Stazioni radar e sistemi di difesa aerea della Russia. Stazioni radar: storia e principi di base di funzionamento Schemi elettrici dei ricetrasmettitori per radar di aerei
Il radar è un insieme di metodi scientifici e mezzi tecnici, che serve a determinare le coordinate e le caratteristiche di un oggetto tramite onde radio. L'oggetto in studio è spesso chiamato bersaglio radar (o semplicemente bersaglio).
Le apparecchiature e gli strumenti radio progettati per svolgere compiti radar sono chiamati sistemi radar o dispositivi (radar o RLU). I fondamenti del radar si basano sui seguenti fenomeni e proprietà fisiche:
- Nel mezzo di propagazione le onde radio che incontrano oggetti con proprietà elettriche diverse vengono disperse da esse. L'onda riflessa dal bersaglio (o la sua stessa radiazione) consente ai sistemi radar di rilevare e identificare il bersaglio.
- A grandi distanze, si assume che la propagazione delle onde radio sia rettilinea, con velocità costante in un mezzo noto. Questa ipotesi consente di raggiungere il bersaglio e le sue coordinate angolari (con un certo errore).
- In base all'effetto Doppler, la velocità radiale del punto di emissione rispetto alla RLU viene calcolata dalla frequenza del segnale riflesso ricevuto.
Riferimento storico
La capacità di riflessione delle onde radio fu sottolineata dal grande fisico G. Hertz e dall'ingegnere elettrico russo alla fine del XIX secolo. secolo. Secondo un brevetto del 1904, il primo radar fu creato dall'ingegnere tedesco K. Hulmeier. Il dispositivo, che chiamò telemobiloscopio, veniva utilizzato sulle navi che solcavano il Reno. In connessione con lo sviluppo, l'uso del radar sembrava un elemento molto promettente: la ricerca in questo settore è stata condotta da specialisti avanzati provenienti da molti paesi del mondo.
Nel 1932, il principio di base del radar fu descritto nei suoi lavori da Pavel Kondratyevich Oshchepkov, un ricercatore del LEFI (Istituto Elettrofisico di Leningrado). Loro, in collaborazione con i colleghi B.K. Shembel e V.V. Nell'estate del 1934, Tsimbalin dimostrò un prototipo di un'installazione radar che rilevò un bersaglio ad un'altitudine di 150 m ad una distanza di 600 m. Ulteriori lavori per migliorare le apparecchiature radar si limitarono ad aumentare la loro portata e ad aumentare la precisione nella determinazione della posizione di destinazione.
Natura radiazioni elettromagnetiche i bersagli ci permettono di parlare di diversi tipi di radar:
- Radar passivo esplora la propria radiazione (termica, elettromagnetica, ecc.), che genera bersagli (missili, aeroplani, oggetti spaziali).
- Attivo con risposta attiva viene effettuato se l'oggetto è dotato di un proprio trasmettitore e l'interazione con esso avviene secondo l'algoritmo “richiesta-risposta”.
- Attivo con risposta passiva prevede lo studio di un segnale radio secondario (riflesso). in questo caso è composto da un trasmettitore e un ricevitore.
- Radar semiattivo- questo è un caso speciale di attivo, nel caso in cui il ricevitore della radiazione riflessa si trova all'esterno del radar (ad esempio, è un elemento strutturale di un missile homing).
Ogni tipo ha i suoi vantaggi e svantaggi.
Metodi e attrezzature
Secondo il metodo utilizzato, tutte le apparecchiature radar sono suddivise in radar a radiazione continua e pulsata.
I primi contengono un trasmettitore e un ricevitore di radiazioni che funzionano simultaneamente e continuamente. I primi dispositivi radar furono creati utilizzando questo principio. Un esempio di tale sistema è un radioaltimetro (un dispositivo aeronautico che determina la distanza di un aereo dalla superficie terrestre) o un radar noto a tutti gli automobilisti per determinare il limite di velocità di un veicolo.
Nel metodo a impulsi l'energia elettromagnetica viene emessa in brevi impulsi per diversi microsecondi. Successivamente la stazione funziona solo per la ricezione. Dopo aver catturato e registrato le onde radio riflesse, il radar trasmette un nuovo impulso e i cicli si ripetono.
Modalità operative del radar
Esistono due modalità principali di funzionamento delle stazioni e dei dispositivi radar. Il primo è scansionare lo spazio. Viene eseguito secondo un sistema rigorosamente definito. Con una revisione sequenziale, il movimento del raggio radar può essere circolare, a spirale, conico o settoriale. Ad esempio, un array di antenne può ruotare lentamente in cerchio (azimut) e contemporaneamente eseguire la scansione in elevazione (inclinandosi su e giù). Con la scansione parallela, la revisione viene effettuata da un fascio di raggi radar. Ognuno ha il proprio ricevitore e diversi flussi di informazioni vengono elaborati contemporaneamente.
La modalità di tracciamento implica che l'antenna sia costantemente puntata sull'oggetto selezionato. Per ruotarlo secondo la traiettoria di un bersaglio in movimento, vengono utilizzati speciali sistemi di tracciamento automatizzato.
Algoritmo per determinare la portata e la direzione
La velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche nell'atmosfera è di 300mila km/s. Pertanto, conoscendo il tempo impiegato dal segnale trasmesso per coprire la distanza dalla stazione al bersaglio e ritorno, è facile calcolare la distanza dell'oggetto. Per fare ciò, è necessario registrare con precisione l'ora in cui è stato inviato l'impulso e il momento in cui è stato ricevuto il segnale riflesso.
Il radar altamente direzionale viene utilizzato per ottenere informazioni sulla posizione del bersaglio. La determinazione dell'azimut e dell'elevazione (angolo di elevazione o elevazione) di un oggetto viene effettuata da un'antenna a raggio stretto. I moderni radar utilizzano a questo scopo array di antenne a fase (PAA), in grado di impostare un raggio più stretto e caratterizzati da un'elevata velocità di rotazione. Di norma, il processo di scansione dello spazio viene eseguito da almeno due raggi.
Parametri di sistema di base
Da tattico e caratteristiche tecniche l'attrezzatura dipende in gran parte dall'efficienza e dalla qualità dei compiti da risolvere.
Gli indicatori radar tattici includono:
- L'area di visualizzazione è limitata dal campo minimo e massimo di rilevamento del bersaglio, dall'angolo di azimut consentito e dall'angolo di elevazione.
- Risoluzione in portata, azimut, elevazione e velocità (la capacità di determinare i parametri dei bersagli vicini).
- Accuratezza della misurazione, che viene misurata dalla presenza di errori grossolani, sistematici o casuali.
- Immunità al rumore e affidabilità.
- Il grado di automazione dell'estrazione e dell'elaborazione del flusso di dati informativi in entrata.
Le caratteristiche tattiche specificate vengono stabilite durante la progettazione dei dispositivi attraverso determinati parametri tecnici, tra cui:
Al posto di combattimento
Il radar è uno strumento universale che si è diffuso nella sfera militare, nella scienza e nell'economia nazionale. I campi di utilizzo sono in costante espansione grazie allo sviluppo e al miglioramento dei mezzi tecnici e delle tecnologie di misurazione.
L'uso del radar nell'industria militare consente di risolvere importanti problemi di sorveglianza e controllo dello spazio, rilevamento di bersagli mobili aerei, terrestri e acquatici. Senza i radar è impossibile immaginare l'attrezzatura utilizzata supporto informativo sistemi di navigazione e sistemi di controllo del fuoco delle armi.
Il radar militare è una componente fondamentale del sistema di allarme strategico per gli attacchi missilistici e della difesa missilistica integrata.
Radioastronomia
Le onde radio inviate dalla superficie terrestre vengono riflesse anche da oggetti nello spazio vicino e profondo, nonché da obiettivi vicini alla Terra. Molti oggetti spaziali non potevano essere esplorati completamente solo utilizzando strumenti ottici, e solo l'uso dei metodi radar in astronomia ha permesso di ottenere ricche informazioni sulla loro natura e struttura. Il radar passivo fu utilizzato per la prima volta per studiare la Luna da astronomi americani e ungheresi nel 1946. Nello stesso periodo furono ricevuti accidentalmente anche segnali radio dallo spazio.
Nei moderni radiotelescopi l'antenna ricevente ha la forma di una grande ciotola sferica concava (simile allo specchio di un riflettore ottico). Maggiore è il suo diametro, maggiore è segnale debole l'antenna sarà in grado di ricevere. I radiotelescopi operano spesso in modo complesso, combinando non solo dispositivi situati gli uni vicini agli altri, ma anche quelli situati in continenti diversi. Tra i compiti più importanti della moderna radioastronomia figurano lo studio delle pulsar e delle galassie con nuclei attivi e lo studio del mezzo interstellare.
Applicazione civile
In agricoltura e silvicoltura i dispositivi radar sono indispensabili per ottenere informazioni sulla distribuzione e la densità della vegetazione, studiare la struttura, i parametri e la tipologia dei suoli e rilevare tempestivamente gli incendi. In geografia e geologia, il radar viene utilizzato per eseguire lavori topografici e geomorfologici, determinare la struttura e la composizione delle rocce e cercare depositi minerali. In idrologia e oceanografia, i metodi radar vengono utilizzati per monitorare le condizioni dei principali corsi d'acqua del paese, la copertura di neve e ghiaccio e per mappare la costa.
Il radar è un assistente indispensabile per i meteorologi. Il radar può facilmente determinare lo stato dell'atmosfera a una distanza di decine di chilometri e, sulla base dell'analisi dei dati ottenuti, viene effettuata una previsione dei cambiamenti delle condizioni meteorologiche in una particolare area.
Prospettive di sviluppo
Per una moderna stazione radar, il principale criterio di valutazione è il rapporto tra efficienza e qualità. L'efficienza si riferisce alle caratteristiche tattiche e tecniche generalizzate dell'attrezzatura. La creazione di un radar perfetto è un compito ingegneristico, scientifico e tecnico complesso, la cui implementazione è possibile solo utilizzando le più recenti conquiste dell'elettromeccanica ed elettronica, dell'informatica e informatica, energia.
Secondo gli esperti, nel prossimo futuro il principale unità funzionali le stazioni dei più diversi livelli di complessità e scopo avranno antenne a schiera di fasi attive a stato solido (antenne a schiera di fasi), convertendo i segnali analogici in digitali. Lo sviluppo del complesso informatico consentirà di automatizzare completamente il controllo e le funzioni di base del radar, fornendo all'utente finale un'analisi completa delle informazioni ricevute.
Il radar emette energia elettromagnetica e rileva gli echi provenienti dagli oggetti riflessi e ne determina anche le caratteristiche. Lo scopo del progetto del corso è considerare un radar a tutto tondo e calcolare gli indicatori tattici di questo radar: portata massima tenendo conto dell'assorbimento; risoluzione reale in portata e azimut; precisione reale delle misurazioni di portata e azimut. La parte teorica fornisce uno schema funzionale di un radar attivo ad impulsi per bersagli aerei per il controllo del traffico aereo.
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I sistemi radar (radar) sono progettati per rilevare e determinare le coordinate attuali (portata, velocità, elevazione e azimut) degli oggetti riflessi.
Il radar emette energia elettromagnetica e rileva gli echi provenienti dagli oggetti riflessi e ne determina anche le caratteristiche.
Lo scopo del progetto del corso è considerare un radar a tutto tondo e calcolare gli indicatori tattici di questo radar: portata massima tenendo conto dell'assorbimento; risoluzione reale in portata e azimut; precisione reale delle misurazioni di portata e azimut.
La parte teorica fornisce uno schema funzionale di un radar attivo ad impulsi per bersagli aerei per il controllo del traffico aereo. Vengono inoltre forniti i parametri del sistema e le formule per il suo calcolo.
Nella parte di calcolo sono stati determinati i seguenti parametri: portata massima tenendo conto dell'assorbimento, portata reale e risoluzione dell'azimut, precisione della misurazione della portata e dell'azimut.
1. Parte teorica
1.1 Schema funzionale del radarvista a tutto tondo
Radar il campo della radioingegneria, che prevede l'osservazione radar di vari oggetti, ovvero il loro rilevamento, la misurazione delle coordinate e dei parametri di movimento, nonché l'identificazione di determinate proprietà strutturali o fisiche utilizzando onde radio riflesse o riemesse da oggetti o la propria emissione radio. Le informazioni ottenute durante la sorveglianza radar sono chiamate radar. I dispositivi di sorveglianza radar radiotecnici sono chiamati stazioni radar (radar) o radar. Gli stessi oggetti di sorveglianza radar sono chiamati bersagli radar o semplicemente bersagli. Quando si utilizzano onde radio riflesse, i bersagli radar presentano irregolarità parametri elettrici mezzo (permeabilità dielettrica e magnetica, conduttività) in cui si propaga l'onda primaria. Ciò include aerei (aerei, elicotteri, palloni meteorologici, ecc.), idrometeore (pioggia, neve, grandine, nuvole, ecc.), navi fluviali e marittime, oggetti terrestri (edifici, automobili, aeroplani negli aeroporti, ecc.). ) , tutti i tipi di oggetti militari, ecc. Un tipo speciale di bersagli radar sono oggetti astronomici.
La fonte delle informazioni radar è il segnale radar. A seconda dei metodi per ottenerlo, si distinguono i seguenti tipi di sorveglianza radar.
- Radar a risposta passiva,basato sul fatto che le oscillazioni emesse dal segnale di sondaggio radar vengono riflesse dal bersaglio ed entrano nel ricevitore radar sotto forma di segnale riflesso. Questo tipo di sorveglianza è talvolta chiamato anche radar a risposta passiva attiva.
Radar a risposta attiva,chiamato radar attivo con risposta attiva, è caratterizzato dal fatto che il segnale di risposta non viene riflesso, ma riemesso utilizzando uno speciale transponder: un ripetitore. Allo stesso tempo, la portata e il contrasto dell'osservazione radar aumentano in modo significativo.
Il radar passivo si basa sulla ricezione delle emissioni radio dei bersagli, principalmente nelle gamme millimetriche e centimetriche. Se il segnale sonoro nei due casi precedenti può essere utilizzato come segnale di riferimento, che fornisce la possibilità fondamentale di misurare la portata e la velocità, in questo caso tale possibilità non esiste.
Un sistema radar può essere pensato come un canale radar, simile alle comunicazioni radio o ai canali di telemetria. I componenti principali di un radar sono un trasmettitore, un ricevitore, un'antenna e un dispositivo terminale.
Le fasi principali della sorveglianza radar sono:rilevamento, misurazione, risoluzione e riconoscimento.
Rilevamento è il processo di decisione sulla presenza di obiettivi con una probabilità accettabile di una decisione errata.
Misurazione consente di stimare le coordinate dei bersagli e i parametri del loro movimento con errori accettabili.
Autorizzazione consiste nell'eseguire i compiti di rilevamento e misurazione delle coordinate di un bersaglio in presenza di altri che sono vicini per portata, velocità, ecc.
Riconoscimento permette di stabilire alcuni tratti caratteristici del bersaglio: è punto o gruppo, movimento o gruppo, ecc.
Le informazioni radar provenienti dal radar vengono trasmesse tramite canale radio o cavo al punto di controllo. Il processo di tracciamento radar dei singoli bersagli è automatizzato ed eseguito utilizzando un computer.
La navigazione aerea lungo la rotta è fornita dagli stessi radar utilizzati nel controllo del traffico aereo. Vengono utilizzati sia per monitorare l'aderenza ad un determinato percorso sia per determinare la posizione durante il volo.
Per eseguire l'atterraggio e la sua automazione, insieme ai sistemi di radiofari, sono ampiamente utilizzati i radar di atterraggio, che forniscono il monitoraggio della deviazione dell'aereo dalla rotta e dal percorso di planata.
Numerosi dispositivi radar aviotrasportati vengono utilizzati anche nell'aviazione civile. Ciò include principalmente il radar di bordo per il rilevamento di formazioni meteorologiche e ostacoli pericolosi. Di solito serve anche per rilevare la terra per fornire la possibilità di navigazione autonoma lungo i caratteristici punti di riferimento radar terrestri.
I sistemi radar (radar) sono progettati per rilevare e determinare le coordinate attuali (portata, velocità, elevazione e azimut) degli oggetti riflessi. Il radar emette energia elettromagnetica e rileva gli echi provenienti dagli oggetti riflessi e ne determina anche le caratteristiche.
Consideriamo il funzionamento di un radar attivo a impulsi per il rilevamento di bersagli aerei per il controllo del traffico aereo (ATC), la cui struttura è mostrata nella Figura 1. Il dispositivo di controllo della vista (controllo dell'antenna) viene utilizzato per visualizzare lo spazio (solitamente circolare) con un fascio dell'antenna, stretto nel piano orizzontale e largo in quello verticale.
Il radar in questione utilizza una modalità di radiazione pulsata, quindi, nel momento in cui termina il successivo impulso radio di sondaggio, l'unica antenna commuta da trasmettitore a ricevitore e viene utilizzata per la ricezione fino a quando non inizia a generarsi il successivo impulso radio di sondaggio, dopodiché l'antenna viene nuovamente collegato al trasmettitore e così via.
Questa operazione viene eseguita da un interruttore di trasmissione-ricezione (RTS). Gli impulsi di trigger, che impostano il periodo di ripetizione dei segnali di sondaggio e sincronizzano il funzionamento di tutti i sottosistemi radar, sono generati da un sincronizzatore. Il segnale dal ricevitore dopo il convertitore analogico-digitale (ADC) viene fornito al processore di segnale dell'apparecchiatura di elaborazione delle informazioni, dove viene eseguita l'elaborazione primaria delle informazioni, consistente nel rilevamento del segnale e nella modifica delle coordinate del bersaglio. I contrassegni target e le tracce della traiettoria si formano durante l'elaborazione iniziale delle informazioni nell'elaboratore di dati.
I segnali generati, insieme alle informazioni sulla posizione angolare dell'antenna, vengono trasmessi per l'ulteriore elaborazione al posto di comando, nonché per il monitoraggio all'indicatore di visibilità a tutto tondo (PVI). A durata della batteria Il radar ICO funge da elemento principale per il monitoraggio della situazione aerea. Un radar di questo tipo elabora solitamente le informazioni in forma digitale. A questo scopo è previsto un dispositivo per la conversione del segnale in codice digitale(ADC).
Figura 1 Schema funzionale del radar a tutto tondo
1.2 Definizioni e principali parametri del sistema. Formule per il calcolo
Caratteristiche tattiche di base del radar
Portata massima
La portata massima è determinata da esigenze tattiche e dipende da molte caratteristiche tecniche del radar, dalle condizioni di propagazione delle onde radio e dalle caratteristiche del bersaglio, che sono soggette a cambiamenti casuali nelle reali condizioni di utilizzo delle stazioni. Pertanto, l'intervallo massimo è una caratteristica probabilistica.
L'equazione della portata nello spazio libero (cioè senza tener conto dell'influenza del suolo e dell'assorbimento nell'atmosfera) per un bersaglio puntuale stabilisce la relazione tra tutti i parametri principali del radar.
dove E isl - energia emessa in un impulso;
S a - area effettiva dell'antenna;
S efo - Area bersaglio riflettente efficace;
- lunghezza d'onda;
k p - coefficiente di discriminabilità (rapporto energia segnale-rumore all'ingresso del ricevitore, che garantisce la ricezione di segnali con una determinata probabilità di rilevamento corretto W di e la probabilità di un falso allarme Wlt);
Esh - energia del rumore agente durante la ricezione.
Dove R e - e potenza dell'impulso;
e , - durata dell'impulso.
Dove diavolo - dimensione orizzontale dello specchio dell'antenna;
d av- dimensione verticale dello specchio dell'antenna.
k r = k r.t. ,
dove k r.t. - coefficiente teorico di distinguibilità.
k r.t. =,
dove q0 - parametro di rilevamento;
N - il numero di impulsi ricevuti dal bersaglio.
dove Wlt - probabilità di falso allarme;
W di - probabilità di rilevamento corretto.
dove t regione,
F e - frequenza di invio degli impulsi;
Qa0,5 - Larghezza del diagramma di radiazione dell'antenna al livello di potenza 0,5
dove è la velocità angolare di rotazione dell'antenna.
dove T revisione è il periodo di revisione.
dove k =1,38 10 -23 J/deg - costante di Boltzmann;
k sh - figura di rumore del ricevitore;
T - temperatura del ricevitore in gradi Kelvin ( T =300K).
La portata massima del radar, tenendo conto dell'assorbimento dell'energia delle onde radio.
dove asino - coefficiente di attenuazione;
D - larghezza dello strato indebolente.
Portata minima del radar
Se il sistema di antenna non impone restrizioni, la portata minima del radar è determinata dalla durata dell'impulso e dal tempo di ripristino dell'interruttore dell'antenna.
dove c è la velocità di propagazione Onda elettromagnetica nel vuoto, c = 3∙10 8 ;
e , - durata dell'impulso;
τ dentro - tempo di ripristino del commutatore d'antenna.
Risoluzione della portata del radar
La risoluzione della portata reale quando si utilizza un indicatore di visibilità a tutto tondo come dispositivo di output sarà determinata dalla formula
(D)= (D) sudore + (D) ind,
g de (D) sudore - risoluzione della portata potenziale;
(D) ind - risoluzione del range dell'indicatore.
Per un segnale sotto forma di un treno incoerente di impulsi rettangolari:
dove c è la velocità di propagazione di un'onda elettromagnetica nel vuoto; c = 3∙10 8 ;
e , - durata dell'impulso;
(D) ind - la risoluzione dell'intervallo dell'indicatore è calcolata dalla formula
g de D shk - valore limite della scala di portata;
k e = 0,4 - fattore di utilizzo dello schermo,
Qf - qualità di messa a fuoco del tubo.
Risoluzione azimutale del radar
La risoluzione azimutale effettiva è determinata dalla formula:
( az) = ( az) sudore + ( az) ind,
dove ( az ) vaso - potenziale risoluzione dell'azimut quando si approssima il diagramma di radiazione di una curva gaussiana;
( az ) ind - risoluzione azimutale dell'indicatore
( az ) sudore =1,3 Q a 0,5 ,
( az ) ind = d n M f ,
dove dn - diametro dello spot del tubo catodico;
Mf scala della scala.
dove r - rimuovendo il segno dal centro dello schermo.
Precisione nel determinare le coordinate per intervallo E
L'accuratezza della determinazione della portata dipende dall'accuratezza della misurazione del ritardo del segnale riflesso, dagli errori dovuti all'elaborazione non ottimale del segnale, dalla presenza di ritardi del segnale non contabilizzati nei percorsi di trasmissione, ricezione e indicazione e da errori casuali nella misurazione della portata nei dispositivi indicatori.
La precisione è caratterizzata dall'errore di misurazione. L'errore quadratico medio risultante della misurazione della portata è determinato dalla formula:
dove (D) sudore - potenziale errore di misurazione della portata.
Distribuzione (D). errore dovuto alla non linearità della propagazione;
(D) app - errore hardware.
dove q0 - doppio rapporto segnale-rumore.
Precisione della determinazione delle coordinate azimutali
Errori sistematici nelle misurazioni dell'azimut possono verificarsi a causa dell'orientamento impreciso del sistema di antenna radar e della mancata corrispondenza tra la posizione dell'antenna e la scala elettrica dell'azimut.
Errori casuali nella misurazione dell'azimut target sono causati dall'instabilità del sistema di rotazione dell'antenna, dall'instabilità degli schemi di generazione della marcatura dell'azimut, nonché da errori di lettura.
L'errore quadratico medio risultante nella misurazione dell'azimut è determinato da:
Dati iniziali (opzione 5)
- Lunghezza d'onda , [cm] …............................................. ........................... .... 6
- Potenza impulsiva R e , [kW] ............................................ .............. 600
- Durata dell'impulso e , [μs] ............................................ ...... ........... 2,2
- Frequenza di invio degli impulsi F e , [Hz]................................................ ..... ......700
- Dimensione orizzontale dello specchio dell'antenna gg [m].............................. 7
- Dimensione verticale dello specchio dell'antenna d av , [m] ............................ 2.5
- Revisione del periodo T di revisione , [Con] .............................................. ................................... 25
- Figura di rumore del ricevitore k sh ................................................. ....... 5
- Probabilità di rilevamento corretto W di ............................. .......... 0,8
- Probabilità di falso allarme W lt.. ................................................ ....... 10 -5
- Diametro dello schermo dell'indicatore della vista intorno d e , [mm] .................... 400
- Area bersaglio riflettente efficace S efo, [m 2 ] …...................... 30
- Qualità della messa a fuoco Qf ............................................................... ...... 400
- Limite della scala di portata D shk1 , [km] ............................ 50 D shk2 , [km].............................. 400
- Segni di misurazione della portataD , [km]............................................ 15
- Segni di misurazione dell'azimut , [gradi] .......................................... 4
2. Calcolo degli indicatori tattici del radar a tutto tondo
2.1 Calcolo della portata massima tenendo conto dell'assorbimento
Innanzitutto, la portata massima del radar viene calcolata senza tenere conto dell'attenuazione dell'energia delle onde radio durante la propagazione. Il calcolo viene effettuato secondo la formula:
(1)
Calcoliamo e stabiliamo le quantità comprese in questa espressione:
E isl = P e e =600 10 3 2.2 10 -6 =1.32 [J]
S a = d ag d av = 7 2,5 = 8,75 [m 2 ]
k r = k r.t.
k r.t. =
101,2
0,51 [gradi]
14,4 [gradi/s]
Sostituendo i valori risultanti avremo:
regione t = 0,036 [s], N = 25 impulsi e k r.t. = 2,02.
Sia = 10, allora k P =20.
Esh - energia del rumore agente durante la ricezione:
E w =kk w T =1.38 10 -23 5 300=2.07 10 -20 [J]
Sostituendo tutti i valori ottenuti nella (1), troviamo 634,38 [km]
Ora determiniamo la portata massima del radar, tenendo conto dell'assorbimento dell'energia delle onde radio:
(2)
Valore asino lo troviamo dai grafici. Per =6 cm asino preso pari a 0,01 dB/km. Supponiamo che l'attenuazione avvenga su tutto l'intervallo. In questa condizione, la formula (2) assume la forma di un'equazione trascendente
(3)
Risolviamo graficamente l'equazione (3). Per osl = 0,01 dB/km e D max = 634,38 km calcolati D max. slm = 305,9 km.
Conclusione: Dai calcoli ottenuti risulta chiaro che la portata massima del radar, tenendo conto dell'attenuazione dell'energia delle onde radio durante la propagazione, è pari a D max.os l = 305,9 [km].
2.2 Calcolo della portata effettiva e della risoluzione azimutale
La risoluzione effettiva della portata quando si utilizza un indicatore di visibilità a tutto tondo come dispositivo di output sarà determinata dalla formula:
(D) = (D) sudore + (D) ind
Per un segnale sotto forma di un treno incoerente di impulsi rettangolari
0,33 [km]
per D shk1 =50 [km], (D) ind1 =0,31 [km]
per D shk2 =400 [km], (D) ind2 =2,50 [km]
Risoluzione della portata reale:
per D sett1 =50 km (D) 1 = (D) sudore + (D) ind1 =0,33+0,31=0,64 [km]
per D sett2 =400 km (D) 2 = (D) sudore + (D) ind2 =0,33+2,50=2,83 [km]
Calcoliamo la reale risoluzione azimutale utilizzando la formula:
( az) = ( az) sudore + ( az) ind
( az ) sudore =1,3 Q a 0,5 =0,663 [gradi]
( az ) ind = d n M f
Prendendo r = k e d e / 2 (segno sul bordo dello schermo), otteniamo
0,717 [gradi]
( az )=0,663+0,717=1,38 [gradi]
Conclusione: La risoluzione effettiva della portata è:
per D shk1 = 0,64 [km], per D shk2 = 2,83 [km].
Risoluzione azimutale reale:
( az )=1,38 [gradi].
2.3 Calcolo della precisione reale delle misurazioni di distanza e azimut
La precisione è caratterizzata dall'errore di misurazione. L'errore quadratico medio risultante nella misurazione dell'intervallo verrà calcolato utilizzando la formula:
40,86
(D) sudore = [km]
Errore dovuto alla non linearità della propagazione Distribuzione (D). trascurato. Errori hardware (D) ca si riducono ad errori di lettura sulla scala dell'indicatore (D) ind . Adottiamo il metodo di conteggio tramite contrassegni elettronici (anelli di scala) sullo schermo indicatore del display a tutto tondo.
(D) ind = 0,1 D =1,5 [km], dove D - prezzo di divisione della scala.
(D) = = 5 [km]
Determiniamo l'errore quadratico medio risultante nella misurazione dell'azimut in modo simile:
0,065
( az ) ind =0,1 = 0,4
Conclusione: Dopo aver calcolato l'errore quadratico medio risultante della misurazione dell'intervallo, otteniamo (D) ( az) =0,4 [gradi].
Conclusione
In questo corso sono stati calcolati i parametri di un radar attivo a impulsi (portata massima tenendo conto dell'assorbimento, risoluzione reale in portata e azimut, precisione delle misurazioni della portata e dell'azimut) per il rilevamento di bersagli aerei per il controllo del traffico aereo.
Durante i calcoli sono stati ottenuti i seguenti dati:
1. La portata massima del radar, tenendo conto dell'attenuazione dell'energia delle onde radio durante la propagazione, è pari a D max.osl = 305,9 [km];
2. La risoluzione del campo reale è pari a:
per D sett1 = 0,64 [km];
per D shk2 = 2,83 [km].
Risoluzione azimutale reale: ( az )=1,38 [gradi].
3. Si ottiene l'errore quadratico medio risultante della misurazione della portata(D) =1,5 [km]. Errore quadratico medio della misurazione dell'azimut ( az ) =0,4 [gradi].
I vantaggi dei radar a impulsi includono la facilità di misurazione delle distanze dai bersagli e la loro risoluzione della portata, soprattutto quando ci sono molti bersagli nell'area di visualizzazione, nonché il disaccoppiamento temporale quasi completo tra le oscillazioni ricevute ed emesse. Quest'ultima circostanza consente l'utilizzo della stessa antenna sia per la trasmissione che per la ricezione.
Lo svantaggio dei radar a impulsi è la necessità di utilizzare un'elevata potenza di picco delle oscillazioni emesse, nonché l'incapacità di misurare ampie zone morte a corto raggio.
I radar vengono utilizzati per risolvere una vasta gamma di problemi: dal garantire un atterraggio morbido di veicoli spaziali sulla superficie dei pianeti alla misurazione della velocità dei movimenti umani, dal controllo delle armi nei sistemi di difesa antimissile e antiaereo alla protezione personale.
Bibliografia
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SCHEMA A BLOCCHI, PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO E CARATTERISTICHE TATTICHE E TECNICHE DEL RADAR
Esistono diverse opzioni per costruire uno schema a blocchi del radar primario di terza generazione. Di seguito è riportato uno dei possibili opzioni, che utilizza le moderne conquiste della scienza e della tecnologia. Come sistemi analogici sono stati selezionati i radar domestici “Skala-M”, “Skala-MPR” e “Skala-MPA”. Le caratteristiche della costruzione dei radar stranieri ATCR-22, ATCR-44 sono discusse in questo capitolo in termini di confronto con i radar domestici. Le differenze nella costruzione dei radar di rotta e di aeroporto vengono spiegate se necessario/
Nella fig. La Figura 1.1 mostra uno schema a blocchi del radar a impulsi primario a tutto tondo. Le caratteristiche principali di questo schema sono:
· utilizzo di due canali del ricetrasmettitore con separazione di frequenza;
· utilizzo di un'antenna a doppio raggio sul piano verticale per ricevere segnali riflessi dai bersagli;
· applicazione di un vero metodo coerente per la selezione di bersagli in movimento.
La prima caratteristica del radar è associata all'uso di uno dei metodi per aumentare il suo potenziale energetico: il metodo di separazione della frequenza, che è il seguente. Due trasmettitori A e B funzionano contemporaneamente
Figura 1.1. Schema a blocchi del radar primario
ad un'antenna comune in modalità modulazione di impulsi con frequenze portanti diverse Fa E Fв emettono impulsi radio. Tra questi impulsi radio c'è un piccolo spostamento temporale, che di solito è di 4 -6 μs. La separazione di frequenza non supera i 40 -60 MHz. I segnali con frequenze diverse riflessi dal bersaglio vengono separati mediante filtri a microonde e amplificati da due canali di ricezione UN E IN sintonizzati sulle frequenze appropriate. Dopo il rilevamento, i segnali video dei canali A e B vengono combinati e ulteriormente elaborati insieme. Nel caso più semplice, i segnali video vengono combinati nel tempo utilizzando linee di ritardo e sommati in ampiezza.
La sincronizzazione nel radar viene eseguita in modo tale che uno dei canali (A) sia il master e l'altro lo slave.
Stazioni radar di questo tipo con un numero arbitrario di canali di frequenza sono chiamate radar multicanale di frequenza con un'antenna comune per tutti i canali. I vantaggi del radar multifrequenza rispetto al radar a canale singolo sono i seguenti:
· la potenza totale della radiazione radar aumenta in presenza di limitazioni sulla potenza di un singolo trasmettitore;
· aumento del raggio di rilevamento del target e della precisione della misurazione delle coordinate;
· aumenta l'affidabilità del radar e la sua immunità ai disturbi di origine artificiale e naturale.
L'aumento del raggio di rilevamento e della precisione della misurazione delle coordinate del bersaglio è spiegato dal fatto che con una separazione sufficientemente ampia frequenze portanti segnali emessi
f a -f b =Df ³ c/l c,
Dove Con- velocità di propagazione delle onde radio, lc- dimensione lineare del bersaglio.
I segnali ricevuti e il rumore nei canali A e B risultano non correlati e la somma delle tensioni di uscita di questi canali è caratterizzata da fluttuazioni di ampiezza molto minori nel processo di osservazione di un bersaglio in movimento complesso rispetto al caso di ricezione di un segnale ad una frequenza. Lo stesso effetto di attenuazione delle fluttuazioni spiega anche la possibilità di sopprimere in modo più efficace le riflessioni interferenti provenienti dalla superficie terrestre e dagli oggetti locali. Ad esempio, per i radar ATCR-22 e ATCR-44, il raggio d'azione in modalità a doppia frequenza è maggiore del 20-30% rispetto alla modalità a frequenza singola. L'affidabilità del funzionamento del radar quando si utilizzano due canali con spaziatura di frequenza è superiore a quella di un radar a canale singolo, poiché se un canale si guasta o viene spento, Manutenzione questo radar è in grado di svolgere le sue funzioni con un deterioramento accettabile di alcuni indicatori (riduzione della portata e della disponibilità del radar).
Un'altra caratteristica importante del radar in esame è l'uso di un raggio aggiuntivo del modello dell'antenna sul piano verticale per ricevere segnali riflessi dai bersagli ad ampi angoli di elevazione. In questo caso, la zona di rilevamento del radar nel piano verticale è formata da due raggi: il raggio principale (inferiore) quando l'alimentazione dell'antenna principale funziona in modalità di trasmissione e ricezione, e un raggio aggiuntivo (superiore) quando l'alimentazione dell'antenna aggiuntiva è funziona solo in modalità di ricezione. L'uso di un raggio a due raggi per ricevere segnali riflessi dai bersagli implementa uno dei metodi per combattere le riflessioni interferenti dalla superficie terrestre e dagli oggetti locali. La soppressione di queste riflessioni viene effettuata mediante somma dei pesi dei segnali ricevuti lungo i raggi principali e aggiuntivi del raggio. La direzione di massima radiazione lungo il fascio superiore si trova nel piano verticale, solitamente 3 -5° più in alto rispetto a quello inferiore. Con questo metodo di gestione delle interferenze si ottiene un indebolimento dei segnali provenienti da oggetti locali di 15 -20 dB.
In alcuni tipi di radar, la zona di rilevamento sul piano verticale è formata tenendo conto dell'utilizzo dell'elaborazione locale dei segnali ricevuti nel sistema SDC. Questo principio di formazione di una zona di rilevamento utilizzando l'esempio di un radar di rotta è mostrato in Fig. 1.2. L'intera zona di rilevamento della portata è divisa in quattro sezioni 1 -1V. I confini delle aree sono fissati secondo un programma rigoroso a seconda delle condizioni specifiche per l'ubicazione del radar. Nella fig. 1.2 sono contrassegnati:
K 1 è il limite superiore per l'utilizzo dei segnali provenienti dal fascio aggiuntivo 2 elaborati nel sistema SDC (Additional SDC);
Riso. 1.2. Principio K della formazione delle zone - traccia radar: 1 - raggio abbagliante; 2 - trave aggiuntiva
K 2 - il limite superiore dell'uso dei segnali del raggio abbagliante 1, elaborato nel sistema SDC (Main SDC);
A è il limite superiore per l'utilizzo dei segnali aggiuntivi del raggio 2 non elaborati nel sistema SDC (Additional A);
D max è la portata massima del radar, ovvero il limite superiore dell'utilizzo dei segnali del fascio abbagliante 1 non elaborati nel sistema SDC.
(Base A), la posizione dei confini K 1, K 2 e A viene regolata nell'intervallo entro i limiti indicati in figura. Per la sezione III è previsto l'utilizzo di due subroutine, determinate dall'ordine dei confini dati (impulsi di commutazione); K1 - A - K2 oppure K1 - K2 -A. Questo principio di formazione di una zona di rilevamento consente di:
· ottenere la massima rilevazione nel piano verticale per sopprimere le interferenze provenienti da oggetti locali nel tratto iniziale della portata 1;
· ridurre al minimo l'area dello spazio aereo in cui viene utilizzata la somma dei segnali Principali. DSC +Aggiungi. DSC, riducendo così l'influenza delle caratteristiche di velocità del sistema DSC (sezione II);
· in presenza di interferenze di tipo “angel” non completamente eliminate dal sistema SDC, è consigliabile utilizzare il segnale di un raggio aggiuntivo (sezione 111 al K 2<А).
L'uso combinato nel radar di un fascio a due raggi per la ricezione e l'elaborazione locale del segnale nel sistema SDC fornisce una soppressione generale delle interferenze degli oggetti locali di 45 -56 dB in presenza di doppia sottrazione interperiodale nel sistema SDC e di 50 -55 dB nel caso di sottrazione tripla.
Va notato che il principio considerato di formare una zona di rilevamento può essere utilizzato sia nelle modalità di funzionamento radar a frequenza singola che a doppia frequenza con separazione di frequenza.
La differenza tra la modalità a doppia frequenza è che quando si forma una zona di rilevamento, vengono utilizzate le somme dei segnali Principale A A + Principale B - A e Aggiuntivo a -A + Aggiuntivo b -A non elaborati nel sistema SDC e nel sistema SDC il sistema trasmette solo segnali di un canale di frequenza (principale A, Fig. 1.1).
È facile notare che il metodo descritto per formare una zona di rilevamento si basa sull'idea di controllare la struttura e i parametri del radar in base alla situazione di interferenza in specifiche condizioni operative. In questo caso, il controllo viene effettuato secondo un programma rigoroso. Dopo un'analisi preliminare della situazione di interferenza e la definizione dei confini K 1, K 2. e E tra le quattro sezioni della zona di rilevamento, la struttura del radar acquisisce una configurazione fissa e non cambia durante il funzionamento del radar.
Altri radar moderni utilizzano un metodo più flessibile per formare una zona di rilevamento, che implementa l’idea di adattare dinamicamente il radar all’ambiente di disturbo. Questo metodo viene utilizzato, ad esempio, nei radar ATCR-22 e ATCR-44. In questo caso l'intera zona di rilevamento per portata viene divisa in due sezioni uguali (1 e 11). La sezione 1, caratterizzata dalla maggiore influenza delle interferenze da parte di oggetti locali, è suddivisa in elementi più piccoli lungo il raggio (16 elementi), l'area di visione azimutale pari a 360° è inoltre suddivisa in settori elementari di 5,6° (64 settori). . Di conseguenza, l'intera area di visualizzazione sul piano orizzontale entro la prima metà della portata massima del radar viene divisa in 16*64=1024 celle. Durante un ciclo di lavoro pari a tre periodi di revisione, viene analizzata la situazione di interferenza e in uno speciale dispositivo di memorizzazione radar viene generata una mappa di interferenza attuale contenente informazioni sul livello di interferenza in ciascuna delle 1024 celle. Sulla base di queste informazioni, vengono selezionati coefficienti di ponderazione per formare una somma ponderata dei segnali ricevuti lungo i raggi principali e aggiuntivi del raggio, per ciascuna di queste celle separatamente. Di conseguenza, la zona di rilevamento radar nel piano verticale assume una configurazione complessa: il bordo inferiore della zona di rilevamento nelle diverse celle ha una pendenza diversa (-0,5; 0,1; 0,5 o 1°). Nella seconda metà della portata (sezione II) viene utilizzato solo il segnale ricevuto lungo gli abbaglianti.
Confrontando i due metodi considerati per formare una zona di rilevamento radar, va notato che la combinazione dei segnali dei raggi principali e aggiuntivi del raggio inferiore nel primo metodo viene eseguita a una frequenza video e nel secondo metodo - a un'alta frequenza. In quest'ultimo caso, l'operazione di somma dei segnali viene eseguita in un dispositivo speciale, il primo del bordo inferiore della zona di rilevamento (FNK, Fig. 1.1). In questo caso, per l'ulteriore elaborazione del segnale complessivo, viene utilizzato un canale di ricezione, compreso il sistema SDC. Il primo metodo richiede due canali di ricezione, il che comporta apparecchiature più complesse. Inoltre, con il secondo metodo, le capacità del sistema SDC vengono sfruttate più pienamente, poiché in questo sistema vengono elaborati i segnali di entrambi i canali di frequenza del radar e non solo il segnale del canale principale, come con il primo metodo . Insieme ai vantaggi elencati, il secondo metodo per formare una zona di rilevamento presenta uno svantaggio significativo che ne complica l'uso diffuso:
la somma dei segnali ad alte frequenze richiede un'elevata precisione e stabilità nella formazione di questi segnali. La violazione di questo requisito durante il funzionamento del radar può portare a una diminuzione del grado di soppressione delle interferenze provenienti da oggetti locali a causa dell'uso di uno schema di antenna a due raggi.
Consideriamo il principio di funzionamento del radar, il cui schema a blocchi è mostrato in Fig. 1.1. Questo radar funziona in modalità di visualizzazione dell'azimut a tutto tondo, fornendo il rilevamento di bersagli aerei e la misurazione della portata inclinata e dell'azimut di questi bersagli. La visibilità a 360 gradi è ottenuta grazie alla rotazione meccanica dell'antenna radar, costituita da un riflettore parabolico e due alimentatori a tromba: quello principale e quello aggiuntivo. Come segnale di sondaggio viene utilizzata una sequenza periodica di impulsi radio con inviluppi rettangolari. In questo caso, la misurazione dell'azimut del bersaglio viene effettuata con il metodo dell'ampiezza, basato sull'uso delle proprietà direzionali dell'antenna radar sul piano orizzontale, e la misurazione della portata viene effettuata con il metodo del tempo misurando il ritardo del segnale riflesso dal bersaglio rispetto al momento di emissione del segnale di sondaggio.
Diamo uno sguardo più da vicino al funzionamento di un canale radar. Il sistema di sincronizzazione (SS) genera impulsi di trigger radar, che vengono alimentati all'ingresso del modulatore M del dispositivo trasmittente. Il modulatore M, sotto l'influenza degli impulsi di trigger, produce potenti impulsi modulanti che arrivano all'amplificatore finale (OA) del trasmettitore radar, realizzato secondo il circuito “oscillatore principale - amplificatore di potenza”. Un generatore di radiofrequenza (RFG), stabilizzato da un risonatore al quarzo, genera oscillazioni armoniche continue di frequenza f a, che vengono amplificate nell'amplificatore finale e modulate in ampiezza da impulsi modulatori (M). Di conseguenza, all'uscita dell'amplificatore operazionale si forma una sequenza di potenti impulsi radio coerenti con una frequenza portante f a e un involucro rettangolare. Questi impulsi radio entrano nell'antenna radar attraverso l'interruttore dell'antenna (AS) e l'unità di aggiunta di potenza e separazione del segnale del BSRS e vengono emessi dall'antenna in direzione del bersaglio.
Gli impulsi radio con una frequenza portante f a riflessa dal bersaglio, ricevuti lungo il raggio principale del raggio inferiore, attraverso le unità BSRS, AP e RF a basso rumore vengono forniti a uno degli ingressi del modellatore del bordo inferiore (FNK). Gli impulsi radio con la stessa frequenza fd, ricevuti tramite un raggio aggiuntivo del raggio inferiore, vengono forniti al secondo ingresso dell'FNC attraverso un blocco per separare i segnali del BRS e dell'URCH. All'uscita dell'FNC, come risultato della somma dei pesi dei segnali dei raggi principali e aggiuntivi, si forma un segnale totale, che viene alimentato all'ingresso del ricevitore radar. Il segnale di controllo, che determina la scelta dei coefficienti di peso durante la somma, viene fornito all'ingresso di controllo dell'FNC dal sistema di elaborazione del segnale digitale e adattamento radar. Il dispositivo ricevente esegue la conversione di frequenza, l'amplificazione e la selezione della frequenza del segnale in un amplificatore a frequenza intermedia e il rilevamento mediante rilevatori di ampiezza e fase. Il segnale video A proveniente dall'uscita del rilevatore di ampiezza viene ulteriormente immesso nel sistema di elaborazione digitale, bypassando il sistema SDC, e il segnale video SDC dall'uscita del rilevatore di fase viene alimentato all'ingresso del sistema SDC, che fa parte di il sistema di elaborazione del segnale digitale. I segnali con frequenze di riferimento f a1 e f a2 necessarie per il funzionamento del convertitore di frequenza e del rilevatore di fase del ricevitore sono generati da un comune generatore di frequenza master. Grazie a ciò, in questo radar viene implementato un metodo DSC veramente coerente.
Oltre ai processi principali sopra descritti che avvengono nella parte analogica del radar, esistono una serie di processi ausiliari che garantiscono il normale funzionamento del radar. Questi includono, ad esempio, vari tipi di regolazioni automatiche del guadagno del ricevitore:
· controllo automatico temporaneo del guadagno,
controllo automatico del guadagno del rumore,
· controllo automatico del guadagno passo-passo dell'amplificatore mediante un circuito di attenuazione del rumore adattivo.
Le regolazioni di cui sopra, esclusa SHARA, forniscono la compressione della gamma dinamica del segnale radar ricevuto e il suo coordinamento con la gamma dinamica del sistema di elaborazione e adattamento del segnale digitale. Con l'aiuto di SHARU è garantita la stabilizzazione del livello di rumore all'uscita del ricevitore radar.
Il sistema alimentatore-antenna radar fornisce:
· dispositivi per la regolazione fluida della polarizzazione delle vibrazioni emesse,
· misuratori di potenza trasmessa, frequenza e forma del segnale di sondaggio.
Nei radar pseudo-coerenti che utilizzano dispositivi trasmittenti realizzati su un magnetron, il ricevitore comprende anche un sistema per la regolazione automatica della frequenza del magnetron. Questo sistema serve a regolare la frequenza del magnetron e a mettere in fase l'oscillatore locale coerente, che genera oscillazioni di riferimento per il sistema SDC.
Nel radar considerato veramente coerente, per garantire una differenza di frequenza costante fa E f b due canali di frequenza, viene utilizzato uno speciale generatore di spostamento di frequenza, con l'aiuto del quale, sotto l'influenza delle oscillazioni della gamma di frequenza del canale A (vedere Fig. 1.1), vengono generate oscillazioni con frequenze nel canale B f b E f b1, spostato rispetto alle frequenze fa E f a1.
La parte digitale del radar inizia con l'ingresso del sistema di elaborazione del segnale digitale e di adattamento del radar. Le principali funzioni di questo sistema sono:
· ripulire il segnale ricevuto da vari tipi di interferenze,
· selezione di informazioni utili per garantire le caratteristiche tattiche e tecniche specificate del radar,
· analisi della situazione attuale delle interferenze,
· controllo automatico delle modalità operative e dei parametri radar (funzione di adattamento).
I segnali video in ingresso A, SDC e Meteo provenienti dall'uscita del ricevitore vengono convertiti in forma digitale utilizzando convertitori analogico-digitali. In questo caso vengono eseguiti il campionamento temporale e la quantizzazione multilivello in base all'ampiezza di questi segnali.
La prima funzione del sistema di elaborazione è implementata utilizzando i seguenti dispositivi digitali:
· dispositivi di sottrazione interperiodo (doppia o tripla) del sistema DSC;
· video correlatore per sopprimere disturbi asincroni e segnali riflessi dal periodo di sondaggio precedente;
· Dispositivi LOG-MPV-AntiLOG per isolare un segnale utile sullo sfondo di interferenze da bersagli estesi in portata e azimut (in particolare, interferenze da formazioni meteorologiche);
· dispositivi di estrazione del segnale per ottenere informazioni sui contorni delle formazioni meteorologiche.
Quando si esegue la seconda funzione del sistema di elaborazione, vengono utilizzati i seguenti dispositivi:
· dispositivo di settorizzazione per la suddivisione dell'area di visione in celle e la distribuzione della memoria di sistema;
· mappatore di interferenza per generare una mappa di interferenza dinamica;
· analizzatori dei parametri dei segnali ricevuti, con l'aiuto dei quali viene effettuata l'analisi dell'attuale situazione di interferenza (analizzatori del livello del segnale nel percorso a frequenza intermedia, frequenza dei falsi allarmi, parametri dei segnali provenienti da formazioni meteorologiche, ecc.) ;
· dispositivi di memoria ad accesso casuale per memorizzare informazioni sulla situazione attuale delle interferenze;
· dispositivi di controllo per la generazione di segnali di controllo per modalità operative e parametri radar, che determinano:
· selezione dei coefficienti di ponderazione per FNC,
· selezione della modalità A o SDC,
· abilitare o disabilitare il dispositivo LOG-MPV-AntiLOG,
· regolazione della soglia di rilevamento durante la stabilizzazione del livello di falsi allarmi,
· altri parametri di elaborazione del segnale separatamente per ciascuna sezione o cella dell'area di visualizzazione.
Il dispositivo S (vedi Fig. 1.1) combina i segnali di due canali di frequenza del radar. Dall'uscita di questo dispositivo vengono trasmessi all'APOI due segnali combinati: il segnale A (o SDC) e il segnale Meteo. Nei radar che non contengono un proprio APOI, questi segnali vengono convertiti utilizzando convertitori digitale-analogico in forma analogica e trasmessi agli ingressi dell'APOI interfacciati con il radar, l'indicatore di controllo (CI) e la linea di comunicazione a banda larga SLS. Quest'ultimo garantisce la trasmissione delle informazioni radar in forma grezza, cioè bypassando l'APOI, all'apparecchiatura di visualizzazione di un sistema ATC manuale.
L'apparecchiatura primaria per l'elaborazione delle informazioni è solitamente un'apparecchiatura universale interfacciata con vari tipi di radar. Questa apparecchiatura esegue le operazioni di rilevamento dei segnali provenienti da bersagli aerei e di misurazione delle loro coordinate, nonché di combinazione delle informazioni del radar primario con le informazioni del radar secondario. Dall'uscita APOI, le informazioni radar vengono trasmesse digitalmente al centro di controllo del traffico aereo utilizzando apparecchiature di trasmissione dati ADF a banda stretta. Inoltre, le stesse informazioni vengono inviate all'indicatore di controllo CI del radar primario. Per sincronizzare APOI, CI e apparecchiature di visualizzazione collegate tramite ShLS, vengono utilizzati i segnali generati dal sistema di sincronizzazione CC, nonché il segnale dell'attuale direzione azimutale del fondo radar primario, proveniente dal sistema alimentatore-antenna. Negli APOI universali viene solitamente fornito un sincronizzatore autonomo, che consente l'elaborazione e l'emissione di segnali a un ritmo ottimale, indipendentemente dalle modalità temporali di funzionamento dei radar primario e secondario. A tale scopo, all'ingresso dell'APOI sono previsti dispositivi di memorizzazione buffer, controllati da impulsi di clock e segnali di informazione angolari dei radar citati. L'ulteriore elaborazione nell'APOI viene eseguita utilizzando segnali di controllo generati da un sincronizzatore APOI autonomo.
Una caratteristica importante del potenziale radar in esame è l'uso di un sistema di controllo automatico integrato (AVC), che fornisce il controllo della tolleranza del controllo analogico e di prova dei dispositivi e dei sistemi radar digitali.
Strutturalmente, il radar è costituito da unità di assemblaggio separate - moduli che, se assemblati in determinate combinazioni, possono produrre diverse opzioni radar che differiscono per portata, affidabilità e costi. Ciò consente un uso razionale delle apparecchiature radar, tenendo conto delle condizioni applicative specifiche.
Il percorso di trasmissione di qualsiasi radar è costituito da un dispositivo di trasmissione, un sistema di alimentazione e un'antenna. Il dispositivo di trasmissione radio è progettato per generare segnali sonori convertendo l'energia delle fonti di alimentazione nell'energia delle oscillazioni ad alta frequenza (HF) e controllando i parametri di queste oscillazioni. Per fare ciò, il dispositivo trasmittente comprende solitamente una fonte di alimentazione, un modulatore (dispositivo di controllo) e un generatore.
L'alimentatore fornisce energia sotto forma di corrente alternata o continua. Nel secondo caso, la fonte di alimentazione è realizzata sotto forma di un raddrizzatore ad alta tensione. Entrambi i tipi di sorgenti hanno trovato applicazione nei radar aviotrasportati.
Il modulatore controlla i parametri dell'inviluppo del segnale RF.
Il generatore produce un potente segnale RF, i cui parametri sono determinati dai segnali di controllo del modulatore.
Il primo gruppo è a radiazione continua (senza modulazione e con modulazione delle oscillazioni emesse in ampiezza, frequenza e fase). Tali dispositivi di trasmissione vengono utilizzati nei sistemi radar di bordo progettati per determinare la velocità al suolo e l'angolo di deriva di un aeromobile (in base alle variazioni di frequenza Doppler), trasmettere informazioni radar, ecc.
Il secondo gruppo è costituito da trasmettitori che funzionano in modalità di radiazione pulsata con una durata degli impulsi RF da frazioni di microsecondo a centinaia di millisecondi e un ciclo di lavoro da unità a centinaia di migliaia. Tali dispositivi di trasmissione possono utilizzare la modulazione di ampiezza, frequenza e fase delle oscillazioni RF sia all'interno di un singolo impulso che in una sequenza di impulsi. Inoltre è possibile utilizzare tipi specifici di modulazione (durata dell'impulso, codice dell'impulso, ecc.).
Schema a blocchi di un trasmettitore con generatore monostadio
L'articolo discute il principio di funzionamento e lo schema strutturale generale del radar di una nave. Il funzionamento delle stazioni radar (radar) si basa sull'utilizzo del fenomeno della riflessione delle onde radio da vari ostacoli situati sul percorso della loro propagazione, ad es. nel radar, il fenomeno dell'eco viene utilizzato per determinare la posizione degli oggetti. A tale scopo, il radar è dotato di un trasmettitore, un ricevitore, uno speciale dispositivo antenna-guida d'onda e un indicatore con schermo per l'osservazione visiva dei segnali di eco. Pertanto, il funzionamento di una stazione radar può essere rappresentato come segue: il trasmettitore radar genera oscillazioni ad alta frequenza di una certa forma, che vengono inviate nello spazio in un raggio stretto che ruota continuamente lungo l'orizzonte. Le vibrazioni riflesse da qualsiasi oggetto sotto forma di segnale eco vengono ricevute dal ricevitore e visualizzate sullo schermo indicatore, mentre è possibile determinare immediatamente sullo schermo la direzione (rilevamento) dell'oggetto e la sua distanza dalla nave.
Il rilevamento di un oggetto è determinato dalla direzione di uno stretto raggio radar che cade attualmente sull'oggetto e viene riflesso da esso.
La distanza dell'oggetto può essere ottenuta misurando brevi intervalli di tempo tra l'invio dell'impulso di sondaggio e il momento della ricezione dell'impulso riflesso, a condizione che gli impulsi radio si propaghino con una velocità c = 3 X 108 m/sec. I radar delle navi dispongono di indicatori a tutto tondo (PSI), sullo schermo dei quali si forma un'immagine dell'ambiente di navigazione che circonda la nave.
Sono ampiamente utilizzati i radar costieri installati nei porti, nei loro accessi e sui canali o su fairway complessi. Con il loro aiuto, è stato possibile portare le navi nel porto, controllare il movimento delle navi lungo il fairway, canalizzare in condizioni di scarsa visibilità, in conseguenza del quale i tempi di fermo delle navi sono significativamente ridotti. Queste stazioni in alcuni porti sono integrate con speciali apparecchiature di trasmissione televisiva, che trasmettono le immagini dallo schermo della stazione radar alle navi che si avvicinano al porto. Le immagini trasmesse vengono ricevute a bordo da un ricevitore televisivo convenzionale, il che facilita enormemente al navigatore il compito di entrare in porto in condizioni di scarsa visibilità.
I radar costieri (portuali) possono essere utilizzati anche dal dispatcher portuale per monitorare il movimento delle navi che si trovano nelle acque portuali o in avvicinamento ad esso.
Consideriamo il principio di funzionamento del radar di una nave con un indicatore di visibilità a tutto tondo. Usiamo uno schema a blocchi semplificato di un radar per spiegarne il funzionamento (Fig. 1).
L'impulso di attivazione generato dal generatore SI lancia (sincronizza) tutte le unità radar.
Quando gli impulsi di attivazione arrivano al trasmettitore, il modulatore (Mod) genera un impulso rettangolare della durata di diverse decine di microsecondi, che viene alimentato al generatore di magnetron (MG).
Il magnetron genera un impulso di sonda con potenza di 70-80 kW, lunghezza d'onda 1 = 3,2 cm, frequenza /s = 9400 MHz. L'impulso del magnetron viene fornito all'antenna tramite un interruttore dell'antenna (AS) attraverso una speciale guida d'onda e irradiato nello spazio in un raggio stretto e diretto. La larghezza del fascio nel piano orizzontale è di 1-2° e nel piano verticale di circa 20°. L'antenna, ruotando attorno ad un asse verticale ad una velocità di 12-30 giri al minuto, irradia tutto lo spazio circostante la nave.
I segnali riflessi vengono ricevuti dalla stessa antenna, quindi l'AP collega alternativamente l'antenna prima al trasmettitore e poi al ricevitore. L'impulso riflesso viene alimentato attraverso un interruttore d'antenna ad un mixer a cui è collegato un oscillatore klystron (KG). Quest'ultimo genera oscillazioni di bassa potenza con frequenza f Ã=946 0 MHz.
Nel mixer, come risultato dell'aggiunta delle oscillazioni, viene rilasciata una frequenza intermedia fPR=fГ-fС=60 MHz, che poi va ad un amplificatore a frequenza intermedia (IFA), che amplifica gli impulsi riflessi. Utilizzando un rilevatore situato all'uscita dell'amplificatore, gli impulsi amplificati vengono convertiti in impulsi video, che vengono inviati attraverso un mixer video (VS) a un amplificatore video. Qui vengono amplificati e inviati al catodo di un tubo a raggi catodici (CRT).
Un tubo a raggi catodici è un tubo a vuoto appositamente progettato (vedere Fig. 1).
È costituito da tre parti principali: un cannone elettronico con un dispositivo di focalizzazione, un sistema magnetico deflettore e un bulbo di vetro con uno schermo con proprietà di postluminescenza.
Il cannone elettronico 1-2 e il dispositivo di focalizzazione 4 formano un fascio di elettroni denso e ben focalizzato e il sistema di deflessione 5 serve a controllare questo fascio di elettroni.
Dopo aver attraversato il sistema di deflessione, il fascio di elettroni colpisce lo schermo 8, che è rivestito con una sostanza speciale che ha la capacità di brillare se bombardata da elettroni. Il lato interno della parte larga del tubo è rivestito con uno speciale strato conduttivo (grafite). Questo strato è l'anodo principale del tubo 7 e presenta un contatto al quale viene applicata un'elevata tensione positiva. L'anodo 3 è un elettrodo di accelerazione.
La luminosità del punto luminoso sullo schermo CRT viene regolata modificando la tensione negativa sull'elettrodo di controllo 2 utilizzando il potenziometro “Luminosità”. Nello stato normale il tubo è bloccato con tensione negativa sull'elettrodo di controllo 2.
L'immagine dell'ambiente circostante sullo schermo dell'indicatore di visione a tutto tondo si ottiene come segue.
Contemporaneamente all'inizio della radiazione da parte del trasmettitore di impulsi della sonda, viene avviato un generatore di spazzate, costituito da un multivibratore (MB) e un generatore di corrente a dente di sega (RCG), che genera impulsi a dente di sega. Questi impulsi vengono inviati al sistema di deflessione 5, che ha un meccanismo di rotazione collegato al sincronizzatore ricevente 6.
Contemporaneamente viene applicato un impulso rettangolare di tensione positiva all'elettrodo di comando 2 e lo sblocca. Con l'apparizione di una corrente crescente (a dente di sega) nel sistema di deflessione del CRT, il fascio di elettroni inizia a deviare dolcemente dal centro verso il bordo del tubo e sullo schermo appare un raggio di scansione luminoso. Il movimento radiale del raggio sullo schermo è molto debolmente visibile. Nel momento in cui arriva il segnale riflesso, il potenziale tra la griglia e il catodo di controllo aumenta, il tubo viene sbloccato e sullo schermo inizia a illuminarsi un punto corrispondente alla posizione attuale del raggio che esegue il movimento radiale. La distanza dal centro dello schermo al punto luminoso sarà proporzionale alla distanza dall'oggetto. Il sistema di deflessione ha un movimento rotatorio.
Il meccanismo di rotazione del sistema di deflessione è collegato mediante trasmissione sincrona al sensore sincrono dell'antenna 9, quindi la bobina di deflessione ruota attorno al collo del CRT in modo sincrono e in fase con l'antenna 12. Di conseguenza, appare un raggio di scansione rotante sullo schermo CRT.
Quando si ruota l'antenna, la linea di scansione ruota e nuove aree iniziano ad illuminarsi sullo schermo indicatore, corrispondenti agli impulsi riflessi da vari oggetti situati in direzioni diverse. Per una rotazione completa dell'antenna, l'intera superficie dello schermo CRT è ricoperta da numerose linee di scansione radiali, che si illuminano solo se sono presenti oggetti riflettenti sui cuscinetti corrispondenti. Pertanto, sullo schermo del tubo viene riprodotta un'immagine completa della situazione che circonda la nave.
Per la misurazione approssimativa delle distanze di vari oggetti, sullo schermo CRT vengono applicati anelli di scala (cerchi a distanza fissa) utilizzando l'illuminazione elettronica generata nell'unità PCD. Per misurare con maggiore precisione la distanza, il radar utilizza uno speciale dispositivo telemetro con il cosiddetto cerchio di portata mobile (MRC).
Per misurare la distanza da qualsiasi bersaglio sullo schermo CRT, è necessario ruotare l'impugnatura del telemetro, allineare il PCD con il contrassegno del bersaglio ed effettuare una lettura in miglia e decimi da un contatore collegato meccanicamente all'impugnatura del telemetro.
Oltre ai segnali eco e agli anelli di distanza, sullo schermo CRT è illuminato il segno di rotta 10 (vedere Fig. 1). Ciò si ottiene applicando un impulso positivo alla griglia di controllo CRT nel momento in cui la radiazione massima proveniente dall'antenna passa in una direzione coincidente con il piano centrale della nave.
L'immagine sullo schermo CRT può essere orientata rispetto al DP della nave (stabilizzazione della rotta) o rispetto al vero meridiano (stabilizzazione del nord). In quest'ultimo caso, il sistema di deflessione del tubo ha anche un collegamento sincrono con la girobussola.
6.1. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UN TRASMETTITORE DI IMPULSI
Il trasmettitore, che fa parte di un radar di navigazione a impulsi, è progettato per generare potenti impulsi a breve termine di oscillazioni elettriche ad altissima frequenza (microonde) con una frequenza rigorosamente definita, specificata da un circuito di sincronizzazione.
Il trasmettitore radar contiene un generatore di frequenza ultraelevata (UHF), un submodulatore, un modulatore e una fonte di alimentazione. Lo schema a blocchi del trasmettitore radar è mostrato in Fig. 6.1.
Submodulatore– genera impulsi di una certa durata e ampiezza.
Modulatore di impulsi – progettato per controllare le oscillazioni di un generatore di microonde. Il modulatore produce impulsi video ad alta tensione, che vengono alimentati all'ingresso di un magnetron, che genera impulsi radio a microonde di una determinata durata. Il principio di funzionamento dei modulatori di impulsi si basa sul lento accumulo di riserve di energia in uno speciale dispositivo di accumulo dell'energia nell'intervallo di tempo tra gli impulsi e sul successivo rapido rilascio di energia al carico del modulatore, vale a dire generatore di magnetron, in un tempo pari alla durata dell'impulso.
Come MSHF vengono utilizzati magnetroni e generatori di microonde a semiconduttore (diodi Gunn).
Lo schema a blocchi del modulatore di impulsi è mostrato in Fig. 6.2.
Quando il dispositivo di commutazione viene aperto, il dispositivo di accumulo viene caricato da una fonte di tensione costante attraverso un limitatore (resistore), che protegge la fonte di alimentazione dal sovraccarico. Quando il dispositivo è chiuso, il dispositivo di accumulo viene scaricato sul carico (magnetron) e ai suoi terminali anodo-catodo viene creato un impulso di tensione di una determinata durata e ampiezza.
Come dispositivo di memorizzazione può essere utilizzata una capacità sotto forma di condensatore o aperta all'estremità di una lunga linea (artificiale). Dispositivi di commutazione: tubo a vuoto (per radar rilasciati in precedenza), tiristore, induttanza non lineare.
Il più semplice è il circuito modulatore con un condensatore di accumulo. Il circuito di tale modulatore contiene come dispositivo di accumulo di energia: un condensatore di accumulo, come dispositivo di commutazione: una lampada di commutazione (modulatore o scarica), nonché un resistore di limitazione e un generatore di magnetron. Nello stato iniziale, la lampada a scarica è bloccata con tensione negativa sulla rete di controllo (il circuito è interrotto), il condensatore di accumulo è carico.
Quando un impulso di tensione rettangolare di polarità positiva con una durata di t E la lampada a scarica viene sbloccata (il circuito viene chiuso) e il condensatore di accumulo viene scaricato nel magnetron. Ai terminali anodo-catodo del magnetron viene creato un impulso di tensione modulante, sotto l'influenza del quale il magnetron genera impulsi di oscillazione a microonde.
La tensione sul magnetron sarà tanto lunga quanto c'è una tensione positiva sulla griglia di controllo della lampada a scarica. Di conseguenza, la durata degli impulsi radio dipende dalla durata degli impulsi di controllo.
Un modulatore di impulsi con condensatore di accumulo presenta uno svantaggio significativo. Poiché la carica del condensatore viene consumata durante la generazione di un impulso radio, la tensione su di esso diminuisce rapidamente e con essa la potenza delle oscillazioni ad alta frequenza. Di conseguenza, viene generato un impulso radio dai bordi netti con un decadimento delicato. È molto più vantaggioso lavorare con impulsi rettangolari, la cui potenza rimane approssimativamente costante per tutta la loro durata. Impulsi rettangolari verranno generati dal generatore descritto se il condensatore di accumulo viene sostituito da un lungo cavo artificiale aperto all'estremità libera. L'impedenza caratteristica della linea deve essere uguale alla resistenza dell'oscillatore RF dal lato dei terminali di potenza, cioè il rapporto tra la sua tensione anodica e la corrente anodica
6.2. MODULATORI LINEARI E MAGNETICI
In pratica, modulatori con accumulo di energia, chiamati modulatori lineari. Lo schema circuitale di tale modulatore (Fig. 6.3) comprende: diodo di carica V1, bobina dell'induttore di carica L1, linea cumulativa L.C., trasformatore di impulsi T, tiristore V2, circuito di carica C1,R1.
Quando il tiristore è bloccato, la linea viene caricata V1,L1 alla tensione E. Allo stesso tempo il condensatore viene caricato C1 attraverso un resistore R1.
Quando un impulso di trigger viene applicato al tiristore ( ZI) polarità positiva, il tiristore viene sbloccato, la corrente di scarica che lo attraversa riduce la resistenza del tiristore e la linea di accumulo viene scaricata nell'avvolgimento primario del trasformatore di impulsi. Un impulso di tensione modulante rimosso dall'avvolgimento secondario viene inviato al magnetron. La durata dell'impulso generato dipende dai parametri L.C. linee:
In pratica, i dispositivi di commutazione sotto forma di bobine di induttanza non lineare, chiamate modulatori di impulsi magnetici. La bobina di induttanza non lineare ha un nucleo costituito da uno speciale materiale ferromagnetico con perdite minime. È noto che se un tale nucleo è saturo, la sua permeabilità magnetica è bassa e la reattanza induttiva di tale bobina è minima. Al contrario, in uno stato insaturo, la permeabilità magnetica del nucleo è maggiore, aumenta l'induttanza della bobina e aumenta la reattanza induttiva.
Oltre agli elementi utilizzati nel circuito del modulatore lineare, il circuito del modulatore magnetico (Fig. 6.4) contiene una bobina di induttanza non lineare (induttanza) L1, condensatore di accumulo C1, trasformatore non lineare T1, condensatore di accumulo C2 e trasformatore di impulsi T2.
Quando il tiristore è spento, il condensatore viene caricato C1 dalla sorgente di tensione E e nucleo dell'acceleratore L1 magnetizzato fino a saturazione. Quando il tiristore è sbloccato, il condensatore C1 scaricato sull'avvolgimento primario del trasformatore T1. La tensione indotta nell'avvolgimento secondario carica il condensatore C2. Entro la fine della carica il nucleo T1è saturo e il condensatore C2 scaricato sull'avvolgimento primario del trasformatore di impulsi.
La durata dell'impulso modulante è determinata dal tempo di scarica del condensatore C2. In casi necessari, con durate degli impulsi superiori a 0,1 μs, in pratica al posto di un condensatore C2 includere la linea di formatura. Quindi la durata degli impulsi modulanti sarà determinata dai parametri di linea in modo simile al circuito di un modulatore lineare.
6.3. CASCATE DEL SUB-MODULATORE
Il funzionamento di una lampada a scarica (modulatore) in un circuito con un condensatore di accumulo è controllato da uno speciale circuito submodulatore, che include un amplificatore di impulsi di trigger; il primo oscillatore di blocco di attesa funzionante nel modo di divisione della frequenza di ripetizione degli impulsi; il secondo generatore di blocco, che genera impulsi di tensione di controllo di durata ed ampiezza fissa, che comandano il funzionamento della lampada a scarica. Questo circuito submodulatore garantisce che il trasmettitore funzioni con diverse velocità di ripetizione e diverse durate degli impulsi di rilevamento.
Il funzionamento dei modulatori lineari e magnetici, in cui i tiristori vengono utilizzati come elemento di controllo, è controllato da un oscillatore principale, che solitamente include un amplificatore di impulsi di trigger, un generatore di blocco di standby e un inseguitore di emettitore che abbina il circuito di ingresso del tiristore al circuito di blocco. uscita del generatore.
Riso. 6.5. Circuito submodulatore del radar oceanico
Nella fig. La Figura 6.5 mostra un diagramma schematico del submodulatore radar Ocean, che, nonostante la base dell'elemento obsoleta, è ancora in funzione.
Questo circuito ha quattro fasi:
Amplificatore trigger (metà sinistra della lampada L1 tipo 6N1P),
Oscillatore di blocco attesa (metà destra della lampada L1),
L2 tipo TGI1-35/3,
Stadio di uscita Thyratron L3 tipo TGI1-35/3.
A seconda della durata degli impulsi modulanti (0,1 o 1 μs), il tiratron funziona L2 o tiratron L3. Nel primo caso, l'addebito della linea di stoccaggio 1 avviene attraverso la resistenza di carica R1. Nel secondo caso, la linea cumulativa 2 caricato tramite resistenza R2.
Il carico degli stadi di uscita è costituito da resistori R3 E R4, collegato in parallelo al circuito catodico dei tiratroni L1 E L2. Quando le linee di accumulo vengono scaricate, su questi resistori viene creato un impulso di tensione di una determinata durata con un'ampiezza di 1250 V.
Un oscillatore di blocco viene utilizzato come stadio submodulatore del modulatore. Per ottenere una bassa resistenza di uscita, l'oscillatore di blocco ha un inseguitore catodico in uscita.
6.4. CARATTERISTICHE DEI GENERATORI DI MAGNETRON
Un magnetron è un dispositivo elettrovuoto a due elettrodi con controllo elettromagnetico. Nella gamma di lunghezze d'onda centimetriche vengono utilizzati magnetron multicavità. La struttura di un tale magnetron è mostrata in Fig. 6.6.
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Riso. 6.6. Progettazione del magnetrone Fig. 6.7. Magnetron impilati
La base del design del magnetron è il blocco anodico 1 sotto forma di un massiccio cilindro di rame, in cui attorno alla circonferenza sono ricavate un numero pari di scanalature, che rappresentano risonatori cilindrici 2.
Al centro del blocco si trova un catodo riscaldato da ossido cilindrico 10 , avente un diametro significativo per ottenere una corrente di emissione sufficiente. I risonatori comunicano con la cavità interna del magnetron, chiamata spazio di interazione, tramite scanalature rettangolari 9. Il catodo è fissato all'interno del magnetron mediante supporti 12 , che servono contemporaneamente come uscite di corrente 11. I supporti passano attraverso giunzioni di vetro in tubi cilindrici montati su una flangia. Gli ispessimenti sulla flangia agiscono come un induttore ad alta frequenza, impedendo all'energia ad alta frequenza di fuoriuscire attraverso i terminali del filamento. Su entrambi i lati del catodo sono presenti dischi di protezione 4 , impedendo la fuoriuscita di elettroni dallo spazio di interazione nelle regioni terminali del magnetron. Sul lato terminale del blocco anodico sono presenti fasci di conduttori 3 , collegando i segmenti del blocco anodico.
Per raffreddare il magnetron, sulla sua superficie esterna sono presenti delle alette, mosse da una ventola. Per facilitare il raffreddamento, la sicurezza della manutenzione e la facilità di rimozione dell'energia ad alta frequenza, il blocco dell'anodo è messo a terra e al catodo vengono applicati impulsi ad alta tensione di polarità negativa.
Il campo magnetico nel magnetron è creato da magneti permanenti realizzati con leghe speciali che creano un forte campo magnetico.
Il magnetron è collegato al carico esterno tramite un circuito di filo di rame 8 , che è saldato ad un'estremità alla parete di uno dei risonatori e l'altra è collegata al filo interno 7 breve linea coassiale passante per la giunzione del vetro 6 nella guida d'onda 5 . Le oscillazioni ad altissima frequenza nel magnetron sono eccitate da un flusso di elettroni controllato da campi elettrici e magnetici costanti diretti reciprocamente perpendicolari tra loro.
I radar con generatore di magnetron utilizzano magneti permanenti realizzati con leghe ad alta coercività. Esistono due modelli di sistemi magnetici: sistemi magnetici esterni e sistemi magnetici “stack”. Il sistema magnetico esterno è una struttura stazionaria, con un magnetron installato tra le espansioni polari.
Nei radar di navigazione navale si sono diffusi i magnetron impilati, in cui il sistema magnetico è parte integrante della progettazione del magnetron stesso. Per i magnetron impilati, le espansioni polari entrano dalle estremità nel magnetron (Fig. 6.7). Ciò riduce il traferro tra i poli e, di conseguenza, la resistenza del circuito magnetico, consentendo di ridurre le dimensioni e il peso del circuito magnetico. I circuiti dei generatori di magnetron sono mostrati in Fig. 6.8, a; 6.8, b.
Il circuito del generatore del magnetron comprende: un magnetron, un trasformatore di filamento e un sistema di raffreddamento per il blocco anodico del magnetron. Il circuito del generatore del magnetron contiene tre circuiti: microonde, anodo e filamento. Le correnti a microonde circolano nel sistema risonante del magnetron e nel carico esterno ad esso associato. La corrente anodica pulsata scorre dal terminale positivo del modulatore attraverso l'anodo, il catodo del magnetron, al terminale negativo. È definito dall'espressione
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Riso. 6.8. Circuiti generatori di magnetron
Dove Io un – valore medio della corrente anodica, A;
F io – frequenza sequenze di impulsi, imp/s;
τ Io – durata dell'impulso, s;
α – fattore di forma dell'impulso (per rettangolare impulsi è uguale a uno).
Il circuito di filamento è costituito dall'avvolgimento secondario del trasformatore di filamento Tr e filamenti di riscaldamento del catodo. Tipicamente, la tensione del filamento del magnetron è 6,3 V, ma poiché il catodo funziona in modalità di bombardamento elettronico potenziato, l'intera tensione di alimentazione del filamento riscaldante è necessaria solo per riscaldare il catodo prima di applicare l'alta tensione all'anodo del magnetron . Quando viene attivata l'alta tensione anodica, la tensione del filamento viene solitamente ridotta automaticamente a 4 V utilizzando un resistore R, collegato all'avvolgimento primario di un trasformatore di filamento. Nel circuito (Fig. 6.8a), un impulso di tensione modulante di polarità negativa dall'uscita del modulatore viene applicato al catodo del magnetron.
L'avvolgimento secondario del trasformatore di filamento rispetto all'alloggiamento del generatore è sotto alta tensione. Allo stesso modo, nel circuito (Fig. 6.8, b) un'estremità dell'avvolgimento secondario del trasformatore di impulsi ITr collegato all'alloggiamento e l'altra estremità al terminale dell'avvolgimento secondario del trasformatore a incandescenza. Pertanto, l'isolamento tra l'avvolgimento secondario del trasformatore di filamento e l'alloggiamento, nonché tra gli avvolgimenti, deve essere progettato per l'intera tensione anodica del magnetron. Per non provocare una notevole distorsione della forma degli impulsi modulanti, la capacità dell'avvolgimento secondario del trasformatore di filamento dovrebbe essere la più piccola possibile (non più di poche decine di picofarad).
6.5. DISPOSITIVO DI TRASMISSIONE radar "NAYADA-5"
Il trasmettitore radar Nayada-5 fa parte del dispositivo P-3 (ricetrasmettitore) ed è destinato a:
formazione e generazione di impulsi di sondaggio a microonde;
garantire il funzionamento sincrono e in fase nel tempo di tutti i blocchi e nodi dell'indicatore, del ricetrasmettitore e del dispositivo antenna.
Nella fig. La Figura 6.9 mostra uno schema a blocchi del dispositivo di trasmissione del ricetrasmettitore radar Nayada-5.
Il dispositivo di trasmissione comprende: unità ad altissima frequenza; modulatore del trasmettitore; filtro modulatore; generatore di impulsi di orologio; dispositivi raddrizzatori che forniscono alimentazione ai blocchi e ai circuiti del dispositivo P – 3.
Lo schema a blocchi del ricetrasmettitore radar Nayada-5 include:
Percorso di generazione del segnale di stabilizzazione, progettato per generare impulsi di sincronizzazione secondari che entrano nell'indicatore, nonché per essere lanciati attraverso l'unità di stabilizzazione automatica del controllo del modulatore del trasmettitore. Con l'aiuto di questi impulsi di sincronizzazione viene assicurata la sincronizzazione degli impulsi di tastatura con l'inizio della scansione sull'indicatore CRT.
Sondaggio del percorso di generazione degli impulsi, progettato per generare impulsi a microonde e trasmetterli lungo una guida d'onda a un dispositivo antenna. Ciò si verifica dopo che il modulatore di tensione genera la modulazione degli impulsi del generatore di microonde, nonché gli impulsi di controllo e sincronizzazione dei blocchi e dei nodi di accoppiamento.
Percorso di generazione del segnale video, progettato per convertire gli impulsi a microonde riflessi in impulsi a frequenza intermedia utilizzando un oscillatore locale e mixer, formando e amplificando un segnale video, che quindi entra nell'indicatore. Una comune guida d'onda viene utilizzata per trasmettere gli impulsi di sonda al dispositivo dell'antenna e gli impulsi riflessi al percorso di generazione del segnale video.
Percorso di configurazione del controllo e dell'alimentazione, progettato per generare tensioni di alimentazione per tutti i blocchi e circuiti del dispositivo, nonché per monitorare le prestazioni di alimentatori, blocchi funzionali e componenti della stazione, magnetron, oscillatore locale, spinterometro, ecc.
6.6. CARATTERISTICHE DI PROGETTAZIONE DEI TRASMETTITORI
Strutturalmente, i trasmettitori radar insieme al dispositivo ricevente possono essere posizionati in un dispositivo isolato separato, chiamato ricetrasmettitore, quindi nell'unità antenna.
Nella fig. La Figura 6.10 mostra l'aspetto dei ricetrasmettitori della moderna stazione radar automatizzata a uno e due canali “Ryad” (lunghezza d'onda di 3,2 e 10 cm), che si trova in un dispositivo separato. Le principali caratteristiche tecniche sono riportate nella Tabella 6.1.
I ricetrasmettitori della portata di 3 cm (P3220 R) con una potenza di impulso di 20 kW o più sono costruiti sulla base di magnetron con un catodo di campo non riscaldato. Questi magnetron hanno un tempo di funzionamento senza guasti in condizioni operative di oltre 10.000 ore, forniscono una disponibilità immediata per il funzionamento e semplificano notevolmente il trasmettitore.
Riso. 6.10. Ricetrasmettitori del radar automatizzato "Ryad"
L'ampia introduzione della microelettronica nei moderni radar di navigazione navale, principalmente dispositivi a microonde e microprocessori a stato solido, ha reso possibile, in combinazione con i moderni metodi di elaborazione del segnale, di ottenere dispositivi di trasmissione e ricezione compatti, affidabili, economici e facili da usare. . Per eliminare l'uso di ingombranti dispositivi a guida d'onda ed eliminare le perdite di potenza durante la trasmissione e la ricezione di segnali riflessi nelle guide d'onda, il trasmettitore e il ricevitore sono strutturalmente posizionati nell'unità antenna sotto forma di un modulo separato, a volte chiamato scanner(vedi Fig. 7.23). Ciò garantisce una rapida rimozione del modulo ricetrasmettitore, nonché la riparazione utilizzando il metodo di sostituzione aggregata. L'accensione e lo spegnimento di questi tipi di ricetrasmettitori vengono eseguiti in remoto.
Nella fig. La Figura 6.11 mostra il dispositivo di ricezione-trasmissione dell'antenna del radar costiero (BRLS) "Baltika-B", realizzato sotto forma di monoblocco. Il radar Baltika-B viene utilizzato come radar costiero nei sistemi di controllo del traffico navale (VTCS), nonché nelle acque portuali, nei canali di avvicinamento e nei fairway.
Antenna radar e ricetrasmettitore Baltika
standby caldo
Maggiori dettagli sui radar moderni sono descritti nel capitolo 11 del libro di testo.
