Наземная радиолокационная система

Современный этап развития Гражданской авиации характеризуется существенным повышением скоростей полетов летательных аппаратов, увеличением их количества на трассах и в районах аэропортов. Все это предъявляет высокие требования к системам обеспечения безопасности полетов.

Безопасность и регулярность воздушного движения во многом определяется бесперебойной работой многочисленных средств радиообеспечения полетов, различными типами радиоэлектронных устройств и систем. Радиоэлектронное оборудование решает задачи информационного обеспечения полетов, выбора оптимальных маршрутов, посадки в сложных метеорологических условиях. В состав радиоэлектронной аппаратуры входят различные типы радионавигационных и радиолокационных систем, аппаратура посадки и связное оборудование. Характерной особенностью авиационных систем электросвязи является многообразие используемых технических средств, а также их многофункциональность, вытекающие из широкого круга задач, решаемых в самых разнообразных условиях.

В соответствии с принятой схемой организации УВД (Управления воздушным движением) взаимодействие экипажей летательных аппаратов с диспетчерскими пунктами осуществляется на всем протяжении полета, начиная с момента выруливания с перрона на взлетно-посадочную полосу и заканчивая остановкой на перроне аэропорта назначения.

В процессе управления воздушным движением каждый диспетчерский пункт должен обладать полной и достоверной информацией о местоположении летательных аппаратов в пределах зоны, контролируемой данным диспетчерским пунктом.

Значительное место в общей схеме управления воздушным движением занимают радиолокационные средства, обеспечивающие обнаружение, определение координат и параметров движения, так же устойчивое сопровождение летательных аппаратов.

В настоящей контрольной работе разработана наземная радиолокационная система, имеющая узкую сканирующую диаграмму направленности, обеспечивающая слежение за летательными аппаратами. Детально разработан радиолокационный приемник, рассчитаны его основные параметры, предложены оригинальные схемные решения. Проведен всесторонний анализ технико-экономического эффекта. Разработаны рекомендации по технической эксплуатации, организации безопасности жизнедеятельности и обеспечению безопасности полетов.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Анализ существующих РЛС сопровождения

Моноимпульсные РЛС

РЛС представляет собой наземную систему, у которой антенна с иглообразным лучом смонтирована на поворотном устройстве со следящим приводом, которое, изменяя положение антенны по азимуту и углу места, позволяет следить за целью.

Суммарный сигнал ПЧ используется так же, как опорный сигнал в ФД, вырабатывающих из разностных сигналов напряжения сигналов ошибки сопровождения по углам. ФД выполняет скалярное умножение; выходное напряжение ФД

e = cos (), (1.1.)

где — модуль суммарного сигнала;

— модуль разностного сигнала;

— фазовый угол между ними.

На рис. 1.1 изображены огибающие радиоимпульсов (а — излучаемых антенной, б — отраженных от цели).

Рис. 1.1

1.2 Определение параметров сигнала

Выберем в качестве зондирующего сигнала простой сигнал с базой равной 1 (радиоимпульсы с прямоугольной огибающей, рис. 1.2). Выбор является предварительным. После расчета импульсной мощности передатчика Pи, если она превысит допустимое для наземных РЛС значение 1 МВт/имп, зададимся приемлемой импульсной мощностью и возьмем в качестве зондирующего сигнала сложный сигнал.

Временная и спектральная диаграммы радиоимпульсов, отраженных от цели и поступающих на вход РПрУ представлены на рис. 1.2.

Рис. 1.2

Временная и спектральная диаграммы сигнала на выходе линейной части РПрУ представлены на рис. 1.3.

Рис. 1.3

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор и обоснование структурной схемы приемника

Структурные схемы РПрУ различаются, прежде всего, трактом высокой частоты (ТВЧ). Существует несколько различных типов схем.

1) Детекторный тип.

2) Прямого усиления.

3) Супергетеродинного типа.

Приёмник прямого детектирования характерен отсутствием усиления колебаний радиочастоты до детектора. Его отличает низкая чувствительность и избирательность.

Приёмник прямого усиления содержит УРЧ. ВЦ и УРЧ настроены на частоту принимаемого сигнала, на которой и осуществляется усиление. Т.к. используется многокаскадный УРЧ, то это обуславливает снижение его устойчивости и общей избирательности приёмника, затрудняет техническую реализацию перестройки по частоте.

Трудности, связанные с многокаскадностью УРЧ, позволяет устранить, в принципе, использование регенеративных и сверхрегенеративных усилителей, обеспечивающих большее усиление на каскад. Однако такие усилители обладают повышенными искажениями, относительно низкой устойчивостью по отношению к дестабилизирующим факторам, повышенной вероятностью паразитного излучения. По этой причине они применяются редко, и находят применение, в частности, в портативных приёмниках СВЧ. При любых типах используемых УРЧ полностью преодолеть присущие схеме прямого усиления недостатки не удаётся, поэтому в настоящее время такие РПрУ с фиксированной настройкой применяются практически лишь в микроволновом и оптическом диапазонах, что не соответствует характеристикам проектируемого РПрУ, т.к. он рассчитан на работу в сантиметровом диапазоне.

Существенное улучшение всех показателей РПрУ достигается на основе принципа преобразования частоты принимаемого сигнала — переноса его в частотную область, где он может быть обработан с наибольшей эффективностью. Самое широкое распространение во всех радиодиапазонах получила построенная на этом принципе схема супергетеродинного приемника. Эта схема в настоящее время наиболее совершенна.

Приемники супергетеродинного типа позволяют успешно решать задачи получения требуемой фильтрации принимаемого сигнала, обеспечение заданного усиления, решение проблемы селективности, простоты перестройки, которая обеспечивается с помощью простых колебательных систем преселектора.

Относительная широкополосность приемников импульсных сигналов позволяет, как правило, строить такие приемники с однократным преобразованием частоты.

Из выше сказанного можно сделать вывод, что построение проектируемого РПрУ целесообразно выполнять по супергетеродинной схеме, наилучшим образом удовлетворяющей заданным техническим требованиям.

Амплитуда сигналов, поступающих на вход радиолокационного РПрУ, изменяется в широких пределах, т.к. мощность отраженных от цели сигналов обратно пропорциональна четвертой степени расстояния до цели (которое может меняться) и, кроме того, зависит от типа цели и её эффективной поверхности рассеивания. Работа РЛС в реальных условиях сопровождается действием разного рода активных и пассивных нестационарных помех естественного и искусственного происхождения, уровень мощности которых зачастую значительно (на 20.60 дБ) превышает уровень полезного сигнала, а параметры априорно неизвестны. Воздействие помех еще больше расширяет диапазон изменения сигналов, поступающих в антенну РЛС.

Пределы изменения амплитуд напряжения сигнала от UСмин до UСмакс характеризуются динамическим диапазоном сигналов DС = UСмин/UСмакс, который может быть выражен в децибелах: DС [дБ] = 20lg (UСмин/UСмакс).

3. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ

3.1 Надёжность изделия

Надёжность — комплексная характеристика, определяемая четырьмя составляющими: безотказностью, долговечностью, сохраняемостью и ремонтопригодностью. Каждая из этих составляющих, в свою очередь, описывается набором параметров, численные значения которых зависят от структуры РЭО, его функционального назначения, цикличности работы, стратегии ТО (технического обслуживания). Показатели надёжности позволяют получить количественные значения вероятностей пребывания РЭО (радиоэлектронного оборудования) в том или ином состоянии. Расчет показателей надежности ориентирует инженерно-технические службы на возможность получения количественных оценок безотказности, долговечности, сохраняемости с целью проведения сопоставительного анализа расчетных и статистических данных.

В теории эксплуатации наиболее важные понятия и определения стандартизированы ГОСТ 18 322– — 78, 24 212- 80, 27.002 — 83. Первый ГОСТ определяет ТО, как комплекс операций или операция по поддержанию работоспособности изделия при использовании по назначению, ожиданию, хранению и транспортировке.

Ремонт — комплекс операций по восстановлению исправности или работоспособности РЭО и восстановлению ресурсов системы в целом или её составных частей.

Система ТО и Р (ремонта) представляет собой совокупность взаимосвязанных средств, документации и исполнителей, необходимых для поддержания и восстановления качества изделий, входящих в эту систему. ТО и Р представляет из себя систему управления техническим состоянием РЭО в определенных условиях эксплуатации.

В зависимости от значений принятого признака технического состояния объекта РЭО формируются управляющие воздействия, т. е. в соответствии с принятыми стратегиями ТО и Р. Система правил управления техническим состоянием в процессе ТО и Р носит название стратегии ТО и Р.

Стратегия ТО реализуется с помощью видов ТО. Вид ТО — техническое обслуживание, выделяемое по какому-либо отличительному признаку.

Эффективность системы ТО — свойство системы ТО выполнять функции по поддержанию и восстановлению исправности или работоспособности изделий с определёнными затратами времени, труда и материальных средств.

ТО может осуществляться различными методами. Под методом ТО следует понимать совокупность технологических и организационных правил выполнения операций ТО. Известны следующие методы ТО:

— поточный;

— централизованный — ТО выполняется персоналом и средствами одного подразделения или предприятия;

— децентрализованный;

— поэтапный — метод ТО, при котором комплекс операций расчленяется на отдельные этапы и распределяется по видам меньшей трудоёмкости с сохранением установленной периодичности;

— посистемный — организация ТО и специализация исполнителей осуществляется по функциональным системам;

— зонный — организация ТО и специализация исполнителей осуществляется по зонам эксплуатируемого устройства, например, по зонам механических узлов, электросиловых устройств, РЭО и т. д.

Метод ТО:

— эксплуатационным персоналом;

— специализированным персоналом;

— эксплуатирующей организацией;

— предприятием-изготовителем.

4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПОЛЁТОВ

4.1 Основные понятия по БП

Под безопасностью полета понимают свойство авиационной транспортной системы (состоящей из самолета, экипажа, служб подготовки и обеспечения полета и служб управления воздушным движением), заключающееся в ее способности осуществлять воздушные перевозки без угрозы для жизни и здоровья людей. Это свойство характеризуется уровнем безопасности полета, который определяется вероятностью того, что в полете не возникает катастрофическая ситуация. Принятый на практике показатель — вероятность катастрофической ситуации — оценивается для самолетов данного типа в среднем по всему парку количеством катастрофических ситуаций, приходящихся на один час полета.

При оценке безопасности полета (БП) в процессе эксплуатации учитываются также предпосылки к авиационным происшествиям. На этапе эксплуатации при классификации событий, связанных с отказами, в качестве предпосылок авиационных происшествий (инцидентов) следует рассматривать только те отказы, которые оцениваются как приводящие к сложной и аварийной ситуации.

По частоте возникновения события, (отказы, отказные состояния, особые ситуации, внешние воздействия) делятся на повторяющиеся, умеренно вероятные, маловероятные, практически невероятные.

При необходимости количественной оценки вероятностей возникновения событий должны использоваться следующие значения вероятностей, отнесенные либо к одному часу полета, либо к одному полету, в зависимости от характера рассматриваемого события:

— повторяющиеся — более 10−3;

— умеренно-вероятные — 10−3… 10−5;

— маловероятные — 10−5… 10−7;

— крайне маловероятные — 10−7…10−9;

— практически невероятные — менее 10−9.

Рассмотренные основные положения теории безопасности полетов распространяются и на радиосвязное оборудование аэродромов и воздушных судов, влияющее на способность совершать безопасные полеты во всем диапазоне установленных для ВС ожидаемых условий эксплуатации при условии, что остальные компоненты авиационной транспортной системы функционируют нормально.

Настоящий дипломный проект посвящен повышению уровня эксплуатационной надёжности и эффективности аэродромного радиосвязного оборудования, поэтому рассмотрим основные сведения о составе радиотехническом оборудовании и средствах воздушной электросвязи аэродромов и требованиям НГЭА к ним.

радиолокационный система сигнал полёт

4.2 Основные сведения о радиотехническом обеспечении полётов ВС в районе аэродрома

Радиотехническое обеспечение полетов воздушных судов предусматривает:

— обеспечение органов управления воздушным движением (УВД) необходимыми радиотехническими средствами связи и контроля за движением воздушных судов; содержание средств радиотехнического обеспечения полетов и средств связи в исправном состоянии, планирование их использования; учет и анализ отказов и неисправностей радиотехнических средств и средств связи;

— подготовку и допуск инженерно-технического состава баз эксплуатации радиотехнического оборудования и связи (ЭРТОС) к технической эксплуатации радиотехнических средств аэродромов, объектов радионавигации и связи.

5. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ

5.1 Безопасность труда

Инструктаж и обучение безопасным приёмам выполнения работ

В соответствии с Кодексом законов о труде проведение инструктажа рабочих и служащих по охране труда возлагается на администрацию предприятий и учреждений.

Порядок проведения инструктажа (обучения) на авиапредприятиях регламентирован ГОСТ 12.0.004−79. В соответствии с ним обучение работающих безопасности труда проводят на всех предприятиях и в организациях независимо от характера и степени опасности производства при подготовке новых рабочих (вновь принятых или меняющих профессию), проведении различных видов инструктажа, повышении квалификации.

Общее руководство и организация обучения в целом по предприятию (организации) возлагаются на руководителя предприятия, а контроль за своевременностью и качеством обучения работающих безопасности труда осуществляет служба охраны труда предприятия (отдел, бюро, ст. инженер, инженер) или инженерно-технический работник, на которого возложены эти обязанности приказом руководителя предприятия.

Обучение безопасности труда новых рабочих должно проводиться при профессионально-техническом обучении в порядке, установленном положением о подготовке и повышении квалификации рабочих непосредственно на производстве.

По характеру и времени проведения инструктаж работающих подразделяют на: вводный, первичный на рабочем месте, повторный, внеплановый, текущий.

Вводный инструктаж проводит инженер по охране труда или лицо, на которое возложены его обязанности. Первичный инструктаж на рабочем месте, повторный, внеплановый, текущий проводит непосредственно руководитель работ. Вводный инструктаж проводится со всеми принимаемыми на работу, независимо от их образования, стажа работы по данной профессии или должности, в том числе с командированными, учащимися и студентами, прибывающими на производственное обучение или практику. Как правило, он ведётся в кабинете охраны труда авиапредприятия. Инструктаж проводят по программе, утвержденной и согласованной с комитетом профсоюза, разработанной с учётом требований стандартов ССБТ, а также особенностей производства (Типовая программа приводится в ГОСТ 12.0.004−79). О проведении вводного инструктажа и проверке знаний делают запись в журнале регистрации вводного инструктажа (личной карточке инструктажа) с обязательной подписью инструктируемого и инструктирующего.

Первичный инструктаж на рабочем месте проводят с той же категорией лиц, что и вводный и дополнительно к ним ещё с работниками, выполняющими новую для них работу, а также со строителями при выполнении строительно-монтажных работ на территории данного предприятия. Список профессий работников, освобождённых от первичного инструктажа на рабочем месте, утверждает руководитель предприятия (организации) по согласованию с профсоюзным комитетом. В этот список включаются лица, не связанные с обслуживанием, испытанием, наладкой и ремонтом оборудования, использованием инструмента, хранением сырья и материалов.

Первичный инструктаж на рабочем месте ведется согласно инструкций по охране труда, разработанных для отдельных профессий или видов работ с учетом требований стандартов ССБТ и основных вопросов инструктажа на рабочем месте. При подготовке таких вопросов следует обратиться к приложению 2 ГОСТ 12.0.004−79. Важной особенностью данного инструктажа является необходимость его проведения с каждым работником индивидуально с показом безопасных приемов и методов труда. Допуск к самостоятельной работе, который соответствующим образом оформляется, даётся обычно после 2−5 смен (в зависимости от индивидуальных качеств работающих).

6. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Технический прогресс — решающий фактор повышения эффективности производства. Поэтому важным резервом повышения эффективности является дальнейшее развитие новых, современных видов оборудования, обладающих высокой производительностью, надежностью и качеством.

Внедрение систем автоматизированного обмена данными с ВС в Гражданской авиации является составной частью программы дальнейшей автоматизации процесса УВД. Это принципиально новое направление в развитии средств связи, которое позволит значительно повысить пропускную способность каналов связи (за счет возрастания скорости и объема передаваемой информации), в связи с этим значительно возрастает эффективность существующих средств и каналов связи.

При сравнении технико-экономической эффективности за базу сравнения принимаем показатели аналогичного УПЧ типового радиолокационного приемника.

Целью экономического обоснования ДП является количественное доказательство реальности и не избыточности предложенных инженерных идей. Для этого вычислим следующие блоки показателей:

1. Производственные затраты.

2. Эксплуатационные затраты.

3. Показатели оценки эффективности инвестиций.

6.1 Производственные затраты

Производственные затраты Спр на создание одного УПЧ равны сумме связанных с этим процессом всех видов издержек (затрат).

Спр=Ссм+Ср+Ск+Ссто, (6.1.)

где Ссм — материальные издержки;

Ср — издержки на оплату персонала;

Ск — калькуляционные издержки;

Ссто — издержки на оплату услуг сторонних организаций.

Будем считать, что УПЧ производился на заводе — изготовителе, а нашим предприятием покупался.

6.1.1 Материальные издержки Cми

Материальные издержки, связанные с изготовлением УПЧ равны сумме:

Cми = См+Сп, (6.2.)

где Cм= Смо+ Cмв+Смт — стоимость материалов;

Смо — стоимость основных материалов;

Cмв — стоимость вспомогательных материалов;

Смт — стоимость технологических материалов;

Сп — стоимость покупных изделий.

6.1.2 Стоимость материалов См

Расчет стоимости материалов, идущих на изготовление одного УПЧ выполнен по данным на 01.09.06 и приведен в таблице 6.1.

Таблица 6.1 — Расчет стоимости материалов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящем дипломном проекте на основании анализа существующих радиолокационных систем сопровождения, в соответствии с заданием на проектирование и с учетом рекомендаций ICAO, разработан радиолокационный приемник моноимпульсной РЛС в системе УВД.

Разработаны структурные схемы моноимпульсной РЛС и приемного устройства в ее составе, проведен детальный расчет параметров каскадов радиоприемника. Представлены принципиальные схемы каскадов радиолокационного приемника и устройства в целом, а так же даны рекомендации по конструированию изделия.

Рассмотрены вопросы технической эксплуатации радиоприемника в составе РЛС, безопасности полетов и безопасности жизнедеятельности. Также проведен подробный экономический анализ проекта, который подтвердил несомненную эффективность разработки и перспективы его практического использования.

Задание на дипломный проект выполнено полностью.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Вдовиченко Н. С., Набатов О. С., Соломенцев В. В. Системы связи воздушных судов гражданской авиации. М.: Транспорт, 1988.

2. Беркович Я. Радиолинии передачи информации. М.: Радио и связь, 1998.

3. Алексеев О. В. Широкополосные передающие устройства. М.: Связь, 1997.

4. Коробкин М. С. Кодирование и передача дискретных сообщений в системах связи. Учебник. М.: Наука, 1986.

5. Шумилин С. С. Проектирование радиопередающих устройств. Уч. пос. М.: Связь, 1990.

6. Цифровые и аналоговые микросхемы. Справочник / Под ред. Солопова Н. А. М.: Радио и связь, 1999.

7. Лебедев О. Н., Мирошниченко А. И. Изделия электронной техники. Справочник. М.: Радио и связь, 2000.

8. Шувалов В. П., Захарченко Н. В. Передача дискретных сообщений. М.: Связь, 1998.

9. Зюко А. Г. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации. М.: Радио и связь, 1985.

10. Бейнарович В. В., Ливинский С. В., Шухардин А. Надежность авиационного РЭО. Пособие для проведения практических занятий. Ростов-на-Дону, РВИ РВ, 2004.

11. Андрианов В. В. Методические рекомендации по экономическому обоснованию дипломных проектов. М.: МГТУ ГА, 1997.