МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УЛЬЯНОВСКОЕ ВЫСШЕЕ АВИАЦИИОННОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ (ИНСТИТУТ) КАФЕДРА УВД и Н РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА по дисциплине «Автоматизированные системы управления» на тему: Аэродромный радиолокационный комплекс “Скала МПА” Выполнил: курсант гр. Д-11-2 Кузнецов О.Д. Проверил: Лушников А.С. Ульяновск 2014 Содержание Введение……………………………………………………………………………...3 1 Аналитический обзор аэродромных РЛС……………...……………………….5 1.1 Назначение, размещение и особенности аэродромного радиолокационного комплекса “Cкала МПА”………………………………………………...……7 1.2 Нормативы ФАП и ИКАО для ОРЛ-А…………………………….....….……9 1.3 Эксплуатационно-технические показатели аэродромного радиолокационного комплекса “Cкала МПА” ……………………………..10 2 Выбор и расчёт технический параметров аэродромного радиолокационного комплекса “Cкала МПА”…................................................................................11 2.1 Исходные данные…………………………………...………………………...11 2.2 Определение отношения сигнал/шум…………..……………..…………….11 2.3 Выбор рабочей длины волны……...……………….…………..…................11 2.4 Расчёт параметров антенны и системы обзора…..……………..………….11 2.5 Расчёт частоты повторения зондирующих импульсов и их числа в пачке...................................................................................................................12 2.6 Расчёт средней мощности излучения…………………………….................12 2.7 Выбор зондирующего сигнала………………………..……………………..12 2.8 Расчёт потенциальной разрешающей способности…...…………….……..12 2.9 Расчёт потенциальной точности измерения координат…...……................12 3 Описание упрощённой функциональной схемы РЛК “Скала МПА” и принципов её работы …………………………………………………….…….13 Заключение………………………………………………………………………….16 Список использованных источников……………………………………………...17 Приложение 1. Схема электрическая функциональная (упрощённая) – лист формата А3 Приложение 2. Зона обзора РЛС в вертикальной плоскости – лист формата А3 2 Введение Радиотехническое обеспечение (РТО) является одним из важнейших видов обеспечения полётов. Эксплуатационно-технические показатели (ЭТХ) средств РТО в значительной степени определяют такие элементы организации воздушного движения, как пропускная способность и интенсивность полётов, параметры эшелонирования, т.е. оказывают большое влияние на безопасность, регулярность и экономичность движения. С помощью радиотехнических средств диспетчеры службы движения решают такие задачи, как управление движением ВС на земле и в полёте, предотвращение конфликтных ситуаций в воздухе, обеспечение безопасных интервалов между воздушными судами в вертикальной и горизонтальной плоскостях, принятие своевременных мер по оказанию помощи экипажам при особых случаях в полёте. Среди наземных радиотехнических средств обеспечения полётов особо важное место занимают радиолокационные станции (РЛС). Потребители радиолокационной информации предъявляют к РЛС различные, зачастую противоречивые требования, удовлетворить которым одна РЛС не может. В зависимости от требований, предъявляемых диспетчерами различных секторов непосредственного УВД, РЛС подразделяются на трассовые, аэродромные, посадочные, РЛС обзора лётного поля. Кроме того, РЛС подразделяются на первичные (ПРЛ), в которых принимаются отражённые эхо-сигналы, и вторичные (ВРЛ), использующие сигналы самолётных радио ответчиков. В настоящее время для целей автоматизации УВД используются радиолокационные комплексы (РЛК), совмещающие функции ПРЛ и ВРЛ, а также содержащие аппаратуру первичной цифровой обработки радиолокационной информации (АПОИ). К характерным свойствам РЛС относятся: высокая оперативность получения данных о координатах самолётов и дополнительной полётной информации, необходимой для УВД (номер рейса, высота, запас топлива, вектор скорости, сигналы об аварийных ситуациях); 3 достаточно поскольку высокая степень субъективный объективности фактор в полученных радиолокационных данных, станциях проявляется лишь на последней стадии переработки информации при считывании её диспетчером; полнота информации о состоянии воздушной обстановки во всей контролируемой зоне управления; наглядность представления информации о местоположении самолётов и в некоторых случаях даже траекторий их движения, так как радиолокационное изображение воздушной обстановки на экранах индикаторов РЛС, как правило, является как бы уменьшенной моделью реального расположения самолётов в пространстве; высокая точность и надёжность наземных РЛС, поскольку условия работы аппаратуры на земле в стационарных условиях позволяют использовать резервирование, уменьшить диапазон климатических воздействий на оборудование, увеличить размеры антенн, защитить антенны от аэродинамических обслуживания аппаратуры. 4 нагрузок, облегчить условия 1. Аналитический обзор аэродромных РЛС ОРЛ-А предназначены для контроля и УВД в районе аэродрома и для ввода ВС в зону действия средств посадки. Они обеспечивают обнаружение ВС и измерение их полярных координат (азимут – дальность) с последующим представлением информации о воздушной обстановке в центры (пункты) ОВД. Информация от ОРЛ-А используется диспетчерами подхода, круга и посадки. При использовании ОРЛ-А в составе АС УВД они обязательно сопрягаются с вторичными радиолокаторами, образуя радиолокационный комплекс, и имеют в своем составе АПОИ. ОРЛ-А устанавливают, как правило, вблизи КТА аэродрома, но не ближе 120 м от оси ВПП и на удалении не более 3 км от АКДП. ОРЛ-А ориентируют относительно северного направления магнитного меридиана. Для обеспечения радиолокационного контроля за полетами ВС в секторах ответственности аэродромной зоны ОВД ( в направлениях коридоров аэродрома) антенны ОРЛ-А устанавливают на позиции так, чтобы величины углов закрытия по углу места не превышали 0,5 градусов. Часто ОРЛ-А совмещают с посадочным радиолокатором и ароматическим радиопеленгатором при обеспечении минимально-допустимого расстояния между ними. Основным требованием к ОРЛ-А является обеспечение достаточной максимальной дальности действия на высотах не менее 6100 м и небольшой минимальной дальности. Все ОРЛ-А разделяются на два варианта: Б1 с максимальной дальностью 160 км и минимальной – 2 км и Б2 с максимальной дальностью 50….100 км и минимальной – 1,5 км. Средняя квадратическая погрешность измерения координат по выходу с АПОИ должна быть не более 0,4 градуса по азимуту и не более 200 м по дальности. Разрешающая способность по азимуту и дальности федеральными авиационными правилами не определяется ( по нормам ИКАО – 4 градуса и 230 м соответственно). В ОРЛ-А используется круговой обзор с периодом не более 6 секунд. Примечание. Дальность действия РЛС определяется для ВС с эффективной отражающей поверхностью равной 15 м.кв. при вероятности правильного обнаружения D = 0,8 и вероятности (ложной тревоги) F = 10−6 . В состав ОРЛ-А должны входить: антенно-фидерная система (АФС); 5 приемно-передающая аппаратура первичного канала; приемно-передающая аппаратура вторичного канала (при наличии); АПОИ – аппаратура первичной цифровой обработки радиолокационной информации (при сопряжении с АО или АС УВД); система ТУ-ТС – телеуправления, контроля и телесигнализации для дистанционной эксплуатации ОРЛ-А техническим составом; комплект эксплуатационной документации и ЗИП. ОРЛ-А сопрягаются с аппаратурой отображения типа <<СИМВОЛ-Д>>, <<ЗНАК>>, <<КОРИНФ>>, <<НОРД>>, КАРМ-ДРУ или с АС УВД. Основными разновидностями ОРЛ-А, используемыми в России, являются ДРЛС-7с (и модификации), радиолокационные комплексы <<ИРТЫШ>>, <<СКАЛА-МПА>>, <<ЭКРАН-85>> (АОРЛ-85). Основные эксплуатационнотехнические характеристики названных ОРЛ-А и требования к ним приведены. 6 1.1 Назначение, размещение и особенности аэродромного радиолокационного комплекса “Скала МПА” Радиолокационный комплекс <<Скала МПА (АРЛК-11)>> предназначена для управления воздушным движением в аэродромной или аэроузловой зоне с большой интенсивностью воздушного движения. При разработке комплекса предполагалось, что он будет перспективных основным источником аэродромных радиолокационной автоматизированных информации систем УВД. для Принцип построения, структурная схема и конструктивное выполнение комплекса ничем не отличаются от <<Скалы-МПР>>. Изменениям подверглись лишь некоторые технические и тактические характеристики: импульсная мощность передатчиков первичного канала уменьшена до 1 МВт, длительность импульсов – до 2 мкс, частота повторения импульсов увеличена до 714 Гц. Соответственно изменилась и зона обнаружения комплекса по первичному каналу. Максимальная дальность действия по целям, находящимися на высоте 12000 м и имеющим эффективную площадь рассеяния 10 м2 , при вероятности правильного обнаружения 0,9 и вероятности ложной тревоги 10−6 равна 160 км. Остальные характеристики комплекса остались в основном без изменения. Комплекс прошёл государственные испытания и принят на эксплуатацию в гражданской авиации. Он может использоваться автономно или в составе районных автоматизированных систем УВД. Комплекс имеет несколько модификаций. Одна из них предусматривает размещение аппаратуры комплекса в полуприцепахфургонах, а антенных систем и опорноповоротного устройства - на круглой металлической башне без радиопрозрачного укрытия. Второй вариант предполагает размещение приемно-передающей аппаратуры в стационарном здании, а антенной системы и опорно-поворотного устройства - на металлической эстакаде с радиопрозрачным укрытием. В состав комплекса входят первичный и вторичный каналы, АПОИ, системы узкополосной и широкополосной передачи данных, выносное оборудование КДП. Комплекс может сопрягаться с аппаратурой отображения «Символ», «СтрокаСтраница», «Строка-Б», унифицированными темновыми индикаторами трассовых 7 радиолокаторов. При работе в системе АС УВД «Стрела» или «Трасса» комплекс сопрягается с автоматическими радиопеленгаторами АРП-75 или АРП-АС. Дальность действия первичного канала при вероятности правильного обнаружения 0,8 и вторичного канала при вероятности 0,9 по самолетам, находящимся на высоте 10000 м, составляет не менее 350 км. Вероятность ложной тревоги при этом равна 10-6. Темп выдачи информации равен 10 с. Остальные характеристики первичного канала комплекса приблизительно соответствуют характеристикам «Скалы-М», т.е. рабочие длины волн лежат в диапазоне 23 см, длительность излучаемых импульсов равна 3,3 мкс, частота повторения импульсов 333 или 357 Гц, средняя мощность передатчика не менее 3,6 кВт, ширина ДНА в горизонтальной плоскости 1,2°. Основные отличия в построении аппаратуры «Скалы-МПА» от «Скалы-М»: несколько меньшие размеры (13 х 6,9 м2 вместо 15 х 10,5 м2), использование двухкомплектного принципа построения приёмнопередающей аппаратуры (вместо трёхкомплектного) и широкое применение адаптивных методов обработки принимаемых сигналов. Адаптивность распространяется на следующие функции PJI: автоматический выбор амплитудного или когерентного канала обработки принимаемых сигналов в зависимости от уровня помех от местных предметов; автоматический выбор нижнего или верхнего лепестка ДНА, а также степени аттенюации верхнего и нижнего лучей, что позволяет получить дискретное изменение эквивалентной ДН в зависимости от уровня сигналов, отраженных от местных предметов; адаптивная аттенюация помех в динамическом диапазоне 46 дБ с дискретами ослабления 4 дБ; автоматический выбор линейного или логарифмического канала обработки сигналов в зависимости от интенсивности помех от гидрометеоров. Система автоматической регулировки усиления (ВАРУ) позволяет выбирать четыре уровня ослабления сигналов в каждом из четырех колец дальности протяженностью 22,5 км. Регулировка ослабления при этом осуществляется не оперативно при установке РЛК на радиолокационной позиции. 8 1.2 Нормативы ФАП и ИКАО для ОРЛ-А Нормативы ФАП и ИКАО для ОРЛ-А приведены в таблице 1. Таблица 1 № п/п 1 2 3 4 5 6 7 Характеристика Максимальная дальность действия, не менее Минимальная дальность действия, не более Угол обзора в горизонтальной плоскости Угол обзора в вертикальной плоскости Диапазон рабочих волн Период обновления информации (период обзора) Средняя квадратическая погрешность измерения координат по выходу с АПОИ: по дальности, не более по азимуту, не более Разрешающая способность: 8 9 10 11 по дальности, не более по азимуту, не более Вероятность правильного обнаружения (D), не менее Единица измерения Норматив по ФАП Рекомендации ИКАО км 160 46 км - 0,9 град. 360 360 град. - 0,5…30 см 23 или 10 - с 6 4 м град. 200 0,4 150 2 м град. - 230 - 0,8 0,9 - 10-6 10-6 - 0,9 0,9 Вероятность «ложной тревоги» (F) Вероятность объединения координатной и дополнительной информации (при сопряжении ОРЛ-А с ВРЛ), не менее 9 4 1.3 Эксплуатационно-технические показатели аэродромного радиолокационного комплекс “Скала МПА” Эксплуатационно-технические показатели аэродромного радиолокационного комплекса “Скала МПА” приведены в таблице 2. Таблица 2 Единица РЛК № п/п Характеристика 1 Максимальная дальность действия км 200 2 Минимальная дальность действия км 2 3 Угол обзора в горизонтальной плоскости град. 360 4 Угол обзора в вертикальной плоскости град. - 5 Диапазон рабочих волн см 0,3…45 6 Период обновления информации (период обзора) с 6 7 Средняя квадратическая погрешность измерения координат по выходу с АПОИ: по дальности по азимуту м 300 град. 0,2 м 600 град. 0,25 - 0,9 - 10-6 - 0,9 8 9 10 11 измерения Разрешающая способность: по дальности по азимуту Вероятность правильного обнаружения (D), не менее Вероятность «ложной тревоги» (F) Вероятность объединения координатной и дополнительной информации (при сопряжении ОРЛ-А с ВРЛ), не менее 10 СкалаМПА 2 Выбор и расчёт технический параметров аэродромного радиолокационного комплекса “Скала МПА” 2.1. Исходные данные: Эффективная отрaжающая площадь цели Максимальная дальность действия Вероятность: ПРАВИЛЬНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ЛОЖНОЙ ТРЕВОГИ Зона обзора: по азимуту по углу места Разрешающая способность: по дальности по азимуту по углу места по скорости Погрешность измерения: дальности азимута угла места скорости Максимальный размер антенны: по горизонтали по вертикали Максимальное время обзора [кв.м] [ км ] [град] [град] [метр] [град] [град] [км/ч] [метр] [град] [град] [км/ч] [метр] [метр] [ с ] Sц Rmax D F Alfa Beta Delta_R Delta_A Delta_B Delta_V Sigma_R Sigma_A Sigma_B Sigma_V d_max d_max Tобз = = = = = = = = = = = = = = = = = 12 200 0.9 6e-006 360 45 600 1.5 0 0 300 0.2 0 0 15 10.5 6 2.2. Опpеделение отношения сигнал/шум. Для модели сигнала в виде последовательности радиоимпульсов - когерентных со случ. начальной фазой и дружно флюктуирующей ампл-ой. отношение СИГНАЛ / ШУМ q = 35.439013 2.3. Выбоp pабочей длины волны. С учетом энеpгетических огpаничений в pадиолинии, тpебований по pазpешающей способности и точности измеpения угловых кооpдинат пpи огpаничениях pазмеpов антенны выбpали рабочую длину волны [ см ] = 23.000000 2.4. Расчёт паpаметpов антенны и системы обзоpа. - ширина диаграммы направленности антенны на уровне 0.5 в горизонтальной плоскости [гpад] в вертикальной плоскости [гpад] - коэффициент направленного действия КНД - эффективная площадь антенны [кв.м] - линейные размеры антенны : по горизонтали [ м ] по вертикали [ м ] - время облучения точечной цели [ с ] мощности: = 1.153846 = 45.000000 = 577.7778 = 2.432241 = 11.960000 = 0.306667 = 0.009615 2.5. Расчёт частоты повтоpения зондиpующих импульсов и их числа в пачке. - частота повтоpения импульсов - число импульсов в пачке [ Гц ] Nc 11 = 357.000000 = 3.432692 2.6 Расчёт сpедней мощности излучения. - коэффициент pазличимости - коэффициент поглощения энеpгии pадиоволн в тpопосфеpе - коэффициент шума пpиемника - сpедняя мощность излучения Кр [дБ/км] Кш [ Вт ] = 51.619851 = 0.000000 = 2.000000 = 650.515686 2.7. Выбоp зондиpующего сигнала. В качестве зондиpующих используем простые сигналы последовательность зондирующих импульсов когерентных с большой скважностью дальность измеряется однозначно - длительность радиоимпульсов [ мкс] - импульсная мощность излучения [ кВт] = 3.000000 = 607.390930 2.8. Расчёт потенциальной разрешающей способности. - потенциальная разрешающая способность : по дальности по азимуту [ м ] [град] = 450.000000 = 1.500000 2.9. Pасчёт потенциальной точности измерения координат. - потенциальная среднeквадратическая погрешность измерения : дальности [ м ] = 42.647813 азимута [град] = 0.109353 12 3 Описание упрощённой функциональной схемы аэродромного радиолокационного комплекса “Скала МПА” и принципов её работы Модуль 6К6ББ1, содержащий аппаратуру электропитания, предназначен для приема, распределения и преобразования электроэнергии частотой 50 Гц в частоту 400 Гц, управления приводами вращения антенн и контроля параметров сети частотой 400 Гц. В состав модуля входят основной и резервный преобразователи частоты ПСЧ-50, два преобразователя ПСЧ-30 для питания высоковольтных выпрямителей передатчиков, шкафы управления преобразователями частоты, аппаратура управления приводами вращения антенн, аккумуляторные батареи и зарядное устройство. Модуль ЭСДА-200, содержащий дизель-электростанцию, является резервным источником электроэнергии при авариях в питающей электросети. В качестве резервной электростанции используется дизельная автоматизированная электростанция ЭСДА- 200-Т/400-ЗРК, вырабатывающая трехфазное напряжение частотой 400 Гц, мощностью 200 кВт. При работе РЛС на неавтоматизированные системы УВД в состав комплекса вводится модуль КДП-ВО, содержащий выносное оборудование (ВО). Модуль предназначен для сопряжения, телеуправления и контроля на КДП информации, поступающей от РЛК в узкополосному и широкополосному каналам связи. В состав модуля входит аппаратура приёма, обработки, отображения и контроля информации, а также аппаратура управления оборудованием КДП-ВО и РЛК. Принцип работы комплекса заключается в следующем. Высокочастотные зондирующие импульсы ПРЛ и запросные кодовые посылки ВРЛ генерируются передатчиками, оконечные каскады которых выполнены на мощных усилительных клистронах. При этом ПРЛ работают одновременно оба передатчика на разных несущих частотах f1и f2, а в ВРЛ - только один на частоте fакт. Второй передатчик ВРЛ находится в это время в резерве и автоматически включается при отказе первого. Высокочастотная энергия двух передатчиков ПРЛ объединяется в устройстве сложения мощностей внешнего 13 волноводного тракта. Далее высокочастотная энергия ПРЛ канализируется через вращающийся переход и поляризатор на облучатель нижнего луча основной антенны и излучается в пространство. Таким образом реализуется двухкомплектный двухчастотный режим работы первичного канала РЛК. Одновременно запросные импульсы, генерируемые передатчиком вторичного канала, через вращающийся переход поступают в антенную систему ВРЛ и также излучаются в пространство. Антенна ВРЛ рассчитана на работу с волнами, имеющими вертикальную поляризацию. Антенна ПРЛ излучает волны с различной поляризацией. Изменение поляризации от линейной до круговой производится оперативно. При этом поляризация волн на несущих частотах f1 и f2 получается ортогональной. Сигналы, отраженные от целей, принимаются основной антенной ПРЛ и по волноводным каналам верхнего и нижнего лучей поступают на входы приемников ПРЛ, рассчитанных на работу с сигналами f1 и f2. На входе каждого из приемников осуществляется адаптивное объединение сигналов верхнего и нижнего лучей по программе, определяемой уровнем мешающих сигналов местных предметов в каждом дискретном участке контролируемого пространства. Сигналы, управляющие адаптивными сумматорами, находящимися в модуле вырабатываются 6К6ПС1. Управление устройствами в каждом адаптации, полукомплекте, работающем на своей несущей частоте f1 или f2, осуществляется раздельно в зависимости от зафиксированных в этих комплектах помеховых ситуаций. Усиленные и преобразованные на промежуточную частоту (ПЧ) эхо-сигналы поступают на входы фазовых детекторов устройств обработки сигналов ПРЛ, где производится их селекция по скорости перемещения целей. В устройстве обработки предусмотрена адаптивная селекция когерентного или амплитудного канала в зависимости от помеховой ситуации. На тех участках пространства, где помехи от местных предметов отсутствуют, предпочтение отдается амплитудному каналу, что позволяет полностью исключить возможность пропадания полезных сигналов из-за появления слепых скоростей нулевого порядка. После устройств обработки ПРЛ сигналы двух полукомплектов объединяются, подвергаются дополнительной очистке в АПОИ и через аппаратуру передачи 14 данных (АПД) и распределитель цифровой информации поступают в узкополосные телефонные каналы кабельных линий связи. После АПОИ сигналы передаются в виде цифровых кодограмм, содержащих, кроме информации о координатах ВС, также дополнительную информацию о номере ВС, высоте и остатке топлива, получаемую по каналу ВРЛ. На выходе АПОИ имеется также информация о границах метеообразований, получаемая в результате обработки сигналов ПРЛ. Кроме цифровых сигналов, на выходе АПОИ имеются широкополосные аналоговые сигналы, которые после девобуляции могут в случае необходимости транслироваться по широкополосным линиям связи на автономный КПД или через модуль КПД-ВО – на аппаратуру отображения информации <<Символ>>, <<Строка-Страница>>, <<Строка-Б>>, <<Трасса>>, унифицированные индикаторы трассовых РЛС. Для контроля за качеством информации в аппаратуру комплекса введен контрольный индикатор, на котором можно увидеть раздельно и в сумме аналоговую информацию первого и второго полукомплектов приёмопередатчиков ПРЛ, аналоговую информацию, имеющуюся на выходах канала ВРЛ и АПОИ, а также дешифровальную цифровую информацию, поступающую в узкополосные телефонные линии связи. 15 Заключение В процессе выполнения данной расчётно-графической работы были изучены основные принципы построения и эксплуатации аэродромных радиолокационных комплексов на примере РЛК«СКАЛА-МПА». Таким образом можно сделать вывод о том, что РЛК «СКАЛА-МПА» достаточно эффективный комплекс для управления воздушным движением, т.к. его технические характеристики соответствуют требованиям ФАП. Его использование безопасно для управления воздушным движением и достаточно эффективно. Однако у данного РЛК имеются и недостатки, к которым стоит отнести сложность конструкции, высокую стоимость аппаратуры, входящей в состав комплекса и, пожалуй, главный недостаток это то, что данный комплекс относится к устаревшим РЛК второго поколения. 16 Список использованных источников 1. Лушников, А. С. Наземные радиоэлектронные средства обеспечения полетов воздушных судов: учеб. пособие/ А. С. Лушников, С. Н. Тарасов. – 2-е изд., испр. – Ульяновск: УВАУ ГА (и), 2012. – 49 с. 2. Лушников, А. С. Радиотехнические системы связи воздушной навигации и управления воздушным движением: сборник лабораторных работ в 2-х частях. Ч. 1/ А. С. Лушников, А. В. Ефимов– Ульяновск: УВАУ ГА (и), 1999. – 42 с. 3. Тучков, Н. Т. Автоматизированные системы и радиоэлектронные средства управления воздушным движением: учебник для вузов – М.: Транспорт, 1994. – 368 с. 4. Перевезенцев Л.Т., Зеленков А.В., Огарков В.Н. Радиолокационные системы аэропортов. Учебник для вузов гражданской авиации. Под ред. Л.Т. Перевезенцева. – М.: Транспорт, 1991. – 358с. 17
