Структурная схема метеонавигационных радиолокаторов типа Гроза

Структурная схема метеонавигационных радиолокаторов типа Гроза. Бортовые радиолокаторы, созданные на элементной базе первого поколения электронные лампы, объемный монтаж, отличались большими габаритами и массой, имели малую надежность и состояли из большого количества блоков.

Переход к элементной базе второго поколения полупроводниковые приборы и модули позволил значительно улучшить характеристики ряда узлов и блоков. Эволюция РЛС шла, в основном, по пути уменьшения массы, габаритов, количества блоков и повышения надежности, а не увеличения мощности или раскрыва антенны. Ко второму поколению метеонавигационных РЛС относятся радиолокаторы Гроза, получившие широкое распространение. При разработке модификаций РЛС Гроза учитывалось развитие элементной базы, поэтому современные модификации РЛС Гроза можно считать переходными к третьему поколению интегральные микросхемы, микромодули. В настоящее время осуществляется переход к твердотельному исполнению бортовых РЛС и к цифровым методам обработки данных.

Наш метеонавигационная РЛС будет построен на основе локаторов второго поколения типа Гроза. Рассмотрим общую компоновку метеонавигационной РЛС семейства радиолокаторов Гроза. С целью обеспечения оптимальных комплектаций радиолокатора для создаваемых и переоборудуемых самолетов основные его блоки выпускаются в различных вариантах.

Все варианты и модификации максимально унифицированы, что позволяет удешевить их серийное производство и эксплуатацию, а также обеспечивает возможность использования в других комплектациях. В любую комплектацию радиолокатора как минимум должны входить четыре блока антенный блок 1 , основной приемо-передающий блок 2 , стабилизации и управления блок 7 , основной индикаторный блок 4 . Каждый из этих блоков может быть любой модификации.

При комплектации радиолокатора одним индикаторным блоком в состав комплекта обязательно должен быть включен эквивалент дополнительного индикатора блок 35 . При оснащении самолета двумя индикаторами дополнительный индикатор включается вместо указанного эквивалента. Для повышения надежности РЛС в комплект вводят резервный приемопередатчик блок 2 любой модификации. В этом случае необходима также коммутационная коробка блок 17 и волноводный коммутатор блок 47 . Радиолокатор сопрягается с самолетными гировертикалями, имеющими выходы сигналов крена и тангажа.

Для коррекции текущих координат в комплект включают блок коррекции блок 28 , взаимодействующий с навигационным вычислителем. При невозможности размещения на самолете основного индикатора блока 4 вместо него может быть установлен дополнительный индикатор блок 4-Д , имеющий меньшие размеры. В этом случае в комплектацию станции обязательно выводится отдельный пульт управления блок 10 . Комплектация радиолокатора для данного типа самолета выбирается самолетостроительным предприятием и согласовывается с главным конструктором радиолокатора.

Разработка конструкции волноводного тракта для выбранной комплектации осуществляется разработчиком РЛС. Номинальные дальности действия РЛС обеспечиваются, если длина волноводного тракта не превышает 7 м. При большей длине тракта дальность сокращается примерно на 1,5 на каждый последующий метр длины. Для компенсации этих потерь можно использовать второй приемопередатчик блок 2-У с предварительным усилителем на туннельном диоде. После согласования с главным конструктором радиолокатора комплектации РЛС, схемы её сопряжения радиолокатору присваивается условное обозначение, например, Гроза 40 - для самолета Як-40, Гроза 154 - для самолета Ту-154. Функциональная схема радиолокатора при работе в режимах Земля , Метео , Контур , Снос показана на рис. 5 РЛС представляет собой импульсный некогерентный радиолокатор со сканирующей в азимутальной плоскости антенной и индикатором азимут-дальность. Схема рис. 5 содержит все элементы типовой структурной схемы импульсной РЛС, однако они скомпонованы в четырех основных блоках, выделенных пунктиром. Синхронизация работы передающего канала РЛС осуществляется частотой 400 Гц питающей сети. Модулятор приемопередатчика формирует высоковольтные импульсы, поступающие на магнетрон, который генерирует СВЧ импульсы.

Для обеспеченияпрогрева катода магнетрона в модуляторе приемопередатчика осуществляется задержка на 3-5 мин формирования модулирующего импульса по отношению к моменту включения напряжения питания 115В 400Гц. СВЧ импульсы через циркулятор и ферритовый вращатель плоскости поляризации по волноводному тракту передаются на облучатель антенного блока.

Циркулятор служит для переключения антенны с приемного на передающий канал, т. е. выполняет функцию антенного переключателя.

Рис. 5. Функциональная схема РЛС семейства Гроза Ферритовый вращатель плоскости поляризации служит для изменения поляризации СВЧ колебаний.

В зависимости от поляризации СВЧ колебаний отражателем антенного блока формируется либо веерная косеканс-квадратная диаграмма направленности для обзора земли, либо узкий симметричный луч. Отражатель антенного блока сдвоенный и состоит из параболического отражателя и отражателя специальной формы. Параболический отражатель представляет собой симметричный параболоид вращения, изготовленный из полностью металлизированной стеклоткани.

При облучении параболического отражателя электромагнитной энергией он формирует диаграмму в виде узкого луча. Профиль отражателя специальной формы в вертикальных сечениях рассчитан для получения веерной диаграммы направленности типа косеканс-квадрат. Этот отражатель изготовлен из стеклоткани, металлизированные нити в которой расположены строго горизонтально с шагом 3 мм. При вертикальной поляризации электромагнитная энергия беспрепятственно проходит сквозь отражатель специальной формы и, отражаясь от параболоида, формирует узкий симметричный луч. При изменении поляризации облучающих колебаний с вертикальной на горизонтальную при подаче 27В на ферритовый вращатель плоскости поляризации отражатель специальной формы, непрозрачный для волн этой поляризации, совместно с параболоидом вращения образует профиль, формирующий веерную диаграмму направленности в вертикальной плоскости.

Отраженные от целей сигналы СВЧ импульсы, принятые антенным блоком радиолокатора, по волноводному тракту через циркулятор и разрядник защиты приемника поступают на смеситель канала сигнала, куда подается также СВЧ сигнал от гетеродина.

После преобразования частоты с выхода смесителя импульсы промежуточной частоты поступают в предварительный усилитель промежуточной частоты ПУПЧ и затем в основной усилитель промежуточной частоты УПЧ . В ПУПЧ и УПЧ сигналы усиливаются и детектируются. Регулировка усиления приемного канала по выбранному закону осуществляется узлом ВАРУ-РРУ, который запускается одновременно с излучением СВЧ импульса.

Кроме того, узел ВАРУ-РРУ обеспечивает запирание приемника на время действия мощного импульса магнетрона. Схема АПЧ служит для поддержания постоянной разности частот магнетрона и гетеродина промежуточной частоты. На смеситель АПЧ через предельный аттенюатор поступает часть СВЧ энергии магнетронного генератора. После преобразования на выходе смесителя образуются импульсы промежуточной частоты, которые поступают на вход узла АПЧ. Узел АПЧ вырабатывает сигнал, пропорциональный отклонению промежуточной частоты от ее номинального значения.

Этот сигнал воздействует на управляющий электрод гетеродина. С выхода УПЧ видеосигнал подается на вход видеоусилителя. Видеоусилитель при работе РЛС в режиме Земля имеет ступенчатую, в режиме Метео - линейную, а в режиме Контур - линейно-падающую амплитудные характеристики. В видеоусилителе происходит усиление видеосигнала и смешивание его с калибрационными метками дальности, вырабатываемыми синхронизатором.

Кроме того, в видеоусилитель из синхронизатора поступает импульс подсвета, обеспечивающий наблюдение сигналов на экране ЭЛТ только во время прямого хода развертки. В режиме Контур видеоусилитель преобразует сигналы к виду, удобному для индикации опасных для полетов зон, т. е. осуществляет выделение метеорологической информации. Усиленный видеосигнал, смешанный с метками, поступает на ЭЛТ. С помощью ключевой мостовой схемы развертки на экране ЭЛТ создается радиально-секторная развертка в координатах азимут-дальность. Модуляция по амплитуде линейно-нарастающих импульсов тока схемы развертки происходит с частотой азимутального сканирования антенны с помощью вращающегося трансформатора ВТ развертки канала азимутального привода антенны.

Стабилизированный высоковольтный источник питания обеспечивает питание второго анода ЭЛТ. Питание на остальные электроды ЭЛТ подается из узла питания трубки. Модулятор приемопередатчика генерирует импульсы бланкирования и старт-импульс, синхронизирующие работу индикаторного и приемного каналов РЛС. Старт-импульс формируется в момент излучения СВЧ импульса в модуляторе и поступает на вход синхронизатора индикаторного блока.

Синхронизатор вырабатывает ключевой импульс управления разверткой и импульс подсвета, начало которых совпадает с моментом прихода старт-импульса. Кроме того, синхронизатор формирует калибрационные метки дальности, первая из которых совпадает с моментом излучения, т. е. соответствует нулю дальности.

Старт-импульс запускает также узел ВАРУ-РРУ приемного устройства. Схема электромеханического управления антенной обеспечивает сканирование антенны по азимуту и совмещение оси диаграммы направленности с плоскостью горизонта или заданной плоскостью при крене и тангаже самолета по каналу наклона. Азимутальное сканирование осуществляется с помощью двигателя азимута и редуктора. Решающий ВТ служит для получения напряжения, амплитуда которого пропорциональна мгновенному значению требуемого угла наклона луча. Это достигается запиткой обмоток ВТ напряжениями крена и тангажа с самолетной гировертикали через преобразующе-выравнивающие цепи блока стабилизации и управления.

Снимаемое с роторной обмотки решающего ВТ напряжение поступает на входные цепи блока стабилизации и управления, где оно сравнивается с напряжением, пропорциональным углу наклона отражателя в данный момент, полученному с ВТ наклона. Суммарное переменное напряжение поступает на вход магнитно-тиристорного усилителя УР-20, откуда подается на обмотку управления двигателя наклона, перемещающего отражатель в плоскости наклона ВТ наклона является не только датчиком истинного текущего угла наклона отражателя, но и служит приемником и системе дистанционной передачи ручного наклона, плоскости стабилизации. Сигнал ручного наклона поступает с ВТ механизма ручного наклона индикаторного блока. 6.