Выбор и обоснование тактико-технических характеристик РЛС. Разработка структурной схемы (стр. 5 из 6)
4. Описание обобщённой структурной схемы РЛС
Структурная схема РЛС с визуальной индикацией цели изображена на рис3.
Рис. 3. Структурная схема импульсной РЛС
Синхр. – синхронизатор; ИМ – импульсный модулятор; СВЧ Ген. – генератор СВЧ; АП – антенный переключатель; ГМИ – генератор масштабных импульсов; ПРМ – приемник; ГР – генератор развертки; ЭЛТ – электронно-лучевая трубка; ССП – сильсинно-следящая передача; МВА – механизм вращения антенны.
Данные по параметрам РЛС можна найти в сводной таблице 1.
Антенна РЛС имеет веерообразную диаграмму направленности, то есть узкую в горизонтальной плоскости (шириной в несколько градусов или долей градуса q=30), и достаточно широкую (десятки градусов Dbобз=350) в вертикальной плоскости. При вращении такая антенна обеспечивает не только требуемый обзор в вертикальной и горизонтальной плоскостях, но и измерение азимута.
Этот принцип сохраняется как для обзора воздушного пространства (наземная РЛС), так и для обзора земной поверхности (бортовая РЛС). Для визуальной индикации двух координат цели следует использовать двухмерный индикатор кругового обзора (ИКО) с яркостной отметкой цели, в котором обычно применяются ЭЛТ с магнитным управлением. В нашем случае используем секторный индикатор для увеличения коэффициента использования антенны. Импульсные сигналы с выхода приемника подается на управляющий электрод ЭЛТ, и увеличивают яркость экрана во время их появления.
Развертка дальности осуществляется с помощью отклоняющей катушки, создающей магнитное поле, которое равномерно перемещает электронный луч от центра экрана ЭЛТ к его краю. Азимутальная развертка получается с помощью сельсинно-следящей передачи (ССП), которая обеспечивает синфазное с вращением антенны по азимуту вращение радиальной развертки вокруг центра. 
Синхронизатор РЛС вырабатывает периодическую последовательность импуль-сов с периодом Tn=3,6 10-3, которые воздействуют одновременно (либо с некоторым постоянным запаздыванием) на модулятор, генератор развертки дальности и генератор масштабных импульсов. Импульсный модулятор вырабатывает модулирующие видеоимпульсы длительностью tu=1,7 10-6, воздействующие на генератор СВЧ. Последний вырабатывает радиоимпульсы примерно такой же длительности.Генератор СВЧ формирует периодическую последовательность радиоимпульсов, излучаемую антенной в виде зондирующего сигнала. Отраженный импульс появляется на входе приемника через интервал времени tз. На выходе приемника образуются видеоимпульсы, смешанные с шумом, которые подаются на управляющий электрод ЭЛТ.
Генератор развертки дальности вырабатывает в отклоняющей катушке пилообразно изменяющийся ток. При этом электронный луч совершает равномерное движение вдоль радиуса ЭЛТ, который в свою очередь вращается вместе с антенной. Такая развертка луча на экране ЭЛТ называется радиально-круговой. Она создает на экране изображение (часто именуемое растром) в виде тесно примыкающих друг к другу радиусов.
Генератор масштабных импульсов вырабатывает серию импульсов, которые могут быть периодическими, либо иметь вид пачек, действующих в пределах длительности прямого хода развертки. Такие импульсы можно формировать, например, с помощью генератора ударного возбуждения. Часть применяются масштабные импульсы отрицательной полярности, подаваемые на катод ЭЛТ (это облегчает развязку выходных цепей приемника и генератора масштабных импульсов).
Механизм формирования изображения на экране ЭЛТ описан ниже. При вращении антенны, когда край диаграммы направленности совпадает с направлением на цель, на соответствующем радиусе развертки под действием импульса цели возникает яркая точка. Кроме того, возникает серия ярких эквидистантных точек под действием масштабных импульсов. Вращение антенны по часовой стрелке равносильно перемещению цели в обратном направлении. После полного оборота антенны на экране образуются масштабные кольца (электронная шкала дальности), а цель будет иметь вид небольшой дуги, угловые размеры которой приблизительно равны угловой ширине луча антенны.
Дальность цели отсчитывается с помощью масштабных колец. Азимут же цели b отсчитывается по положению середины ее отметки относительно какого либо начального направления, например северного направления меридиана.
5. Структурная схема метеонавигационных радиолокаторов типа «Гроза».
Бортовые радиолокаторы, созданные на элементной базе первого поколения (электронные лампы, объемный монтаж), отличались большими габаритами и массой, имели малую надежность и состояли из большого количества блоков. Переход к элементной базе второго поколения (полупроводниковые приборы и модули) позволил значительно улучшить характеристики ряда узлов и блоков.
Эволюция РЛС шла, в основном, по пути уменьшения массы, габаритов, количества блоков и повышения надежности, а не увеличения мощности или раскрыва антенны. Ко второму поколению метеонавигационных РЛС относятся радиолокаторы «Гроза», получившие широкое распространение. При разработке модификаций РЛС «Гроза» учитывалось развитие элементной базы, поэтому современные модификации РЛС «Гроза» можно считать переходными к третьему поколению (интегральные микросхемы, микромодули). В настоящее время осуществляется переход к твердотельному исполнению бортовых РЛС и к цифровым методам обработки данных.
Наш метеонавигационная РЛС будет построен на основе локаторов второго поколения типа «Гроза».
Рассмотрим общую компоновку метеонавигационной РЛС семейства радиолокаторов «Гроза». С целью обеспечения оптимальных комплектаций радиолокатора для создаваемых и переоборудуемых самолетов основные его блоки выпускаются в различных вариантах. Все варианты и модификации максимально унифицированы, что позволяет удешевить их серийное производство и эксплуатацию, а также обеспечивает возможность использования в других комплектациях.
В любую комплектацию радиолокатора как минимум должны входить четыре блока: антенный (блок 1), основной приемо-передающий (блок 2), стабилизации и управления (блок 7), основной индикаторный (блок 4). Каждый из этих блоков может быть любой модификации.
При комплектации радиолокатора одним индикаторным блоком в состав комплекта обязательно должен быть включен эквивалент дополнительного индикатора (блок 35). При оснащении самолета двумя индикаторами дополнительный индикатор включается вместо указанного эквивалента.
Для повышения надежности РЛС в комплект вводят резервный приемопередатчик (блок 2) любой модификации. В этом случае необходима также коммутационная коробка (блок 17) и волноводный коммутатор (блок 47).
Радиолокатор сопрягается с самолетными гировертикалями, имеющими выходы сигналов крена и тангажа. Для коррекции текущих координат в комплект включают блок коррекции (блок 28), взаимодействующий с навигационным вычислителем.
При невозможности размещения на самолете основного индикатора (блока 4) вместо него может быть установлен дополнительный индикатор (блок 4-Д), имеющий меньшие размеры. В этом случае в комплектацию станции обязательно выводится отдельный пульт управления (блок 10).
Комплектация радиолокатора для данного типа самолета выбирается самолетостроительным предприятием и согласовывается с главным конструктором радиолокатора.
Разработка конструкции волноводного тракта для выбранной комплектации осуществляется разработчиком РЛС. Номинальные дальности действия РЛС обеспечиваются, если длина волноводного тракта не превышает 7 м. При большей длине тракта дальность сокращается примерно на 1,5% на каждый последующий метр длины. Для компенсации этих потерь можно использовать второй приемопередатчик блок 2-У (с предварительным усилителем на туннельном диоде).
После согласования с главным конструктором радиолокатора комплектации РЛС, схемы её сопряжения радиолокатору присваивается условное обозначение, например, «Гроза 40» — для самолета Як-40, «Гроза 154» — для самолета Ту-154.
Функциональная схема радиолокатора при работе в режимах «Земля», «Метео», «Контур», «Снос» показана на рис. 5 РЛС представляет собой импульсный некогерентный радиолокатор со сканирующей в азимутальной плоскости антенной и индикатором «азимут—дальность». Схема (рис. 5) содержит все элементы типовой структурной схемы импульсной РЛС, однако они скомпонованы в четырех основных блоках, выделенных пунктиром.
Синхронизация работы передающего канала РЛС осуществляется частотой 400 Гц питающей сети. Модулятор приемопередатчика формирует высоковольтные импульсы, поступающие на магнетрон, который генерирует СВЧ импульсы. Для обеспеченияпрогрева катода магнетрона в модуляторе приемопередатчика осуществляется задержка на 3—5 мин формирования модулирующего импульса по отношению к моменту включения напряжения питания 115В 400Гц. СВЧ импульсы через циркулятор и ферритовый вращатель плоскости поляризации по волноводному тракту передаются на облучатель антенного блока. Циркулятор служит для переключения антенны с приемного на передающий канал, т. е. выполняет функцию антенного переключателя.
Рис. 5. Функциональная схема РЛС семейства «Гроза»
Ферритовый вращатель плоскости поляризации служит для изменения поляризации СВЧ колебаний. В зависимости от поляризации СВЧ колебаний отражателем антенного блока формируется либо веерная косеканс-квадратная диаграмма направленности (для обзора земли), либо узкий симметричный луч. Отражатель антенного блока сдвоенный и состоит из параболического отражателя и отражателя специальной формы. Параболический отражатель представляет собой симметричный параболоид вращения, изготовленный из полностью металлизированной стеклоткани. При облучении параболического отражателя электромагнитной энергией он формирует диаграмму в виде узкого луча. Профиль отражателя специальной формы в вертикальных сечениях рассчитан для получения веерной диаграммы направленности типа косеканс-квадрат. Этот отражатель изготовлен из стеклоткани, металлизированные нити в которой расположены строго горизонтально с шагом 3 мм. При вертикальной поляризации электромагнитная энергия беспрепятственно проходит сквозь отражатель специальной формы и, отражаясь от параболоида, формирует узкий симметричный луч.