Призначення і класифікація індикаторних пристроїв

Індикаторні пристрої (індикатори) РЛС призначені для формування і відображення радіолокаційної інформації, одержуваної в результаті прийому і обробки РЛС радіолокаційних сигналів, а також відображення додаткової інформації. Інформація поступає на вхід цих пристроїв у вигляді вихідного сигналу системи обробки радіолокаційного сигналу, опорного сигналу для вимірювання дальності, сигналів пізнання, сигналів датчиків кутового положення променя антени, а також для відображення додаткової інформації по ряду інших каналів.

Одержувачем інформації, що відображається індикаторним пристроєм, є оператор РЛС, тому відображення повинне вироблятися у формі, зручній для його сприйняття.

Класифікація індикаторів. Ознаками класифікації служать:

1. Органи чуття оператора, сприймаючі інформацію.

Це зір, слух. По цій ознаці індикатори підрозділяються на: візуальні і акустичні.

2. Призначення індикаторів.

По цій ознаці розрізняють індикатори виявлення і вимірювальні.

3. Час післясвічення екранів ЕПТ.

У індикаторах РЛС використовуються екрани з трьома різними значеннями часу післясвічення:

екрани з малим післясвіченням, вимірювані сотими частками секунди.

екрани з середнім післясвіченням, вимірюваним від 10-2 до 0.1с.

екрани з великим післясвіченням - від десятих часток секунди до десятків секунд.

4. Характер поля, що викликає фокусування і відхилення променя.

По цій ознаці розрізняють:

індикатори з електростатичними ЕПТ, в яких ці задачі розв'язуються за допомогою електричного поля;

індикатори з електромагнітними ЕПТ - за допомогою магнітного поля;

індикатори з ЕПТ з комбінованим управлінням, тобто управління фокусуванням здійснюється за допомогою електричного поля, а відхилення променя - магнітним.

5. Вид відмітки на екрані ЕПТ.

Використовують амплітудну і яскравісну відмітки.

6. Число вимірюваних координат.

По цій ознаці індикатори ділять на: одновимірні, двовимірні і тривимірні.

7. Вид розгортки.

У ЕПТ вимірювання координат здійснюють за допомогою ліній розгортки, які розрізняються формою:

прямолінійна (лінійна); кільцева; радіально-кругова; спіральна; растрова.

Розгортки дальності, крім того, розрізняються по швидкості:

рівномірна (з постійною швидкістю); експоненціальна; синусоїдальна; гіперболічна.

У трьох останніх випадках швидкість розгортки змінюється по відповідному закону.

Основні типи індикаторів оглядових РЛС. У оглядових РЛС одержали найбільше розповсюдження двовимірні індикатори наступних видів:

індикатори кругового огляду (ІКО);

секторні індикатори азимута і дальності з прямокутним растром (ІАД);

секторні індикатори дальності і кута місця (висоти) з полярним растром (індикатори вимірювання висоти (ІІВ)).

40. Узагальнена структурна схема індикатора (рис. 6.8)

Індикатор РЛС складається з ряду електронних пристроїв, що забезпечують виконання функцій, що покладаються на нього.

Кінцевим елементом індикатора є ЕПТ. На трубку подаються:

− напруги або струми для створення розгорток (растру);

− відеосигнали з виходу приймача;

− імпульси масштабних відміток;

− сигнали формування рухомого електронного маркера;

− сигнали комутації для зміни режимів роботи;

− напруги, що забезпечують початковий режим роботи.

Відповідно до цього індикатор включає наступні основні пристрої, які часто називають каналами:

− канал формування розгорток;

− канал сигналів;

− канал формування електронного маркера;

− канал комутації;

− пристрій управління режимом роботи трубки;

− канал масштабних міток висоти.

Канал формування розгорток є основним каналом індикатора і забезпечує створення необхідного растру.

Канал сигналів призначений для передачі посилених приймачем луна-сигналів, імпульсів масштабних відміток і імпульсів маркерного сигналу до електродів трубки.

Пристрій управління режимом роботи трубки забезпечує живлення трубки, можливість фокусування електронного пучка, регулювання яскравості зображення, а також можливість зсуву початку розгортки.

Канал формування електронного маркера виробляє імпульси необхідної форми, затримані на певний час щодо моментів початку розгорток. Ця затримка плавно регулюється і точно фіксується, що дає можливість розміщувати маркер в будь-якій точці екрану.

Канал комутації забезпечує відтворення на екрані індикатора сигналів декількох радіолокаційних каналів, рухомих маркерних міток і інших службових сигналів.

Канал масштабних міток висоти є тільки в індикаторах вимірювання висоти, що визначається специфікою формування цих міток. Масштабні мітки дальності і азимута в РЛС виявлення формуються самостійними системами формування масштабних міток і розглядаються окремо.

41. Індикатори кругового огляду (ІКО) з системами відхилення що обертаються (рис. 6.12)

Для створення радіально-кругової розгортки (РКР) за допомогою відхилюючих котушок (ВК), що обертаються і формують магнітне поле, яке відхилює електронний пучок перпендикулярно лініям магнітного поля, потрібне їх живлення струмом пилкоподібної форми постійної амплітуди I _m.

Обмежувач призначений для виключення запуску розгортки від випадкових імпульсних наведень і здійснення запуску стабільними по амплітуді імпульсами.

Розширювач є чекаючим мультивібратором і призначений для забезпечення нормальної роботи генератора струму, що лінійно змінюється (ЛІТ). Пилкоподібний струм, створюваний ЛІТ, протікаючи від відхилюючих котушок, формує змінне магнітне поле, що переміщає електронний пучок уздовж радіусу екрану ЕПТ, тобто утворює лінійну розгортку по дальності. Відхилюючі котушки обертаються в площині, перпендикулярній осі трубки, з швидкістю, рівній швидкості обертання антени. Таким чином, необхідний закон повороту магнітного поля забезпечується поворотом самих котушок.

У магнітних трубках, використовуваних в ІКО, відхилення електронного пучка прямо пропорційне струму i _к відхилюючих котушок (ВК), а не напрузі U _к, як в електростатичних трубках, тобто саме струм i _к повинен мінятися по лінійному закону.

Оскільки струм повинен змінюватися по лінійному закону, що складно технічно, то перевагу віддають створенню напруги, що лінійно змінюється. В цьому випадку напруга на ВК (еквівалентна схема ВК містить паралельне з'єднання активного опору шунта R _ш, реактивних опорів індуктивності і місткості котушки) рівна сумі напруг на активному опорі котушки і індуктивності. Це призводить до того, що напруга на ВК буде трапецієідальною за формою, отже, тут корректніше використовувати назву генератор імпульсів трапецієідальної форми.

Для передачі обертання від антени до ВК можуть бути застосовані механічна передача або синхронно-стежача система. Механічна передача обертання може бути здійснена за допомогою гнучкого валу або зубчатої передачі. Проте в цьому випадку виходять великі помилки (+1о) і неможливо передати обертання антени на великі відстані. Якщо відстань між приводом антени і індикатором не перевищує 1-1.5 метри, то використовують зв'язок механічний за допомогою гнучкого валу. Синхронно-стежача система забезпечує високу точність передачі і широко застосовується в індикаторах РЛС.

Пристрій зсуву центру забезпечує винесення початку розгортки в будь-яку точку екрану і за його межі. Для цього використовується котушка зсуву розгортки струмом, величина якого може мінятися в необхідних межах і повертатися щодо горловини трубки на будь-який кут.

42. Індикатори кругового огляду (ІКО) з нерухомою системою відхилення (рис. 6.16)

При створенні радіально-кругової розгортки (РКР) за допомогою нерухомих відхилюючих котушок (ОК) необхідна зміна напруженості магнітного поля може бути одержана застосуванням двох і більш пар нерухомих відхилюючих котушок. Звичайно використовують дві пари взаємно перпендикулярних нерухомих котушок, розташованих в площині, перпендикулярній осі трубки.

Котушки живляться синхронними імпульсами струму однакової форми і тривалості, забезпечуючими необхідний закон радіальної розгортки дальності. Для повороту лінії розгортки на екрані трубки імпульси струму в котушках модулюються по амплітуді відповідно по синусоїдальному і косинусоїдальному законам.

Формування модульованих по амплітуді імпульсів струму може бути одержане різними способами. Практично знаходять застосування схеми, в яких заздалегідь створюються імпульси розгортки потрібної частоти і тривалості з подальшою їх модуляцією за законом sinβ і cosβ.

В результаті виходять два види амплітудно-модульованих імпульсів струму, необхідних для отримання РКР при двох парах нерухомих відхилюючих котушок. Як модулюючий пристрій можуть бути застосовані:

− синусно-косинусний потенціометр;

− змінний (синусно-косинусний) ємнісний дільник напруги;

− синусно-косинусний трансформатор, що обертається (СКВТ);

− сельсин.

Синусно-косинусний потенціометр забезпечує найпростіший по конструкції пристрій. Основний недолік - наявність контактів, що труться, що обмежує надійність і термін служби.

Змінний ємнісний дільник напруги може застосовуватися при дуже швидких розгортках. Форма пластин конденсаторів змінної ємності вибирається так, щоб при обертанні їх роторів коефіцієнт передачі змінювався по синусоїдальному закону.

Обмотки статорів СКВТ просторово розташовані під кутом 90^о. Ротор СКВТ обертається синхронно з антеною. При подачі на роторну обмотку імпульсів розгортки однакової амплітуди з обмоток статорів можуть бути одержані необхідні імпульси. Для СКВТ необхідні елементи, що дозволяють фіксувати положення початку лінії розгортки (фіксатори).

Пристрої фіксації початку розгортки. Для нормальної роботи ІКО необхідно, щоб електронний пучок кожного разу починав рух з однієї і тієї ж точки екрану (центру). Цього можна досягти, якщо:

− всі розгортаючі напруги для цієї точки рівні нулю;

− результуючі горизонтально і вертикально відхилюючі магнітні поля відсутні, що спостерігається при рівності анодних (колекторних) струмів всіх кінцевих підсилювачів.

При проходженні серії пилкоподібних імпульсів, що містять постійну складову, через модулятор на СКВТ або сельсині, відбувається втрата постійної складової, що відрізняє їх від тих, що вимагаються. Тому початок розгортки переміщатиметься.

43. Функціональна схема індикатора вимірювання висоти (рис. 6.26)

Основними каналами в ІВВ є: канал розгорток; канал міток висоти; канал сигналу; канал маркера; канал пристрою управління.

За допомогою перемикача П каналу розгорток індикатор може перемикатися для роботи в режимі дальність-висота або в режимі дальність-кут місця. У останньому випадку пристрій формування розгортки висоти відключається від підсилювача струму розгортки. Вертикальна розгортка створюється шляхом посилення напруги U sinε, що поступає від датчика кута місця, пов'язаного з антеною.

Канал формування міток висоти. Застосований спосіб формування міток висоти порівнянням напруги висоти з фіксованими рівнями. Для формування міток висоти використовується напруга розгортки висоти, що є вимірювальною напругою. Кожній напрузі висоти відповідає певна висота, тому для формування міток висоти достатньо подати його на схему порівняння із заданими фіксованими рівнями напруги, а в моменти досягнення відповідних рівнів формувати короткі імпульси.

Канал сигнала. Якщо короткі імпульси через ВУС індикатора подати на модулятор трубки, то на екрані будуть висвічені точки, віддалені від початку шкали висоти на задані відстані.

Канал формування маркера висоти. Маркер висоти на екрані ІВВ є рухомою міткою висоти, що має вид рухомої лінії або ж яскравої точки, що суміщається з відміткою цілі.

Для формування маркера висоти використовується той же принцип, що і при створенні міток висоти, але рівень напруги U _mi не фіксується, а змінюється за допомогою маніпулятора положення маркера. На екрані при цьому вийде рухома мітка висоти. Напруга, що подається на схему збігу пристрою формування маркера і відповідає положенню маніпулятора у момент збігу маркера з луна-сигналом, використовується як координатна напруга висоти при напівавтоматичному зніманні. Для формування маркера у вигляді точки, що світиться, необхідно забезпечити збіг затриманого імпульсу запуску з імпульсом висоти.

44. Одноканальна система передачі азимута (рис. 6.32)

Для перетворення кута повороту валу приводу антени в напругу синхронно-стежачої передачі (ССП) використовуються датчики на сельсинних парах, які є простим варіантом стежачої системи.

Проста стежача система складається з сельсин-датчика (СД) і сельсин-приймача (СП), на які подається опорна напруга. Якщо при цьому безперервно обертати ротор СД, то безперервно обертається і ротор СП, відстежуючи азимут, що задається.

У РЛС РТВ найчастіше використовуються одноканальні і двохканальні системи передачі азимута на сельсинах.

Гідністю одноканальних СПА (рис.6.32) є відсутність помилкового нуля, проте точність їх невисока. Тому вони знаходять застосування лише в РЛС метрового діапазону, де інші складові помилок вимірювання азимута мають той же порядок.

Таким чином, системи передачі азимута РЛС РТВ є їх необхідною складовою частиною і багато в чому визначають таку найважливішу характеристику РЛС, як інструментальну складову точності вимірювання кутових координат.

45. Пристрій формування масштабних відміток азимута (рис. 6.34)

Масштабні відмітки азимута (МВА) на екрані індикатора утворюються шляхом підсвіту розгортки дальності на азимутах, кратних мінімальній градації МВА Δβ_МВА. Відповідно до цього МВА повинні бути синхронізовані імпульсом запуску РЛС і мати тривалість, рівну тривалості розгортки по дальності t _МВА = Т _р. Отримання різних градацій МВА з метою зручності відліку азимута забезпечується зміною амплітуди імпульсів МВА.

У РЛС старого парку найчастіше використовуються електромеханічний і електричний (на сельсинах) способи формування МВА (рис.6.34).

При електромеханічному способі (рис.6.34,а) як датчик МВА використовується контактна група, що замикається за допомогою кулачків, механічно пов'язаних з антеною. Число кулачків m і коефіцієнт редукції n _p визначають градацію МВА: Δβ_МОА = 360°/ mn _p

Пристрій функціонує таким чином. У початковому стані замкнуті контакти 2-3, на схему збігу подається заборонний потенціал. Імпульси запуску при цьому не проходять на вихід схеми. Після набігання кулачка контакти 2-3 розмикаються, а контакти 1-2 замикаються, на схему збігу при цьому подається дозволяючий потенціал. Час замикання контактів t _к складає десятки мілісекунд, тому через схему збігу можуть пройти декілька імпульсів запуску. Для формування МВА тільки від першого імпульсу служить схема виділення імпульсу запуску, що є формувачем імпульсів (звично блокинг-генератор) з часом відновлення t _вос > t _к. Це виключає її спрацьовування від решти імпульсів запуску, що пройшли схему збігу. Виділений імпульс запуску поступає на схему формування МВА, виробляючу імпульс з тривалістю, рівною Т _р.

У пристрої формування МВА на сельсинах (рис.6.34,б) напруга з виходу сельсин-трансформатора детектується, посилюється, обмежується по амплітуді і використовується як стробуюча напруга. Імпульси запуску проходять через стробуючий каскад тільки тоді, коли ця напруга близько до нуля. При цьому також можливе проходження декількох імпульсів запуску, і режим роботи подальших елементів вибирається так, щоб МВА формувалася тільки від першого імпульсу запуску.

46. Функціональна схема автоматичного вимірювання азимута (рис. 6.37)

У РЛС з цифровою обробкою інформації МВА формуються з масштабних азимутних імпульсів (МАІ), число яких достатньо велике (як правило NМАИ = 4096 = 212 за один оборот антени). МАІ може бути одержані за допомогою магнітного датчика, або фотоелектричним методом, суть якого полягає в наступному. Виробляється прочитування з кодового диска 1, виготовленого з органічного скла і обертається з кутовою швидкістю антени.

Допустимо, що вимірювання азимута цілей виробляється від 0 до 360о з інтервалами в 15о. В цьому випадку кодовий диск ділять на 24 сектори і кожному з них привласнюють номер 1-24. Щоб закодувати ці номери, диск розбивають на кільця по числу розрядів коду і фотоспособом наносять певний двійковий код азимута (рис.6.37).

Імпульси цілі U ₁ з виходу преселектора запалюють лінійне джерело світла 2 і тим самим висвічують радіальну лінію на секторі диска, що знаходиться напроти нього, на якому закодований даний азимут цілі. Розташований за диском екран 3 з щілинами пропускає промінь на ті фотоелементи, які знаходяться проти прозорих елементів диска. З опорів навантажень цих фотоелементів знімаються і посилюються електричні імпульси. Оскільки кожен підсилювач відповідає певному розряду числа (20, 21, 22,...), то сукупність вихідних імпульсів утворює код поточного кутового положення променя. Прочитування коду виробляється з урахуванням того, що ціль опромінюється пачкою імпульсів і азимут цілі рівний:

β= (β_н + β_к)/2,

де β_н, β_к – азимут початку і кінця пачки відповідно, які визначаються з допомоги схеми фіксації цих кутів.

Пачка імпульсів цілі U ₁ затримується лінією затримки на період повторення Т _п. Затримані U ₃ і незатримані U ₁ імпульси подаються на входи схем («НЕ»₁ - «НЕ»₂) не, але по різному:

− для схеми «НЕ»₁ імпульс U ₁ - основний і імпульс U ₃ - забороняючий, для схеми «НЕ»₂ - навпаки. При появі першого імпульсу пачки заборонного імпульсу ще немає на «НЕ»₁ і на виході цієї схеми виникає імпульс U _ин;

− на виході ж «НЕ»₂ фіксується останній затриманий імпульс U _ик, оскільки в цей час вже немає заборонного імпульсу U ₁.

Одержані в схемі фіксації імпульси початку і кінця пачки відкривають через діоди Д₁ і Д₂ схеми «И»₁ - «И»₅, щоб пропустити двійкові коди кутів β_н і β_к в суматор. Останній виконує складання β_н+ β_к і ділить цю суму навпіл.

Приблизно на час цих операцій t _з1 затримується в ЛЗ імпульс U _ик перед тим, як відкрити схеми «И»₆- «И»₁₀, які пропускають обчислені імпульси коду азимута в розподільник - зсувач.