Радиолокационная система управления воздушным движением "Утес"

Радиолокационная система управления воздушным движением.
Полезная модель относится к системам, использующим отражение или вторичное излучение радиоволн, конкретно к радиолокационным системам управления воздушным движением.
Известна радиолокационная система управления воздушным движением Автоматизированные системы УВД в ФРГ. В кн. Burkizy J. «1CАО Bull, 1983. 38, № 9, 26-29, содержащая многолучевую антенну, установленную на вращающемся основании и соединенную через антенный переключатель с многоканальным приемопередающим устройством, приемники которого выполнены по супергетеродинной схеме и снабжены усилителями промежуточной частоты, выходы которых через блоки детекторов, видеоусилителей соединены с видеовыходами приемопередающего устройства. Видеовыходы приемопередающего устройства соединены через аналоговый блок первичной и цифровой блок вторичной обработки видеосигналов приемников с первым сигнальным входом устройства отображения радиолокационной информации, второй сигнальный вход которого соединен с выходом блока контроля и управления. Сигнальные входы блока контроля и управления соединены с датчиками работоспособности элементов системы. Передатчики приемопередающего устройства выполнены на магнетронах.
Недостатком известной системы является недостаточная точность выдаваемой радиолокационной информации и большой объем аппаратуры, обусловленные аналоговой обработкой сигналов на видеочастоте.
В основу настоящей полезной модели поставлена задача создания радиолокационной системы управления воздушным движением, конструкция которой позволяет повысить точность выдаваемой радиолокационной информации (РЛИ) и уменьшить весогабаритные параметры радиолокационной аппаратуры.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в радиолокационной системе управления воздушным движением, содержаш;ей многолучевую антенну, установленную на вращающемся основании и соединенную через антенный переключатель с многоканальным приемопередающим устройством, приемники которого выполнены по супергетеродинной схеме и снабжены усилителями промежуточной частоты, а также содержащая блок первичной и вторичной обработки сигналов приемников, устройство отображения радиолокационной информации, соединенные с блоком контроля и управления системой, согласно полезной модели вход блока первичной обработки сигналов непосредственно соединен с выходами усилителей промежуточной частоты приемников приемопередающего устройства, а передатчики приемопередающего устройства выполнены на твердотельных усилительных элементах.
При этом многоканальное приемопередающее устройство содержит не менее двух приемопередающих каналов, соединенных с соответствующими по частоте антенно-фидерными переходами многолучевой антенны. Частоты соседних приемопередающих каналов разнесены на  МГц относительно друг друга, а их приемники выполнены по супергетеродинной схеме с усилителями промежуточной частоты на 30 МГц. Выходы усилителей промежуточной частоты приемников непосредственно соединены с входами блока первичной обработки сигналов. Блок первичной обработки выполнен в виде рабочего и резервного модуля на цифровых элементах с рабочей частотой, не меньшей промежуточной частоты обрабатываемых эхосигналов, соединенных по выходу через коммутатор, управляющий вход которого соединен с блоком контроля и управления радиолокационной системой. Каждый из модулей блока первичной обработки эхо-сигналов снабжен автономным источником бесперебойного питания и содержит последовательно соединенные блок аналого-цифровых преобразователей,
блок цифровых фазовых детекторов, блок цифровых селекторов движущихся воздушных объектов, блок цифровых пороговых устройств обнаружения, цифровой блок измерения параметров полезных и помеховых сигналов и цифровой блок привязки сигнальной и координатной информации, выходы которого являются выходами блока первичной обработки радиолокационных сигналов. Блок вторичной обработки радиолокационных сигналов выполнен в виде .процессора, состоящего из рабочей и резервной ЭВМ, соединенных по входам параллельно и через локальную вычислительную сеть с выходами блока первичной обработки радиолокационных сигналов, а по выходам - с устройством отображения радиолокационной информации через блок электронных коммутаторов, управляющие входы которых соединены с блоком контроля и управления радиолокационной системой. Рабочая и резервная ЭВМ снабжены автономными источниками бесперебойного питания. Устройство отображения радиолокационной информации выполнено в виде монитора с экраном на жидких кристаллах и/или плазмотронах. Блок контроля и управления радиолокационной системой содержит высокочастотный генератор широкополосного контрольного сигнала (пилот - сигнала), соединенный по выходу с высокочастотным трактом блока приемников; блок принятия решений и блок контрольных датчиков, соединенных по входу с элементами радиолокационной системы, а по выходу с блоком принятия решений. Блок принятия решений выполнен в виде цифрового анализатора с блоком электронных коммутаторов и/или дисплея с цифровой клавиатурой и мышью управления переключением неисправных элементов радиолокационной системы на резервные. Устройство отображения радиолокационной информации снабжено пультом управления радиолокационной системой и выполнено в виде выносного дистанционного терминала, соединенного с радиолокационной системой широкополосной или модемной линиями связи. Пульт выполнен в виде клавиатуры с «мышью. Передатчики
приемопередающего устройства выполнены на твердотельных усилительных элементах. Твердотельные усилительные элементы выполнены на мощных СВЧ - транзисторах.
Выполнение блока первичной обработки с возможностью цифровой обработки сигналов приемников на промежуточной частоте и непосредственное соединение его входов с выходами усилителей промежуточной частоты приемников приемопередающего устройства позволяют исключить потери фазовой информации, связанной с детектированием радиосигналов в прототипе и, тем самым, повысить точность первичной и вторичной обработки радиолокационных сигналов.
Кроме того, за счет цифровой обработки сигналов на промежуточной частоте исключается необходимость использования громоздких средств компенсации «дрейфа нуля аналоговых устройств первичной обработки видеосигналов. При этом выполнение блока первичной обработки сигналов на цифровых элементах, а также выполнение передатчиков приемопередающего устройства на твердотельных усилительных элементах позволили уменьшить весогабаритные параметры радиолокационной аппаратуры не менее 2.5 раз. Использование в блоках первичной и вторичной обработки сигналов «горячего резервирования, средств автоматизированного контроля работоспособности элементов системы и снабжение системы выносным терминалом дополнительно позволяют увеличить надежность автономной работы системы и удобство ее обслуживания.
На фиг. 1 представлена функциональная схема радиолокационной системы управления воздушным движением в двухлучевом исполнении, на фиг. 2 -функциональная схема цифровых модулей блока первичной обработки эхо-сигналов системы..
выходами блока 4 передатчиков и входом приемника 5 блока 6. Второй выход антенны 1 (по верхнему лучу) через высокочастотные вращающиеся переходы (не показан) соединен с входом приемника 7 блока 6. Приемники 5 и 7 блока 6, а также передатчик 4 выполнены по частоте многоканальными с разносом по высокой частоте между соседними каналами на  МГц и образуют многоканальное приемопередающее устройство 8. Каждый канал передатчика 5 устройства 8 выполнен в виде задающего СВЧ генератора, соединенного по выходу с каскадом твердотельных усилительных элементов, нагруженных на общий сумматор мощности, выход которого соединен с выходом передатчика. Твердотельные усилительные элементы выполнены на мощных СВЧ транзисторах. Частоты соседних каналов приемников 5 и 7 устройства 8 также разнесены на  МГц относительно друг друга и аппаратурно согласованы с соответствующими каналами передатчика 4. Каждый канал приемников 5 и 7 выполнен по супергетеродинной схеме и снабжен усилителем 9 промежуточной частоты, например с частотой 30 МГц
Выходы усилителей 9 соединены с сигнальными входами рабочего 10 и резервного И модулей блока 12 первичной обработки сигналов, соединенных параллельно. Каждый из модулей 10 и 11 блока 12 выполнен на цифровых элементах с рабочей частотой, не меньшей промежуточной частоты обрабатываемых эхосигналов. Модули 10 и И снабжены автономными источниками бесперебойного питания (не показаны) и по сигнальным выходам соединены с входом блока 13 вторичной обработки сигналов через электронный коммутатор 14, управляющий вход которого соединен с блоком 15 контроля и управления радиолокационной системой. Цифровой модуль 10 блока 12 первичной обработки сигналов содержит (Фиг. 2) последовательно соединенные блок 10.1 двенадцати разрядных аналого-цифровых преобразователей, блок 10.2 цифровых фазовых детекторов, блок 10.3 цифровых селекторов движущихся воздушных объектов, блок 10.4 цифровых пороговых устройств обнаружения.
цифровой блок 10.5 измерения параметров полезных и помеховых сигналов и цифровой блок 10.6 привязки сигнальной и координатной информации, выходы которого через нормально замкнутые контакты коммутатора 14 соединены с входом блока 13 вторичной обработки радиолокационных сигналов. Аналогично модулю 10 выполнен резервный модуль 11, соединенный по выходу через нормально разомкнутые разъемы коммутатора 14 с входом блока 13. Блок 13 выполнен в виде процессора, состоящего из рабочей (дежурной) 16 и резервной 17 ЭВМ, соединенных по входам параллельно и через локальную вычислительную сеть (не показана) с выходами блока 12 первичной обработки радиолокационных сигналов, а по выходам - с устройством 18 отображения радиолокационной информации через блок 19 электронных коммутаторов, управляющие входы которых соединены с блоком 15 контроля и управления радиолокационной системой. Рабочая 16 и резервная 17 ЭВМ выполнены с возможностью «горячего резервирования и снабжены автономными источниками (не показаны) бесперебойного питания. Устройство 18 отображения радиолокационной информации выполнено в виде монитора с экраном на жидких кристаллах и/или плазмотронах. Блок 15 контроля и управления радиолокационной системой содержит генераторы контрольного сигнала (эталонного пилот - сигнала и эталонного сигнала шума), соединенные по выходу с высокочастотным трактом блока 6; блок принятия решений и блок контрольных датчиков, соединенных по входам 20, 21, 22 с элементами радиолокационной системы, а по выходу с блоком принятия решений. Блок принятия решений выполнен в виде цифрового анализатора с блоком электронных коммутаторов и/или дисплея с цифровой клавиатурой и мышью управления переключением неисправных элементов радиолокационной системы на резервные. Управляющие выходы 23 и 24 блока 15 соединены с управляющими входами коммутаторов 14 и 19 соответственно, а по информационному выходу 25 с вторым входом устройства 18 отображения
радиолокационной информации. Устройство 18 снабжено пультом 26 управления радиолокационной системой и выполнено в виде выносного дистанционного терминала 27, соединенного с радиолокационной системой широкополосной или модемной линиями связи 25 и 28.
Радиолокационная система управления воздушным движением работает следующим образом.
В процессе вращения антенны 1 передатчик 4 генерирует по заданной программе разнесенные по высокой частоте (например, на 56 МГц) когерентные ЛЧМ радиоимпульсы. Эти радиоимпульсы проходят от передатчика 4 через антенный переключатель (циркулятор) 3 на антенну 1, которая формирует узкую в горизонтальной плоскости и широкую в угломестной плоскости диаграмму излучения (зондирующий луч), создающее в процессе вращения антенны круговую зону обзора воздушного пространства вблизи обслуживаемого аэродрома.
Отраженные от самолетов, местных предметов и метеообразований эхосигналы и ответные сигналы принимаются лучами антенны 1 и передаются от верхнего луча приемной диаграммы 29 непосредственно на приемник 7 и от нижнего луча 30 через циркулятор 3 на приемник 5. В приемниках 5 и 7 принятые сигналы усиливаются, преобразуются на промежуточную частоту 30 МГц и через усилитель 9 промежуточной частоты передаются на входы аналого-цифровых преобразователей 10.1 и 11.1 цифровых модулей 10 и 11 первичной обработки сигналов. Модули 10 и 11 работают в режиме горячего резервирования, т.е. каждый из них осушествляет обработку сигналов, поступаюших ото всех приемных устройств, но выдача сигнальной информации на блок 13 вторичной обработки производится с «рабочего 10 модуля через нормально замкнутые контакты коммутатора 14. Модуль 10 и дублирующий его модуль 11 параллельно осуществляют первичную обработку сигналов всех приемников радиосигналов в реальном масштабе времени между зондирующими импульсами. В связи с однотипностью выполняемых
функций модулей 10 и 11 далее для сокращения описания заявки ограничимся описанием работы модуля 10 (Фиг. 2). В блоке ЮЛ модуля 10 осуществляется преобразование аналоговых сигналов приемников промежуточной частоты в цифровую форму, обеспечивая сохранение амплитудной и фазовой информации о принятых сигналах. Далее в блоках 10.2 - 10.6 последовательно осуществляется фазовое детектирование сигналов, селектирование движущихся воздущных объектов, обнаружение полезных сигналов на фоне помех от местных предметов и метеообразований, измерение параметров и привязка сигнальной и координатной информации различных каналов обнаружения полезных и помеховых сигналов. Одновременно в модулях 10 и 11 производится обработка контрольных пилот - сигналов и сравнение результатов измерения параметров контрольных сигналов с эталонными значениями. Результаты эталонных измерений контрольных пилот - сигналов модулей 10 и И передаются по линии 21 с блока 12 на блок 15 контроля и управления радиолокационной системой, которая автоматически выбирает лучщий работоспособный модуль и по линии 23 передает соответствующий сигнал на коммутатор 14. Коммутатор 14 переключает выход работоспособного модуля 10 или 11 к входам блока 13 вторичной обработки сигналов. Результаты первичной обработки в виде последовательностей кодовых импульсов с лучщего модуля 10 или 11 поступают одновременно на входы рабочей (дежурной) 16 и резервной 17 ЭВМ блока 13. Указанные ЭВМ одновременно и параллельно производят вторичную обработку импульсно кодовых сигналов, поступивших с блока 12 на блок 13. При этом в блоках памяти ЭВМ 15 и 17 формируются обновляющаяся за каждый период кругового обзора воздущного пространства картографическая траекторная информация о воздушных объектах (летательных аппаратах и самолетах гражданской авиации), карта пассивных помех (отражений от местных предметов и метеообразований) в зоне ответственности радиолокационной системы. Одновременно в блоке
13 во взаимодействии с блоком 15 вырабатывается карта технического состояния системы, диагностические карта и карта управления элементами системы. Результаты вторичной обработки сигналов с дежурной 16 или резервной 17 ЭВМ передаются через коммутатор 19 блока 13 на устройство отображения 18 дистанционного терминала 27. Оператор дистанционного терминала 27 с помощью пульта управления (клавиатуры 26) через линию связи 28, блок 15 и линию 24 устанавливает на экране устройства 18 необходимую для задач УВД информацию, при необходимости проводит профилактический контроль, поиск неисправностей и дистанционную замену неисправных элементов аппаратуры на резервные.
Предлагаемая радиолокационная система управления воздушным движением «Утес выполнена на уровне опытных образцов «Утес - Т и «Утес - А в мобильных зданиях (контейнерах) системы «Универсал. Аппаратура системы (за исключением антенны) «Утес - Т размещена в трех и двух перевозимых контейнерах соответственно. Готовится серийное освоение предложенной системы.