Материал: Проектирование самолетного ответчика система воздушной радиолокации

Пачка видеоимпульсов преобразуется передающим устройством в пачку радиоимпульсов, которые через развязывающий фильтр поступают в антенну и излучаются в пространство. Несущая частота ответных сигналов = 740 или 1090 МГц и отличается от несущей частоты запросных сигналов. Развязывающий фильтр, включенный между антенной приемником и передатчиком, выполняет функции антенного переключателя. Благодаря частотно избирательным свойствам фильтра происходит разделение сигналов с частотами запроса и ответа. Фильтр обычно выполняется на полосковых линиях.

Ответные сигналы с несущими частотами равными 740 или 1090 МГц принимаются антенной и приемником ВРЛ и декодируется его дешифратором. В ответном сигнале имеется два так называемых координатных или опорных импульсов. По времени запаздывания этих импульсов относительно запросных, с учетом времени задержки в аппаратуре на время декодирования и кодирования, определяется дальность до ответчика. Координатные (опорные) импульсы подаются в устройство отображения информации, а также могут быть поданы на индикатор первичного радиолокатора для формирования на нем отметки цели по активному каналу. Угловая координата ответчика (азимут) определяется методом пеленгации по максиму, т.е. путем измерения угла между направлением на север и направлением луча антенны запросчика, при котором принимается ответные сигналы.

Дешифратор ВРЛ выделяет дополнительную информацию, переданную ответчиком (например, бортовой или условный номер, высоту и т.п.), которая отображается в устройстве отображения.

Кодовые интервалы между запросными импульсами, как правило, изменяются по программе, например, через период повторения , как это показано на рис.2. В соответствии с кодами запроса =9,4 мкс =14 мкс информационный ответный код будет содержать в одном периоде повторения бортовой номер N, а в другом = высоту H с запасом топлива Q соответственно. В устройстве отображения эта информация запоминается и отображается непрерывно в течение всего периода обзора.

3.       Назначение СО и выбор тактических характеристик

СО предназначен для ответа на запросы ВРЛ и автоматической передачи информации о номере самолета, высоте полета, остатке топлива и других сообщений.

СО обеспечивает решение следующих задач:

- увеличение дальности обнаружения самолета наземными ВРЛ за счет активного ответа;

- исключение помех от метеофакторов и местных предметов на экранах ВРЛ за счет кодирования ответного сигнала;

- автоматическое индивидуальное опознавание самолета (передача информации о бортовом номере самолета);

- возможность непрерывного контроля высоты полета ЛА;

- автоматическую передачу с борта самолета информации об остатке топлива и др. сообщений.

Параметры и характеристики приемного тракта СО зависят от типа ВРЛ, с которым в данный момент ведется взаимодействие. Это связано с тем, что при работе с ДРЛ функции приемника у СО выполняет блок приемника-передатчика, а при взаимодействии с ПРЛ и ОРЛ - блок посадочных сигналов (БПС).

Параметры и характеристики передающего тракта СО не зависят от типа ВРЛ, с которым в данный момент ведется взаимодействие.

Частота ответного сигнала СО зависит от положения переключателя «Волны» на пульте управления и может принимать одно из четырех значений: 730, 740, 750 и 1090 МГц. Причем первые три значения частоты соответствуют параметрам систем посадки, соответствующих отечественному стандарту, а значение 1090 МГц - стандарту международной организации ICAO.

Мощность передатчика - не менее 250 Вт.

Приемное устройство ответчика должно обладать большим динамическим диапазоном. Минимальная дальность действия ВРЛ должна быть не более 2 км, а максимальная для вторичного канала трассового радиолокатора - 400 км.

При изменение дальности от максимального до минимального мощность запросных сигналов на входе ответчика изменяется в раз или на 46 дБ.

Из условия подавления боковых лепестков отношение амплитуд запросных импульсов на входе приемника ответчика должно быть дБ (7,94 по мощности или 2,82 по напряжению).сравнение амплитуд импульсов и  происходит на выходе приемника ответчика. При больших уровнях запросных сигналов (на малых дальностях  и устройство ПБЛ выдает команду «не отвечать», хотя запрос идет по основному лепестку и условие дБ на входе приемника выполняется.

Из изложенного следует, что приемное устройство ответчика не должно переходить в ограничение запросных сигналов ,и в динамическом диапазоне не менее 46 дБ.

В соответствии с требованиями стандарта УВД динамический диапазон приемника должен быть 50 дБ.

Надежное функционирование ВРЛ возможно только при полном соответствии параметров запросчиков и ответчиков, в частности, каналов связи: несущие частоты запроса, ответа и поляризации волн.

Максимальная дальность действия ВРЛ, регламентированная стандартом УВД, зависит от типа наземного радиолокатора. Для аэродромного локатора - 120 км, для аэроузлового - 200км и для трассового - 400 км.

Несущая частота запроса должна быть 10300,2МГц или 8373 МГц. Это следует понимать так, что запросные сигналы могут поступать на частоте 1030МГц или 837,5 МГц, а приемник ответчика в ряде режимов работы должен принимать сигналы с любыми указанными частотами. Такая возможность реализуется в супергетеродинном приемнике соответствующим выбором частоты гетеродина, стабилизированной кварцем, и промежуточной частоты.

Несущая частота ответа должна быть 7401,8 МГц или 10903 МГц. Это следует понимать так. Основная частота ответа составляет 7401,8 МГц, но должна быть предусмотрена возможность ответа на частоте 10903 МГц. В зависимости от назначения ответчика его передатчик может быть настроен либо на 740 МГц, либо на 1090 МГц, либо предусматривается возможность оперативного переключения частот.

Прием запросных и излучение ответных сигналов в направлении наземного запросчика должны обеспечиваться при любом угловом положении самолета относительно направления на наземный запросчик. Поэтому ДН антенн самолетного ответчика в горизонтальной плоскости должны быть всенаправленными (круговыми). Диаграммы направленности в вертикальной плоскости должны обеспечивать работу самолетного ответчика в пределах углов относительно горизонтальной плоскости.

Для приема запросных и излучения ответных сигналов на частотах 837,5 МГц и 740 МГц используется общая приемно-передающая антенна. Применим двухрезонаторную антенны с одной щелью в каждом резонаторе. Резонаторы со щелями устанавливаются в киле самолета слева и справа по полету так, что являются зеркальным отражением друг друга. Запитываются резонаторы через симметрирующий коаксиальный тройник в противофазе. Результирующая диаграмма направленности в горизонтальной плоскости близка к окружности с провалами не глубже 0,5 , а в вертикальной плоскости ее ширина около . Щели в резонаторах ориентированы вертикально, поэтому поляризация волн получается горизонтальной.

Для приема запросных и излучения ответных сигналов в международном диапозоне часто (1030 МГц и 1090 МГц) используется общий четверьволновый несимметричный вибратор. Он устанавливается под фюзеляжем в средней части самолета. Вибратор ориентирован вертикально, поэтому поляризация волн оказывается вертикальной. диаграммы направленности в горизонтальной плоскости в идеальном случае должна быть круговой. Однако за счет конфигурации фюзеляжа самолета она оказывается неравномерной, но не менее 0,4.для несимметричного заземленного четверьволнового вибратора максимальное значение коэффициента направленного действия составляет 3,28.

Подведем итог и запишем тактические данные:

Дальность действия ВРЛ, км

Максимальная………………………………………………….400

Минимальная, не более…………………………………….….2

Зона обзора ВРЛ в вертикальной плоскости, град………..…0,5-45

Разрешающая способность запросчика:

По дальности, км……………………………………………….1

По азимуту в единицах ширины ДН……………………..…..1,2

Ширина ДН ответчика в вертикальной плоскости, град……….

Ширина ДН запросчика в горизонтальной плоскости, град….2,5-5

Вероятность ложной тревоги …………………………………

Вероятность правильного обнаружения ………………………0,9

. Расчет технических параметров

Определение длины волны :

По графику (рис.4) зависимости энергии передатчика от длины волны, при заданной дальности действия - определим длину волны. Энергию излучения принимаем за единицу, тогда при = 400 км длина волны будет равна =25 см.

Что соответствует дециметровому диапазону радиоволн.

Период повторения импульсов передатчика исходя из максимальной дальности действия:

,где  - коэффициент запаса

с - скорость распространения радиоволн

Тогда частота повторения импульсов:

F_П = 1/T_П = 1/0,003 = 333 Гц

Длительность импульса

Основным соображением по выбору длительности импульса является обеспечение заданной разрешающей способности по дальности. От длительности импульса также зависит минимальная дальность действия D_min. С другой стороны уменьшение длительности импульсов приводит к уменьшению эффективной площади от распределенных объектов.

Длительность импульса должна быть такой, чтобы разрешающая способность станции по дальности была равной примерно 1000м.

Исходя из данных соображений найдем необходимую длительность импульса:

Чувствительность приемника P_nmin.

Применение оптимальной обработки сигналов приводит к уменьшению пороговой мощности. Под пороговой мощностью радиолокационных сигналов понимают минимальную мощность сигнала на его входе, при которой обеспечивается прием и обнаружение отраженных сигналов с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги.

Величина пороговой мощности радиолокационных сигналов зависит от заданных значений вероятностей правильного обнаружения  и ложной тревоги , параметров радиолокационных сигналов, времени наблюдения и вида обработки радиолокационных сигналов.

Пороговая мощность является реальной чувствительностью приемника. Она определяется выражением:

где: k - постоянная Больцмана, k = 1.38^.10^-23Вт^.сек/град

Т - абсолютная температура, Т = 290⁰С;

 - полоса пропускания приемника;_ш - коэффициент шума приемника;

D - коэффициент различимости.

Полоса пропускания приемника определяется по формуле:

 =1/τ_и

кГц

Расчет коэффициента различимости для модели сигнала со случайной фазой и флюктуирующей амплитудой:

где  - отношение сигнал/шум, рассчитываем по формуле:

где Р_лт =10^-7 -вероятность ложной тревоги

Р_по =0,9 - вероятность правильного обнаружения.

дБ D = 304/2 = 152

Найдем чувствительность приемника:

Вт

Или в дБ/мВТ

) =93 дБ/мВТ

где Ро=10Вт - исходный отсчетный уровень

Рассчитаем коэффициент направленного действия антенны по формуле:

где S_эф - эффективная площадь антенны равная S_эф=0,25·π·l₁· l₂,

l₁ и l₂ линейные размеры антенны, равные 0,05 и 0,1м.

Импульсная мощность передатчика

5. Принцип работы самолетного ответчика

Режимы работы ответчика.

“РСП” - режим включается при работе с ДРЛ, не имеющими аппаратуры приема и отображения информации, поступающей с борта, и ПРЛ, не имеющими аппаратуры раздельного кодирования запросов по курсу и глиссаде. Режим “РСП” может использоваться при посадке на аэродром с двумя ПРЛ, диаграммы которых пересекаются.

“УВД” - режим включается при работе с ДРЛ, имеющими аппаратуру отображения информации, поступающей от ответчика, и ПРЛ, имеющими аппаратуру раздельного кодирования запросов курса и глиссады. В режиме «УВД» при работе с ДРЛ ответчик обеспечивает автоматическую передачу информации. Объем передаваемой информации: