ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВРЛ

ВТОРИЧНЫЕ РАДИОЛОКАТОРЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

Система вторичной радиолокации служит для определения -координат самолетов (дальность-азимут), получения, декодирования, обработки и преобразования дополнительной информации о номере и высоте полета самолетов, а также для получения другой информации.

Установившееся и принятое наименование системы вторичной" радиолокации связано с использованием вторичной станции, устанавливаемой на борту самолета и выполняющей роль ответчика на зондирующие импульсы запросчика. При этом сам запросчик называют вторичным радиолокатором.

Рис.2.1. Блок-схема ВРЛ

Подобный способ радиолокационного зондирования с активным ответом позволяет снизить энергетические затраты наземного оборудования или существенно увеличить дальность действия, улучшить характеристики помехозащищенности радиолокатора.

Подобный способ радиолокационного зондирования с активным ответом позволяет:

· снизить энергетические затраты наземного оборудования,

· существенно увеличить дальность действия,

· улучшить характеристики помехозащищенности радиолокатора.

Система вторичной радиолокации позволяет получать, помимо координатной и дополнительную информацию, содержащую бортовой номер самолета, значение текущей высоты полета и величину вектора скорости, сигналы бедствия и пр. Причем содержание и объем передаваемой информации могут меняться. Несмотря на то что локационные системы с активным ответом получили развитие уже в 40-е годы, до настоящего времени они рассматриваются как вспомогательное средство для управления воздушным движением, так как наличие летательных аппаратов, не оборудованных ответчиками; не позволяет достоверно оценивать воздушную обстановку. По этой причине все существующие ВРЛ подразделяются на встроенные и первичные радиолокаторы или предусматривается их обязательное сопряжение с первичным локатором. Особую роль приобретают ВРЛ в связи с интенсивным развитием автоматизированных систем УВД, внедрение которых невозможно без использования активного локационного канала.

В основе всех систем ВРЛ лежит канал связи между наземной аппаратурой (запросчиком) и бортовой аппаратурой (ответчиком) (рис. 2.1). На вход ответчика поступают запросы координат, бортового номера и текущей информации (высота, остаток топлива и др.). Вид запросной информации закодирован во временных интервалах между импульсами запросных посылок. Передача запросных посылок осуществляется с помощью направленной антенны, вращающейся в горизонтальной плоскости. Таким образом, самолеты, находящиеся в зоне действия системы под разными азимутами, облучаются последовательно в разные моменты времени. В течение времени, пока самолет находится в пределах ширины главного лепестка ДНА, на вход бортового ответчика поступает несколько десятков запросов. Для того чтобы ответчик не запускался от запросов, поступающих по боковым лепесткам ДНА, современные вторичные радиолокаторы имеют систему подавления боковых лепестков.

Запрос, принятый бортовым ответчиком, расшифровывается, обрабатывается формируется ответный сигнал, содержащий запрашиваемую информацию.

На каждый запрос ответчик выдает ответную посылку, общее число которых, следовательно, определяется интенсивностью запросного потока. Максимальное число ответов ограничивается энергетическими возможностями бортового передатчика и составляет в секунду N₀ = 1200.

Приемник ВРЛ усиливает ответный сигнал и направляет его в дешифратор и далее на аппаратуру отображения КДП. Дополнительная информация, поступающая по каналу вторичной радиолокации, после кодирования может отображаться на цифровом индикаторе, на совмещенном план-индикаторе диспетчера, а также поступать в аппаратуру первичной обработки информации. В АС УВД ответный сигнал после дополнительной обработки в АПОИ поступает на вычислительный комплекс.

Вторичный канал в автоматизированных системах УВД играет определяющую роль, и общая тенденция развития этого направления технических средств просматривается на будущее. Сейчас можно выделить два основных направления совершенствования радиолокаторов с активным ответом. Первое - модернизация существующих ВРЛ, улучшение их тактико-технических и эксплуатационных характеристик. Унифицированный ВРЛ с повышенными тактико-техническими характеристиками, предназначенный для работы в аэродромных и трассовых системах УВД, призван удовлетворить потребность системы УВД различных классов в зонах со средней интенсивностью на период до 2010 г. Второе направление создание принципиально новой системы ВРЛ, а именно ВРЛ с дискретно-адресным запросом.

В настоящее время основными массовыми источниками информации для автоматизированных систем УВД останутся ВРЛ с обычным (неселективным) запросом. Работая в составе существующих н разрабатываемых АС УВД типа «Старт», «Старт-2», «Теркас» и других вторичный канал должен сопрягаться с соответствующей аппаратурой КДП.

Главными направлениями проводимых работ по улучшению технических характеристик ВРЛ, повышению эксплуатационной надежности являются: повышение вероятности получения информации, что связано с уменьшением синхронных и несинхронных помех, расширение объема информации, улучшение зоны видимости ВРЛ и т. д. Решение этих задач может быть осуществлено:

· повышением эффективности подавления боковых лепестков,

· оптимизации системы кодирования запросных посылок,

· использования плоской антенной решетки,

· изменения логики очистки,

· введения вобуляции частоты следования и другими техническими мероприятиями.

Вторичный радиолокатор ближайшего будущего с традиционным принципом работы - это высоконадежная комплексная система:

· имеющая антенну с вертикальным раскрывом,

· одноканальный передатчик, построенный на твердотельных элементах,

· приемный тракт, выполненный на гибридных интегральных микросхемах, микрополосковых линиях с использованием методов термовакуумного напыления элементов;

· это - мощная многофункциональная аппаратура обработки и декодирования ответных сигналов, роль которой выполняет АПОИ.

В основе работы ВРЛ лежит моноимпульсный метод радиолокации. Его средний ресурс должен быть около 100 000 ч, при наработке на отказ Т ³ 2500 ч.

Рассматривая технический уровень отечественной системы вторичной радиолокации, следует сказать об интенсивном развитии и совершенствовании бортовой аппаратуры. В настоящее время самолеты ГА оснащаются ответчиками вторичного канала типов СО-72М (ТУ-154, ИЛ-62), СО-69 (ЯК-40). Из приведенного сравнения видно, что информационная способность и функциональные возможности отечественных ответчиков значительно шире зарубежных аналогов. Так, в режиме ответа УВД передаются три информационных слова по 20 бит, в режиме RBS -два слова по 12 бит. Отечественные ответчики имеют два канала: для работы по нормам ИКАО и стандарту УВД.

Рассмотрим структуру и форматы сигналов, передаваемых no ^; каналам «Земля - борт - земля». Сигнал запроса ВРЛ построен на базе интервально-временного кода. На рис. 2.2, а приведена эпюра сигналов запросного кода. Бортовой ответчик срабатывает при наличии на его входе первого, и третьего импульсов (P₁, Р₃). Второй импульс Р₂ используется для подавления ответов на запросы по боковым лепесткам в трехимпульсной схеме подавления. При изменении кода меняется интервал между первым н третьим импульсами в соответствии с новым значением t.

Рис. 2.2. Форматы запросных и ответных кодов ИКАО

В настоящее время рекомендуется использовать пять основных и три дополнительных режима работы запросчиков ВРЛ. Основные режимы работы: А, 1/А, С/2, 3/2, 3/1; дополнительные: 2/С, D/2; 4 (знак дроби обозначает совмещенный код в порядке следования - числитель, знаменатель, причем латинская буква соответствует режиму стандарта ИКАО, а цифра - отечественному режиму УВД).

Отличие формата ответного кода ИКАО и УВД более существенно. Так, по нормам ИКАО вся информационная посылка о бортовом номере или высоте передается четырьмя группами импульсов (А, В, С, D) по три импульса в каждой группе (12 кодовых позиции), расположенными во временном интервале 20,3 ±0,1 мкс, ограниченном опорными импульсами F₁ и F₂. Тринадцатая позиция, центральная, зарезервирована для использования в перспективных системах УВД. Таким образом, база информационного слова при кодировании по стандартам ИКАО составляет 20,3 мкс, что позволяет различать самолеты, разнесенные на 3 км по дальности.

Длительность всех импульсов составляет t_и = 0,45±0,1 мкс. Поскольку тремя импульсами можно передать в двоично-десятичной коде число только от нуля до семи, то максимальное десятичное число, которое можно передать четырьмя группами импульсов, равно 7777. Причем общее количество передаваемых сообщении в двоичной системе счисления при использовании всех 12 информационных позиций равно 2¹² - 4096.

При этом группа А передает тысячи, группа В - сотни, С- десятки, группа D - единицы номера рейса (рис.2.2). В качестве примера на рис. 2.22,б показана структура ответного сигнала при передаче номер рейса 1534. Передача номера рейса производится натуральным двоичным кодом с формированием импульса на символ 1 и отсутствие его на символ 0.

Рис. 2.3. Структура ответного кода УВД

Структура ответных сигналов в режиме УВД представлена на рис. 2.3,а. Ответ бортового передатчика включает два импульса координатного кода (рис. 2.3,б), три импульса ключевого кода (рис. 2.3, в), двадцать информационных импульсов (рис. 2.3, г). Для передачи сообщения используется натуральный двоично-десятичный четырехразрядный код с активной паузой, т. е. импульс передается как на символ 1, так и на 0, но сдвинутым на 4 мкс. Таким образом, каждому разряду отводится 8 мкс. Всего в информационной посылке содержится 40 позиций (20 разрядов), и длительность, занимаемая дополнительной информацией, с учетом ее повторения t_б = 320 мкс. Координатные сигналы (РК₁, РК₃) передаются на каждый запрос ВРЛ. При передаче сигнала «Бедствие» за 6 мкс от РКз излучается дополнительный импульс РК₂.

По запросу диспетчера ответчик вместо координатного кода выдавал код опознавания, позволяющий идентифицировать отметку самолета на ИКО. Современные индикаторы воздушной обстановки, применяемые в АСУ, позволяют отобразить формуляр с дополнительной информацией рядом с отметкой от цели. Поэтому режим опознавания в АС УВД не используется.

Ключевой код подготавливает аппаратуру обработки ВРЛ к приему той пли иной ответной информации.

2.2.ПОМЕХИ ВО ВТОРИЧНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ОТ НИХ

Активный метод радиолокации позволяет избавиться от воздействия различных пассивных отражателей, увеличить отношение сигнал-шум на выходе приемника, однако при этом заметно возрастает влияние на работу ВРЛ других мешающих факторов. Наиболее существенные из них следующие.

Синхронные помехи, образующиеся при запросе данным запросчиком нескольких ответчиков одновременно и при одновременном приеме ответов нескольких ответчиков на запрос данного запросчика как по основному, так и по боковым лепесткам ДНА.

Несинхронные помехи, влияние которых проявляется при наличии нескольких запросчиков в одной зоне. Если самолет находится в области, перекрываемой несколькими наземными запросчиками, то ответы любому из них, попадая по боковым лепесткам на вход другим ВРЛ, могут привести к возникновению ошибок определения азимута.

Многолучевое распространение сигнала ВРЛ по каналу «Земля - борт - земля», связанное с переотражением от земли или различных отражающих объектов. Если угол в горизонтальной плоскости между прямым и переотраженным сигналом достаточно велик, то многолучевое распространение может привести к возникновению ложных отметок целей самолетов.

Рассмотрим конкретные методы борьбы с перечисленными факторами.

В современных ответчиках, работающих по стандарту УВД для борьбы с внутрисистемными помехами, применяются схемы разрядки потока ответных сигналов, фильтры - аттенюаторы, уменьшающие чувствительность приемника, схемы блокирования приемника после приема запросного сигнала.

В наземной аппаратуре ВРЛ используют двухканальные устройства декодирования ответных сигналов, устройства защиты от несинхронных помех, обеспечивают разнос частот повторения запросных сигналов близкорасположенных запросчиков. Существенным источником внутрисистемных помех являются боковые лепестки ДНА запросчика. Сформировать строго однолепестковую ДНА практически невозможно. Мощность, излучаемая боковыми лепестками, оказывается достаточной для запуска самолетных ответчиков, которые находятся в зоне действия ВРЛ. С уменьшением расстояния между запросчиком и ответчиком число «ложных» запросов, поступающих на вход ответчика, может быть достаточно велико.

Современные отечественные ВРЛ обеспечивают подавление сигнала боковых лепестков как по каналу запроса «земля - борт», так и по каналу ответа «Борт - земля». В первом случае предотвращаются запуски ответчика боковыми лепестками ДНА, во втором - предохраняется тракт обработки ответных сигналов наземной аппаратуры от несинхронных помех.

Наибольшей эффективностью подавления боковых лепестков обладает метод, основанный на сравнении по амплитуде сигналов направленной антенны ВРЛ и дополнительной ненаправленной в горизонтальной плоскости антенны подавления. Несмотря на сравнительную сложность, этот метод используется в отечественных ВРЛ по каналам запроса и ответа.

В наземной аппаратуре сравнение сигналов проводится после их фазового преобразования, так как амплитудный метод подавления боковых лепестков с непосредственным усилением сигналов по основному каналу и каналу подавления требует сохранения амплитудных соотношений в динамическом диапазоне 70 дБ и сравнения сигналов в этом диапазоне, что осуществить на современных полупроводниковых приборах практически невозможно, а применение логарифмического усилителя в УПЧ требует высокочувствительных схем сравнения с уровнем порога по мощности Р_мин £ 50 мВ.

Подавление сигналов боковых лепестков по запросу.

При трехимпульсном кодовом запросе в направлении главного лепестка основной антенны амплитуда излучаемого импульса подавления (Р₂) всегда меньше амплитуды запросных импульсов (Р₁, u P₃).

В остальных направлениях имеет место обратное соотношение. Импульсы запроса и подавления сравниваются по величине на выходе приемника-ответчика. В случае, если

,

где U_p1, U_p2 U_p3- - амплитуды импульсов P₁, P₂ и Рз, сигнал запроса не пропускается устройством подавления па дешифратор ответчика. Запуск передатчика ответчика не происходит.

Нормами ИКАО допускается применение двухимпульсных систем подавления, когда запросный импульс Р₁ излучается антенной подавления, а импульс Рз - основной антенной. В ответчике проводится сравнение соотношения амплитуд импульсов P₁ и Р₃. Этот метод требует большой мощности передатчика импульса подавления (из-за слабой направленности A_под), менее помехоустойчив и не применяется в нашей стране.

Подавление сигналов боковых лепестков по ответу.

Принцип подавления ответных сигналов, принятых боковыми лепестками ДНА ВРЛ, основан на сравнении амплитуд сигналов (U_осн, U_под), поступающих по двум независимым, идентичным каналам приемника от основной антенны А_осн и антенны подавления А_под. В случае, если А_осн < А_под, что соответствует приходу ответной посылки по боковому лепестку основной антенны, ключевая схема запрета запирает выход приемника, реализуя режим подавления. Если А_осн > А_под ответная посылка, принятая главным лепестком А_оси, после усиления проходит в аппаратуру обработки.

Для частичной борьбы с синхронными помехами, поступающими на ВРЛ по главному, основному лепестку ДНА, дешифраторы информационных кодов, как правило, выполняются в двухканальном варианте и обеспечивают обработку информации от двух ответчиков одновременно.

Несинхронная помеха подавляется в наземной аппаратуре ВРЛ фильтром несинхронных помех. Работа фильтра основана на случайном характере повторения импульсов помех. Все сигналы, частота которых отличается от частоты повторения запросных импульсов ВРЛ, отфильтровываются.

Эффективным методом борьбы с внутрисистемными помехами на борту является введение «разрядки» в передачу информационных кодов в режиме УВД. Другими словами, передача бортового номера (БН) и высоты Н происходит с разрядкой, т. е. 1 раз на 8-10 запросов. Для этой цели служит делитель частоты запуска. Разрядка для запросов БН и Н раздельная, что позволяет получить за один обзор полный .объем информации

Метод блокирования ответчика состоит в том, что за единицы микросекунд до появления на его входе переизлученного сигнала, ответчик запирается сигналом «Запрет», излучаемым круговой ДНА подавления или дополнительной секторной антенной. Сигнал «Запрет» представляет собой парные импульсы Р1 иР2, совпадающие по времени с первым импульсом запросного кода и импульсом подавления. Импульс Р2 является импульсом подавления, а импульс Р1 образуется за счет ответвления части мощности Р₁ из основного канала только в момент времени, когда главный луч ДНА направлен на переизлучающий объект.

Значительный эффект в борьбе с факторами, ухудшающими показатели работы существующих ВРЛ, может дать введение моноимпульсного метода определения направления, а также использование индивидуально-адресной системы запроса.