Радиолакационные системы летательных аппаратов

БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. УСТИНОВА

 

 

Кафедра И6

«Оптогеоиформатика»

 

 

 

реферат

 

на тему: «Радиолакационные системы летательных аппаратов»

 

 

 

 

Выполнила:

студентка группы И692

Соболева А. Г.

Преподаватель:

Лентовский В.В.

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2013

Содержание.

Введение. 2

Характеристики  отечественных БРЛС 4

Бортовая  РЛС "Копье" 8

Структурная схема БРЛС "Копье-21И" 12

Источники: 17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Радиолокация  – область радиотехники, обеспечивающая радиолокационное наблюдение различных объектов, то есть их обнаружение, измерение координат и параметров движения, а также выявление некоторых структурных или физических свойств путем использования отраженных или переизлученных объектами радиоволн либо их собственного радиоизлучения. Информация, получаемая в процессе радиолокационного наблюдения, называется радиолокационной. Радиотехнические устройства радиолокационного наблюдения называются радиолокационными станциями (РЛС) или радиолокаторами. Сами же объекты радиолокационного наблюдения именуются радиолокационными целями или просто целями. При использовании отраженных радиоволн радиолокационными целями являются любые неоднородности электрических параметров среды (диэлектрической и магнитной проницаемостей, проводимости), в которой распространяется первичная волна. Сюда относятся летательные аппараты (самолеты, вертолеты, метеорологические зонды и др.), гидрометеоры (дождь, снег, град, облака и т. д.), речные и морские суда, наземные объекты (строения, автомобили, самолеты в аэропортах и др.), всевозможные военные объекты и т. п. Особым видом радиолокационных целей являются астрономические объекты. Передатчик РЛС вырабатывает высокочастотные колебания, которые модулируются по амплитуде, частоте или фазе иногда весьма сложным образом. Эти колебания подаются в антенное устройство и образуют зондирующий сигнал. Наибольшее применение находит зондирующий сигнал в виде последовательности равноотстоящих по времени коротких радиоимпульсов. Наряду с простыми радиоимпульсами может применяться внутриимпульсная частотная модуляция и фазовая манипуляция. Другим видом зондирующего сигнала является непрерывный. Здесь наряду с незатухающими гармоническими колебаниями могут использоваться частотно-модулированные и др. Излучаемые колебания нельзя считать радиолокационным сигналом, так как они никакой информации о цели не несут. После того, как электромагнитная волна, падающая на цель, вызывает в ее теле вынужденные колебания электрических зарядов, цель, подобно обычной антенне создает свое электромагнитное поле. Это поле в дальней зоне представляет собой вторичную, то есть отраженную волну, создающую в РЛС радиолокационный сигнал, который является носителем информации о цели. Так амплитуда сигнала в определенной степени характеризует размеры и отражающие свойства цели, время запаздывания относительно начала излучения зондирующего сигнала используется для измерения дальности, а частота колебаний благодаря эффекту Доплера несет информацию о радиальной скорости цели. Поляризационные параметры отраженной волны могут также быть использованы для оценки свойств цели. Наконец, направление п прихода отраженной волны содержит информацию об угловых координатах цели. Приемник РЛС необходим для оптимального выделения полезного сигнала из помех (так называемая первичная обработка сигнала). Оконечное (выходное) устройство служит для представления радиолокационной информации в нужной потребителю форме. Если потребителем является человек-оператор, то используется визуальная индикация. Для потребителя в виде вычислительного устройства непрерывного действия оконечным является устройство автоматического сопровождения цели по измеряемому параметру (дальность, угловые координаты, скорость), и полезная информация выдается в виде напряжений или токов, функционально связанных с этими параметрами. Если же оконечным устройством является ЭВМ, то радиолокационная информация преобразовывается в двоичный код. При этом в ЭВМ происходит дальнейшая, так называемая вторичная обработка сигнала.

Вооружение современного самолёта представляет собой тесно  связанный комплекс различных систем, которые можно условно разделить  на Систему Управления Вооружением (СУВ), и непосредственно подвесное  и встроенное вооружение. Основой СУВ в первую очередь является Бортовая Радиолокационная Станция (БРЛС). Проведём краткий обзор истории развития РЛС воздушного базирования.

1. Первое поколение БРЛС, появившееся во время Второй  Мировой войны позволяло только приблизительно оценить дальность до цели и направление правее/левее и выше/ниже и только на малой дальности. Антенны были выполнены в виде массивов штыревых неподвижных антенн, отдельно приёмников и излучателей. РЛС позволяла только вывести перехватчик в район цели, далее обнаружение и сама атака выполнялись визуально.

В конце войны появились  параболические антенны, что дало возможность  точнее оценивать расстояние и направление  до цели. Первая отечественная БРЛС "Изумруд" устанавливалась на истребители МиГ-15 и МиГ-17. РЛС  работала в импульсном режиме, и  могла обнаруживать и сопровождать цели, летящие выше истребителя. Обнаружение  и сопровождение осуществлялось двумя переключаемыми антеннами. Её дальнейшее развитие - "Изумруд-2" имела уже одну антенну, вдвое  большего диаметра, за счёт чего возросла дальность обнаружения целей (цель типа В-29 "Изумруд" обнаруживала на дистанции до 15км, "Изумруд-2" до 25-30км).

Для перехватчиков Як-25 была создана БРЛС "Сокол", и её модификация "Орёл" для Су-11, Як-28 и Су-15. За счёт большего диаметра зеркала и  большей мощности передатчика дальность  обнаружения цели типа В-29 возросла до 40 км.

2. Второе поколение БРЛС  использовало уже полупроводники  и микроминиатюрные лампы, но  принципиально от первого поколения  не отличались. К ним относятся  БРЛС "Алмаз" самолётов Су-9, "Сапфир-21" истребителей МиГ-21, "Смерч" перехватчиков Ту-128 и "Смерч-А" для МиГ-25. Основное  отличие - снижение массо-габаритных характеристик и улучшение сопряжения с комплексами бортового вооружения, в первую очередь - с ракетами В-В с полуактивными ГСН.

3. Третье поколение преследовало  цель обнаружения самолётов на  фоне земли, т.е. летящих ниже  носителя. Для выделения сигнала  цели на фоне отраженных от  земли применён метод селекции  движущихся целей с внешней  когерентностью. Опорный сигнал  создавался за счёт отражения  зондирующих импульсов от протяженных  объектов на земле. После захвата  цели БРЛС переходит в режим  непрерывного излучения для подсветки цели при атаке ракетами с Доплеровскими полуактивными ГСН.

Первой БРЛС стала "Сапфир-23" для истребителей-перехватчиков  МиГ-23 и её модификация "Сапфир-25" соответственно для МиГ-25.

4. К четвёртому поколению  относят импульсно-доплеровские  БРЛС с режимом квазинепрерывного излучения (КНИ). Данный режим, используя высокую частоту повторения зондирующих импульсов (причём каждая пачка импульсов состоит из пактов разных частот) детектирует движущиеся цели на фоне земли гораздо лучше. Но при этом значительно возрастает нагрузка на вычислительную подсистему БРЛС, первой БРЛС с полностью цифровой архитектурой стала APG-63 истребителя F-15. У нас работы по созданию БРЛС начались с создания РЛС для истребителей МиГ-31 и Су-27. При создании БРЛС "Заслон" впервые применена ФАР (комплекс принят на вооружение в 1981 году). При создании БРЛС для Су-27 ставилась задача превзойти APG-63, и для этого применили оригинальную антенну с электронным сканирование луча по углу места и механическим сканированием по азимуту со стабилизацией по крену. Идея была в том, что плоскость электронного сканирования антенны можно было совместить с двумя целями и добиться одновременного обстрела обеих ракетами Р-27 с полуактивной ГСН. К сожалению, созданный комплекс оказался неработоспособен в воздухе. Наряду с необходимостью коренной переработки и самого Су-27, начались работы по созданию БРЛС одноканального наведения на базе создаваемой в то же время БРЛС Н-019, истребителя МиГ-29. Главным отличием стала антенна большего диаметра и соответственно доработанный её силовой привод и узлы крепления. При этом возник неприятный момент - РЛС не видит цели расположенные ниже 3 градусов от плоскости горизонта, в момент смены полусферы наблюдения (т.е. расположенные перпендикулярно вектору наблюдения). Для этого было введено инерциальное сопровождение таких целей. Увы, от двухканальности наведения пришлось отказаться, так как чисто механический привод не позволял добиться требуемой скорости переброски диаграммы направленности. В 1985 году комплекс был принят на вооружение. В 1983 году также завершились испытания истребителя МиГ-29, БРЛС которого отличалась большой степенью унификации с БРЛС Су-27.

На данный момент созданы  БРЛС "Оса" для оснащения лёгких самолётов (МиГ-2УБТ, в перспективе  модернизация МиГ-21) и "Сокол" для  оснащения тяжелых истребителей Су-37, Су-30МК и Су-35. Обе они оснащены ФАР и способны атаковать от 4 до 6 целей.

Характеристики отечественных БРЛС.

 

Характеристики отечественных БРЛС приведены в таблице 1. 
 

 

 

Наименование	Н-007    (РП-31)    Заслон		Н-001	Н-019	Копье-21И	Москит-23	Н-019М Топаз	Оса	Н-010    Жук	Н-010М    Жук-27    (Жук-М)	Сокол	Н-011М Барс
Радиолокационный прицельный комплекс	СУВ    "Заслон"		СУВ    С-27	СУВ    С-29	СУВ "Копье"	СУВ "Москит"	СУВ    С-29М4	РЛПК    "Оса"	СУВ    С-29С	С-27К    (С-29УМ)	СУВ "Сокол"	СУВ "Барс"
Истребитель	МиГ-31		Су-27	МиГ-29	МиГ-21-93	МиГ-23-98	МиГ-29СМТ-1	МиГ-29УБТ, МиГ-21	МиГ-29С	Су-33,    Су-27КУБ (МиГ-29СМТ-2)	Су-З0МК, Су-37	Су-З0МКИ, Су-30 МКМ
Тип антенны	ФАР		Кассегрена		ЩАР	ЩАР	ЩАР	ФАР	ЩАР	ЩАР	ФАР	ФАР
Дальность обнаружения целей, км.	ППС	180...200	100	70	57	90	90	85	70...80	110…130	170…180	150…200
	ЗПС	60…80	40	40	25…30	40	40	40	35…50	40…65	60…80	60…80
	sц , м2	19	3	3	5	5	5	5	3	5	5	5
Зона сопро-вождения, град.	Азимут	±70	±60	±60	±40	+ 60	±70	+ 60	±85	+ 85...90	±70	±70
	Угол места	–60…+70	±60	–45 …+60	±40	±60	–40…+50	±60	–40…+55	–40… …+55(60)	±70	±40
Количество сопровождаемых целей	10		10	10	8	10	10	8	10	10…20	24…30	15
Число одновременно атакуемых целей	4		1	1	2	2…4	2	4	2	2…4	6…8	4
Средняя мощность    передатчика, Вт	2500		1000	1000	1000	>1000		700	1200	1200…1500	2000	1200
Потребляемая    мощность, кВт	31				8,5	8,5		3,6	8,5	12	12
Масса, кг					100…160	100	380	120	250	220…260	245
Надежность, ч / отк.	55		100		120	150		400…550	120	120…200	200	200

 

 

Рис.1. Характеристики отечественных БРЛС

 

 

 

 

В 1989 г. начались работы над  новой модификацией самолета - МиГ-21И. Только за счет оснащения МиГ-21 современным  радиоэлектронным оборудованием, удалось  достичь многократного повышения  боевой эффективности по сравнению  с последней модификацией МиГ-21БИС. МиГ-21И оснастили многофункциональной когерентной импульсно-доплеровской БРЛС “КОПЬЕ”, превосходящей по основным характеристикам американскую РЛС AN/APG-68, устанавливаемую на истребителях F-16C.

Рис.2. МиГ-21И

Бортовая РЛС "Копье".

 

Предназначена для вновь разрабатываемых и модернизируемых легких истребителей типа МиГ-21-93. Обеспечивает управление бортовым вооружением, включающим все его виды: пушки, неуправляемые ракеты, современные управляемые ракеты с тепловыми и радиолокационными головками самонаведения, в том числе активными, корректируемые бомбы. “Копье”- когерентная, многофункциональная, многорежимная бортовая радиолокационная станция (БРЛС), обнаруживает и захватывает воздушные цели в свободном пространстве и на фоне земли в условиях облачности на встречных и догонных курсах. Использование БРЛС “Копье” превращает самолет МиГ- 21 в современный, многофункциональный истребитель бомбардировщик четвертого поколения.

БРЛС “Копье” обеспечивает в режиме “воздух- воздух”: обнаружение  цели с определением дальности; сопровождение  одиночной цели и нескольких целей  с сохранением обзора пространства; выбор наиболее опасной цели и  атаку нескольких целей; ближний  маневренный бой. В режиме “воздух-поверхность”: картографирование поверхности реальным лучом антенны; замораживание карты; обнаружение движущихся наземных целей; измерение дальности до наземных целей.

Основные характеристики:

1. Диапазон частот Х
2. Антенна: тип щелевая решетка диаметр, мм 500
3. Дальность обнаружения целей, навстречу/вдогон, км:

• в режиме «воздух - воздух» 57/30

• на фоне земли 57/25

4. Количество одновременно сопровождаемых/обстреливаемых целей 10/2

5. Вероятность определения отказа системой встроенного контроля (непрерывный по вызову, сквозной в полете и на земле), проц. 95
6. Наработка на отказ, ч 200
7. Боевые возможности МиГ-21-93:

Используемое оружие:

• ракеты с ТГС Р60МК, Р-73Э
• ракеты «воздух - корабль» Х-31А
• ракеты с РГС для встречного боя на больших дальностях РВВ-АЕ, Р-27Р1(Т)
• управляемые бомбы МК82, МК83, КАБ-500Кр

На самолете МИГ-21И установлена  многофункциональная БРЛС "Копье", позволяющая обнаруживать и поражать воздушные цели всех типов круглосуточно  и в любых условиях, а также  наземные цели, в том числе вне  их визуальной видимости. При работе по земле, импульсно-доплеровская РЛС "Копье" обеспечивает всепогодность  и круглосуточность применения самолета и выдачу предварительного целеуказания. Так, движущаяся по лесной дороге колонна танков обнаруживается на дальности свыше 20 км, железнодорожный мост - 100 км.

 

БРЛС "Копье" обеспечивает применение:

- УР класса "воздух - воздух" средней дальности - РВВ-АЕ, Р-27;

- УР класса "воздух - воздух" малой дальности - Р-60 (Р-60М), Р-73;

- УР класса "воздух-РЛС" - Х-25МП;

- корректируемых авиабомб - КАБ-500КР и др.

 

В режиме «Навигация» РЛС  обеспечивает: определение и выдачу значений крена, тангажа, магнитного и истинного курсов, составляющих относительной и абсолютной линейных скоростей, географических координат местонахождения и индикации координат наземных радиомаяков, промежуточных пунктов маршрута и аэродромов, вводимых с кнопочного обрамления на электронно-лучевом индикаторе (КО ЭЛИ).

 

Параметры антенны БРЛС «Копье-21»:

1. тип – щелевая антенная решетка  диаметр антенны - 500 мм
2. Встроенный компенсационный канал.
3. Зона сопровождения: по азимуту - ± 40 град., по наклону - ± 40 град.
4. Зоны обзора: ±10/ ±20/ ±40 град
5. Коэффициент усиления - 29 дБ
6. Коэффициент шума - 4 дБ
7. Диапазон частот - X (3 см)
8. Кол-во литерных частот – 16
9. Мощность передатчика: импульсная - 5 кВт, средняя - 1 кВт.

Характеристики в режиме «воздух-воздух»:

1. Дальность обнаружения целей с Sэпр = 5 кв.м:

• в свободном пространстве навстречу - 57 км

• в свободном пространстве в вдогон - 30 км
• на фоне земли навстречу - 57 км
• на фоне земли в вдогон - 20 км