Радиолокационные системы самолетов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Радиолокационные системы самолетов

Радиолокационные системы самолетов

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 пере излучённых 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 доплела несет информацию о радиальной скорости цели. Поляризационные параметры отраженной волны могут также быть использованы для оценки свойств цели. Наконец, направление 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 позволяло только приблизительно оценить дальность до цели и направление правее/левее и выше/ниже и только на малой дальности. Антенна 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.

2. 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).

3. 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.

4. 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 массогабаритных характеристики и улучшение сопряжения с комплексами бортового вооружения, в первую очередь - с ракетами В-В с полуактивными ГСН.

5. 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.

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

7. 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.

8. 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.

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. 1. 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 радио-локационная 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 4-го 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:

Диапазон частот Х

Антенна: тип щелевая решетка

диаметр, мм 500

Дальность обнаружения целей, навстречу/вдогон, км:

в режиме «воздух - воздух» 57/30

на фоне земли 57/25

Количество одновременно сопровождаемых/обстреливаемых целей 10/2

Вероятность определения отказа системой встроенного контроля (непрерывный по вызову, сквозной в полете и на земле), проц. 95

Наработка на отказ, ч 200

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.

Система управления вооружением (СУВ) самолета истребителя МиГ-21

Бортовая радиолокационная станция «Копье-21» является основной частью системы управления вооружением (СУВ) самолета-истребителя МиГ 21БИС. СУВ совместно с ракетным вооружением, бортовыми системами и другим оборудованием самолета обеспечивает:

перехват воздушных целей на встречных, встречнопересекающихся и догонных курсах;

· ведение ближнего маневренного боя с использованием ракетного и пушечного вооружения;

· выдачу пилотажно-навигационной информации для взлета, полета по маршруту и посадки;

· получение разномасштабной радиолокационной карты местности;

· обнаружение наземных и морских целей, измерение их дальности и азимута;

· применение всех видов вооружения класса «воздух-поверхность»;

· автоматизированный контроль СУВ с выдачей непрерывной информации о работоспособности всех блоков.

Обеспечена возможность сопряжения с аналоговым и цифровым оборудованием, имеющимся на борту самолета, а также удобство управления и эксплуатации. По своим основным характеристикам РЛС "Копье" соответствует или несколько превосходит американскую РЛС Вестингауз AN-APG-68, устанавливаемую на самолетах Дженерал Дайнэмикс F-16C. В состав оборудования входят бортовая ЦВМ, нашлемная система целеуказания, система отображения информации, новая система управления оружием, аппаратура инерциальной курсовертикали, цифровая система воздушных сигналов, радиотехническая система ближней навигации (РСБН), бортовая аппаратура приема команд радионаведения по КРУ, новая кабинная аппаратура, система электроснабжения, контроля и регистрации. Структурная схема СУВ «Копье-21» представлена на рисунке 2.

радиолокационная станция самолёт бортовая

Рис.2. Структурная схема СУВ «Копье-21»

*На схеме использованы следующие обозначения:

КАИ - коллиматорный авиационный индикатор на лобовом стекле кабины пилота;

СОИ-21 - система отображения информации;

БОИ - блок отображения информации - цифровой процессор, который обеспечивает отображение информации на ЭЛИ и КАИ;

КТС - коммутатор телевизионных сигналов

ЭЛИ - электронно-лучевой индикатор на приборной панели;

КО - кнопочное обрамление ЭЛИ; «КАРАТ» - бортовая автоматизированная система контроля (БАСК)

INS «TOTEM» - инерциальная курсовертикаль (измерение углов курса, крена, тангажа, составляющих абсолютной и относительной скорости на основе гироскопических датчиков) - инерциальная навигационная система;

RWR - система предупреждения об облучении самолета зенитными ракетными комплексами и РЛС истребителей противника;

СВС-2Ц-У - система воздушных сигналов - выдает значение воздушной скорости (по измерениям датчика воздушного давления - трубки Пито), барометрической высоты и температуры наружного воздуха, а также абсолютной высоты полета по показаниям радиовысотомера;

RAM-702A- радиовысотомер, измеряет высоту полета, предупреждает об опасном снижении;

ДУА-3 - датчик угла атаки;

ДУС-3 - датчик угла скольжения;

Оба датчика (ДУА и ДУС) являются аналоговыми потенциометрами, связанными с флюгерами.

РУС - ручка управления самолетом - рулевая колонка;

РУД - ручка управления двигателем (дросселем тяги);

Размещение органов управления (кнопок, переключателей, кнюппеля джойстика в форме кнопки) на РУС и РУД соответствуют концепции HOTAS - hands on throttle and stick - осуществление управления РЛС и оружием, не снимая рук с ручки дросселя и рулевой колонки.

НСЦ «Щель-Зум» - нашлемная система целеуказания - измеряет угловые координаты линии визирования цели, визуально наблюдаемой пилотом через визирную рамку;

СОК - система объективного контроля;

СУО-21И - система управления оружием (ракетным и стрелковым);

СЖО - система жидкостного охлаждения;

СВО - система воздушного охлаждения;

КАБ-500КР - корректируемая авиабомба с телевизионной головкой наведения;

НРС - неуправляемые ракетные снаряды;

УР - управляемые ракеты:

РВВ-АЕ - средней дальности с активной радиолокационной головкой самонаведения,

Р27Т1 - средней дальности с тепловой (инфракрасной) головкой,

Р73Э, Р73ТЭ, Р60МК - малой дальности с тепловыми головками,

Х25МП - противорадиолокационная (наводится на радиоизлучение).

· РВВ-АЕ - средней дальности с активной радиолокационной головкой самонаведения

· Р27Т1 - средней дальности с тепловой (инфракрасной) головкой

· Р73Э, Р73ТЭ, Р60МК - малой дальности с тепловыми головками

· Х25МП - противорадиолокационная (наводится на радиоизлучение)

Внешний вид кабины пилота истребителя «МиГ-21», расположение органов управления РЛС и устройств отображения информации показаны на рисунке 3.

Рис. 3. Расположение устройств управления и отображения информации БРЛС «Копье-21» в кабине пилота

Цифровой процессор сигналов дальнейшее совершенствование БРЛС и теплопеленгаторов связано в основном с бурным развитием электроники и совершенствованием математического аппарата. В первую очередь сигнальные процессоры с жесткой архитектурой начали заменять на программируемые сигнальные процессоры (ПСП). Впервые ПСП был установлен на БРЛС APG-65 истребителя F/A-18. С середины 80-х годов ПСП заменяет старые сигнальные процессоры в БРЛС APG-63 и разрабатывается ПСП для перспективного истребителя программы ATF. Применение ПСП позволило применять один (или группу) процессор для различных задач, в том числе связи, навигации и значительно расширить возможности БРЛС. В первую очередь рост производительности ПСП с быстрым преобразованием Фурье отражается на способности БРЛС различать сигналы от цели в более широком спектре в режиме реального времени. Практическим применением стало без запросное определение гос. принадлежности и распознавание типа обнаруженной цели. Информационными признаками распознавания являются флуктуации отраженного сигнала в широком диапазоне. Измерение спектра и амплитудной характеристики флуктуаций позволяет сравнить характер отраженного сигнала с имеющимися в базе данных, и с высокой вероятностью опознать тип цели. Вторым применением можно считать расширение возможностей БРЛС в режиме Воздух-Земля, например, повышение разрешающей с способности при картографировании местности и распознавание движущихся целей (наземных, с относительно низкой скоростью). Все эти задачи требуют в первую очередь быстродействующих сигнальных процессоров и БЦВМ с большим объёмом запоминающего устройства, быстродействием и повышенной пропускной способностью шины. Дальнейшее совершенствование БРЛС можно связать с освоением ФАР и АФАР. Уникальные возможности АФАР по формированию сложной и многолепестковой диаграммы направленности с одновременной работой на разных частотах позволяет интегрировать многие радиолокационные системы - БРЛС, запросчики гос. опознавания, системы связи, навигации и КРЭП (комплекс радиоэлектронного противодействия). Таким образом, перспективный бортовой комплекс будет совмещать в себе множество функций и строиться не по федеративному принципу (множество независимых систем общающихся непосредственно с БЦВМ), а как единая многофункциональная система, гибко изменяющая свою архитектуру в зависимости от текущих требований. Первым шагом на пути создания подобной системы можно назвать бортовой комплекс истребителя F-22 Raptor (созданный в результате упомянутой программы ATF) построенный на базе БРЛС APG-77 с АФАР.

Совершенствование теплопеленгаторов и систем ночного видения идёт в нескольких направлениях. Для пассивного обнаружения и скрытного сопровождения целей совершенствуется приёмник ИК излучения с двумерными матрицами чувствительных элементов. Ключевыми моментами разработок различных фирм стали быстродействие и расширение спектра детектируемых сигналов. Решения базируются на использовании детекторов на основе сплавов кадмий-теллур-ртуть (чувствительного к ИК излучению в диапазоне 1-12 мкм), применение двухслойных матриц и оптимизация методов считывания сигнала. Первый слой матрицы является собственно мозаичным детектором, второй представляет собой мультиплексор, считывающий показания каждого детектора и преобразующий их в цифровую форму. Помимо обнаружения и сопровождения целей в воздушном бою, на ИК станции может быть возложена задача предупреждения о пуске ракет. Уже созданы образцы ИК систем контроля за воздушным пространством с круговым обзором. Вспышка пуска ракеты детектируется на дальности до 10км, что достаточно для принятия мер по уклонению и противодействию. Помимо выброса тепловых ловушек, противодействие заключается в постановке модулированных помех в ИК спектре в том числе и прицельно, при помощи лазерного излучения.

Размещено на Allbest.ru