Принцип построения индикаторных устройств РЛС

Лекция  

Принцип построения индикаторных устройств РЛС 

     Рассматриваемы  вопросы:

1. Назначение и классификация индикаторов кругового обзора.
2. Обобщённая функциональная схема ИКО.
3. Понятие об электронных визирах.

 

1. Назначение и классификация  индикаторных устройств 

     Индикатор кругового обзора (ИКО) – оконечное устройство РЛС.

     Он  предназначен для решения следующих  задач:

• воспроизведения на экране ЭЛТ ИКО радиолокационного изображения о надводной окружающей обстановке на основе информации, получаемой от приемопередатчика, гирокомпаса и лага;
• измерения координат надводных объектов;
• оперативного управления и контроля работы приборов РЛС;
• решения задач безопасного расхождения, если в РЛС имеются специальные устройства.

     На  практике широкое применение получили индикаторы зрительного съема информации, когда оператор по наблюдаемым отметкам на экране ЭЛТ судит о наличии  объектов в зоне действия РЛС.

     Индикаторы  принято классифицировать по следующим  признакам:

• по типу используемых ЭЛТ;
• по назначению РЛС;
• по месту получения отметки от цели;
• по числу определяемых координат;
• по типу применяемой развертки ЭЛТ.

     В судовых навигационных РЛС широкое  распространение получили ИКО с  радиальной круговой разверткой с истинным и относительным движением.

     Их  преимущества:

• наблюдаемое изображение сравнительно легко воспринимается оператором, его легко идентифицировать с визуально наблюдаемой обстановкой в районе нахождения корабля;
• можно одновременно вести наблюдение и измерение координат (П иD) нескольких целей;
• взаимное расположение отметок от целей на экране ЭЛТ, их конфигурация облегчают опознавание и идентификацию с изображением на карте и др.;
• эта развертка в полярных координатах создается путем перемещения луча ЭЛТ от центра с одновременным вращением его в азимутальной плоскости.

     Расстояние  от центра развертки до яркостной  отметки соответствует дальности  до наблюдаемого объекта, так как     D = .

     При синхронном и синфазном вращении антенны и линии развертки  в любой момент времени направление  излучения антенны в сторону  объекта соответствует положению  в азимутальной плоскости линии  развертки

     В зависимости от способа создания вращающегося отклоняющего магнитного поля применяются ИКО с вращающейся  отклоняющей системой и с неподвижной  отклоняющей системой.

     На  ИКО сравнительно грубо определяются дальность и азимут целей, а также  приблизительно могут быть определены характеристики целей. Воздушная обстановка на ИКО представляется в виде проекции на горизонтальную плоскость. ИКО, как правило, позволяют вести обзор в трех режимах работы:

- кругового обзора, когда в определенном масштабе просматривается вся зона обзора радиолокационной станции (рис. 1а);

 

 

Рис. 1. Изображения на экране ИКС в трёх режимах работы

1 — метки дальности  

2 — метки азимута

                                                              3 — отраженные   сигналы  

4 — сигналы, отраженные от местных предметов

5 — сигналы, отраженные от облаков 
 
 

 

- кольцевого обзора, когда просматривается вся зона 
обзора участками в укрупненном масштабе (рис 1б);

- секторного обзора, когда наблюдение ведется только 
в определенном секторе (рис. 1 в).

     Для получения режима кольцевого обзора применяется схема задержки развертки  дальности, входящая в тракт развертки дальности.

     Для получения секторного режима применяется  устройство смещения центра развертки. 

2. Обобщённая функциональная  схема ИКО 

     Тракт формирования развертки азимута  обеспечивает синхронное с антенной вращение развертки дальности. По способу  получения вращающейся развертки  все ИКО принято разделять на две группы:

     — с вращающейся отклоняющей системой;

     — с неподвижной отклоняющей системой.

     Особенность  индикаторов   первой   группы  заключается в том, что вращение развертки дальности по азимуту синхронно с антенной осуществляется путем механического вращения отклоняющей системы, в результате чего вращается развертка дальности. Блок-схема ИКО с вращающейся отклоняющей системой приведена на рис.2

     В индикаторах второй группы отклоняющая  система закреплена неподвижно. Вращение же развертки происходит за счет вращающегося магнитного поля.

     Каскад  запуска является началом схемы  формирования развертки дальности  и используется при любом режиме работы индикатора для того, чтобы избавиться не только от импульсных наводок, но и получить стабильную амплитуду импульса запуска. В качестве каскада запуска может применяться широкополосный усилитель на сопротивлениях с ограничением по низу.

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 2. Блок-схема ИКО с вращающейся отклоняющейся системой 

     Специфическими  требованиями, предъявляемыми к схемам задержки импульса запуска, являются:

• минимально возможное   время   восстановления   исходного состояния, что особенно  важно при  больших задержках;
• линейность задержки по всему диапазону шкалы.

     Этим  требованиям больше всего удовлетворяют  схемы линейно падающего напряжения, которые, кроме того, наиболее экономичны.

     Одним из основных требований, предъявляемых  к схемам расширения, является минимальное  время восстановления исходного  состояния.

     В качестве схем расширения используются различные виды спусковых устройств, в которых для сокращения времени  восстановления применяются катодные повторители.

     При работе любой схемы расширения за счет переходных процессов, возникающих  при перепадах токов и напряжений, форма расширенного импульса искажается. Это отрицательно сказывается на работе генератора пилообразного напряжения. Для улучшения формы расширенного импульса применяются различного рода, фиксирующие ограничивающие схемы, устраняющие эти искажения.

     Для отклонения луча электроннолучевой  трубки от центра к краю экрана вырабатывается линейно изменяющееся напряжение, вырабатываемое генератором пилообразного напряжения.

     В практических схемах широкое распространение  получили генераторы с положительной обратной связью.

     Особенности ИКО с неподвижной отклоняющей системой. Для получения радиально-круговой развертки с помощью неподвижной отклоняющей системы необходимо в горловине трубки создать линейно изменяющееся магнитное поле, вращающееся синхронно с вращением антенны.

     Неподвижная отклоняющая система состоит  из двух пар катушек, расположенных  взаимно перпендикулярно относительно оси электроннолучевой трубки. Через эти катушки протекает пилообразный ток, промодулированный по закону вращения антенны и сдвинутый по фазе в этих катушках на 90°. Токи в отклоняющих катушках:

   

                                                                                                       (1)

     где: - закон изменения пилообразного тока;

            - угловая скорость вращения антенны;

            - текущий азимут антенны. 

     В результате действия токов и возникают магнитные потоки, изменяющиеся по такому же закону: 

                                                                                                    (2)

     где: z - коэффициент, определяющий связь между током в катушке и магнитным потоком. 

     В горловине трубки действует результирующее поле, которое и отклоняет электронный луч:

                                                                                       (3) 

     Положение вектора результирующего поля определяется следующим образом:

                                                                                         (4) 

     т. е. соответствует текущему азимуту. Следовательно, результирующее поле вращается синхронно с вращением антенны. Таким образом, для создания вращающейся развертки необходимо сформировать пилообразное напряжение и промодулировать его по закону синуса и косинуса угла поворота антенны.

 

     

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 3 Блок схема ИКО с неподвижной отклоняющей системой 

     Пилообразное  напряжение формируется генератором  в канале развертки дальности. Затем  это напряжение расщепляется на две составляющие, сдвинутые одна относительно другой на 90°. Каждая из этих составляющих модулируется по закону вращения антенны.

     Для расщепления чаще всего используются синус-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ) и синус-косинусные потенциометры, которые механически надежны, могут непосредственно нагружаться отклоняющими катушками.

     Блок-схема  ИКО с неподвижной отклоняющей системой изображена на рис. 3. Она отличается от блок-схемы ИКО с вращающейся отклоняющей системой только трактом азимутального вращения развертки.

     СКВТ  в этом тракте имеет роторную обмотку и две, расположенные взаимно перпендикулярно, статорные обмотки. Ротор механически связан с осью антенны и вращается с ней синхронно.

     Роторная  обмотка служит нагрузкой усилителя  пилообразного тока, вырабатываемого трактом развертки дальности.

     Магнитный поток роторной обмотки, возникающий  при протекании пилообразного тока, наводит в статорных обмотках э. д. с, величины которых зависят от взаимного расположения роторной и статорных обмоток.

     В связи с тем, что на сетки ламп усилителей поступают кик положительные, так и отрицательные пилообразные напряжения, в индикаторах с неподвижной отклоняющей системой очень важно иметь неподвижной центральную точку, соответствующую началу развертки. Для этой цели используются управляемые фиксаторы уровня, предназначенные восстанавливать исходный потенциал.