Аэродромный радиолокатор «Онега»

Курсовая работа на тему:

Аэродромный радиолокатор «Онега»

Список принятых сокращений аэродромный радиолокатор схема

АНТ — Антенна

АПД — Аппаратура передачи данных

АПОИ — Аппаратура первичной обработки информации

АС УВД — Автоматизированная система управления воздушным движение

ВРК — Вторичный канал

ВРЛ — Вторичный радиолокатор

ДНА — Диаграмма направленности

ДУИ — Датчик угловой информации

ИКО — Индикатор кругового обзора

КДП — Командный диспетчерский пункт

ЛА — Летательный аппарат

М — Модулятор

МВ — Механизм вращения

ОРЛ-А — Обзорный радиолокатор аэродромный

ПРК — Первичный канал

ПРД — Передатчик

ПРЛС — Первичная радиолокационная станция

ПРМ — Приёмник

МОД — Модулятор ОУ — Оконечное устройство

РЛК — Радиолокационный комплекс

РЛС — Радиолокационная станция

СДЦ — Селекция движущихся целей

СИНХР — Синхронизатор

УВД — Управление воздушным движением

УВЧ — Ультравысокие частоты

УПЧ — Усилитель промежуточной частоты

Радиотехническое обеспечение (РТО) является одним из важнейших видов обеспечения полётов. Эксплуатационно-технические характеристики (ЭТХ) средств РТО в значительной степени определяют такие элементы организации воздушного движения, как пропускная способность и интенсивность полётов, параметры эшелонирования, т. е. оказывают большое влияние на безопасность, регулярность и экономичность движения. В связи с ростом интенсивности воздушного движения резко возросли требования по улучшению ЭТХ средств РТО, а также процессов предварительного и текущего планирования воздушного движения.

Разработка предварительных (суточных) бесконфликтных планов полётов при высокой интенсивности воздушного движения для больших территорий с учётом пропускной способности всех критических точек воздушного пространства и согласования плана со смежными зонами УВД возможна только при автоматизации процессов планирования. То же самое можно сказать и о процессах текущего планирования, когда по мере поступления ВС на управление необходимо рассчитывать и прогнозировать бесконфликтные траектории для десятков ВС в каждом из секторов управления, а также сравнивать полученные результаты с предварительными планами. Первичная и вторичная обработка множества сигналов, идущих от пассивного и активного каналов этих РЛК начиная с обнаружения и прогнозирования траекторий ВС до отображения информации, невозможна без автоматизации их обработки. Задачи обработки информации, планирования и обеспечения непосредственного управления в той или иной мере решаются в современных автоматических системах управления воздушным движением (АС УВД) различного назначения.

С помощью радиоэлектронных средств диспетчер УВД во взаимодействии с экипажами ВС решает такие важнейшие задачи, как:

· Управление движением ВС на земле и в воздухе;

· Предотвращение конфликтных и потенциально конфликтных ситуаций в полёте;

· Обеспечение безопасных интервалов между ВС в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Диспетчер УВД с помощью радиоэлектронных средств оказывают помощь экипажам ВС при облёте опасных грозовых очагов, при потере ориентировки и в других особых случаях в полёте.

Среди наземных радиотехнических средств обеспечения полётов особо важное место занимают радиолокационные станции (РЛС). Потребители радиолокационной информации предъявляют РЛС различные, зачастую противоречивые требования, удовлетворить которые одна РЛС не может. В зависимости от требований, предъявляемых диспетчерами различных секторов непосредственного УВД, РЛС подразделяются на трассовые, аэродромные, посадочные, РЛС обзора лётного поля. Кроме того, РЛС подразделяются на первичные (ПРЛ), в которых принимаются отражённые эхо — сигналы и вторичные (ВРЛ), использующие сигналы самолётных радио ответчиков. В настоящее время для целей автоматизации УВД используются радиолокационные комплексы (РЛК), совмещающие функции ПРЛ и ВРЛ, а также содержащие аппаратуру первичной цифровой обработки радиолокационной информации (АПОИ).

1.Аналитический обзор аэродромных РЛС

Аэродромные обзорные РЛС (ОРЛ-А) предназначены для получения информации о воздушной обстановке, необходимой при контроле и УВД в районе аэродрома и для вывода ВС в зону действия посадочных средств. В нормах, принятых в ГА и выработанных постоянной комиссией по радиотехнической и электронной промышленности, ОРЛ-А обозначены ПРЛ-В2 и делятся на следующие классы: ПРЛ-В1 с Rmax=150 км; ПРЛ-В2 с Rmax=80 км и ПРЛ-В3 с Rmax=46 км.

Информация, получаемая с помощью аэродромных обзорных станций, используется диспетчерам аэродромных центров АС УВД, диспетчерских пунктов подхода (ДПП), главных диспетчерских пунктов подхода (ГДПП), диспетчерских пунктов круга (ДПК), диспетчерских пунктов системы посадки (ДПСП) и местных диспетчерских пунктов (МДП).

Технические характеристики аэродромных обзорных РЛС должны обеспечивать разрешающую способность и точность определения координат ЛА в соответствии с международными и отечественными нормами. Кроме того, они должны иметь эффективные средства подавления сигналов, отраженных от местных предметов и гидрометеоров. Аэродромные станции должны обнаруживать и определять местоположение целей, находящихся на небольших высотах и на близком удалении от РЛС. Требования к максимальной дальности действия аэродромных радиолокаторов дифференцируются в зависимости от конкретного назначения станции и класса аэропорта, где предполагается установить радиолокатор. Для большой интенсивности полётов необходимо использовать аэродромные обзорные радиолокаторы варианта «В 1» с дальностью действия? 150 км.

В менее крупных аэропортах целесообразно устанавливать аэродромные радиолокаторы варианта «В 2» с максимальной дальностью действия? 80 км. Для того чтобы обеспечить необходимой информацией диспетчера круга, достаточно в соответствии с рекомендациями ICAO иметь радиолокатор варианта «В 3» с дальностью действия? 46 км[4].

1.1 Назначение, размещение и особенности аэродромных РЛС (ОРЛ-А)

Аэродромные РЛС устанавливают, как правило, вблизи КТА аэродрома, но не ближе 120 м от оси ВПП и на удалении не более 3 км от АКДП. Для обеспечения радиолокационного контроля за полётами ВС в секторах ответственности аэродромной зоны ОВД (в направлениях коридоров аэродрома) антенны РЛС устанавливают на позиции так, чтобы величины углов закрытия по углу места не превышали 0,5°. 2].

.Радиолокатор «Онега» предназначен для обеспечения радиолокационного контроля и УВД в аэродромных зонах со средней интенсивностью полетов при использовании информации, получаемой по первичному и вторичному каналам. Последний работает в режимах УВД, РБС и УВД-М.

РЛК «Онега» — перевозимая, размещается в кузовах трех автомобилей. В состав РЛС входят: аппаратура OPJIC-A; две антенные системы с опорноповоротными устройствами, установленными на 15-метровых мачтах; аппаратура первичной обработки информации АПОИ «Вуокса»; аппаратура, размещаемая на КДП (аппаратура приема обработанной РЛИ, аппаратура отображения воздушной обстановки «Символ-Д», аппаратура ТУ — ТК дистанционного управления РЛС, контроля и сигнализации о ее техническом состоянии); устройство кабельной высокочастотной (широкополосной) и проводной (узкополосной) линии для передачи аналоговой и кодированной РЛИ на КДП аэродрома. Эта линия может иметь длину до 2 км.

Аппаратура основного и резервного комплектов РЛК «Онега» размещается в двух кузовах. В третьем кузове размещаются устройства сопряжений всей перечисленной ранее аппаратуры.

В РЛК «Онега» используется 10-сантиметровый диапазон радиоволн, использование которого позволило снизить габаритные размеры и массу антенных и передающих устройств. Однако в этом диапазоне в ПРК при дальности до 50 км наблюдаются большие, чем в более длинноволновом диапазоне, отражения от земной поверхности. Это усложняет защиту от них.

Особенность ПРК этой РЛС — использование в нем сложного широкополосного сигнала с линейной частотной внутриимпульсной модуляцией. Длительность зондирующего сигнала т = 24 мкс с девиацией частоты внутри импульса 2 мГц. При приеме в процессе обработки сигнал сжимается до 1 мкс, поэтому большая длительность зондирующего сигнала не ухудшает разрешающей способности РЛС по дальности.

В передатчиках ПРК применяются многорезонаторные усилительные клистроны типа «Аэродром», генерирующие сигнал мощностью Р=100 кВт, которая излучается с частотой повторения 700 Гц и изменяется в пределах ±20% (для ликвидации «слепых» скоростей наблюдаемых целей). Использование этого сигнала и оптимальная фильтрация в приемнике с сжатием длительности импульса и чувствительностью 128 дБ/Вт позволили обеспечить необходимую максимальную дальность действия РЛС и Я достаточно высокую разрешающую способность по дальности. 4].

1.2 Нормативы ICAO и ФАП для аэродромных РЛС

Таблица 1. Нормативы ИКАО и ФАП для аэродромных РЛС

1.3 Эксплуатационно-технические показатели радиолокатора «Онега»

Таблица 2. Эксплуатационно-технические показатели радиолокатора «Онега»

2. Расчёт технических параметров ОРЛ-А «Онега»

2.1 Исходные данные Эффективная отрaжающая площадь цели [кв.м] Sц = 25

Максимальная дальность действия [ км ] Rmax = 150

Вероятность: ПРАВИЛЬНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ D = 0.9

ЛОЖНОЙ ТРЕВОГИ F = 1e-006

Зона обзора: по азимуту [град] Alfa = 360

по углу места [град] Beta = 44.7

Разрешающая способность: по дальности [метр] Delta_R = 1000

по азимуту [град] Delta_A = 1.5

по углу места [град] Delta_B = 0

по скорости [км/ч] Delta_V = 0

Погрешность измерения: дальности [метр] Sigma_R = 250

азимута [град] Sigma_A = 1

угла места [град] Sigma_B = 0

скорости [км/ч] Sigma_V = 0

Максимальный размер антенны: по горизонтали [метр] d_max = 12

по вертикали [метр] d_max = 4

Максимальное время обзора [ с ] Tобз = 6

2.2. Опpеделение отношения сигнал/шум Для модели сигнала в виде последовательности радиоимпульсов

— некогерентных с дружно флюктуирующими амплитудами;

отношение СИГНАЛ / ШУМ q = 260.252 144

2.3 Выбоp pабочей длины волны С учетом энеpгетических огpаничений в pадиолинии, тpебований по pазpешающей способности и точности измеpения угловых кооpдинат пpи огpаничениях pазмеpов антенны выбpали рабочую длину волны [ см ] = 10.0

2.4 Расчёт паpаметpов антенны и системы обзоpа

— ширина диаграммы направленности антенны на уровне 0.5 мощности:

в горизонтальной плоскости [гpад] = 1.153 846

в вертикальной плоскости [гpад] = 44.700 000

— коэффициент направленного действия КНД = 581.6555

— эффективная площадь антенны [кв.м] = 1.851 467

— линейные размеры антенны :

по горизонтали [ м ] = 10.400 000

по вертикали [ м ] = 0.268 456

— время облучения точечной цели [ с ] = 0.9 615

2.5 Расчёт частоты повтоpения зондиpующих импульсов и их числа в пачке

— частота повтоpения импульсов [ Гц ] = 850.0

— число импульсов в пачке Nc = 8

2.6 Расчёт сpедней мощности излучения

— коэффициент pазличимости Кр = 159.213 076

— коэффициент поглощения энеpгии

pадиоволн в тpопосфеpе [дБ/км] = 0.100

— коэффициент шума пpиемника Кш = 3.0

— сpедняя мощность излучения [ Вт ] = 600.541 485

2.7 Выбоp зондиpующего сигнала В качестве зондиpующих используем простые сигналы последовательность зондирующих импульсов некогерентных с большой скважностью дальность измеряется однозначно

— длительность радиоимпульсов [ мкс] = 3.500 000

— импульсная мощность излучения [ кВт] = 201.862 684

2.8 Расчёт потенциальной разрешающей способности

— потенциальная разрешающая способность :

по дальности [ м ] = 525.0

по азимуту [град] = 1.500 000

2.9 Pасчет потенциальной точности измерения координат

— потенциальная среднeквадратическая погрешность измерения :

дальности [ м ] = 18.360 614

азимута [град] = 0.40 353

3. Описание упрощённой структурной схемы РЛС и принципов её работы

В блоке синхронизации вырабатываются короткие импульсы с периодом повторения. Из блока синхронизации импульса запуска поступают в модулятор, первый каскад которого — подмодулятор, выполнен по схеме ждущего генератора импульсов. Импульс подмодулятора подаётся в модулятор, где энергия от высоковольтного накопителя поступает на катод генератора высокой частоты, вырабатывающего мощные СВЧ — колебания. Далее СВЧ — колебания по волноводу поступают в антенный переключатель, а затем к облучателю антенны. Часть энергии сигнала СВЧ — радиоимпульса ответвляется через встроенный ослабитель для автоматической подстройки частоты. Антенна в свою очередь обеспечивает круговой обзор пространства с помощью механизма вращения.

В момент работы передатчика антенный переключатель запирает вход приёмника, высокочастотная энергия поступает в антенну и излучается в пространство. Отражённая от цели энергия принимается той же самой антенной и по высокочастотному тракту вновь поступает на антенный переключатель, который в момент прихода отражённых сигналов блокирует выход передатчика и направляет принимаемую энергию в приёмник.

Для обеспечения дальнего обнаружения приёмник должен иметь высокую чувствительность, поэтому первым блоком приёмника является усилитель высокой частоты УВЧ. Его назначение — первичное усиление принятых сигналов в 5… 15 раз. Так как чувствительность приёмника ограничивается мощностью шумовых напряжений, возникающих в его входных цепях, то УВЧ должен иметь малый уровень шумов. Далее после приёмника сигнал поступает в блок селекции движущихся целей, где происходит разделение целей на движущиеся и неподвижные путём сравнения разности фаз зондирующих и отражённых сигналов в смежных периодах излучения импульсов. СДЦ также позволяет уменьшить пассивные помехи и устраняет сигналы местных предметов, мешающих наблюдению за отметками ЛА на экранах индикаторов.

После сравнения этих сигналов по фазе на выходе фазового блока появляются видеоимпульсы с постоянной амплитудой для неподвижных целей и переменной I для движущихся. Уничтожение сигналов от неподвижных целей происходит в компенсаторе путём их череспериодного вычитания. С компенсатора сигналы, соответствующие движущимся целям, поступают на оконечное устройство. Оконечным устройством обзорной РЛС является индикатор кругового обзора, предназначенный для отображения на экране электронно-лучевой трубки наблюдаемой воздушной обстановки в виде яркостных отметок ВС и измерительных меток (линий) дальности и азимута.

Заключение

В процессе выполнения курсовой работы были изучены основные принципы построения и эксплуатации аэродромного РЛК «Онега». После ознакомления с назначением, составом, размещением, эксплуатационнотехническими характеристиками данной РЛК, построением структурной схемы и компоновкой её узлов, а также с требованиями ИКАО к аэродромным радиолокационным средствам, было выяснено, что при работе в 10-сантиметровом диапазоне радиоволн (по сравнению с работой 23 см) существенны помехи от метеообразований и земной поверхности.

Испытания PJIK «Онега» показали, что при воздействии метеообразований она работает вполне удовлетворительно на дальностях до 150 км.

Использование в РЛК «Онега» 10-сантиметрового диапазона привело к уменьшению габаритных размеров и массы антенного устройства и передатчика, что обеспечило создание сравнительно небольшой по размерам РЛК.

РЛК «Онега» рекомендуется для использования в системах УВД с малой автоматизацией (MAC) в аэродромных зонах радиусом менее 150 км, а также для АС УВД, работающих в зонах с невысокой и средней интенсивностью воздушного движения.

В MAC УВД РЖ «Онега» должна использоваться с АПОИ «Вуокса» и аппаратурой отображения типа «Символ-Д».

Список использованных источников

1. Лушников, А. С. Наземные радиоэлектронные средства обеспечения полётов воздушных судов: Учебное пособие. — Ульяновск: УВАУ ГА, 2001

2. Лушников, А.С., Тарасов, С. Н. Радиотехнические системы связи, воздушной навигации и управления воздушным движением: Методические указания по курсовому проектированию для курсантов и студентов ОЗО специальности 240 300, специализации 240 305. — Ульяновск: УВАУГА, 2000.

3. Перевезенцев, Л.Т., Зеленков, А.В., Огарков В. Н. Радиолокационные системы аэропортов. Учеб. для вузов гражданской авиации. Под ред. Л. Т. Перевезенцева. — М.: Транспорт, 1981.

4. Тучков, Н. Т. Автоматизированные системы и радиоэлектронные средства управления воздушным движением: Учеб. для вузов — М.: Транспорт, 1994.