Радиолокационные станции метрового диапазона для ветровых наблюдений

В течение ряда лет для комплексного температурно-ветрового зондирования атмосферы используются РЛС метрового диапазона. При этом станции, работающие на частотах 76 или 82 мггц, действуют по фазовому методу, а в РЛС, работающих на 202 мггц, применяется метод равносигнальной зоны. Практикуется два вида ветровых наблюдений: с пассивными отражателями и с пеленгуемыми радиозондами. Пеленгуемые радиозонды отличаются от непеленгуемых применением радиопередатчиков, действующих на частотах 76, 82 или 202 мггц, в схемах которых имеются цепочки автомодуляции с частотой прерываний, управляемой контактами измерительно-коди- рующего устройства радиозонда.

Прием сигналов пеленгуемых радиозондов производится с помощью приемников радиолокационных станций, позволяющих одновременно пеленговать летящие приборы. Непелен- гуемые передатчики радиозондов действуют на частоте 7,5— 12 мггц (коротковолновый диапазон 25—40 м), вследствие чего прием их сигналов с помощью радиолокационных установок невозможен. Сигналы коротковолновых радиозондов принимаются на аппаратуре радиотелеграфного типа.

Полная блок-схема РЛС, действующей по фазовому методу, представлена на рис. 96. Слева показана, блок-схема передающей части этого радиолокатора, справа — приемной. При наблюдениях с пассивными отражателями используются 5е части РЛС, а при наблюдениях с пеленгуемыми передатчиками — только лишь приемные установки.

Радиолокационные станции метрового диапазона для ветровых наблюдений

Рис. 96. Блок-схема РЛС, действующей с использованием фазового метода.

 

При работе станции с пассивными отражателями хрониза- тор создает импульсы управляющего напряжения, которые используются для одновременного воздействия на передатчик и на генератор ждущей развертки, питающий индикаторные устройства.

При каждом периоде управляющего напряжения передающая антенна излучает импульс электромагнитных волн длительностью порядка мксек, мощностью 150 квт. Частота повторения таких импульсов составляет от 1000 до 2000 гц. Поляризация волн - горизонтальная.

На вращающейся кабине передатчика смонтированы одновибраторная поисковая антенна с широкой диаграммой направленности, а также четырехвибраторная антенна слежения за найденными объектами наблюдений, обладающая повышенной направленностью излучения. Переходы от поиска к слежению и обратные переходы осуществляются ручными переключениями этих антенн.

Вращающиеся кабины передающего и приемного устройств разнесены друг от друга на расстояние порядка 180 м, но при работе станции они всегда ориентированы по азимуту так, что максимумы диаграмм направленности их антенн параллельны. Во время поиска и слежения персонал передающей кабины ориентирует ее по азимуту одинаково с приемной кабиной, постоянно восстанавливая параллельность максимумов диаграмм направленности, систематически нарушаемую в процессе работы оператором приемной кабины. Указанная согласованность ориентировки передающей и приемной антенн обеспечивается наличием сельсинной связи между кабинами, управляемой со стороны приемной кабины (в передающей кабине имеется лишь сельсин-указатель. Сельсинами называются устройства для дистанционной передачи углов).

Отраженные сигналы воздействуют на три приемные антенны, периодически поочередно подключаемые к радиоприемнику в нужных сочетаниях с помощью антенного переключателя. Все эти антенны: азимута, дальности и угла места находятся в одной вертикальной плоскости на специальной раме, связанной с приемной кабиной.

Приемная антенна азимута состоит из двух полуволновых вибраторов, расположенных по одной горизонтальной прямой так, что между ними помещается еще один полуволновой вибратор, являющийся одной из антенн угла места. Оба вибратора антенны азимута постоянно соединены между собой фидерной линией навстречу друг другу (в противофазе), а создаваемые ими разностные напряжения снимаются с фазирующего мостика и подаются на антенный переключатель

Антенная система для определения угла места состоит из двух горизонтальных вибраторов, расположенных параллельно друг другу в одной вертикальной плоскости на разных высотах. Эти высоты составляют приблизительно λ для нижней и Радиолокационные станции метрового диапазона для ветровых наблюдений для верхней антенн.

В связи с влиянием земли каждая из антенн угла места имеет определенную диаграмму направленности в вертикальной плоскости. У нижней антенны диаграмма направленности состоит из двух лепестков, у верхней — из трех. Поэтому каждому вертикальному углу цели соответствует определенное соотношение э. д. с., наведенных в антеннах, и свое положение роторной катушки гониометра, при котором напряжение на выходе его равно нулю. Следовательно, вращая роторную катушку до получения нулевого сигнала на выходе, можно определить угол места. Очевидно, каждому значению этого угла соответствует определенное положение ротора гониометра, и его шкалу можно проградуировать в значениях вертикальных углов. Для того чтобы эта шкала получилась линейной, ось гониометра связывается со шкалой через кулачковую передачу (так называемый эксцентрик).

С выхода антенного переключателя результирующие напряжения азимутальных антенн и напряжения с ротора гониометра в прямой и обратной фазах подаются на вход приемника последовательно с э. д. с. антенны дальности. Одновременно с этими переключениями производятся переключения в цепях индикаторов (отметчиков). Когда через антенный переключатель проходят сигналы от антенн азимута, выход приемника соединен с индикатором азимута, когда идут сигналы угла места — с индикатором угла места. Отметки на обоих индикаторах, соответствующие сложениям в фазе и в противофазе с э.д.с. антенны дальности, располагаются на экранах рядом в виде двух параллельных светящихся столбиков, уравниванием высоты которых посредством вращения кабины приемной установки и вращением ротора гониометра находят пеленги по азимуту и углу места. Отметки на индикаторе дальности не связаны с работой антенного переключателя, так как антенна дальности постоянно подключена на входе приемника, и питание этого индикатора видеосигналами осуществляется без перерывов при каждой посылке зондирующего импульса.

Определение дальности при малых удалениях объекта наблюдений можно производить непосредственно по расстоянию между отметками зондирующего и отраженного импульсов, однако при увеличении дальности свыше 4 км это расстояние делается больше диаметра экрана индикатора, и видеть одновременно обе отметки становится невозможным. Кроме того, даже при наличии на экране обеих отметок расстояние между ними заметным образом зависит от режима питания радиолокационной установки, что снижает общую точность определений дальности. Вследствие указанного для точного измерения дальности применяют метод потенциометра.

При этом методе для точного измерения дальности на всех дистанциях пользуются шкалой потенциометра, с помощью которого на пластины развертки подается постоянное напряжение, смещающее всю линию развертки влево. Потенциометр проградуирован в расстояниях, и дальность определяют по его шкале после того, как подведут отметку отраженного сигнала к вертикальной визирной линии на середине экрана. При таком способе измерений дальности точность на всех дистанциях зависит от величины сопротивления секций потенциометра. Для дальностей от 0 до 14 км каждая секция потенциометра дальности описываемой станции соответствует расстоянию 100 м, а для дальностей 14—30 км — 200 м.

Потенциометрический метод определения дальности представляет собой, по сути дела, пример использования специальной мостиковой схемы, при которой режим питания и изменение со временем параметров электронно-лучевой трубки перестают влиять на точность этих измерений.

Весьма медленные изменения азимута и угла места при слежении за аэрологическими мишенями позволяют отказаться от отдельных индикаторов азимута и угла места, используя для необходимых отметок экран индикатора дальности (рис. 97 а).

Совмещение функций трех индикаторов в одной трубке осуществляется небольшим усложнением схемы подачи видеосигналов на отклоняющие пластины трубки дальности, но при этом пеленгование по всем координатам может производить лишь один человек.

При работе с пассивными отражателями получаемые угловые данные характеризуются следующими цифрами: точность по азимуту 0°,5, по углу места в пределах изменения этого угла от 0 до 10° —5°, от 10 до 75° — 1—2°. Углы в области 75—90° не пеленгуются вследствие утраты значительной части остроты пеленга из-за понижения чувствительности антенн на этих углах (см. диаграммы направленности на рис. 93 б). Максимальная наклонная дальность слежения за пассивной мишенью достигает 30 км, причем определение угловых координат на расстояниях, близких к предельным, производится с пониженной точностью из-за малой интенсивности отраженных сигналов. Для сравнения вспомним, что точность определения с помощью шаропилотных теодолитов „Ш-Т“ горизонтального и вертикального углов достигает 6 мин.

При работе с пеленгуемыми радиопередатчиками передающая часть РЛС не используется. Создаваемые выпущенным в полет радиопередатчиком сигналы пеленгуются по азимуту и углу места теми же способами, которые описывались выше для отраженных сигналов, с той разницей, что при этом значительно возрастает общая продолжительность наблюдений и, следовательно, увеличиваются высоты, для которых могут быть вычислены данные ветра. Обычно пеленгуемый радиопередатчик одновременно выполняет функции передатчика радиозонда, вместе с которым его и выпускают в полет, поэтому дальность определяется по достигнутым высотам, получаемым из данных радиозондирования.

Радиолокационные станции метрового диапазона для ветровых наблюдений

Рис. 97. Комбинированный индикатор РЛС (а) и график погрешностей пеленгования от нестабильности частоты пеленгуемого излучения (б).

 Точность по азимуту при этом такая же, как и при пассивных отражателях, а точность по углу места несколько снижается вследствие случайной девиации частоты пеленгуемого передатчика. На рис. 97 б показан типичный график ошибок в определении угла места при различных его значениях для частоты приходящих колебаний, отличающейся от номинальной. Дестабилизирующими факторами для пеленгуемых радиопередатчиков являются главным образом изменения температуры их деталей во время подъема и непостоянство напряжения питающих батарей. Пользуясь тем, что изменения частоты в полете