ГЛАВА 9. РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СТАНЦИИ РПСН-2 и РПСН-3

Радиолокационная станция предупреждения столкновений и на­вигации РПСН-2 предназначена для обеспечения безопасности полетов в сложных метеорологических условиях, в зонах с интенсивным воздушным движением и в районах с сильнопересеченной местностью. Станция обеспечивает радиолокационный обзор воз­душного пространства или земной поверхности в секторе ±90° от продольной оси самолета по азимуту с возможностью определения наклонной дальности и курсовых углов радиолокационных целей. (Под радиолокационными целями понимаются объекты, которые по своей способности отражать радиоволны отличаются от окружаю­щего их фона).

С помощью станции можно решать следующие задачи:

обнаруживать летящие самолеты и определять степень опасно­сти столкновения с ними;

обнаруживать зоны грозовой деятельности и определять в них более, а также менее опасные для самолета участки;

обнаруживать горные вершины и определять, обеспечивается ли пролет с безопасным превышением над ними при данной высоте полета;

осуществлять радиолокационный обзор земной поверхности с целью ведения ориентировки;

определять угол сноса и путевую скорость самолета.

В состав станции входят следующие блоки: антенный блок (блок 1); приемо-передающий блок (блок 2); блок синхронизации (блок 3); индикатор летчика (блок 4); индикатор штурмана с пуль­том (блок 4Ш); блок разверток и питания индикаторов (блок 5); блок навигационных устройств (блок 6); блок питания (блок 8); коробка предохранителей и регулировок (блок 9); пульт управле­ния и контроля (блок 10); волноводный тракт (блок 11); две рас­пределительные коробки и соединительные кабели (блок 12); пом­па воздушной подкачки (блок 12Д); пять вентиляторов обдува блоков станции.

Антенный блок предназначен для направленных излучения и приема радиоволн, управления антенной и ее гироскопической ста­билизации. Он также обеспечивает передачу электрическим спосо­бом углов поворота антенны по азимуту на индикаторы, что дает возможность определять курсовые углы обнаруженных целей (здесь и в дальнейшем под целями понимаются объекты, обнару­живаемые радиолокационным способом).

Приемо-передающий блок включает в себя передатчик и основ­ную часть приемника станции. Передатчик предназначен для созда­ния мощных импульсов сверхвысокочастотных (СВЧ) колебаний, направленно излучаемых антенной в пространство в виде радио­волн.Приемная часть блока обеспечивает преобразование принятых СВЧ сигналов в колебания промежуточной частоты, усиление и де­тектирование напряжения промежуточной частоты.Блок синхронизации управляет импульсной работой всех дру­гих блоков станции, вырабатывая импульсы их запуска, а также усиливает видеоимпульсы (импульсы постоянного напряжения), поступающие от приемной части блока 2, и выполняет некоторые другие функции. Индикатор летчика (рис. 51) обеспечивает наблюдение радиолокационного изображе­ния обозреваемых воздушного пространства и земной поверх­ности, некоторые регулировки этого изображения, определе­ние дальности и курсовых уг­лов целей. В его состав входят индикаторы первого и второго приемных каналов. На экране индикатора первого канала наблюдаются отметки тех це­лей, от которых отразились ра­диоволны (под отметкой цели понимается ее радиолокацион­ное изображение). Индикатор второго канала предназначен для отображения отметок самолетов, оборудованных радиолокаци­онными ответчиками.

Индикатор штурмана с пультом (рис. 52) обеспечивает получе­ние радиолокационного изображения целей по первому или второ­му каналам с определением дальности и курсовых углов целей, а также служит для управления работой станции.

На индикаторах пилота и штурмана создается радиально-сек-торная развертка со смещенным вниз на экране ее началом (цент­ром).

Блок разверток и питания индикаторов совместно с антенным блоком служит для создания напряжений, необходимых для полу­чения разверток на индикаторах.

Блок навигационных устройств обеспечивает работу станции в режимах определения угла сноса и путевой скорости самолета, а также выполняет некоторые другие функции.

Блок питания включает в себя трансформаторы и выпрямители и служит для преобразования переменного напряжения 115 В бор­товой сети в постоянные напряжения, необходимые для питания большинства блоков станции.

Коробка предохранителей и регулировок предназначена для за­щиты некоторых электрических цепей, обеспечения регулировки яркости меток дальности и других регулировок на индикаторе пилота.

Пульт управления и контроля (рис. 53) служит для управления работой станции, контроля ее работы и включения некоторых ре­зервных систем станции при отказе основных.

Волноводный тракт предназначен для передачи энергии СВЧ колебаний от приемо-передатчика к антенне и в обратном направ­лении.

Распределительные коробки и соединительные кабели служат для электрического соединения блоков станции.

Помпа воздушной подкачки предназначена для создания избы­точного давления воздуха в герметичной части передатчика и вол­новоде, что необходимо для исключения электрического пробоя при разрежении воздуха с подъемом на высоту.

Вентиляторы обдува обеспечивают принудительное охлаждение блоков станции.

Рис. 52. Индикатор штурмана с пультом станции РПСН-2:

Антенный блок расположен в носовом отсеке за радиопрозрач­ным обтекателем. В левом носовом отсеке (радиоотсеке) размещены: приемо-передатчик, блок синхронизации, распределительные коробки и помпа воздушной подкачки. Блок разверток и питания индикаторов, а также блок питания установлены в правом носо­вом отсеке (электроотсеке). Волноводный тракт соединяет приемо­передатчик и антенный блок. Вентиляторы обдува установлены возле блоков 2, 3, 5 и 8.

Станция питается электроэнергией постоянного, переменного однофазного и переменного трехфазного токов от основных шин бортовой сети. Цепи ее питания защищены:

по постоянному току — тремя АЗС, установленными на щите АЗС и имеющими общую надпись «Локатор»;

по переменному однофазному току — предохранителем СП-15, расположенным на панели переменного тока за крышкой с над­писью «Предохранители»;

по переменному трехфазному току — тремя предохранителями СП-5, которые расположены на панели переменного тока.

Дальность действия в режимах «Обзор» и «Дальний обзор»

(обнаружения крупных промышленных цент­ров)...................... до 120—180 км

Дальность обнаружения:

грозовых зон..................................................................................... » 120 км

горных вершин при полете на высоте 2500 м и с

превышением над ними 900 м...................................................... » 120 »

Дальность обнаружения самолетов:

по I каналу................................................................................не менее 15 км

» II »............................................................................................. » » 30 »

Пределы измеряемых углов сноса...................................................................±20°

Точность определения:

путевой скорости..............................................................................................±3%

угла сноса..........................................................................................................±1,5°

Масштабы развертки:

для индикатора штурмана..............................................................50, 180, 280 км

» » пилота....................................................................50, 120, 200 км

Масштаб меток дальности для индикаторов штурмана и пилота:

при масштабе развертки 50 км.......................................................................10 км

при масштабе развертки 180, 280, 120, 200 км ...........................................40 км

Возможные углы крена, при которых обеспечивается стабилизация антенны:

по тангажу..........................................................................................................±10°

по поперечному крену.......................................................................................±20°

Возможные углы поворота антенны относительно гори­зонтальной

плоскости дистанционно вручную ..................................................................±10°

Частота периодов автоматического качания антенны .................20 циклов/мин

Длительность импульсов передатчика................................................2 или 1 мкс

Частота повторения импульсов передатчика..............................500 или 1000 Гц

Мощность передатчика в импульсе.............................................................60 кВт

Потребляемый ток:

постоянный..........................................................................................................11А

переменный однофазный.......................................................................около 14 А

» трехфазный (на одну фазу)...........................................не более 5 А
40. Общий принцип работы станции РПСН-2

В основу принципа работы радиолокационной станции положе­ны три явления:

свойство радиоволн в большей или меньшей степени отражать­ся от целей, встречающихся на пути их распространения, что поз­воляет обнаруживать радиолокационные цели;

свойство радиоволн распространяться с постоянной скоростью и прямолинейно, что позволяет определять расстояния до целей путем измерения времени, за которое радиоволны проходят это расстоя­ние до цели и после отражения — обратно;

направленные излучение и прием радиоволн антенной станции, что обеспечивает определение курсовых углов целей.

Станция работает в импульсном режиме. Ее передатчик излу­чает радиоволны короткими импульсами, длительность которых в 1000 раз меньше периода их повторения. При этом расстояние до цели измеряется путем определения времени между моментами излучения импульса передатчиком и приема этого же импульса, отразившегося от цели.

Импульсный метод работы станции позволяет использовать одну антенну в качестве передающей и приемной. С этой целью в приемо-передатчике имеется антенный переключатель, который автоматически подключает антенну к передатчику на время излу­чения импульса и к приемнику — в период между импульсами пере­датчика. Антенный переключатель представляет собой безынерци­онное устройство, при помощи которого энергия СВЧ направляется от передатчика в антенну, а во время работы на прием — от антен­ны в приемник.

Передающий канал станции предназначен для создания мощных импульсов СВЧ колебаний и их направленного излучения в прост­ранство в виде радиоволн. В состав передающего канала (рис. 54) входят: передатчик, являющийся частью приемо-передающего бло­ка, волноводный тракт и антенный блок.

От блока синхронизации на передатчик поступают импульсы запуска, частота повторения которых равна частоте следования импульсов передатчика. Эти импульсы в передатчике усиливаются, после чего поступают на подмодулятор. При поступлении на него импульса запуска подмодулятор создает два высоковольтных импульса, которые совпадают по времени и подаются на модуля­тор. При этом модулятор создает мощный импульс высокого напря­жения (около 14 кВ), поступающий на генератор СВЧ (магнетрон) как напряжение его анодного питания. Во время действия на него импульса генератор СВЧ создает колебания. Это значит, что гене­ратор СВЧ преобразует импульсы постоянного напряжения в такие же по длительности импульсы СВЧ колебаний, энергия которых через волноводный тракт поступает в антенну для последующего ее направленного излучения в пространство. Описанный цикл работы передающего канала повторяется с частотой, которая в зависимо­сти от режима работы станции составляет 500 или 1000 Гц:

В передатчике имеются реле времени и защита от короткого замыкания. Реле времени включает выпрямители передатчика толь­ко через 5 мин после включения электропитания станции. Это время необходимо для прогрева катодов мощных радиоламп передатчика, так как в противном случае лампы вышли бы из строя. С той же целью реле времени обеспечивает включение индикаторов станции через 2 мин после включения электропитания.

Защита от короткого замыкания представляет собой релейную систему, рассчитанную на многократное срабатывание. В случае перегрузки выпрямителей защита отключает от них на 1,5—2 с на­пряжение 115 В, после чего опять включает его. Если перегрузка не была случайной, т. е. возникла по неисправности и не является кратковременной, то срабатывание защиты будет повторяться. Та­кой способ защиты предотвращает выход из строя предохранителя в цепи питания передатчика при случайных кратковременных корот­ких замыканиях в его выпрямителях.

Приемный канал станции предназначен для направленного прие­ма радиоволн; преобразования принятых сигналов по частоте; осу­ществления избирательности; усиления принятых сигналов по про­межуточной частоте; детектирования напряжения промежуточной частоты; усиления полученных в результате детектирования видео­сигналов; осуществления регулировок, необходимых в соответствии с целевым назначением станции; получения радиолокационного изо­бражения целей с возможностью определения их дальности и курсовых углов; автоматической подстройки промежуточной часто­ты приемника.

В состав первого приемного канала станции (рис. 55) входят: антенна, волноводный тракт, приемная часть приемо-передатчика и блока синхронизации, индикаторы, блок разверток и питания инди­каторов.

Отраженные от целей импульсы радиоволн принимаются антен­ной и от нее через волноводный тракт и антенный переключатель поступают на смеситель приемника, куда непрерывно подаются также колебания от гетеродина.

Полученное на выходе смесителя напряжение промежуточной частоты выделяется контурами УПЧ и усиливается этим усилите­лем, а затем импульсы напряжения промежуточной частоты преоб­разуются видеодетектором в импульсы постоянного напряжения (видеоимпульсы).

Видеосигнал с выхода детектора поступает на видеоусилитель, где усиливается и складывается с напряжением, созданным гене­ратором меток дальности. Этот генератор запускается системой синхронизации и создает кратковременные импульсы постоянного напряжения с периодом повторения, соответствующим включенно­му масштабу развертки.

С выхода видеоусилителя напряжение видеосигнала и меток дальности поступает на индикаторы первого канала летчика и штур­мана. Линия развертки, которая в это время прочерчивается на экране индикатора, засвечивается в соответствии с величиной дан­ного напряжения.

Экран индикатора обладает послесвечением, длительность и яркость которого пропорциональны его засветке во время прочерчи­вания линии развертки. В результате этого на экране более яркими наблюдаются отметки тех целей, которые хорошо отражают радио­волны, а метки дальности представляют собой яркие дуги концент­рических окружностей с центром в начале развертки.

Дальность цели определяется в масштабе по индикатору как расстояние от начала развертки до отметки цели, а курсовой угол цели отсчитывается при помощи азимутальной сетки, имеющейся на экране индикатора. Нулевая риска этой сетки соответствует про­дольной оси самолета.

Первый приемный канал имеет временную автоматическую регу­лировку усиления (ВАРУ) и систему контурной индикации («изо — эхо»), обеспечивающие работу станции в соответствии с ее целевым назначением при обнаружении горных вершин и зон грозовой дея­тельности.

Система автоматической подстройки частоты (АПЧ), которую также называют автоматической регулировкой частоты (АРЧ), предназначена для автоматического поддержания промежуточной частоты приемника практически постоянной при случайных измене­ниях частоты передатчика или гетеродина.

Промежуточная частота приемника f_п равна разности частот гетеродина f_г и принятого сигнала f_с: f_п = f_г — f_с

При изменении питающих напряжений, температуры окружаю­щей среды и т. п. изменяются частоты гетеродина и передатчика (принимаемого сигнала). В результате этого при отсутствии АПЧ изменялась бы частота напряжения на выходе смесителя приемни­ка, что привело бы к ее «уходу» из полосы пропускания контуров УПЧ, т. е. отказу приемного канала станции.

Принцип работы АПЧ состоит в следующем. В момент генера­ции мощного импульса передатчика часть его энергии подается на смеситель АПЧ, куда также поступают колебания от гетеродина. Смеситель преобразует эти два сигнала в напряжение их разност­ной частоты, которая практически равна промежуточной. С выхода смесителя напряжение подается на систему АПЧ. В этой системе имеется частотный различитель с контурами, настроенными на но­минальное значение промежуточной частоты. При отклонении часто­ты от этого значения система АПЧ вырабатывает управляющее напряжение, под воздействием которого частота гетеродина изме­няется так, что промежуточная частота опять становится практиче­ски равной ее номинальному значению.

При выключенном высоком напряжении (передатчике) и неко­торых неисправностях система АПЧ работает в режиме поиска. Этот режим необходим для того, чтобы ввести промежуточную ча­стоту в сравнительно узкую полосу, в которой подстройка осущест­вляется с помощью рассмотренной выше системы слежения. При поиске частота гетеродина, а следовательно, и промежуточная ча­стота изменяются системой АПЧ по периодическому закону, колеблясь около заданного ее значения. В этом случае промежуточ­ная частота периодически входит в полосу пропускания контуров УПЧ и выходит из нее. В момент включения передатчика при исправной АПЧ автоматически включается система слежения, а система поиска выключается.

Подстройка частоты при помощи АПЧ осуществляется путем изменения напряжения на одном из электродов гетеродина, в каче­стве которого используется отражательный клистрон.

В станции предусмотрена возможность работы с ручной регули­ровкой частоты (РРЧ), которую используют в случае отказа АПЧ. Включение ручной или автоматической регулировки, а также руч­ная регулировка частоты осуществляются с пульта управления и контроля.

Кроме рассмотренного первого станция имеет также второй приемный канал, который в настоящее время не используется. Ра­бота станции по второму каналу обеспечивается радиолокационным ответчиком того самолета, на котором она установлена.
41. Режимы работы станции РПСН-2
В соответствии с целевым назначением станции предусмотрены следующие режимы ее работы: «Самолеты», «Горы — Грозы», «Об­зор», «Дальний обзор», «Маяк», «Скорость», «Снос» и «Снос точ­но». Режимы «Скорость», «Снос» и «Снос точно» можно включить только с пульта штурмана, а остальные — как с пульта штурмана, так и с пульта управления и контроля.

При работе станции в любом из режимов антенна стабилизи­руется в той плоскости, в которой она установлена с пульта управ­ления. Вращение антенны по азимуту в режимах «Снос» и «Снос точно» осуществляется вручную с пульта штурмана, а в остальных режимах — автоматически.

Включение режима работы станции и поворот антенны относи­тельно горизонтальной плоскости при помощи ручки «Наклон антенны» осуществляются с того пульта, на который установлен переключатель «Штурман — Пилот», расположенный на пульте управления и контроля (на пульте пилота).

Режим «самолеты» предназначен для обнаружения встречных препятствий, т. е. летящих самолетов, горных вершин и зон грозо­вой деятельности. Этот режим обеспечивает также определение сте­пени опасности столкновения с обнаруженными самолетами.
В режиме «Самолеты» антенна станции формирует уз­кую диаграмму направленности (рис. 56), которая симмет­рична и имеет одинаковую ши­рину в горизонтальной и вер­тикальной плоскостях (шири­на этой диаграммы на уровне 0,5 по мощности составляет 3°15'). В результате с помощью стан­ции осуществляется радиолокационный обзор воздушного простран­ства в секторе ±90° от продольной оси самолета по азимуту и в некотором секторе по углу места. Ширина сектора по углу места, в пределах которого обнаруживаются цели, зависит как от рас­стояния до этих целей, так и от их свойств в большей или меньшей степени отражать радиоволны. При полете на высотах до 5000 м и качании антенны в горизонтальной плоскости (тем более — при на­клоненной антенне) на экране индикатора могут наблюдаться за­светки от некоторых наземных целей. Однако отметки летящих са­молетов, наблюдаемые в виде ярко засвеченных небольших по площади участков (точек), сравнительно легко обнаруживаются даже на фоне засветок от земной поверхности, так как они явля­ются более яркими и на экране индикатора перемещаются относительно этих засветок.

Степень опасности столкновения с обнаруженным самолетом определяется наблюдением за перемещением его отметки по экра­ну индикатора. Если курсовой угол самолета с течением времени не изменяется, т. е. его отметка приближается к началу развертки по ее радиусу (рис. 57), то такой самолет потенциально опасен в смысле столкновения с ним. Когда отметка не приближается к на­чалу развертки по ее радиусу, т. е. курсовой угол обнаруженного самолета с течением времени изменяется, столкновение при неиз­менных курсах самолетов исключено. Но в этом случае нужно по траектории движения отметки на экране индикатора определить, будет ли с течением времени обеспечено наименьшее допустимое расстояние между самолетами, а также внимательно наблюдать за движением отметки самолета, чтобы при необходимости своевременно предпринять меры,

Следует иметь в виду, что при помощи станции обнаруживаются также самолеты, находящиеся на других относительно данного эше­лонах, но дальность их обнаружения несколько меньше, чем само­летов, летящих на одном эшелоне с тем, на котором установлена станция. Горные вершины и зоны грозовой деятельности наблюда­ются на экране индикатора в виде ярко засвеченных участков. При этом засветка отметок горных вершин неравномерна, а зон грозо­вой деятельности — практически одинакова по всей их площади.