Метеонавигационные радиолокационные системы

Земная атмосфера представляет собой достаточно подвижный (а зачастую и неустойчивый) объект. Поэтому на отдельных участках самолетного маршрута могут возникать так называемые проблемные зоны (области повышенной турбулентности, образующиеся грозовые фронты, и.т.д.), заблаговременный прогноз которых весьма затруднен. В связи с этим возникла потребность оперативного (во время полета) и дистанционного (в целях безопасности полета) определения местоположения указанных зон. Для решения этой задачи используются метеонавигационные радиолокационные системы (МНРС).

Все МНРС могут быть разделены (признаком классификации является максимальная дальность обнаружения гидрометеообразований) на 4 класса:

Первый класс - =550км; данные МНРС предназначены для установки на сверхзвуковых, дальних и средних магистральных самолетах.

Второй класс - =350км; данные МНРС предназначены для установки на ближних магистральных и тяжелых самолетах местных воздушных линий.

Третий класс - =100км; данные МНРС предназначены для установки на легких самолетах местных воздушных линий и вертолетах.

Четвертый класс - =100км;данные МНРС (с пониженным относительно МНРС третьего класса энергетическим потенциалом) предназначены для установки на вертолетах.

Следует отметить, что функции определения местоположения гидрометеообразований весьма часто совмещены в единой бортовой радиосистеме с выполнением задач получения радиолокационной карты местности, обнаружения горных массивов и отдельных горных вершин и определения превышения, достаточного для безопасного полета самолета над ними, и.т.п. Выбор решения бортовой радиосистемой той или иной проблемы осуществляется путем перевода (летчиком, экипажем) данной радиосистемы в соответствующий (например, “Земля”, ”Снос”) режим работы. При этом задача оценки собственно метеорологической обстановки на трассе полета происходит при помощи функционирования указанной радиосистемы а режимах “Метео” (когда обнаруживается пространственное гидрометеообразование и определяются его координаты) и “Контур” (в котором оценивается степень опасности гидрометеообразований, находящихся на расстоянии 40…60км от самолета). Поэтому в данном разделе рассматривается только метеорологический аспект работы бортовой радиосистемы, то есть функционирование МНРС.

Так как МНРС (бортовая радиосистема в режимах “Метео” и “Контур”) имеет узкую (2…6° в вертикальной и горизонтальной плоскостях) диаграмму направленности, то определение местоположения (в основном дальности и азимута) и характера (снег, дождь, и.т.д.) метеорологического объекта оказывается достаточно точным, поскольку в узкий луч отражения от других объектов, как правило, не попадают.

Основные метеообъекты могут быть распределены по степени интенсивности отражений от них в следующем порядке:

1) снег; отражения от него обычно невелики, что объясняется, даже при обильных снегопадах, как значительными (по сравнению с длиной волны излученного радиосигнала: =1…10см) расстояниями между отдельными снежинками, так и сравнительно низкой диэлектрической проницаемостью (сходной по величине с диэлектрическими проницаемостями облаков пыли или дыма – эти облака также отражают достаточно слабо);

2) облака; если облака состоят из кристалликов льда, то отраженные радиосигналы достаточно слабы; если облака образованы водяными каплями (размерами порядка 0,01см), то интенсивность отражений сильно зависит от длины волны – например при увеличении от 1,0см до 10см интенсивность отражений падает более чем на порядок; основные отражения происходят не внутри облаков, а на их границах – в связи с достаточно резким скачком коэффициента преломления на этих границах;

3) дождь; данный метеообъект образован сконденсированными частицами воды, и по радиосигналам, отраженным от дождя, оператор может определить его интенсивность (наибольшие отражения возникают при размерах капель, соизмеримых с длиной волны); наиболее часто используется диапазон длин волн 3…5см (при > 10см интенсивность отражений ослабевает); измерение обычно проводится на небольших (20…40км) дальностях;

4) грозовые образования; отраженные радиосигналы обладают значительной интенсивностью (они даже могут замаскировать радиосигнал, отраженный от летательного аппарата, оказавшегося на фоне грозового образования); дальность обнаружения грозовых образований составляет 190…550км;

5) молнии и атмосферики; здесь может возникнуть мощный радиосигнал, созданный электрическим разрядом.

На практике МНРС используются в целях обеспечения безопасности полета (для своевременного получения информации о расположении грозовых фронтов) и для решения научно – исследовательских задач (например, для изучения физики облаков).

Рассмотрим структурное построение (рис.3.91.) и работу МНРС.

Синхронизатор 1 вырабатывает запускающий импульс, который воздействует на радиопередающее устройство 2. Радиоимпульс (диапазон длительностей 0,7…5мкС, частота заполнения порядка 9,3ГГц), сформированный данным устройством, через антенный переключатель 3 поступает на антенну (отражатель диаметром 0,2…1,2м выполнен в виде параболоида вращения, в фокусе которого расположен облучатель), после чего излучается в пространство (диапазон импульсных мощностей 4…33кВт). При этом частота повторения импульсов обычно находится в пределах 100…400Гц.

Основными параметрами местоположения лоцируемого участка метеообразования являются дальность R и азимут . При этом дальность указанного участка вычисляется по времени запаздывания принятого радиоимпульс относительно излученного

,

а азимут этого участка определяется по углу поворота узкой (ширина составляет 2…6,5°) диаграммы направленности относительно продольной линии фюзеляжа, причем качание диаграммы направленности осуществляется с помощью механизма 4 поворота и стабилизации антенны в пределах сектора (рис.3.92.) шириной (значения лежат в диапазоне 90…200°). При этом частота качания данной диаграммы лежит в пределах 0,1…2,8Гц. Кроме того, антенна может также совершать наклоны (значения углов ±10…±26°) в вертикальной плоскости, определяя тем самым, помимо азимута , еще и угол места лоцируемого участка гидрометеообразования. Наконец, в целях стабилизации антенны на механизм 4 от бортовых датчиков пространственного положения самолета подаются необходимые сигналы. При это стабилизация по осям является раздельной.

Отраженный радиоимпульс, принятый антенной, проходит через антенный переключатель и поступает на вход радиоприемного (чувствительность порядка 100дБ мВт) устройства 5, которое вырабатывает видеоимпульс, подаваемый на индикатор 6.

Индикатор обычно выполнен на монохроматической электронно – лучевой трубке с послесвечением и секторной разверткой луча. При этом каждому значению интенсивности принятого сигнала соответствует свой уровень яркости свечения изображения. В режиме “Метео” по данному уровню яркости оператор может судить о степени опасности лоцируемого гидрометеобразования. Обычно опасными считаются те гидрометеобразования, которые обнаруживаются на дальностях свыше 100км – в таком случае внутри гидрометеобразования присутствует сильная турбулентность как видно из рис.3.91., индикатор может переключаться извне (экипажем), переходя либо в режим “Метео”, либо в режим “Контур”. В режиме “Контур” на экране индикатора наблюдаются лишь сравнительно слабые (сильные сигналы радиоприемное устройство в указанном режиме не пропускает) сигналы, соответствующие контуру (кромке) гидрометеобразования, находящегося на расстоянии 40…60км от самолета и потому наиболее опасного для полета. При этом степень опасности тем выше, чем более узкой является кромка гидрометеобразования. Некоторые технические характеристики МНРС таковы:

Масса приемо – передатчика - 8…21кг.

Масса комплекта (без кабелей) – 14…45кг.

Объем приемо – передатчика - 10,2…16,4

Объем индикатора – 5,9…12,1

Потребляемая мощность от сети:

-200В, 400Гц – 34,5…600В А;

-36В, 400Гц – 1,4…17 В А;

-27В постоянного тока – 80…190Вт.

Поиск по сайту: