СИСТЕМА ВТОРИЧНОЙ РАДИОЛОКАЦИИ

Полезная модель относится к радиотехнике и предназначена для управления воздушным движением судов морского базирования из подвижного центра управления полетами, расположенного на судах.
В наземных системах наблюдения за воздушным движением используются системы вещательного автоматического зависимого наблюдения (АЗН-В) или Automatic Dependent Surveillance-Broadcast (ADS-B). Основная особенность таких систем - использование активного ответчика на летательных аппаратах, который периодически посылает в виде вещательного сигнала свои идентификационные данные, информацию о положении, скорости и направлении полета, а также другие сведения.
Подобное устройство описано в патенте US 5570095. Система представляет собой наземную станцию, включающую навигационный приемник GPS для определения положения воздушного судна, транспондер режима S для передачи данных местоположения этого судна, принимающую радиостанцию режима S для приема координатной информации воздушных судов и определения местоположения передающего воздушного судна относительно других воздушных судов и относительно земли. Наземная станция включает также несколько секторных антенн, подключенных к приемнику в режиме S. Приемоответчик режима S передает отформатированные сообщения о местоположении воздушного судна (широте, долготе, высоте), курсе воздушного судна, и характеристиках движения.
Системы автоматического зависимого наблюдения используются только в комплексе с наземными приемными станциями и не могут быть использованы для управления воздушным движением судов морского базирования из подвижного центра управления полетами, расположенного на судах, из-за жестких требований, предъявляемых к корабельному оборудованию. Оборудование наземных станций не удовлетворяет таким требованиям ни по массогабаритным характеристикам, ни по возможности работы в условиях качки и вибраций.
Кроме того такие системы не предусматривают наличие запроса со стороны наземной станции. Летательные аппараты, оснащенные передатчиком режима S, периодически направляют информацию о положении своего судна.
В наземных системах наблюдения за воздушным движением широко применяются системы вторичной радиолокации (ВРЛ). Такая система вторичной радиолокации состоит из двух основных частей: наземной станции и станции на борту летательного аппарата. Наземная станция представляет собой приемо-передающая станция и включает запросчик/приемник с радиостанцией (радиолокатор) с вращающейся антенной. Скорость вращения определяет частоту обновления информации. Станция, находящаяся на борту воздушного судна включает бортовой приемоответчик, который отвечает на запросы наземной станции. По принятым ответам наземная станция определяет координаты воздушного судна (наклонная дальность и азимут). Приемоответчики режима А/С передают код опознавания (режим А) и код барометрической высоты (режим С). Приемоответчики с оборудованием Mk. XA (военный радиолокационный стандарт) передают коды режимов 1 и 2 (режимы 1 и 2 регулирует стандарт STANAG, НАТО).
Системы ВРЛ снабжены приемником ГЛOHACC\GPS, приемником режима S, а также процессором обработки принятого сигнала (см. http://wiki.zarimk.ru/wiki/%D0%A0%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D0%B8%D1%8F; см. также ГОСТ 21800-89 Системы вторичной радиолокации для управления воздушным движением. Общие технические требования).
Указанная приемо-передающая станция для системы вторичной радиолокации выбрана в качестве прототипа.
Системы вторичной радиолокации также используются только в комплексе с наземными приемными станциями и не могут быть использованы для управления воздушным движением судов морского базирования из подвижного центра управления полетами, расположенного на морском судне.
Основной причиной такого положения дел является невозможность размещения на морских судах приемо-передающих станций известных систем из-за существующих жестких ограничений на малогабаритные характеристики. Кроме того, «сухопутное» (наземное) оборудование не соответствует требованиям к корабельному оборудованию по диапазону рабочих температур, влажности, вибрациям и т.д.
Другой проблемой, связанной с жесткими ограничениями по массогабаритным параметрам антенных систем, является необходимость увеличения помехозащищенности и разрешающей способности по сравнению с системой ВРЛ, поскольку в условиях морского базирования приемо-передающей станции невозможно использовать антенну, мощность которой сопоставима с мощностями антенн станций наземного базирования.
Задачей настоящей полезной модели является адаптация системы вторичной радиолокации для морского базирования, а также повышение эффективности, точности и разрешающей способности в условиях множественного взаимного наложения ответов.
Указанная задача решается за счет того, что приемо-передающая станция базируется на корабле, при этом штатное оборудование системы размещено в одном шкафу, антенна совмещена с антенной системой азимутально-дальномерного радиомаяка. Для измерения азимута используется моноимпульсный метод.
Антенная система включает шесть излучателей, одновременно выполняющих функции автоматического зависимого наблюдения и азимутально-дальномерного радиомаяка.
Приемо-передающая станция снабжена системой подавления боковых лепестков.
Приемо-передающая станция предусматривает восьмиступенчатый режим управления мощностью возбудителя.
При этом размещение приемо-передающей станции не на наземной стационарной позиции, а на кораблях обеспечивается следующим:
- все оборудование размещено в одном типовом шкафу, при этом использована современная элементная база, обеспечено максимальное уплотнение и др.;
- антенная система совмещена с обычно используемой на корабле антенной системой азимутально-дальномерного маяка;
- антенная система включает шесть излучателей, одновременно выполняющих функции автоматического зависимого наблюдения и азимутально-дальномерного маяка;
- приемо-передающая станция снабжена системой подавления боковых лепестков;
- для измерения азимута используется моноимпульсный метод.
Проведенные патентные исследования показали, что в уровне техники не известно средство того же назначения, что и заявляемая полезная модель, которому присущи все приведенные в независимом пункте формулы полезной модели существенные признаки, включая характеристику назначения. Следовательно, полезная модель соответствует условию патентоспособности "новизна".
Такие комплексы могут быть использованы в современных системах обеспечения безопасности полетов, следовательно, полезная модель обладает промышленной применимостью.
Сущность заявляемой приемо-передающей станции поясняется схемами, где на фиг.1 представлена структурная схема аппаратуры заявляемой приемо-передающей станции, на фиг.2 - диаграмма направленности секторных антенн, на фиг.3 - структурная схема обработки ответов в приемо-передающей станции, на фиг.4 - структурная схема антенной системы.
В состав аппаратуры приемо-передающей станции входят следующие устройства: антенная система 1, включающая шесть секторных антенн и частотно-разделительных устройств 2 (ЧРУ), аппаратура приема 3 и первичной обработки 4, синхронизатор 5, аппаратура передатчика 6, коммутатор на шесть направлений 7, вычислитель 8, приемник GPS/ГЛОHACC 9, источники питания 10, консоль 11.
Требования по массе и габаритам выполняются за счет размещения всей аппаратуры, кроме антенной системы, в одном стандартизированном шкафу Ш6.01.01 по ОСТ 4.ГО.410.235-84. Данный шкаф имеет установленные размеры, а также другие свойства, необходимые для применения в условиях корабля (влагозащищенность, защита от коррозии и т.д.).
При этом использована современная элементная база, отвечающая не только жестким требованиям по массе и габаритам, но и предусматривающая специальное конструктивное выполнение (защита от коррозии, влаги и т.д.). Все эти элементы широко известны и не являются предметом настоящей полезной модели.
Система автоматического зависимого наблюдения использует моноимпульсный метод измерения координат, поэтому параметры разрешающей способности определяются возможностями процессора обработки, входящего в состав аппаратуры приемопередающей станции, по разделению наложенных друг на друга сигналов.
Для повышения разрешающей способности системы при обнаружении воздушных судов, находящихся на близких азимутах, в заявляемом техническом решении применен 8-ми ступенчатый режим управления мощностью возбудителя. Управление производится синхронизатором таким образом, что в каждом азимутальном секторе мощность излучения пакетов запросов имеет восемь ступеней. Ступенчатый режим управления мощностью реализован программно-аппаратным способом, аппаратура передатчика в состоянии формировать сигнал переменной мощности. Передатчик, разработанный заявителем, имеет меньшую дискретность, чем аналогичные известные устройства. Это позволяет формировать больше уровней мощности запроса, в данном случае, восемь.
Для повышения эффективности работы приемо-передающей станции применяется система обработки боковых лепестков. Принцип ее работы показан на фиг.2, при этом использованы следующие обозначения:
БЛ - боковые лепестки;
Σ - сектор запроса;
Δ1, Δ2 - соседние с сектором запроса сектора, используемые для определения азимута летательного аппарата (ЛА);
′Ω1, ′Ω2, ′Ω3 - сектора, используемые для подавления боковых лепестков.
Функциональное назначение секторных антенн изменяется вместе с изменением направления запроса.
Структурная схема обработки ответов, в том числе по боковым лепесткам, в системе представлена на фиг.3.
Для обработки ответов используется одна плата ПРОС и коммутатор радиолокационной информации (РЛИ). Коммутатор РЛИ обеспечивает коммутацию на входы ПРОС аналоговых сигналов с шести каналов приемников, в соответствии с их функциональным назначением относительно сектора запроса, а также формирует сигнал «подавление боковых лепестков» (ПБЛ).
Сигнал ПБЛ формируется на трех аналоговых компараторах, сравнивающих уровень сигнала в канале Σ с уровнями сигналов ′Ω1, ′Ω2, ′Ω3. Если уровень сигнала в одном из каналов ′Ω превышает уровень сигнала в канале Σ, формируется сигнал ПБЛ. Сигнал ПБЛ является логическим и поступает на цифровой вход ПРОС.
Функции коммутатора РЛИ могут быть реализованы на плате синхронизатора, управляющей переключением секторов.
Пример конкретного выполнения.
Аппаратура приемо-передающей станции размещается на корабле в шкафу с оборудованием. Антенная система и линии связи прокладываются по существующим на корабле кабельным трассам. Аппаратура не требует выделения отдельных постовых помещений и размещается в постах уже существующих радионавигационных систем.
Отличительной особенностью заявляемой системы является ее совместимость с уже имеющейся на корабле аппаратурой азимутально-дальномерного радиомаяка (АДРМ) в части антенной системы. Таким образом, не требуется выделения отдельного помещения для антенной системы автоматического зависимого наблюдения (АЗН).
Структурная схема антенной системы АДРМ и АЗН представлена на фиг.4. Конструктивно данное совмещение реализуется следующим образом: в фазированной антенной решетке (ФАР) АДРМ шесть излучателей модифицируется таким образом, чтобы одновременно выполнять функции АЗН и АДРМ.
В заявляемой полезной модели используется моноимпульсный метод измерения азимута.
Приемо-передающая станция осуществляет связь с бортовым приемоответчиком, расположенным на борту воздушного судна, по радиоканалам, передача сообщений на борт воздушного судна осуществляется на частоте 1030 МГц, прием ответных сообщений - на частоте 1090 МГц.
Заявляемое устройство может отправлять запросы воздушным судам в режимах A, C, 1 и 2 и принимать сигналы режимов A, C, 1, 2, а также, так называемые, расширенные сквиттеры (их официальное название 1090 ES).