Посадочные радиолокаторы гражданской авиации и тенденции развития техники их построения

НА УЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА сер. Радиофизика и радиотехника

УДК 621.396.6

Посадочные радиолокаторы гражданской авиации и тенденции развития техники их построения

Ю.П. БОЛЬШАКОВ, Е.Е. НЕЧАЕВ

Статья посвящена посадочным радиолокаторам и тенденциям развития техники их построения.

Роль посадочных локаторов в безопасности полётов. Организация и управление воздушным движением (УВД) воздушных судов (ВС) в условиях постоянного роста их числа и типов требует постоянного совершенствования комплекса мероприятий по оптимальной организации полетов ВС в контролируемой зоне. Аэродромная зона является наиболее сложным этапом управления воздушным движением. Аэродромная зона характеризуется интенсивным движением и большой плотностью ВС. Успешное решение задач УВД в аэродромной зоне определяется техническими возможностями средств, используемых для этих целей. В структуре Единой системы управления воздушным движением в аэродромной зоне в основном используют два типа радиолокационных станций: обзорный радиолокатор

аэродромный (ОРЛ-А) и посадочный радиолокатор (ПРЛ).

В основе безопасного и точного полета по маршруту, в районе аэродрома, при взлете и посадке лежит принцип комплексного использования всех имеющихся технических средств самолетовождения как наземных, так и бортовых. Наиболее сложным и ответственным этапом полета является посадка ВС, что подтверждается материалами международного семинара по сокращению количества авиационных происшествий при заходе на посадку и посадке [1]. Основное количество авиационных происшествий и инцидентов происходит на этапах захода на посадку и посадке. При этом заходы на посадку без наземного контроля с использованием ПРЛ в пять раз опаснее, чем заходы с её использованием. Последнее подчеркивает актуальность решения задачи контроля захода на посадку с Земли.

Под посадкой понимают всю совокупность процессов маневрирования, обеспечивающего вписывание самолета в заданную траекторию снижения, движение по этой траектории и собственно посадку. Посадочные радиолокаторы являются частью радиотехнических средств обеспечения посадки (РТСОП) наряду с радиомаячными системами посадки (РМСП). Радиомаячная система обеспечивает получение на борту информации, необходимой для движения ВС по заданной линии посадки, а с помощью ПРЛ осуществляется наземный контроль за снижением ВС по линии курса (ЛК) и глиссады (ЛГ), путем определения удаления ВС от расчетной точки приземления, и его отклонений от линии курса и линии глиссады. Измеренные диспетчером или автоматически значения удаления и отклонений передаются на борт ВС.

В документах ИКАО указывается, что наличие ПРЛ желательно во всех системах средств обеспечения посадки, однако, их содержание и использование относительно дороги и в ряде случаев состав РТСОП ограничивается только РМСП. ПРЛ является трехкоординатной станцией, осуществляющей обзор воздушного пространства в зоне предпосадочного и посадочного маневров. Для оценки удаления ВС от точки приземления и отклонений от ЛК и ЛГ на индикаторе станции строятся два изображения: курсовое и глиссадное.

Радиолокационные системы управления посадкой, разработанные как основные средства обеспечения посадки военных самолетов, получили широкое распространение в 50-60 годах в первую очередь из-за своей простоты, мобильности и слабой оснащенности самолетов бортовыми системами обеспечения посадки. Посадочные радиолокаторы являются также составной частью радиолокационных систем управления, как правило, военного назначения,

предназначенных не только для управления посадкой, но и для решения задач управления полетами в районе аэродрома при взлетах и заходах на посадку.

В настоящее время радиолокационные системы посадки применяются как на военных аэродромах в качестве основного средства посадки, так и в качестве вспомогательного средства на аэродромах гражданской авиации (ГА). В современных системах сохраняется управление посадкой по командам с земли, передаваемым с наземных средств по линии связи и передачи данных. При автоматической посадке роль летчика сводится к визуальному (или с помощью специальных средств) контролю за правильностью выполнения команд посадки и вмешательству, при необходимости, в процесс управления.

Получение одновременно информации о воздушной обстановке в аэродромной зоне и информации, обеспечивающей управление самолетами, находящимися на посадочной прямой, достигается использованием двух антенн (кругового обзора и глиссады).

Современное состояние техники ПРЛ. Учитывая практическое отсутствие на аэродромах ГА посадочных РЛС Precision Approach Radar (PAR) и весьма ограниченные возможности контроля захода по обзорному радиолокатору (ОРЛ), ЗАО “ВНИИРА-ОВД” в АРМ УВД диспетчера старта/посадки унифицированного ряда АС УВД “СИНТЕЗ” реализовала функцию контроля захода ВС на посадку на основе информации аэродромного обзорного радиолокационного комплекса (ОРЛК) [1].

В России используются РЛС, изготавливаемые фирмой “Tesla” (RP - 3G, RP - 4G, RP - 5G). В нашей стране эксплуатируются также и отечественные радиолокационные системы посадки (РСП) РСП-6М2, РСП-10МН-1. Эти системы в значительной мере устарели и не отвечают современным требованиям к РЛС посадки самолетов.

Характерной особенностью конструктивного исполнения как отечественных ПРЛ, так и фирмы “Tesla” является наличие механически сканирующих антенных систем курса и глиссады с широкими диаграммами направленности и использование зондирующих импульсов простой формы. Эти особенности конструктивного исполнения существенно затрудняют дальнейшее совершенствование таких важных характеристик, как: надежность; темп обновления

информации; точность определения координат; помехозащищенность; дальность видимости в осадках, превышающих 4 - 6 мм/ч; разрешающая способность при заданной дальности видимости.

Зарубежные системы посадки. Значительный интерес представляют последние образцы зарубежных радиолокаторов, имеющие более высокие технические и эксплуатационные характеристики.

Разработчики радиолокационной техники стремятся решить проблему УВД в аэродромной зоне с помощью многофункционального радиолокатора. На примере зарубежных многофункциональных радиолокационных систем (GCA-2000, MPN-14K RAPCON, AN/TPN-31 (ATNAVICS)) (рис.1-5) можно предположить, что дальнейшее развитие их антенных систем пойдет в сторону применения активных антенных решёток (АФАР). Антенная система обзорного радиолокатора также будет представлять собой АФАР. Побудительными причинами использования АФАР в радиотехнических системах являются заметные преимущества АФАР по сравнению с пассивными решетками. К ним относятся: меньшие потери в трактах приема и передачи; высокая надежность; широкие возможности в динамическом изменении параметров РЛС; меньшая стоимость жизненного цикла РЛС в целом.

Если на начальном этапе в силу очевидных обстоятельств проектировались АФАР длинноволновых диапазонов (AN/TPS-59), то в настоящее время во многих странах разработаны и находятся в эксплуатации РЛС с АФАР более высокочастотных диапазонов, включая Х-диапазон (THAAD) [2].

Рис.1. Посадочный радиолокатор ЫРО-435Б фирмы МЕС

+1

Рис.2. Совмещенный обзорный локатор и посадочный локатор ОСЛ-2000 фирмы ІТТ

*•х L 1 1 1 і і f I ) J j j, і і j

Рис.3. Совмещенный обзорный локатор и посадочный локатор MPN-14KRAPCON фирмы ITT

Рис. 4. Посадочный радиолокатор AN/FPN-67 фирмы Raytheon

Рис.5. Мобильный обзорный локатор и посадочный локатор AN/TPN-31 (ATNAVICS) фирмы Raytheon

Высокая стоимость АФАР заключается в большом количестве модулей, стоимости элементной базы и СВЧ распределительных систем. Снижение стоимости разработки, изготовления, эксплуатации, обслуживания и т.д. приведет к более широкому их использованию. Однако современные требования к РЛС с АФАР уже невозможно выполнить без применения принципиально новых методов и технологий. Исследования в этой области показывают, что качественный скачок в технике АФАР возможен на стыке радио и оптоэлектроники. Применение аналоговой фотоники позволит получить качественно новые возможности РЛС с АФАР.

Анализ развития ПРЛ и ОРЛ-А, входящих в различные типы радиолокационных систем управления посадкой, позволяет сделать вывод о том, что совершенствуются существующие ПРЛ и разрабатываются новые, более совершенные. При этом за рубежом особое внимание уделяется разработке РЛС с АФАР. ПРЛ становится частью многофункциональной системы, состоящей из: ПРЛ, ОРЛ-А и вторичного радиолокатора, которая при высоких технических характеристиках имеет наименьшие эксплуатационные затраты.

Выводы. Анализ развития техники построения посадочных радиолокаторов позволяет утверждать, что разработка радиолокаторов идет в направлении повышения: надежности аппаратуры; точности определения координат; помехозащищенности; автоматизации и мобильности.

Повышение надежности, точности и помехозащищенности достигается переходом к радиолокаторам с узким лучом диаграмм направленности, построенных на основе АФАР, переходом к цифровым системам, внедрением цифровых систем передачи данных, совмещением режимов первичной и вторичной локации, использованием сложных зондирующих сигналов и моноимпульсного принципа измерения угловых координат.

Повышение уровня автоматизации достигается использованием микропроцессорной техники для решения задач обработки радиолокационной информации, выработки команд управления и передачи их на борт, а также для отображения на средствах индикации необходимых команд и информации.

Важнейшим принципом построения ПРЛ является использование электронного способа сканирования рабочего сектора узким лучом. Работа узким лучом обеспечивает пространственную селекцию целей и местных предметов, улучшает характеристику обнаружения как в ясную погоду, так и в осадках. В режиме обзора в ПРЛ используются зондирующие импульсы на двух частотах, что обеспечивает статистическую независимость отраженных от целей сигналов. При этом из-за уменьшения дисперсии эффективной поверхности рассеяния цели повышается дальность обнаружения. Применяется и внутриимпульсная линейная частотная модуляция, что позволяет улучшить характеристики обнаружения в осадках, повысить точность определения координат целей за счет высокой разрешающей способности.

Использование моноимпульсного метода пеленгации в режиме сопровождения позволяет в сочетании с применением сложных сигналов и высоким темпом обращения к цели добиться высоких точностных характеристик, а цифровая система селекции движущихся целей обеспечивает улучшение тактических характеристик, позволяет повысить надежность и срок службы системы, уменьшить габариты и вес.

Для решения задач управления лучом ФАР (АФАР), вторичной обработки радиолокационной информации, функционального контроля и диагностики аппаратуры используются микропроцессоры. Благодаря этому имеет место высокая степень гибкости в управлении рабочими режимами станции.

С целью обеспечения требований по надежности и удобству эксплуатации используется резервирование аппаратуры каждого канала, а применение оптоэлектроники рождает новый класс АФАР. Первые серийные полностью оптические АФАР появятся в ближайшее десятилетие. Уже сейчас проходят испытания экспериментальные образцы полностью оптических АФАР [3].

ЛИТЕРАТУРА

1.www.vniira-ovd.com.

2.Логвин А.И., Нечаев Е.Е., Большаков Ю.П., Лысов В.А. Состояние и перспективы развития антенных систем средств УВД. // Научный Вестник МГТУГА, серия Радиофизика и радиотехника, № 51, 2002.

3. Optical Controlled Phased Array Antenna, HTL, http://www.elitec.com.

Yu. P. Bol’shakov, E.E.Nechaev

Precision approach radars for civil aviation and their progress technology construction tendencies.

The article is dedicated to precision approach radars and tendencies of an advance in technology of their construction.

Сведения об авторах

Большаков Юрий Павлович, 1950 г.р., окончил МИРЭА (1977), начальник сектора КБ “Лира”, автор более 10 научных работ, область научных интересов - радиолокация, техника СВЧ, антенные измерения.

Нечаев Евгений Евгеньевич, 1952 г.р., окончил НГТУ (1974), доктор технических наук, профессор кафедры радиотехнических устройств МГТУ ГА, автор 135 научных работ, область научных интересов - антенные измерения, техника СВЧ.