Подобные системы еще называют системами вторичной радиолокации. Основное отличие ее от радиолокации с пассивным ответом следует из самого наименования: вместо пассивного ответа, образуемого при отражении радиоволны от цели, используется активный ответ, т. е. ответный сигнал, формируемый специальным бортовым ответчиком.
Радиолокация с активным ответом имеет следующие особенности:
– большая дальность действия по сравнению с пассивным ответом при весьма маломощном передатчике ответчика;
– позволяет получать дополнительную информацию (бортовой номер, высоту полета по бортовым приборам, остаток топлива и т. д.), что значительно расширяет возможности радиолокации при управлении воздушным движением;
– отсутствуют мешающие отражения от гидрометеоров и от местных предметов, в отличие от РЛС с СДЦ;
– при активном ответе сохраняется возможность слежения за целями, у которых Fд=0 (полет по кругу).
РЛС с активным ответом являются основным средством наблюдения за воздушной обстановкой в системах УВД и особенно в АС УВД, используются в системах предупреждения столкновения самолетов, для определения государственной принадлежности самолетов (система опознавания) и для повышения дальности обнаружения малоразмерных целей.
РЛС с активным ответом могут быть совмещенными, автономными и комбинированными РЛС. Совмещенная система наиболее проста. Она состоит из ответчика, установленного на самолете и обычной РЛС, выполняющей функции запросчика.
В качестве запросных сигналов используются зондирующие импульсы РЛС либо специальные кодовые импульсы (например, два зондирующих импульса, следующих друг за другом через определенный интервал времени), вырабатываемые передатчиком той же РЛС. Совмещение по частоте ответа, т. е. равенство несущих частот ответных импульсов и РЛС, в настоящее время не применяются из-за трудностей разделения ответных и отраженных сигналов и опасности ложных запросов данного ответчика другими (явление «зуммирования»).
Автономная система включает специальный запросчик, отличающийся от обычной импульсной РЛС лишь наличием шифратора (устройства кодирования) запроса и дешифратора ответа. Кодирование при запросе позволяет отсеять многие помехи и облегчает отбор нужной информации. В ответчике принятые сигналы запроса воздействуют на дешифратор запроса, который пропускает сигналы с нужным кодом. Последние через шифратор (куда вводятся также дополнительные данные) воздействуют на передатчик ответчика, вырабатывающий кодированный ответный сигнал, несущая частота которого отличается от частоты запросного сигнала. Антенна ответчика обычно ненаправленная, обеспечивающая возможность запроса с любого направления.
Для обеспечения нормальной работы дешифратор приемника ответчика запирается после приема запросного импульса («парализация») на время в несколько десятков микросекунд. Кроме того, принимаются меры по ограничению числа ответов ответчика, которое определяется его средней мощностью. При чрезмерном увеличении средней частоты ответов можно предусмотреть запирание приемника или уменьшение его усиления посредством специальной АРУ.
В комбинированных системах с активным ответом используется двухканальный запрос с помощью синхронно излучаемых запросного сигнала и зондирующего сигнала РЛС с пассивным ответом. Ответный сигнал ответчика создается только при одновременном действии этих двух сигналов. Достоинством таких систем является возможность сохранения высокой разрешающей способности РЛС с пассивным ответом без применения специальных остронаправленных антенн в запросчике.
Измерение координат цели в случае активного ответа в целом происходит так же, как и при пассивном ответе. Следует лишь обратить внимание на то, что ответчик дает большое постоянное запаздывание из-за дешифрирования запросных импульсов и при выработке кодирующих импульсов. Кроме того, есть постоянное запаздывание при анализе ответного сигнала в запросчике.
Конструктивно комбинированные системы строятся как на базе использования раздельных первичных и вторичных РЛС, так и объединения их в единые радиолокационные комплексы.
На рис. 15.1 изображена возможная структурная схема комбинированной системы с активным ответом, используемой в гражданской авиации.
Запрос осуществляется кодированными импульсами (два импульса, разделенные определенным интервалом) на частоте f1= 1030 МГц (международный код ICAO). В СССР используются также несущие частоты f2= 835; 837,5; 840 МГц. На одной из указанных частот f1 или f2 излучается и так называемый импульс подавления. После декодирования в дешифраторе ответчика с помощью шифратора вырабатывается кодированный ответ на несколько отличающейся частоте =1090 МГц (код ICAO) и соответственно (при использовании частоты f2) =740 МГц (допускаются частоты 730; 750 МГц). Возможен также запрос кодированными импульсами непосредственно от РЛС с пассивным ответом на частоте f2, а также от посадочной РЛС (частота f3= 8910 – 9570 МГц) или другой РЛС (частота f4).
Ответный сигнал, включающий координатные и информационные импульсы, позволяющие передать индивидуальный номер воздушного судна (ВС), высоту полета, запас топлива, вектор скорости, а также коды бедствия, потери радиосвязи, нападения на экипаж, поступает с выхода приемника запросчика («вторичной РЛС») для выполнения следующих операций:
– декодирования;
– подавления сигналов, для которых запрос послан по боковым лепесткам антенны запросчика;
– подавления несинхронных помех (вызванных другими запросчиками, отличающимися по частоте повторения импульсов);
– совмещения с сигналами от РЛС с пассивным ответом («первичной РЛС);
– формирования единого сигнала, несущего информацию о координатах цели.
Указанные операции обычно выполняются устройствами, входящими в состав АПОИ, где осуществляется первичная обработка информации РЛС.
| Приемник подавления |
| Приемник |
| Передатчик |
| Передатчик подавления |
| АПОИ |
| Шифратор |
| Устройство отображения информации |
| Запросчик |
| АП |
| РЛС с пассивным ответом |
| Приемник подавления |
| Приемник |
| Передатчик |
| Передатчик подавления |
| Бортовой ответчик |
| АП |
| Передатчик |
| Передатчик |
| Сигналы от датчиков высоты, топлива, … |
| Рис. 15.1. Комбинированная система радиолокации с активным ответом |
Рассмотрим дальность действия радиолокационной системы с активным ответом в свободном пространстве, полагая для простоты, что запрос и ответ происходят на одной частоте, а для передачи и приема используется одна и та ж антенна. Плотность потока мощности у ответчика ; где Рп – мощность передатчика запросчика; – коэффициент усиления антенны запросчика в направлении на ответчик.
На выходе приемника ответчика мощность сигнала равна:
.
Отсюда дальность действия запросчика в свободном пространстве:
,
где – чувствительность приемника ответчика.
Если сигнал на входе приемника ответчика превышает некоторый пороговый уровень, т. е. , то ответчик вырабатывает ответный сигнал, мощность которого уже не зависит от запускающего сигнала запросчика и равна на входе антенны ответчика некоторой постоянной величине Рп0. Такой сигнал создает у антенны запросчика плотность потока мощности , а мощность сигнала на входе приемника запросчика будет:
.
При этом дальность действия ответчика в свободном пространстве:
,
где – чувствительность приемника запросчика.
Естественно так выбрать параметры устройства, чтобы дальности по линии запросчик – ответчик и по линии ответчик– запросчик были равны:
.
Так как , то , где Аз эффективная площадь антенны приемника запросчика.
Рассмотрим пример выбора параметров активной системы. Пусть r0= 600 км, G3 = 20, А0 = 0,05 м2. Тогда
Если, например, Рпз = 100 кВт, Вт (90 дБ/мВт), то можно выбрать Рпо=4,5 Вт и Вт (всего 46 дБ/мВт), что свидетельствует о возможности выполнения очень простой и малогабаритной конструкции ответчика.