Вторичные радиолокационные системы (ВРЛС)

Общие сведения

Вторичная радиолокационная система представляет собой совокупность вторичного радиолокатора (ВРЛ), устанавливаемого на земле, и ответчиков, устанавливаемых на борту ВС (рис.20).

Рис. 20. Структурная схема вторичной радиолокационной системы (ВРЛС)

ВРЛ вырабатывает кодированные запросные сигналы, представляющие несколько высокочастотных импульсов, отстоящих друг от друга на определенные временные интервалы (коды запроса). Через направленную в горизонтальной плоскости антенну запросные коды излучаются в пространство.

На борту ВС запросные сигналы принимаются ответчиком, и после усиления и преобразования в устройстве формирования ответа УФО образуется ответный кодированный сигнал (ответные коды), который излучается передатчиком ответчика через ненаправленную антенну в пространство. Ответный сигнал представляет набор импульсных сигналов, которые в закодированном виде содержат ответную дополнительную информацию. ВРЛ принимает ответные сигналы, которые после усиления и преобразования поступают на индикаторные устройства. Одной из особенностей системы вторичной радиолокационной системы является то, что несущие частоты, на которых передаются запросы и ответы, выбираются различными. В системах ВРЛ обнаружение ВС и измерение их координат (азимута и наклонной дальности) осуществляется, так же как и в ПРЛС. При распространении запросов от ВРЛ до ВС и ответов от ВС до ВРЛ происходит их запаздывание во времени на величину

t_з = 2r/c + t₀,

где t₀ - дополнительная задержка, связанная с формированием ответного сигнала и его обработкой в ВРЛ.

Время запаздывания ответных сигналов зависит только от расстояния до ВС, поскольку задержка t₀ - величина постоянная. Время t_з измеряется непосредственно по индикатору, тем самым измеряется расстояние r между ВРЛ и ВС. Азимут ВС определяется по углу поворота антенны ВРЛ в момент поступления ответных сигналов. Дополнительная информация после специальной обработки отображается на обычных индикаторах в виде дополнительных отметок либо на специальных индикаторах (цифровые табло, знаковые ЭЛИ). Во вторичных радиолокационных системах (ВРЛС) УВД в качестве дополнительной информации передаются бортовой номер, высота полета, запас топлива, сигналы бедствия, потери радиосвязи и др.

Дальность действия ВРЛС.

Радиосвязь в ВРЛС осуществляется по двум независимым каналам: запроса и ответа. Дальности действия системы по этим каналам в общем случае могут отличаться друг от друга. Максимальные дальности действия для свободного пространства по каналам запроса и ответа определяются выражениями:

r_{св max з} = ; r_{св max o} = (1),

где Р _{Прд з} - импульсная мощность передатчика ВРЛ; D _з - КНД антенны ВРЛ при передаче; D_о - КНД антенны ответчика при приеме; η _з - к.п.д. антенно-фидерного тракта ВРЛ при передаче; η _о - к.п.д. антенно-фидерного тракта ответчика при приеме; λ _з - длина волны запросного сигнала; Р _{Прм min o} - чувствительность приемника ответчика; Р_{Прд о} - импульсная мощность передатчика ответчика; - КНД антенны ВРЛ при приеме; - КНД антенны ответчика при передаче; - к.п.д. антенно-фидерного тракта ВРЛ при приеме;

- к.п.д. антенно-фидерного тракта ответчика при передаче; - длина волны ответного сигнала; Р _{Прм min з} - чувствительность приемника ВРЛ.

Дальность действия системы определяется меньшей из величин r_{max з} и r_{min о}. Выражения (1) показывают, что максимальная дальность действия прямо пропорциональна корню второй степени из отношения мощности передатчика (Прд.) к чувствительности приемника (Прм.). Для первичной РЛС она пропорциональна четвертой степени из этого же отношения. Это значит, что при одинаковых отношениях мощности Прд к чувствительности Прм во вторичных РЛС обеспечивается большая дальность действия либо обеспечивается такая же дальность при значительно меньшей мощности Прд. В ВРЛ применяются Прд с мощностью, на два или даже на три порядка меньшей, чем в Прд первичных РЛС.

Кодирование сигналов

Кодирование сигналов в ВРЛС производится в каналах запроса и ответа для представления информации, передаваемой по этим каналам, и для повышения помехоустойчивости ВРЛС. Режим импульсного излучения вынуждает использовать в ВРЛС различные разновидности импульсных кодов. Так как разработка ВРЛС в России осуществлялась независимо от западных разработок, стандарты на них в России и ИКАО оказались различными. Это различие, прежде всего, коснулось кодов. Российский код называется кодом УВД, международный — кодом RBS, причем в отечественных ответчиках предусмотрена возможность работы с кодами УВД и RBS.

А) Кодирование запросных сигналов

В запросных канала ВРЛ применяется метод интервально–временного кодирования. При этом методе каждому из значений информации, подлежащей передаче, присваивается свой временной интервал между парой импульсов. Если этот интервал обозначить как ∆t (рис.), то при кодовом интервале Т_к максимальное число двухимпульсных кодов N=Т_max/∆t.

При использовании режима ”RBS” применяется три вида работы А, В, С, каждому из которых соответствуют свои коды запроса и ответа. В первом случае (А) излучаются запросные коды А и В, во втором (В)- запросные коды В и С, в третьем (С) – только код С. Кодами А и В запрашивается информация индивидуального опознавания ВС, кодом С запрашивается высота.

В настоящее время по рекомендации ИКАО в качестве запросных кодов используются запросные коды А и С.

Б) ) Кодирование ответных сигналов

Для кодирования ответной информации принят позиционный метод кодирования. Информация о номере и высоте передается четырехзначными цифрами, поэтому ответные коды четырех разрядные.

Ответные коды имеют более сложную структуру. Они содержат два опорных импульса F₁ и F₂, с помощью которых кодируется информация о координатах ВС, и серию информационных импульсов, располагаемых на 13 временных позициях между опорными импульсами.

Рис. 21. Структура ответного кода номера (7306) в режиме RBS

Номер рейса и высота полета передаются четырьмя группами импульсов А, В, С и D, каждая из которых отображает цифру восьмеричной системы счисления. Для отображения цифр от 0 до 7 в каждой группе имеется три позиции, обозначенных буквами А₁, А₂, А₄, В₁, В₂, В₄ и т.д. Позиция, занимаемая импульсом, имеет значение двоичной единицы, пустая — нуля. Таким образом, здесь реализована четырехзначная двоично-восьмеричная система счисления, позволяющая отобразить 4096 номеров ВС или информации о высоте полета в пределах 10³…10⁵ футов с дискретностью 100 футов. При передаче информации о номере импульсы группы А кодируют информацию, соответствующую тысячам, В — сотням, С — десяткам и D — единицам десятичных чисел. Число 7700 служит для передачи сигнала бедствия, число 7600 — сообщения о потере радиосвязи, 7500 — о нападении на экипаж.

Дополнительный импульс SPI предназначен для индивидуального опознавания и передается по запросу по каналам радиосвязи с земли. Импульс выдается в течение 10…30 с при нажатии кнопки “Знак”(IDENT) на пульте управления бортовым ответчиком.

При передаче информации о высоте порядок передачи групп импульсов информационного кода установлен следующим: D, А, В, С. В группе D используется две позиции D₂ и D₄ позиция D₁ свободна и передаются три градации высоты ценой 32000 футов каждая. Позициями групп А и В передается по 7 градаций ценой соответственно 4000 и 500 футов каждая, а позициями группы С — 5 градаций по 100 футов. Последняя пятая градация передается цифрой 7 . Цифры 5 и6 не используются. Максимальная высота, которая кодируется таким методом, будет равна сумме произведений чисел градаций на их цену, т.е. 128000 футов. Так как отсчет высоты производится от остаточной высоты 1300 футов, то максимальная передаваемая высота будет 126700 футов.

Процесс заполнения позиций и градаций идет следующим образом. После заполнения пяти градаций С двоичная единица передается на позиции В. Позиция С при этом обнуляется. После заполнения пяти градаций В единица передается позиции А, а после ее заполнения позиции D. Заполнение может изменяться как в большую, так и в меньшую сторону.

Недостатки существующих систем ВРЛ и перспективы развития

Опыт эксплуатации систем ВРЛ выявил ряд существенных недостатков, которые ограничивают их использование в составе автоматизированных систем УВД. К ним относятся:

- невысокие точностные характеристики определения координат ВС;

- значительная зона (до 100 км) влияния боковых лепестков, снижающая вероятность получения информации при увеличении интенсивности воздушного движения и числа ответчиков из-за наложения ответных кодов;

- недостаточный объем информации, содержащийся в ответных сигналах;

- невысокая пропускная способность;

- ограниченная пропускная способность по информационному обмену.

Радикально устранение существующих недостатков СВРЛ будет осуществлено при внедрении дискретно-адресной ВРЛС (ДАС).

Основной принцип работы ДАС заключается в использовании индивидуальной адресации запроса и ответа, для чего всем ВС (ответчикам) присваиваются номера-адресы, а в сигналы запросов и ответов включаются адреса ответчиков ВС. При этом значительно уменьшается вероятность наложения кодов, так как поток ответных сигналов уменьшится в 10…20 раз.

Следовательно, увеличивается пропускная способность ответного канала ВРЛС. Это позволит увеличить объем передаваемой по ним информации и использовать его для речевого обмена между диспетчерами и экипажами ВС. В принципе число запросов на одно ВС при адресной работе может быть уменьшено до одного.

В ДАС, кроме запросной и расширенной полетной информации, с борта ВС будут передаваться следующие сообщения: навигационная информация от БПНК ВС, информация о метеообстановке в районе полета, решение экипажа по использованию полетной информации. С земли будут передаваться: указания диспетчера УВД, дублирующие их передачу по каналу голосовой связи (эшелон, курс, частота радиосвязи, минимальная безопасная высота полета), инструктивная информация о воздушной обстановке. Кроме того, по этим же каналам обеспечивается автоматическая работа системы предупреждения столкновений с ВС и с землей. Предусмотрено буквенно-цифровое отображение информации в кабине пилотов.

Для запроса каждого ВС запросчики должен хранить данные об адресах и ориентировочном местоположении ВС, находящихся в зоне действия ВРЛ. Для получения этих сведений ДАС вначале работает в режиме “Вызов всем” с запросом координат всех ВС и адресов ВС с ответчиками ДАС. Ответы запоминаются в наземной РЛС. После этого возможна работа в режиме индивидуального запроса. Это режим заключается в ориентировании ДНА на определенные ВС по заданной оператором программе с целью их автосопровождения. Периодически режим “Вызов всем” должен повторяться с целью получения обновленной информации о несопровождаемых ВС и новой от ВС, вошедших в зону наблюдения. Возможность одновременной работы систем ДАС и существующих СВРЛ обеспечивается чередованием адресного и неадресного режимов. Длительность периода адресной работы выбирается такой, чтобы обеспечить обработку 10 ответчиков в луче ДН. В таблице 2 приведены основные характеристики вторичных радиолокаторов.

Таблица 2

Характеристика	Корень-АС	Лист	ДАС
Максимальная дальность действия, км		-	400/160
Пределы зоны обзора по углу места, град	0,5…45	0,5…45	0,3 50
Вероятность получения информации	≥ 0,9	0,95	0,9…0,98
Вероятность получения ложной информации	10-3	-	10-6
СКП измерения дальности, м			200/50
СКП измерения азимута, угл. мин
Время обновления информации , с	4 и 20	-	5 и 10
Наработка на отказ, ч	> 500
Технический ресурс, ч		-