Развитие радиолокационных систем УВД в России с 60-х годов XX века

2006

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА Серия История, философия, социология

№ 101

УДК 347.471.33.37

РАЗВИТИЕ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ УВД В РОССИИ

С 60-Х ГОДОВ ХХ ВЕКА

Д.В. ПИМЕНОВ

Статья представлена доктором технических наук, профессором Нечаевым Е.Е.

Рассматривается история развития радиолокационных систем УВД в России с 60-х годов XX века.

Выбор темы обоснован тем, что в условиях высокой интенсивности и плотности воздушного движения особую остроту приобретает проблема обеспечения полной безопасности полетов и максимальной эффективности использования авиационной техники. При ее решении необходимо учитывать следующие отличительные черты воздушного движения: трехмерный характер

воздушного движения и отсутствие жесткой связи с той материальной средой (атмосферой), в которой происходит воздушное движение; невозможность внезапной приостановки воздушного движения (торможения); высокие скорости воздушного движения, приводящие к быстротечности всех связанных с ним процессов; существенная зависимость воздушного движения от состояния и свойств воздушной среды (метеоусловий). Эти особенности предъявляют высокие требования к разнообразным техническим средствам обеспечения полетов.

Управление воздушным движением (УВД) заключается в постоянном контроле и регулировании процесса выполнения полетов для поддержания установленного порядка движения ВС на аэродромах и в воздушном пространстве.

Среди радиотехнических средств радиолокаторы занимают особое место, поскольку являются основными источниками динамической информации о воздушной обстановке для диспетчеров службы движения. Различают две основные группы РЛС: первичные и вторичные. Первичные РЛС обеспечивают диспетчерский состав информацией о дальности и азимуте воздушных целей, а также о местоположении зон опасных метеоявлений. Вторичные РЛС, которые наиболее эффективно используются в составе АС УВД, позволяют получить информацию о трех координатах ВС (дальность, азимут, высота), а также дополнительную информацию (бортовой номер, запас топлива, сигналы об аварийных ситуациях) [2]. Кроме первичных и вторичных РЛС, в гражданской авиации применяются посадочные РЛС, обзора летного поля, метеорологические.

В современных АС УВД применяются первичные РЛС третьего поколения. Переоснащение предприятий гражданской авиации занимает обычно длительный период, поэтому в настоящее время наряду с современными РЛС применяются РЛС второго поколения. Первичные РЛС различных поколений отличаются прежде всего элементной базой, способами обработки радиолокационных сигналов и защиты РЛС от помех [1].

Первичные РЛС первого поколения широко применялись до середины 60-х годов. К ним относятся трассовые РЛС типа П-35 и аэродромные РЛС типа «Экран». Эти радиолокаторы построены на электровакуумных приборах с применением навесных элементов и объемного монтажа. Дальность действия таких РЛС обеспечивается главным образом за счёт большой мощности зондирующего сигнала (до 4 МВт в импульсе) при сравнительно невысокой чувствительности приемника (не более - 120 дБ/МВт). В этих РЛС применяется последетекторное аналоговое накопление сигналов с помощью электронно-лучевой трубки. Для РЛС первого поколения характерно использование аналоговых устройств и систем защиты от помех. К ним относятся: мгновенная автоматическая регулировка усиления (МАРУ) в сочетании с цепью малой постоянной времени (МПВ); система селекции движущихся целей с применением ультразвуковой линии задержки или потенциалоскопа; устройство защиты от несинхронных помех; устройство изменения линейной поляризации излучаемых колебаний на круговую для борьбы с помехами от метеообразований.

Аналоговая техника обработки сигналов и защиты РЛС от помех не обеспечивает высокого качества радиолокационной информации, получаемой от первичных РЛС первого поколения. В частности, аналоговые системы селекции движущейся цели (СДЦ) характеризуются невысокими коэффициентами подавления помех от местных предметов (15-20 дБ), подпомеховой видимости (1015 дБ), громоздкостью оборудования и нестабильностью в работе [4].

Первичные РЛС второго поколения начали применяться в конце 60-х-начале 70-х годов. Повышение требований к источникам радиолокационной информации системы УВД привело к тому, что радиолокаторы этого поколения превратились в сложные многорежимные и многоканальные радиолокационные комплексы (РЛК). Радиолокационный комплекс второго поколения состоит из первичной РЛС с встроенным вторичным радиолокационным каналом и аппаратуры первичной обработки информации (АПОИ). Ко второму поколению относятся трассовые РЛК «Скала» и аэродромные РЛК «Иртыш». В этих комплексах наряду с электровакуумными приборами начали широко применяться твёрдотельные элементы, модули и микромодули в сочетании с монтажом на основе печатных плат. Основной схемой построения первичного канала РЛК стала двухканальная схема с разносом частот, которая позволила повысить показатели надежности и улучшить характеристики обнаружения по сравнению с РЛС первого поколения. В РЛС второго поколения начали применяться более совершенные средства защиты от помех:

- устройство обработки принимаемого сигнала с логарифмической амплитудной характеристикой и схема с малой постоянной времени (устройство ЛОГ-МПВ-АнтиЛОГ), которое обеспечивает селекцию полезного сигнала по длительности и сжатие его динамического диапазона;

- цифровая система СДЦ, обеспечивающая коэффициент подавления помех от местных предметов примерно 35.. .40Дб и коэффициент подпомеховой видимости 23.. .26дБ;

- антенная система с двухлучевой диаграммой направленности в вертикальной плоскости и высоким коэффициентом усиления по каждому лучу, которая способствует повышению качества выделения полезного сигнала на фоне помех от местных предметов;

- устройство защиты от несинхронных помех на основе аналогового накопителя импульсных сигналов[1].

Опыт эксплуатации РЛС и РЛК второго поколения показал, что в целом они недостаточно полно удовлетворяют требованиям АС УВД. В частности, к их существенным недостаткам относятся ограниченное применение в аппаратуре современных средств цифровой обработки сигналов, малый динамический диапазон приемного тракта и др. Данные РЛС и РЛК используются в настоящее время в неавтоматизированных системах УВД.

Первичные РЛС и РЛК третьего поколения начали использоваться в гражданской авиации нашей страны как основные источники радиолокационной информации АС УВД с 1979 г. Главное требование, которое определяет особенности РЛС и РЛК третьего поколения, - обеспечение стабильного уровня ложных тревог на выходе РЛС. Это требование выполняется благодаря адаптивным свойствам первичных РЛС третьего поколения. В адаптивных РЛС осуществляется анализ в реальном масштабе времени помеховой обстановки и автоматическое управление режимом работы РЛС (переключение или изменение параметров устройств защиты от помех, изменение способа обработки принимаемого сигнала и т.п.). С этой целью вся зона обзора РЛС разбивается на ячейки, для каждой из которых в результате анализа за один или несколько периодов обзора принимается отдельное решение о текущем уровне помех. Адаптация РЛС к изменениям помеховой обстановки обеспечивает стабилизацию уровня ложных тревог и уменьшает опасность перегрузки АПОИ и аппаратуры передачи данных в центр УВД [3].

Элементной базой РЛС и РЛК третьего поколения являются интегральные микросхемы (электровакуумные приборы применяются только в передающих устройствах). В современных РЛС начинают широко использоваться элементы вычислительной техники и, в частности, микропроцессоры.

К другим особенностям РЛС третьего поколения можно отнести:

- применение цифровой системы СДЦ с двумя квадратурными каналами с двойным и тройным вычитанием, обеспечивающей коэффициент подавления помех от местных предметов до 40.45 дБ и коэффициент подпомеховой видимости до 28.32 дБ;

- применение переменного периода повторения зондирующего сигнала для борьбы с помехами от целей, удаленных от РЛС на расстояние, превышающее максимальную дальность действия радиолокатора, и для борьбы со «слепыми» скоростями;

- обеспечение линейной амплитудной характеристики приемного тракта до входа системы СДЦ с динамическим диапазоном по входному сигналу до 90.110 дБ и динамическим диапазоном системы СДЦ, равным 40 дБ;

- применение автоматического управления положением нижней кромки зоны обзора РЛС в вертикальной плоскости благодаря использованию двухлучевой диаграммы направленности антенны и формированию взвешенной суммы сигналов верхнего и нижнего лучей.

Уже в настоящее время существует принципиальная возможность построения полностью автоматической системы УВД, работающей без участия человека-оператора. Данные, характеризующие положение самолётов, определяются с помощью датчиков информации, обрабатываются и группируются системой обработки информации СОИ, отображаются на индикаторных устройствах (ИУ). С помощью этих устройств диспетчер УВД может контролировать воздушную обстановку. Одновременно в СОИ, включающей в себя быстродействующую цифровую вычислительную машину (ЦВМ), производится анализ воздушной обстановки. При выявлении предпосылок к опасным ситуациям рассчитываются новые траектории для некоторых самолётов. Эти новые траектории также проверяются по критериям безопасности. Если новый вариант неудовлетворителен, расчет ведется снова, и так до тех пор, пока не будет найдено подходящее решение. Это решение после кодирования в преобразователе по автоматической системе связи АСС передаётся на самолёт, который должен изменить параметры движения. Так образуется замкнутая система автоматического управления с обратной связью.

Роль диспетчера в такой системе сводится только к контролю исправности системы.

При технической реализации автоматической системы УВД возникают серьёзные трудности. Методы управления движением самолетов при использовании такой системы будут коренным образом отличаться от существующих при ручном управлении. Поэтому выход из строя отдельных элементов систем может привести к нарушению всего процесса УВД. Надежность существующих в настоящее время управляющих ЦВМ еще недостаточно высока. В связи с этим переход к полной автоматизации УВД пока нецелесообразен.

Автоматизацию процессов УВД необходимо внедрять постепенно, передавая автоматическим устройствам все более широкий круг задач, решаемых в настоящее время человеком. По этому пути и идёт развитие современных систем УВД.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кузнецов А.А. Радиолокационное оборудование автоматизированных систем управления воздушным движением. -М.: Транспорт, 1995.

2. Кейн В.М. Радиотехнические средства управления воздушным движением. - М.: Транспорт, 1975.

3. Савицкий В.И., Василенко В.А. Автоматизированные системы управления воздушным движением. - М.: Транспорт, 1986.

4. Кузнецов А.А. Эксплуатация радиооборудования аэродромов и трасс. - М.: Транспорт, 1981.

DEVELOPMENT OF RADARS FOR AIR-TRAFFIC CONTROL SYSTEMS SINCE 1960

Pimenov D.V.

The history of development of radars for air-traffic control systems is considered since 1960.

Сведения об авторе

Пименов Дмитрий Владимирович, 1981 г.р., окончил МГТУ ГА (2004), аспирант МГТУГА, область научных интересов - история науки и техники.