Разработка структурной схемы контрольного канала системы управления лучом радиолокационной станции с фазированной антенной решеткой

Устройство функционально-диагностического контроля системы управления лучом радиолокационной станции (РЛС) боевого режима с фазированной антенной решеткой. Принципы построения системы функционального контроля РЛС. Принципиальная схема электронного ключа.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 14.09.2011
Размер файла 815,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В данной дипломной работе было разработано устройство функционально-диагностического контроля системы управления лучом РЛС боевого режима с фазированной антенной решеткой.

Обоснованно необходимость разработки контрольного канала СУЛ РЛС с ФАР, проведен анализ методов контроля работоспособности ФАР и основных принципов построения системы функционального контроля РЛС.

Были разработаны структурная схема контрольного канала СУЛ РЛС с ФАР и функциональная схема устройства регулирования и коммутации, а также произведены расчеты принципиальной схемы электронного ключа устройства регулирования и коммутации.

Содержание

  • Введение
  • 1. Обоснование необходимости разработки контрольного канала системы управления лучом РЛС С ФАР
  • 1.1 Состояние и перспективы развития средств воздушного нападения противника
  • 1.2 Тактика действия СВН противника по опыту боевых действий на Ближнем Востоке
  • 1.3 Тактика действий СВН противника по опыту боевых действий в Югославии
  • 1.4 Обобщение результатов обоснования
  • 2. Анализ методов контроля работоспособности РЛС С ФАР
  • 3. Основные принципы построения систем функционального контроля РЛС
  • 3.1 Тестовое диагностирование
  • 3.2 Функциональное диагностирования
  • 4. Разработка структурной схемы контрольного канала системы управления лучом РЛС с ФАР
  • 4.1 Функциональный контроль
  • 4.2 Контроль максимального уровня боковых лепестков динамической диаграммы приёмной системы
  • 4.2.1 Контроль уровня боковых лепестков диаграммы направленности в режиме излучения
  • 4.2.2 Контроль динамической диаграммы направленности передающей системы
  • 4.3 Контроль стабильности коэффициента передачи передающего тракта
  • 5. Разработка функциональной схемы устройства регулирования и коммутации
  • 5.1 Описание работы устройства регулирования и коммутации
  • 6. Разработка и расчёт принципиальной схемы электронного ключа устройства регулирования и коммутации
  • 6.1 Разработка принципиальной схемы электронного ключа
  • 6.2 Расчёт принципиальной схемы электронного ключа
  • Заключение
  • Перечень сокращений
  • Список используемой литературы

Введение

В последние годы произошли крупные изменения в военно-политической обстановке, в состоянии вооружённых сил государств и коалиций и во взглядах на их использование.

В последнее время в Европе и в мире в целом наметились позитивные сдвиги в области сокращения вооружения, но эти вопросы нельзя считать абсолютно необратимыми вследствие того, что военно-политическая обстановка на мировой арене всё ещё остаётся сложной и противоречивой. Не исключено появление новых очагов напряжённости.

Руководство Североатлантического Союза, учитывает координальные перемены в военно-политической обстановке в Европейском регионе, стремится к установлению всесторонних связей с государствами Центральной и Восточной Европы и странами Балтии. Оно надеется заполнить образовавшийся "вакуум безопасности" в интересах усиления своего влияния на происходящие военно-политические и социально-экономические преобразования и на возможность скорректировать их в выгодном для себя направлении. Таким усилиям в значительной мере способствует встречное движение правительств ряда государств, принявших данную ориентацию и заявивших официально о своей готовности вступить в НАТО.

Используя эти тенденции, руководство альянса настойчиво и целеустремлённо проводит курс по его расширению, прежде всего за счет государств Центральной и Восточной Европы. Предпринимаются попытки втянуть в сферу влияния и некоторые бывшие советские республики.

В недавно разработанной концепции расширения Североатлантического Союза подчёркивается, что будут приложены все усилия для того, чтобы и в обновлённом составе блок сохранил мощный военный потенциал, где главенствующее место отводится США.

контрольный канал радиолокационная станция

Всё возрастающее влияние на военное дело оказывает научно-технический прогресс. На базе общего развития науки и техники происходят коренные преобразования в средствах ведения войны, технической оснащенности вооруженных сил и способах их применения в войне.

Важная роль в общей системе вооруженной защиты государства отводится ВВС, которые предназначены для борьбы с воздушно-космическим противником; установления начала его ракетного и воздушного нападения и предупреждения о нём; защиты административно-политических, промышленно-экономических центров страны; прикрытия группировок вооруженных сил, важных военных и народнохозяйственных объектов от ударов авиации и ракет противника с воздуха и космоса; разведки и уничтожения его космических средств военного назначения.

Радиотехнические войска являются родом войск ВВС и предназначены для решения следующих задач:

ведение радиолокационной разведки воздушного пространства;

выдача информации предупреждения о начале нападения воздушного противника;

выдача разведывательной информации для боевого управления соединениями, частями и подразделениями;

выдача боевой информации зенитно-ракетным войскам, зенитной артиллерии и истребительной авиации;

контроль за перелётами (полётами) своей авиации, за соблюдением порядка использования воздушного пространства Российской Федерации и режимами полётов воздушных судов;

обнаружение ядерных взрывов и надводных целей.

Усложнение решения задач, стоящих перед РТВ ВВС, анализ практики применения средств воздушного нападения в вооружённых конфликтах и локальных воинах, происходивших в последнее время, предъявляет повышенные требования к радиолокационной технике, одним из направлений дальнейшего совершенствования которой является разработка перспективных образцов вооружения. В современных радиолокационных станциях всё большее применение находят фазированные антенные решетки, которые позволяют осуществлять быстрое (электрическое) управление лучом, создавать оптимальные диаграммы направленности, применять различные способы обработки сигнала, повышать излучаемую мощность путём установки усилителей сверхвысоких частот в каналы отдельных излучателей. Относительная сложность таких антенных систем требует создания дополнительных средств контроля, как фазированной антенной решётки в целом, так и их систем управления лучом.

Целью данной работы является разработка контрольного канала системы управления лучом радиолокационных станции с фазированной антенной решёткой, так как из-за сложности системы управления лучом таких перспективных образцов вооружения возможны неисправности, что снижает эффективность их применение.

1. Обоснование необходимости разработки контрольного канала системы управления лучом РЛС С ФАР

1.1 Состояние и перспективы развития средств воздушного нападения противника

Анализ современного состояния и перспективы развития зарубежных средств воздушного нападения ведётся в следующих основных направлениях:

существенное снижения радиолокационной заметности;

оснащение перспективными средствами и системами радиоэлектронной борьбы;

расширение номенклатуры применяемого вооружения и высокоточного оружия;

повышение радиуса действий, маневренности, боевой нагрузки.

Реализация этих направлений предусматривается, как в существующих образцах самолётного парка путём их модернизации, так и разработкой новых образцов стратегической и тактической авиации. На рубеже нового тысячелетия получают развитие новые перспективные образцы способные летать на гиперзвуковой скорости, на высотах от 30 до 40000 метров и способные в обычной войне решать задачи уничтожения объектов военного и государственного управления.

В свою очередь, одним из применяемых средств воздействия на противника в вооруженных конфликтах различной интенсивности будет являться высокоточное оружие, в том числе: крылатые ракеты морского и воздушного базирования; управляемые ракеты класса "воздух-поверхность", "воздух-воздух''; управляемые авиабомбы с лазерной системой наведения и системой коррекции траектории полета по глобальной спутниковой радионавигационной системе "НАВСТАР". Так же ведутся разработки по созданию системы огневого подавления противовоздушной обороны, которая будет способна обнаруживать и уничтожать мобильные зенитно-ракетные комплексы вне зависимости от того излучают они или нет, находятся в движении или нет.

В настоящее время в боевом составе ВВС США имеется 57 стратегических самолетов разведчиков, одной из основных задач которых является сбор достоверных данных в интересах США. Повышение боевых возможностей стратегических самолётов разведчиков осуществляется за счет их модернизации - совершенствования бортового радиооборудования, средств передачи и обработки данных, создания более мощных экономичных двигателей для самолетов-разведчиков, которые позволяют увеличивать время нахождения в воздухе, из-за чего увеличивается их зона и время ведения разведки. Осуществляется оснащение новыми разведкомплексами с улучшенными характеристиками по определению и распознаванию боевых порядков РТВ. Создаются новые средства передачи данных воздушной обстановки в реальном времени, как на наземные станции, так и на борта находящихся в зоне боевых действий самолётов ударной авиации. По результатам испытаний это почти в десять раз сокращает время поиска и уничтожения наземных целей, при этом повышается до восьмидесяти процентов вероятность их поражения с первого раза. Наряду с этим ведутся разработки высокоточного оружия воздушного и морского базирования. Также происходит модернизация имеющегося вооружения, для крылатых ракет - увеличение дальности полёта и точности поражения, переоборудование обычных авиабомб в управляемые. Полным ходом идёт разработка ракеты-ловушки, которая способна, благодаря встроенной системе анализа излучаемой электромагнитной энергии от облучаемой РЛС, создавать помехи на её же частоте.

1.2 Тактика действия СВН противника по опыту боевых действий на Ближнем Востоке

В период с 17 декабря по 20 декабря1998 года командование ВС США и Великобритании силами созданных в зоне Персидского залива группировок своих вооружённых сил провели военную операцию против Ирака под кодовым названием "Лис в пустыне". Операция проводилась в четыре этапа, в ходе которых по объектам на территории Ирака были нанесены 19 ракетно-бомбовых ударов. Из состава созданной группировки ВС США и Великобритании в ударах было задействовано более четырехсот крылатых ракет воздушного и морского базирования, совершено 650 самолетовылетов тактической, палубной и стратегической авиации. Основными объектами поражения являлись предполагаемые предприятия производства и хранения оружия массового поражения, объекты военной инфраструктуры, ПВО, пункты военного и государственного управления - всего до 100 объектов, в том числе: 32 объекта ПВО,20 пунктов управления и узлов связи, 18 объектов сил безопасности, 11 промышленных объектов, 9 объектов республиканской гвардии, 6 аэродромов и 4 президентских дворца.

В ходе нанесения ударов широко применялось высокоточное оружие различного назначения: крылатые ракеты, управляемые ракеты, управляемые бомбы, противорадиолокационные ракеты. Особенностью операции явилось применение авиационных средств поражения с неиспользовавшихся ранее самолётов-носителей, в частности, впервые палубными истребителями были применены управляемые авиабомбы. Стратегическая авиация действовала с передовых аэродромов в составе одного - двух звеньев с задачей нанесения ударов по объектам Ирака. Удалённые рубежи пуска крылатых ракет составляли от 200 до 500 километров от государственной границы Ирака. В полётах на объекты Ирака принимало участие до 12 пар истребителей, при этом, один самолёт из пары осуществлял подсветку цели лазером, а второй наносил удар авиабомбами с лазерным наведением. В процессе авиаудара прикрытие осуществлялось истребителями, находящимися в отведённой зоне для дежурств.

Наиболее предпочтительным временем для нанесения первых массированных ракетно-авиационных ударов в ходе воздушной наступательной операции было тёмное время суток (сумерки, ночные и предрассветные часы), в это время значительно снижалась эффективность зенитно-артиллерийских установок (с оптической системой наведения) средств ПВО Ирака. Каждый ракетно-бомбовый удар обеспечивался радиоэлектронным и огневым подавлением радиоэлектронных средств разведки системы ПВО Ирака. Решающую роль в достижении успеха операции, в первую очередь, сыграла высокоэффективная разведка, своевременное применение средств РЭБ, а также огневое подавление систем ПВО, проведение психологических операций и мероприятий информационной борьбы.

Исходя из этого, наличие у США крупных группировок ВМС, а также соединений тактической и разведывательной авиации, постоянно дислоцирующихся на аэродромах Западной Европы, Ближнего Востока, Японии и республики Корея, которые в течение шести - семи суток могут быть усилены экспедиционным авиакрылом, крылом стратегической авиации, позволяет командованию ВС США в срок до десяти суток спланировать и провести воздушно-наступательную операцию.

В ходе этой операции, созданная группировка ВМС и ВВС способна нанести по противнику десять массированных ракетно-авиационных ударов, совершить 600 - 800 самолётовылетов стратегической, тактической и палубной авиации, применить до тысячи крылатых ракет, поразить не менее ста военных и промышленных объектов на глубину до 1300 километров.

1.3 Тактика действий СВН противника по опыту боевых действий в Югославии

В период с 22 марта по 10 июня 1999 года НАТО во главе с США провели против Союзной Республики Югославии операцию под кодовым названием "Решительная сила". За период боевых действий авиацией НАТО было совершенно 3400 самолетовылетов, из них около 1800 с применением ракетно-бомбового вооружения, использовано не менее 1000 крылатых ракет воздушного и морского базирования. Перед началом боевых действий на Балканах авиационная группировка насчитывала 289 боевых самолётов. За 79 суток этой операции руководство НАТО увеличило численность авиационного парка более чем в два раза. К концу прекращения операции на Балканах численность авиационного парка составила 673 боевых самолета.

В интересах операции задействовались не мене 20 аэродромов на территории стран НАТО. Кроме того, с континента США систематически осуществлялись вылеты стратегической бомбардировочной авиации (В-1B, В-2А, В-52Н). С авианесущих кораблей, находящихся в зоне кризиса, задействовались более 100 палубных самолётов. Для контроля за обстановкой в этой зоне использовалась мощная разведывательная космическая группировка спутников, насчитывающая более 52 космических аппаратов.

При выборе объектов поражения военного назначения особое внимание уделялось силам и средствам ПВО, пунктам управления войсками, аэродромам, складам с оружием, боеприпасами, военной техникой, частям, подразделениям Югославской армии. В гражданском секторе поражались в первую очередь склады с горюче-смазочными материалами, ремонтные предприятия, нефтеперерабатывающие заводы, мосты.

В ходе систематических боевых действий крылатые ракеты применялись главным образом в ночное время и при неблагоприятных метеорологических условиях, что не позволяло эффективно использовать для нанесения ударов тактическую авиацию. В качестве основных средств поражения наземных объектов авиация альянса использовала высокоточные средства, такие как авиабомбы с лазерной системой наведения, ракеты с телевизионной системой наведения. Отмечались факты применения кассетных авиабомб, боеприпасов с урановыми сердечниками, так же испытывались сверхвысокоточные боеприпасы в варианте авиабомб для поражения мощным электромагнитным импульсом радиоэлектронных средств противника.

Управление авиацией НАТО осуществлялось с самолётов Е-ЗА "Сентри", а так же с самолёта Е-8А. Широко использовались беспилотные летательные аппараты типа: Предатор, Хантер, CL-289. Кроме того, с находящихся в зоне конфликта кораблей осуществлялись пуски крылатых ракет. К особенностям тактики применения боевой авиации НАТО можно отнести:

действие на больших высотах и в тёмное время суток, что объясняется активными действиями мобильных средств ПВО, а так же сложным физико-географическим ландшафтом территории Югославии;

действие стратегической авиации без входа в зону поражения ПВО Югославии;

массированное применение высокоточного оружия;

отсутствие достоверной информации о результатах авиационных ударов, что вынуждало командование альянса к многократному нанесению ракетно-авиационных ударов по предполагаемым районам расположения позиций РТВ и ПВО, аэродромам.

Вместе с тем, анализ проводимой НАТО военной операции против Югославии показывает высокую степень согласованности действий по времени и объектам поражения, привлекаемых средств и сил альянса.

1.4 Обобщение результатов обоснования

Из анализа состояния и перспектив развития средств воздушного нападения вероятного противника, тактики действия СВН по опыту боевых действий на Ближнем Востоке и Югославии можно сделать следующие выводы. СВН вероятного противника будут действовать в диапазоне высот от 50 до 25000 метров, ударными группами по 2-3 самолета с применением групп огневого и радиоэлектронного прикрытия, на малых высотах с огибанием рельефа местности, используя скрытые подходы к объектам (дороги, железнодорожные пути, русла рек), при этом, возможны, отвлекающие маневры ложными целями. Для подавления радиолокационных станций (РЛС) будут использоваться постановщики помех во всем диапазоне частот РЛС, имеющихся на вооружении. Для уменьшения зон обнаружения постановщики помех будут входить в группы прикрытия, а так же будет производиться заброска контейнеров с аппаратурой постановки помех. В целях гарантированного подавления и уничтожения РЛС будут использоваться противорадиолокационные, управляемые и неуправляемые ракеты класса "воздух-поверхность".

В таблице 1 приведены некоторые тактико-технические характеристики противорадиолокационных ракет, состоящих на вооружении США, НАТО и бывших стран Варшавского договора [10]. Основное поражение РЛС при применении ракет данного типа достигается за счет разлёта осколков и взрывной волны. Таким образом, в результате подрыва боевой части таких ракет выводятся из строя основные элементы РЛС (антенной системы, элементы кабельного хозяйства, кабины и прицепы). Одной из основных характеристик, показывающих поражающие свойства противорадиолокационных ракет является круговое вероятностное отклонение.

РЛС боевого режима, предназначенные для обнаружения и сопровождения воздушных целей во всём диапазоне высот, включая цели, выполненные по технологии "СТЕЛС", в активных и пассивных помехах высокой интенсивности, являются основным источником боевой информации и, следовательно, поражение РЛС данного класса в результате применения противником противорадиолокационных ракет приводит к снижению боевых возможностей как РЛС, так и, в целом, характеристик радиолокационного поля, что существенно снижает достоверность боевой информации. В случае решения боевых задач с использованием перспективных образцов вооружения с электрическим сканированием луча - РЛС с ФАР, выводятся из строя элементы такой решётки, что существенно снижает её основные параметры (диаграмму направленности, коэффициент направленного действия, коэффициент усиления). Одной из основных систем РЛС с электрическим методом сканированием луча является система управления лучом (СУЛ), оперативно-техническое диагностирование, работоспособность, которые являются достаточно важными характеристиками как в мирное, так и в военное время. Таким образом, создание устройства способного выявлять повреждённые (неисправные) узлы СУЛ без отрыва от выполнения боевой задачи существенно уменьшает время поиска неисправности и, соответственно, ремонта данной системы.

Таблица 1 - Противорадиолокационные ракеты.

ТИП РАКЕТЫ

СТРАНА ПРОИЗВОДИТЕЛЬ

МАКСИМАЛЬНАЯ

ДАЛЬНОСТЬ ПУСКА (КМ)

ТОЧНОСТЬ

НАВЕДЕНИЯ КВО (М)

САМОЛЁТЫ НОСИТЕЛИ

ALARM

Великобритания

45

10-15

“Торнадо”F. Mk

”Си Харриер”

“Хок”

Х-25 МП

СССР

40 (60)

3-5

Миг-27,25,29

Су-25,33,34,35

Х-31 П

СССР

100

10-15

Миг-27,25,29

Су-25,33,34,35

Х-58 У

СССР

120

5-10

Миг-27,25,29

Су-25,33,34,35

AGM-45A “Шрайк”

США

12-40

10-15

F-4G,F-15,F-16,F-18,A-6,EA-6B

AGM-78 “Стандарт”

ARM

США

56

6-12

F-4G,F-15,F-16,F-18,A-6,EA-6B

AGM-88A HARM

США

18,5

5-10

F-4G,F-15,F-16,F-18,A-6,EA-6B

AGM-136 “Такит-Рэйнбоу”

США

90

15-20

F-4G,F-15,F-16,F-18

ARMAT

Франция

100

15-20

“Мираж” 2000 D/N/S

AS-37 “Мартель” AR

Франция

40-55

5-10

“Ягуар”

”Мираж”

2. Анализ методов контроля работоспособности РЛС С ФАР

В различной литературе [3] рассматриваются существующие методы контроля работоспособности как ФАР в целом, так и их систем управления лучом (СУЛ). В зависимости от объема решаемых задач, степени детализации, а также контролируемых параметров и узлов различают интегральный и дифференциальный контроль.

При интегральном контроле осуществляется проверка диаграммы направленности (ДН) антенны и некоторых основных её параметров (ширины главного лепестка, коэффициента усиления, уровня боковых лепестков), которые соответствуют фактическому, равносигнальному положению заданного направления. В результате такого контроля может быть также установлен факт наличия отказа ФАР, однако, проанализировать отказ обычно не представляется возможным. Для локализации отказа осуществляется дифференциальный контроль, при котором проверяется функционирование каждого канала ФАР.

В зависимости от способов проведения диагностирования, различают тестовый и оперативный контроль. При тестовом контроле на СУЛ подаются определенные команды, в ответ на которые фазовращатели антенны должны оказаться в определенных состояниях и ФАР формирует луч с определенными характеристиками. Тестовый контроль может быть как интегральным, так и дифференциальным. Однако на практике чаще используется последний, позволяющий локализовать отказ с точностью до одного ТЭЗа канала управления. Техническая реализация тестового контроля обычно проста, однако, для его выполнения требуется отрыв радиотехнической системы от выполнения функциональных задач.

Оперативный контроль требует наличия специальной аппаратуры, которая следит за режимами СУЛ в процессе её функционирования и выдаёт сигнал тревоги в случае отклонения их от нормы. С помощью встроенной аппаратуры может проводиться как дифференциальный, так и интегральный контроль. На практике часто тестовый и оперативный контроль реализуются совместно.

Контроль СУЛ можно производить на высокой или низкой частоте. Интегральный контроль производится на высокой (несущей или промежуточной) частоте. Дифференциальный контроль может осуществляться как на высокой частоте (прямой контроль, так как при его проведении фиксируется амплитуда и фаза сигнала непосредственно на входе или выходе излучающего элемента), так и на низкой частоте (косвенный, поскольку о фазе судят по состоянию фазовращателей). Достоинством контроля на низкой частоте является его относительная простота и более высокая степень локализации отказов в канале управления. Его существенный недостаток - осуществление контроля прохождения сигнала через весь тракт ФАР. Обзор интегральных методов показывает, что измерения внешних характеристик и параметров проводятся в дальней и ближней зоне излучения антенны. К методам дальней зоны относятся: наземный, облетный, радиоастрономический и радиометрический, к методам ближней зоны - голографический, коллиматорный и метод фокусировки. Для контроля параметров ФАР применяются также и динамический метод контроля. Измерения в дальней зоне позволяют определить большинство параметров и являются в настоящее время наиболее распространёнными. Метод показан на рисунке.2.1.

Рисунок 2.1 - Метод измерений в дальней зоне

Рассмотрим некоторые общие характеристики видов измерений в дальней зоне:

наземный: на полигоне с источниками монохроматического излучения и соответствующими измерительными приёмниками или индикаторами;

облетные: когда источник излучения или приемник расположены на летательном аппарате;

радиоастрономический: когда антенна принимает излучения от внеземных источников радиоизлучения;

радиометрический: когда используются искусственные источники типового радиоизлучения, расположенные на полигоне.

Принципиальной проблемой при наземных измерениях являются учет и уменьшение влияния земли. Методы учета и уменьшения влияния земли подробно рассмотрены во многих работах.

Разновидностью измерений в дальней зоне, в соответствии с рисунком 2.1, являются облетные методы измерения, выполняемые с помощью испытуемой антенны, установленной на самолете, вертолете или других летательных средствах. Основными трудностями при реализации этого метода являются калибровка вспомогательной антенны, измерения в реальном масштабе времени координат носителя антенны с точностью 0,1 - 0,02 ширины главного лепестка ДН, обеспечение движения носителей по заданной траектории, создание математического обеспечения для обработки результатов измерений, кроме того, для его осуществления требуются большие материальные затраты [1].

Радиоастрономический метод позволяет измерять ДН, коэффициент усиления, шумовую температуру антенны, как показано на рисунке 2.2 Небесная сфера представляет собой поверхность, на которой располагаются дискретные космические источники радиоизлучения и непрерывно распределенные источники шумового фона. Для измерения параметров антенны используют излучение наиболее мощных космических источников радиоизлучения на небесной сфере. Распределение яркостной температуры космических источников радиоизлучения обычно являются сложной функцией угловых координат, поэтому для её описания применяют различные аппроксимирующие функции, чаще всего используют двухмерную функцию Гаусса.

Интенсивность источников увеличивается пропорционально л (0,3-0,6), спектр колебаний КИР сплошной и занимает диапазон волн 1,5-15 м [2]. Спектральная плотность потока мощности космических источников радиоизлучения весьма стабильна и табулирована с высокой точностью (2-5%), что важно для антенных измерений. Точность измерений в значительной мере зависит от условных размеров источника. Различают два случая:

условные размеры космического источника радиоизлучения соизмеримы или больше ширины диаграммы направленности исследуемой антенны, такие источники называются протяженными;

условные размеры космического источника радиоизлучения меньше ширины диаграммы направленности исследуемой антенны, такие источники называются непротяженными, траектории движения космического источника радиоизлучения по небесной сфере является весьма стабильными.

Координаты КИР могут быть рассчитаны с большой точностью для любого момента времени, что находит применение при юстировке антенн. Ряд источников являются незаходящими для северного полушария. Это позволяет использовать их для измерения в любое время суток. Для траектории перемещения таких источников характерным является наличие точек кульминации (верхней и нижней), а также точек поворота. В области этих точек источники перемещаются, соответственно, только по азимуту или по углу места, что используется для измерения ширины диаграммы направленности в горизонтальных или вертикальных плоскостях. Основной проблемой является калибровка внеземных источников излучения, так как для этого необходима специальная служба.

Радиометрический метод с использованием, так называемых "черных дисков", даёт возможность определить, кроме перечисленных параметров, ещё и коэффициент рассеивания [3]. При радиометрическом методе измерений шумовая температура антенны определяется следующим соотношением [4]:

зЧT?+ (1-з) Ч

где T? - шумовая температура антенны, обусловленная внешними источниками шумового излучения; з - КПД антенны; физическая температура антенны.

Первое слагаемое в соотношении (2.1) определяет вклад в шумовую температуру антенны шумового радиоизлучения, окружающего антенну в пространстве, второе слагаемое - собственные шумы, обусловленные тепловыми шумами антенны.

Составляющая шумовой температуры Т? при известном распределении яркостной температуры внешних источников шума определяется следующим соотношением:

T?=?, (2.2)

где з= - максимальный КПД антенны;

- нормированная ДН по мощности;

d? =sinИdИdц - элемент телесного угла;

яркостная температура внешних источников шумового радиоизлучения.

Величина шумовой температуры Т? зависит от ориентации ДН антенны относительно источника шума, так при изменении направления главного лепестка антенны изменяется шумовая (температурная) обстановка в пределах телесных углов, закрываемых главными и боковыми лепестками ДН. Для измерения шумовой температуры применяются специальные приёмные рефлекторы. Основными недостатками радиометрического метода являются ограничения в использовании существующих материалов, из которых, как правило, изготавливаются искусственные источники теплового излучения.

Существенными ограничениями радиоастрономического и радиометрического методов являются их применимость к антеннам, работающим в режиме приема.

Параметры антенны в дальней зоне можно определить по изменениям поля в ближней зоне при соответствующей обработке результатов опыта.

Обработка может производиться с помощью оптических систем, в частности, оптических моделирующих установок с предварительным переносом информации об измерении радиополя на фотопленку, т.е. получения голограммы - голографический метод [3]. Если этот метод реализуется с помощью ЭВМ, то он называется машинным, схема представлена на рисунке 2.3 При голографическом методе внешние параметры антенны определяются путем обработки результатов измеренного ближнего поля антенны. Для определения параметров антенны необходимо на некоторой поверхности, охватывающей антенну, измерить направления распределения компонент тангенционного составляющего вектора её электрического или магнитного поля. Распределение этих компонент полностью определяет основную внешнюю характеристику антенны, её пространственную ДН.

1-генератор.

2-антенна.

3-зонд.

4-линия передачи опорного сигнала.

5-амплифазометр.

6-устройство регистрации и синхронизации.

7-ЭВМ.

8-опорно поворотное устройство антенны.

9-механизм перемещения зонда.

Рисунок 2.3 - Структурная схема голографического (машинного) метода

В настоящее время наиболее распространены схемы, в которых ближнее электромагнитное поле измеряются на плоскости. Важным достоинством голографического метода является его большая информативность, недостатком - его относительная сложность. При машинном методе (показано на рисунке 2.3) радиограммы вводятся в ЭВМ, которая на основе специальной программы производит расчет ДН исследуемой антенной решётки и её характеристик (коэффициента направленного действия, коэффициента рассеивания, фазовой и поляризационной ДН, ширины главного лепестка, коэффициента усиления, уровня боковых лепестков). Для расчета на ЭВМ ДН антенны разработаны алгоритмы быстрого преобразования фурье [2]. Пространственная ДН отображается на входе ЭВМ в картографическом изображении ДН в виде линий постоянного уровня (в плоскостной системе координат в виде кривых, в прямоугольной системе координат - в линейном или логарифмическом масштабе). Весь процесс измерения может быть полностью автоматизирован. Машинный метод позволяет обработать информацию в реальном масштабе времени, в нем уменьшено число факторов, влияющих на ошибки моделирования, что позволяет измерять боковые лепестки ДН до уровня 40 дБ [2,5]. Голографический или машинный методы могут применяться как на этапах отработки конструкции антенны, так и в процессе её эксплуатации. С помощью этих методов удобно осуществлять аттестацию и периодический контроль параметров антенн, сравнивая измеренные антенно-фазовые распределения (АФР) или радиограммы с соответствующими эталонами.

При коллиматорном методе характеристики антенны измеряются в поле близком к полю плоской волны, которое создается с помощью зеркальной (линзовой) или другого типа антенны, расположенной вблизи испытуемой антенны [3]. При этом для измерения ДН в секторе углов, охватывающих главный и несколько ближних лепестков в диапазоне уровней до (20-30) дБ с шагом (0,5-1) дБ, допуск на изготовление коллиматора должен составлять (0,01-0,02) л. По указанным причинам коллиматорный метод целесообразно применять в основном для небольших антенн с размерами раскрыва 2-3 метра. В случае использования коллиматора линзы возникают так же трудности, связанные с наличием переотражений, которые "запутывают " картины. Указанные трудности можно преодолеть, используя метод голограмм для фиксации фронта волны на выходе коллиматора. Коллиматорный метод малопригоден при измерении параметров антенны РЛС в ходе эксплуатации. Для уменьшения расстояния между антеннами иногда применяется фокусировка, используемая в качестве излучаемой антенны, которая состоит в том, что в раскрыве антенны дополнительно создаётся квадратичное фазовое распределение. Благодаря этому, волны от всех точек складываются синфазно в точке, расположенной у ближней границы дальней зоны. Фокусировка ФАР обеспечивается за счет специального фазирования, заключающегося в том, что с помощью фазовращателей в каналах излучений создается фазовое распределение, при котором поле от излучающей решетки синфазно и имеет незначительную разность фаз в точке фокусирования, что позволяет с достаточной точностью проводить измерения коэффициента усиления ДН и других параметров ФАР на расстояниях, составляющих всего несколько диаметров раскрыва.

Все рассмотренные интегральные методы имеют один общий недостаток - большие затраты времени на измерение характеристик антенны и обработку результатов измерений.

Рассмотрим интегральный метод, который может быть осуществлен с помощью контрольной линии передач [5]. К одному каналу подключена согласованная, поглощающая нагрузка, а к другому согласованный индикатор тока. С входов излучающих элементов с помощью зондов снимается часть энергии и подается в контрольную линию. Расстояние между точками подключения выходов к контрольной линии равно L. В контрольной линии создаются две бегущие волны [4]. Величина бегущей волны в направлении индикатора тока имеет амплитуду:

V = , (2.3)

где - амплитуда сигнала, снимаемая с n-го элемента;

j - распределение вдоль контрольной линии "const";

k - распределение в свободном пространстве "const";

d - шаг решётки;

И0 - направление главного максимума [град.].

Поскольку пропорционально амплитуде возбуждения элементов ФАР, выражение (2.3) описывает ДН антенны, причём члены n, j, L соответствуют пространственному фазовому сдвигу между полями отдельных элементов. Изменяя L и j, можно построить ДН при заданной И0 и, тем самым, произвести интегральный контроль ФАР. Однако изменение геометрической длины сопряжено с постоянными трудностями автоматизации процесса контроля. Для изменения j необходимо изменять рабочую частоту сигнала. С этой целью на время контроля к входу антенны подключают генератор качающей частоты (ГКЧ), часть энергии с которого поступает так же на вход индикатора. При невозможности использования ГКЧ, контроль можно осуществить на рабочей частоте путем подачи последовательности меньших значений кодов И0 на командное устройство (СУЛ) и, одновременно, на опорный канал индикатора. Однако, этот метод можно считать годным только для ФАР, работающих исключительно на передачу, кроме того, для его осуществления необходимы сравнительно большие затраты времени и требуется отрыв ФАР от прямых функциональных обязанностей.

Дифференциальный контроль на высокой частоте может быть реализован следующими методами: балансным, спектральным, коммутационным [5].

При реализации балансного метода используется то обстоятельство, что при нормальной работе ФАР амплитуда возбуждения симметрична относительно центра решетки, т.е. симметрична в разные стороны относительно фазы центрального элемента. Поэтому, если с помощью зондов снять часть энергии сигнала с входов пар симметрично расположенных элементов и просуммировать их, то в результате получится сигнал, имеющий фазу центрального элемента или фазу сигнала передатчика, который может быть использован в виде опорного. Если теперь подать суммарный сигнал на вход вычитающего устройства, то регулировкой аттенюатора можно добиться равенства нулю сигнала на выходе устройства, что будет свидетельствовать об исправной работе контрольной пары излучателей. Если же фазовращатель одного из каналов неисправен и вносит фазовую ошибку, то компенсация оказывается невозможной, и на выходе вычитающего устройства будет сигнал, амплитуда которого будет отлична от нуля.

Для осуществления спектрального метода производятся циклические измерения (с определенной частотой) фазы контролируемого элемента и регистрируют частотный спектр излучаемого сигнала. В идеальном случае, при исправном фазовращателе, регистрируемый сигнал будет отличным от нуля, его колебания на несущей частоте и первой гармонике будут соответствовать фазовой частоте модуляции. В случае отказа какого-либо разряда в спектре регистрируемого сигнала появляются гармоники более высоких порядков. Этот метод имеет определенные недостатки: большие временные затраты для их осуществления и отрыв ФАР от выполнения прямых функциональных задач.

При рассмотрении коммутационного метода необходимо произвести определённые уточнения. Современные методы антенных измерений описываются сложными алгоритмами обработки результата эксперимента. Сущность таких методов невозможно описать только на методике измерении, в особенности это касается коммутационного метода, который обладает простейшей методикой измерения.

В то время, как основное его содержания раскрывается в анализе информативности эксперимента и способах преобразования результатов измерений, то есть коммутационный метод рассматривают как совокупность действий над объектами измерений в способе получения и преобразования информации эксперимента.

Его разбивают на ряд этапов.

Этапы приведены на Рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Структурная схема коммутационного метода

Основной эксперимент при реализации коммутационного метода заключается в измерении коэффициента передачи между ФАР и зондом при различных фазированиях. Если рассматривать в общем, то существуют два принципиально различающихся способа измерения амплитуд возбуждения излучателей по результатам наблюдения коэффициента передачи между ФАР и зондом. Первый связан с перемещением зонда относительно антенны и измерением пространственного распределения на некоторой поверхности ближнего поля ДН, например, коллиматором. В литературе эти методы называются апертурно-зондовыми (радиоголографическими) или коллиматорными (зондовыми). Второй способ заключается в измерении поля неподвижным зондом. Первый метод основан на спектральном представлении сигнала. Искомые параметры оценивают после измерения спектральных компонентов сигнала, что в большинстве случаев наиболее просто выполнять с помощью радиотехнических устройств. В отличие от него, для коммутационного метода характерно временное представления сигнала, причем амплитуду возбуждения оценивают по выборкам наблюдаемого сигнала в конечном числе точек с преобразованием на ЭВМ. Основное отличие заключается в том, что основанный на спектральном разделении сигнала ФАР модуляционный метод требует увеличения частоты модуляции сигнала из-за ограничения спектрального разрешения любого радиотехнического устройства, в то время как коммутационный метод работает только при "медленном" переключении фазовращателей из-за ограниченности быстродействия амплифазометра.

Преимуществом дифференциального контроля и, в частности, коммутационного метода перед интегральным является повышение точности измерений, использование стандартных измерительных приборов и устройств управления, увеличение чувствительности за счет совместных переключений фазовращателей (применимо к ФАР с большим числом излучателей). Точность измерения коэффициентов передачи каналов повышается за счет исключения переходных процессов, измерения на основной частоте излучения (при монохроматическом сигнале), совместных переключений фазовращателей и использования наиболее точных алгоритмов обработки. Так же, одним из достоинств коммутационного метода является то, что он позволяет определить ДН ФАР при всех фазированиях по результатам одного измерения. Это дает возможность найти зависимость основных параметров ФАР, таких как коэффициента усиления, уровня боковых лепестков, ширины главного лепестка и других от мощности шума. Кроме того, преимуществом коммутационного метода измерений перед методами, связанными с перемещением вспомогательной антенны относительно ФАР, заключается в резком сокращении числа измерений и повышении производительности, благодаря отсутствию механизмов перемещения.

Дифференциальный контроль функционирования каналов управления на низкой частоте осуществляется путем сопоставления истинных и заданных состояний и разрядов фазовращателей, при этом возможен оперативный контроль в процессе функционирования радиотехнических систем, но этот метод не позволяет осуществить контроль тракта прохождения сигнала через элементы ФАР.

Из анализа приведенных выше методов контроля ФАР следует, что они обладают некоторыми существенными недостатками, поэтому ниже рассмотрим динамический метод, который недостаточно освещен в соответствующей литературе и находится в стадии разработки [2, 5]. Следует отметить, что динамическая диаграмма направленности (ДДН) определяется, как зависимость напряженности поля (или мощности) на выходе индикаторной антенны от времени при фиксированном положении антенны в пространстве. Доказано, что при определенных ограничениях ДДН близка к функциям, вычисленным как среднестатистические ДН, соответствующие различным положениям луча в пространстве. Такая зависимость во многих случаях позволяет ограничиться измерением одной ДДН вместо множества статических, что существенно сокращает объем и время испытания ФАР.

Для плоских ФАР, элементы которых идентичны и одинаково ориентированы в пространстве, ДДН не зависит от ДН элемента в каждый момент и пропорциональна значению множителя решетки в направлении на индикаторную антенну и направлениям максимального излучения, которые постоянны и одинаковы для всех элементов решетки. Такое свойство ДДН можно использовать при настройке и контроле записывающих и управляющих систем ФАР. Из приведённого анализа ДН антенны с качанием луча [2, 5] известно, что предельно допустимая частота качания луча составляет (10-50) Гц, при которой мгновенная ДН совпадает со статической, кроме того, приводится методика расчёта среднего уровня бокового излучения ДДН больших сканирующих ФАР, определяющая промежуточную и дальнею зону антенн с качанием луча.

Таким образом, дифференциальный контроль (тестовая и функциональная диагностика) является эффективным средством для обнаружения и оперативного контроля работоспособности ФАР в процессе её эксплуатации.

3. Основные принципы построения систем функционального контроля РЛС

В предыдущем вопросе были рассмотрены способы возможного контроля радиоэлектронных изделий и выбраны два, наиболее удовлетворяющих условиям эксплуатации РЛС боевого режима. При помощи этих методов возможен контроль изделия в целом, а также отдельных его частей, входящих в систему технического диагностирования изделия.

Основное назначение систем технического диагностирования состоит в повышении надёжности изделия на этапе его эксплуатации. Повышение надёжности обеспечивается улучшением таких показателей, как коэффициент готовности, коэффициент технического использования, время восстановления работоспособного состояния, а также ресурс или наработка на отказ. Кроме того, такое диагностическое обеспечение позволяет получать высокие значения достоверности правильного функционирования изделия. Для условий эксплуатации практически важным является понятие работоспособного технического состояния изделия.

Изделие работоспособно, если оно может выполнять все заданные ему функции с сохранением значений заданных параметров в требуемых пределах. Неисправное или неработоспособное техническое состояние, изделия может быть детализировано путём указания соответствующих дефектов, нарушающих исправность, работоспособность, относящихся к одной или нескольким составным частям изделия, либо к изделию в целом. Обнаружение и поиск дефектов являются процессами определения технического состояния изделия и объединяются общим термином "диагностированием". Таким образом, задачами диагностирования являются задачи проверки исправности, работоспособности изделия, а также задачи поиска дефектов. Диагностирование технического состояния изделия производятся средствами диагностирования. Эти средства могут быть аппаратурными или программными, при взаимодействии с изделием они образуют эти системы диагностирования. Различают системы тестового и функционального диагностирования.

3.1 Тестовое диагностирование

Особенности решения задач диагностирования определяются, в первую очередь, особенностями изделия.

Для решения задач тестового диагностирования динамических систем привлекаются методы, основанные на результатах теории чувствительности. Применительно к линейным аналоговым системам разработаны методы дешифрации результатов физических экспериментов над такими изделиями с целью обнаружения и поиска неисправных блоков. Тестовыми воздействиями являются гармонические входные сигналы. Методы, получившие общие названия методов интегральной диагностики, основаны на анализе переходных процессов, вызываемых специальными входными воздействиями, и применяются для диагностирования относительно простых "неделимых изделий" (например: резисторов, конденсаторов и других изделий электротехники и электроники). При этом, путем обработки результатов диагностирования удается определять наличие скрытых дефектов, влияющих, например, на показатели долговечности. Содержательная задача построения теста состоит в том, чтобы найти такую совокупность и возможность, последовательность входных воздействий, при подаче которой на изделие диагностирования получаемые ответы от изделия в заданных контрольных точках позволяют сделать заключение о его техническом состоянии.

Проверяющие тесты предназначены для проверки исправности или работоспособности изделия, а тесты поиска дефектов - для указания места и возможных причин дефектов, нарушающих исправность или работоспособность изделия диагностирования. Для дискретных изделий тесты (точнее, алгоритмы тестовой диагностики) строятся либо по структурным или функциональным моделям изделий диагностирования. Для простых моделей они могут быть явными, для сложных изделий всегда применяются не явные модели. Тесты могут быть детерминированными или вероятностными. Среди последних определённое место занимают тесты, представляющие собой псевдослучайные последовательности входных воздействий. В качестве тестов могут быть использованы входные воздействия, являющиеся рабочими при применении изделия по назначению. Это имеет место при организации тестового диагностирования аналоговых изделий, в частности тогда, когда последние представлены их логическими моделями или графами причинно - следственных связей. Составленные таким образом тесты называются функциональными. Функциональные тесты чаще всего пригодны только для проверки работоспособности изделия, т.к. обеспечиваемая ими полнота обнаружения и глубина поиска дефектов обычно недостаточна для решения задач проверки исправности и поиска дефектов. При создании систем диагностирования не менее важной является задача выбора или разработки средств реализации тестов. Средства системного тестового диагностирования содержит две основные части: генератор тестовых воздействий и анализатор ответов изделия на эти воздействия. На рисунке.3.1 показана "классическая" реализация средств тестового диагностирования. Генератор и анализатор выполняются функционально и, возможно, конструктивно раздельно.

Г-генератор тестового воздействий; ОД - объект диагностирования; А - анализатор; Д - диагноз

Рисунок 3.1 - Структурная схема классической системы диагностирования

Функция генератора заключается в том, чтобы в процессе работы системы хранить или генерировать тесты и подавать последние на изделие диагностирования. Анализатор предназначен для хранения ожидаемых воздействий, сравнения фактических ответов с ожидаемыми, а так же выдачи диагноза. Там, где это возможно и целесообразно, анализатор можно выполнять в виде совокупности эталона, представляющего собой заведомо исправную копию изделия диагностирования, и схемы сравнения. При этом исключается необходимость хранения ожидаемых ответов изделия диагностирования, но возникают заботы по созданию эталона и поддержанию его в исправном состоянии - рисунок 3.2.

Э - эталон

СС - сравнивающая система

Рисунок 3.2 - Структурная схема эталонного устройства

При диагностировании с помощью функциональных тестов нет необходимости в специальном генераторе тестов. Анализаторы ответов могут быть снабжены выносными зондами и адаптерами, позволяющими снимать ответы изделия на тестовые воздействия с внутренних контрольных точек последнего, что в частности, имеет “летучий дракон” при поиске дефектов. Средства тестового диагностирования, как правило, выполняются внешними, однако не исключаются случаи применения встроенных в изделие средств диагностирования.

3.2 Функциональное диагностирования

Организация функционального диагностирования как дискретных, так и аналоговых изделий зависит от особенностей последних.

Средства функционального диагностирования дискретных изделий является чаще всего встроенными средствами контроля. Первоначально нашли применение специализированные средства контроля типовых функциональных узлов вычислительных машин, таких как запоминающие и арифметические устройства канала связи и др. Позднее появились формализованные методы синтеза схем контроля для произвольных дискретных устройств.

Обычные (несамопроверяемые) средства контроля обладают тем недостатком, что для проверки их исправности или работоспособности необходимо периодическое или эпизодическое тестирование с имитацией неисправностей контролируемых изделий. От этого недостатка свободны самопроверяемые средства контроля, которые, наряду с неисправностями контролируемых изделий, обладают свойством обнаружить свои собственные неисправности (из заданного класса). Кроме двух выходных самопроверяемых схем встроенного контроля, известны такие схемы с одним выходом, исправность (работоспособность) которых проверяется автоматически путем простейшего тестирования при подаче на дополнительный вход периодически меняющегося двоичного сигнала.


Подобные документы

  • Формы, размеры и конструкции современной фазированной антенной решетки, ее структурная схема и особенности построения. Расчет основных электрических параметров волноводной фазированной антенной решетки, определение ее основных габаритных параметров.

    курсовая работа [2,3 M], добавлен 18.05.2013

  • Расчет и проектирование системы управления антенной радиолокационной станции. Построение структурной схемы по функциональной cхеме, техническим характеристикам функциональных элементов и требованиям к системе управления. Синтез вычислительного алгоритма.

    курсовая работа [721,1 K], добавлен 11.02.2016

  • Разработка пакета программ, позволяющего рассчитать полевые и импедансные характеристики плоской двумерной фазированной антенной решетки. Определение зависимости взаимного сопротивления от расстояния между излучателями при различных диэлектриках.

    дипломная работа [897,1 K], добавлен 07.07.2009

  • Обоснование, выбор и расчет тактико-технических характеристик самолетной радиолокационной станции. Определение параметров излучения и максимальной дальности действия. Оценка параметров цели. Описание обобщённой структурной схемы радиолокационной станции.

    курсовая работа [277,9 K], добавлен 23.11.2010

  • Расчет геометрических параметров и значений амплитудного распределения фазированной антенной решётки. Выбор излучателя антенны и расчет параметров её волновода и пирамидального рупора. Определение коэффициента отражения, диаграмма направленности антенны.

    курсовая работа [2,2 M], добавлен 22.11.2015

  • Определение основных параметров радиолокационной станции, ее оптимизация по минимуму излучаемой мощности и коэффициенту шума УВЧ приемника в диапазоне длин волн. Выбор и обоснование активного элемента передатчика. Разработка функциональной схемы станции.

    курсовая работа [511,3 K], добавлен 11.10.2013

  • Разработка проекта импульсного приёмника радиолокационной станции (РЛС) дециметрового диапазона. Классификация радиолокации, параметры качества приема. Расчёт параметров узлов схемы структурной приёмника. Определение полосы пропускания приёмника.

    дипломная работа [377,6 K], добавлен 21.05.2009

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.