Применение магнетронных генераторов большей мощности в радиолокационных системах (стр. 7 из 19)
Получение с помощью одной антенной системы двух различных форм диаграммы направленности осуществляется следующим образом.
Сдвоенный отражатель антенны состоит из симметричного параболического отражателя и отражателя специальной формы, выполненного в виде "козырька" в верхней части параболоида.
Параболический отражатель при облучении его электромагнитной энергией формирует диаграмму направленности в виде узкого луча "карандашного" типа. Он изготовлен из полностью металлизированной стеклоткани. Профиль отражающей поверхности отражателя специальной формы рассчитан из условия получения в вертикальной плоскости косекансной диаграммы направленности. Этот отражатель представляет собой
поверхность двойной кривизны, выполненной из металлизированной стеклоткани, металлизированные нити которой расположены строго горизонтально и имеют шаг 3 мм. Оба отражателя жестко соединены между собой и установлены на металлический штампованный держатель чашеобразной формы. Отражатель специальной формы размещается перед симметричным параболическим отражателем и закрывает только верхнюю его часть, образуя тем самим своеобразный "козырёк" антенного рефлектора.
Формирование соответствующей диаграммы направленности осуществляется изменением плоскости поляризации излучаемых высокочастотных колебаний.
При вертикальной поляризации облучающая электромагнитная энергия беспрепятственно проходит сквозь отражатель специальной формы с горизонтальным расположением металлизированных нитей и отражается от симметричного параболоида. При этом формируется диаграмма направленности в виде узкого луча. При изменении поляризации облучающих колебаний на горизонтальную происходит отражение от являющегося для данной поляризации непрозрачным отражателя специальной формы и формируется веерная диаграмма направленности косекансного типа. На рис. 2.2 приведены диаграммы направленности в двух плоскостях для обоих режимов работы антенны.
Для поворота плоcкости поляризации излучаемых высокочастотных колебаний на 90°, необходимого для изменения формы диаграммы направленности с узкого луча на веерный, в РЛС "Гроза" применён ферритовый вращатель. Ферритовый стержень вращателя установлен на фторопластовой втулке внутри круглого волновода. Вдоль оси феррита действует постоянное магнитное поле, создаваемое электромагнитом, размещённым на волноводе.
Рисунок 2.2 – Принцип получения веерной и игольчатой диаграмм направленности при смене поляризации
Угол поворота плоскости поляризации зависит от величины и направленности этого поля, которые устанавливаются с помощью реле изменения поляризации при смене режима работы станции. В режиме "Земля" (масштабы развертки "30", "50" и "125") на катушку реле подаётся напряжение от бортсети +27В. Реле при этом срабатывает и через замкнувшиеся контакты обеспечивает питание электромагнита постоянным током такой величины и направления, которые обеспечивают получение горизонтальной поляризации излучаемой энергии и, тем самым, формирование веерной диаграммы направленности. В режиме "Земля" при масштабе развёртки "375" катушка реле обесточена. При этом поляризация излучения - вертикальная и антенной формируется узкий луч. При развёртке "250" и работе РЛС в режиме "Земля" питание на катушку реле подаётся не непрерывно, а через контакты кулачкового механизма выключателя. Кулачок механизма связан с азимутальной осью антенны и обеспечивает замыкание контакта механизма при движений рефлектора в одну сторону и его размыкания при движении в противоположном направлении. За счёт этого на развертке обеспечивается черестактный обзор земной поверхности узким и веерным лучём. Для наилучшего наблюдения радиолокационных отражений от средних и крупных промышленных центров, а также для выравнивания отражений от фона, с целью наиболее чёткого воспроизведения на индикаторе водных ориентиров, в режиме "Земля" применяется "трёхтоновый" видеоусилитель. Ступенчатая амплитудная характеристика видеоусилителя позволяет исключить из радиолокационного изображения промежуточный диапазон сигналов, лежащих между слабыми и сильными, затрудняющих расшифровку изображения и ориентировку. На экране выделяются три "тона": "черный" (отсутствие отражённого сигнала, что соответствует гладким водным поверхностям); "серый" (слабые сигналы, соответствующие отражению от земной поверхности); "белый" (сильные сигналы от интенсивно отражающих объектов). Подбор оптимального характера изображения производится пилотом или штурманом применительно к конкретной обстановке с помощью ручки "Контраст". Всё управление радиолокатором при его работе в режиме "Земля" осуществляется органами управления, расположенными на лицевой панели индикаторного блока.
Режим работы "Метео".
При работе РЛС в этом режиме обеспечивается получение на индикаторе в полярных координатах "азимут-дальность" радиолокационного изображения воздушной обстановки в пространстве, ограниченном азимутальными углами ±100° относительно строительной оси самолёта и углами места ± (1,5 - 2°) относительно плоскости горизонта. Для того, чтобы сектор обзора не изменял своего положения в пространстве при кренах и тангаже самолёта, что особенно важно при обходе грозовых зон, ось диаграммы направленности антенны гиростабилизирована. При необходимости обзора пространства под другими углами места диаграмма направленности антенны может быть наклонена вручную относительно плоскости горизонта на угол ±10°.
В режиме работы "Метео" обзор пространства осуществляется РЛС с помощью симметричной узкой диаграммы направленности, получаемой в антенне при вертикальной поляризации излучаемых колебаний.
Пример радиолокационного изображения при работе РЛС в режиме "Метео" представлен на рис.2.3,а.
Всё управление РЛС в этом режиме осуществляется переключателем длительностей развёртки и ручкой ручного наклона антенны "Наклон".
Режим работы "Контур".
В этом режиме радиолокатор позволяет выявить внутри отражений от грозовых областей и кучево-дождевых облачностей наиболее опасные для полёта зоны, состоящие из водных капель большого диаметра. За счёт специального построения схемы видеоусилителя указанные участки представляются на экране индикатора в виде затемнённых областей, расположенных внутри ярких отметок от обнаруженных грозовых зон. Примерный вид радиолокационного изображения грозовых зон при включении режима "Контур" представлен на рис. 2.3,б (сравните с рис. 2.3, а).
Рисунок 2.3-Пример радиолокационного изображения при работе РЛС в режиме (а) "Метео" и (б) "Контур".
Затемнение областей, соответствующих участкам с высокой отражающей способностью, обеспечивается применением специальной характеристики, подавляющей все принимаемые сигналы, амплитуда которых превосходит определённый фиксированный уровень.
Для предотвращения полного или частичного подавления сигналов от более слабых областей грозовой зоны, вызванного увеличением амплитуды отражённых сигналов при уменьшении дальности до них, в режиме "Контур" производится временная регулировка усиления приёмного устройства. Закон изменения усиления в зависимости от дальности выбран в РЛС таким, что обеспечивает практическое постоянство амплитуды принимаемых с одного и того же объекта сигналов при изменении дальности до него от 30-40 до нескольких километров. В остальном работа радиолокатора в режиме "Контур" аналогична его работе в режиме "Метео".
Режим работы "Снос"
На рис.2.4 показан навигационный треугольник скоростей с учётом только горизонтальных составляющих воздушной скорости V, совпадающей по направлению с осью самолёта, скорости ветра U и результирующего вектора, совпадающего с линией пути - путевой скорости W. Угол сноса . между векторами V и W определяется в режиме работы "Снос".
Рисунок 2.4 –Навигационный треугольник скоростей и линия равных доплеровских частот – изодоплеровская линия
Измерение угла сноса самолёта основано на фиксации минимальной частоты биений вторичного эффекта Доплера, которые возникают при отражении сигнала от земной поверхности или иных протяжённых объектов. Для пояснения этого эффекта целесообразно воспользоваться понятием линий равных доплеровских частот на земной поверхности. Принцип их получения при горизонтальном полёте представлен на рис.2.4.
Рисунок 2.5 – Семейство изодоплеровских гипербол
Значение частоты Доплера при отражении сигнала от точки земной поверхности 0, лежащей на линии пути при бесконечно узкой диаграмме направленности РЛС, определяется
, (2.2)где l - длина волны передатчика.
Из выражения (2.2) следует, что
при g = const. Полагая g = const, будем мысленно вращать луч вокруг вектора W , образуя лучом поверхность конуса с осью, совпадающей с W. На земной поверхности луч прочертит кривую равных доплеровских частот, которая является гиперболой, так как образуется как линия пересечения конуса и горизонтальной поверхности, параллельной оси конуса. Полученную гиперболу называют изодоплеровской, потому что она проходит через точки земной поверхности, которым соответствует постоянная частота Доплера. Меняя значение g, можно получить семейство изодоплеровских гипербол, каждой из которых будет соответствовать своё новое значение Fд (рис 2.5). Используя это семейство, можно определить Fд при получении отражённых сигналов от любой точки земной поверхности,