Принцип работы бортовой РЛС. Органы управления БРЛС «Гроза».

Бортовая радиолокационная станция (БРЛС) является автономным радиотехническим средством, позволяющим наблюдать радиолокационное изображение пролетаемой местности и окружающей воздушной обстановки, а так же измерять курсовые углы, и наклонные дальности до ориентиров.

БРЛС может использоваться не только для решения навигационных задач, но и для предотвращения попадания в зоны опасных метеоявлений. В середине ХХ века бортовой радиолокатор был одним из основных средств навигации, но в настоящее время из-за невысокой точности он уступил свое место более точным радионавигационным средствам. Но как средство предотвращения попадания в зоны грозовой деятельности сохранил свое значение. Поэтому на современных ВС БРЛС чаще называют метеонавигационными РЛС (МНРЛС). Некоторые типы БРЛС давали также возможность предотвращения опасных сближений с другими ВС.

В данной части учебного пособия будет рассмотрено применение БРЛС для навигации. Ее использование для обхода зон грозовой деятельности будет рассмотрено в другой части, в теме, посвященной обеспечению безопасности полетов.

БРЛС является автономным средством, а не системой, поэтому ее нельзя, разумеется, отнести к классу угломерных, дальномерных или иных систем. Но с ее помощью место самолета можно определить как угломерным, так и дальномерным или угломерно-дальномерным способом. При этом можно определить пеленги и дальности одновременно нескольких ориентиров.

Принцип работы бортовой РЛС такой же, как и у наземных РЛС. Он заключается в излучении бортовой антенной электромагнитных импульсов, их отражении от объектов, и приёме отражённых сигналов бортовой антенной. Упрощенная блок-схема БРЛС представлена на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Упрощенная схема БРЛС

Синхронизатор вырабатывает периодическую последовательность запускающих импульсов, которые поступают на передатчик (ПРД) и ЭЛТ. Под их воздействием передатчик генерирует и излучает через антенну мощные импульсы в сантиметровом диапазоне волн. Одновременно начинается развёртка на ЭЛТ, то есть «линия прицеливания» электронной пушки начинает отклоняться от центра экрана.

Отражённый от объекта импульс принимается через антенну и приёмник (ПРМ), и подаётся на ЭЛТ. В этот момент пушка излучает электроны, образуя пятно на экране трубки. Расстояние отметки объекта от начала развёртки пропорционально времени прохождения сигнала и, следовательно, удалению до объекта.

С помощью привода (электродвигателя) антенна сканирует (вращается), излучая импульсы по различным направлениям. В результате послесвечения экрана отметки объектов по всем направлениям сливаются в единое изображение. На экране электронным путём формируются метки дальности, с помощью которых можно определить расстояние до объекта.

Одна и та же антенна предназначена как для излучения, так и для приема сигналов. Чтобы мощный излучаемый сигнал не попал в приемник, антенный переключатель отключает приемник от антенны в момент излучения импульса.

Использовались БРЛС как переднего обзора, в которых антенна располагается в носовой части ВС и сканирует вправо-влево в определенном секторе, так и БРЛС кругового обзора, в которых антенна вращается на 360°. В этом случае антенна располагается под фюзеляжем.

Бортовые РЛС применяются в авиации с 50-ых годов и, конечно, за прошедшие десятилетия было создано много их разновидностей. В гражданской авиации применялись такие БРЛС как РОЗ-1, РПСН-2 и другие. Наиболее распространены были радиолокаторы серии «Гроза», которые в принципе имели одинаковое устройство и похожие органы управления, но несколько различались в зависимости от того, для какого типа ВС были предназначены. Соответственно, на Ту-154 устанавливалась «Гроза-154», на Ан-26 «Гроза-26» и т.д.

Органы управления и режимы работы БРЛС «Гроза»

Органы управления. Общий вид органов управления и индикации бортовой РЛС «Гроза», применяемой на самолете Ан-26, показан на рис. 9.2. Посередине в верхней части располагается экран ЭЛТ, в нижней части которого находится точка начала развертки. Вертикальная линия идущая вверх от начала развертки называется курсовой чертой, поскольку направлена по продольной оси ВС. Антенна в таких БРЛС сканирует в секторе ±100° от продольной оси ВС (курсовой черты).

Слева от экрана находятся две клавиши управления антенной. С их помощью можно антенну, если она не сканирует, и соответствующую ее направлению линию развертки направить в любую сторону.

Справа от экрана находится клавиша включения БРЛС.

Справа внизу располагается переключатель масштабов изображения. Здесь под масштабом понимается вовсе не то, что в картографии. Масштаб изображения – это дальность до максимально удаленного объекта, который можно видеть на экране (например, от начала развертки до самой верхней точки экрана). Пилот может установить любой из имеющихся масштабов. На каждом из них будут формироваться свои метки дальности (окружности одинакового удаления от ВС), но интервал между метками на каждом масштабе свой. Масштабы и интервалы между метками приведены в табл. 9.1.

Интервал между метками для каждого масштаба своей БРЛС пилот должен знать наизусть, поскольку численные значения на экране, конечно, не надписаны.

Рис.9.2. Органы управления и индикации БРЛС «Гроза-26».

Слева внизу – переключатель режимов работы БРЛС, о которых речь будет идти далее.

Посередине прямо под экраном располагается кремальера изменения угла наклона антенны относительно горизонтальной плоскости. Антенну (и, соответственно, направление ее излучения) можно установить так, чтобы она сканировала строго в горизонтальной плоскости (вправо-влево) или наклонить плоскость ее сканирования на несколько градусов вверх или вниз. Нужно помнить, что нулевое положение антенны соответствует истинной горизонтальной плоскости, а не горизонтальной плоскости самолета. Если самолет летит с тангажом или креном, антенна не наклонится вместе с ним, а останется горизонтальной относительно земли. Для этого в БРЛС подаются сигналы от соответствующего внешнего устройства (например, от центральной гировертикали).

Масштабы и интервалы между метками

Таблица 9.1

Имеются также кремальеры регулировки качества изображения на экране, аналогичные тем, что используются в телевизоре (яркость, контрастность,. частота и пр.), а также кремальера регулировки яркости меток дальности, с помощью которой эти метки можно сделать ярче или, наоборот, вообще убрать с экрана.

Режимы работы. БРЛС «Гроза», как правило, имеет следующие режимы работы.

Режим «Готов». В этом режиме излучение не происходит, но БРЛС готова к работе, все электрические цепи под напряжением.

Режим «Земля». Это основной режим работы для навигации. Антенна наклонена к земле, и на экране можно видеть изображение земной поверхности.

Излучение может осуществляться по широкой, или узкой диаграмме направленности. Широкая диаграмма направленности (рис. 9.3), называемая также «косеканс-квадрат» (из-за формулы, ее описывающей), охватывает значительный диапазон дальностей на земной поверхности по направлению ее излучения. Мощность отраженного сигнала от близких и удаленных объектов примерно одинакова. Узкая диаграмма имеет форму луча шириной примерно 3°.Излучаемая мощность по обеим диаграммам одинакова, но в широкой диаграмме она «размазана» по большой площади, а при использовании узкой диаграммы – сконцентрирована по одному направлению. Это дает возможность лучше наблюдать удаленные объекты. Но то, что не попадет в пределы луча, видно не будет.

На масштабах 30, 50, и 125, используется широкая диаграмма направленности, на масштабе 375 узкая, а на масштабе 200 поочерёдно, узкая и широкая.

Рис. 9.3. Широкая и узкая диаграммы направленности

Как уже отмечалось, удаление отметки объекта на экране от начала развертки соответствует наклонной дальности объекта. Первое, от чего отразится излучаемый электромагнитный импульс – это точка на земной поверхности под ВС. Наклонная дальность от этой точки равна истинной высоте полета, поэтому изображение этой точки появится на соответствующем удалении от начала развертки, то есть не в центре экрана, а на расстоянии, соответствующем высоте. Но антенна сканирует, поэтому изображение этой одной и той же точки появится по всем направлениям излучения. Таким образом, место самолета, которое является точкой, изобразится на экране в виде окружности с радиусом, равным высоте полета! Внутри этой окружности экран будет темным (нет отражающих объектов). В принципе по радиусу высотного кольца можно судить о высоте полета, но точность будет очень низка (порядка 1 км).

Из этого ясно, что на экране БРЛС изображение земной поверхности искажено по сравнению с тем, как оно выглядит на карте. Ведь точка превратилась в линию – окружность. Разумеется, будет искажена форма и других объектов поблизости от ВС. Но на больших удалениях, где наклонная дальность практически совпадает с горизонтальной, искажения будут все меньше и меньше (рис. 9.4).

На масштабе 375 км введена задержка развёртки, соответствующая дальности 200 км. Это означает, что в момент излучения импульса развертка сразу не начинается, а начнется лишь в момент, когда пройдет время, соответствующее дальности 200 км. Объект, находящийся на этом удалении, изобразится в центре экрана (в начале развертки). Причем все объекты на этом удалении, находящиеся в разные стороны от ВС, изобразятся в этой же точке. Здесь уже окружность с радиусом 200 км стянется в одну точку. Понятно, что и в этом случае будут искажения формы объектов.

Задержка введена для того, чтобы лучше рассмотреть именно удаленные объекты, пусть даже с искажениями. На экране на масштабе 375 км будут видны только объекты, находящиеся на удалениях от 200 до 375 км.

Режим «Метео».

Предназначен для обнаружения зон грозовой деятельности. Используется узкая диаграмма направленности, и устанавливается наклон антенны равный нулю. Антенна сканирует в горизонтальной плоскости на уровне высоты полета и луч пересекает очаги грозовой деятельности (рис. 9.5). Они сильно электризованы, хорошо отражают радиоволны и видны в виде ярких засветок. Чем ярче засветка, тем сильнее гроза (рис. 9.6).

Рис. 9.4. Вид радиолокационного изображения земной поверхности

Рис. 9.5. Диаграмма направленности а режиме «Метео»

Рис. 9.6. Вид грозовых засветок в режиме «Метео»

Режим «Контур». То же самое, что и «Метео», но наиболее сильные сигналы полностью подавляются схемой локатора. Это значит, что если мощность отраженного сигнала превышает определенный уровень, то электрическая схема локатора уменьшит ее до нуля – как будто нет никакого отраженного сигнала. Разумеется, на экране в этом месте свечения вообще не будет. Поэтому в режиме «Контур» посередине ярких грозовых засветок будут черные «дырки», как будто бы там нет грозы. На самом деле в этих местах самая сильная грозовая деятельность (рис. 9.7). Данный режим и предназначен для того, чтобы пилот смог выявить самые опасные места.

Режим «Снос». Этот режим предназначен для измерения угла сноса. Используется широкая диаграмма направленности, но сканирование антенны отсутствует. Направление антенны (линии развёртки), можно изменить клавишами управления антенной. Порядок определения угла сноса будет описан далее.

Порядок подготовки БРЛС к работе. Порядок работы с БРЛС во время предполетной подготовки заключается в следующем.

1) При нахождении ВС на стоянке необходимо включить АЗС (автомат защиты сети) и другие выключатели питания (зависит от типа ВС).

2) Установить режим «Готов», наклон антенны +10°, регуляторы «Яркость» и «Метки» установить в среднее положение, а «Контраст» в крайнее левое.

Рис. 9.7. Вид грозовых засветок в режиме «Контур»

3) Включить локатор нажатием клавиши «РЛС» на индикаторе (включение). Через 3-5 минут, после прогрева элементов локатора, его можно перевести в режим «Земля». Перед этим необходимо убедиться в отсутствии людей и крупных отражающих объектов в секторе ±100° градусов на удалении до 100 метров. Дело в том, что локатор излучает на частоте 9375 Мгц. Это всего лишь в два с половиной раза меньше, чем частота работы бытовой микроволновой печи, но импульсная мощность БРЛС раз в десять больше.

4) Затем следует отрегулировать яркость экрана и меток дальности.

5) Поочередно устанавливая масштабы от 30 до 250 убедиться, что видны все метки дальности, что они имеют приблизительно круглую форму и расстояние между ними примерно одинаково.

6) Уменьшая угол наклона антенны до нуля, добиться появления радиолокационного изображения объектов, расположенных в районе аэродрома в секторе обзора локатора. Если изображения нет, переключить в режим «Готов» и снова в режим «Земля». Через 20 секунд изображение должно появиться.

7) Установить минимальную яркость экрана и при вращении регулятора «Контраст» убедиться в изменении характера изображения.

8) Установить наклон антенны +5° и режим «Метео». Изображения местных предметов должны исчезнуть.

9) Установить все регуляторы в исходные положения и выключить радиолокатор или установить режим «Готов».

После взлета БРЛС можно использовать в полном объеме для навигации и обнаружения зон грозовой деятельности.