CC BY
2113
2007
НА УЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА сер. Радиофизика и радиотехника
№ 117
УДК 621.396.6
РЕТРОСПЕКТИВНЫЙ ОБЗОР СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ НАЗЕМНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СТАНЦИЙ ЦЕЛЕУКАЗАНИЯ В РОССИИ
(ЧАСТЬ II)
Е.Е. НЕЧАЕВ, Ю.П. БОЛЬШАКОВ
По заказу редакционной коллегии
В статье даётся обзор создания наземных обзорных радиолокаторов и развития техники их построения в России. Во второй части статьи рассмотрены второе и третье поколения радиолокационных станций целеуказания.
1.ВТОРОЕ ПОКОЛЕНИЕ РЛС ОБНАРУЖЕНИЯ И ЦЕЛЕУКАЗАНИЯ [1, 2]
РЛС обнаружения и целеуказания второго поколения создавались в 70...80-е годы. Развитию РЛС способствовали достижения науки в области разработки новых антенн - фазированных антенных решёток (ФАР), мощных широкополосных передающих устройств, высокочувствительных приёмников радиолокационных сигналов. Создание систем цифровой обработки сигналов привело к появлению новых методов защиты РЛС от активных и пассивных помех. Радиолокационные станции сантиметрового и дециметрового диапазонов длин волн, имеющие в своём составе ФАР, позволяли точно измерять угол места цели, что дало возможность исключить применение радиовысотомеров. Типичным представителем этого класса радиолокаторов является трёхкоординатная РЛС программного обзора с электрическим сканированием в двух плоскостях 9С19М2 (“Имбирь”) (рис. 1). Станция позволяла сосредоточить электромагнитную энергию в узком луче ДН и в ограниченном секторе поиска, а её совместная работа с РЛС кругового обзора 9С15М (“Обзор-3”) (рис. 2) обеспечивала обнаружение практически всех типов целей в любой помеховой обстановке. К трёхкоординатным РЛС кругового обзора сантиметрового диапазона волн можно также отнести станцию 9С18 (“Купол”) (рис. 5, а).
В эти же годы была создана новая двухкоординатная РЛС метрового диапазона волн 1Л13 (“Небо-СВ”) (рис. 3), а для обнаружения низколетящих целей была принята на вооружение в 1989 г. мобильная двухкоординатная РЛС кругового обзора 39Н6 (“Каста-2-2”) (рис. 4).
РЛС “Каста-2-2” имела следующие характеристики. Зона обзора: по дальности 5.150 км; по азимуту 3600; по высоте 100.6000 м. Дальность обнаружения самолёта (с вероятностью 0,8) на высоте 100 м - 55 км (при высоте подъёма антенны 50 м); на высоте 3000 м - 140 км. Количество определяемых координат 2 (азимут, дальность и эшелон высоты). Точность определения координат: по дальности 100 м; по азимуту 30.40’; высоты (эшелонов высоты) - 0.2, 2.4, более 4 км. Темп обзора пространства 5 и 10 с. Тип антенны - зеркальная (усеченный параболоид с облучателем). Количество транспортных единиц - 2 автомобиля и один прицеп. Время развёртывания в рабочее положение 20 мин.
РЛС 9С15М должна была идти на замену станции 1С12 (1РЛ111) и разрабатывалась как трёхкоординатная когерентно-импульсная РЛС кругового обзора с электрическим сканированием луча по углу места и механическим вращением антенны по азимуту. Основные технические характеристики РЛС “Обзор-3” (1РЛ140) следующие. Зона обзора: по дальности 330 км; по высоте 30 км; по азимуту 3600; по углу места 450. Количество измеряемых координат 3 (дальность, азимут, угол места). Разрешающая способность: по дальности 400 м; по азимуту 1,50; по углу места 1,50. Точность измерения координат: по дальности 250 м; по азимуту 30’; по углу места 30’. Способ обзора пространства - круговое механическое вращение антенны по азимуту; секторное электрическое сканирование луча по углу места. Количество обрабатываемых целей за период обзора 250. Время свертывания / развертывания 5 мин. Количество транс-
портных единиц - 1 (гусеничный самоход). Масса станции - 46 т. Обслуживали РЛС четыре человека. Первый образец 9С15М был представлен на испытания в 1977г., а в 1984 году РЛС “Обзор-3” была принята на вооружение.
Рис. 1. РЛС 9С19М2 (“Имбирь”) Рис. 2. РЛС 9С15М (“Обзор-3”)
Рис. 3. РЛС 1Л13 (“Небо СВ”) Рис. 4. РЛС 39Н6 (“Каста - 2-2”)
Трёхкоординатная когерентно-импульсная РЛС обнаружения целей 9С18 (“Купол”) (рис.5,а) сантиметрового диапазона с электрическим сканированием луча ДН по углу места и механическим вращением антенны по азимуту обладала следующими характеристиками. Зона обзора: по дальности 110.120 км при высотах полёта цели 200.20000 м; 50 км при высоте полёта - 100 м и 45 км при высоте - 30 м; по азимуту 3600 (300 при секторном обзоре); по углу места 300 (400). Темп обзора пространства в зависимости от установленного сектора обзора по углу места, наличия случайных (местные предметы, метеообразования) и преднамеренных (активных и пассивных) помех: 4,5 и 9 с - при вращении антенны с помощью электропривода; 6 и 12 с - при вращении антенны с помощью гидропривода; от 6 до 18 с - по программе с вращением антенны от гидропривода; от 2,5 до 4,5 с - в секторе с реверсом от гидропривода. Среднеквадратические ошибки измерения координат целей при автоматическом съёме данных: не более 20’ (по азимуту и углу места); не более 130 м по дальности. Разрешающая способность РЛС при использовании импульсных сигналов с ЛЧМ не больше 300 м по дальности; а по азимуту и углу места не превышает 40. Станция имела эффективные меры защиты от активных и пассивных помех. Для защиты от прицельных помех использовалась перестройка несущей частоты от импульса к импульсу, от ответных - то же самое плюс бланкирование интервалов дальности по каналу автосъёма, от несинхронных импульсных - смена наклона ЛЧМ и бланкирование участков дальности. Кроме этого, станция имела программную перестройку частоты через 1,3 с, переход на круговую поляризацию зондирующих сигналов и режим прерывистого излучения (мерцания). В состав РЛС входили следующие устройства и системы: антенная система, состоящая из усечённого параболического зеркала; облучателя в виде волноводной линейки, обеспечивающей электрическое сканирование лу-
ча ДН в угломестной плоскости; поворотного устройства; устройства сложения антенны в походное положение; передающее устройство со средней мощностью до 3,5 кВт; приёмное устройство и устройство помехозащиты; система синхронизации и сопряжения; устройство автосъёма данных; устройство индикации; автоматизированная система управления и обработки данных; системы жидкостного и воздушного охлаждения; наземный радиолокационный запросчик, работающий в системе опознавания “Пароль”; аппаратура связи и телекодовой передачи данных; аппаратура навигации, токопривязки и ориентирования; система автономного электроснабжения на базе газотурбинного генератора; система жизнеобеспечения.
Вся аппаратура станции располагалась на самоходном гусеничном шасси. Время перевода станции из походного положения в рабочее не более 5 мин., масса станции 28,5 т. Станцию обслуживали три человека.
С апреля 1978 г. по июнь 1979 г. РЛС 9С18 проходила государственные испытания, а в 1980 г. была принята на вооружение. С ноября 1979 г. была проведена модернизация РЛС “Купол” в части: защищённости от активных заградительных помех; зоны обзора по углу места; стабильности работы СДЦ. В модернизированной РЛС “Купол-М1” (9С18М1) (рис. 5, б) были применены: антенная система в виде плоской волноводной решётки, обеспечивающая электрическое сканирование в угломестной плоскости; устройство обработки сигналов от целей и управления работой станции на основе цифрового вычислителя; мгновенная перестройка рабочей частоты в широкой полосе; программное управление гидравлическим приводом вращения антенны по азимуту; аппаратура межобзорного бланкирования отражений от местных предметов; временная автоматическая регулировка усиления (ВАРУ) приёмника станции.
Основные технические характеристики станции 9С18М1 следующие. Зона обзора станции 3600 по азимуту, до 550 по углу места. Средняя мощность излучения 3,5 кВт. Разрешающая способность по угловым координатам 3.4,50 и 300 м по дальности. Усреднённое количество переданных сообщений составляло 75 отметок от целей при периоде обзора 4,5 с и 100 отметок при периоде обзора 6 с. Время развёртывания РЛС 4,5 мин. Масса станции - 35 т. Обслуживало станцию три человека. В 1984 г. РЛС “Купол-М1” была принята на вооружение.
Рис. 5. Трехкоординатные РЛС кругового обзора сантиметрового диапазона:
а - РЛС 9С18; б - РЛС 9С18М1
РЛС 1Л13 (“Небо-СВ”) (рис. 3) представляла собой подвижную когерентно-импульсную радиолокационную станцию, размещенную на четырёх транспортных единицах (три автомобиля типа “Урал” и прицеп). На первом автомобиле была размещена приёмопередающая аппаратура, аппаратура защиты от помех, индикаторная аппаратура, аппаратура автосъёма и передачи радиолокационной информации (РЛИ), связи и документирования, функционального контроля и непрерывной диагностики, аппаратура наземного радиозапросчика (НРЗ) (кроме антенноповоротного устройства), источники вторичного питания и аппаратура жизнеобеспечения. На
Рис. 6. РЛС “ЛИРА-1
втором автомобиле было установлено антенно-поворотное устройство РЛС. На третьем автомобиле размещалась дизельная электростанция. Антенно-поворотное устройство НРЗ и кабели сопряжения располагались на прицепе. РЛС могла доукомплектовываться двумя выносными индикаторами кругового обзора. Антенная система РЛС состояла из основной антенны, представляющей собой плоскую эквидистантную решётку из 72 излучателей, и дополнительной трёхэлементной решётки, установленной с обратной стороны основной антенны. Основная антенна имела в своём составе шесть фрагментов, соединённых коммутаторами. Сигналы, отражённые от цели, принятые фрагментами решётки, через антенные коммутаторы поступали на широкополосные усилители высокой частоты, а затем на диаграммообразующую схему (ДОС), где соответствующим сложением сигналов шести фрагментов решётки формировался основной и два компенсационных канала для защиты станции от активных шумовых помех по боковым лепесткам ДН. Третий компенсационный канал для защиты РЛС от активных шумовых помех со стороны задней полусферы формировался с помощью дополнительной (задней) антенны.
Передающая система РЛС состояла из возбудителя, предварительного широкополосного усилителя, модулятора и мощного широкополосного усилителя. В возбудителе производилось преобразование сигнала фиксированной длительности, манипулированного кодом Баркера, с промежуточной частоты на одну из рабочих частот. Сигналы с выходов ДОС через токосъёмник, систему усиления, преобразования частоты и устройство нормирования динамического диапазона помех поступали на трёхканальный автокомпенсатор активных шумовых помех и через компаратор - на аппаратуру индикации помеховой обстановки. Зона обзора станции в угломестной плоскости обеспечивалась путём оперативного механического наклона антенной решётки в вертикальной плоскости на фиксированные углы 0, +9 и +130. Основной режим работы - наклон антенны на + 90. С выхода автокомпенсатора активных шумовых помех сигналы в аналоговом виде поступали на два (синфазный и квадратурный) фазовых детектора и два аналого-цифровых преобразователя (АЦП). Преобразованные в цифровую форму сигналы шли в аппаратуру СДЦ и далее в аппаратуру оптимальной фильтрации, где обеспечивалось сжатие полезного сигнала до длительности 3,3 мкс и затем в некогерентный накопитель. Аппаратура СДЦ была выполнена на базе цифрового режекторного фильтра с устройством автокомпенсации доплеровского сдвига частоты пассивной помехи на входе фильтра. На выходе фильтра по данным схемы межобзорного картографирования помех осуществлялась автоматическая стабилизация уровня ложных тревог. С некогерентного накопителя сигналы поступали в систему автосъёма информации, а через АЦП - на индикатор кругового обзора. В состав системы автосъёма входили устройство первичной обработки сигналов, вычислитель, устройство стробиро-вания, аппаратура сопряжения с потребителями РЛИ и телекодового обмена цифровой информацией. Эта система осуществляла измерение и кодирование координат целей с учётом их высоты (угла места), получаемой от сопряжённого со станцией радиовысотомера (ПРВ-13, ПРВ-16, ПРВ-17). В РЛС 1Л13 были реализованы следующие виды съёма информации: визуальный -по координатной сетке индикатора кругового обзора (ИКО); ручной - с использованием маркера; полуавтоматический - с замещением координат маркера на ближайшую контрольную точку автомата и автоматический. Аппаратура госопознавания состояла из НРЗ с антенноповоротным устройством. При импульсной мощности 120 кВт, чувствительности приёмника -103 дБ/Вт и ширине ДНА по азимуту 60 станция имела в режиме “Основной луч” (угол наклона антенны +90) следующие характеристики. Зона обзора: по азимуту - 3600; по углу места -25.290; по дальности на высотах 100м - 22,5.27,5 км; 500м - 45.57 км; 10000 м -
236.273км; 27000 м - 335.425 км. Коэффициент подпомеховой видимости цели на фоне отражений от местных предметов составлял не менее 50 дБ. Среднеквадратические ошибки измерения координат цели не превышали 600 м по дальности и 10 по азимуту. Разрешающая способность РЛС на расстоянии более 50 км была: по дальности не более 1000 м; по азимуту - 60. Период кругового обзора станции - 10 и 20 с. В режиме автосъёма информация могла быть получена не менее чем о 50 целях. Время развёртывания станции составляло 45 мин. Станцию обслуживало шесть человек. Опытно-конструкторская работа по созданию РЛС 1 Л13 начата в 1982 г., а в 1986 г. станция 1Л13 была принята на вооружение.
Таким образом, развитие теории и техники построения ФАР определило направление построения обзорных РЛС целеуказания второго поколения, а применение ФАР повлекло за собой совершенствование методов и техники цифровой обработки радиолокационных сигналов.
2.ОБЗОРНЫЕ РЛС В ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ [3, 4]
Обзорные РЛС предназначены для использования в системах управления воздушным движением (УВД) гражданской авиации (ГА). Специфика полёта гражданских воздушных судов (дозвуковая скорость, известная высота (эшелон), отсутствие преднамеренных активных помех и т.п.) определяют и требования к построению обзорных РЛС. По проведённой нами классификации РЛС целеуказания ГА можно отнести к модернизированным радиолокационным станциям второго поколения. Действительно, разработанный в 70-х годах радиолокатор П-37 (1РЛ139-2) был основой трассовых радиолокационных станций, используемых для УВД на всей территории стран СНГ. Этот радиолокатор выпускал Лианозовский электромеханический завод (ЛЭМЗ). После модернизации технические характеристики радиолокатора соответствуют спецификации станции “ЛИРА-1” (1Л118). В модернизированных РЛС полностью заменена элементная база, используются высокостабильные передатчики на коаксиальных магнетронах, твёрдотельные приёмники с повышенной чувствительностью, новая цифровая аппаратура СДЦ с улучшенными характеристиками по подавлению отражений от местных предметов, установлена аппаратура первичной и вторичной обработки радиолокационной информации и новая система отображения на рабочих местах диспетчеров с применением растровых цветных мониторов с высоким разрешением.
В двухкоординатной РЛС кругового обзора “ЛИРА-1” (рис. 6) обзор пространства производится путём механического вращения антенного устройства, состоящего из двух зеркальных антенн (нижней и верхней) в форме усечённых параболоидов вращения. Антенное устройство формирует ДН, состоящую из двух совмещенных в пространстве веерных лучей. Трёхканальный облучатель, каждый канал которого подключён к приёмопередатчику, формирует 3-и луча ДН. Обе группы приёмопередающих систем (нижней и верхней антенн) обеспечивают работу станции в трёх режимах: одна из групп обеспечивает обзор пространства, а другая выключена; одна из групп обеспечивает работу в ближней зоне с высоким качеством СДЦ, а другая максимальную дальность обнаружения; обе группы обеспечивают обзор дальней зоны с целью повышения вероятности обнаружения целей.
Каждый из приёмопередатчиков первой группы связан через отдельный волноводный тракт с соответствующим облучателем нижней антенны, аналогичную связь имеют приёмопередатчики второй группы с облучателями верхней антенны. Все облучатели выполнены в виде рупоров, за исключением третьего и шестого каналов, где рупорные раскрывы дополнены линейными вибраторными решётками из 9 полуволновых вибраторов каждая. Фазовые центры облучателей второго и пятого каналов совмещены с фокусами соответствующих параболических антенн, а фазовые центры облучателей первого и четвертого каналов установлены выше фокусов параболических отражателей так, что их продольные оси составляют с фокальными осями антенн угол 2°. За счёт увеличенных вертикальных размеров облучателей третьего и шестого каналов их фазовые центры смещены относительно фокальных осей зеркал на угол 15°. Обе ан-
тенны формируют в пространстве две ДН, близкие по форме в вертикальной плоскости к косе-кансным, а ДН каждой антенны образуется в результате суммирования парциальных ДН каждого из облучателей, связанного с ней. За счёт установки начального угла наклона верхней антенны 12° максимальный угол в результирующей ДН всей антенной системы составляет 40°. Технические характеристики антенны приведены в табл. 1. Передающая аппаратура состоит из 6-и однотипных каналов сантиметрового диапазона, отличающихся друг от друга частотой генерируемых сигналов. В каждом канале применены модернизированные стабилизированные магнетроны типа МИ-503. Приёмное устройство и цифровая 8-и разрядная система СДЦ обеспечивают приём и обработку эхо-сигналов от целей на фоне отражений от подстилающей поверхности, метеообразований и т.п. помех с коэффициентом подавления отражений не менее 25 дБ. Для повышения качества целеуказания на фоне помех в РЛС предусмотрены: обработка эхо-сигналов в “скользящем окне” со стабилизацией уровня ложных тревог; межобзорная обработка и защита от несинхронных импульсных помех. Основные технические характеристики РЛС “ЛИРА-1” следующие: максимальная дальность 350 км; угол обзора в вертикальной плоскости 28 или 400; точность определения координат (СКО): по дальности 300 м; по азимуту 10’; разрешающая способность: по дальности 500 м; по азимуту 10; темп обновления информации10 и 20 с; количество сопровождаемых целей - 200; потребляемая мощность не более 50 кВт.
В отличие от 2-х зеркальной антенной системы РЛС “ЛИРА-1” в первичном трассовом обзорном радиолокаторе “УТЁС-Т” для формирования косекансной ДН в вертикальной плоскости используется одна антенна с зеркалом двойной кривизны (рис. 7). Антенна формирует двухлучевую ДН путём применения двух рупорных облучателей. Один рупор работает на приём - передачу и формирует нижний луч антенны, второй - только на приём и формирует верхний луч. Обзор пространства верхним лучом осуществляется при излучении короткого импульса, нижним - при излучении длинного импульса. Формирование длительности зондирующего импульсного сигнала определяется ограничением импульсной мощности в твердотельных передатчиках. Вследствие этого, для обеспечения большей дальности действия РЛС используется сигнал с длительностью 80 мкс (120 мкс), а обзор пространства в ближней зоне до 20 км осуществляется импульсом с длительностью 1,6 мкс. Зондирующие импульсы излучаются одновременно на двух несущих частотах, различающихся на 56 МГц, обеспечивая тем самым двухчастотный режим облучения цели. Так как верхний луч ДН антенны работает только на прием, то использование информации в этом луче в ближней зоне позволяет снизить уровень помех от подстилающей поверхности примерно на 20 дБ. Можно также отметить, что для обеспечения необходимого энергетического потенциала наряду с минимальной дальностью и высокой разрешающей способностью в каждом периоде повторения излучаются два зондирующих импульса различной длительности: монохроматический (короткий) и линейно частотно-
модулированный (ЛЧМ) (длинный).
Основные технические характеристики антенного устройства РЛС “УТЁС-Т” приведены в табл. 2. Конструктивно зеркало антенны выполнено в виде сварной фермы. Размер зеркала 10,5х 13,6 м, а точность выполнения профиля ± 2,4 мм. В горизонтальной плоскости зона обзора обеспечивается механическим вращением антенны, вес которой 6 тонн. Передающее устройство РЛС является полностью твёрдотельным и состоит из двух независимых передатчиков, работающих на разнесённых частотах, обеспечивая двухчастотный режим зондирования цели. Передатчики имеют модульный принцип построения, их выходные усилители работают по принципу активной синфазной системы, состоящей из двух восьмёрок усилителей, работающих на общий выход. Импульсная мощность передатчика 40 кВт. В РЛС организован специальный метеоканал, метеоинформация извлекается из нулевого доплеровского фильтра основного канала. Программно-вычислительное устройство производит вычисление координат целей и формирует контуры метеообразований в шести градациях.
В состав приёмной системы станции входит аппаратура: аналоговой и цифровой обработки сигналов; оценки параметров сигналов (карта помех); некогерентного и когерентного накопления; СДЦ; вычисления координат. Автоматизированная система контроля и управления позволяет как с помощью пульта, так и дистанционно производить управление режимами работы РЛС; оценку технического состояния и диагностику неисправностей.
Основные технические характеристики РЛС “УТЁС-Т”: зона обзора по цели с 8ц = 5 м2 (Роб = 0,9; Рлт = 10-6): по дальности 1,5...360 км (двухчастотный режим), 1,5...270 км (одночастотный режим); по высоте 20000 м (двухчастотный режим), 16000 м (одночастотный режим); по углу места - 450; точность определения координат (СКО): по дальности - 150 м; по азимуту -6’; разрешающая способность: по дальности 480 м; по азимуту 1,50;коэффициент подавления сигналов от местных предметов не менее 50 дБ; темп обновления данных 10 с; количество сопровождаемых трасс не менее 250; потребляемая мощность не более 35 кВт.
Таблица 1
1 .Диапазон рабочих частот 2700.3100 МГц
2. ДН в вертикальной плоскости по мощности С08ЄС2@
3. Ширина ДН в горизонтальной плоскости по уровню 3 дБ: - для каналов 1, 2, 4, 5 - для каналов 3, 6 1° 1,5°
4. Ширина ДН в вертикальной плоскости по уровню 3 дБ 0, 3 2 оо о
5. Уровень боковых лепестков ДН не более - 20 дБ
6, КСВ волноводных трактов не более 1,45
7. КПД волноводного тракта 95%
8. Предельная мощность, передаваемая волноводным трактом 2 МВт
9. Размеры отражателей антенн 9,7 х 3м
Рис. 7. Антенна РЛС “УТЁС-Т” Рис. 8. Антенна РЛС “УТЁС-А” Рис. 9. РЛС АОРЛ-1АП
под радиопрозрачным укрытием
Радиолокационная аэродромная станция “УТЁС-А” (рис. 8), работающая в Ь-диапазоне (23см), по своей структуре аналогична “УТЁС-Т”. Отличие проявляется лишь в зонах обнаружения станции и темпе обновления информации. Зоны обнаружения по дальности: 160 км (двухчастотная работа) и 120 км (одночастотная работа); по высоте 12000 м и 10000 м соответственно. Темп обновления данных 4 или 5 с. РЛС “УТЁС-Т” и “УТЁС-А” разработаны для модернизации трассовых РЛС ТРЛК-10, АТСЯ-22 и аэродромных РЛС “ИРТЫШ” и АТСЯ-44.
Схожие характеристики имеет первичный аэродромный радиолокатор АОРЛ-1АП (рис. 9) Челябинского ФГУП “Полёт”, предназначенный для работы в аэропортах со средней и малой интенсивностью полётов. Основные характеристики радиолокатора: зона обзора по цели с
Бц = 10 м2 (Роб = 0,8; Рлт = 10-6): по дальности 1,5.120 км; по углу места 450; разрешающая способность: по дальности 600 м; по азимуту 40; коэффициент усиления антенны 29 дБ; ширина ДН в горизонтальной плоскости 2015’; скорость вращения антенны 10 об/мин; диапазон рабочих частот 1218.1278 МГц; импульсная мощность излучения более 30 кВт; длительность излучаемых импульсов 1,6 и 38 мкс; шум-фактор входного усилителя 1,3 дБ; динамический диапазон приёмного устройства 30 дБ; коэффициент подавления помех от местных предметов не менее 30 дБ.
Таблица 2
1. Диапазон рабочих частот 1240.1350 МГц
2. Ширина ДН в горизонтальной плоскости по уровню 3 дБ
в главном сечении 1,15° ± 0,1°
3. Угол обзора в вертикальной плоскости ° 5 4 ° ,5 0,
4. Ширина ДН в вертикальной плоскости на уровне 3 дБ
канал нижнего луча (НЛ) 2, 8 О
канал верхнего луча (ВЛ) ° ,0 3
5. Крутизна нижней кромки канала НЛ:
на уровне 2° ниже максимума 5 дБ / град
на уровне 3° ниже максимума 7 дБ / град
6. Уровень первых боковых лепестков - 23 дБ
7. Коэффициент эллиптичности:
канал НЛ 0,9
канал ВЛ 0,85
8. Коэффициент усиления:
канал НЛ 35,5 дБ
канал ВЛ 34,5 дБ
9. Разнос НЛ и ВЛ 2,8°
Радиолокационная станция “АМУР” (рис. 10) предназначена для обзора воздушного пространства в аэродромной зоне. Первичный радиолокатор работает в Ь-диапазоне (23 см). По построению антенной системы и техническим характеристикам “АМУР” сходна со станцией “УТЕС-А”.
Аэродромная первичная РЛС “НЕВА” (рис. 11) работает в Б-диапазоне (2750.2850 МГц). Антенная система станции формирует двухлучевую веерную ДН в вертикальной плоскости. Передающее устройство полностью твёрдотельное с воздушным охлаждением выполнено на основе суммирования мощностей транзисторных модулей. Приёмное устройство станции также имеет модульную структуру. С целью уменьшения потерь высокочастотный усилитель с низким уровнем шума расположен в антенном модуле. Приёмное устройство обеспечивает усиление, однократное преобразование на промежуточную частоту 60 МГц, детектирование амплитудным и квадратурными фазовыми детекторами радиосигналов, принятых верхним и нижним лучами антенны. Приём метеоинформации при круговой поляризации сигнала осуществляется с ортогонального входа поляризатора верхнего рупорного облучателя антенны. Технические характеристики радиолокационной станции “НЕВА” следующие: зона обзора по цели с Бц=5м2: по дальности 1.120 км; по углу места 0,5.450; характеристики антенны: размеры 6,0 х 4,0 м; максимальное усиление 34 дБ; скорость вращения 10.12 об/мин.; длительность импульсов: короткий (монохроматический) 1,0 мкс; длинный (ЛЧМ) 75 мкс; излучаемая импульсная мощность 6 кВт; коэффициент подавления поме-ховых сигналов не менее 46 дБ; точность измерения координат цели: по дальности 200 м; по азимуту 4’; разрешающая способность: по дальности 200 м; по азимуту 20.
Рассмотренные первичные РЛС “УТЁС-Т”, “УТЁС-А”, АОРЛ-1АП, “АМУР”, “НЕВА” при эксплуатации на радиолокационной позиции объединяют для совместной работы с вторичным радиолокатором (радиолокатор с активным ответом), создавая тем самым радиолокационный комплекс (РЛК). К применяемым в ГА вторичным радиолокаторам относятся: “КОРЕНЬ-АС”, “РАДУГА”, “РАДУГА-М”, “КРОНА”, “МВРЛ-СВК”, “ЛИРА-В”. Одной из трудностей, с которой сталкиваются разработчики вторичных радиолокаторов, является необходимость обеспечения работы РЛС в двух частотных диапазонах на ортогональных поляризациях. Для работы вторичных радиолокаторов выделены: частота канала запроса 1030 МГц и частота приёма ответных сигналов 1090 МГц в международном диапазоне (режим ЯБ8) и частоты, близкие к 740МГц, в отечественном диапазоне (режим УВД). При этом в режиме ЯБ8 поляризация излучённых электромагнитных волн вертикальная, а в режиме УВД - горизонтальная. Антенные системы вторичных радиолокаторов строят либо в виде линейных антенных решёток (АР) (например, антенна РЛС “КОРЕНЬ-АС” (рис. 12)), либо в виде плоских АР с механическим вращением по азимуту, обеспечивающих веерную ДН косекансной формы в вертикальной плоскости.
Рис. 10. РЛС “АМУР” Рис. 11. РЛС “НЕВА”
Рис. 12. РЛС “КОРЕНЬ-АС” Рис. 13. РЛС “МВРЛ-СВК”
Антенна радиолокатора “КОРЕНЬ-АС” формирует две ДН: одна - направленная используется при излучении/приёме сигналов запроса/ответа, вторая - ненаправленная используется для подавления боковых лепестков ДН. Уровень боковых лепестков направленной антенны составляет - 24 дБ, ширина ДН в горизонтальной плоскости 3,0±0,30 (режим УВД) и 2,0±0,20 (режим ЯБ8). По основному каналу система питания излучателей обеспечивает синфазное и оптимальное Дольф-Чебышевское амплитудное распределение токов возбуждения. По каналу подавления, кроме АР, используется дополнительный излучатель, предназначенный для формирования электромагнитного поля в заднем полупространстве основной антенны.
Антенная система МВРЛ-СВК выполнена в виде плоской АР (рис. 13). Антенна МВРЛ-СВК представляет собой две линейные антенные решётки в горизонтальной плоскости с эквидистантно расположенными излучателями, каждый из которых выполнен в виде двух вложенных одна в
другую вертикальных решёток плоских вибраторов, состоящих из 9 вибраторов горизонтальной поляризации и 8 вибраторов вертикальной поляризации. Общее количество таких вертикальных элементов излучения 34. Из них 33 элемента расположены спереди и формируют в переднем полупространстве суммарную, разностную и ДН подавления, а 34-й элемент создаёт ДН подавления в заднем полупространстве антенны. Характеристики антенны приведены в табл. 3.
Объединение первичных и вторичных РЛС позволяет создавать как трассовые, так и аэродромные РЛК с целью: обеспечения 100% дублирования всех средств, необходимых для управления воздушным движением; решения задач двойного назначения.
Типичным представителем таких РЛК является комплекс “ЛИРА-Т” (рис. 14), созданный путём модернизации РЛС П-37 (1РЛ139-2), путём встраивания вторичного радиолокатора, запросчика госопознавания (ЗГО) и аппаратуры первичной обработки информации (АПОИ).
В процессе модернизации использовалась приёмопередающая кабина РЛС П-37 и нижнее зеркало антенной системы, при этом производилось встраивание нового облучателя с каналом ЗГО. Вместо верхнего зеркала устанавливалась двухдиапазонная антенная решётка вторичного радиолокатора. Можно отметить, что антенные системы первичного и вторичного радиолокаторов расположены “спина к спине” (рис. 14). В приёмопередающей кабине устанавливались три приёмопередающих канала с системами СДЦ от РЛС “ЛИРА-1”, аппаратура вторичного радиолокатора и ЗГО. Передача данных на АПОИ и приём команд осуществлялся по стандартному каналу передачи данных через высокочастотный токосъёмник.
Основные технические характеристики МВРЛ-СВК приведены в табл. 4.
АПОИ комплекса обеспечивает: приём информации по каналам первичного и вторичного радиолокаторов и от аппаратуры ЗГО и определение координат целей по этим каналам; отождествление полученной информации; декодирование и привязку дополнительной информации, полученной от вторичного радиолокатора и аппаратуры ЗГО; формирование карты местных предметов и метеообразований по информации от первичного радиолокатора; передачу информации о воздушной обстановке на вынесенный комплекс автоматизированных средств отображения.
Основные технические характеристики РЛК “ЛИРА-Т”: диапазон рабочих частот: Б-диапазон (10 см) первичной РЛС; международный и отечественный диапазон вторичной РЛС; зона обзора: по дальности 350 км; по азимуту 3600; по углу места 280 (первичная РЛС) и 450 (вторичная РЛС); точность определения координат (СКО) на выходе АПОИ: по дальности 150 м; по азимуту 14’; разрешающая способность на выходе АПОИ: по дальности 500 м и по азимуту 1,50 (первичная РЛС); по дальности 1000 м и по азимуту 40 (вторичная РЛС); темп обновления информации 10 с; количество одновременно сопровождаемых трасс целей не менее 200; среднее время наработки на отказ 10000 ч.
Аэродромный РЛК “ЛИРА-А10” (рис. 15), изготавливаемый ЛЭМЗ, работает в 10 см диапазоне длин волн. В состав РЛК входят: первичный радиолокатор с аппаратурой обработки и объединения РЛИ и вторичный радиолокатор.
В составе первичного радиолокатора: антенный модуль, состоящий из: двухлучевой антенной системы, опорно-поворотного устройства, токосъёмника, СВЧ вращающихся сочленений приводов азимутального вращения, сборной башни, набираемой секциями по 5 м в зависимости от радиолокационной позиции и обеспечивающей высоту подъёма фазового центра антенной системы до 18 м; аппаратный модуль, состоящий из: передающего устройства на клистроне, полностью твёрдотельного приёмного устройства, системы цифровой обработки эхо-сигналов и первичной обработки информации, головного процессора и вспомогательных систем (электропитания, охлаждения, пожаротушения и т.п.).
Таблица 3
1. Диапазон рабочих частот: - канал запроса - канал ответа (режим ИВ8) - канал ответа (режим УВД) 1030±0,1 МГц 1090±3 МГц 740±1,8 МГц
2. Поляризация:
- режим ИВ 8 вертикальная
- режим УВД горизонтальная
3. Ширина суммарной ДН в горизонтальной плоскости по уровню 3 дБ:
- на частоте ИВ8 2,5°
- на частоте УВД 3,3°
4. Уровень боковых лепестков в суммарной и разностной ДН не
более - 26 дБ
5. Коэффициент усиления по суммарному каналу не менее:
- на частоте ИВ8 27 дБ
- на частоте УВД 25 дБ
6. Крутизна угломестной ДН по уровню - 6 дБ:
- режим ИВ 8 1,76 дБ / град
- режим УВД 1,3 дБ / град
7. Размеры антенной решётки 7,8 х 1,5 м
8. Вес антенны не более 500 кг
9. Период обзора 4...20 с
Таблица 4
Наименование характеристики Режим ИВ8 | Режим УВД
трасса /аэродром
Зона действия:
- максимальная дальность, км 465/250
- минимальная дальность, км 1,0
- максимальная высота, км 20/12
- угол места, град 5 4 ,3 0,
Количество целей:
- за обзор 400/200
- в луче 30/15
Точность измерения:
- азимут, град 0,08 | 0,12
- дальность, м 70
Разрешающая способность:
- азимут, град 1,0 | 1,5
- дальность, м 100 | 400
Надёжность:
- среднее время наработки на отказ, ч 5000
- ресурс,ч 100000
Рис. 14. РЛК “ЛИРА-Т” Рис. 15. РЛК “ЛИРА-А10”
Рис. 16. РЛК “АОРЛ-85МТА” Рис. 17. РЛК “АОРЛ-99МТА”
Антенная система, содержащая зеркальную антенну, формирует двухлучевую ДН веерного типа, обеспечивающую перекрытие зоны обзора по углу места до 450. Антенна вторичного радиолокатора размещается на одном поворотном устройстве с антенной первичного радиолокатора по принципу “спина к спине” (антенны развернуты друг относительно друга на 1800). Передающее устройство первичного радиолокатора построено по принципу внутренней когерентности и состоит из двух независимых передатчиков на базе высокостабильного усилителя мощности на клистроне, работающих на разных частотах, с полностью твёрдотельным модулятором. Охлаждение передающего устройства воздушное. На выходе усилителя формируется зондирующий сигнал с импульсной мощностью 16 кВт, длительностью 1,6 мкс (короткий импульс) и средней частотой повторения 10 кГц и 60 мкс (длинный импульс с ЛЧМ) с частотой повторения 750 Гц. Зона обзора первичного радиолокатора по дальности 1,5... 160 км. Приёмная система первичного радиолокатора состоит из четырёх идентичных каналов с однократным преобразованием частоты, обеспечивающих приём и преобразование радиолокационных сигналов верхнего и нижнего лучей ДН. Система обработки осуществляет цифровую обработку сигналов и первичную обработку РЛИ. Аналого-цифровое преобразование эхо-сигналов производится на промежуточной частоте, для чего используется 14-разрядный АЦП. Аппаратура цифровой обработки обеспечивает динамический диапазон обрабатываемых сигналов не менее 80 дБ без учёта ВАРУ. Алгоритм СДЦ реализован на сигнальном процессоре и основан на принципе многоканальной доплеровской фильтрации. Для устранения “слепых” скоростей используется во-буляция периодов повторения зондирующих сигналов. АПОИ обеспечивает вычисление координат целей, дополнительную селекцию малоподвижных отметок от целей, формирование карты метеообразований по заданным уровням интенсивности, подавление несинхронных импульсных помех, выдачу первичных отметок (плотов) на головной процессор.
Схожие конструктивное выполнение и технические характеристики имеют обзорные первично-вторичные радиолокаторы “АОРЛ-85МТА” (рис. 16) и “АОРЛ-99МТА” (рис. 17) Челябинского ФГУП “Полёт”, работающие в Ь-диапазоне (23 .24 см) по первичному каналу.
В обзорном первично-вторичном радиолокаторе “0РЛ-2003МТА” (рис. 18) Ь-диапазона (23.24 см) антенна вторичного радиолокатора установлена над антенной первичного канала на общем основании. В отличие от “АОРЛ-85МТА” и “АОРЛ-99МТА” первичный канал “ОРЛ-2003МТА” имеет твёрдотельный передатчик.
В обзорном первично-вторичном радиолокаторе “АОРЛ-85К(ТК)”, работающим в Ь-диапазоне (23.24 см), антенная система первичного и вторичного каналов представляет собой зеркальную антенну с отражателем двойной кривизны (размер 7,5 х 4 м) и двумя облучателями (рис. 19).
Рис. 18. РЛК “0РЛ-2003МТА” Рис. 19. РЛК “АОРЛ-85К” Рис. 20. РЛК “АОРЛ-1А”
Рис. 21. РЛС “55Ж6У” Рис. 22. АФАР РЛС “67Н6Е” (“ГАММА-ДЕ”)
Одну антенную систему имеет и первично-вторичный аэродромный обзорный радиолокатор “АОРЛ-1А” (Ь-диапазон, 23.24 см, рис. 20), предназначенный для замены РЛС “ДРЛ-7СМ” и “АОРЛ-85”.
Итак, отличительной особенностью существующих в настоящее время обзорных РЛС отечественного производства, применяемых в ГА, является наличие у большей части из них первичного и вторичного канала, т.е. имеет место комплексирование первичных и вторичных радиолокаторов. Основные рабочие диапазоны длин волн, используемые для первичных каналов РЛК, Б (10 см) и Ь (23 см) диапазоны. В качестве антенны первичных РЛС используется зеркальная антенна с отражателем двойной кривизны. Антенны вторичных РЛС - это плоские ФАР с механическим вращением в азимутальной плоскости. Эти ФАР работают в двух частотных диапазонах: международном (передача - 1030 МГц, приём 1090 МГц) и отечественном (пе-
редача -1030 МГц, приём - 740 МГц). По принципу работы вторичные РЛС являются моноим-пульсными, использующие два вида поляризации сигнала.
3.НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ОБЗОРНЫХ РЛС ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ
Оценивая развитие РЛС целеуказания третьего поколения, начавшееся с середины 80-х годов, можно отметить совершенствование у этих станций пространственной и временной обработки сигналов.
В качестве антенных систем получили должное развитие активные фазированные решётки (АФАР), к достоинствам которых относятся [5]: возможность многофунциональной работы РЛС с гибким управлением пространственными характеристиками и высоким энергетическим потенциалом (возможность формировать: провалы в ДН в направлении постановщика помех; несколько лучей ДН; независимые ДН на передачу и приём и эффективно сочетать режимы обнаружения и сопровождения целей); адаптация к быстроменяющимся условиям и сложной по-меховой обстановке; высокая надёжность, обеспечиваемая наличием большого количества излучателей и их функциональными возможностями (наработка на отказ твёрдотельных усилителей составляет 104.105 ч; АФАР - 8.12-103 ч; передатчика на ЛБВ - 300.500 ч; причём можно отметить, что отказ в твёрдотельном передатчике не наступает мгновенно, и неисправности накапливаются постепенно); простота эксплуатации твёрдотельных АФАР вследствие отсутствия высокого напряжения (питающие напряжения активных модулей достаточно низкие - 24.30 В); отсутствие необходимости регулировки усилителей в процессе эксплуатации вследствие их высокой фазовой стабильности; малые массогабаритные характеристики твёрдотельных приёмо-передающих модулей (ППМ) АФАР; работа в широкой полосе рабочих частот и секторе сканирования с управляемой поляризацией, что позволяет обнаруживать малоразмерные цели и осуществлять идентификацию объектов.
В качестве дополнительных достоинств АФАР перед антеннами с механическим сканированием в части обработки РЛИ можно отметить отсутствие дополнительной временной модуляции сигналов во времени и изменение коэффициента усиления антенны вследствие её механического вращения, что позволяет упростить когерентную обработку радиолокационных сигналов. Тем не менее, отмечая достоинства АФАР, можно сказать, что в настоящее время вследствие высокой стоимости таких антенн их применение экономически оправдано только в тех случаях, когда РЛС должна обеспечить большую скорость управления лучом при высоком энергетическом потенциале станции [5].
Основой перспективных РЛС является применение для ФАР (либо АФАР) технологии цифрового диаграммообразования (ЦДО) [4, 5]. Хотя цифровое формирование луча применимо как в режиме передачи, так и приёма, основные свои преимущества оно реализует в режиме приёма. Технология ЦДО и полномерная цифровая обработка сигналов (ЦОС) дают РЛС следующие преимущества. Во-первых, РЛС способна воспринять всю информацию пространственно-временных полей в раскрыве АР. Во-вторых, цифровые частотные фильтры, характеристики которых отличаются высокой повторяемостью, обеспечивают практически полную компенсацию помех. В сочетании с расширением динамического диапазона при накоплении сигнала в процессе пространственно-временной обработки это даёт высокую помехозащищённость РЛС. Подавление помех в модульной АФАР можно производить дважды: при обработке в модуле и при межмодульной обработке [5]. Кроме этого, пространственная обработка в модуле производится по всему амплитудно-фазовому пространственному распределению АФАР, а не только по фазовому распределению, как у аналоговой АР. При этом результирующий уровень подавления помех составляет -50.-60 дБ при низком уровне боковых лепестков ДН. В-третьих, при ЦДО в АФАР может быть реализован принцип интегрированной апертуры, под которым понимается объединение антенной системы и высокочастотных блоков всех типов в единую структуру, что уменьшает побочное излучение и потери. Например, переход к приме-
нению ЦДО в АФАР систем GPS позволяет довести уровень подавления помех до 90.100 дБ [4]. Уместно отметить, что существующие средства GPS навигации теряют работоспособность при воздействии одиночного источника помех мощностью всего лишь 0,25 Вт с дальности 4 км.
В настоящее время, благодаря достижениям в области СВЧ электроники, монокристальной электроники АЦП и ЦАП возникли новые возможности создания цифровых АФАР. Достигнутый уровень технологии АЦП даёт возможность проводить аналого-цифровое преобразование сигналов с частотой дискретизации Гд > 200 МГ ц с восемью и более разрядами, что позволяет эффективно обрабатывать сигналы с полосой 10.20 МГц. Проведенный в [5] анализ необходимой производительности цифровых вычислителей для АФАР позволяет сделать следующие выводы. Для АФАР, имеющей около 2000 элементов, с числом формируемых лучей 10 при полосе обрабатываемых сигналов в каждом луче 1 МГц для пространственной обработки сигналов требуется производительность: в действительных операциях Пд = 16-1011 оп/с; при частотно-временной обработке Пчв = 8-1010. Таким образом, средняя производительность для пространственной и частотно-временной обработки сигналов составляет 1011.1012 оп/с действительных операций. Несмотря на такие высокие требования при осуществлении параллельной цифровой обработки в модулях и вычислителе АР, эти требования могут быть реализованы на базе серийно выпускаемых сигнальных процессоров, например, Tiger Shark (Analog Device), TMS (Texas Instruments) и Power PC (Motorola). Можно также отметить возможность использования готовых изделий фирмы Bit Ware, предназначенных для встраивания в соответствующие шины при организации обмена данными (Compact PCI, PMC, PCI, VME).
Среди отечественных процессоров можно выделить ячейки многоканальных АЦП и сигнальных процессоров на базе порого-логических интегральных схем (ПЛИС) фирмы Xilins, реализующих алгоритм предварительной пространственной и частотно-временной обработки сигналов. Возможно применение ячеек вычислителя на базе отечественных нейро-матричных сигнальных процессоров NM 6403 и NM 6404, чипов DSM, содержащих четыре канала быстродействующих АЦП и ЦАП и скалярный процессор. Можно отметить, что нейрочип NM 6404 позволяет выполнить векторно-матричные операции с размерностью 64 х 64 с тактовой частотой 100.200 МГц.
В настоящее время одной из новых технологий, применяемой в АФАР, является использование “аналоговой фотоники” [7]. Термин “аналоговая фотоника” характеризует совокупность оптоэлектронных приборов и оптических интегральных схем, объединённых волоконнооптическими линиями связи. Аналоговая фотоника применяется в АФАР для: создания фазостабильной разводки сигналов гетеродинов, опорных сигналов, сигналов контроля фазового фронта и фазовой синхронизации разнесённых АФАР; передачи принятого сигнала от модулей АФАР для дальнейшего усиления и обработки; формирования и управления ДН АФАР и синтеза многолучевых ДН; адаптации; передачи мощных фазированных сигналов на модули АФАР и их замены на оптоэлектронные модули; идентификации целей (использование аналоговых оптических процессоров и нелинейной фильтрации с голографической памятью); построения полностью оптических РЛС с АФАР.
Применение аналоговой фотоники позволяет получить многократный выигрыш по таким параметрам РЛС, как: полоса, длительность импульсов (до трёх порядков); точность фазирования (до двух порядков); быстродействие (до трёх порядков); энергопотребление (в несколько раз); габариты, вес, металлоёмкость (до двух порядков).
Кроме этого, фотоника позволяет получить новое качество при обработке сигналов РЛС -мгновенное преобразование Фурье и идентификацию целей [7].
Примерами РЛС с ЦДО служат следующие станции. В РЛС, разработанной Нижегородским НИИРТ, 55Ж6У (рис. 21) цифровое формирование ДН осуществлено в метровом диапазоне волн [4].
АФАР трёхкоординатной РЛС “67Н6Е” (“ГАММА-ДЕ”) (разработка ВНИИРТ) с размерами 8 х 5,2 м, работающая в дециметровом диапазоне волн, приведена на рис. 22. Антенна содержит 1024 излучателя, каждый из которых возбуждается отдельным усилителем. В выходном каскаде усилителя использовали два транзистора типа 2Т979А, включённые параллельно. Выходная средняя мощность каждого усилителя равна 20 Вт, а импульсная - 100 Вт. Потери в согласующей цепи усилителя и в самом усилителе уменьшают излучаемую импульсную мощность одного канала АФАР до 55 Вт, а среднюю - до 10 Вт. При полностью исправных усилителях средняя излучаемая мощность АФАР равна примерно 10 кВт. Заданная для РЛС “67Н6Е” дальность обнаружения цели обеспечивается при излучении не менее 8 кВт средней мощности, вследствие этого АФАР допускает отказ до 20% усилителей без нарушения основных технических характеристик станции. При модернизации АФАР в выходном каскаде усилителя транзисторы были заменены более мощными типа А885А. Такая замена позволила поднять выходную импульсную мощность усилителя со 100 до 200 Вт, что создало запас энергетического потенциала РЛС. Кроме того, так как транзистор А885А имеет более высокий КПД, то был облегчен температурный режим передающего модуля. АФАР устанавливалась на вращающейся платформе в рабочем положении (рис.22), положение для осмотра антенны при поднятом РПУ приведено на рис. 23. На платформе, кроме системы делителей, усилителей мощности, фазовращателей и излучателей расположены источники питания усилителей мощности и система их воздушного охлаждения. Свёртывание и развёртывание антенны, транспортируемой на прицепе тягача, осуществляется в течение 5-и минут собственным механизмом. В состав РЛС “67Н6Е” входят прицеп с аппаратурой обработки информации и рабочими местами операторов, а также электростанция.
Основные технические характеристики РЛС “67Н6Е”: зона обнаружения: по дальности 10.360 км; по азимуту 3600; по углу места 300 (400); по высоте 30 км (60 км); дальность обнаружения по цели с Бц = 2 м2 - 350 км (360 км); период обновления информации 10 с; коэффициент подавления отражений от местных предметов 45 дБ; количество сопровождаемых целей 100.200; точность измерения координат: дальности 100 м; азимута 10.15’; угла места 15.20’; высоты 600 м; разрешающая способность: по дальности 300 м; по азимуту 1,350; потребляемая мощность 190 кВт (средняя излучаемая мощность 12,5 кВт); наработка на отказ 300 ч; количество транспортных единиц 6.
На рис. 24 изображена РЛС “ГАММА-1СЕ” сантиметрового диапазона длин волн, которую можно отнести к полуактивным на приём станциям, содержащим активные модули только в приёмном канале. Технические характеристики РЛС “ГАММА-1СЕ”: - зона обнаружения: по дальности 10.300 км; по азимуту 3600; по углу места -2.300; по высоте 30 км; период обновления информации 10 с; коэффициент подавления отражений от местных предметов 45 дБ; количество сопровождаемых целей 100; точность измерения координат: дальности 50 м; азимута 15’; угла места 10. 15’; высоты 400 м; разрешающая способность: по дальности 250 м; по азимуту 1,40; потребляемая мощность (лето/зима) 70/90 кВт (средняя генерируемая мощность 10.12 кВт); наработка на отказ 500 ч; количество транспортных единиц 2.
Отсутствие аттенюаторов, предварительного усилителя и усилителя мощности в функциональной схеме приёмопередающего канала АФАР (рис. 25) [6] для Б-диапазона связано с тем, что на стадии создания опытного образца станции отсутствовали усилители (транзисторы) с выходной мощностью более 5 Вт. На ряде отечественных предприятий электронной промышленности разработаны и изготовлены экспериментальные образцы монолитных и квазимонолитных усилителей Х-диапазона с выходной мощностью около 3 Вт [6]. Современному уровню соответствуют усилители (транзисторы) с выходной мощностью до 12 Вт, коэффициентом усиления не менее 7 дБ и КПД более 30%. В ближайшие пять лет должна появиться элементная база для приёмопередающих модулей с КПД 30.35% при скважности 3.10 и длительности импульса 0,3.3500 мкс, импульсной мощностью в Х-диапазоне 15.25 Вт при полосе рабочих частот до 1 ГГц, импульсной мощностью в С-диапазоне 30.50 Вт при полосе рабочих частот до 500 МГц, импульсной
мощностью в Б-диапазоне 70.100 Вт при полосе рабочих частот до 300 МГц и импульсной мощностью в Ь-диапазоне 150.250 Вт при полосе рабочих частот до 150 МГц.
Антенный комплекс РЛС дальнего обнаружения “ДУНАЙ-3У”, работающий в дециметровом диапазоне длин волн, состоит из двух антенных систем, расположенных на двух позициях -передающей и приёмной на расстоянии 3 км одна от другой. Схема размещения антенных систем приведена на рис. 26 [5]. РЛС, разработанная НИИДАР, является автоматической секторной станцией дальнего обнаружения (дальность 4500 км) с непрерывным излучением ЛЧМ сигнала. РЛС поставлена на вооружение в 1978 г.
Передающая антенна представляет собой АР из 30-и линейных нерезонансных волноводнощелевых элементов. Излучаемый сигнал распределяется между линейными АР, длина которых около 100 м, посредством синфазного делителя мощности. Между делителем и входом линейного излучателя установлены усилители мощности и фазовращатели. Потери в линейных АР не превышают 3 дБ. Формирование ДН в азимутальной плоскости осуществляется линейными излучателями, в угломестной плоскости - решёткой линейных излучателей. Качание ДН по азимуту реализуется посредством изменения частоты излучаемого сигнала, а по углу места - с использованием фазовращателей. Сектор сканирования по углу места составляет 480, а по азимуту - 510.
Для превращения линейной поляризации сигнала во вращающуюся применяется фильтр-укрытие, содержащее наклонные (450) пластины. Приёмная антенна РЛС также является активной ФАР из линейных излучателей. Малошумящие усилители установлены на выходе линейных АР. Для сканирования по углу места в вертикальной плоскости создаётся веер пересекающихся ДН, перекрывающий сектор 480. Этот веер формируется плоской линзой, поверхность которой, обращённая к линейным излучателям, имеет форму эллиптического цилиндра. На преломляющей поверхности линзы (эллипса) установлены рупоры, соединённые с выходами линейных излучателей, число которых 100. Площадь раскрыва антенны 5103 м .
Работы по установке, монтажу и наладке оборудования многофункциональной РЛС кругового обзора “ДОН-2НП” (рис. 27), разработанной в РТИ АН СССР им. А.Л. Минца, проводились с 1980 по 1987 гг. Возможности станции позволяют контролировать космическое пространство, при обнаружении целей станция берёт их на сопровождение, автоматически отстраивается от помех и производит селекцию ложных целей. РЛС представляет собой усечённую пирамиду с длиной и шириной основания по 100 м и высотой 35 м. На четырёх сторонах пирамиды установлены ФАР диаметром 16 м. Станция была поставлена на боевое дежурство в 1989 г. РЛС “ВОЛГА” (рис. 28), разработанная в НИИДАР [5], может быть отнесена к новому
поколению станций дальнего обнаружения, работающих в режиме непрерывного излучения: РЛС одновременно облучает цели и принимает отражённые от целей сигналы. Дальность обнаружения целей 4800 км. РЛС принята на вооружение в 2002 г. Станция представляет собой твёрдотельный цифровой радиолокатор с возможностью перестройки частоты в широком диапазоне волн и работы в двух частотных диапазонах.
Рис. 25. Схема приёмопередающего модуля АФАР
Рис. 26. РЛС “ДУНАЙ-3 У” Рис. 27. РЛС “ДОН-2НП”
Для превращения линейной поляризации сигнала во вращающуюся применяется фильтр-укрытие, содержащее наклонные (450) пластины. Приёмная антенна РЛС также является активной ФАР из линейных излучателей. Малошумящие усилители установлены на выходе линейных АР. Для сканирования по углу места в вертикальной плоскости создаётся веер пересекающихся ДН, перекрывающий сектор 480. Этот веер формируется плоской линзой, поверхность которой, обращённая к линейным излучателям, имеет форму эллиптического цилиндра. На пре-
ломляющей поверхности линзы (эллипса) установлены рупоры, соединённые с выходами линейных излучателей, число которых 100. Площадь раскрыва антенны 5103 м .
Работы по установке, монтажу и наладке оборудования многофункциональной РЛС кругового обзора “ДОН-2НП” (рис. 27), разработанной в РТИ АН СССР им. А.Л. Минца, проводились с 1980 по 1987 гг. Возможности станции позволяют контролировать космическое пространство, при обнаружении целей станция берёт их на сопровождение, автоматически отстраивается от помех и производит селекцию ложных целей. РЛС представляет собой усечённую пирамиду с длиной и шириной основания по 100 м и высотой 35 м. На четырёх сторонах пирамиды установлены ФАР диаметром 16 м. Станция была поставлена на боевое дежурство в 1989 г. РЛС “ВОЛГА” (рис. 28), разработанная в НИИДАР [5], может быть отнесена к новому поколению станций дальнего обнаружения, работающих в режиме непрерывного излучения: РЛС одновременно облучает цели и принимает отражённые от целей сигналы. Дальность обнаружения целей 4800 км. РЛС принята на вооружение в 2002 г. Станция представляет собой твёрдотельный цифровой радиолокатор с возможностью перестройки частоты в широком диапазоне волн и работы в двух частотных диапазонах.
Для обеспечения требуемой развязки между аналогичными по конструкции передающей и приёмной антеннами (рис. 28) их позиции разнесены на 3 км. Передающая антенна представляет собой АФАР, работающую в дециметровом диапазоне длин волн, её отличительной особенностью является использование фазовращателей, обеспечивающих непрерывное изменение фазы (и частоты) излучаемого сигнала, что позволяет сканировать ДН во время излучения сигнала. Решётка выполнена из спиральных излучателей и обеспечивает работу РЛС в широком диапазоне частот при сканировании ДН на 1200 по азимуту и более 600 по углу места. Раскрыв передающей антенны составляет 36 х 20 м2, а приёмной антенны - 36 х 36 м2. АФАР содержит несколько тысяч передающих модулей и окружена четырьмя рядами пассивных излучателей и обрамлением из поглощающих ферритовых материалов. Антенна является одной из стен здания, где размещается аппаратура станции. Отличительной особенностью приёмной антенны является применение полного цифрового формирования ДН. Сигнал от каждого излучателя после усиления и преобразования по частоте представляется в виде числовых последовательностей, а затем формируется система ДН, что позволяет в полной мере реализовать методы адаптации к помеховой обстановке.
Рис. 28. РЛС “ВОЛГА” Рис. 29. РЛС “ВОРОНЕЖ-ДМ”
Среди перспективных РЛС дальнего обнаружения можно отметить станцию “ВОРОНЕЖ-ДМ” (рис. 29), разработанную в НИИДАР [5]. В целях получения приемлемой стоимости РЛС и с учётом ограничений элементной базы вычислительных средств не планируется использовать в станции полное цифровое диаграммообразование. Антенная решётка разбивается на подре-шётки, диаграммы направленности которых формируются аналоговым способом, а полная ДН антенны - адаптивным цифровым способом. Аналоговые ДН подрешёток формируются с помощью аппаратуры, размещённой в антенных модулях. Схема установки РЛС приведена на
рис. 29. Как видно, наземная аппаратура станции размещена в трёх контейнерах, а не в отдельном здании. Это сделано с целью уменьшения длительности цикла монтажно-настроечных работ на месте расположения РЛС вследствие высокой степени заводской готовности устройств, размещённых в контейнерах. Кроме того, такой подход более экономичен, так как при строительстве, например, станции “ДОН-2НП” ушло более 30 тыс. тонн металла, 50 тыс. тонн бетона. К помещениям в здании проложено 20 тыс. км. кабеля, сотни километров водопроводов. На рис. 29 приняты следующие обозначения: 1 - антенная система; 2 - устройство синхронизации; 3 - устройство формирования ВЧ сигналов; 4 - приёмное устройство и КДП; 5 - бытовой бокс.
Итак, можно сделать следующие выводы. Развитие электроники привело к сокращению радиоаппаратуры и включению её в состав антенного комплекса, созданию полностью твёрдотельных, интегрированных с излучателем антенных модулей, включающих в себя элементы питания, усилитель, фазовращатель, систему термостабилизации.
Монтаж перспективной РЛС четвёртого поколения заключается в размещении антенных модулей на опорной металлоконструкции антенного комплекса и их соединении с аппаратурой, располагаемой вне - это аппаратура формирования требуемых для работы РЛС сигналов и синхронизации, включающая: многоканальное приёмное устройство, вычислитель, обеспечивающий адаптивное формирование ДН, первичную и вторичную обработку радиолокационного сигнала и функциональный контроль. Однако благодаря постоянному развитию элементной базы и эта аппаратура может быть совмещена и интегрирована в едином модуле.
Развитие аналоговой фотоники несомненно окажет своё влияние на структуру антенных модулей, и в XXI веке обзорные РЛС целеуказания превратятся в своеобразный технический аналог глаза, обеспечивающий радиовидение.
ЛИТЕРАТУРА
1.Петухов С.И., Шестов И.В. История создания и развития вооружения и военной техники ПВО сухопутных войск России. М.: Вооружение. Политика. Конверсия, 2003.
2.Нечаев Е.Е., Большаков Ю.П. Ретроспективный обзор создания и развития наземных радиолокационных станций целеуказания в России (Часть 1). // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Радиофизика и радиотехника, №98, 2006.
3.Вопросы перспективной радиолокации; Под ред. А.В. Соколова. М.: Радиотехника, 2003.
4.Логвин А. И., Нечаев Е.Е., Большаков Ю.П., Лысов В.А. Состояние и перспективы развития антенных систем РЛС средств УВД. // Научный Вестник МГТУ ГА, серия Радиофизика и радиотехника, № 51, 2002.
5.Активные фазированные антенные решётки; Под ред. Д.И. Воскресенского, А.И. Канащенкова. М.: Радиотехника, 2004.
6.Синани А.И., Алексеев О.С., Винярский В.Ф. Активные ФАР. Концепция построения и опыт разработки. // Антенны, Вып.2(93), 2005.
7.Зайцев Д.Ф. Применение фотоники в активных ФАР. // Антенны, Вып.5(72), 2003.
RETROSPECTIVE REVUE OF CREATING AND DEVELOPMENT RADARS IN RUSSIA (PART 2)
Nechaev E.E., Bol’shakov Yu.P.
The retrospective revue of creating and development radars in Russia is considered.
Сведения об авторах
Нечаев Евгений Евгеньевич, 1952 г.р., окончил НГТУ (1974), доктор технических наук, профессор кафедры радиотехнических устройств МГТУ ГА, автор 135 научных работ, область научных интересов - антенные измерения, техника СВЧ.
Большаков Юрий Павлович, 1950 г.р., окончил МИРЭА (1977), начальник сектора КБ “Лира”, автор более 10 научных работ, область научных интересов - радиолокация, техника СВЧ, антенные измерения.
