Аналіз світових тенденцій розвитку посадкових локаторів радіолокаційних систем посадки

М.Д. Рисаков, І.В. Тітов, О.П. Кулик, В.Г. Карєв, О.В. Симоненко,
Харківський національний університет Повітряних Сил, Харків
06.09.16
AN/TPN-31 AN/TPN-31, фото © www.beaufort.marines.mil

У статті аналізується сучасний стан та світові тенденції розвитку посадкових і оглядових радіолокаторів систем посадки. Наводяться відомості щодо особливостей побудови сучасних посадкових локаторів, їх окремих характеристик та конструкторських рішень. Висвітлюються перспективні (на думку авторів) напрямки розвитку сучасних посадкових радіолокаторів.

Склад радіолокаційних засобів на військових аеродромах закордонних країн має ряд відмінностей від прийнятого в України.

Для управління польотами в аеродромній зоні на стаціонарних аеродромах в арміях іноземних держав, як правило, використовується кілька окремих засобів (оглядовий радіолокатор, посадковий радіолокатор (ПРЛ),вторинний локатор і обладнання робочих місць операторів).

На військових аеродромах України функції оглядового та вторинного локаторів виконує диспетчерський радіолокатор (ДРЛ), а функції диспетчерського і посадкового локаторів поєднує одна комплексна система – радіолокаційна система посадки, до складу якої входять додаткові засоби пеленгації, зв’язку, об’єктивного контролю та інше.

Однак, для застосування авіації з польових аеродромів практично всіма державами використовуються оглядово-посадкові радіолокаційні станції (РЛС), які виконують функції диспетчерського і посадкового локаторів. ДРЛ систем (комплексів) посадки щодо забезпечення посадки літаків на ЗПС виконують допоміжне завдання – забезпечують виведення літака в зону посадки. Тому, в рамках даної публікації обмежимося головним чином аналізом тенденцій розвитку ПРЛ за кордоном.

Останнім часом в світі відбувся якісний стрибок в розвитку засобів забезпечення управління і обміну інформацією. Це торкнулося і радіолокаційних засобів УПР.

Метою статті є аналіз сучасного стану та тенденцій розвитку посадкових і оглядових радіолокаторів систем посадки за кордоном.

В інтересах управління тактичною авіацією та авіацією морської піхоти США у 70÷80 роках минулого століття використовувались комплексні системи УПР і посадки TRACALS і MATCALS. Головними засобами цих та інших систем УПР є оглядові РЛС.

Необхідність більш стійкого управління літаками в районі аеродрому (у порівнянні з УПР на маршруті) обумовлює більшу увагу до тактичних характеристик засобів систем посадки. Пред'являються підвищені вимоги до точності виміру координат локаторами, у першу чергу, по визначенню дальності, азимута і глісади зниження, а також висоти польоту літального апарату (ЛА).

Основними особливостями побудови диспетчерських РЛС у порівнянні з оглядовими РЛС є менша дальність виявлення літаків, більш висока точність визначення параметрів польоту, а також можливість їх використання як у мобільному, так і в стаціонарному варіантах.

Відповідно до класифікації НАТО для забезпеченні польотів в аеродромній зоні у військовій авіації США використовувались аеродромні РЛС 4-х класів:

  • стаціонарні РЛС − ASR-9, AN/GPN-22;
  • РЛС у складі АСУ польотами авіацією AN/TPN-19,20;
  • мобільні РЛС AN/MPN-13,14,14k;
  • високо-мобільні оглядово-посадкові РЛС AN/FPS-40 та AN/TPN-18.

До початку 90-х років головним чином всі стаціонарні РЛС забезпечення УПР об’єднувались у комплекси АСУ, тому далі зберігається їх класифікація щодо мобільності: стаціонарні, мобільні та високо-мобільні РЛС.

Аналіз характеристик, закордонних РЛС показує, що всі оглядово-посадкові РЛС мають порівняно невелику дальність виявлення оглядової частини – до 110 км, використовують зазвичай хвилі довжиною 10 см, 3 см та іноді 1,8 см (ASTRE (Франція) та АSDE-J (Нідерланди)) в оглядовій частині і тільки 3 см –довжину хвилі в посадковій частині. Період огляду повітряного простору становить від 1 до 10 секунд. Станції мають імпульсну потужність оглядового локатора 50-60 кВт і посадкового локатора 80-150 кВт. Показники точності, як правило, визначаються вимогами IКAO.

Найбільший інтерес серед посадкових РЛС минулого століття, що використовуються і у теперішній час, представляють РЛС AN/TPN-22 фірми ITT Gilfillan та AN/TPN-25 і AN/GPN-22 фірми Raytheon(США).

AN/TPN-22 є посадковою РЛС із частотно-фазовим скануванням простору вузьким променем. Антенна система являє собою плоску фазовану антенну решітку (ФАР), що складається з 94 електронних елементів, які живляться через керовані фазообертачі на діодах. Для поліпшення характеристик РЛС у погану погоду використовується кругова поляризація. Обробка даних виконується програмним способом багатоцільовим комп'ютером AN/UYK-20 і спеціалізованим цифровим процесором. Темп надходження даних про цілі в режимі спостереження може бути обраний у діапазоні від 5 до 10 Гц. РЛС зберігає працездатність при опадах до 25 мм/год.

Точність визначення кутових координат 5' (азимут), 3,5' (кут місця) і 3 м (дальність). Такі характеристики забезпе- чують автоматичну посадку (через систему автоматичного управління) військово-морських літаків усіх типів при нульовій горизонтальній і вертикальній видимості (третя категорія метеомінімуму).

Посадкові РЛС AN/TPN-25 і AN/GPN-22 використовуються в системах посадки літаків по командах із землі для одержання точних координат літака на кінцевій ділянці польоту перед заходом на посадку.

Посадкові РЛС AN/GPN-22 є стаціонарним варіантом РЛС AN/TPN-25. Особливістю побудови станцій є антенна система (рис. 1), де максимальний сектор сканування в куто-місцевій площині зменшений з 15° (у ПРЛ AN/FPN-62) до 8°, що приблизно в два рази зменшує число необхідних фазообертачів і робить антену дешевшою.

AN/GPN-22 Рис.1 Зовнішній вигляд ПРЛ AN/GPN-22 та робочого місця оператора

Ці РЛС працюють одночасно у двох режимах: безперервного пошуку та супроводження цілей. Режим безперервного пошуку виконується в секторі 20˚ (± 10˚) по азимуту, 15˚ (від -1˚ до 14˚) по куту місця і 37 км по дальності. Одночасно з пошуком, РЛС здатна супроводжувати 6 цілей, обновляючи інформацію про траєкторії кожної цілі з темпом 22 Гц. Точність супроводження по азимуту 8,6' і по куту місця 4,3'.

Використання вузького променя разом із широкосмуговим сигналом робить систему нечутливою до завад від дощу, тому що елемент розподілення простору дуже малий. Завдяки цьому в дощі з інтенсивністю 50 мм/год дальність виявлення цілі з ефективною по верхньою розсіювання (ЕПР) 1 м2 не менш 27 км.

Можливість суміщення режимів пошуку і супроводження з високим темпом оновлення інформації забезпечується завдяки спеціальній конструкції антени. Антенна система складається з двох частин: плоскої фазованої антенної решітки (ФАР) та дзеркала віддзеркалення. ФАР складається з 824 елементів, кожний з яких живиться феритовим фазообертачем. Фазообертачі керуються незалежно. За допомогою створення відповідних фазових зрушень фазообертачі дозволяють сканувати Наявність дзеркала віддзеркалення дозволяє звузити діаграму спрямованості ФАР в площині сканування.

До стаціонарних посадкових радіолокаторів відноситься локатор PAR-80 (ITT Gilfillan, США) (рис. 2).

PAR-80 Рис.2 Зовнішній вигляд ПРЛ PAR-80

Для отримання вузьких діаграм спрямованості, що сканують тут використовується плоска ФАР з декількох тисяч елементів. Використання промислових комп’ютерів для управління ФАР та для обробки сигналів віддзеркалення дозволили досягнути високої точності вимірювання кутових координат (≈1′по курсу, ≈3′ по куту місця).

До сучасних оглядових і посадкових РЛС відносяться локатори корпорації ITT Exiles, яка з кінця 1990-х років почала випускати оглядово-посадкові комплекси GCA/PAR-2000 (Ground Controlled Approach/Precision Approach Radars – Наземна система управління посадкою/прецизійний посадковий локатор)(рис. 3).

До сучасних технологій побудови комплексу відноситися застосування двох активних антенних решіток (ААР): для азимуту (курсу) і для кута місця. Комплекс здатний працювати в складних метеорологічних умовах і здійснювати круговий огляд простору або забезпечувати одночасне вирішення двох завдань: супроводження літаків, що прилітають і відлітають, а також точне супроводження літаків на етапі посадки.

GCA/PAR-2000 Рис.3. Зовнішній вигляд оглядово-посадкового комплексу GCA/PAR-2000

Супроводження літаків в режимі огляду може здійснюватися по дальності до 55 км і по висоті до 2,4 км. У режимі супроводу літаків на етапі посадки дальність дії радара складає 37 км при 30-градусному огляді по азимуту і восьмиградусному огляді по куту місця.

Комплекс випускається в стаціонарному (GCA/PAR-2000) і мобільному (AN/MPN-25) варіантах. Використання сучасних технологій при побудові локаторів та оптимальній цифровій обробці сигналів дозволили добитися високої точності вимірю- вання координат літаків та їх супроводження в складних погодних умовах.

До сучасних стаціонарних посадкових радіолокаторів із дзеркальними антенами необхідно віднести ПРЛ корпорації Тесла (Чехія) РП-5Г (рис. 4).

Тесла РП-5Г Рис.4. Зовнішній вигляд ПРЛ РП-5Г корпорації Тесла та монітору локатора

До особливостей цього ПРЛ відносно розглянутих сучасних ПРЛ можна віднести те, що в ньому досягається висока точність вимірювання координат літака в СМУ шляхом оптимальної обробки сигналів віддзеркалень програмним способом спеціалізованим комп’ютером при використанні дзеркальних антен курсу та глісади. При цьому РП-5Г забезпечує автоматичне супроводження мітки літака. Лінійні відхилення по курсу і глісаді відображаються у формі цифрового формуляру супроводження, який синхронно з міткою літака рухається по екрану монітора.

У формулярі супроводження до виходу літака на лінію глісади (на ЗЛП) відображається поточна висота польоту, величина бічного відхилення від лінії курсу і фактичне віддалення літака від РТП в метрах. Після виходу на ЗЛП у формулярі супроводу відображаються лінійні відхилення літака від ЗЛП по курсу і глісаді в метрах.

Диспетчер зчитує числове значення цих відхилень та передає екіпажу інформацію про бік і величину відхилення. Якщо відхилення мітки літака перевищують граничнодопустимі норми (знаходитися поза зоною допустимих відхилень), здійснюється застережлива сигналізація для диспетчера – мерехтіння формуляру протягом 13 секунд. При перетині мітки літака з РТП або при нульовій висоті відбувається автоматичне скидання супроводження мітки літака.

Такий принцип обробки і відображення координатної інформації ПРЛ представляється найбільш приємним для забезпечення посадки літаків у складних погодних умовах.

В останні десятиліття отримали активний розвиток мобільні оглядово-посадкові РЛС на основі впровадження сучасних твердотільних технологій і цифрових методів обробки і відображення інформації радіолокації.

До таких мобільних оглядово-посадкових радіолокаторів (ОПРЛ) можна віднести локатор AN/МРN-14k (рис. 5).

AN/МРN-14k Рис.5. Зовнішній вигляд оглядово-посадкового радіолокатору AN/МРN-14k

До складу радіолокаційного комплексу AN/МРN-14k входять вторинний радіолокатор (ВРЛ), оглядовий радіолокатор (ОРЛ) та ПРЛ. За допомогою ВРЛ у диспетчера є можливість на віддаленнях до 370 км виконати індивідуальне розпізнавання потрібного літака і виведення його в район аеродрому посадки. Дальність дії ОРЛ і ПРЛ складає 110 км і 28 км відповідно. При цьому ОРЛ використовує дзеркальну антену, а у ВРЛ антенна, яка обертається сумісно з антеною ОРЛ, являє собою ФАР. У ПРЛ використовуються антени курсу и глісади у вигляді ФАР з електронним скануванням променями у відповідних площинах.

Як видно на рис. 5, антени ПРЛ жорстко прикріплені до зовнішніх стінок апаратного контейнера і тому не можуть бути оперативно розгорнені на 180˚ для забезпечення посадки літаків з другого напряму.

Реалізація у комплексі сучасної цифрової обробки сигналів віддзеркалення придала йому спроможність забезпечувати гарантований радіолокаційний контроль повітряної обстановки та гарантоване супроводження літака в аеродромній зоні і в зоні посадки у складних погодних умовах.

До сучасних високомобільних ОПРЛ з використанням дзеркальної антени в ОРЛ та ФАР у ПРЛ відноситься комплекс AN/TPN-31 корпорації Exiles (рис. 6)

Особливістю комплексу є використання у ПРЛ двохімпульсного (різної тривалості) сигналу зондування із рознесенням несучих частот на 30 Мгц. Використання такого сигналу зондування дозволило стабілізувати значення ефективної площі віддзеркалення літака і підвищити коефіцієнт подавлення пасивних завад.

AN/МРN-14k Рис.6. Зовнішній вигляд ОПРЛ AN/TPN-31

Використання в якості антен ПРЛ ФАР з електронним скануванням промінів також (як і у комплексу AN/МРN-14k), не дозволяє виконувати оперативну зміну напрямку сканування промінів антен курсу і глісади. Комплекс використовується на польових аеродромах та призначений для радіолокаційного контролю повітряної обстановки в аеродромній зоні та забезпечення вивода літаків в зону посадки та управління посадкою літаків шляхом передачі команд управління на борт по засобам радіозв’язку.

До сучасних РСП з використанням ФАР у ДРЛ та ПРЛ відносяться системи РСП Росії: мобільна РСП-28МЕ і стаціонарна РСП-27СЕ. До складу стаціонарної та мобільної систем входять однакові, так звані, модулі ДРЛ і ПРЛ, автоматичній радіопеленгатор та дизельна електростанція. Тому значення тактико-технічних характеристик ДРЛ та ПРЛ двох систем однакові. Для оснащення оперативних аеродромів до складу РСП додатково входить модуль управлення МУ-28МЕ, якій являє собою обладнання робочих міст групи керівництва польотами (ГКрП). РСП у такому складі отримала маркування РСП- 28МЕ.

У системі РСП-27СЕ радіолокаційна інформація (РЛІ) відображається на моніторах робочих міст осіб ГКрП стаціонарного АКДП. Зовнішній вигляд системи РСП-28МЕ наведеній на рис. 7

РСП-28МЕ Рис.7. Зовнішній вигляд системи РСП-28МЕ

До особливостей цих РСП можна віднести:

  • використання ФАР в ДРЛ із механічним обертанням антени та в ПРЛ із електронним скануванням діаграмою спрямованості у двох площинах;
  • перевід ДРЛ у частотні діапазони ІКАО (23 см) для первинних каналів і 1030 МГц запит та 1090 МГц відповідь для вторинного каналу та інше.

Впровадження ФАР і цифрової обробки сигналів та відображення РЛІ дозволило суттєво підвищити точність (у сотні разів для кутів) та розширити зоні огляду локаторів по відношенню до систем РСП-6М2 та РСП-10МН. Так наприклад, згідно рек- ламних матеріалів, у ПРЛ цих РСП досягається точність вимірювання дальності 15 м та кутових координат 0,01˚.

До сучасних РСП державного виробництва відноситься система РСП-10МА (виробник НПП «Аеротехніка»). На рис. 8 наведено зовнішній вигляд РСП-10МА і АКДП (виробник також НПП «Аеротехніка»). У ДРЛ та ПРЛ цієї системи виконано перехід на твердотільну елементну базу та реалізована програмна обробка і відображення відеосигналів віддзеркалень.

РСП-10МА РСП-10МА Рис.8. Зовнішній вигляд РСП-10МА та робочих міст ГКрП на АКДП

При цьому у ДРЛ реалізовано когерентний принцип побудови первинного каналу, використання складного зондуючого сигналу і його оптимальна обробка, переведення на міжнародний діапазон частот (1250-1350 МГц). У вторинному каналі ДРЛ модернізованої системи передбачена можливість роботи у режимах “УВД” та “RBS”. У цілому ДРЛ відноситься до сучасних локаторів і відповідає сучасним нормам.

На жаль, виробник РСП-10МА розробляв систему для цивільної авіації і на ПРЛ не покладав завдання самостійного забезпечення посадки літака в складних погодних умовах. Тому в ПРЛ на даному етапі реалізований лише амплітудний канал приймача з логарифмічним детектором.

При цьому реалізована програмна обробка сигналів цього каналу і досягнута висока точність вимірювання координат.

Окрім цього в ПРЛ реалізоване принципово нове конструктивне рішення, яке полягає в тому, що блок передавача і приймача ПРЛ розміщений на причепі антен ПРЛ в поворотному пристрої кронштейна антен. Таке розміщення дозволило істотно скоротити втрати енергії сигналів в хвилеводному тракті.

В результаті цього вдалося збільшити дальність дії локатора в два рази для простих метеорологічних умов при імпульсній потужності передавача в 4 рази меншій, ніж в ПРЛ–10МН

З проведеного аналізу тенденцій розвитку посадкових радіолокаторів випливають наступні висновки:

  1. У даний час за кордоном використовуються ПРЛ з цифровою обробкою сигналів як у мобільних, так і в стаціонарних варіантах використання. При цьому спостерігається тенденція збільшення випуску ПРЛ із ФАР.
  2. В останні десятиріччя у локаторах систем РСП активно впроваджується програмна обробка сигналів віддзеркалення та активні антенні решітки.
  3. Відносно висока вартість РЛС із ФАР та ААР обумовлює одночасно тенденцію продовження випуску ОРЛ та ПРЛ із дзеркальними антенами з механічним скануванням.

УДК.621.396.61

Даний матеріал відноситься до авторських публікацій.
Думка редакції може не збігатися із точкою зору авторів матеріалів.


Використані джерела:
Системи озброєння і військова техніка, 2016, № 3(47) ISSN 1997-9568