Твердотельные РЛС

Казахский национальный технический университет 

имени К.И. Сатпаева

РЕФЕРАТ

На тему: ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ РЛС

 

Алматы 2012

 

Содержание.

1. Переносная твердотельная радиолокационная станция разведки наземных целей малой дальности действия (изделие 1Л277)……..3

2. Радиолокационная станция "Каста-2Е1"……………………………4

3. Твердотельные когерентно-импульсные РЛС для систем радиовидения…………………………………………………………..7

 

1. Переносная твердотельная радиолокационная станция разведки наземных целей малой дальности действия (изделие 1Л277)

 

                                       

В 2011 г. успешно завершены государственные  испытания радиолокационной станции разведки наземных целей малой дальности действия (изделие 1Л277).  
 
Станция предназначена для разведки движущихся целей (люди-техника) и неподвижных объектов в любое время суток и года; автоматизированной передачи данных о цели внешнему потребителю; корректировки стрельбы артиллерии по разрывам снарядов (мин).  
 
Отличительной особенностью изделия 1Л277 является применение фазированной антенной решетки, широкополосного импульсного ЛЧМ сигнала для обнаружения движущихся целей и разрывов снарядов (мин), а также ДЧМ сигнала для обнаружения неподвижных объектов (техники). Разработанная на основе твердотельных СВЧ-приборов РЛС имеет высокую надежность и небольшой вес. Цифровые методы обработки сигналов и электронное сканирование диаграммы направленности позволяют осуществлять точное сопровождение до 20 целей в заданном секторе разведки и обеспечивают автоматическое распознавание движущихся целей.

  РЛС 1Л277 на позиции 
2.Радиолокационная станция "Каста-2Е1"

 

 

Место оператора РЛС "Каста-2Е1"

Предназначена для контроля воздушного пространства, определения дальности и азимута воздушных объектов - самолетов, вертолетов, дистанционно пилотируемых летательных аппаратов и крылатых ракет, летящих на малых и предельно малых высотах, на фоне интенсивных отражений от подстилающей поверхности, местных предметов и гидрометеообразований.

Мобильная твердотельная  РЛС "Каста-2Е1" может быть использована в различных системах военного и  гражданского назначения - противовоздушной обороны, береговой обороны и  пограничного контроля, управления воздушным движением и контроля воздушного пространства в аэродромных зонах.

Отличительные особенности  станции:

- блочно-модульное построение;

- сопряжение с различными  потребителями информации и выдача  данных в аналоговом режиме;

- автоматическая система  контроля и диагностики;

- дополнительный антенно-мачтовый  комплект для установки антенны  на мачте с высотой подъема  до 50 м;

- твердотельное построение  РЛС;

- высокое качество  выходной информации при воздействии  импульсных и шумовых активных  помех;

- возможность защиты и сопряжения со средствами защиты от противорадио-локационных ракет;

- возможность определения  государственной принадлежности  обнаруженных целей.

РЛС включает аппаратную машину, антенную машину, электроагрегат на прицепе и выносное рабочее  место оператора, позволяющее управлять РЛС с защищенной позиции на удалении 300 м.

Антенна РЛС представляет собой систему, состоящую из расположенных  в два этажа двух зеркальных антенн с облучателями и компенсационных  антенн. Каждое зеркало антенны выполнено  из металлической сетки, имеет овальный контур (5,5 м х 2,0 м) и состоит из пяти секций. Это дает возможность укладывать зеркала при транспортировке. При использовании штатной опоры обеспечивается положение фазового центра антенной системы на высоте 7,0 м. Обзор в угломестной плоскости осуществляется формированием одного луча специальной формы, по азимуту - за счет равномерного кругового вращения со скоростью 6 или 12 об./мин.

Для генерации зондирующих  сигналов в РЛС применяется твердотельный  передатчик, выполненный на СВЧ транзисторах, позволяющий получить на его выходе сигнал мощностью около 1 кВт.

Приемные устройства осуществляют аналоговую обработку  сигналов от трех основных и вспомогательных  приемных каналов. Для усиления принятых сигналов используется твердотельный малошумящий СВЧ усилитель с коэффициентом передачи не менее 25 дБ при собственном уровне шума не более 2 дБ.

Управление режимами РЛС осуществляется с рабочего места  оператора (РМО). Радиолокационная информация отображается на координатно-знаковом индикаторе с диаметром экрана 35 см, а результаты контроля параметров РЛС - на таблично-знаковом индикаторе.

РЛС "Каста-2Е1" сохраняет  работоспособность в интервале  температур от -50 °С до +50 °С в условиях атмосферных осадков (иней, роса, туман, дождь, снег, гололед), ветровых нагрузок до 25 м/с и расположения РЛС на высоте до 2000 м над уровнем моря. РЛС может работать непрерывно в течение 20 суток.

Для обеспечения высокой  готовности РЛС имеется резервируемая  аппаратура. Кроме того, в комплект РЛС включены запасное имущество и принадлежности (ЗИП), рассчитанные на год эксплуатации РЛС.

Для обеспечения готовности РЛС в пределах всего срока  службы отдельно поставляется групповой  ЗИП (1 комплект на 3 РЛС).

Средний ресурс РЛС до капитального ремонта 1 15 тыс. часов; средний срок службы до капитального ремонта - 25 лет.

РЛС "Каста-2Е1" обладает высокой модернизационной способностью в части улучшения отдельных  тактико-технических характеристик (увеличение потенциала, уменьшение объема аппаратуры обработки, средств отображения, увеличение производительности, сокращение времени развертывания и свертывания, повышение надежности и др.). Возможна поставка РЛС в контейнерном варианте с использованием цветного дисплея. 

 

Основные характеристики:

Диапазон волн	дециметровый
Зона обзора:
по дальности, км	5-150
по азимуту, град.	360
по высоте, км	До 6
Дальность обнаружения  целей с ЭПР 2 м2, км:
при работе на штатную  антенну:
hц = 100 м	32
hц =1000 м	95
при работе с антенной на легкой перевозимой мачте высотой 5 м:
hц= 100 м	53
hц= 1000 м	105
Дальность обнаружения  целей с ЭПР 0,3 м2 , летящих на высоте 60 м, км:
при работе на штатную  антенну	24
при работе с антенной на легкой перевозимой мачте высотой 50 м	42
Период обзора пространства, с	5 и 10
Коэффициент подавления отражений от местных предметов, дБ	53
Точность измерения  координат:
по дальности, м	300
по азимуту, мин.	70
Наработка на отказ, ч	300
Время восстановления, мин.	30
Эксплуатационный расчет (одна смена), чел.	2
Количество транспортных единиц	2
Максимальная скорость движения, км/ч:
по шоссе	60
по грунтовой дороге	40
по бездорожью	30
Глубина преодоления  брода, м	1,2
Время развертывания (свертывания), мин.	20
Время включения, мин.	3

 

 

3. Твердотельные когерентно-импульсные РЛС для систем радиовидения.

Финишной операцией  радиолокационного наблюдения является распознавание цели. При этом информационные возможности распознавания определяются достижимыми разрешающими способностями  РЛС по пространственным координатам  и доплеровской частоте. При ограниченных физических размерах апертуры антенны высокую угловую разрешающую способность можно достичь только в КВЧ ММД. Совместное высокое разрешение по дальности и доплеровской частоте достигается путем применения зондирующих сигналов с "кнопочной" функцией неопределенности, формируемых по алго- ритмам внутриимпульсной, либо внутрипачечной модуляцией несущей частоты. Для получения радио- локационного "портрета" объекта сложной конструкции требуемые на практике линейные разрешающие способности составляют 0,15…0,5 м, по доплеровской частоте 100…1000 Гц. Последнее обстоятельство диктует необходимость использования коге- рентных методов формирования и приема широко- полосных зондирующих (DF = 0,3…1 ГГц) сигналов

Характеристики  РЛС должны быть устойчивы в усло- виях воздействия широкого спектра  климатических и механических эксплуатационных факторов

 В основу построения РЛС положены следующие принципы: - формирование когерентно-импульсного зондирующего сигнала с требуемыми свойствами функции неопределенности путем череспериодной перестройки несущей частоты по псевдослучайному закону; - когерентная весовая обработка пачки эхо- сигналов на основе алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ) в спектральной области; - формирования дальностных и доплеровских "портретов" объекта для распознавания; - моноимпульсная пеленгация объекта с фиксацией спектральных характеристик флуктуаций фазового фронта принимаемого поля для последующего использования в алгоритмах распознавания

Базовая структура  РЛС представлена на рис.1

Она включает: сканирующее  моноимпульсное антенно-фидерное устройство (АФУ), импульсное передающее устройство, двухканальное супергетеродинное приемное устройство, управляемый синтезатор когерентной сетки частот со сверхбыстрой перестройкой по заданному псевдосучайному закону, модуль управления и синхронизации, цифровой процессорный модуль формирования радиолокационных "портретов" объекта и признаков его классификации

 

В основу построения ключевого звена РЛС – твердотельного приемо-передающего устройства поло- жен принцип формирования взаимокогерентных  сигналов передатчика и гетеродина путем синхро- низации генераторов  на лавинно-пролетных диодах (ГЛПД) в передающем и гетеродинном трактах субгармоническими сигналами, формируемыми на основе единого высокостабильного кварцевого генератора [1,2]. Создание приемо-передающего устройства рассматриваемого класса потребовало решения ряда принципиальных задач, основными из которых являются: - создание импульсных кремниевых ГЛПД КВЧ ММД с уровнем выходной импульсной мощности 10…20 Вт и длительностями импульсов 50…200 нс; - создание высокоэффективных импульсных (для передающего тракта) и непрерывных (для гетеродиннного тракта) умножителей высокой кратности, обеспечивающих синхронизацию ГЛПД на 15 субгармонике; - удовлетворение противоречивых требований одновременного обеспечения высокой когерентности формируемых сигналов передатчика и гетеродина и широкой полосы синхронизации, необходимой для реализации дальностных "портретов" цели; - обеспечение стабильности спектрально-энергетических характеристик зондирующего сигнала в широком интервале температур окружающей среды с одновременном обеспечением эффективного теплоотвода в интегральной конструкции каскадов передающего и гетеродинного трактов

Достигнуты  следующие основные технические  характеристики приемо-передающего  устройства трех- миллиметрового диапазона: - выходная импульсная мощность передатчика  – до 20 Вт; - длительность зондирующего радиоимпульса – 50…200 нс; - скважность зондирующих им- пульсов – 100…350; - рабочая полоса частот (поло- са синхронизации передающего и гетеродинного трактов) – не менее 1,5 ГГц; - уровень межимпульсного просачивания мощности зонди- рующего сигнала на вход при- емного тракта – не более минус 120 дБ Вт; - чувствительность приемного тракта (в полосе 20 МГц) – не хуже минус 132 дБ Вт; - число переключаемых частот – до 256; - время переключения частоты – не более 2 мкс; - общий объем приемо- передающего устройства – до 5 дм3; - интервал температур окру- жающей среды – (минус 50.. …+50)оС

Сверхбыстрая  череспериодная перестройка час- тоты синхронизации передатчика fсинхр.п. и гете родина fсинхр..г. обеспечивается управляемым синтезатором частот, построенным по схеме прямого синтеза с использованием фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Высокую степень достигнутой взаимокогерентности зондирующего и гетеродинного сигналов иллюстрирует рис.2 на котором представлено фото "свернутого" на промежуточную частоту импульсного зондирующего сигнала

Линейчатый спектр с расстоянием  между пиками спектральной плотности, равным частоте повторения зондирующего сигнала, и шириной пика спектральной плотности не более 300 Гц обеспечивает близ- кую к оптимальной когерентную обработку эхо- сигналов в пределах пачки до 256 импульсов. При этом при использовании скачкообразной пере- стройки частоты зондирующего сигнала предусмотрена нормировка фазочастотной характеристики приемного тракта по "хвосту" просачивающей мощности на начальном участке радиолокационного так- та (до 100 нс)

При помощи созданной  РЛС была проведена серия экспериментальных  работ по измерению радиолокационных "портретов" различных объектов

Аттестация  РЛС по достижимой дальностной разрешающей способности была выполнена в крупно- габаритной безэховой камере [3]. При этом на рас- стоянии 50 м от раскрыва антенны РЛС четко было зафиксировано перемещение однокопеечной монеты на расстояние 5 см

В процессе проведения натурных экспериментов на дальности до 5 км измерялись и регистрировались следующие радиолокационные характеристики, связанные с особенностями конструкции наблюдаемых целей: - доплеровский "портрет"; - дальностный "портрет"; - дальностно-угловой "портрет"; - спектральный "портрет" угловых флюктуаций пеленгационного направления, взятой на авто- сопровождение цели

В качестве примеров на рис.3, 4, 5 представлены дальностный "портрет" наземного объекта  типа танк при продольном зондировании с разрешением 50 см, а также дальностно-угловые "портреты" этого же объекта в лобовой и боковой проекциях. Высокое угловое разрешение по азимуту обеспечивалось применением алгоритмов обращенного синтеза апертуры. В результате обработки результатов эксперимента определялись границы устойчивости вышеуказанных информативных признаков для после- дующего их использования при распознавании