Радиолокационная Головка Самонаведения - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
Государственный комитет РФ по высшему образованию
БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
_____________________________________________________________
Кафедра радиоэлектронных устройств
РАДИОЛОКАЦИОННАЯ ГОЛОВКА САМОНАВЕДЕНИЯ
Санкт-Петербург
2002
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РЛГС.
2.1 Назначение
Радиолокационная головка самонаведения устанавливается на ракете класса
"земля-воздух" для обеспечения на конечном этапе полета ракеты
автоматического захвата цели, ее автосопровождения и выдачи сигналов
управления на автопилот (АП) и радиовзрыватель (РБ).
2.2 Технические характеристики
РЛГС характеризуется следующими основными тактико-техническими данными:
1. зона поиска по направлению:
- по азимуту ± 10°
- по углу места ± 9°
2. время обзора зоны поиска 1,8 - 2,0 сек.
3. время захвата цели по углу 1,5 сек (не более)
4. ма?мальные углы отклонения зоны поиска:
- по азимуту ± 50° (не менее)
- по углу места ± 25° (не менее)
5. ма?мальные углы отклонения равносигнальной зоны:
- по азимуту ± 60° (не менее)
- по углу места ± 35° (не менее)
6. дальность захвата цели типа самолета ИЛ-28 с выдачей сигналов управления
на (АП) при вероятности не ниже 0,5 -19 км, а при вероятности не ниже 0,95
-16 км.
7 зона поиска по дальности 10 - 25 км
8. рабочий диапазон частот f ± 2,5%
9. средняя мощность передатчика 68 Вт
10. длительность ВЧ-импульса 0,9 ± 0,1 мксек
11. период следования ВЧ-импульсов Т ± 5%
12. чувствительность приемных каналов - 98дб (не менее)
13.потребдяема мощность от источников питания:
- от сети 115 в 400 Гц 3200 Вт
- от сети 36 в 400 Гц 500 Вт
- от сети 27 600 Вт
14.вес станции – 245 кг.
3. ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ И ПОСТРОЕНИЯ РЛГС
3.1 Принцип действия РЛГС
РЛГС представляет собой радиолокационную станцию 3-х сантиметрового
диапазона, работающую в режиме импульсного излучения. При самом общем
рассмотрении РЛГС может быть разбита на две части: - собственно
радиолокационную часть и автоматическую часть, обеспечивающую захват цели,
ее автоматическое сопровождение по углу и дальности и выдачу сигналов
управления на автопилот и радиовзрыватель.
Радиолокационная часть станции работает обычным образом.
Высокочастотные электромагнитные колебания, генерируемые магнетроном в виде
очень коротких импульсов, излучаются с помощью остронаправленной антенны,
принимаются той же антенной, преобразуются и усиливаются в приемном
устройстве, проходят далее в автоматическую часть станции - систему
углового сопровождения цели и дальномерное устройство.
Автоматическая часть станции состоит из трех следующих функциональных
систем:
1. системы управления антенной, обеспечивающей управление антенной во
всех режимах работы РЛГС (в режиме "наведение', в режиме "поиск" и в
режиме "самонаведение", который в свою очередь, подразделяется на
режимы "захват" и "автосопровождение")
2. дальномерного устройства
3. вычислителя сигналов управления, подаваемых на автопилот и
радиовзрыватель ракеты.
Система управления антенной в режиме "автосопровождение" работает по
так называемому дифференциальному методу, в связи с чем в станции применена
специальная антенна, состоящая из сфероидального зеркала и 4-х излучателей,
вынесенных на некоторое расстояние перед зеркалом.
При работе РЛГС на излучение формируется одно-лепестковая диаграмма
направленности с ма?мумом совпадающим с осью антенной системы. Это
достигается за счет разной длины волноводов излучателей - имеется жесткий
сдвиг по фазе между колебаниями разных излучателей.
При работе на прием диаграммы направленности излучателей сдвинуты
относительно оптической оси зеркала и пересекаются на уровне 0,4.
Связь излучателей с приемопередающим устройством осуществляется через
волноводный тракт, в котором имеются два последовательно включенных
ферритовых коммутатора:
. коммутатор осей (ФКО), работающий с частотой 125 Гц.
. коммутатор приемников (ФКП), работающий с частотой 62,5 Гц.
Ферритовые коммутаторы осей переключают волноводный тракт таким
образом, что сначала подключают к передатчику все 4 излучателя, формируя
одно-лепестковую диаграмму направленности, а затем к двухканальному
приемнику, то излучатели, создающие две диаграммы направленности,
расположенные в вертикальной плоскости, то излучатели, создающие две
диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. С выходов приемников
сигналы попадают на схему вычитания, где в зависимости от положения цели
относительно равносигнального направления, образованного пересечением
диаграмм направленности данной пары излучателей, вырабатывается разностный
сигнал, амплитуда и полярность которого определяется положением цели в
пространстве (рис. 1.3).
[pic]
Синхронно с ферритовым коммутатором осей в РЛГС работает схема
выделения сигналов управления антенной, с помощью которой вырабатывается
сигнал управления антенной по азимуту и по углу места.
Коммутатор приемников переключает входы приемных каналов с частотой
62,5Гц. Коммутация приемных каналов связана с необходимостью усреднения их
характеристик, так как дифференциальный метод пеленгации цели требует
полной идентичности параметров обоих приемных каналов. Дальномерное
устройство РЛГС представляет собой систему с двумя электронными
интеграторами. С выхода первого интегратора снимается напряжение,
пропорциональное скорости сближения с целью, с выхода второго интегратора -
напряжение, пропорциональное дальности до цели. Дальномер осуществляет
захват ближайшей цели в диапазоне 10-25км с последующим ее
автосопровождением до дальности 300 метров. На дальности 500 метров с
дальномера выдается сигнал, служащий для взвода радио-взрывателя (РВ).
Вычислитель РЛГС является счетно-решающим устройством и служит для
Формирования сигналов управления, выдаваемых РЛГС на автопилот (АП) и РВ.
На АП подаётся сигнал, представляющий проекции вектора абсолютной угловой
скорости луча визирования цели на поперечные оси ракеты. Эти сигналы
используются для управления ракетой по курсу и тангажу. На РВ с вычислителя
поступает сигнал, представляющий проекцию вектора скорости сближения цели с
ракетой на полярное направление луча визирования цели.
Отличительными особенностями РЛГС по сравнению с другими аналогичными
ей по своим тактико-техническим данным станциями являются:
1. применение в РЛГС длиннофокусной антенны, характеризующейся тем, что
Формирование и отклонение луча осуществляется в ней с помощью
отклонения одного довольно легкого зеркала, угол отклонения которого
вдвое меньше угла отклонения луча. Кроме того, в такой антенне
отсутствуют вращающиеся высокочастотные переходы, что упрощает ее
конструкцию.
2. использование приемника с линейно-логарифмической амплитудной
характеристикой, что обеспечивает расширение динамического диапазона
канала до 80 дб и, тем самым, делает возможным пеленгацию источника
активной помехи.
3. построение системы углового сопровождения по дифференциальному
методу, обеспечивающему высокую помехозащищенность.
4. применение в станции оригинальной двухконтурной замкнутой схемы
компенсации рыскания, обеспечивающей высокую степень компенсации
колебаний ракеты относительно луча антенны.
5. конструктивное выполнение станции по так называемому контейнерному
принципу, характеризующемуся целым рядом преимуществ в отношении
снижения общего веса, использовании отведенного объема, уменьшении
межблочных связей, возможности применения централизованной системы
охлаждения и т.п.
3.2 Отдельные функциональные системы РЛГС
РЛГС может быть разбита на ряд отдельных функциональных систем, каждая
из которых решает вполне определенную частную задачу (или несколько более
или менее близких между собой частных задач) и каждая из которых в той или
иной мере оформлена в виде отдельной технологической и конструктивной
единицы. Таких Функциональных систем в РЛГС четыре:
3.2.1 Радиолокационная часть РЛГС
Радиолокационная часть РЛГС состоит из:
. передатчика.
. приемника.
. высоковольтного выпрямителя.
. высокочастотной части антенны.
Радиолокационная часть РЛГС предназначена:
. для генерирования высокочастотной электромагнитной энергии заданной
частоты (f±2,5%) и мощности 60 Вт, которая в виде коротких импульсов
(0,9 ± 0,1 мксек) излучается в пространство.
. для последующего приема отраженных от цели сигналов, их
преобразования в сигналы промежуточной частоты (Fпч=30 МГц),
усиления (по 2-м идентичным каналам), детектирования и выдачи на
другие системы РЛГС.
3.2.2. Синхронизатор
Синхронизатор состоит из:
. узла манипуляции приема и синхронизации (МПС-2).
. узла коммутации приемников (КП-2).
. узла управления ферритовыми коммутаторами (УФ-2).
. узла селекции и интегрирования (СИ).
. узла выделения сигнала ошибки (СО)
. ультразвуковой линии задержки (УЛЗ).
Назначением этой части РЛГС является:
. формирование импульсов синхронизации для запуска отдельных схем в
РЛГС и импульсов управления приемником, узлом СИ и дальномером (узел
МПС-2)
. формирование импульсов управления ферритовым коммутатором осей,
ферритовым коммутатором приемных каналов и опорного напряжения (узел
УФ-2)
. интегрирование и суммирование принятых сигналов, нормирование
напряжения для управления АРУ, преобразование видеоимпульсов цели и
АРУ в радиочастотные сигналы (10 МГц) для осуществления задержки их
в УЛЗ (узел СИ)
. выделение сигнала ошибки, необходимого для работы системы углового
сопровождения (узел СО).
3.2.3. Дальномер
Дальномер состоит из:
. узла временного модулятора (ЕМ).
. узла временного дискриминатора (ВД)
. двух интеграторов.
Назначением этой части РЛГС является:
. поиск, захват и сопровождение цели по дальности с выдачей сигналов
дальности до цели и скорости сближения с целью
. выдача сигнала Д-500 м
. выдача импульсов селекции для стробирования приемника
. выдача импульсов ограничения времени приема.
3.2.4. Система управления антенной (СУА)
Система управления антенной состоит из:
. узла поиска и гиростабилизации (ПГС).
. узла управления головкой антенны (УГА).
. узла автомата захвата ( A3 ).
. узла запоминания (ЗП).
. выходных узлов системы управления антенной (УС) (по каналу ? и
каналу ?).
. узла электрической пружины (ЗП).
Назначением этой части РЛГС является:
. управление антенной при взлете ракеты в режимах наведение, поиск и
подготовка к захвату (узлы ПГС, УГА, УС и ЗП)
. захват цели по углу и ее последующее автосопровождение (узлы A3, ЗП,
УС, и ЗП)
4. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИСТЕМЫ УГЛОВОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ ЦЕЛИ
В функциональной схеме системы углового сопровождения цели отраженные
импульсные сигналы высокой частоты, принятые двумя вертикальными или
горизонтальными излучателями антенны, через ферритовый коммутатор (ФКО) и
ферритовый коммутатор приемных каналов - (ФКП) поступают на входные фланцы
радиочастотного приемного блока. Для уменьшения отражений от детекторный
секций смесителей (СМ1 и СМ2) и от разрядников защиты приемника (РЗП-1 и
РЗП-2) в течение времени восстановления РЗП, ухудшающих развязку между
приемными каналами, перед разрядниками (РЭП) поставлены резонансные
ферритовые вентили (ФВ-1 и ФВ-2). Отраженные импульсы, поступившие на входы
радиочастотного приемного блока, через резонансные вентили (Ф A-1 и Ф В-2)
подаются на смесители (CM-1 и СМ-2) соответствующих каналов, где смешиваясь
с колебаниями клистронного генератора, преобразуются в импульсы
промежуточной частоты. С выходов смесителей 1-го и 2-го каналов импульсы
промежуточной частоты поступают на предварительные усилители промежуточной
частоты соответствующих каналов - (узел ПУПЧ). С выхода ПУПЧ усиленные
сигналы промежуточной частоты поступают на вход линейно-логарифмического
усилителя промежуточной частоты (узлы УПЧЛ). Линейно-логарифмические
усилители промежуточной частоты производят усиление, детектирование и
последующее усиление по видеочастоте поступивших с ПУПЧ импульсов
промежуточной частоты.
Каждый линейно-логарифмический усилитель состоит из следующих
функциональных элементов:
. Логарифмического усилителя, в состав которого входит УПЧ (6
каскадов)
. Транзисторов (ТР) для развязки усилителя от линии сложения
. Линии сложения сигналов (ЛС)
. Линейного детектора (ЛД), который в диапазоне входных сигналов
порядка 2-15дб дает линейную зависимость входных сигналов от
выходных
. Суммирующего каскада (?), в котором происходит сложение линейной и
логарифмической составляющей характеристики
. Видеоусилителя (ВУ)
Линейно-логарифмическая характеристика приемника необходима для
расширения динамического диапазона приемного тракта до 30 дб и устранения
перегрузок, обусловленных действием помех. Если рассматривать амплитудную
характеристику, то на начальном участке она линейна и сигнал пропорционален
входному, при возрастании входного сигнала приращение выходного сигнала
уменьшается.
Для получения логарифмической зависимости в УПЧЛ применен метод
последовательного детектирования. Первые шесть каскадов усилителя работают
как линейные усилители при малых уровнях входных сигналов и как детекторы -
при больших уровнях сигналов. Видеоимпульсы, образующиеся при
детектировании, с эмиттеров транзисторов УПЧ поступают на базы транзисторов
развязки, на общей коллекторной нагрузке которых происходит их сложение.
Для получения начального линейного участка характеристики, сигнал с
выхода УПЧ подается на линейный детектор (ЛД). Общая линейно-
логарифмическая зависимость получается в результате сложения
логарифмической и линейной амплитудной характеристики в каскаде сложения.
В связи с необходимостью иметь достаточно стабильный уровень шумов
приемных каналов. В каждом приемном канале применена система инерционной
автоматической регулировки усиления по шумам (АРУ). Для этой цели выходное
напряжение с узла УПЧЛ каждого канала поступает на узел ПРУ. Через
предварительный усилитель (ПРУ), ключ (КЛ) это напряжение поступает на
схему выработки ошибки (СВО), в которую вводится также опорное напряжение
"уровень шумов" с резисторов R4, R5, величина которых определяет, уровень
шумов на выходе приемника. Разница между напряжением шумов и напряжением
опоры является выходным сигналом видеоусилителя узла АРУ. После
соответствующего усиления и детектирования сигнал ошибки в виде постоянного
напряжения подается на последний каскад ПУПЧ. Для исключения работы узла
АРУ от различного рода сигналов, которые могут иметь место на входе
приемного тракта (АРУ должно работать только по шумам), введена коммутация
как системы АРУ, так и клистрона блока. Система АРУ нормально заперта и
открывается лишь на время строб-импульса АРУ, который расположен вне зоны
приема отраженных сигналов (через 250 мксек после импульса запуска ПРД).
Для того, чтобы исключить влияние различного рода внешних помех на уровень
шумов, генерация клистрона срывается на время работы АРУ, для чего строб-
импульс поступает также и на отражатель клистрона (через выходной каскад
системы АПЧ). (рис 2.4)[1]
Необходимо отметить, что срыв генерации клистрона во время работы АРУ
приводит к тому, что составляющая шумов, которая создается смесителем, не
учитывается системой АРУ, что приводит к некоторой нестабильности общего
уровня шумов приемных каналов.
На узлы ПУПЧ обоих каналов, которые являются единственными линейными
элементами приемного тракта (по промежуточной частоте) заводятся почти все
управляющие и коммутирующие напряжения:
. Регулирующие напряжения АРУ;
. Импульсы манипуляции - кратковременные отрицательные импульсы,
совпадающие с фронтом и спадом строб-импульса АРУ, предназначенные
для запирания приемника в моменты коммутации клистрона, так как это
вызывает появление паразитных сигналов на выходе приемников (рис.
3.4)
. Импульс супрессии (старт-импульс), предназначенный для подавления
зондирующего импульса в приемном тракте. Для лучшего подавления
зондирующего импульса старт-импульс заводится также на вход 1-го
каскада видеоусилителя в узле УПЧЛ в противофазе с приходящими
паразитными сигналами от зондирующих импульсов.
[pic]
В радиочастотном приемном блоке РЛГС находится также схема
автоматической подстройки частоты клистрона (АПЧ), в связи с тем, что в
системе подстройки применен клистрон с двойным управлением по частоте -
электронным (в небольшом диапазоне частот) и механическим (в большом
диапазоне частот) система АПЧ также подразделяется на электронную и
электромеханическую систему подстройки частоты. Напряжение с выхода
электронной АПЧ подается на отражатель клистрона и осуществляет электронную
подстройку частоты. Это же напряжение поступает на вход схемы
электромеханической подстройки частоты, где преобразуется в переменное
напряжение, и далее подается на обмотку управления двигателя, который
осуществляет механическую подстройку частоты клистрона. Для нахождения
правильной настройки гетеродина (клистрона), соответствующей разностной
частоте порядка 30 МГЦ, в АПЧ предусмотрена схема электромеханического
поиска и захвата. Поиск происходит во всем диапазоне перестройки частоты
клистрона при отсутствии сигнала на входе АПЧ. Система АПЧ работает лишь во
время излучения зондирующего импульса. Для этого питание 1-гo каскада узла
АПЧ осуществляется продифференцированным старт-импульсом.
С выходов УПЧЛ видеоимпульсы цели поступают в синхронизатор на схему
суммирования (СХ "+") в узле СИ и на схему вычитания (СХ "-") в узле СО.
Импульсы цели с выходов УПЧЛ 1-го и 2-го каналов, промодулированные
частотой 123 Гц (с этой частотой осуществляется коммутация осей), через
эмиттерные повторители ЗП1 и ЗП2 попадают на схему вычитания ( СХ "-"). С
выхода схемы вычитания разностный сигнал, полученный в результате вычитания
сигналов 1-го канала из сигналов 2-го канала приемника, попадает на
ключевые детекторы (КД-1, КД-2), где осуществляется его селективное
детектирование и разделение сигнала ошибки по осям "?" и "?". Разрешающие
импульсы, необходимые для работы ключевых детекторов, формируются в
специальных схемах в этом же узле. На одну из схем формирования разрешающих
импульсов (СФРИ) поступают импульсы интегрированной цели из узла "СИ"
синхронизатора и опорное напряжение 125– (I) Гц, на другую - импульсы
интегрированной цели и опорное напряжения 125 Гц – (II) в противофазе.
Разрешающие импульсы формируются из импульсов интегрированной цели в момент
положительного полупериода опорного напряжения.
Опорные напряжения 125 Гц –(I), 125 Гц – (II), сдвинутые относительно
друг друга на 180, необходимые для работы схем формирования разрешающих
импульсов (СФРИ) в узле СО синхронизатора, а также опорное напряжение по
каналу "?" вырабатывается путем последовательного деления на 2 частоты
повторения станции в узле КП-2 (коммутация приемников) синхронизатора.
Деление частоты производится с помощью делителей частоты, представляющих
собой RS-триггеры. Схема формирования импульса запуска делителей частоты
(О?З) запускается задним фронтом продифференцированного отрицательного
импульса ограничения времени приема (Т= 250 мксек), который поступает с
дальномера. Со схемы выдачи напряжения 125 Гц - (I), и 125 Гц – (II) (СВ)
снимается импульс синхронизации с частотой 125 Гц , поступающий на делитель
частоты в узле УФ-2 (ДЧ).Кроме этого напряжение 125 Гц поступает на схему
формирования сдвига на 90 относительно опорного напряжения. Схема
формирования опорного напряжения по каналу (TOH ?) собрана на триггере.
Импульс синхронизации 125 Гц подается на схему делителя в узле УФ-2, с
выхода этого делителя (ДЧ) снимается опорное напряжение "?" с частотой 62,5
Гц, подаваемое в узел УС и также в узел КП-2 для Формирования сдвинутого на
90 градусов опорного напряжения.
В узле УФ-2 также формируются импульсы тока коммутации осей с частотой
125 Гц и импульсы тока коммутации приемников с частотой 62,5 Гц, (рис.
4.4).
Разрешающий импульс открывает транзисторы ключевого детектора и
конденсатор, являющийся нагрузкой ключевого детектора, заряжается до
напряжения, равного амплитуде результирующего импульса, приходящего со
схемы вычитания. В зависимости от полярности приходящего импульса заряд
будет носить положительный или отрицательный знак. Амплитуда результирующих
импульсов пропорциональна углу рассогласования между направлением на цель и
направлением равносигнальной зоны, поэтому напряжение до которого заряжен
конденсатор ключевого детектора, является напряжением сигнала ошибки.
[pic]
С ключевых детекторов сигнал ошибки с частотой 62,5 Гц и амплитудой,
пропорциональной углу рассогласования между направлением на цель и
направлением равносигнальной зоны, поступают через ЗП (ЗПЗ и ЗПЧ) и
видеоусилители (ВУ-3 и ВУ-4) на узлы УС-? и УС-? системы управления
антенной (рис. 6.4).
[pic]
Импульсы цели и шумы УПЧЛ 1-го и 2-го каналов подаются также на схему
сложения СХ+ в узла (СИ) синхронизатора, в котором осуществляется временная
селекция и интегрирование. Временная селекция импульсов по частоте
повторения используется для борьбы с несинхронными импульсными помехами.
Защита РЛС от несинхронных импульсных помех может быть осуществлена путем
подачи на схему совпадения не задержанных отраженных сигналов и тех же
сигналов, но задержанных на время, точно равное периоду повторения
излучаемых импульсов. При этом через схему совпадения пройдут лишь те
сигналы период следования которых точно равен периоду следования излучаемых
импульсов.
С выхода схемы сложения импульс цели и шумы через фазоинвертор (?1) и
эмиттерный повторитель (ЗП1) поступают на каскад совпадения. Схема
суммирования и каскад совпадения являются элементами замкнутой системы
интегрирования с положительной обратной связью. Схема интегрирования и
селектор работают следующим образом. На вход схемы (?) поступают импульсы
суммированной цели с шумами и импульсы интегрированной цели. Их сумма
поступает на модулятор и генератор (МиГ) и на УЛЗ. В данном селекторе
используется ультразвуковая линия задержки. Она состоит из звукопровода с
электромеханическими преобразователями энергии (пластины кварца). УЛЗ могут
использоваться для задержки как ВЧ импульсов (до 15 МГц), так и
видеоимпульсов. Но при задержке видеоимпульсов происходит значительное
искажение формы сигнала. Поэтому в схеме селектора сигналы, подлежащие
задержке, вначале преобразуются с помощью специального генератора и
модулятора в ВЧ импульсы с частотой заполнения 10 МГц. С выхода УЛЗ
задержанный на период повторения РЛС импульс цели поступает на УПЧ-10, с
вывода УПЧ-10 задержанный и продетектированный на детекторе(Д) сигнал через
ключ (КЛ) (УПЧ-10) подается на каскад совпадения (КС), на этот же каскад
подается суммированный импульс цели.
На выходе каскада совпадения получается сигнал, пропорциональный
произведению выгодных напряжений, поэтому импульсы цели, синхронно
поступающие на оба входа КС, легко проходят каскад совпадения, а шумы и
несинхронные помехи сильно подавляются. С выхода (КС) импульсы цели через
фазоинвертор (?-2) и (ЗП-2) снова поступают на схему (?), замыкая тем самым
кольцо обратной связи, кроме тoгo, интегрированные импульсы цели поступают
в узел СО, на схемы формирования разрешающих импульсов ключевых, детекторов
(ОФРИ 1) и (ОФРИ 2).
Интегрированные импульсы с выхода ключа (КЛ) помимо каскада совпадения
поступают на схему защиты от несинхронной импульсной помехи (СЗ), на второе
плечо которой поступают импульсы суммированной цели и шумы с (3П 1). Схема
защиты от несинхронной помехи представляет собой схему совпадения
|
