УДК 621.37/39(04)

Устройство, принцип работы и будущее развитие отечественных БРЛС

Пинчук Дарья Александровна – cтудент Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации им. А.А. Новикова.

Телков Артём Сергеевич – cтудент Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации им. А.А. Новикова.

Лучников Игорь Владимирович – старший преподаватель Санкт-Петербургского государственного университета гражданской авиации им. А.А. Новикова.

Аннотация. В статье рассмотрена значимость БРЛС для авиации и необходимость их применения. Описаны конструкция и принцип работы, а также оценены перспективы развития бортовых РЛС. В статье представлены требования, предъявляемые к БРЛС в современной авиации. Рассмотрены достижения в развитии БРЛС в авиационных комплексах, которые значительно повысили тактико-технические характеристики таких систем.

Ключевые слова: электромагнитные волны, бортовая радиолокационная станция, активная фазированная антенная решетка, X-диапазон, K-диапазон.

Введение

Ещё в 1887 году Генрих Герц проводил эксперименты, в ходе которых обнаружил, что электромагнитные волны можно генерировать и принимать, а также было замечено, что не все материалы отражают радиоволны одинаково. На опыте этих исследований создавались устройства для обнаружения объектов и вычисления их параметров движения.

Появление радиолокационных станций (РЛС) значительно упростило решение многих задач, связанных с навигацией воздушных и морских судов, обнаружением военных целей, а также управлением средствами ПВО [2]. В зависимости от места установки различают наземные, морские, самолётные, спутниковые РЛС.

В данной статье рассмотрим авиационные комплексы с применением бортовых радиолокационных станций (БРЛС) и дальнейшее развитие подобных систем.

Назначение и устройство бортовых РЛС

БРЛС относится к автономным радиотехническим средствам. Она позволяет следить за пролетаемой местностью и окружающей воздушной обстановкой и передавать эту информацию на дисплеи, расположенные в кабине. Также с помощью данной системы пилот может измерить курсовые углы и наклонные дальности до ориентиров или целей [3].

Конструктивно система имеет несколько блоков, которые располагаются в самолете. Блоки включают в себя передатчик, приёмник, антенную систему, процессор обработки данных, программируемый процессор сигналов, пульты и органы управления, средства индикации [3].

В составе системы имеется синхронизатор РЛС, который представляет собой импульсный генератор. Он вырабатывает периодическую последовательность импульсов, которые поступают на передатчик. Под их воздействием передатчик генерирует и излучает через антенну мощные импульсы в сантиметровом диапазоне волн [3].

Принцип работы БРЛС

Радиоволны распространяются и отражаются от препятствий. Отраженный сигнал принимается через антенну приемником. Процессор обработки данных анализирует время, необходимое для распространения волны до объекта и обратно, то есть время задержки между переданным и принятым сигналом. Так, зная время задержки, процессор обработки данных вычисляет расстояние до объекта [3]. Вычисленная информация поступает в виде наглядной картинки на дисплеи, расположенные в кабине. Если объект движется с какой-то скоростью, то по отраженному сигналу процессор вычисляет эту скорость. Таким образом, современные БРЛС позволяют обнаруживать объекты, а также определять расстояние, их скорость и направление движения.

Важно заметить, что одна и та же антенна предназначена как для излучения, так и для приема сигналов. Для того чтобы мощный излучаемый сигнал не попал в приемник, антенный переключатель отключает приемник от антенны в момент излучения импульса.

С конца 80-х годов была начата разработка БРЛС с активными фазированными антенными решетками (АФАР), что позволило повысить тактико-технические характеристики БРЛС. В таких антеннах приемо-передатчик находится не за антенной, как это реализовывалось первоначально, а в каждой ячейке антенны, количество которых может превышать одну тысячу. Такое решение значительно повышает надежность БРЛС, ведь при поломке приемо-передатчика система продолжает работать, в то время как БРЛС с ФАР выходит из строя.

В характеристиках РЛС диапазон работы станции указывается латинскими буквами. В радиолокации широко используется X-диапазон. Частота радиоволн этого диапазона составляет 8 – 12 ГГЦ электромагнитного спектра, то есть длины волн составляют от 2,5 до 3,75 см. Радиоволны этого диапазона применяются для управления оружием, наведения ракет, наблюдения за погодой, картографирования местности. Вторым диапазоном по частоте применения является K-диапазон. Он соответствует длинам волн от 1,11 до 1,67 см, а Частота радиоволн этого диапазона составляет 18 – 27 ГГц [4].

Перспективы развития отечественных бортовых РЛС

С развитием авиации, в том числе с появлением беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), к БРЛС всё больше предъявляются требования в отношении помехозащищенности, малогабаритности, многофункциональности и эффективности работы. При создании бортовых радиолокационных систем нового поколения требуется использовать новые принципы их проектирования и эксплуатации. Они должны гарантировать соответствие требованиям к созданию нового поколения оборудования и быть адаптивными к условиям их использования для конкретного типа воздушного судна, учитывая его особенности.

Эти системные принципы могут быть следующими:

  • аппаратная и информационная интеграция, то есть взаимодействие между собой подсистем и обеспечение доступности данных;
  • модульность конструкции с минимизацией внутренних и внешних интерфейсов;
  • стандартизация внутренних и внешних интерфейсов;
  • внутривидовая и межвидовая унификация;
  • высокая надежность;
  • высокий уровень цифровизации и применения сложных сигналов;
  • высокий уровень автоматизации внутрисистемного управления;
  • минимизирование стоимости жизненного цикла продукта [5].

В соответствие в перечисленными принципами Научный центр специальных радиоэлектронных систем и менеджмента Московского авиационного института в ходе реализации комплексного проекта «Разработка и организация высокотехнологичного производства малогабаритных многофункциональных авиационных самолетов» разработал малогабаритную цифровую БРЛС двойного назначения — МБРЛС МФ–2. Двойное назначение заключается в том, что данную систему можно использовать как для гражданских целей, так и для решения специальных боевых задач. Также БРЛС состоит из двух модулей и работает на двух диапазонах – Х и К [1].

В случае использования МБРЛС МФ–2 в однодиапозонном варианте (Ка – диапазоне) система имеет ряд преимуществ перед устаревшими РЛС. Во-первых, её вес составляет 30 – 35 кг, что примерно в 2-3 раза меньше радиолокационных станций предыдущего поколения. Во-вторых, потребляемая мощность уменьшена 9 раз, а надёжность в два раза выше и ресурс составляет не менее 300 часов. В-третьих, разрешение по дальности повышается в 44 раза до «детального» за счет введения новых режимов работы. Но и не менее важным фактом является снижение стоимости жизненного цикла и себестоимости радиолокационной станции в производстве [1].

МБРЛС МФ-2 обеспечивает формирование радиолокационного изображения земной поверхности, обнаружение и определение координат наземных, надводных и воздушных объектов (подвижных и неподвижных), информирование при полете на малых высотах, выдачу целеуказания системам визирования и другим бортовым системам, измерение дальности в заданном направлении, оценку метеорологической обстановки.

Важной особенностью МФ-2 является способность обрабатывать в режиме реального времени большие потоки информации за счет максимальной цифровизации и мощного программного обеспечения, что очень необходимо при полётах на малых высотах.

Также в системе предусмотрены дополнительные меры по обеспечению безопасности полета и снижению угрозы нанесения ударов по самолету. В МБРЛС оценивается метеорологическая обстановка с выделением зон, опасных для самолета. Обеспечивается предупреждение об опасности столкновения с воздушными объектами, элементами рельефа, а также зданиями и сооружениями.

МФ-2 имеет средства встроенного контроля, которые позволяют осуществлять автоматический контроль составных частей в процессе эксплуатации на борту самолета. При помощи данной функции работа системы проверяется, и в результате всех контрольных анализов и сбора диагностических информации выдается сигнал «ОТКАЗ» или «ОТКАЗА НЕТ». Встроенная система управления автоматизирована и не требует подключения специального испытательного оборудования [5].

Система по тактико-техническим характеристикам не уступает зарубежным аналогам, таким как TESAR, TUAVR, LYNX, а даже по некоторым параметрам превосходит их.

Таким образом, прогнозируемое развитие бортовых радиолокационных станций включает в себя несколько направлений:

  1. Улучшение технических характеристик: современные технологии позволяют создавать более точные и эффективные БРЛС с улучшенной дальностью обнаружения, разрешением и скоростью обновления данных.
  2. Внедрение новых технологий: с развитием искусственного интеллекта, машинного обучения и автоматизации предполагается, что БРЛС будут способны быстрее и точнее обрабатывать данные, а также предсказывать возможные опасные ситуации.
  3. Интеграция с другими системами: БРЛС будет все более интегрироваться с другими бортовыми системами. Это позволит создать более комплексные и автоматизированные системы безопасности полетов.
  4. Миниатюризация и уменьшение энергопотребления: с развитием технологий микроэлектроники и нанотехнологий, прогнозируется уменьшение размеров и веса БРЛС, а также снижение энергопотребления, что позволит установить их на малых летательных аппаратах.

Несмотря на высокие требования к созданию РЛС нового поколения, разработки Московского авиационного института малогабаритных, многофункциональных радиолокационных станций дают возможность решить задачи оснащения воздушных судов высокоинтеллектуальными современными радиолокационными системами, а также обеспечить импортозамещение в ряде случаев.

Заключение

В статье была раскрыта сущность БРЛС, как автономной радиотехнической системы, позволяющей обнаруживать и измерять параметры объектов в воздушной среде. Описана конструкция БРЛС и принципы её работы, включая генерацию и прием радиоволн, анализ данных и вывод информации на дисплеи в кабине. Также была подчеркнута важность внедрения активных фазированных антенных решеток (АФАР), которые значительно повысили возможности БРЛС. Обозначен рост требований к БРЛС в контексте современной авиации, включая применение их в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА). Статья представляет перспективы применения БРЛС в авиационных комплексах и подчеркивает необходимость использования новых принципов проектирования и эксплуатации, включая интеграцию подсистем и модульность конструкции. Такие современные требования, как помехозащищенность, малогабаритность, многофункциональность и эффективность работы, должны быть учтены при разработке и совершенствовании БРЛС.

Статья представляет собой важный ресурс для специалистов в области радиолокации и авиации, предоставляя полное представление о современном состоянии и перспективах использования БРЛС. Она может быть использована исследователями, разработчиками и специалистами в авиационной отрасли для повышения эффективности и надежности бортовых радиолокационных систем.

Список литературы

  1. Канащенков А.И., Матвеев А.М., Новиков С.В. Возможности применения малогабаритного цифрового радара в самолетной авиации //Труды МАИ. – 2016. – №. 89. – С. 23.
  2. Нечаев Е.Е., Дерябин К.С. Современные бортовые радиолокационные станции и антенные решетки многофункциональных авиационных комплексов военного назначения //Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. – 2015. – №. 221 (11). – С. 90-105.
  3. Сарайский Ю.Н., Липин А.В., Либерман Ю.И. Аэронавигация. Часть II. Радионавигация в полете по маршруту: учебное пособие. - Санкт-Петербург: ФГБОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации", 2013. - 383 с.
  4. Как работает авиационная БРЛС: Авиация России: сайт. URL: https://aviation21.ru/ustrojstvo-i-osobennosti-raboty-aviacionnoj-radiolokacionnoj-stancii/. Дата публикации: 17.02.2016.
  5. Novikov S.V. Technical and economic characteristics of onboard radar system of new generation//Computational Nanotechnology. - 2018. - №3. - Pp. 20-23.

Интересная статья? Поделись ей с другими: