Использование ЛЧМ сигналов при построении приемника радиолокационной станции сопровождения

Переход на автосопровождение цели осуществляется при наличии цели в луче, ее стробировании по дальности. При захвате цели, РЛС переходит на автосопровождение цели по угловым координатам (Приложение 1, с. 45, с. 53) и дальности.

Синхронизация работы системы РЛС осуществляет система синхронизации импульсами в режиме ЛЧМ длительностью 50 или 100 мкс, в режиме КНИ длительностью 4..10 мкс.

Для установления типа и класса средств воздушного нападения введена система распознавания. Метод радиолокационного распознавания основан на анализе изменений спектра отраженного сигнала, вызванных вращательным движением элементов двигателя самолета или винта вертолета.

В системе распознавания реализовано2 независимых канала распознавания целей:

-автоматического распознавания;

-канал слухового распознавания.

Автоматический канал распознавания обеспечивает распознавание трех классов целей:

А - аэродинамическая;

Б - баллистическая;

В - вертолет.

Канал звукового распознавания обеспечивает возможность прослушивания по головным телефонам звукового фона (портрета) сопровождаемой цели.

Системе углового сопровождения предназначена для определения угловых координат цели и обеспечивает нахождение цели в РСН ДНА.

В режиме КНИ сигнал (Приложение 1, с. 65) с выхода пеленгационных приемников У1, У2, а в ИР импульсы цели поступают на схему ВСО, где осуществляется выделение сигнала ошибки. Огибающие сигналов ошибки поступают на приводы АЗ и УМ АВС, которые разворачивают рефлектор и луч антенны до тех пор, пока сигнал ошибки не станет равным нулю.

Для предотвращения сопровождения сигнала "антипода" вход схемы ВСО отключается от приемников и подключается к сигналам для сопровождения по запомненной текущей высоте, данные о которой поступают из ЦВС.

Канал поиска служит для обнаружения целей в широкой или узкой зоне пространства и обеспечения захвата цели по угловым координатам. Режимы работы:

-автономный (зона поиска ±60 є по АЗ и 6є по УМ);

-режим ЦУ (зона поиска ±5є по АЗ и 6є по УМ относительно координат ЦУ).

Канал управления ТОВ обеспечивает выработку сигналов коммутации и наведения по АЗ и УМ поступающих на приводы АЗ и УМ. Под воздействием этих сигналов осуществляется разворот телевизионной камеры в направлении на цель. ТОВ может работать в режимах с излучением и без излучения РЛС.

Для обеспечения работы в режиме ЦУ и для опознавания цели РСЛ сопряжена с изделиями ЦВС, ПУ, НРЗ.

Сопряжение осуществляется по цепям: целеуказания, индикации, управления и контроля.

1.6 Приемная система РЛС 9S35М1

Наличие двух различных, по своим физическим возможностям, приемников в значительной степени повысили возможности станции по поиску целей и помехозащищенности. В свою очередь приемник ЛЧМ состоит из двух идентичных каналов. В зависимости от режима работы может работать один из двух каналов или сразу оба, что существенно повысило надежность работы РЛС. Одновременная работа двух приемников ЛЧМ при сопровождении цели обеспечивает защиту РЛС от уводящих помех по угловым координатам.

Использование второго канала приемника ЛЧМ, в режиме автокомпенсации помех, обеспечивает защиту РЛС от воздействия помех по боковым лепесткам (Приложение 1, с. 59).

ЛЧМ приемник являясь, по сути, моноимпульсным координатором обладает всеми его свойствами (Приложение 1, с. 55):

-так как угловая информация выделяется в виде отношений сигналов, то точность измерения сигнала не зависит от амплитуды флюктуации отраженного сигнала;

-выделение информации о трех координатах цели производится на основании принятого одного отраженного сигнала;

-отсутствие методических ошибок по сравнению с координаторами линейного и конического сканирования, другими словами форма отраженного сигнала не зависит от скорости распространения радиоволн;

-большая дальность действия, так как излучение электромагнитных волн происходит вдоль равносигнального направления (РСН).

Отличительной особенностью приемника КНИ является то, что облучение цели осуществляется высококогерентными импульсами малой скважности (Приложение 1, с. 65). Отраженный сигнал от цели принимается также в виде импульсных сигналов. А извлечение информации осуществляется таким же образом, как и при непрерывном излучении, то есть путем анализа одной составляющей спектра принятого когерентно-импульсного сигнала малой скважности.

Задача, на поиск и выделение цели из спектра принимаемого сигнала, возложена на обзорный приемник, что позволяет иметь непосредственно информацию о скорости цели. Но для сопровождения цели по скорости и устранения неоднозначности по скорости и слепой скорости используется канал сопровождения по скорости с привлечением ЦВС.

Для сопровождения цели по угловым координатам и дальности в приемник КНИ понадобилось ввести канал сопровождения по угловым координатам и дальности. Если работа канала сопровождения по угловым координатам приемника КНИ существенно не отличается от работы приемника сопровождения в импульсном режиме, то работа дальномерного приемника имеет ряд отличий.

Отличия связаны прежде всего с возникновением в режиме КНИ явления слепой скорости и неоднозначности по дальности, для устранения которых понадобилось изменить общепринятую схему построения приемника сопровождения по дальности, а также задействовать ЦВС для решения ряда задач.

Важное техническое решение было найдено, при проектировании приемной системы, в использовании одних и тех же узлов и элементов системы синхронизации для работы РЛС в режиме ЛЧМ и КНИ. Это стало возможным благодаря сохранению одинаковой скважности для обоих режимов - равной 10, а использование линейной частотной модуляции в импульсном режиме, сняло все проблемы возникающие при большой длительности излучаемого сигнала. С другой стороны, большая длительность сигнала в режиме ЛЧМ дает ряд преимуществ.

Таким образом, приемная система РЛС 9S35М1 воплотила в себе самые последние научные разработки и достижения в радиолокации [6].

1.6.1 Основные технические характеристики

1.Динамический диапазон (дБ)

режим ЛЧМ - не менее 70

режим КНИ - не менее 80

2.Диапазон доплеровских частот (кГц) - от -17 до +60

3.Коэффициент шума (дБ) - не более 7,5

4.Уровень сигнала на выходе приемника ЛЧМ (В)

амплитудный режим - 2,25 ч 2,75

фазовый режим - 4,5 ч 5,5

5.Уровень шумов на выходе приемника ЛЧМ (В)

амплитудный режим - 1,1 ч1,4

фазовый режим - 0,08 ч 0,12

6.Длительность ЛЧМ сигнала (мкс) - 100 (50)

7.Девиация частоты внутри ЛЧМ сигнала (кГц) - 900

8.Длительность сжатого импульса в приемнике

ЛЧМ (мкс) - 1,7 ± 0,33

9.Перекрытие доплеровского диапазона

приемника КНИ (кГц) - от 2,5 до 22,5

10.Коэффициет усиления приемника КНИ - более 110000

Рассмотрим более детально формирование и использование ЛЧМ сигнала в приемной системе[1, c 36, c 40].

1.6.2 Использование ЛЧМ сигнала

В РЛС для решения проблемы получения максимальной дальности при малой мощности сигнала увеличили длительность импульса. Как видно из графика (Рис.2) энергия сигнала Еs (энергетическая емкость) зависит от длительности и мощности импульса. При равных параметра цели, максимальная дальность Дmax для обоих случаев будет одинаковая [3].

Рис. 2

При этом:

Еs 1 = Еs 2 ,

где Еs 1 ?Р1*tи1 , а Еs 2 ?Р2*tи2 ,

а скважность сигналов q1= ; q2=

Уравняв обе половины, получили:

Следовательно при увеличении скважности, для сохранения заданной дальности обнаружения необходимо увеличивать мощность сигнала. При уменьшении скважности - мощность можно понизить.

Минимальная мощность отраженного сигнала, которая будет различима на фоне шума определяется как:

Рпр min =н Рш ;

Рш =No*Дfэ

Где, н - коэффициент различимости,

Рш - мощность шума,

No -спектральная плотность шума,

Дfэ -эффективная полоса пропускания.

Таким образом, для первого случая предъявляются высокие требования к надежности оконечного усилителя мощности и защите волноводов от электрического пробоя. Во втором случае - ухудшаются характеристики по разрешению по дальности.

Для решения этой проблемы в РЛС используются дисперсионные ультразвуковые линии задержки (ДУЛЗ). Свойство их таково, что радиоимпульсы на разной частоте, проходят линию задержки с разным временем [3].

ДУЛЗ- представляет собой элемент по которому распространяются ультразвуковые колебания. Дисперсионной она считается, если время задержки в этой линии зависит от частоты ультразвуковых колебаний (Рис. 3).

Таким образом при подаче на вход ДУЛЗ, короткого прямоугольного импульса, имеющего линейчатый спектр, на выходе ДУЛЗ будет получен «растянутый» радио импульс с частотой заполнения меняющейся по линейному закону.

И на оборот, при подаче на вход ДУЛЗ импульса с ЛЧМ, при этом низкие частоты должны поступить первыми, произойдет сжатие импульса по длительности.

Рис. 3

1.6.3 Блок формирования ЛЧМ сигнала в РЛС 9S35М1

Блок формирования ЛЧМ сигнала обеспечивает формирование ЛЧМ радиоимпульса на промежуточной частоте, видеоимпульса для модуляции передатчика и опорного когерентного напряжения для обеспечения работы приемника в режиме СДЦ [1 c.40].

Технические данные:

-длительность ЛЧМ сигнал -100(50) мкс;

-девиация частоты внутри ЛЧМ сигнала -900 кГц;

-амплитуда ЛЧМ сигнала -0,5 В;

-средняя частота сигнала -28 МГц;

-амплитуда ИЗП не менее -2,5 В;

-длительность ИЗП -100 (50)мкс;

-длительность фронтов ИЗП, не более -0,5 мкс

-амплитуда опорного напряжения -0,7 В;

частота опорного напряжения -10 МГц.

Состав (Рис.4):

-гетеродин - 10 (У1);

-двухканальный оптимальный фильтр (ОФ) формирования ЛЧМ сигнала (У2);

-смеситель 10/28 для переноса ЛЧМ сигнала на промежуточную частоту (У6);

-смеситель 10/28/10 для преобразования опорного когерентного напряжения(У8);

Рис.4 Функциональная схема блока формирования ЛЧМ

-УПЧ-28 для компенсации затухания ОФ (У4);

-гетеродин 38, регулируемый для компенсации пассивных помех (У7);

-формирователь Фр (У5) импульсов возбуждения ДУЛЗ и импульсов запуска передатчика;

-коммутатор каналов ОФ и согласующие фильтры Ф1, Ф2.

Для формирования ЛЧМ сигнала и опорного когерентного с ним напряжения используется напряжение кварцевого генератора узла У1 (Гетеродин - 10) частотой 10МГц (Рис. 5 эпюра 1).

Рис. 5

Чтобы исключить аппаратную задержку сигнала на средней частоте ОФ (tз =142,8±0,5) мкс (в режиме "Масштаб 50") при формировании ЛЧМ сигнала и при последующем сжатии его в блоке формирования ЛЧМ и обеспечить совмещение сжатого импульса с "нулем" отсчета дальности, возбуждение оптимального фильтра производится опережающим импульсом «То-296» , «То-584» поступающим из блока системы синхронизации (эпюра 2). Импульс «То-296» при прохождении через инвертор и схему формирования колоколообразного импульса в формирователе Фр формирует видеоимпульс длительностью 0,3-0,4 мкс, необходимый для получения радиоимпульса возбуждения ОФ (эпюра 3).

Полученный радиоимпульс длительностью 0,3-0,4 мкс поступает в на вход Гетеродина 10 (У1).

На выходе манипулятора Гетеродина 10 из непрерывного колебания кварцевого генератора формируется радиоимпульс с частотой заполнения 10,0МГц, соответствующей рабочей частоте ОФ (эпюра 4).

После усиления радиоимпульс подается на ОФ, на выходе которого получается отклик длительностью около 100мкс (эпюра 5) для «Масштаба 50 км», с изменяющейся в соответствии с дисперсионной характеристикой ОФ частотой внутри отклика (ЛЧМ отклик).

В режиме «Масштаб 50» полученный ЛЧМ отклик (радиоимпульс) подается через согласующий фильтр на вход смесителя 10/28 (У6).

В режиме «Масштаб 100» радиоимпульс с выхода узла Гетеродин 10 (У1) проходит через два последовательных оптимальных фильтра (ОФ-1, ОФ-2). Таким образом, полученный ЛЧМ сигнал, увеличивается по длительности (при той же девиации частоты) до 200 мкс и уменьшается по амплитуде. На выходе ОФ-2 имеем сигнал с внутриимпульсной ЛЧМ с линейным участком длительностью 100мкс и девиацией частоты 900кГц.

Дальнейшее прохождение сигнала в цепях блока в режиме «Масштаб 100» не отличается от прохождения в режиме "Масштаб 50".

Перенос ЛЧМ отклика на промежуточную частоту станции 28МГц производится в смесителе 10/28 (У6) с помощью автономного кварцевого генератора 18МГц. Усиленный на частоте 28МГц отклик подается на манипулятор в УПЧ-28 (У4), который обеспечивает формирование из полного отклика ОФ ЛЧМ сигнал с заданными параметрами. Манипулятор открывается положительным импульсом "Строб ДУЛЗ" с Фр (эпюра 6).

Импульс "Строб ДУЛЗ" формируется из импульса стробирования ДУЛЗ, поступающего из системы синхронизации на формирователь Фр, что необходимо для точной установки частоты 28МГц в середине импульса 50мкс.

Полученный на выходе манипулятора узла СМ 10/28 ЛЧМ сигнал усиливается и подается в (эпюра 7) передающее устройство.

Для синхронной работы передающего и приемного устройства в блоке формирования ЛЧМ сигнала из строба ДУЛЗ с помощью формирователя Фр вырабатывается импульс запуска передатчика ИЗП ЛЧМ, поступающий в подмодулятор передатчика «О».

Кроме этого когерентное напряжение 10 МГц с Гетеродина -10 используется в качестве опорного напряжения в блоке сжатия принятого ЛЧМ сигнала. Для этого, непрерывное синусоидальное напряжение кварцевого генератора узла У1 частотой 10 МГц, поступающее на смеситель 10/28 узла У8, куда также поступает синусоидальное напряжение кварцевого генератора частотой 18 МГц из узла У6, что обеспечивает введение начальной фазы генератора частоты 18 МГц и последующее вычитание ее на фазовом детекторе блока сжатия ЛЧМ.

Преобразованный на частоту 28МГц сигнал поступает через полосовой фильтр на смеситель 28/10 У8, куда через контакты реле поступает напряжение кварцевого генератора частотой 38 МГц из блока сжатия ЛЧМ для последующей компенсации его случайной начальной фазы на фазовом детекторе блока сжатия.

При работе в условиях пассивных помех и для исключения влияния скорости ветра, предусмотрен режим КОМПЕНСАЦИИ ВЕТРА. В этом случае по команде «+27В ВКЛ КОМП ВЕТРА» через контакты реле по входу смесителя 10/28/10 узла У8 подключается напряжение регулируемого кварцевого гетеродина частотой 38 МГц узла У7.

Изменяя напряжение управления с помощью потенциометра, частота регулируемого гетеродина 38 меняется в пределах ±6кГц тем самым добиваются компенсации движения пассивной помехи.

1.6.4 Блок сжатия ЛЧМ сигнала в РЛС 9S35М1

Блок обеспечивает усиление поступающих по двум каналам сигналов с оптимальным фильтром (ОФ), сжатия ЛЧМ сигналов на ОФ, квазивесовую обработку сжатых сигналов, детектирование сжатых сигналов в амплитудном и квадратурном фазовом детекторах, работу в амплитудном ( АР) или фазовом ( ФР) режимах, поддержание заданного уровня шумовой помехи, работу в режиме видеокомпенсации и выдачу команды «+27 В ПОМЕХА».

Страницы: 1, 2, 3