетов в пространстве;
- высокая точность и надежность наземных РЛС, поскольку условия работы аппаратуры на земле в стационарных условиях позволяют использовать резервирование, уменьшить диапазон климатических воздействий на оборудование, увеличить размеры антенн, защитить антенны от аэродинамических нагрузок, облегчить условия обслуживания аппаратуры.'

Потребители радиолокационной информации предъявляют к РЛС различные зачастую противоречивые требования, удовлетворить которые одновременно одна РЛС не может. Поэтому они дифференцируются по определенным группам в зависимости от функций различных служб, использующих информацию РЛС. В соответствии с таким распределением все РЛС разделяются на определенное число видов. В некоторых случаях разрабатываются радиолокационные комплексы (РЛК), совмещающие функции двух или большего числа видов радиолокационных станций.

Кроме РЛС, информация которых непосредственно используется для УВД, в гражданской авиации нашли применение и другие виды РЛС, как, например, посадочные, обзора летного поля, метеорологические, вторичные. Первые из них используются для контроля за процессом захода самолетов на посадку. Радиолокаторы (РЛ) обзора летного поля позволяют диспетчеру по рулению в условиях плохой видимости определять взаимное расположение ВС, находящихся на стоянках, рулежных дорожках, взлетно-посадочной полосе (ВПП). Метеорадиолокаторы обнаруживают очаги гроз и ливневых осадков, оказывая тем самым большую помощь диспетчерам аэропортов в обеспечении безопасности полетов. Вторичные РЛ позволяют получать дополнительную полетную информацию о ВС, без которой невозможно эффективное функционирование автоматизированных систем УВД.

Начало развития радиолокационных систем в Советском Союзе относится к тридцатым годам нынешнего столетия. Непосредственным толчком к созданию радиолокационных методов обнаружения объектов послужило развитие военной авиации и возникновение в связи с этим необходимости заблаговременного обнаружения ВС противника. Этим объясняется и то обстоятельство, что основным заказчиком и потребителем радиолокационной техники и в нашей стране, и за рубежом были на первых этапах развития радиолокации различного рода военные ведомства.

Важным этапом в развитии радиолокационных средств в нашей стране следует считать опыты Центральной радиолаборатории (ЦРЛ) в январе 1934 г., впервые в Советском Союзе доказавшие экспериментальным путем возможность обнаружения ВС с помощью отраженных от них радиоволн. Руководителем этих работ был инженер Ю. К. Коровин. В дальнейшем было принято решение дублировать работы ЦРЛ аналогичными работами в другой научно-исследовательской организации. К исследованиям был привлечен Ленинградский электротехнический институт (ЛЭФИ). Непосредственным руководителем работ был назначен начальник радиосектора института инженер Б. К. Шембёль. В качестве основного направления был принят метод непрерывного излучения радиоволн.

В 1934, 1935 гг. ЛЭФИ был изготовлен экспериментальный макет зенитной установки, представлявший собой систему с двумя параболическими антеннами диаметром 2 м. Приемник и излучающая аппаратура на магнетроне были смонтированы у основания антенн. Первые испытания макета показали, что с его помощью можно обнаружить легкие самолеты на расстоянии 6 км. При этих же испытаниях было впервые замечено, что сила приема отраженных от поверхности самолета радиоволн все время менялась, что объяснялось сложным видом диаграмм направленности (ДН) вторичного излучения.

Не меньшее значение для развития радиолокационной техники имели также исследования по радиообнаружению самолетов, проводимые для службы противовоздушной обороны. Идея обнаружения самолетов с помощью радиоволн в системе ПВО возникла у инженера П. К. Ощепкова. Во второй половине 1933 г. П. К. Ощепков в своем докладе изложил принципы противовоздушной обороны на основе новых технических средств обнаружения самолетов с применением радиоволн. В феврале 1934 г. Управление ПВО заключило с ЛЭФИ договор на изучение отражений электромагнитных волн от различных поверхностей, разработку аппаратуры радиообнаружения и проведение первых опытов по обнаружению самолетов.

В июле 1934 г. ЛЭФИ предъявил для испытаний радиоаппаратуру под условным названием «Рапид», состоящую из излучающего устройства непрерывного действия, рассчитанного на волну 4,7 м, приемного устройства суперрегенеративного типа и приемной антенны в виде горизонтального вибратора. Индикация целей осуществлялась с помощью наушников по характерным биениям, обусловленным интерференцией прямой и отраженной волньь Приемная аппаратура устанавливалась на расстоянии 11 ... 50 км от излучающей установки. Результаты испытаний аппаратуры показали, что самолет обнаруживался во всех случаях, когда он находился в зоне радиусом до 3 км от приемного устройства и высоте полета до 1000 м.

Разработка, изготовление и испытание аппаратуры «Рапид» явились важным этапом в истории отечественной радиолокации. Если опыты ЦРЛ в январе 1934 г. впервые в СССР доказали возможность обнаружения ВС с помощью отраженных от них радиоволн, то работы ЛЭФИ показали уже реальную возможность создания средств радиолокации с определенными тактическими характеристиками. Считается, что аппаратура «Рапид» представляла собой первую в СССР практически действующую систему радиообнаружения самолетов. На базе этой системы в 1937 ... 1938 гг. была создана аппаратура «Ревень», которая представляла собой систему радиообнаружения самолетов линейного типа.

Излучающие и приемные станции системы «Ревень» монтировались на автомашинах и располагались на местности линейно так, чтобы расстояние между ними не превышало 35 км. Такое размещение станций создавало так называемую «электромагнитную завесу», пронизывая которую самолеты обнаруживались по интерференции прямого и отраженного сигналов. В сентябре 1939 г. аппаратура радиообнаружения самолетов «Ревень» была принята на вооружение под названием РУС-1 (радиоулавливатель самолетов). Аппаратура прошла боевую проверку в системе ПВО Ленинграда во время войны с Финляндией и во время Отечественной войны-в системе ПВО Дальнего Востока и Закавказья. Дальнейшее производство РУС-1 было прекращено, так как к этому времени появились более совершенные станции дальнего обнаружения, работающие в импульсном режиме.

Следующий значительный шаг в развитии отечественной радиолокационной техники был связан с успешными работами Ленинградского физико-технического института (ЛФТИ) по созданию импульсной установки обнаружения самолетов. Первая экспериментальная импульсная установка радиообнаружения была создана ЛФТИ в течение 1936 - 1937 гг.

Новый экспериментальный макет, изготовленный институтом в 1938 г., имел передатчик, выполненный на генераторной лампе с импульсной мощностью 50 кВт. Макет работал на волне 3,7 м с длительностью импульсов 10 мкс и частотой повторения 900 Гц. Антенна излучающего устройства состояла из пяти директоров и трех рефлекторов, укрепленных на мачте высотой 12 м. Приемная станция располагалась на расстоянии 1 км от излучающей и имела такую же антенну. Во время испытаний обе антенны были ориентированы на самолет (цель). Испытания, проведенные в августе 1938 г., показали, что, несмотря на конструктивное несовершенство изготовленного макета, ВС при высоте полета 1500 м обнаруживалось на расстоянии до 50 км. Это был несомненный успех радиолокационной техники, показавший, что проблема дальнего радиообнаружения ВС с научно-технической точки зрения решена. Кроме того, было доказано неоспоримое преимущество импульсных радиолокационных устройств перед аппаратурой, работавшей на принципе непрерывного излучения. В 1941 г., учитывая большой вклад в создание первых станций дальнего обнаружения самолетов; группе сотрудников ЛФТИ Ю. Б. Кобзареву, П. А. Погорелко и Н. Я. Чернецову была присуждена Государственная премия.

После 1938 г. шла доработка макета импульсного радиолокатора. Был изготовлен подвижной вариант радиообнаружителя. Этот вариант получил название «Редут». Испытания, проведенные в 1939 г., показали,что с помощью установки «Редут» можно обнаруживать ВС, летящие на высоте 7500 м, на удалении до 100 км.

В июле 1940 г. станция «Редут» под названием РУС-2 была принята на вооружение войск ПВО.

Радиолокатор РУС-2 имел некоторые конструктивные недостатки, связанные прежде всего с наличием двух отдельных антенн-приемной и передающей. Для улучшения эксплуатационных качеств станции необходимо было перейти к одной антенне, что позволило бы исключить один автомобиль с вращающейся кабиной, отказаться от системы синхронизации поворота антенн и перейти от вращающейся кабины к вращающейся антенне. В мае 1941 г. промышленность изготовила первые два радиолокатора с совмещенной антенной. Это был так называемый «упаковочный» вариант РУС-2 («Пегматит»), предполагающий перевозку радиоаппаратуры в укладочных ящиках. В дальнейшем эта станция была принята на вооружение под названием РУС-2с.

Начальный период войны в развитии радиолокации по дальнему обнаружению ВС характеризовался ускоренной организацией серийного производства радиолокаторов РУС-2 и РУС-2с. До конца войны было выпущено около 600 таких радиолокаторов. Послевоенный период развития радиолокационной техники характеризуется прежде всего расширением сферы ее использования. Кроме применения в военном деле, значительную роль радиолокация стала играть в различных отраслях народного хозяйства и в развитии науки.

В гражданской авиации наземные радиолокационные средства стали широко использоваться для УВД, обеспечения посадки в сложных метеорологических условиях, получения данных о состоянии атмосферы, для обзора летного поля и т.д.

Рассмотренные ранее радиолокаторы РУС-1, РУС-2, РУС-2с, а также пришедшие им на смену П-3, П-8, П-10, П-12 были предназначены для обеспечения боевой деятельности войск ПВО, бомбардировочной и истребительной авиации. Дальнейшее развитие реактивной авиации, в том числе и Гражданского воздушного флота, поставили на очередь вопрос об аэродромном обеспечении безаварийной посадки ВС. Необходимо было организовать службу регулирования подхода ВС к аэродрому, очередности их посадки и управление посадкой.

Первой аэродромной системой управления воздушным движением и посадкой была разработанная в 1947 ... 1950 гг. радиолокационная система «Материк». В нее входили обзорный радиолокатор ОРЛ-1, диспетчерский радиолокатор ДРЛ-1, автоматический радиопеленгатор АРП-1М, посадочная радиомаячная аппаратура и оборудование командно-диспетчерского пункта.

Обзорный радиолокатор ОРЛ-1 работал в метровом диапазоне волн, обеспечивал дальность действия более 100 км, точность по азимуту + 2°, по дальности +1 км. Импульсная мощность передатчика составляла 80 ... 100 кВт. Антенна представляла собой четыре отдельных устройства типа волновой канал, расположенных попарно в двух горизонтальных плоскостях. Диспетчерский радиолокатор ДРЛ-1 в системе «Материк» был одним из основных средств оперативного управления заходом ВС на посадку. Дальность действия его была приблизительно 30 км, импульсная мощность излучения 30 кВт. Система «Материк» успешно прошла испытания и под названием СП-50 долгие годы эксплуатировалась на аэродромах ВВС и гражданской авиации.

В 1953 г. в эксплуатацию была введена подвижная радиолокационная система посадки самолетов РСП-4 («Глобус»), в которую, кроме обзорного радиолокатора ОРЛ-4 и диспетчерского радиолокатора ДРЛ-4, входили также посадочные радиолокаторы ПРЛ-4, а затем ПРЛ-5. Радиолокатор ОРЛ-4 в конструктивном отношении был аналогичен обзорному радиолокатору ОРЛ-1, но отличался от него устройством синфазного и противофазного подключения двухэтажной антенной решетки. Это позволяло уменьшить провалы в многолепестковой вертикальной ДН антенны и обеспечить тем самым непрерывное наблюдение за ВС во всей зоне подхода аэродрома. Радиолокатор работал в метровом диапазоне волн и позволял обнаруживать ВС на удалении до 80 км. Мощность передатчика в импульсе была равна 100 кВт, длительность импульсов примерно 3 мкс.

Передатчик РЛ был выполнен на генераторе, собранном на двух электронных лампах, и на модуляторе с накопительной искусственной длинной линией и вращающимся рскровым разрядником. Антенная система состояла из четырех директорных антенн, расположенных в два яруса. Индикатор кругового обзора (ИКО) был выполнен на электронно-лучевой трубке с большим послесвечением. Синхронное вращение линии развертки с антенной достигалось за счет механического вращения отклоняющих катушек, соединенных с помощью гибкого валика с приводом вращения антенны. Опыт эксплуатации радиолокатора ОРЛ-4 показал достаточно высокую его надежность, однако некоторые тактические характеристики, и,' в частности, дальность действия, разрешающая способность по азимуту, точность по азимуту для всевозрастающих требований диспетчерской службы УВД нуждались в существенном улучшении.

Диспетчерский радиолокатор ДРЛ-4, входящий в систему РСП-4, работал в сантиметровом диапазоне волн. Дальность действия в зависимости от высоты полета составляла 20-40 км. Точность по дальности была не хуже 250 м, по азимуту-не более 2,5°. Разрешающая способность составляла соответственно 400 м и 2°. Мощность передатчика в импульсе была равна 40 кВт при длительности импульсов 0,7 мкс. Передатчик РЛ был выполнен на магнетроне. Модулятор собран по схеме с емкостным накопителем. В качестве ключа использовались электронные модуляторные лампы.

Скачать книгу "Радиолокационные системы аэропортов". Москва. Издательство "Транспорт", 1991

143502 МО, г.Истра-2, ул. Заводская, 43А. Тел. (49631) 4-66-21. E-mail: toroid2011@mail.ru