История развития  РЭС и средств РЭ подавления и противодействия и РЭ защиты.

РЭС- радиосвязь (локация, телевидение, акустика и т.п.);

РЭ борьба это система мероприятий и действий войск по применению специальной РЭ техники, тактических и технических приёмов для выявления и подавления РЭС и систем управления войсками и оружием противника, и для защиты аналогичных средств и систем от подавления противника.

Составные части РЭ борьбы: РЭП - радиоэлектронное подавление; РЭЗ - радиоэлектронная защита.

РЭП это мероприятия и действия проводимые войсками в бою и операции по дезорганизации или снижению эффективности действия РЭС противника путём воздействия на них электромагнитных или акустических излучений.

РЭП включает в себя создание активных и пассивных РЭ помех, распространение ложных целей, воздействия на среду ЭМ или активных волн и радио дезинформации.     

РЭЗ - это совокупность способов и средств, обеспечивающих работу РЭС в условиях воздействия средств радиоэлектронного подавления и специального самонаводящегося оружия противника. Она достигается скрытием РЭС от радиоразведки. Защитой от РЭ помех и от поражения оружием.

РЛС обнаружения цели. Такие РЛС осуществляют обнаружение цели, определение их координат и параметров движения. Аппаратура РЛ опознавания по принципу "свой- чужой".

Полученные данные используются при решении задач целе-распределения и выработки команд для ЗРК, а также наведения истребителей на цели.

Они работают в режиме кругового и секторного обзора пространства.

В зависимости от зондирующего сигнала РЛС делятся на:

1) импульсные;

2) непрерывные;

3) квази-непрерывные

1) В импульсных РЛС используются радиоимпульсы с большой скважностью ­­­; где T­­­­­_n выбирается из условия однозначного измерения дальности.

В зависимости от обработки отражённых сигналов импульсные РЛС обнаружения делятся на когерентные и некогерентные.

В некоторых РЛС доплеровское смещение частоты не учитывается.

В когерентных РЛС при обработке принятых сигналов учитывается информация о их фазе и доплеровском смещении частоты.

К достоинствам импульсных РЛС относятся:

1) простота однозначного измерения дальности нескольких целей;

2) высокое разрешение целей по дальности;

3) простота развязки излучаемых и принимаемых сигналов путём использования одной антенны.

Однако эти РЛС не позволяют селектировать  цели по скорости.

2). РЛС с непрерывным сигналом имеют сложную развязку, что не позволяет использовать одну антенну.

3). В квази-непрерывных РЛС имеются импульсы с малой скважностью.

Импульсные РЛС обнаружения используются для дальнего обнаружения целей летящих на средних и больших высотах. РЛС с непрерывным и квази-непрерывным импульсом применяются для обнаружения низколетящих целей.

Тактико-технические данные. Диапазон длин волн: УКВ от 1 до 100 МГц; мощность импульсов от 1 до 100 МВт; ширина диаграммы направленности по азимуту сотни градусов; скорость вращения 1-10 об./мин; коэффициент усиления антенны 1 00-1 000.

Принцип действия импульсной РЛС обнаружения

Принцип действия импульсной РЛС обнаружения. Передатчик РЛС через антенну излучает, короткие импульсы, которые отражаются от цели и принимаются той же антенной. Измерив время между излучением и приёмом сигнала можно определить расстояние между целью и РЛС: D=150t.

Направление на цель определяется изменением углового поля антенны РЛС в  плоскости приёма определённого сигнала. Прямые зондирующие сигналы генерируются ВЧ генератором (магнетроном, клистроном или ламповым генератором).

Диаграмма направленности

Е - напряженность электрического поля, У - азимут.

Азимут цели определяется положению основного лепестка.

Антенна РЛС вращается  вокруг оси и  позволяет просматривать пространство в том телесном угле, где ожидается появление цели. Скорость вращения выбирается так, чтобы цель оставалась в основном лепестке диаграммы направленности до тех пор, пока антенна не примет k отражённых целью импульсов. При работе РЛС в круговом направлении число оборотов n должно выбираться как:

 об/мин;

где j ₀ - ширина основного лепестка диаграммы направленности в горизонтальной плоскости в градусах. j₀=65´l /d .

Когда РЛС работает в режиме кругового обзора, луч двигается по радиусу от центра к периферии. Причем начало каждого цикла движения совпадает с 0° . Синхронизация между началом развёртки и излучённым сигналом обеспечивается блоком развёртки. Дальность действия РЛС тем больше, чем выше средняя мощность РЛС и меньше уровень шума действующего на входе приёмника. Если учесть способность оконечных устройств РЛС как интенсивность, то можно показать, что дальность действия РЛС определяется отношением пачки импульсных сигналов к спектральной плотности шума.

РЛС сопровождения целей. Асц по направлению. Конич. сканирование

РЛС, работающие в контурах управления оружием, например, РЛ прицеливания, кроме обзорных режимов имеют режим сопровождения цели по одной или нескольким координатам. Такими координатами могут быть азимут или угол дальности.

В РТ системах слежения целей используются 2 метода АСЦ по направлению: одноканальный (сканирование) и 2-х канальный (моноимпульсный).

При коническом сканировании основной лепесток диаграммы направленности РЛС вращается в пространстве, причем ось его движется по образующей конуса.

Такое движение антенны можно получить, если облучатель в фокусе параболоида и вращается вокруг его фокальной оси. Если цель находится на оси конуса и симметричной оси лепестка, величина отражённого сигнала не меняется, это называется сканированием. Если цель смещена с оси конуса, коэффициент усиления антенны в направлении на цель, периодически изменяется с частотой вращения диаграммы, т.е. с частотой сканирования.

В соответствии с этим модулируется амплитуда отраженного от цели сигнала. Глубина и начальная фаза зависят от данного положения цели относительно поля антенны и могут быть использованы для её (цели) определения.

Блок схема РЛ угломерного координатора с комплексным сканированием.

Модуляция по амплитуде за счёт сканирования антенной последовательных отраженных целью сигналов после усиления и детектирования в приемнике, поступает на детектор сигнала ошибки. Когда цель смещена с равносигнального положения на детекторе сигнала ошибки (ДСО) возникает сигнальное напряжение с частотой сканирования, оно усиливается усилителем сигнала ошибки. Амплитуда выходного напряжения сигнала ошибки пропорциональна угловому отклонению цели от равносигнального направления, а начальная фаза зависит от напряжения этого смещения, отличного от некоторой опорной плоскости. С выходом УСО связаны 2 фазовых детектора, с которых к устройству управления вращением антенны подводятся определенные сигналы. В цепь опорного сигнала ФД включен фазовращатель, сдвигающий фазу сигнала на 90° . 

На выходах ФД создаётся 2 напряжения, которые пропорциональны смещению цели относительно равносигнального направления антенны в 2-х перпендикулярных плоскостях. Эти напряжения подаются на 2 серводвигателя, которые управляют положением антенны. Они поворачивают антенну в угломерных и азимутальных плоскостях до тех пор,  пока оба сигнала ошибки не будут сведены к 0.

РЛС сц. Асц по направлению. Моно­импульсный метод

РЛС, работающие в контурах управления оружием, например, РЛ прицеливания, кроме обзорных режимов имеют режим сопровождения цели по одной или нескольким координатам. Такими координатами могут быть азимут или угол дальности. В РТ системах слежения целей используются 2 метода АСЦ по направлению: одноканальный (сканирование) и 2-х канальный (моноимпульсный).

При моноимпульсном методе   условная координата цели в каждой взаимно-перепендикулярной плоскости определяется сравнением сигналов А, f, j принимаемых одновременно 2-мя разными антеннами.

Антенная система моноимпульсной РЛС состоит из 4-х антенн размещённых попарно в азимутальных и угломерных плоскостях перед общим отражателем. Чтобы определить направление на цель сравнивают амплитуды сигналов принятых 2-мя антеннами затем усиленных и продетектированных 2-мя приёмниками.

Блок схема одного канала моноимпульсной РЛС.

Когда цель находится на равносигнальном направлении, амплитуды и сигналов обоих приемников равные, и на выходе схемы вычитания сигнала нет. При смещении цели амплитуды будут неравными, и на выходе схемы вычитания возникнет напряжение величина и знак, которого определяют сторону и величину смещения цели. Это напряжение управляет поворотом антенны на равносигнальное направление.

       Недостатком рассматриваемой РЛС является, то, что амплитуда окажется равной амплитуде ограничения приемников РЛС, т.о. информация о угле цели будет потеряна, чтобы избежать этого нужно поставить фазовый детектор.

РЛС сопровождения целей. Асц по дальности.

Позволяет без вмешательства оператора непрерывно получать дальность до захваченной на сопровождении цели в виде пропорционального ей напряжения.

В схеме используются два строб импульса U_C1 и U_C2, вырабатываемые генератором строб импульсов. Они располагаются на временной оси таким образом, что одна половина стробирующего импульса перекрывает сигнал цели передним фронтом, а вторая - задним. Выходной сигнал дискриминатора представляет 2 импульса, имеющих одинаковую амплитуду, но разную полярность. Когда середина импульса цели не совпадает по времени с серединой пары строб импульсов, тогда нарушаются условия равенства длительности импульсов дискриминатора. В этом  случае схема управления вырабатывает сигнал D U_УПР , который подается на генератор строб импульсов и так изменяет задержку строб импульсов, что параллельная симметрия восстанавливается.

РЛС сопровождения целей. Асц по скорости

РЛС с непрерывным излучением позволяет разделить сигналы между отраженными от движущейся цели и неподвижными объектами. Это основано на использовании эффекта доплеровского смещения частоты колебания отраженного от  движущегося относительно приемника объекта.

Передатчик излучает сигнал .

Если , то приемник находится на расстоянии D₀ от передатчика, тогда при t>0 он будет принимать колебания

;

где ;      ;

Если цель движется под углом a , то доплеровское смещение

F_Д=f₀ u /c cosa .

Сигналы, излучаемые передатчиком РЛС и приемником, дважды проходят расстояние:

F_Д=2f₀ u / c cosa .

Вариант блок схемы

Опорный сигнал с частотой f ₀и отраженный сигнал от движущейся цели с частотой
f₀+ F_Д подается на 2 смесителя, с которыми связан общий гетеродин. Сигналы промежуточной частоты f_пр и f_пр+F_Д усиливаются в УПЧ1 и в УПЧ2 и подаются на 2-ой смеситель. Последние каскады УПЧ1 работают в режиме амплитудного ограничения. Выходной сигнал служит гетеродином для выходного напряжения УПЧ2.

На выходе второго смесителя включен фильтр, полоса которого охватывает весь диапазон F _Д. Этот  блок вычитает из сигнала частоту F_Д и усиливает ее. F_Д попадает на 3-ий смеситель, где смешивается с сигналом регулирующего гетеродина в результате чего образуется сигнал с ЛЧ потом переходящий в строб скорости. Ширина строба по скорости небольшая и позволяет РЛС отдельно обрабатывать сигналы, отраженные от целей с разными скоростями.

Общая характеристика противовоздушной обороны

Исходя из того, что тактико-технические данные современных самолетов, баллистических и крылатых ракет постоянно совершенствуются, задачи ПВО постоянно усложняются. Следовательно, есть необходимость улучшения организационной структуры и технических средств ПВО. Средства ПВО должны дать командованию своевременную и полную информацию о воздушной обстановке на дальних подступах к прикрываемому району. Эта информация служит основой для распределения целей. Распределение информации для целей между средствами поражения, ЗРК, ЗСК дальнего наведения ИП целей.

ЦР – целераспределение;

ИП – истребитель перехватчик;

Средства ПВО должны также обеспечить прицеливание ЗСК и стрелково-пушечного вооружения ИП, прицеливания и наведение управляемых ракет (УРИП).

Средства ПВО:

-         РЭС систем управления войсками;

-         РЭС систем управления оружием ПВО.

Первые образуют контуры ЦР, а вторые прицеливание и наведение оружия на цель.

Системы наведения бывают 2-х видов:

-         командные;

-         самонаводящиеся.

В командных системах команды наведения вырабатываются на пункте управления (ПУ) с помощью командной радиолинии управления (ПРУ). В системах самонаведения команды управления вырабатываются на самой ракете. Системы самонаведения используются при ближнем наведении ИП «Стингер», «Спароу».   Командные системы используют при дальнем наведении ИП ЗУР (зенитных управляемых ракет) «Патриот», «Найк».

Контур целераспределения

Он состоит из совокупности связанных между собой РЛС обнаружения и опознавания воздушных целей, систем обработки информации и целераспределения, РЭС связи и передачи данных.

ИА – истребительная авиация, ЦО – целеобнаружение, ЦР – целераспределение, ЗСК – зенитно-ствольный комплекс, ЗРК – зенитно-ракетный комплекс

РЛС обнаружения просматривая воздушное пространство в заданном секторе, устанавливает фактическое появления целей, определяет их принадлежность, координаты и параметры движения. Полученные данные передаются с помощью РЭС в систему обработки информации о воздушной обстановке в районе ПВО. Анализируя ее с учетом  возможности и готовности средств поражения, боевой расчет распределяет между ними цели. При обработке информации и решении задач ЦР используется ЭВМ, окончательное решение принадлежит командиру.

Команды целеуказания передаются посредствам связи истребителю, ЗРК и ЗСК. Объектами для радиоэлектронного противодействия  являются РЛС и системы обнаружения воздушных целей, системы радиолокационного опознавания и РЭС связи и передачи данных.      

Контур командного наведения

В контурах с командным наблюдением используются 3-х точечные методы при формировании команд управления (осуществляется с 3-х точек). ПУ, цели и УО (управляемый объект), ПУ может быть и неподвижным.

Из 3-х точечных методов получили распространение:

-         метод параллельного сближения;

-         метод совмещения.

При первом методе управляемый объект наводится на цель с упреждением. В случае отклонения от требуемого объекта, на каждую из плоскостей наведения должны подаваться команды. Данный метод имеет высокую точность, позволяет осуществлять пуск управляемых ракет на отдаленном расстоянии.

Недостаток: АСД может быть легко подавлена и реализация метода будет невозможна.   

Метод совмещения требует, чтобы при наведении, управляемый объект находился на линии ПУ – цель. При этом методе невозможно наводить управляемую ракету с упреждением. Данный метод обладает худшей точностью и не позволяет наводить управляемую ракету на дальнем расстоянии. Для осуществления этого метода должны применяться 2 РЛС, ЛСЦ и АСР.

РЛС АСЦ следит за целью, а бортовая аппаратура    удерживает  ракету на линии ПУ – цель. Такой метод называется наведением по радиолучу. Контур наведения может работать в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

В первом случае координация цели и управляемого объекта получаемые 2-мя РЛС работающими в режиме АСЦ, поступают в счетно-решающий прибор (СРП), который вырабатывает команды наведения. Команды кодируются шифратором КРУ и передаются на ракету, где после дешифрирования с помощью автопилота на рули ракеты, корректируя её траекторию.

Во втором случае координаты цели и управляемого объекта снимаются с экрана РЛС, и в зависимости от степени автоматизации контура штурман наведения передает команду летчику на координацию курса или вводит координаты цели и истребителя перехватчика в СРП.

 В контуре автоматического командного наблюдения объектами РЭП являются РЛС наведения и распознавания целей, средства радиосвязи и КРУ.

Контур самонаведения

Современные самонаводящиеся ракеты используют для наведения 2-х точечные методы. В формирование команды управления участвуют движения 2-х точек, ракеты и цели. Команды вырабатываются на самой ракете. В них используется метод пропорционального наведения, при котором ракета наводится с упреждением. Роль координатора системы самонаведения выполняет ГСН (головка самонаведения), которая включает в себя: акселерометр, АСС (автом. сопровождение по скорости) и АСН (автом. сопровождение по направлению) и вычитатель (счетно-решающий прибор). т.о., для подавления системы самонаведения ракеты должны задаваться помехи АСС и АСН.

Контур самонаведения начинает функционировать, после того как система самонаведения вывела ракету в район цели, контур предназначен для компенсации ошибки и создания  РЛ координатора для измерения координат цели.  

В зависимости от типа координатора различают активный и полуактивный режимы самонаведения. При активном режиме координатор представляет собой бортовую ЭВМ, имеющую приемник и передатчик. При полуактивном режиме только приемник, он обрабатывает отраженные от целей сигналы.

Задачи и средства радиоэлектронного подавления

Задачи и методы РЭП.

Основным назначением РЭП является подавление РЭС, следящих за летательными аппаратами. Классификация РЭС РЭП приведена на рисунке:

Эти средства в радиодиапазоне можно назвать средствами РПД, а в оптическом диапазоне – оптико-электронное ПД.

Все средства РЭП можно разделить на расходуемые и не расходуемые.

Нерасходуемые: САП (станции активных помех), средства управления ЭПР с целью сделать летательный аппарат невидимым для РЛС.

Расходуемые: пассивные помехи, ЛЦ, ПРЛР.

ПП – пассивные помехи;

ЛЦ – ложные цели;

ПРЛР – противорадиолокационные ракеты;

РЛЦ – радиолокационные ложные цели.

ЛЦ подразделяются:

1.    РЛ ЛЦ в виде беспилотного летательного аппарата с аппаратной имитацией ЭПР пилотируемого летательного аппарата;

2.    РЛ ловушки РЛВ в виде беспилотного летательного аппарата, перенацеливающего РЛС с пилотируемого ЛА на себя;

3.    Разбрасываемые (на парашютах) твердотельные САП (РСАП).

Плазменные образования являются ложными целями для РЛС. Средства РЭП могут быть как совместимыми, так и вынесенными с маскируемого летательного аппарата.

Классификация и краткая характеристика преднамеренных помех

По своему происхождению помехи делятся на преднамеренные и не преднамеренные. Непреднамеренные помехи образуются за счет отражения ЭМ волн, излучений солнца и т.п.

Преднамеренные помехи создаются средствами РЭ подавления.

1. По использованию источника электроэнергии при создании помехи:

·         активные,

·         пассивные,

·         комбинированные.

Активные помехи создаются специальными приборами или станциями активных помех (САП). Пассивные помехи возникают  вследствие отражения ЭМ волн от естественных или искусственно созданных отражателей, действуют в основном на РЛС (дипольные отражатели, длинные провода, уголковые и линзовые отражатели). Комбинированные (активно-пассивные) помехи возникают вследствие отражения ЭМ волн, излучаемых передатчиком помех в направлении естественного (земли) или искусственного образования, используются для подавления доплеровских РЛС.

2. По конечному результату воздействия на РЭС:

·         маскирующие;

·         имитирующие.

Маскирующие затрудняют или полностью исключают обнаружение и обработку полезного сигнала, образуют на экранах индикатора РЛС обнаружения засвеченные секторы.

Имитирующие создают ложную информацию (ложные отметки цели на экранах РЛС).

3. По закону изменения параметров во времени:

·         детерминированные;

·         случайные;

·         непрерывные;

·         импульсные;

·         немодулированные;

·         модулированные.

Детерминированные описываются определенными функциями времени, используются в качестве имитирующих помех.

Случайные помехи имеют параметры, изменяющиеся во времени случайно.

Непрерывные помехи – это ВЧ колебания, непрерывно изменяющиеся во времени.

Импульсные помехи – это последовательности ВЧ импульсов.

Модулированные помехи – их параметры изменяются по закону определенной последовательности.

В качестве маскирующих помех используются обычно непрерывные сигналы с изменяющимся непрерывно определенным параметром, такие помехи называются шумами.

Особую группу маскирующих помех образуют прямошумовые помехи (ПШП).

В качестве имитирующих импульсных помех используются многократные ответные помехи (МОП) и однократные (уводящие по дальности).

4. По классу подавляемых РЭС:

·         используемые для подавления РЛС;

·         используемые для подавления радиосвязных систем;

·         используемые для подавления радионавигационных систем.

В зависимости от режимов  работы помехи делятся на помехи РЛС обнаружения и помехи РЛС автосопровождения цели.

Пассивные помехи воздействуют на некогерентные импульсные РЛС. Дипольные отражатели применяются преимущественно для создания маскирующих помех, а уголковые и линзовые отражатели, антенные решетки Ван-Арта для создания импульсных помех. Они используются для подавления РЛС обнаружения т.о. они могут называться ложными целями. Могут устанавливаться на летательных аппаратах или буксироваться на тросах.

Системам АСД и АСС создаются шумовые помехи и уводящие помехи по дальности и по скорости.

Ложные захватывания по шуму обеспечивают срыв сопровождения или вносят ошибки в измерения дальности и скорости цели. Уводящие помехи вызывают срыв сопровождения цели, что приводит к перерывам передачи информации системам АСН и, следовательно, созданию ошибок по направлению, дальности и скорости.

Для нарушения работы любых систем АСН используются одноточечные и 2-х точечные помехи. Системы АСН с коническим сканированием подвержены воздействию АМ помех, прицельных и заградительных по частоте сканирования. Воздействие помех приводит к ошибкам, детерминированным или сложным.

Задачи и методы радиоэлектронной защиты.

Средства РЭЗ предназначены для обеспечения с помощью любых РЭ методов защиты РЭС от средств РЭ подавления. Классификация методов и средств РЭЗ, применяемых в условиях РЭ подавления, приведена на рисунке:

В понятие РЭЗ РЭС от РЭП входит: ЭМС (электромагнитная совместимость) всех РЭС, ПЗ от активных и пассивных помех, РЭЗ радиосистеы и радиокомплексов в целом (решается применением различных методов РЭЗ: скрытностью функционирования; дублированием и комплексированием однотипных РЭС).

Проблемы ЭМС и ПЗ связанные с РЭЗ каналов приема основного, соседнего и побочных, т.к. при наличии даже непреднамеренных помех в радиоприемном устройстве возникают паразитные явления: нарушение линейности амплитудной характеристики и сужение динамического диапазона.

Для решения этих проблем применяют следующие методы ПЗ РПУ:

·         защита от перегрузок широкополосного ВЧ тракта РПУ, состоящая из различных методов линеаризации этого тракта;

·         компенсация помех обычно на выходе УПЧ, осуществляется с использованием вспомогательных антенн (пространственная и поляризационная селекция) и дополнительных каналов компенсации (временная и частотная селекция).

  Информационные средства при генерации активных помех

При подавлении каналов радиоприема в станциях активных помех необходимо обеспечить степень перекрытия параметрами помехи соответствующих параметров информационных радиосигналов.

Эту задачу решают информационные системы РЭП. Это станция оперативной РТ развертки (ОРТР).

На рисунке а) схема соединения ОРТР и САП выполненных в виде независимых блоков. С помощью АЦП и ЭВМ, решающей задачу опознавания РЭС по принимаемым сигналам. На рисунке б) наиболее эффективный способ соединения ОРТР и САП (станция активных помех) через ЭВМ, которая выполняет:

-       цифровую обработку информации на выходе ОРТР;

-       цифровое распознавание (ЦР) "РЭС" по излучаемым ими сигналам;

-       цифровое управление САП.

В случае применения активных помех в САП имеется 2 антенны: приемная – для радиосигнала РЭС и передающая – для ответной активной помехи.

Особенно важно использование таких комплексов при создании прицельных по частоте помех, т.к. концентрация мощности помехи в узком диапазоне частот требует точного определения несущей частоты полезного сигнала системы ОРТР и точной настройки передатчика помех на эту частоту.

Информационный критерий эффективности рэ подавления

Средства РЭП в результате их применения не вызывают физических разрушений РЭС, они могут только изменить количество информации в подавлении РЭС. Эффективность средств и способов р/элементного подавления оценивают по информационному, энергетическому и другим критериям.

Информационный критерий используется для сравнения оценки качества помеховых сигналов и позволяет определить эффективность применяемого помехового сигнала по подавлению и его устойчивость к контрмерам противника, направленных на борьбу с помехами.

Количество маскирующих имитирующих помех по инф. критерию оценивается энтропией:

,

где  - многомерная плотность вероятности.

Если помеховый сигнал стационарный длительностью Т_п

;

где  - одномерная энтропия, а W(х) – это одномерная плотность вероятности.

ЕСЛИ ВЫ ДОЧИТАЛИ ДО СЮДА, ТО ВАМ ТРОЯК, ЗА ЧТЕНИЕ

Наилучшими маскирующими свойствами среди помех при заданной мощности обладает белый шум.

Его энтропия

;

где  - мощность белого шума (дисперсия).

Качество других видов маскирующих помех по сравнению с белым шумом определяется коэффициентом качества

.

Иногда этот коэффициент кот. определяется отношением: , где Р_п– мощность помехи, энтропия которого равна энтропии белого шума.

Для оценки имитирующих помех применяют разность условных энтропий случайных измерений параметров полезного сигнала и соответствующих параметров помехи.

Наилучшая имитация, когда разность = 0. Информационный критерий позволяет выбрать из помеховых сигналов тот, который наносит максимальный ущерб.

Энергетический критерий ЭФФЕКТИВНОСТИ РЭ ПОДАВЛЕНИЯ

 С его помощью сравниваются энергетические возможности помех по подавлению заданной РЭС. Для сравнительной оценки вводится коэффициент подавления k_п,

,

определяющий минимальное отношение мощности помехи и сигнал на входе подавляемого приемника, в пределах его полосы пропускания, при котором имеет место заданная степень подавления. Степень подавления (инф.ущерб) проявляется в снижении вероятности выполнения своих функций в подавленном РЭС. Для БШ мощность

,

где G – спектральная плотность,  - полоса пропускания линейной части приемника.

В случае импульсных помех Р_П представляет собой мощность помехового импульса или имеет прямоугольную форму. Если полезный сигнал представляет собой непрерывное колебание постоянной амплитуды, как например при ЧМ или  ФМ, то под Р_С понимают мгновенную мощность, равную средней мощности сигнала. Если помеха и сигнал произвольной формы, то под Р_Пи Р_С понимают среднее значение мощности за время, равное средней длительности сигнала.

Численное значение коэффициента подавления может быть найдено только для заданного помехового сигнала и заданного подавляемого устройства.

Т.О., энергетический критерий, в отличие от информационного, требует знания конкретных характеристик подавляемых систем. Если система известна, ее можно подавить с меньшими энергетическими затратами, применяя соответствующие помеховые сигналы, не обязательно оптимальные по информационному критерию. Если известны вероятностные характеристики полезного и помехового сигнала и характеристики преобразования сигнала и помехи в РЭУ, то можно определить минимальное энергетическое соотношение с помощью теории статистических решений. В частности, для маскирующих помех коэффициент подавления находится в 2 этапа. 1 этап по информационным критериям обеспечивается наилучшее качество помехового сигнала. 2 этап для оптимального, по информационному критерию, находится коэффициент подавления, при этом его полученное значение будет приближенным, а степень приближения для различных критериев принятия решения будет различной.

Имеются 2 гипотезы: помеха и сигнал + помеха, имеется несколько критериев: Байеса, Неймана-Пирсона, Котельникова-Зигерта, Вальда. Во всех критериях решение принимается исходя из отношения правдоподобия.

,

где W_n – многомерные плотности распределения напряжения (тока) соответственно в случае аддитивной смеси сигнала и шума, и только одного шума. Делая выбор между 2-мя гипотезами по данной выборке можно допустить ошибки 2-х родов:

- ложная тревога;

- пропуск цели.

Принять решение в данном случае – это значит определить границы области R ₀ параметров , соответствующих первой гипотезе, и границы области R₁ значение этих же параметров, соответствующих второй гипотезе.

Вероятность ошибки 1-го рода Q ₀ определяется путем интегрирования по области распределения R₁ плотности распределения W₀.

.

Вероятность ошибки второго рода Q ₁ определяется путем интегрирования по области R₀ и W₁.

.

В зависимости от принимаемого критерия отношение правдоподобия принимается так, чтобы обеспечить по тем или иным соображениям, вероятности тех или иных ошибок.

Оперативно-тактический  критерий  ЭФФЕКТИВНОСТИ РЭ ПОДАВЛЕНИЯ

С помощью оперативно-тактического критерия можно определить полноту выполнения задачи комплексно или системой. Сущность критерия можно рассмотреть на примере задачи по уничтожению цели самолетами ударной группы. Эффективность выполнения задачи можно оценить вероятностью боевой задачи Р_БЗ. Уничтожение противников возможно при соблюдении 3-х событий:

1 Преодоление ПВО самолетами ударной группы;

2 Обнаружение цели;

3 Уничтожение цели.

Эти события возникаю друг за другом и независимы: Р_БЗ=Р_ПРПВОР_ОБНР_ПОР; эти вероятности зависят от эффективности ПВО и бортовых РЭС самолетов ударной группы.

Организуя РЭП системы ПВО существенно снизить эффективность их функций и тем самым повысить Р_ПР.ПВО до значения Р_{ПР.ПВО.РЭП}. Эффективность РЭП РЭС систем управления ПВО можно оценить коэффициентом:

.

Чем больше КПД ПВО тем выше Р_{ПР,ПВО,РЭП}.

При преодолении ПВО самолеты подвергаются воздействию ЗРК, ЗСК и ИП. Если зоны их ответственности не пересекаются, то вероятность Р_ПРПВО=(1-Р_СБ.ИП)(1-Р_СБ.ЗРК))(1-Р_СБ.ЗСК).

Вероятность сбивания отдельного самолета ПВО рассчитывается по формуле:

,

где  - вероятность сбития самолета при одной атаке ИП, п – число пусков ЗУР или выстрелов ЗСК.

Повышение эффективности применения средств и способов РЭП достигается уменьшением числа атак и снижением вероятности сбития самолета до величин Р_РЭП и Р_1сбРЭП. Вероятности сбития Р_1сб и Р_1сбРЭП определяются в результате теоретических расчетов, а также при испытаниях в полигонных условиях и при проведении боевых действий. Уменьшение n до n_РЭП и Р_1сб до Р_1сбРЭП в конечном счете увеличивает Р_{ПР.ПВО.РЭП}.

Для сравнительной оценки эффективности различных способов применения средств РЭП могут служить коэффициенты:

,      .

Чем меньше их значение, тем эффективнее мероприятия по РЭП РЭС систем ПВО. Уменьшение числа атак с n до n_РЭП достигается умелой организацией преодоления систем РЭП, применением ложных целей.

Подавление РЛС обнаружения затрудняет решение задач целераспределения.

РЭП РЛС автосопровождения цели приводит к недопущению захвата цели и перехода РЛС в режим АСЦ, а также приводит к срыву сопровождения цели или к ошибкам в определении данных.

Методы оценки инф. ущерба, наносимого средствами активных помех

Эффективность помех зависит от соотношения мощности помехи и сигнала, т.е. помеха может нанести заданный эффект:

,

где - коэффициент данного РЭУ заданный видом помехи (это отношение , которое обеспечивает определенный информационный ущерб).

Для оценки эффективности помех необходимо установить коэффициента k падающих помех и устройства.

Они преодолевают одну РЛС. Параметры, характеризующие систему создающую помехи: Р_n – мощность ПП; G_n – максимальный коэффициент направленного действия передатчика помех; f_n – эффективная ширина помехового сигнала; g _n – коэффициент расчетный различающий помехи передатчика помех и приемника помех; s_ц – ЭПР цели (эффективная площадь рассеяния); D_n ,Q _n ,Ф_n  - полные координаты постановщика помех; D_c - дальность до цели.

Параметры характеризующие РЛС: Р_с– мощность РЛС; G_c – максимальный коэффициент направленного действия РЛС; Df _пр – ширина пропускания приемника РЛС; F(Q ,Ф) – функция описывающая диаграмму антенны РЛС; К_n – коэффициент подавления данной РЛС данным помеховым сигналом; А_r – эффективная поверхность поглощения антенны РЛС, определяемая формулой:

.

Найдем зависимость коэффициента k от переходных параметров. Плотность потока мощности на входе антенны РЛС будет равно:

  (1),

где a -коэффициент учитывающий затухание в дБ/км при прохождении сигнала только в одну сторону. Мощность на выходе РЛС равна

;

где Р_Ш – мощность собственных шумов приемника в его линейной части.

;

где  - коэффициент шума.

Обычно мощность помехи значительно превышает мощность собственных шумов приемника.

 (2).

В приемник попадает только часть мощности помехи определяемая отношением спектра помехи и полосы пропускания подавляемой РЛС. Исходя из формул (1) и (2) мощность помехи будет равна:

 (3).

Аналогично для мощности полного сигнала на входе приемника РЛС:

 (4).

Подставляем формулы (3) и (4) в формулу для определения k и находим отношение:

 (5).

Выражение (5) называется уравнением кривых радиолокационных помех.

Зона подавления РЭС

     (1) – уравнение кривых радиолокационных помех.

Из графиков видно, что при заданном постоянном отношении помех P_nG_n и постоянном расстоянии D_n отношение помеха/сигнал-k уменьшается с уменьшением до прикрываемой цели.

На определенном расстоянии при приближении цели к РЛС k уменьшится на столько, что помеха перестанет действовать. Область, в пределах которой k ³ k _П (помеха является эффективной), называется зоной подавления.

Зона подавления может быть найдена графически, для этого на оси ординат необходимо отложить k _П и провести прямую параллельно оси абсцисс, точка пересечения этой прямой с кривой k=k(D_С) определит зону подавления по дальности.

Как следует из формулы (1) коэффициент k _П границы зоны подавления в значительной степени определяется диаграммой направленности антенны РЛС. Если передатчик помех действует по основному лепестку ДН, то зона подавления будет иметь большую протяженность, чем зона подавления по боковому лепестку.

 На рисунке изображена в полярной системе координат заданная ДН антенны РЛС. Из диаграммы видно, что при заданном энергетическом потенциале станции помех и положении постановщика помех относительно РЛС, прикрывающей самолет ПС1, может приблизиться в безопасности в створе с постановщиком помех (помеха действует по основному лепестку ДН гораздо ближе, чем в случае, если бы ПС2 летел к РЛС не в створе с ПП). Другим словами, дальность обнаружения ПС1 будет меньше, чем дальность обнаружения ПС2. Увеличение энергетического потенциала станции помех приводит к смещению границы зоны подавления в сторону к РЛС.

Дальность действия средств активных помех

Если передатчик помех находится на ПС1 то формула

 (1)

упрощается:

      (2).

Если пренебречь поглощением ЭМ волн в атмосфере, т.е. α = 0, то из формулы (2) можно найти формулу для минимальной дальности подавления:

  (3).

Формулу (3) называют формулой дальности действия помех.

В общем случае минимальную дальность подавления можно найти из формулы (1) по мере приближения передатчика помех к РЛС, эффективность их падает и отношение помеха/сигнал уменьшается. Это объясняется тем, что в процессе подлета самолета мощность сигнала возрастает быстрее, чем мощность помехи на входе приемника РЛС. Т.к. мощность сигнала обратно пропорциональна , а мощность помехи обратно пропорциональна , формулы (1) и (3) справедливы, если приемник не перегружается помехой.

Обобщенная структурная схема станции помех

При формировании помех предпочтение отдается помехам по несущей частоте и другим параметрам.

Для установки режима работы передатчика помех используются данные средств РТ разведки (РТР) включаемых в состав станции помех.

Сигналы подаваемые на РЛС принимаются А1, усиливаются и селектируются в развед-приемнике (РП) и поступают  в устройство запоминания  несущей частоты УЗЧ. УЗЧ управляет блоком передатчика помех БПП с помощью которого настраивается генератор Г, который настраивается на частоту подавления РЛС. С выхода РП сигнал поступает на устройство анализа УАРД. Он формирует управление сигналами для модулятора. При необходимости формирования шумовых помех, модуляционный шум вырабатывается  специальным генератором первичным источником шума (ПИШ). Излучение помехового сигнала осуществляется А2. РП служит для усиления принимаемых сигналов, он может быть выполнен по схеме прямого усиления или по гетеродинной схеме, он может перестраиваемым и не перестраиваемым (многоканальным). Эти данные используются для управления антенной А2, при создании прицельных по направлению помех.

УЗЧ запоминает несущую частоту РЛС на заданное время:    период повторения импульсов РЛС.К УЗЧ предъявляются высокие требования. Ошибка запоминания частоты  не должна превысить . Блок БПП совместно с УЗЧ определяет точность и время  подстройки передатчика помех. В некоторых станциях может отсутствовать БПП и УЗЧ если создаются заграждающие помехи по несущей частоте.

Генератор помех в зависимости от диапазона частот может быть выполнен на магнетронах, ЛБВ и т.д. В качестве генератора используется тиратрон в магнитном поле и др. т.е. те, которые сильнее шумят.

  Принципы построения передатчиков прямошумовых помех

Наилучшими маскировочными свойствами обладают белые Гауссовы шумы. К белым Шумам относятся, тепловые шумы резисторов, дробовые шумы электрических ламп, фоторезисторов и фотоэлементов. Получение прямошумовых помех происходит прямо в генераторах, шумы усиливаются, проходят преобразование спектра и излучаются антенной. Особенностью такого помехового сигнала является, то, что все его параметры: амплитуда, фаза, частота изменяются по шумовому закону. Общее выражение для прямошумовых помех: ;  и  - случайные функции. Обычно для этих сигналов удовлетворяется условие: ;  - ширина спектра помехи. На практике находят широкое применение 2 типа передатчиков:

1. с прямым усилением шумов первичного источника.

2. с переносом спектра методом гетеродинирования.

Требуемая ширина спектра помех формируется узкополосным перестраиваемым фильтром. Настройка на несущую частоту подавляемой РЛС производится по сигналам  разведывательной части станции помех. Часто настройка полосового фильтра бывает фиксированной, и каждый передатчик работает на фиксированной частоте, а заданный диапазон рабочих частот перекрываться помеховыми сигналами от нескольких передатчиков, спектры которых примыкают друг к другу. Т.к. мощность передатчика помех » спектральной плотности помехи: Р_пп » G_n(f₀)D f _n, и превосходит в сотни и тысячи раз мощность первичного шума, то при формировании узкополосных сигналов вынужденно применяются многокаскадные резонансные усилители. Число каскадов может быть уменьшено по схеме рисунока а:

На рисунке б показаны графики спектров U_{Ш .} К_Ф » ;  0<F<F_max.

23. Принцип построения передатчика шрп с амплитудной модуляцией

В таких передатчиках ВЧ колебание  модулируются шумами  по амплитуде

,

где К_АМ -  крутизна модуляционной характеристики передатчика.

Пусть мгновенный коэффициент АМ.

Тогда получаем для АМ шумов:                          (2).

Из (2) можно записать .

Откуда следует, что спектр АМ шумовой помехи (АМШП) Gп(f) содержит регулярную составляющую на частоте f0=ω0/2π, а спектр модулирующих шумов Uш(t) образует боковые полосы с частотами f(+)=f0+Fi и f(-)=f0-Fi где Fi – i-ая составляющая спектра модулирующих шумов

Полная мощность передатчика АМ помех равна  P_п.п = P_н+P_б, где P_н – мощность регулярной составляющей несущего колебания, P_б – мощность боковых составляющих спектра помехового сигнала.

Маскирующий эффект при подавлении РЛС обзора создают боковые составляющие спектра. Перераспределить P_п.п в пользу P_б в некоторой степени за счет предварительного двустороннего ограничения шумового напряжения, Но с увеличением ограничения модулирующих шумов амплитуда АМ шумов становится все более регулярной, а при предельном ограничении она будет принимать значения 1 и 0. При этом ухудшаются маскирующие свойства АМШП. Но не смотря на это в СВЧ диапазоне необходимо использовать предельно ограниченные модулирующие шумы, что свзано с явлением паразитной ЧМ или ФМ. В СВЧ диапазоне используют 2 типа передатчиков АМШП в виде АГ на магнетронах и модуляторах на ЛБВ. Схема генератора для получения АМШП с использованием ЛБВ приведена на рисунке слева.

1 – катод с системой электростатической фокусировки эл. пучка.

2 – 1-ый анод

3 – 2-ой анод (ускоряющий электрод)

4 – металлическая спираль (замедляющий электрод)

5 – Э/м фокусирующая катушка

6 – коллектор электронов

7 – входные и выходные элементы связи спирали с вх. и вых. волноводами или коаксиалами.

Сфокусированный и ускоренный анодами эл. поток поступает в пространство взаимодействия (внутр. Полость спирали) с переменным Эл. полем спирали, которое возникает в результате того, что во входном элементе связи поле наводит ЭДС. Наведенная волна распространяется вдоль витков спирали. Поток электронов в пространстве взаимодействия образует сгустки по причине изменения направления вектора напряженности переменного Эл. поля. С помощью изменения скорости движения электронов (напряжение на анодах) можно добиться торможения электронов и сл-но передачи энергии спирали. В результате поле на вых. ЛБВ , где  - коэффициент усиления ЛБВ,  - время распространения волны вдоль спирали.

В режиме получения АМШП ЛБВ работает как усилитель с переменным значением коэффициента усиления. В этом режиме разведывательная часть станции РП обеспечивает определение и запоминание несущей частоты, подавляемой РЛС. Поэтом на вх. ЛБВ поступают колебания . Устройство запоминания частоты (УЗЧ) может отсутствовать. В ЛБВ модулируется принятый сигнал подавляемой РЛС. Так могут быть реализованы АМШП на частоте сканирования антенны подавляемой РЛС. Модулирующие шумы с генератора поступают на двусторонний ограничитель и далее на модулятор – эл. лампу или транзистор, включенный последовательно в цепь питания 1-го анод. Изменение Ua приводит к изменению К_ЛБВ и тем самым позволяет получит АМШП, однако модулируется и скорость электронов, а следовательно и время полета их через спираль. В результате возникает паразитная ФМ. Для ее устранения шум стремятся предельно ограничить, а лампы модуляции ставят в режим коммутации тока.  Рассмотренную схему применяют для получения УПШС, напряжения при создании помех на частоте сканирования.

Принцип постро ения передатчика шумовых радиопомех с фм

Фазомодул. шумовая помеха (ФМШП) – ВЧ колебание, мгновенное значение начальной фазы которого изменяется во времени по закону изменения напряжения Uш(t) модуляционного шума.

Аналитич. выражение помех. с-ла

,

где  – приращение фазы помехового сигнала, изменяющегося во времени по случайному закону,

k_ФМ – крутизна фазов. модул. харак-ки передатчика.

Т.О., для получения ФМШП необходимо иметь СВЧ прибор с линейной фазовой характеристикой.

Существует много способов получения таких сигналов, но с СВЧ диапазоне наиболее часто используются ЛБВ.

Если на вход ЛБВ поступают колебания вида , то колебания на выходе:

,

где t_З (t ) – время запаздывания.

Преимущества ФМШП перед АМШП:

– отсутствие в ее спектре несущего колебания при достаточно глубокой модуляции;

– возможность простым изменением коэффициента усиления, т.е. U_ш (t ) весьма в широких пределах менять ширину спектра помехового сигнала.

Ширина спектра помехового сигнала:

.

При фазовой модуляции имеется возможность получать широкополосные помеховые сигналы с шириной спектра 10-100 МГц без расширения спектра модулируемого шума.

Однако при изменении U_ш (t ) в широких пределах возникает глубокая паразитная амплитудная модуляция, падает мощность передатчика помех.

Принцип построения передатчика шумовых радиопомех с чм

ЧМШП – непрерывное колебание, у которого несущее значение частоты w_П(t) изменяется по закону изменения модулируемых шумов.

w_П (t) = w₀ + k_ЧМ u_Ш(t) = w₀ + D w(t)

Так как текущее значение фазы и частоты связаны соотношением , то ЧМ помеховый сигнал можно записать: . Т.о. для получения ЧМШП необходимо иметь генератор, у которого приращение частоты модулир. колебаний прямо пропорц-но напряжению модулир. шумов.

Чаще всего в таких передатчиках применяют ЛОВ с ортогон-ми элек. и магн. полями. (ЛОВ–М) – магнетронного типа.

1-катод с системой фокусирования луча; 2-управляемый электрод (анод); 3-замедляющая система; 4-поглотитель элек-магн энергии; 5-коллектор элетронов; 6-холодный катод; 7-элемент связи замедл. системы с волноводом.

Вакуумный баллон помещается в магн. поле с индукцией В. Холодный катод представляет собой цилиндр, над которым расположена замедляющая система. Замедл. система имеет штыри (h »l ₀ /4, где l ₀ – длина волны генерируемых колебаний). Каждая ячейка замедляющей системы представляет собой широкополосный колебательный контур из индуктивности, закороченной на конце длинной линии и паразитной емкости между штырями.

Под воздействием скрещен. полей на нач. участке электроны движутся по циклоиде, т.к. действует поле ускоряющего электрода и магн. поле. Далее циклоида выравн–ся и при правильно выбранной скорости вхождения электронов в пространство  взаимодействия Ve=E/B на коллектор будет приходить поток электронов, сфокусированный в ленту. Если в первой из ячеек замедл. Системы возникнут колебания, напр., за счет флуктуаций тока луча, то за счет связи они возбудят колебания в соседних элементах. По замедл. Системе начинают распространяться навстречу потоку электронов – обратная волна, попутно – прямая волна. Прямая волна почти полностью поглощается поглотителем 4, а обратная наращивает энергию за счет отбора потенциальной энергии от электронного луча.

Поддержание положительного баланса передачи энергии переменному полю обратной волны достигается за счет выбора переносной скорости сгустков электронов ( ç Vф÷ =Ve, Vф – фазовая скорость обратной волны), чтобы сгустки каждый раз оказывались между зазорами замедляющей системы в момент, когда поле для них оказывается тормозящим.

Колебат. система ЛОВ-М имеет множ-во резонанс. частот. Изменением Ve можно изменить частоту генерируемых колебаний.

Преимущества ЧМШП перед АМШП: 1) изменением напряжения модулир. шумов можно в широких пределах изменить ширину спектра помех. сигнала; 2) при достаточно глубокой модуляции, когда ширина спектра помехи D f_П хотя бы в 2-3 раза превышает ширину спектра D f модулирующих шумов, в получаемом сигнале отсутствует несущее колебание и вся мощность генератора участвует в создании маскирующего эффекта подавляемой РЭС.

При эффективном значении (определяется как отношение эффективного значения отклонения частоты Dw _ЭФ от w ₀ к максимальной частоте модулирующего сигнала F_Ш.ВЫХ) индекса ЧМ m_ЧМ>>1 ширина спектра помех D f_П = 2D F_Ш m_ЧМ .

ЧМШП применяется для создания заградительных помех D f_П >>D f_ПРМ, для кот. колебания в приемнике превращается в АМ-ные, а точнее, в импульсные случайные по моментам появления. Так как f_П случайна, то моменты попадания ее в полосу приемника также случайны.

26. Принцип построения передатчика хаотических импульсных помех

Хаотич. импульсн. помехой назыв. последовательность радиоимпульсов, у которых длительность t_u, амплитуда Um, период повторения Тп явл-ся случайными величинами, а несущ. частота f₀ = const.

Энергетически выгодно применять помехи, у которых Uш(t)=const. В этом случае генератор передатчика исп-ся в выгодном режиме, а в СВЧ диапазоне паразитная фазовая модуляция. Могут также исп-ся хаот. имп. помехи, у которых один параметр Тп – случайный, а t_u = const.

Модулирующие сигналы в передатчике ХИП формируют путем нелинейного преобразования шумов, имеющих достаточно равномерный спектр, F_min » 0, F_max=10⁵..10⁷ Гц.

Шумы, усиленные до необходимой величины, поступают на пороговое формирующее устройство. Для получения случайных импульс. послед-тей, у которых д.б. случайными как t_u, так и Тп, применятся триггер Шмидта. Полученная последовательность импульсов Uп(t) поступает в качестве модулир. напряжения на СВЧ генератор, в котором превращается в последовательность радиоимпульсов.

Настройка РЛС на частоту противника осущ-ся по сигналам разведприемника.

Хаот. имп. помехи применяют для подавления линий радиотелеграфной связи и команд. радиолиний управления ракетами.

  построение передатчиков многократных ответных имп. радиопомех

МОП (многократные ответные помехи) – серия из N радиоимпульсов, излучаемых передатчиком помех в ответ на прием каждого импульса РЛС.

Помех. сигнал на входе приемника, подавляемого РЛС – на рис.

На экране индикатора РЛС обзора такая помеха будет имитировать N целей (боевой порядок). Удается также имитировать ложные цели и на направлениях, отличающихся от азимута цели ( j ₁ и j ₂ ) – прием помех по боковым лепесткам ДН антенны РЛС.

Использование таких помех не исключает возможность обнаружения постановщика помех. Однако МОП маскируют боевые порядки, затрудняют определение состава боевых групп. Отсутствуют также трудности для имитации ложных целей, упреждающих на экране РЛС отметку постановщика помех. Для этого необходимо в передатчике помех осуществлять задержку принятого сигнала РЛС на время T_П - t_З < D t< T_П, где t_З – время запаздывания зондирующего сигнала в РЛС. В этом случае импульсные МОП перейдут в i+1^-й период повторения, а их отметки упредят отметку постановщика помех на экране индикатора подавляемой РЛС.

Влияние таких помех м.б. устранено за счет несущей частоты РЛС. Если каждый импульс РЛС излучается на своей несущей частоте f_0i, то импульсы помех, излученные в i-том периоде T_Пi поступят на вход приемника РЛС в момент, когда он уже настроен на f_0i+1 и не будут приняты им. Также эффективной для борьбы с МОП является смена в небольших пределах периода повторения импульсов излуч-ых РЛС.

На рис – упрощен. структ. схема станции МОП.

Сигналы подавляемой РЛС, принятые антенной приемника усил-ся УРЧ, поступают на устройство длит. запоминания частоты и на ампл. детектор. В устройстве длит. запом-я принятый импульс превращ-ся в непрерыв. колебание, имеющее частоту близкую к частоте РЛС(f₀). Чтобы воздействие помех было эффективным, разность частот f_П–f₀ не должна превышать половины полосы пропускания приемника: f_П–f₀ £ D f_ПРМ. Если передатчик МОП не рассчитан на перенос импульсных помех из i-го в i+1-й период повторения, то вместо устройства длит. запом-я частоты может исп-ся устр-во кратковрем-го запоминания, что упрощает схему передатчика. В амплит. детекторе выдел-ся огибающая сигнала РЛС. После усиления и задержки импульс, выделяемый амплит. детектором запускает генератор пачки импульсов, который на каждый поступающий на его вход импульс выдает серию импульсов.

Принципы построения передатчиков ам помех по частоте ска­нирования

Кроме моноимпульсных продолжают использоваться системы АСН со сканированием ДН антенны. Основным недостатком таких систем является возможность их подавления при воздействии на них АМ помех, создаваемых из одной точки пространства:

e _П (t)=Em[1+ m_П(t)]cos w_Пt,         ,

где m _п(t ) – мгновенная глубина модуляции,

k – коэффициент пропорциональности.

В зависимости от ширины спектра  модулирующего сигнала U_M (t ) помехи делятся на прицельные и заградительные. Для прицельных , где  - полоса пропускания системы АСН, для заградительных , где  - диапазон возможных частот сканирования. В этом случае в станции помех возможно выделение огибающей с  и ее использование при формировании помехи. Заградительные помехи создаются, когда неизвестно конкретное значение частоты сканирования .

При создании прицельных помех формируется . При создании заградительных помех в качестве может использоваться шум. При воздействии заградительных помех на систему АСН выделяют только те составляющие спектра, помехи которого отстоят от  на величину . По эффективности они уступают прицельным.

Упрощенная структура станции помех системы АСН со сканированием ДН антенны показана ниже.

Станция может быть построена с использованием принципа ретрансляции зондирующего сигнала подавляемой РЛС или путем запоминания частоты зондирующего сигнала. В обоих случаях колебания с выходного усилителя У₁ или устройства запоминания частоты УЗЧ модулируются по амплитуде в модуляторе М колебаниями генератора модулируемого сигнала ГМС U_M (t ). После усиления по мощности в У₂ помеха излучается передающей антенной Апрд в направлении подавляемой РЛС. В качестве ГМС может использоваться генератор шума или ЧМ генератор со скользящей частотой сканирования. В первом случае формируются заградительные шумовые помехи, а во втором – заградительные помехи со скользящей частотой сканирования. Для получения помехи во втором случае используется направляющее пилообразное напряжение, подаваемое на ЧМ генератор. При формировании прицельных помех в качестве модулирующего сигнала используется огибающая принятого сигнала подавляемой РЛС, которая выделяется детектором огибающей ДО. Следующий блок обеспечивает ее сдвиг по фазе на 90 градусов. В качестве усилителей У1 и У2 и модулятора М могут использоваться ЛБВ. УЗЧ используется в том случае, если подавляемая РЛС работает в импульсном режиме.

   Принцип построения станции помех системам АСД

Для подавления системы АСД применяются два вида помех:

– маскирующие (непрер. шумовые);

– имитирующие (уводящие по дальности).

В качестве маскирующих помех используются все известные виды шумовых помех.

При их действии возможны:

– ложные захваты по шумам;

– срыв сопровождения по дальности или создание ошибок в измерении дальности или скорости цели в режиме автосопровождения.

Уводящие помехи по дальности представляют последовательность ответных импульсов, задержанных относительно полезного сигнала на величину t _УВ , изменяющуюся от 0 до определенного значения. Эти помехи осуществляют увод строба дальности и прекращения автосопровождения.

Схема станции уводящих по дальности помех изображена ниже.

Принятые и усиленные в усилителе У1 сигналы подавляемой РЛС поступают на амплитудный детектор АД и устройство кратковременного запоминания частоты УЗЧ. Видеоимпульс с выхода АД проходит через цепь управляемой временной задержки ЦУВЗ. Закон изменения τ_зад в простейшем случае показан на рисунке б. Сигнал также поступает на вход УЗЧ, на выходе которого образуется радиоимпульс длительностью t_ЗАПОМ > t_УВ и частотой f_Помехи , удовлетворяющей условию

,

где D fпрм – полоса пропускания приемника подавляемой РЛС.

Модулятор М открывается только в момент появления на его управляющем входе задержанный импульс, на его выходе формируются задержанные радиоимпульсы.

Наряду с циклами увода t _ув используются интервалы молчания T_М . При создании шумовых помех канал формирования задержанных импульсов отсутствует. В этом случае в качестве модулирующего сигнала в модуляторе используется шум, вырабатываемый генератором шума. Усилители У1, У2 и модулятор м.б. выполнены на ЛБВ.

Принцип построения станции помех системам АСС

Для подавления систем АСС, как и АСД, используются непрерывные шумовые и уводящие по скорости помехи. При действии их возможны такие же случаи, как и на системах АСД (ложные захваты, срыв сопровождения, ошибки в измерении скорости цели). Помехи обычно создаются методом ретрансляции принятых сигналов РЛС.

Из-за высоких требований к ошибкам запоминания несущей частоты УЗЧ в таких станциях отсутствует. В качестве шумовых помех могут использовать все известные помехи  с шириной спектра

D f_П ≥ D F_Д = 2D Vp / l ,

где D F_Д  - диапазон изменения значений доплеровских частот,

D Vp - диапазон изменения скоростей полета целей (р - ракета),

l - длина волны подавляемой РЭС.

Чаще других используются ФМШП, формируемые с использованием ЛБВ. Уводящие по скорости помехи представляют собой ретранслированные сигналы подавляемой РЛС, несущая частота которых изменяется по пилообразному закону от f ₀ до определенного значения.

Эти помехи осуществляют увод строба скорости и прекращение автовосопровождения по частоте Доплера. Смещение сигнала по несущей частоте обеспечивается с помощью ВЧ управляемых фазовращателей (ЛБВ, намагниченные ферриты…), в которых реализуется фазовая модуляция подаваемых на них сигналов. Управляющее напряжение подается на второй (ускоряющий) анод ЛБВ и изменяет время задержки сигнала на величину . Тогда , где k – коэффициент усиления ЛБВ.

При формировании шумовых помех (ШП) в качестве управляющего напряжения используется шум с частотой f м. Чтобы частота изменялась по линейному закону, необходимо изменение управляющего напряжения по квадратичн. закону.

В реальн. передатчиках помех управл. напряжение измен-ся по закону, приведенному на рис.

Из рис. =>Uупр. представляет собой послед-ть несимм. временных имп-в с постепенно уменьш-ся длит-ю Ти. При использ-ии таких модулир. сигналов мгновен. частота колебаний от импульса к импульсу на выходе ЛБВ будет совершать скачки, которые с течением времени будут возрастать.

В процессе увода по скорости система АСН сопровождает постановщик помех без ошибок.

Для нарушения работы системы АСН необх-мо, чтобы передатчик помех работал в прерывистом режиме. Передатчик включается на время Тув. и выключается на время Тм.

Рассеивающие свойства техники и объектов

Пассивн. помехи созд-ся отражением элек-магн. энергии различными предметами или изменением условий ее распространения.

Возможность скрытия воен. техники пассив. помехами или уменьшение ее заметности при наблюдении зависит от способности  рассеивать падающую на нее элек-магн. энергию.

Различают:

– зеркальное отражение;

– диффузное;

– резонансное.

Зеркальное отражение возникает при облучении плоск. поверхности.

Дифф. отражение – отражение от шероховат. поверхности, неровности которой сравнимы с длиной волны.

Резонансное отражение возникает, если линейные размеры отраж. объекта равны половине длины волны облучающей волны или нечетному числу длин полуволн. Такое отражение обладает резко выраженной направленностью.

Отраж. св-ва объектов оценивают эффективной площадью рассеивания (ЭПР) – площадь попереч. сечения воображаемой площадки, равной площади объекта, которая если поместить ее в точку нахождения цели, рассеивает всю падающую на нее энергию изотропно, т.е. равномерно во всех направлениях, создавая при этом такую же плотность потока мощности, как и реальная цель.

ЭПР объекта s ₀ – количеств. мера отношения плотности потока мощности отраж. сигнала к плотности потока мощности элек-магн. волны, падающей на объект:

s ₀ = 4*p *R² *(П_ОТР / П _ПАД), [м²] или [дБ],

где R – расстояние от рассм. тела до антенны РЭС.

ЭПР зависит от :

– размеров;

– конфигурации;

– ориентации отраж. объекта;

– материала, из которого он изготовлен;

– длины волны;

– поляризации излучений РЛС.

ЭПР отражателей с прав. геометрич. формой вычисляют, а реальн. объектов определяют экспериментально. Но на практике пользуются средним значением ЭПР, полученным в результате матем. расчетов или обработки эксперимент. наблюдений

Дипольные радиоотражатели

Для создания пассив. помех применяют полуволновые вибраторы (диполи). Сигналы, отраженные от облака диполей могут превысить интенсивность сигналов, отраженных от группы самолетов. Дипольн. отражатели предст-т собой тонкие пассивные вибраторы из металлизир. бумаги, алюмин. фольги, метал. стекловолокна.

Maкс-ую величину ЭПР имеют диполи с длиной волны, близкой к половине длины волны подавл. РЛС.

На практике длина диполь. отраж-ля

l _Д =0,47 l .

После выбрасывания диполи рассеиваются и образуют облако, которое перемещается в горизонтальном направлении со скоростью ветра. В вертикальном направлении диполи образуют две группы: быструю и медленную.

При выбрасывании большого колич-ва диполей на экране индикатора кругов. обзора образ-ся засвечен. полоса, вытянутая в направлении ветра, маскирующая отметки целей.

 ЭПР облака из n диполей, размеры которого не превышают имп. разреш. объем РЛС, равна произведению ЭПР отдельн. диполей на их колич-во.

s ₀ = n_Д * s _Д

Из-за турбулентности атмосферы и различ. аэродинамич. св-в отражатели, наход-ся в облаке ориент-ся произв-но, поэтому при расчетах учитыв-ся среднее значение их ЭПР:

s _СР » 0,17*l ² _РЛС .

Обычно дипольные отражатели комплектуются в пачки. Количество их в одной пачке, имитирующей цель с ЭПР равной s _С можно найти:

n_Д = s _С / s _Дср = s _С / (0,17*l ² _РЛС ).

Под давлением воздушного потока и перегрузок диполь. отраж-ли ломаются и спутываются. Из-за этого их ЭПР снижается. Поэтому в пачку укладывают больше диполь. отраж-лей, чтобы получить большее значение s _С

s _П = 0,17*l ² *n_Д* h

Дипольные отраж-ли разбрас-ся с помощью специальных автоматов, ракет, мин и т.д.

Уголковые отражатели

Уголковый отражатель (УО) – жесткая конструкция из двух взаимно перпендикулярных граней, электрически соединенных между собой. Простейший УО – двугранный угол. Наиболее часто используются трехгранные УО с треугольной, прямоугольной или круглой формой граней.

Внутренние поверхности граней, если их размеры значительно превышают длину падающей волны, образуют систему из трех зеркал. При падении на них р/волн после третьего отражения формируется пучок лучей, рапространяющихся в обратном направлении.

Диаграмма рассеяния (ДР) имеет три максимума: центральный образуется волной, падающей параллельно оси симметрии отражателя за счет трехкратного отражения от граней; боковые – в результате двухкратного отражения.

УО с малыми размерами дают высокую эффект. площадь рассеивания. Интенсивность рассеивания зависит от размеров и формы граней УО, материала из которого он изготовлен и от направления падения волны. Наиб. интенсивность рассеив-я, когда грани уголка строго взаимно ^ -ны, т.к. отклонение от прямого угла в один градус уменьшает ЭПР в 5 раз.

Расширить ДР можно объединением УО. Каждая грань УО меняет направление вращения поляризации волны на обратное. Это можно устранить, покрыв одну из граней слоем диэлектрика.

Основной недостаток комбинированных УО – наличие глубоких провалов в ДР. Избежать провалов можно вращением группы отражателей. При этом образуется ДР, соответствующая средней ЭПР.

Можно получить АМ отраж. колебаний, если применить качание граней, изменение их площадей и применить поглощающий экран. Также можно осуществить ФМ или ЧМ, если создать конструкцию их четырех УО, кот. будут вращаться, напр. под действием ветра.

 Линзы Люнеберга

ЛЛ – представляет собой диэлектрический шар. На рисунке изображена траектория лучей в линзе. Точка О является источником отражаемых эл. м. волн. Она создает на выходе синфазное разделение поля. Максимум диаграммы рассеяния (ДР) совпадает с направлением перехода падающей волны: , где R – радиус линзы.

Ширина ДР линзы зависит от размеров металлической поверхности сферы. Так для металлической поверхности сферы в 1/4 поверхности круга ширина ДР составляет около 90° . Увеличить ширину ДР можно применяя всенаправленную линзу Люнеберга, кот. имеет центрирование относительно экватора – отражающее кольцо. Положение кольца определяет положение max.

Увеличение металлического кольца приводит к расширению ДР, но одновременно уменьшается ЭПР линзы. Это противоречие можно разрешить в линзе с кольцом в виде решетки из параллельных проволок навитых под углом 45° . Эта линза называется Гелисферой.

Падающая на Гелисферу эл. м. волна с линейной поляризацией под углом 45° проходит через фронтальную часть кольца и отражается от противоположной части кольца. Для других поляризаций (вертикальная, горизонтальная) будут поляризационные потери около 6 дБ. Также можно изготовить линзы полые гелесферические отражатели. Внутри каркаса из проволоки располагается металлическое кольцо.

  Основные понятия и определение помехоустойчивости.

Обеспечение необходимого отно­шения сигнала к помехе

Помехоустойчивость характеризует способность РЭС и систем работать с требуемым качеством при воздействии помех. Ее оценивают вероятностью выполнения РЭС задач в условиях преднамеренных и непреднамеренных помех. За количественную меру помехоустойчивости принимают точность воспроизведения сигналов в месте приема в условиях помех или отношение мощностей сигнала и помехи (шума). При этом имеется в виду такое отношение P_C/P_П , при котором обеспечивается заданное качество приема информации.

Кроме того помехоустойчивость можно оценивать вероятностями ложной тревоги и пропуска цели, помехами при передаче дискретных данных и т.п.

Помехоустойчивость обеспечивается применением технических способов и средств защиты от помех, которыми являются:

1) получение необходимого отношения сигнал/помеха в приемнике;

2) накопление сигналов в р/приемном устройстве;

3) предотвращение перегрузки приемных устройств;

4) селекция и фильтрация сигналов;

5) помехоустойчивое кодирование и др.

Возможно также применение оптимальных способов приема и самонастраивающихся адаптивных систем, способных свести к минимуму эффективность воздействия помех на РЭС.

Необходимое превышение полезного сигнала над помехой в месте приема на входе или в тракте приемника можно получить увеличением электрического потенциала (произведение получаемой мощности на коэффициент усиления антенны передатчика) и накоплением в РЭС сигналов.

Увеличение энергетического потенциала достигается за счет повышения излучаемой мощности передатчика и коэффициента усиления антенны РЭС. В послевоенный период мощность некоторых типов РЛС сантиметрового диапазона увеличена в 30-40 раз и достигает нескольких МВт., а коэффициенты усиления их антенн возросли в 8-10 раз. Это позволило повысить энергетический потенциал некоторых типов РЭС в 300-400 раз и тем самым улучшить их ПУ. Но с возрастанием энергетических потенциалов увеличивается вероятность появления непреднамеренных помех между РЭС.

  Накопление сигналов

Накопление сигналов осуществляется в устройствах, которые работают на принципе приема серии периодических импульсных сигналов при воздействии на РЭС преимущественно широкополосного шума. Этот способ основан на различии статических характеристик сигналов и шумовых радиопомех. Сигналы могут накапливаться в накопителе в одной и той же фазе (когерентное накопление) или без учета фазы (некогерентное накопление).

Для накопления сигналов используются сумматоры или интеграторы.

Сущность метода накопления при использовании сумматора сводится к тому, что в течение заданного времени Тн в смеси сигнала и помехи берется заранее установленное количество отсчетов. Значения Uсм(t) в точках отсчета суммируются, а затем на основании суммарного сигнала решающее (пороговое) устройство дает ответ о наличии или отсутствии полезного сигнала в смеси U_см (t).

Когда применяется интегратор, на решающее устройство поступает сигнал, пропорциональный .

Время накопления Т_н выбирается таким, чтобы можно было выявить статистические свойства действующей помехи, но при этом не должны заметно изменяться параметры передаваемой информации или сигналов, отражаемых целью. Накопление импульсных сигналов улучшает отношение мощностей сигнала и широкополосной шумовой помехи на выходе в несколько раз  по сравнению с аналогичным отношением на входе.

В качестве накопительных элементов применяют линии задержки, магнитные барабаны, ЭЛТ с длительным послесвечением или с накоплением заряда, а также интегрирующие устройства других типов.

Сигналы могут накапливаться до детектора (додетекторное накопление) или после детектора (последетекторное накопление).

Структурная схема последетекторного накопления приведена на рис.

Разновидностью метода накопления является дублирование, при котором один и тот же сигнал передается N_Д раз.

Метод дублирования применяется при борьбе с маскирующими радиопомехамив системах радиотелеграфной связи, передачи данных и в командных радиолиниях. Различают временное (р/сигналы передаются последовательно во времени), частотное (сообщение передается одновременно при помощи поднесущих колебаний) и кодовое (многократная передача информации, закодированная кодовыми комбинациями) дублирование.

   Предотвращение перегрузки РЭС помехами

Приемники, предназначенные для приема мощных АМ и импульсных сигналов, под действием мощных помех и сигналов могут перегружаться. При этом они перестают реагировать на изменение амплитуды входного сигнала и теряют возможность воспроизводить передаваемую информацию. Перегрузка наступает из-за того, что режим работы усилительных электронных приборов становиться нелинейным. Перегрузка может произойти в любой части приемника: в УПЧ, в амплитудном детекторе, в УНЧ, но, прежде всего, перегружается последний каскад УПЧ.

Если перегрузки нет, то зависимость амплитуды выходного напряжения УПЧ от амплитуды напряжения на входе смесителя имеет линейный характер. После достижения верхней границы динамического диапазона амплитуда выходного напряжения остается постоянной или убывает, несмотря на увеличение входного сигнала.

Исключить или уменьшить перегрузку приемника можно автоматической регулировкой мощностей сигнала и помехи, поступающих на вход приемника. Для этого применяют АРУ, усилители с нелинейной (например, с логарифмической) амплитудной характеристикой и др. способы.

АРУ позволяет уменьшить усиление мощных импульсных помех с малой скважностью (прерывистые помехи) при усилении полезных сигналов. При неработающей АРУ напряжение помехи большой мощности перегружает каскады усиления, а если АРУ включена, а на входе действует помеха, то в АРУ образуется отрицательное напряжение, кот. смещает рабочую точку в область малых коэффициентов усиления. Логарифмический приемник обладает широким динамическим диапазоном. Логарифмическую характеристику получают в результате применения обратной связи, шунтирования нагрузок нелинейным элементом… Наибольшее распространение нашел способ реализации логарифмического усилителя – последовательное детектирования с последующим суммированием. ЛУ такого типа бывают с последовательно и параллельно включенными усилителями.

  Пространственная селекция

Пространственную селекцию обеспечивают с помощью антенн, имеющих острые ДН и малые уровни боковых лепестков.

Антенны с узким лучом обеспечивают получение большого усиления, высокой разрешающей способности и помехоустойчивости. Их применяют в радиолокационных, радиорелейных, тропосферных станциях и системах радиоуправления. Но приемная антенна одинаково усиливает как сигналы, так и помехи, приходящие с одного направления. Кроме того, полностью избавиться от влияния помех, приходящих с разных направлений, не позволяют многочисленные боковые лепестки приемной ДНА. Уровень боковых лепестков снижают применением радиопоглощающих покрытий или экранов в местах, рассеивающих электромагнитную энергию, повышением точности изготовления антенн, а также рациональнымраспределением амплитуд и фаз электромагнитного поля в раскрыве антенны. Перечисленные меры позволяют снизить боковые лепестки ДНА до уровня на 30-40 дБ. ниже основного лепестка.

Дальнейшее снижение влияния радиопомех, принимаемых боковыми лепестками, обеспечивается схемами компенсации (вычитания). Структурная схема компенсации радиопомех, принимаемых боковыми лепестками, приведена на рис. Основной и компенсационный радиоприемники состоят из смесителей, УПЧ, детекторов, остронаправленной А0 и всенаправленной Ак антенн. Кроме того, в станции имеется гетеродин и вычитающее устройство.

Радиопомехи, принимаемые по боковым лепесткам, компенсируются в вычитающем устройстве при условии, что напряжения сигналов и помех, образуемые на нагрузке детекторов обоих приемников, начинают действовать в одно и то же время и имеют одинаковые длительности и огибающие. Схема одновременно с помехами частично ослабляет и полезные сигналы.

Боковые лепестки устраняются или ослабляются компенсаторами боковых лепестков, увеличением апертуры антенны или уменьшением длины рабочей волны РЭС.

  Амплитудная селекция

Амплитудная селекция основана на выделении полезных сигналов среди помех в зависимости от значений их амплитуд. Амплитудная селекция обеспечивается ограничителями и логическими схемами. Ограничение проводится селекторами по уровню. Простейшее устройство амплитудной селекции представляет собой диодный ограничитель, исключающий прохождение посторонних импульсов, превышающих по амплитуде полезные сигналы. Диодные ограничители как вспомогательные средства применяют для ослабления мощных импульсных помех в радиоприемниках с частотной модуляцией сигналов и в приемниках РЛС.

Наиболее распространены схемы защиты РЭС от мощных импульсных помех, обеспечивающие запирание приемника в моменты прихода помехи

Принятые сигнал 2 и помеха 1 подаются одновременно на каскад совпадения и на ограничитель. Если амплитуда превышает заранее установленный уровень ограничения Uогр, то на выходе ограничителя образуется отрицательный импульс 3, который подается на каскад совпадения. Под действием этого импульса каскад запирается и не пропускает помеху на выходе приемника. Сигналы с амплитудой, меньшей Uогр , проходят через каскад совпадения.

Когда полезные сигналы по амплитуде значительно превышают помехи, осуществляется селекция сигналов при ограничении снизу и сверху. При ограничении снизу напряжение на выходе ограничителя Uвых(t), появляется только тогда, когда входной сигнал превышает уровень ограничения.

Если ограничить ВЧ колебания снизу и сверху и суммировать выходные напряжения ограничителей, то можно вырезать вх. напряж. с амплитудой çU_ВХ(t)ï <U_ОГР.

Амплитудные ограничители обеспечивают защиту не от всех видов импульсных помех, поэтому их используют обычно в качестве вспомогательных элементов в составе селекторов по длительности импульсов.

Применение систем автоматического слежения за частотой.

Схема с клистронным гетеродином

Селективные свойства, зависят от спектра принимаемых сигналов, а также от нестабильности несущей частоты радиопередатчика и частоты настройки гетеродина радиоприемника.

В отличие от передатчиков, частоту которых можно стабилизировать, гетеродины приемников, гетеродины радиоприемников должны перестраиваться в широкой полосе частот. Поэтому основное значение приобретает способ, основанный на использовании систем автоматического слежения за частотой.

Один из вариантов построения функциональной схемы системы АСЧ с клистронном гетеродином приведен на рис

В результате смешения частоты f₀ опорного сигнала (непрерывного или импульсного) и частоты fкл сигнала клистронного генератора образуется напряжение разностной частоты f, которое после прохождения усилителя разностной частоты (УРЧ) и ограничителя (Огр) поступает на частотный детектор (ЧД).

Если захвата нет, то включено устройство широкодиапазонного поиска: с помощью двигателя (Дв) осущ-ся механич. перестройка клистрона так, что его частота изменяется по линейному закону. По достижении конца диапазона происходит реверс двигателя и перестройка идет в обр. направлении. Одновременно в процессе перестройки с помощью программного потенциометра (П) изменяется напряжение на отражателе таким образом, что все время обеспеч-ся max мощности в выбранной зоне генерации клистрона. Устройство остановки поиска (УОП) (выключения двигателя) срабатывает в тот момент, когда разностная частота f входит в раствор харак-ки частотного дискриминатора, если только есть разрешение с логич. схемы ликвидации ложной настройки (ЛЛН). Выбег двигателя и застой должны быть такими, чтобы после выключения разностная частота находилась в пределах полосы схватывания электронной петли системы АСЧ. Эта петля замыкается через фильтр (Ф), усилитель постоянного тока (УПТ) и отражатель клистрона.

Для повышения надежности ввода системы в режим слежения в петлю электронного регулирования может включаться дополнительное устройство поиска (УП) в узком диапазоне с последующим переводом в режим слежения.

После остановки двигателя расстройка ликвидируется за счет действия электронной петли, в этом режиме двигатель из системы слежения исключается, а устройство поиска действует как усилитель. Двигатель вновь вкл-ся только в случае длительных и значительных уходов частоты f.

Применение систем автоматического слежения за частотой.

Схема с подстройкой по принимаемому сигналу

В системах АСЧ без опорного сигнала основное внимание уделяется обеспечению наивыгоднейших условий поиска и захвата системы АСЧ, наилучшей помехоустойчивости (минимальные ошибки, наименьшая вероятность срыва слежения и т. д.).

Функц. схема системы приведена на рис. В схеме кроме основной петли регулирования, состоящей из смесителя (См), усилителя разностной частоты (УРЧ), ограничителя (Огр), частотного детектора (ЧД), фильтра (Ф), управителя (У) и гетеродина (Г), имеются дополнительные элементы: генератор поиска (ГП), логическую схему захвата (ЛСЗ) и реле захвата (РЗ), которое переключает систему из режима поиска (П) в режим захвата (3). Благодаря такому устройству частота генератора в режиме поиска не зависит от напряжения на выходе ЧД.

Помехи, проникающие на выход ЧД в этом режиме, не оказывают влияния на работу генератора поиска и не меняют принятой заранее логики перевода системы в режим слежения.

Поляризационная селекция

Поляризационная селекция основана на определении в пространстве ориентации элек. вектора Е элек-магн. волны за период несущего колебания. Различают линейную, круговую и эллиптическую поляризации. При линейной поляризации пространственная ориентация вектора Е остается неизменной, а поляризационная диаграмма представляет собой прямую линию. Круговая поляризация отличается тем, что вектор Е, имеющий постоянную амплитуду, вращается с постоянной угловой скоростью вокруг направления распространения. При этом конец вектора описывает окружность. Период вращения равен периоду электромагнитного колебания.  При эллиптически поляризованной конец вектора Е описывает при вращении эллипс. При этом модуль вектора Е и угловая скорость его вращения претерпевают периодические изменения за период вращения.

В зависимости от того, изменяются параметры поляризационной диаграммы с течением времени или остаются постоянными, электромагнитные волны делят на три группы: полностью поляризованные, частично поляризованные и неполяризованные. Если вектор Е линейно поляризованной волны ориентирован вертикально, то волну называют вертикально поляризованной, если горизонтально, то волну называют горизонтально поляризованной.

Различия в поляризации используют при выделении сигналов из помех методами поляризационной селекции.

Поляризационным селектором является любой антенно-фидерный тракт радиоприемника. Для приема полезных сигналов поляризация приемной антенны должна соответствовать их поляризации. Так, вертикальный вибратор принимает только вертикально поляризованные колебания и не принимает волн с горизонтальной поляризацией. Если поляризация помехи сохраняется постоянной, то изменением параметров поляризации полезного сигнала и антенно-фидерного устройства можно уменьшить действие помехи, не ослабляя сигнала. Максимальное ослабление помехи достигается в том случае, когда плоскости поляризации сигнала и помехи перпендикулярны или векторы Ес и Еп напряженностей электрического поля вращаются в противоположных направлениях.

Поляризационная селекция используется при защите РЭС как от естественных, так и от преднамеренных активных и пассивных радиоэлектронных помех. Для преднамеренных помех она может быть пассивной и активной.

Пассивная достигается согласованием поляризации принимаемого сигнала и антенны. Активная обеспечивается поляризационным фильтром – сеткой из параллельных металлических пластин или проволок. Роль поляризационного фильтра может выполнять отражатель антенны, если его сделать прозрачным для помех.

Поляризационные селекторы эффективно выделяют сигналы, отраженные целями, на фоне сигналов от уголковых радиоотражателей.

ВРЕМЕННАЯ СЕЛЕКЦИЯ

ВС полезных импульсных сигналов на фоне помех основана на отличии селектируемых импульсов от импульсов помех по временному положению, частоте повторения и времени длительности. Для импульсов РЭС наряду с шумовыми помехами достаточно универсальными считаются хаотические импульсы помехи. Защита от хаотических импульсных помех может осуществляться с помощь временной селекции.

Рассмотрим селекцию импульсов по временному положению используемого в РЛ. Под такой селекцией понимают выделение почти периодического импульса смещенных относительно опорных на некоторый временной интервал. Этот временной интервал является линейно изменяющейся функцией времени, так что за время следования опорных импульсов меняется незначительно. Различают две группы систем автоматической временной селекции по временному положению в зависимости от того имеются в месте приема опорные импульсы или отсутствуют. Примером системы первой группы служит система АСД (автоматическое сопровождение по дальности) в импульсной РЛС (импульсный автодальномер).

Схема состоит из временного различителя (ВР), промежуточных элементов (ПЭ) (ФНЧ, корректирующие цепи, интегратор), устройства времени задержки (УВЗ), с кот. на ВР подаются следящие импульсы. Во ВР вырабатываются напряжение U _ВР кот. зависит от временного рассогласования b между осью пожлежащих селекций импульсов и осью следящих импульсов. Си задерживаются относительно опорных (ОИ) на время t _И пропорциональное управляющему напряжению U_У снимаемому с ПЭ.

ВР – это сравнивающий элемент сист. кот. действует в течении короткого времени и осуществляет преобразование временного преобразования b в напряжение U _ВР. Следящая система действует таким образом, что временное рассогласование b приводит к такому изменению U _ВР и соответственно U_У при кот. следящие импульсы вырабатываемые УВЗ смещаются в сторону уменьшения b . Временная селекция обеспечивается подачей в приемник (ПР) специального селекторного импульса (Си), кот. вырабатывается в УВЗ. ПР все время заперт и отпирается только на время поступления Си. Си перемещается вместе со следящими импульсами. Обычно длительность Си близка к суммарной длительности следящего импульса. Если информация кот. несет последовательность селектируемых импульсов заключена в их амплитуде например в системах с коническим сканированием удобно установить еще один селекторный каскад (СК) на который с УВЗ подается отпирающий импульс С. При помехах большего уровня в системах АСД может наступать срыв слежения. Для увеличения помехоустойчивости системы при наличии пассивных помех, а также при сопровождении групповых целей используется слежение за фронтом и срезом импульса. Для этого Си пропускаются предварительно через дифференцирующую цепь. Затем строится система с двумя следящими импульсами, т.е. производится слежение за фронтом и срезом.

Селекция движущихся целей. Когерентно-импульсный метод

Реальные цели, искусственные и естественные радиоотражатели имеют неодинаковые скорости. Поэтому  отраженные от них радиосигналы отличаются один от другого. Эти отличия используются при защите РЛС от пассивных радиопомех способами СДЦ по скорости.

Наиболее эффективная защита от пассивных радиопомех достигается при применении в РЛС аппаратуры СДЦ, действующей на принципе сравнения фаз или частот принятого и излученного радиосигналов. Для выявления различий используется опорный сигнал, когерентный (жестко связанный) по этим параметрам с излученным сигналом РЛС. При сложении когерентных сигналов суммируются (векторно) их напряжения; при сложении некогерентных сигналов складываются их мощности.

В зависимости от вида зондирующего сигнала и метода сравнения параметров отраженного и опорного сигналов различают когерентный метод при непрерывном излучении сигналов и когерентно-импульсный метод СДЦ.

Когер-имп метод применяется в импульсных РЛС при сравнении фаз отраженного и опорного импульсов, жестко связанных с моментом излучения передатчиком зондирующих сигналов.

В зависимости от способа получения опорного сигнала различают системы СДЦ с внутренней и внешней когерентностью.

Система СДЦ с внутренней когерентностью

Система генерирует опорн. импульсы внутри РЛС. Сигналы передатчика поступают в антенну и на вход смесителя фазирования, где они смешиваются с колебаниями гетеродина приемника. На ФД поступает также принятый сигнал промеж. частоты f_пр . Фазы опорного и принятого сигналов срав-ся при каждом излучении зондирующих импульсов.

В результате биений U_пр и U_оп на выходе ФД образуются видеоимпульсы, амплитуда и полярность которых зависят от разности фаз этих напряжений. Изменения амплитуды выходных сигналов ФД приводит к тому, что отметки движущихся целей пульсируют с частотой Доплера.

Амплитуды отметок, образуемых неподвижными целями, не изменяются, т.к. разность фаз напряжений U_оп и U_пр от периода к периоду следования импульсов остается неизменной. Это позволяет различать отметки движущихся и неподвижных объектов.

Причины появления непреднамеренных помех

Непред. помехи создаются источниками искусст. происхождения, которые не предназначены для нарушения функц-ия  РЭС. Они возникают при работе различного радиотехнического, электронного и электротехнич. оборудования. К непред. помехам можно отнести внутр. шумы устройств и приборов.

Причины:

1) Наличие большого количества РЭС, которое непрерывно возрастает.

2) Ограниченность освоенного элек-магн. спектра действующими РЭС. (3 Гц ¸ 300 ГГц – 40 ГГц(3 кГц ¸ 12 ГГц)) Исп-ие более ВЧ (н-р, мм и субмм волн), кот-ые обладают огромным колич-вом частотн. каналов, затруд-ся из-за их интенсивного поглощения в атмосфере и технич. трудностей создания аппаратуры.

3) Возрастанием мощностей излучения радиопередатчиков и чувствительности радиоприемников. В связи с повышением дальности действия, помехоустойчивости и надежности передачи и приема информации мощности отдельных типов РЛС увеличились в сотни раз и достигли десятков и даже сотен мегаватт в импульсном режиме.

4) Наличием в диаграммах направленности антенных систем, кроме основного лепестка, большого количества боковых и задних лепестков, имеющих относительно высокие уровни.

5) Наличием у РЭС нежелательных излучений и побочных каналов приема, расположенных за пределами рабочей полосы частот.

6) Возросшим уровнем индустриальных электромагнитных помех, генерируемых электротехническим оборудованием. По мере роста индустриализации уровень этих помех значительно возрастает.

Нежелательные излучения радиопередающих устройств

Это излучения на частотах, находящихся за пределами необходимой полосы частот. Они состоят из побочных и внеполосных излучений.

К побочным относят радиоизлучения, возникающие в результате любых нелинейных процессов в радиопередающем устройстве, за исключением процесса модуляции сигнала. Различают излучения на гармониках, субгармониках, паразитные, комбинационные, интермодуляционные.

Эти излучения вызваны нелинейными процессами, существующими в самом передатчике, а также фидере и антенне. В образовании интермодуляционных излучений, кроме того, принимают участие внешние электромагнитные поля, которые воздействуют на радиопередающее устройство. Независимо от конкретной природы побочные радиоизлучения характеризуются значениями частот, спектральной плотностью потока мощности, а также, с учетом свойств антенн, направленностью и поляризацией.

Р/излучение на гармонике – побочное излучение на частотах в целое число раз больших частоты основного излучения: f_гарм = mf₀, m=2,3,…n. Такие излучения присущи любым р/передатчикам и обусловлены нелинейностью амплитудных и фазовых характеристик активных элементов. Уменьшение уровня излучения гармоник достигается фильтрацией их промежуточным и антенным контурами.

Р/излучение на субгармониках - побочное излучение на частотах в целое число раз меньших частоты основного излучения: f_гарм = f₀/m. Это свойственно передатчикам, использующим умножение частоты. Уменьшение достигается с помощью фильтров передатчика и антенно-фидерных систем.

Паразитное – побочное р/излучение, возникающее в результате самовозбуждения передатчика из-за паразитных связей его каскадов. Его не частоты кратны частоте основного излучения: f_гарм ¹ mf₀, m=1,2,3,…1/2,1/3,… Паразитные излучения м.б. на частотах как ниже, так и выше основной частоты. Это связано с возникновением паразитных резонаторов на низких частотах в основных цепях питания, на высоких частотах – при параллельном соединении нескольких генераторных приборов, на СВЧ – в фидерном тракте.

Внеполосное радиоизлучение определяется как нежелательное в полосе частот, примыкающей к необходимой полосе радиочастот, и является результатом модуляции сигнала. Причинами возникновения его являются: применение для передачи сигналов с большей шириной спектра, чем это требуется для нормальной работы (импульсы с крутыми фронтами); нелинейность амплитудных и фазовых характеристик радиопередатчиков; наличие нелинейности в тракте формирования модулирующих сигналов; исп-ие квантования.

Неосновные каналы приема

Неосновные каналы приема могут быть разделены на побочные и внеполосные.

Основной канал приема характеризуется полосой частот, совпадающей с полосой пропускания (ПП) приемника. Побочный канал приема радиоприемника – это полоса частот, находящаяся за пределами основного канала приема. Побочные каналы приема образуются из-за нелинейности смесительных и усилительных каскадов радиоприемника и недостаточно высокой избирательности резонансных цепей основного канала.

Отдельные образцы радиоприемных устройств имеют несколько десятков каналов побочного приема.

По характеру воздействия на РЭС непреднамеренные помехи практически не отличаются от преднамеренных, а по интенсивности иногда превосходят их в виду небольших удалений от приемников РЭС. Как и преднамеренные радиопомехи, они засвечивают экраны ИКО РЭС и затрудняют обнаружение отметок целей, подавляют (маскируют) полезные сигналы, затрудняют прием или искажают передаваемую информацию, уменьшают дальность действия и пропускную способность РЭС и радиолиний.

  Электромагнитная совместимость РЭС

Электромагнитная совместимость (ЭМС) – это способность РЭС функционировать в реальных условиях эксплуатации с требуемым качеством при воздействии на них непреднамеренных помех и не создавать недопустимых помех другим РЭС.

С увеличением количества источников и ростом интенсивности непреднамеренных помех стали приниматься меры по их снижению, улучшению параметров РЭС, более рациональному использованию ЭМ спектра и применению способов и средств защиты от помех.

Требования  ЭМС начали учитываться при разработке, испытании и эксплуатации РЭС.

В начале при незначительной интенсивности непреднамеренных помех ЭМС обеспечивалось разносом рабочих частот РЭС. Затем международными и государственными радиочастотными организациями были установлена нормы на занимаемую полосу, стабильность частоты и уровни неосновных излучений радиопередатчиков и электровакуумных приборов, чувствительность каналов побочного радиоприема и другие характеристики. Были также установлены нормы на уровне индустриальных помех и на ширину спектра излучения многих устройств электротехнического оборудования.

Для разработки мероприятий по обеспечению ЭМС предварительно оценивается электромагнитная обстановка ЭМО (внешняя и внутренняя), сложившаяся в районе развертывания или действия РЭС.

Внешняя ЭМО харак-ся элек-магн. полем дальней зоны, образуемым источниками излучения, находящихся на значительных расстояниях.

Внутренняя ЭМО для отдельных устройств определяется уровнем поля ближней зоны, создаваемого основными и неосновными каналами излучения других средств системы, гетеродинов, источников электропитания, коммутаторов, электронно-вычислительной техники и других элементов.

ЭМО для радиоэлектронных систем самолетов, кораблей и подводных лодок определяется уровнем электромагнитных излучений радиоэлектронного и электротехнического оборудования. При оценке ЭМО учитываются три основные группы параметров излучения и приема, определяющие ЭМС РЭС:

1) энергетические и спектральныехарактеристики основных и неосновыных излучений радиоприемников, гетеродинов радиоприемников и различных источников излучений, определяющих внешнюю ЭМО, а также общий уровень шумов в местах расположения радиоприемников;

2) реальные чувствительности основных и побочных каналов приема;

3) коэффициенты связи между различными элементами излучающих устройств и приемников, входящих в радиоэлектронные системы.

Датчик индукционного компаса включает чувствительный элемент, платформу, поплавок, карданов подвес и девиационный прибор. Внутренняя полость датчика заполнена жидкостью (75% лигроина и 25% масла МВП).

Основным компонентом индукционного компаса является чувствительный элемент из 2-х прямоугольных пластин из пермолоя с обмотками. На каждый стержень наносится первичная обмотка, соединенная встречно. Стержни соединены вплотную.

При пропускании потока первичная обмотка индуцирует магнитное поле, которое имеет удвоенную частоту. Вследствие равенства магнитных потоков в стержнях U₂ = 0. При определенном положении сердечника относительно магнитного меридиана U₂ = 0.

Магнитные сердечники жестко связаны с корпусом ЛА. При изменении положения ЛА относительно плюса изменяется намагничивание сердечника магнитным полем земли. При этом во вторичной обмотке возникает ЭДС, промодулированное удвоенной частотой питания.

На практике магнитоиндукционные датчики выполняются в виде 3-х стержней, соединенных отдельным образом, обычно под углом 120 градусов.

Обмотки соединяют по схеме треугольника.

В качестве измерительной схемы используют сельсин, указатель и соответствующий преобразователь.

Ротор выполнен в виде обмотки.

Сельсин имеет ротор, выполненный в виде обмотки. Выходной сигнал ИД подается на статорные обмотки сельсина.

Принципиальная схема индукционного компаса:

1 – чувствительный элемент; 2 – статор сельсина; 3 – ротор сельсина; 4 – усилитель; 5 – двигатель.

При изменении положения изменяются токи и, в зависимости от протекания токов в статорной обмотке, происходит изменение углового положения ротора. Изменение угла определяют углом поворота ротора сельсина. Сигнал с ротора, через усилители, подается на двигатель. С двигателя, через систему редуцирования, сигнал подается на указатель, величина которого определяется изменением меридиана (система астатического уравновешивания). Через двигатель и редуктор, ротор возвращается в обратное положение.

Магнитно-индукционные датчики монтируются с ГМК и используются с ДГМК.

Погрешности индукционного компаса при нормальных условиях не превышают ±1,5°.

Индукционному компасу присущи те же погрешности, что и магнитному:

1) наличие сил трения в опорах;

2) погрешность, связанная с воздействием ускорения на стрелку;

3) погрешность от положения ЛА (в северном или южном полушарии).

4) погрешность, обусловленная девиацией – наличие ферромагнитных материалов на ЛА, высокая коэрцитивная сила, материалы с малой остаточной намагничиваемостью (высокоуглеродистые стали и их намагничивание).

Различают полукруговую и четвертную девиации.

Для устранения девиации используются антидевиационные устройства.

Для устранения полукруговой девиации применяют девиационный прибор, по устройству подобный девиационному прибору недистанционного магнитного компаса.

Гироскопические датчики, их погрешности и математическая модель.

Гироскопом называют вращающееся вокруг оси симметрии с большой угловой скоростью тело вращения (ротор), одна из точек которого неподвижна. Ось zсимметрии ротора 1 (рис 1.1) называют осью фигуры или осью ротора гироскопа.

В большинстве гироскопических приборов для обеспечения свободы вращения ротора гироскопа вокруг неподвижной точки применяют карданов подвес, который состоит из двух рамок 2 и 3. Ротор 1 гироскопа с большой угловой скоростью W_y вращается вокруг оси y₁относительно внутренней рамки 2, которая может поворачиваться вокруг оси z относительно рамки 3, а последняя - вокруг оси x относительно неподвижной подставки 4.

Карданов подвес обеспечивает ротору гироскопа свободу вращения относительно трех осей (x, y₁ и z). Поэтому гироскоп, установленный в кардановом подвесе, называют гироскопом с тремя степенями свободы. Если центр масс гироскопа совпадает с точкой пресечения осей карданова подвеса, то такой гироскоп называется астатическим.

Рис.1.1. Гироскоп в кардановом подвесе:

1 – ротор гироскопа; 2 – внутренняя рамка гироскопа; 3 – наружная рамка гироскопа; 4 – подставка; W_y – собственная угловая скорость вращения ротора гироскопа; w_x - вектор переносной угловой скорости.

Для рассмотрения математической модели гироскопа обратимся к рис. 1.2. Положение ротора относительно подставки (оси xhz) определяется тремя углами a, b и g, которые получаются при последовательных поворотах гироскопа и отклонении его собственных осей x, y и z от осей неподвижного основания.

Согласно рисунку H – кинетический момент гироскопа; J_x и J_y – моменты инерции ротора гироскопа относительно осей x и y.

Рис.1.2. Маховик с тремя степенями свободы – гироскоп

Уравнения движения гироскопа согласно принципу Д’Аламбера имеют вид

(1.1)

где M_x и M_y – внешние моменты, действующие вокруг осей x и y (моменты от сил сопротивления трения в осях корданова подвеса, момент от силы тяжести, моменты, накладываемые на гироскоп специальными коррекционными устройствами и т. д.).

Уравнения (1.1) можно переписать так:

(1.2)

 и - полное инерционное сопротивление, развиваемое гироскопом при действии на него внешних моментов M_x и M_y.

В теоретической механике при изучении законов движения гироскопа различают свободное и вынужденное движение гироскопа; свободное движение гироскопа, называемое нутацией, представляет собой движение по инерции, когда моменты внешних сил не действуют на гироскоп. Движение гироскопа, нагруженного моментом внешних сил, представляет собой совокупность вынужденного и свободного движения. Вынужденное движение гироскопа называется прецессией.

Закон нутационного движения можно получить, приняв в уравнениях (1.2) M_x=M_y=0.

Тогда

 (1.3)

Решая систему уравнений (1.3) получаем дифференциальные уравнения, описывающие нутационное движение гироскопа.

 (1.4)

Закон прецессии гироскопа можно получить из уравнений (1.2), если пренебречь инерционными моментами  и  по сравнению с гироскопическими моментами  и . Тогда имеем

(1.5)

Наиболее важными бортовыми гироскопическими приборами являются авиагоризонты, указатели поворота, гирополукомпасы, а также выключатели коррекции. [1].

Геометрические (карданные), погрешности. Определение положения летательного аппарата относительно оси ротора, производится посредством намерения углов поворота a и b. Направление осей, вокруг которых отсчитываются углы a и b, в общем случае не совпадает с направлением осей отсчета углов, определяющих угловое положение летательного аппарата относительно опорной (базовой) системы координат. Это несовпадение осей является причиной появления карданных погрешностей.

Скоростные кинематические погрешности. Скоростные погрешности возникают вслед­ствие движения опорной системы координат в инерциальном пространстве. Например, если в качестве опорной системы (координат выбран географический трехгранник в точке старта летательного аппарата, то скоростные погрешности определяются угловой скоростью вращения Земли. Для некорректируемых гироскопов скоростные погрешности находятся из кинематических соотношений при необходимости и могут быть учтены в бортовом вычислительном устройстве.

Кинематические погрешности. Кинематические погрешности возникают вследствие конического движения измерительных осей гироскопа в инерциальном пространстве. Такое коническое движение имеет место в результате действия инерционных моментов от рамок карданова подвеса или моментов сухого трения, которые возникают вследствие угловых колебаний ле­тательного аппарата, динамической несбалансированности ротора гироскопа или угловых вибраций основания.

Инструментальные погрешности. Вследствие несовершенства элементов прибора на гироскоп действуют возмущающие моменты трения, моменты от статической несбалансированности, неравножесткости конструкции и т. п. Под действием этих моментов ось ротора прецессирует в инерциальном пространстве, отклоняясь от заданного направления, что приводит к по­явлению инструментальных погрешностей при определе­нии углового положения летательного аппарата. К инструментальным погрешностям относятся также погрешности начальной выставки, погрешности датчиков угла и т. п.

Радиокомпас, принцип действия и его погрешности.

Курсовым углом радиостанции КУР называется угол, заключенный между продольной осью самолета и действительным направлением на радиостанцию. КУР отсчитывается от продольной оси самолета по ходу часовой стрелки до направления на радиостанцию от 0 до 360°.

Отсчетом радиокомпаса ОРК называется угол, заключенный между продольной осью самолета и измеренным направлением на радиостанцию. ОРК отсчитывается от продольной оси самолета до измеренного направления на радиостанцию от 0 до 360°.

Радиодевиация р- это угол, заключенный между измеренным и действительным направлениями на радиостанцию. Радиодевиация отсчитывается от измеренного к действительному направлению на радиостанцию вправо со знаком плюс (+), а влево со знаком минус (-). В современных радиокомпасах обеспечивается компенсация радиодевиации, и поэтому исправлений измеренной величины отсчета радиокомпаса производить не требуется.

Пеленгом радиостанции ПР называется угол между меридианом начала отсчета курса и направлением от самолета на радиостанцию. ПР отсчитывается от северного направления меридиана по ходу часовой стрелки до направления на радиостанцию от 0 до 360°.

В зависимости от начала отсчета курса самолета пеленги радиостанции могут быть истинными ИПР и магнитными МПР.

Пеленгом самолета ПС называется угол между меридианом радиостанции и направлением от радиостанции на самолет. ПС отсчитывается от северного направления меридиана по ходу часовой стрелки до направления на самолет от 0 до 360°. В зависимости от начала отсчета курса самолета пеленги самолета могут быть истинными ИПС и магнитными МПС.

Принцип работы радиокомпаса (кратко!!!)

Блок-схема радиокомпаса:

1 – рамочная антенна; 2 – открытая антенна; 3 – усилитель сигнала рамки; 4 – электронный переключатель; 5 – приемник; 6 – управляющая схема; 7 – звуковой генератор; 8 – двигатель поворота рамки; 9 – сельсин-датчик; 10 – указатель с сельсин-приемником.

В основу работы радиокомпаса заложен принцип измерения направления радиостанций по сигналу рамочной антенны.

Радиокомпас в своем составе имеет рамочную и открытую антенну. Диаграмма направленности для открытой антенны – круг:

Чувствительность рамочной антенны зависит от положения радиостанции. Если рамочная антенна находится перпендикулярно оси направления к радиостанции, то , если вдоль .

В состав АРК входят усилители, звуковой генератор для генерирования высокочастотных колебаний, система обратной связи, которая работает с использованием сельсина.

Сигнал с сельсина и двух антенн подается на усилитель. Двигатель поворачивает рамку до тех пор, пока сигнал по фазе сельсина не будет равен нулю и одновременно подается на указатель.

Принципы построения курсовых систем. Комплексная обработка информации от разных датчиков в курсовых системах и причины ее низкой эффективности.

Принципы построения курсовых систем.

Курс является одним из важнейших параметров, знание которого необходимо для решения задач навигации и управления. Для определения курса самолетов была создана самая многочисленная группа курсовых приборов и систем, основанных на различных физических принципах.

Направление меридиана можно определить на борту летательного аппарата с помощью компаса, гирокомпаса, радиокомпаса и астрокомпаса.

Первыми курсовыми приборами, применявшимися на самолетах, были авиационные магнитные компасы (АМК). В зависимости от назначения они отличались по своим точностным, габаритным и массовым данным. Наиболее точными были штурманские компасы типа А, использовавшиеся в навигационных целях, менее точными с меньшими габаритными размерами были компасы для пилота, а также аварийные (дублирующие) типа КИ.

Развитие идей и на их основе создание курсовых приборов и систем шло по линии обеспечения повышения точности и надежности определения курса в различных условиях и режимах по­лета, в различных географических районах, включая полярные области и области больших магнитных аномалий, а также по линии устранения дублирования.

Одна из первых таких идей состояла в том, чтобы в дополнение к АМК с целью облегчения управления (пилотирования) и обеспечения возможности выполнения разворотов в азимуте на заданные углы. использовать трехстепенный астатический гироскоп с горизонтальной осью собственного вращения ротора. Был создан прибор гирополукомпас (ГПК).

Пользование двумя приборами АМК и ГПК с периодической коррекцией показаний ГПК через каждые 10 ... 15 мин практи­чески весьма затруднительно. Для решения этого вопроса и для последующего развития идей построения курсовых систем был разработан прибор с автоматической коррекцией на базе двух указанных. Магнитная система устанавливалась в опорах на кожухе гироузла. При рассогласовании положений оси гироскопа (кожуха) и магнитной системы на гироскоп (посредством пневмосистемы) накладывался момент, приводящий его в согласованное положение (в меридиан). Прибор получил название - гиромагнитного компаса (ГМК).

Магнитные дистанционные гидроскопические компасы типа ДГМК предназначены для определения курса и углов разворота ЛА. Чувствительным элементом ДГМК является магнитная система, устанавливающаяся по направлению компасного меридиана. В компасах ДГМК применяется потенциометрическая дистанционная передача. Указатели магнитного дистанционного компаса ДГМК-3 выдают компасный курс, указатели компаса ДГМК-5 совместно с радиокомпасом выдают компасный курс, курсовой угол радиостанции и магнитный пеленг радиостанции.

Наряду с курсовыми системами, основанными на использовании свойств МПЗ и применении гироскопов, с целью повышения точности и надежности определения курса в различных условиях и географических районах выдвигались и развивались идеи определения курса на другой физической основе. Используя закономерность движения небесных светил (в первую очередь Солнца), были созданы астрокомпасы для определения истинного курса.

Основными идеями построения астрокомпасов являются две: первая - построение модели автоматически действующей небесной сферы (точнее части ее), в результате чего образуется указатель истинного меридиана (экваториальный астрокомпас); другая - измерение курсового угла светила путем пеленгации последнего и вычисление азимута светила по данным координат местонахождения объекта и географического места светила (гори­зонтальный астрокомпас). Суммирование этих двух углов дает истинный курс. Астрокомпасы находят широкое применение, они лишены большинства недостатков, присущих компасам АМК и ДМК. Однако их функционирование возможно при оптической видимости Солнца и знании географических координат местонахождения.

Комплексная обработка информации от разных датчиков в курсовых системах и причины ее низкой эффективности.

Курсовые системы типа КС предназначены для определения и указания курса ЛА и углов его разворота, а также для указания пеленгов и курсовых углов радиостанции. Курсовые системы типа КС имеют три режима работы: гирополукомпаса (ГПК), магнитной коррекции (МК) и астрокоррекции (АК). Режим ГПК является основным режимом, Благодаря стабилизации гироузлов по крену в курсовых системах КС исключена карданная погрешность при кренах ЛА. В режиме ГПК система одновременно выдает гироскопический (ортодромический), магнитный и истинный курсы.

Курсовые системы типа КСИ предназначены для определения магнитного или гироскопического курса при любых углах крена и тангажа ЛА и определения курсовых углов и пеленгов радиостанций.

Курс ЛА определяется с помощью датчика с индукционным чувствительным элементом. Благодаря стабилизации гироузла гироагрегата по крену и тангажу по сигналам гировертикали в курсовых системах типа КСИ исключена карданная погрешность. Основным режимом работы КСИ является режим гирополукомпаса. Режим МК (при нажатой кнопке согласования) используется для начальной выставки системы по магнитному меридиану.

Курсовертикали типа СКВ-2Н являются централизованным устройством, объединяющим гироскопические и магнитные средства определения курса, гироскопические средства определения крена, и тангажа и выдачи их на указатели типа НПП, КПП и в бортовые системы, решающие задачи навигации, пилотирования и др.

Общее количество потребителей может быть: по курсу - 4, по крену - 7, по тангажу - 5. Для увеличения количества потребителей сигналов могут устанавливаться распределитель сигналов 1186В (по крену и тангажу) и блок БР-40 (по курсу).

Режимы работы.

Канал курса имеет три режима работы: гирополукомпаса (основной режим работы), магнитной коррекции, начальной выставки курса. Канал вертикали работает в одном режиме, обеспечивающем определение крена и тангажа ЛА.

Курсовые системы типа ТКС по принципу действия аналогичны курсовым системам КС и от курсовых систем этого типа отличаются выгодно тем, что имеют в 2-3 раза меньше величины ухода гироскопов в азимуте (0,5- град/ч, в то время как у курсовых систем типа КС допускается 2 град/ч).

Кроме того, при работе курсовой системы ТКС в режиме ГПК оба курсовых гироскопа работают в этом же режиме вне зависимости от положения переключателей "Коррекция" и "Потребители"; в курсовых системах типа КС с двумя гироагрегатами один гироскоп (основной или запасной) работает в режиме ГПК, а другой в режиме МК.

Роль и назначение СОИ на борту современных ЛА. Виды представления пилотажной, навигационной и иной информации на борту ЛА. Условия эксплуатации.

Роль и назначение СОИ на борту современных ЛА.

В процессе управления ЛА между пилотом и ЛА в комплексе осуществляется непрерывное информационное взаимодействие. Характер определяется типом и назначением ЛА, а также задачами полета.

Параметры, значения передаются по СОИ. Данную информацию пилот дополняет собственной информацией, получаемой от различных органов осязания.

На основании имеющейся информации формируется описание о состоянии ЛА. Пилот принимает решение о полученном параметре и воздействует на систему управления.

Система отображения информации – посредник между пилотом и ЛА.

Система отображения информации представляет различные виды отображения информации.

Практически пилот воспринимает информацию зрением, слухом и тактильным чувством, но до 90% всей информации приходится на органы зрения.

СОИ подразделяются на различные классы по 4-м признакам:

1)  форма представления информации;

2)  характер;

3)  структура;

4)  конструктивные признаки реализации.

По форме представления информации СОИ подразделяется на ассоциативные, текстовые, изобразительной формы отображаемой информации, цифровая, знаковая, алгоритмическая, структурная.

По характеру СОИ реализуются в виде постоянного представления информации, переменной информации, текущей информации, прогнозирующей информации.

По структуре СОИ подразделяются на однопараметрические, суммирующие, интегральные (обобщает несколько параметров), синтезирующая, командующая.

Конструктивный признак характеризуется компоновкой:

1)  в виде приборных досок;

2)  систем индикации информации на лобовом стекле (ИЛС);

3)  шлемофоны.

Виды представления пилотажной, навигационной и иной информации на борту ЛА.

Выполненные в виде приборных досок, блоков сопряжения, панелей управления, систем звуковой и световой сигнализации, использ. защиту сети от к.з. и всевозможные преобразователи информации.

Все приборы подразделяются на 5 типов:

1)  пилотажные приборы;

2)  навигационные приборы;

3)  приборы указывающие параметры других приборов и систем;

4)  обзорные индикаторы;

5)  Индикаторы подвижных средств и технических систем ЛА.

Вся информация, реализуемая СОИ оптимизируется для восприятия. Форма и цвет предмета при яркости символа 10 Кд/м, при 0,03 Кд/м – сумеречное восприятие. Восприятие возможно при значительной яркости символа.

Наравне с яркостью, важное значение имеет цветовое отображение информации: чувствительность глаза желтых и зеленых цветовых гамм, значительно ниже красных.

При проектировании происходит рассмотрение бинокулярного зрения. Моторная деятельность характеризуется моторным полем, скоростью перемещения, энергетическими затратами.

Скорость реакции зависит от типа и интенсивности раздражителя, подготовки настроения, возраста и определяется в секундах.

При обращении пилота к клавиатуре у него должна быть высокая скорость.

Этапами переработки информации пилотом можно перенести к выполнению следующих операций.

Этапы выполнения – сводятся к следующим операциям:

Опознавание и отбор, оценка приоритета, отброс устаревшей информации, получение недостающих данных, принятия решения, ввод информации в систему, управление – вмешательство в систему управления.

Как правило, пилот вводит поправку информации в систему, исходя из опыта, знаний и интуиции.

Оператор является неотъемлемой частью управления, следовательно создается интерфейс машина – человек.

Психофизическая деятельность человека на борту ЛА. Особенности деятельности человека-оператора на борту ЛА.

Психофизиологическая деятельность человека.

Информация  на борту ЛА выдается на СОИ в форме, пригодной для восприятия человеком, поэтому их создание требует учета психологических и физиологических возможностей человека. Далее  излагаются устройство зрительного анализатора, характеристики зрительного восприятия человека, моторные компоненты действия и психофизиологические требования, предъявляемые к системам отображения информации.

Для человека в АСУ органом, воспринимающим основное количество информации, является зрительная система.

Зрительные ощущения вызывает только свет, действующий на палочки и колбочки. в центральной части сетчатки — зоне наиболее ясного видения (область желтого пятна и центральной ямки) имеются только колбочки. В сетчатой оболочке имеется участок, с угловым размером в 5°; без фоторецепторов — слепое пятно. При наблюдении только одним глазом в отдельные моменты фиксации взгляда участок зрительного поля соответствующего размера не воспринимается. При взгляде на пред мет глаз непроизвольно устанавливается так, чтобы изображение предмета попадало на желтые пятна обоих глаз. Форма и цвет предмета воспринимаются только при яркости зрительного стимула не менее или равного 10 кд/м. При яркостях менее 0,003 кд/м функционируют только палочки (сумеречное зрение). Следовательно, различение цветов возможно лишь при достаточно высоких значениях яркости зрительного стимула. надежное и более тонкое различие цветовых оттенков возможно при яркости 175 кд/м Колбочки чувствительны к длине световых волн. При равенстве энергии воздействующих волн различия их длин ощущаются, как различия в цвете зри тельных стимулов. Глаз различает семь основных цветов и более сотни их оттенков. С изменением длины волны изменяется и качество ощущений. Длинам волн от 380 до 445 мкм соответствует ощущение фиолетового цвета, от 455 до 470 — синего, от 470 до 500 голубого, от 500 до 540— зеленого, от 540 до 590 — желтого, от 590 до 610— оранжевого, от 610 до 780 — красного.

Строением сетчатки объясняется факт лучшего обнаружения слабого светового стимула, если проекция его осуществляется на периферические отделы сетчатки, а не на центральные. В других условиях центральная зона сетчатки имеет преимущество в процессе зрения. Механизм преобразования зрительной информации следующий. Воздействие светового потока вызывает возбуждение фоторецепторов. В каждый момент времени совокупность возбужденных и невозбужденных фоторецепторов образует мозаичную картину изображения, проецируемого на сетчатку. Возбуждение фоторецепторов передается вторым нейронам сетчатки. Далее сигналы генерируются ганглиозными клетками. Кроме того, в сетчатке в это время осуществляется ряд операций преобразования первоначального нервного сигнала. Нервное возбуждение не является копией возбуждения фоторецепторов. Дальнейшее преобразование сигнала как процесс описания изображения осуществляется системами рецептивных полей более высокого ранга. Формирование же сложных признаков и принятие решения о визуально воспринимаемом объекте происходит как процесс преобразования информации в высших корковых отделах зрительного анализатора в их взаимодействии с корковыми отделами других анализаторов. Чувствительность фоторецепторов неодинакова к разным участкам спектра: наиболее высока к желтым и зеленым и значительно ниже к красным.

Ограничения поступления светового сигнала к фоторецепторам характеризуются величиной пространства, в пределах которого возможна проекция изображения на сетчатку глаз. Границы такого пространства, называемого полем зрения, определяются возможностями оптической системы глаз, площадью, характером распределения фоторецепторов и выступающими частями лица. Поле бинокулярного зрения является производным полей зрения обоих глаз. Оно состоит из участка, видимого двумя глазами одновременно (в центре) и участков в периферической области, входящих в поле зрения только одного из глаз. Область перекрытия полей зрения левого и правого глаз является областью наиболее ясного видения . Возможности обнаружения сигнала существенно возрастают за счет поворотов головы и глазных яблок. Но рабочая зрительная зона близка по размерам к участку бинокулярного поля зрения, который может рассматриваться двумя глазами. Надежное обнаружение сигналов осуществляется в более узких ( в 2 раза) границах.

Ощущение, характеризующее световую энергию, излучаемую поверхностью называется видимой яркостью.

Адаптирующая яркость — яркость, к которой приспособлен глаз. определяется исходя из яркости фона. Если же рассматривается сложное изображение, то адаптирующая яркость определяется как средняя из суммы яркостей, воспринимаемых глазом.

Контраст - отношение разности изображения и фона к яркости фона (степень воспринимаемого различия между двумя яркостями).

Оператором осуществляются и управляющие воздействия (нажатие кнопок, переключение тумблеров, включение — выключение аппаратуры) — различные двигательные реакции. Конструирование СОИ невозможно без учета моторной деятельности человека. Моторная деятельность характеризуется размерами моторного поля, формой траектории и скоростью движения, силовыми параметрами, точностью движений и энергетическими затратами.

Время реакции человека зависит от ряда факторов:

–вида раздражителя (звуковой или зрительный). Скорость реакция на звуковой раздражитель выше;

–интенсивности раздражителя. Чем выше интенсивность раздражителя, тем меньше время реакции. Закономерность справедлива до достижения интенсивностью раздражителя определенного предела;

–тренированности оператора. Тренировки уменьшают время реакции;

–настройки оператора на то или иное восприятие; возраста и пола;

–строения организма;

–сложности реакции.      

Время реакции может быть определено по выражению

 мс,                                (3)

где В — число возможных альтернатив.

Реакция может быть простой (нажатие на кнопку при любом световом раздражителе) и сложной (нажатие на кнопку при определенном цветовом раздражителе).

Движение рук человека могут выполняться со скоростью 5—800 см/с. движения в направлении «от себя» выполняются быстрее движений «к себе», зато движения «к себе» характеризуются большей точностью. Если требуется остановка объекта управления, направление движения рукоятки, рычага должно быть «к себе».

Вращательные движения встречаются при ручном регулировании. Они выполняются в 1,5 раза быстрее поступательных. Максимальная скорость вращения соответствует радиусам 30— 50 мм. для радиусов до 120 мм скорость поворота растет с уменьшением нагрузки. Максимальное рабочее пространство рук человека приближается к полусфере. Эллиптические в круговые движения рук обеспечивают наибольшую производительность труда. Правой рукой удобнее двигать в горизонтальной плоскости против часовой стрелки, левой — по часовой.

При удалении органов управления на расстояние более 15— 20 см в средней зоне и 30—40 см в крайних обеспечивается наивысшая скорость прицельных движений рук оператора.

Важной характеристикой является темп вращательных движений. Максимальное значение этой характеристики для ведущей (чаще правой) руки составляет 4,83 об/с, для неведущей примерно 4 об/с и приходится на рукоятки радиусом З см. для рукояток радиуса 24 см численное значение темпа уменьшается в два раза. Максимальное значение темпа нажимных движений составляет 5—6 нажимов/с. Нажимы, совершаемые в ответ на дискретные, отличные друг от друга, сигналы, должны следовать с интервалом не менее 0,5с с целью устранения задержки в реакции.

Усилие, развиваемое рукой, зависит от положения руки:

мгновенная сила притяжения к корпусу двумя руками достигает 10 Н; длительно действующая сила — до З Н; сила разгибания руки в крайних положениях — до 0,6 Н, согнутой под прямым углом — 1,4 Н; мгновенная сила сжатия кистью — 4 Н, длительно действующая сила — 1,2—1,5 Н.

Кисть в плоскости ладони может поворачиваться на 10°. в перпендикулярной плоскости—на 80° (в сторону ладони) и на 40° в противоположную сторону.

Физическая работа мышц разделяется на динамическую (мышцы растягиваются и сокращаются) и статическую (мышцы неподвижны). Статическая работа более утомительна.

Как только авиация перешла от простых визуальных полётов к приборному пилотированию в сложных метеоусловиях, при отсутствии видимости линии естественного горизонта и наземных ориентиров, очень остро встала проблема иллюзий в определении пилотом пространственного положения. И первые попытки научно исследовать подобные явления натолкнулись на серьёзные барьеры.
   Во-первых, в подавляющем большинстве случаев невозможно было получать достоверные описания оригинальных картин происшедшего. Специально ставившиеся эксперименты вызывали процесс лишь искусственно. Они могли довольно полно смоделировать психологический механизм «блуждания» пилота в пространстве, но на основные вопросы: а каков же механизм возникновения самого первого «расстройства», какой из факторов становится решающим «провокатором», как целенаправленно защищать от него пилота - отвечали лишь приближенно.

   Во-вторых, в тех - вероятно достаточно многочисленных - случаях, когда лётчик терял-таки из-за иллюзий в полёте пространственную ориентировку, получить достоверный материал для исследователей было весьма и весьма проблематичной задачей. Благополучно вышедший из такой ситуации летун, разумеется, не был заинтересован в том, чтобы подробно описывать все детали происшедшего, кому бы то ни было - за этим неизбежно последовали бы «оргвыводы» о степени его профессиональной пригодности. Если благополучного выхода в полёте из подобной усложнённой ситуации у пилота не находилось, то ожидать достоверного рассказа было вообще не от кого. Материалы же бортовых регистраторов и иных средств объективного контроля - какими бы совершенными они ни были - представления о механизме возникновения подобных процессов в принципе не могут дать, по ним можно констатировать только сам факт потери лётчиком представления о пространственном положении... Да и то - лишь предположительно, с той или иной степенью достоверности.

Проблема человеческого фактора в системе оператор-система управления - ЛА с учетом СОИ. Основные этапы переработки информации оператором.

Особенности деятельности человека-оператора с учетом СОИ.Для оптимизации СОИ большое значение имеет проблема моделирования поведения человека-оператора. В настоящее время разработано достаточное количество математических моделей поведения человека. В основном модели предназначаются для исследования систем человек — машина» в режиме регулирования (динамического звена)

Структура системы управления с человеком-оператором, работающим в замкнутом контуре управления,  приведена на рис.

Рис. 3 Структура системы управления с человеком оператором.

При выработке закона регулирования человек отслеживает входную величину по случайной траектории. Задачей математического описания действий человека является наиболее полная формализация и учет в модели преимуществ человека. Рассмотрим линейную непрерывную модель. В задачах с непрерывным ручным управлением действия человека, стремящегося совместить выходной сигнал х(i) с непрерывно изменяющимся входным сигналом х_о(i), можно описать линейными дифференциальными уравнениями. Правомочность этих выводов подтверждается такими фактами, как независимость переходной характеристики реакции человека от величины скачка входного сигнала  независимость частотных характеристик оператора от амплитуды входного сигнала. В режиме отслеживания действия оператора описываются линейной моделью вида

,                                (4)

соответственно операторы: характеризующий стабилизирующие свойства человека в системе, учитывающий естественную задержку реакции оператора, отражающий динамику нервно-мышечной системы человека.

Инерционность человека-оператора объясняется необходимостью обобщения информации, воспринимаемой человеком в СОИ. τ – величина чистого латентного запаздывания, определяется Тренированностью операторов. Для обученных операторов τ=(0,1-0,З)с. Нижний предел τ характерен для случаев, когда оператор имеет возможность использовать некоторое предсказание при непрерывно изменяющемся входном сигнале х₀(t). Верхний предел τ характерен для случаев скачкообразного изменения х₀(t). Если анализируется многократно изменяющаяся величина по повторяющемуся закону, τ уменьшается до значения 0,008 с.

Постоянная времени Т₂ увеличивается с усложнением законов изменения входных переменных х₀(t) и с ростом объема входной информации. Значение Т₂ определяется также и средствами отображения информации; чем совершеннее они, тем Т₂ меньше. Оператор (Т₁p+1) характеризует способность человека упреждать развитие процесса регулирования. Изменением постоянной Т₁ оператор стремится скомпенсировать инерционность объекта и собственную.

Конкретные значения параметров передаточной функции оператора можно указать только для определенных задач. На пример, для систем с входными сигналами, случайно повторяющимися, но непрерывно изменяющимися по регулярным законам (типа гармонического колебания при безынерционном объекте управления, поведение человека-оператора описывается упрощенной передаточной функцией

                                   (5)

Оператор справляется вплоть до частот f=2.5Гц при отслеживании случайных процессов.

Свойства системы управления определяются характеристика составляющих звеньев. Наибольшее значение оказывают динамические свойства человека. Динамические свойства одноконтурной системы управления определяются временем цикла регулирования, которое представляет собой время перевода объекта управления из исходного состояния в заданное. Время цикла регулирования составляет

  чел,                                      (6)

–время задержки сигнала в машинных звеньях системы;

–время реакции человека;

Основные этапы переработки информации оператором.

Этапы переработки информации человеком-оператором на ЛА, могут быть сведены к выполнению следующих операций:

–анализу и отбору поступающей информации;

–опознанию и обобщению информации:

–оценке степени приоритета;

–отфильтровыванию избыточной или устаревшей информации;

–уточнению и получению недостающих данных;

–вводу информации в систему и выдаче ее в линии связи:

–принятию решения;

управлению и контролю за работой аппаратуры.

Без направляющего участия человека процессы неизбежно отклоняются от норм, соответствующих интересам людей, только эволюция этих интересов человеком приводит к желательным изменениям. Человек поправляет машину, исходя из своих знаний, опыта, интуиции. Кроме того, человек и машина во многих случаях выступают как равноправные партнеры обмениваются данными и выполняют различные преобразования информации.

Сравнительно новой формой взаимодействия человека и ЛА, как с машиной, является диалоговая, основной идеей которой является распределение функций между человеком и машиной на основе взаимного дополнения и использования имуществ каждой стороны, осуществляемая с помощью средств общения (в первую очередь дисплеев). Диалог осуществляется в виде обмена текстовыми директивами в сообщениями

Поэтому ясно — человек является неустранимым звеном АСУ, и это порождает проблему согласования конструкций характеристик машин с возможностями человека. При решении этой проблемы должна быть достигнута оптимальность синтеза компонентов «человек — средства отображения — рабочая среда».

Информационная и концептуальная модели полета, неинструментальная информация. Ошибки оператора вследствие недостатков средств отображения информации. Оценка пропускной способности оператора.

Инструментальная и неинструментальная информация.

То, что в авиации называют образом полета, сопоставимо с понятием концептуальная модель. Это — базовый компонент психического отражения, сформированный в процессе обучения и профессиональной практики. Образ полета включает задачи и цели, стоящие перед летчиком, систему знаний об объекте управления, систему двигательных программ, реализуемых в полете. При выполнении конкретных действий в образе полета на первый план выступает (в зависимости от условий полета и цели, которую ставит летчик) один из трех компонентов: образ пространственного положения, чувство самолета, восприятие приборного отображения (или приборной модели). В летной практике для обозначения последнего компонента употребляют термин "образ вилки", т.е. расхождение между наличным и требуемым показателями. Для краткости иногда этим термином пользуемся и мы.

Рассмотрим подробнее каждый из компонентов образа полета.

Образ пространственного положения регулирует пространственную ориентацию летчика: осознание летчиком положения самолета в пространстве относительно плоскости земли. Для летчика, на которого действуют разнонаправленные ускорения, ориентировка в пространстве требует активной настройки сознания на постоянную интеллектуальную оценку информации. Это значит, что человек в полете должен получать и перерабатывать информацию, преследуя, кроме цели управления, еще и цель ориентировки в пространстве.

Ориентация в пространстве у человека выражается в способности воспринимать свое положение во внешнем мире: расстояние, на котором объекты внешнего мира расположены относительно друг друга и самого человека, направления, в котором они перемещаются (находятся), и, наконец, величины и формы объектов.

В авиационной практике понятие пространственной ориентировки обычно сводится к способности определять свое положение относительно вектора тяжести и различных объектов, находящихся на земле. Исходя из такого определения, большинство авиационных психофизиологов главное значение в ориентации придавали трем системам (триада ориентации): зрительный аппарат (а), лабиринтный аппарат стато–кинестетического анализатора (б), кинестезия (в).

для человека фундаментальной координатой, относительно которой строится образ пространства в целом, является направление силы земного притяжения. Отсюда, собственно, и проистекает закономерное возникновение у здорового человека нарушения афферентного синтеза неинструментальных сигналов, на основе которых формируется восприятие и представление пространственного положения (иллюзий). Причиной этому является подмена системы координат, связанной с направлением силы земного притяжения, результирующей силой перегрузки. Иначе говоря, человек в полете может результирующую силу перегрузки, направленную от головы к тазу, принять за точку опоры.

Классическим примером пространственной иллюзии служит смещение горизонта во время выполнения самолетом такой обычной фигуры, как вираж. В современном полете пилотажные сигналы в основном поступают от визуальных индикаторов и выдерживание режима полета определяется удержанием стрелок приборов в заданном положении. Но практика показывает, что процесс управления (эффективное и надежное пилотирование) невозможен без оценки пространственного положения. Летчик не может выполнять пилотирование, абстрагируясь от представления о перемещении самолета в пространстве, о положении его относительно трех осей и определенной местности.

При этом летчику желательно не только знать (на основании умственной оценки показаний приборов), но и необходимо наглядно представлять пространственное положение так, чтобы его представление соответствовало знанию о реальном положении самолета. Однако условия полета нередко не обеспечивают, скорее мешают этому соответствию; ощущения и восприятие противоречат интеллектуальной оценке, так что возникают затруднения в создании образа представления пространственного положения. В последнем случае требуется значительное волевое усилие и сознательная регуляция действия, направленная на преодоление невольного стремления пилотировать по "непосредственному впечатлению". Хотя именно интеллектуальная оценка дает объективное знание о пространственном положении, но для субъективной уверенности, способствующей надежности действий, необходимо соответствие субъективного ощущения объективному знанию.

Итак, особенности восприятия в полете обусловлены необычностью физических воздействий на человека, которые не соответствуют сложившейся на земле привычной схеме ориентировки (стереотипу). Возникающие в полете ускорения действуют на анализаторы человека, такие, как сила тяжести, но при этом они не являются постоянными ни по направлению, ни по величине, что нарушает естественную схему ориентирования. Возникает противоречие между визуальными и интероцептивными сигналами, между восприятием и мышлением, ощущением и мысленной оценкой положения тела летчика (и самолета) в пространстве.

Если это противоречие осознается, летчик усилием воли старается подавить ложные ощущения. Именно в данном случае действия должны регулироваться вербально–логическими (речемыслительными) процессами.

Для ориентировки в пространстве летчик должен целенаправленно отбирать информацию, активно использовать опыт предыдущих. визуальных полетов, осознанно формировать образ пространственного положения. Это — важнейшая специфическая особенность восприятия в полете, что означает, что летчик, решая сложную саму по себе задачу управления, одновременно выполняет целенаправленное действие — пространственную ориентировку. На земле последняя осуществляется автоматически, а в полете она невозможна без осознанного формирования наглядного образа, базового компонента образа полета. Именно этот компонент выполняет когнитивную функцию, обеспечивая общее представление об основных параметрах полета, об этапе полета, о степени приближения к цели. Адекватность предметного содержания этого компонента образа сохраняется через преодоление противоречивости поступающих к летчику сигналов: когда приборная информация противоречит непосредственным ощущениям положения тела. Отсюда включенность в содержание образа актуально осознаваемой цели: сохранить ориентацию при поступлении противоречивой информации.

Первый базовый компонент образа полета — образ пространственного положения — должен постоянно поддерживаться, видоизменяться соответственно эволюциям самолета, противостоять разрушительному влиянию неинструментальных сигналов, если они выдают информацию, противоречащую инструментальной. Обеспечивая общую ориентировку летчика, в том числе осознание глобальной цели полета, данный компонент образа играет все же вспомогательную роль в непосредственной регуляции управляющих движений. Функцию регуляции выполняет второй компонент образа — образ приборной модели.

Образ приборной модели — "приборный образ", "образ вилки" — это отражение рассогласований между заданным и текущим режимами полета, формируемое на основе восприятия информации о расхождении между заданным значением параметра полета и фактическим положением индекса. Этот образ регулирует моторный компонент действий, обеспечивая реализацию двигательной программы.

Специфическим содержанием обладает третий компонент образа полета — чувство самолета. Его формирование связано с поступлением неинструментальных сигналов: ускорений, вибраций, сопротивления органов управления, шумов и пр. Эти сигналы играют сложную и противоречивую роль. Во–первых, они относятся к так называемым отрицательным факторам полета, выступая как неприятные, иногда — вредные для организма физические воздействия. Во–вторых, они могут неправильно интерпретироваться летчиком и служить причиной ошибочных решений. Однако они очень важны для ощущения летчиком своей слитности с самолетом, которая помогает упреждать изменения его положения, обеспечивает экономный способ выполнения движения и, кроме того, создает общий положительный эмоциональный фон деятельности летчика.

Роль мышечного чувства, по–видимому, связана с тем, что мышечные рецепторы по сложности своей организации и функциям приближаются к рецепторам самых сложных органов чувств — глаза и уха. Основные мышечные веретена связаны не только с толстыми афферентными нервными волокнами, но еще и с такими, которые оказались эфферентными путями. Это значит, что при растяжении веретен (порог 1—2г) импульс проходит одновременно к сократительным волокнам и к проприоцепторам, т.е. возбуждение проводится по двум эфферентным путям, из которых один ведет к мышечным волокнам, определяющим сократительную функцию, а другой — к рецепторным аппаратам кинестетического анализатора.

Чувство самолета — это своеобразное сращивание человека с самолетом, которое позволяет физически ощущать движения самолета, способность человека к правильному и чуткому восприятию и подсознательному выбору всех важных для управления самолетом сенсорных раздражителей и к успешным реакциям на них движениями органов управления. Вот как оценивается роль чувства самолета, или летного чувства, авиационным психологом Э. Гератеволем: «Необходимая для управления самолетом координация движений осуществляется не столько продуманно и осознанно, сколько с помощью чувствительной связи с машиной и приспособлением полета к естественной закономерности полета. Эта "естественная закономерность" может передать впечатлительным натурам такие своеобразные и исключительно живые эстетические переживания, которые могут превратить полет в эмоциональное событие и даже страсть». Мышечное чувство, чувство давления, возникающие при изменении положения самолета, позволяют непосредственно оценивать, поднимается или, наоборот, опускается нос самолета так, как требуется при взлете или посадке; летчик чувствует, готов ли самолет сесть или взлететь на основании комплексного чувства самолета, и это помогает ему выполнить не только своевременные, но и — что особенно важно — упреждающие движения. В формировании и функционировании чувства самолета играют роль и тактильное восприятие кожей, и более глубокое восприятие за счет мышечного чувства. Если машина испытывает крен, то перемещение давления в мышцах воспринимается точнее и быстрее, чем раздражение рецепторов силы тяжести (отолитов). Восприятие давления и мышечное чувство дают возможность судить о правильности угла крена при развороте. При активных движениях тактильное ощущение, связанное с органами управления, основывается на ощущениях давления и мышечном чувстве.

Итак, образ полета — подвижная, динамическая, изменчивая структура. Компоненты образа вступают между собой в сложные, подчас противоречивые взаимоотношения. Сенсорно–перцептивное наполнение свойственно преимущественно образу пространственного положения и чувству самолета; моторная регуляция осуществляется на основе чувства самолета и приборного образа (образа вилки). Эффективность регуляции действий на основе чувства самолета связана с осознанием сигнальной значимости ощущений, включенных в данный компонент образа. Преобладание образа приборов как регулятора моторных действий способствует автоматизации действий и, следовательно, фиксации функциональной деформации образа, что может привести к снижению надежности системы "летчик—самолет". Осознание летчиком актуальной значимости образа пространственного положения — одно из необходимых условий сохранения надежности действий в любых ситуациях пилотирования.

Компоновка авиационных эргатических комплексов. Особенности, факторы и виды компоновки.

Авиационные эргатические системы относятся к классу больших эргатических систем, для которых характерно наличие совокупности взаимосвязанных управляемых подсистем, объединенных общей целью функционирования. Согласно определению система является большой с точки зрения оператора, если она превосходит его возможности в каком-либо аспекте, важном для достижения поставленной перед ним цели.

Компоновка эргатической системы является важным этапом ее проектирования, во многом определяющим ее рациональную органи­зацию.

Рациональная компоновка больших эргатических систем является достаточно сложной задачей, при решении которой должны учитываться многочисленные независимые, иногда противоречивые факторы и тре­бования, вследствие чего она относится к классу задач многофакторной оптимизации.

Основной задачей компоновки является создание оператору усло­вий, необходимых для эффективного выполнения эксплуатационных задач, при сохранении достаточно высокого уровня безопасности работы.

Рациональная организация авиационной эргатической системы затруднена из-за:

·       весьма ограниченных размеров кабин экипажа;

·       большого количества средств отображения информации и средств управления, устанавливаемых на рабочих местах членов экипажа;

·       недостатка места, особенно в наилучших по досягаемости и обзору зонах, приводящего к невозможности разместить все необходимое оборудование в этих зонах;

·       быстротечности процессов управления и как следствие этого — дефицита времени у экипажа на выполнение операций управления и контроля;

·       невозможности "остановить" рабочий процесс в случае отказа техники;

работы члена экипажа одновременно обеими руками с разными объектами управления;

·       необходимости быстрого включения члена экипажа в контур управ­ления при отказах или отключениях автоматики.

Связь компоновки с безопасностью полета достаточно ясна: она особенно проявляется при дефиците времени, в аварийных ситуациях.

Не говоря уже о роли унификации компоновки в выработке и сохранении  стереотипов  действий — определенных навыков управления и контроля при переходе экипажа от управления самолетом одного типа к другому, можно указать следующие  правила компоновки, выпол­нение которых непосредственно влияет на безопасность полета:

·       рациональная компоновка группы основных пилотажно-навигационных индикаторов должна обеспечивать минимальные углы (марш­рут) переноса взгляда пилота на наиболее напряженных этапах полета и единообразное их размещение в группе;

·       резервный авиагоризонт на самолетах с двумя пилотами следует размещать в непосредственной близости от основного индикатора или так, чтобы обеспечить возможность контроля его показаний обоим пилотам;

·       органы управления следует группировать и размещать с учетом тре­бований мнемоники;

·       органы управления, случайное включение или выключение которых может привести к аварийной ситуации, должны иметь фиксаторы, пре­дохранительные устройства, блокировку и т.п.;

·       запрещается размещать рядом органы управления, используемые в каждом полете и при аварийной ситуации.

Компоновка   эргатической   системы   хотя   и  имеет  специфические особенности,  но так же, как и проектирование ЛА в целом и его сис­тем, обычно состоит из двух стадий.

На первой стадии компоновки проектируемый объект (кабина, рабочее место) рассматривают как элемент (подсистему) системы более высокого ранга (уровня), т.е. акцентируют внимание на связях проектируемого объекта с этой системой.

Необходимость этой стадии при проектировании вытекает из тре­бований системного подхода, в соответствии с которым любой объект (система) разрабатывается и компонуется прежде всего в интересах достижения целей того комплекса, в который он входит как составная часть (подсистема).

На второй стадии компоновки рассматривают внутреннюю струк­туру проектируемого объекта, выявляют его составные части и связи между ними.

Цели этой стадии компоновки являются подчиненными по отно­шению к первой и заключаются в нахождении такого местоположения компонуемого объекта (параметра), которое обеспечивало бы его эффективное использование в составе системы более высокого уровня.

Отсюда можно заключить, что все средства, компонуемые на рабочих местах экипажа, следует рассматривать как комплекс, состоящий из двух иерархических систем: системы средств отображения информации и системы органов управления, в которых каждому из объектов в за­висимости от его места в общей структуре предписан определенный уровень иерархии, такой, что уровнем ниже располагаются все компо­нуемые объекты, являющиеся составными частями данного объекта, а уровнем выше — объект, в который компонуемый объект входит как составная часть.

Такой подход можно рассматривать как структурную иерархию построения комплекса систем отображения информации и органов управления (КСОИ-ОУ).

В частности, применительно к структуре системы отображения информации такими иерархическими уровнями являются:

·       система отображения информации экипажу ЛА;

·       система отображения информации данному члену экипажа;

·       подсистема или группа средств отображения информации (индика­торов, сигнализаторов), относящихся к одной функциональной систе­ме, мнемосхема;

·       отдельный   индикатор    (комплексный   или   комбинированный);

·       указатель параметра.

Таким образом, в зависимости от состава экипажа и вида средств структура системы отображения информации ЛА может быть трех-, четырех- или пятиуровневой.

ВИДЫ   И  ФАКТОРЫ   КОМПОНОВКИ.

Применительно к компоновке рабочих мест экипажа изложенный выше общий подход позволяет выделить три вида компоновки, отли­чающихся между собой масштабами объектов компоновки (площадями и объемами организуемого пространства), а также принципами ком­поновки:

·       компоновка рабочих мест членов экипажа в кабине, в результате которой устанавливают взаимное размещение рабочих мест, а также расположение их относительно направления полета;

·       компоновка рабочего места члена экипажа — его приборной доски и пультов кабины (бортовых, потолочных, центрального), представляющая собой процесс размещения средств отображения информации и средств управления на рабочем месте;

·       компоновка в пределах одного многофункционального экранного (или комбинированного) индикатора, мнемоиндикатора или пульта (щитка) управления, одной мнемосхемы, сводящаяся к взаимному размещению шкал и указателей отдельных параметров на лицевой части индикатора, расположению сигнальных устройств (светосигнализаторов, бленкеров), органов управления (тумблеров, кнопок, клавиш и т. п.) на пульте управления или на мнемосхеме или, наконец, органов управления на комбинированных рычагах (штурвале).

Таким образом, первый вид компоновки представляет собой разме­щение членов экипажа в кабине — размещение активной части эргатической системы, а второй и третий виды компоновки связаны с проек­тированием технических средств.

Если компоновка первого вида является в основном объемной задачей, то при компоновке второго вида в первую очередь приходится решать задачу на плоскости (хотя при компоновке также учитывают длину средств СОИ-ОУ), а компоновка третьего вида, например лицевой части экранного индикатора, представляет собой исключительно плос­кую задачу.

Компоновку второго вида (технических устройств) обычно назы­вают "внешней", а компоновку третьего вида (в пределах одного уст­ройства) — "внутренней".

При проектировании эргатических систем экипаж - ЛА - среда приходится иметь дело со всеми указанными видами компоновки, причем учет их тесной взаимосвязи и взаимообусловленности является условием реализации системного подхода, обеспечивающего рациональ­ную компоновку. Все виды компоновки должны быть увязаны друг с другом, хотя они выполняются разными бригадами в ОКБ или разными ОКБ (например, разработка пультов управления систем).

С  другой  стороны, рациональная   компоновка  эргатической сис­темы может быть достигнута лишь при реализации рациональной компо­новки каждого вида для всех относящихся к нему элементов.

Разделение компоновки на три вида отражает объективно сущест­вующую иерархическую структуру, которая проявляется и в последова­тельности выполнения компоновки, и в связях, существующих между отдельными ее видами.

Характерной особенностью всех видов компоновки является не только единый системный подход, но и единый исходный, принцип компоновки: общий эргономический принцип максимального сниже­ния трудоемкости процессов контроля и управления.

Общими факторами, влияющими на все виды компоновки, яв­ляются:

·       геометрические параметры (соответственно кабины экипажа, рабо­чего места, индикатора или пульта);

·       состав (соответственно экипажа, КСОИ-ОУ, индицируемых парамет­ров или органов управления);

·       принципы компоновки.

В табл. 1 эти факторы конкретизированы для каждого вида ком­поновки.

Основные параметры СОИ: информационная емкость, быстродействие, изобразительная возможность, достоверность отображения, точность воспроизведения, надежность, мощностные, стоимостные и другие показатели.

В зависимости от условий работы, области применения и кон­кретного назначения СОИ и УОИ бывают универсальными или специализированными; работают в ускоренном, реальном или за­медленном масштабе времени; выдают информацию отдельным лицам, группам или коллективу пользователей; обладают возмож­ностью ведения диалога или нет; имеют с ЭВМ непосредственную связь или дистанционную; обеспечивают непосредственное ото­бражение информации или через промежуточный носитель; осу­ществляют вычислительные операции или нет; имеют внутреннюю память или нет; обладают определенными, операционными воз­можностями—выделение (отметка) части изображения, снятие отметок, стирание всего изображения или выборочное, указание на экране точки для записи изображения, вычерчивание линий, ввод и редактирование текста наложение одного вида информа­ции на другой и так далее. В зависимости от требований, предъявляемых к параметрам, которые определяются сложностью задач, выполняемых УОИ, работающих с ЭВМ, разделяют на три категории. Для каждой из категорий задаются соответственно высшие и низшие значения параметров. К основ­ным характеристикам УОИ кроме рассмотренных выше относят быстродействие, точность, информационную емкость, разрешаю­щую способность и надежность.

Быстродействие УОИ. Характеризует максимально возможный темп приема, отображениями смены информации. Одна из ха­рактеристик быстродействия УОИ — время воспроизведения зна­ка, измеряемое от момента поступления кодовой посылки до мо­мента полного образования знака в заданном месте экрана. Время воспроизведения знака составляет единицы и десятки микросекунд для устройств первой категории и десятки миллисекунд для уст­ройств третьей категории и зависит от типа УОИ, схемных реше­ний, элементов, применяемых в схеме, и вида индикаторных элементов. Оно связано со временем, отводимым на формирование и смену кадра. В устройствах отображения информации, позво­ляющих наблюдать за событиями в реальном масштабе времени, время воспроизведения кадра не превышает 20—30 мс. Такое вре­мя воспроизведения кадра свойственно в основном устройствам индивидуального пользования на ЭЛТ и обеспечивает отображе­ние информации без мелькания кадров.

Быстродействие систем отображения характеризуется време­нем вызова и временем обновления данных. Под временем вы­зова понимают время, измеряемое с момента подачи команды на отображение нужной информации до момента воспроизведе­ния ее УОИ. Это время определяется в основном временем вы­борки требуемой информации из памяти ЭВМ и временем вос­произведения ее на УОИ. Желательно, чтобы время вызова не превосходило 2—3 с. В противном случае ухудшаются условия оперативного принятия решения оператором. Кроме того, при уве­личении времени вызова значительно повышается вероятность того, что оператор может забыть, какие данные он запросил.

Точность. Воспроизводимая устройством отображения инфор­мация должна соответствовать входным данным. Точность вос­произведения информации должна быть не ниже точности обра­ботки ее техническими средствами, обеспечивающими ввод вход­ных данных. Особо высокие требования предъявляются, как пра­вило, к точности устройств индивидуального пользования, исполь­зуемых для количественной оценки информации, точных расче­тов, точных графических построений и т. п.

Так как точность считывания информации в значительной степени зависит от оператора, то требования, предъявляемые к точности УОИ, должны согласовываться с конкретными зада­чами, решаемыми системами, и возможностями оператора. Ис­ходя из этого, в устройствах, где информация в основном оце­нивается качественно, например, у многих УОИ коллективного пользования, требования к точности отображения менее жесткие.

Для УОИ свойственны систематические и случайные погреш­ности при отображении информации. Систематические по­грешности в большинстве случаев могут либо устраняться, либо учитываться с помощью поправочных таблиц и графиков. Случайные погрешности вызваны воздействием различных случайных факторов и исключить их невозможно.

Информационная емкость УОИ. Под информационной емкостью УОИ понимают максимальное количество информации, которое может быть на нем отображено. Значение информа­ционной емкости УОИ зависит от количества позиций в нем и числа символов в алфавите, закрепленном за позицией.

Если в УОИ для любой из позиций информационного поля используются алфавиты с одинаковым чис­лом символов, то информационная емкость (бит)

I_и=n Iog₂ m,                                                 (1)

где n — количество позиций, которые могут занимать в пределах информационного поля элементы отображения; m — число состоя­ний, в которых может находиться каждый элемент (длина алфа­вита).

Если в УОИ информационные поля используют алфавиты с различным числом символов, закрепленные за определенными группами позиций, то информационная емкость (бит)

I_и=Σn_ilog₂m_i, i=1..M,                                        (2)

Где М — число различных алфавитов, используемых в данном ин­формационном поле; n_i — число позиций, занимаемых символами i-гo алфавита; m_i— длина i-гo алфавита.

Количество информации, воспроизводимой УОИ, обычно не равно информационной емкости. Равенство возможно лишь в слу­чае, если для любой позиции информационного поля равновероят­но появление любого из символов алфавита, относящегося к ней.

Если появление символов алфавита длиной m равновероятно для любой из n позиций информационного поля, то количество отображаемой информации (бит)

I = -nSP_jlog2P_j, j=1..m,                                            (3)

где Р_j — вероятность появления j-го символа.

В случае, когда алфавиты различны для разных групп позиций, соотношение (3) принимает следующий вид

I=-Sn_iSP_jlog₂P_j.                                                (4)

Формулы (3) и (4) не учитывают статистических связей между появлением различных символов алфавита.

В ряде случаев пользуются понятием удельной информационной емкости I_ио, под которой понимают количество информации, приходящейся на единицу площади экрана. Информационная емкость экрана

I_и=I_иоS,                                                          (5)

где S — площадь экрана.

Рассмотрим примеры оценки информационной емкости:

а)   на экране УОИ    построчно  в  виде  текста    отображается  информация. Всего на экране помещается n=10³ знаков, причем алфавит содержит 32 рус­ские буквы, 10 арабских цифр, 5 арифметических знаков, и  13 знаков препинания. Информационная емкость экрана (бит)

I_и=10³log₂60 = 5,907*10³;

б)   число точек, образующих полный растр изображения на экране ЭЛТ, л=5*10⁵. Оператор различает восемь ступеней яркости изображения. Информа­ционная емкость экрана (бит)

I_и = 5*10⁵log₂8=15*10⁵.

Для обзорных экранов коллективного пользования число зна­ков N₃, отображаемых на квадратном экране со стороной L, может быть ориентировочно определено по формуле

N₃=(D/L)^-2*10⁵,                                                  (6)

где D — расстояние считывания.

Зависимость N₃=f(D/L) показана на рис. 1. Предполагает­ся, что оператор, занимая фиксированное положение, может без напряжения рассматривать экран, угловой размер которого 50°. Из соотношения (6) следует, что при L=D объем информации на экране N_з=l0⁵ знаков, что соответствует относительному размеру символа 1:300. Такой объем информации на экране позволяет ре­шать любые задачи, предъявляемые к УОИ при его работе в слож­ной системе.

Разрешающая способность УОИ. Это один из важнейших пока­зателей его эффективности и характеризует способность устройст­ва воспроизводить мелкие детали. В качестве количественной меры разрешающей способности используют число телевизионных линий либо число пар оптических линий (линия-промежуток), приходя­щихся на 1 мм или 1 см. Разрешающая способность связана с остротой зрения. Если разрешающая

Рис. 1. Зависимость числа знаков от отношения расстояния считывания к стороне квадратного экрана.

способность устройства ото­бражения чрезмерно высока, то оператор не сможет воспринимать многие детали изображения, в то время как сложность УОИ будет большой. С другой стороны, низкая разрешающая способность ограничивает возможности воспроизведения большого количества информации и повышения точности устройства.

Правильность решений оператора в значительной степени зави­сит от полноты и достоверности полученной информации.

Надежность УОИ. Эффективность использования сложной си­стемы существенно зависит от надежности УОИ. В качестве коли­чественных характеристик надежности УОИ используют вероят­ность безотказной работы, интенсивность отказов, среднее время безотказной работы, частоту отказов, наработку на отказ и т. д. Очевидно, эти характеристики могут использоваться в предполо­жении, что УОИ должны находиться либо в работоспособном со­стоянии, либо в состоянии полного отказа, т. е. они рассматрива­ются как простые системы.

Однако в большинстве случаев УОИ при отказе одного или не­скольких элементов продолжают функционировать, отображая информацию в полном объеме или частично (это связано с их струк­турной избыточностью) непосредственно для человека, считываю­щего и использующего ее для решения конкретных задач.

Биметаллические пластины (рис.2), используемые в качестве чувствительного элемента биметаллического термометра (БТ), состоят из двух примерно одинаковых по толщине пластинок металлов или сплавов с различными температурными коэффициентами линейного расширения. При изменении температуры такой пластины она изгибается в сторону материала с меньшим коэффициентом линейного расширения.

При жестком креплении одного конца пластины перемещение ее другого конца вследствие изгиба передается с помощью системы ры­чагов на указатель и служит мерой изменения температуры.

Для закрепленной с одного конца биметаллической пластины длиной l и толщиной s перемещение А, ее ненагруженного конца при измене­нии температуры пластины от t₁ до t₂ определится выражением

А = ζl²(t₁-t₂)/s , (1)

где ζ — удельный изгиб пластины, зависящий в основном от разности коэффициентов линейного расширения использованных металлов;

Подключение к этому концу пластины какого-либо механизма для перемещения стрелки по шкале БТ приводит к возникновению силы F, противодействующей перемещению и частично подавляющей перемещение на величину А. Такая противодействующая сила определится выражением

, (2)

где  b – ширина пластины; Е – модуль упругости.

Очевидно, что выражения (1) и (2) справедливы только в том интервале температур, в котором оба, используемых металла обладают упругой деформацией. Это обстоятель­ство определяет принципиальные температурные границы применимости БТ. Подбором специальных сплавов удается создать БТ с рабочим диапазоном температур от -100 до 600 °С.

Биметаллические термометры применяются в качестве элементов компенсации температурных погрешностей приборов, а также для измерения температуры в тех случаях, где необходимы надежные не дистанционные приборы.

Биметаллические термометры основаны на принципе прямого преобразования сигналов и для него справедлива структурная схема (рис.3).

y – деформация элемента, l - передаточная характеристика;

j – угол отклонения стрелки.

Передаточная функция равна:      

Для увеличения длины пластины при сохранении малых габаритов чувствительно­го элемента его выполняют в виде спирали. В этом случае изменение температуры от t₁ до t₂ вызывает поворот ненагруженного конца спирали на угол у.

Если чувствительный элемент БТ не предназначен для работы в агрессивных средах, то он не требует защитного кожуха, и в этом случае термометры такого типа обладают сравнительно небольшой термической инерцией.

Наибольшее распространение БТ получили для авто­матического регулирования. В этом случае чувствительный элемент приводит в действие систему управления контактами реле. Основная погрешность БТ составляет 1,0-1,5 %, а в области повышен­ных температур — до 3 % диапазона измерения. Градуировочные характеристики БТ близки к линейным. Однако чувствительные элементы термометров не взаимозаменяемы и приборы требуют индивидуальной градуировки. Она может осуществляться в термостатах путем сравнения с показаниями соответствующего образцового средства измерений.

Термоэлектрические термометры. Принцип действия термопары. Область применения. Основные разновидности термометров, применяемых в авиации. Электрические схемы. Особенности конструкции датчика, указателя, сопряжение с каналом связи. Иллюстрация аддитивной и мультипликативной погрешностей и методы их компенсации.

Термоэлектрические термометры в авиации используются в основном для измерения температуры отдельных частей силовых установок и газовых потоков, выходящих из реактивного сопла двигателя. Принцип действия термоэлектрического термометра основан на использовании термоэлектрического эффекта.

Явление термоэлектричества  заключается в возникновении термоэлектродвижущей силы (термоЭДС) в спае двух проводников из двух разнородных токопроводящих материалов при наличии разности температур места соединения проводников и их свободных концов.

Сплавы: ХК – хромель-капель, ХА – хромель-алюмель, НЖ-СК – никель железо - спец. алюмель, НК-СА – никель кобальт – спец. алюмель.

В обоих спаях возникает одинаковая по величин, но обратная по знаку контактная разность потенциалов, причем суммарная термоЭДС в замкнутой цепи равна нулю. При нагреве одного из спаев до температуры t_ГС электроны на горячем конце приобретут более высокие энергии и скорости, чем на холодном. Возникающие в результате этого потоки электронов и связанные с ними накопления зарядов приводят к тому, что контактная разность потенциалов в нагретом спае, увеличивается, а в холодном остается прежней. В результат возникает термоЭДС, зависящая от разности температур t_ГС – t_ХС. В цепи потечет ток. Направление тока зависит только от материала термоэлектродов. Условились называть положительным тот электрод, по направлению к которому течет ток через горячий спай (положительный - А).

Для большинства термопар контактные ЭДС возникают при любых температурах и являются их линейными функциями, так что можно принять

Таким образом, измеряя термоЭДС, развиваемую термопарой, можно определить температуру горячего спая. В этом и состоит принцип действия термоэлектрических термометров.

Электродвижущую силу, развиваемую термопарой,можно измерить с помощью гальванометра или компенсационным методом (логометром).

По своему назначению авиационные термоэлектрические термометры можно разделить на три группы.

К первой группе относятся термометры типа ТВГ, ИТГ и ТСТ, служащие для измерения температуры выходящих газов турбореактивных, турбовинтовых авиационных двигателей и турбостартеров.

Ко второй группе относятся термометры типа ТЦТ, измеряющие температуру головок цилиндров поршневых двигателей и других твердых тел.

В третью группу объединяются измерительные системы типа ИТ, ИА, предназначенные для измерения температуры газов, выходящих из реактивного сопла двигателе и турбин низкого и высокого давления.

Температура чувствительного элемента может быть равна температуре окружающей среды или от нее отличаться, это зависит от формы материала и расположения ч.э. Любой ч.э. искажает инфу, и это происходит за счет передачи тепловой энергии через различные устройства. При измерении температуры выходных газов имеющих большие скорости особое значение приобретает переход тепловой энергии в местах торможения газового потока. В этих местах т-ра термоприемника может значительно отличаться от температуры потока. Это вызвано преобразованием кинетической энергии газового потока в потенциальную, что приводит к увеличению температуры. Степень отклонения т-ры ч.э. определяется рядом параметров.

где Т_Т – температура торможения газового потока

Т – истинная температура; V – скорость газового потока; r – коэффициент торможения; I – механический эквивалент температуры; Cp – теплоемкость измеряемого потока.

В идеальном случае r=0.98, r=1 невозможно при V≥300 м/с

Механическим и электрическим датчикам температуры, соприкасающимся со средой, температура которой измеряется, свойственны следующие методические погрешности.

1.         Погрешность из-за потерь от теплоизлучения и теплопроводности. Эта погрешность обусловлена тем, что температура стенок трубопровода отличается от измеряемой температуры газа или жидкости, текущих по этому трубопроводу. В результате наряду с полезным теплообменом между датчиком и стенками трубопровода вследствие лучеиспускания и теплопроводности.

2.         Погрешность от неполного торможения газового потока. В термометрах, предназначенных для измерения истинной температуры Т встречного потока воздуха, возникает погрешность, причиной которой является повышение температуры датчика из-за перехода в тепло кинетической энергии потока воздуха при его торможении датчиком.

3.         Динамическая погрешность. Эта погрешность обусловлена тем, что тепло передается от среды к чувствительному элементу с некоторым запаздыванием вследствие конечной скорости передачи тепла, зависящей от материала, массы и поверхности термопатрона.

Терморезистивные преобразователи. Принцип действия. Основные разновидности терморезисторов, применяемые в авиации. Математические модели в статике и динамике.Особенности конструкции датчика.

Электрические термометры сопротивления применяются в авиации для измерения температуры масла и воздуха внутри и снаружи кабин, они основаны на изменение сопротивления или проводимости от температуры.

Для металлов обычно принимают, что сопротивление является линейной функцией температуры, т.е.

,

где R и R₀ – сопротивления, соответствующие температурам θ и θ₀; α– тем­пературный коэффициент сопротивления.

Для температур ниже 0°С справедливо соотношение:

.

Уравнение (20) справедливо при малых отклонениях температуры.

На рис.7. приведены функции R/R₂₀ =f(q) для меди, никеля, платины и полу­проводников.

Материалы, предназначенные для теплочувствительного элемента, должны удовлетворять ряду требований: иметь стабильную и хорошо воспроизводимую монотонную зависимость сопротивления от температуры и достаточно высокое значение ТКС, определяемого выражением:

их физические и химические свойства    должны ос­таваться стабильными во времени в рабочем диа­пазоне температур. Не должны быть чувствитель­ными к изменениям других внешних параметров, таких как давление, влажность, напряжённость магнитного поля, загрязнение и др.

Полупроводниковые преобразователи (термисторы)

Для всех полупроводников характерна высокая чувствительность сопротивления к температуре, на порядок и более превышающая чувствительность металлов.

Термисторы широко используются для измерения температур в диапазоне (–100  +300) °С. Исходными материалами для изготовления термисторов служат смеси оксидов никеля, марганца, меди, кобальта, которые смешивают со специальным веществом в нужном соотношении; прессованием им придают необходимую форму, их спекают при температуре, близкой к температуре плавления используемых оксидов.

Зависимость сопротивления термисторов от температуры описывается выражением:

где R₀ – сопротивление термистора при Т=273°, T=273°+θ – абсолютная температура; B – постоянная материала.

1. Теплоёмкость терморезистора (С) – количество тепла, которое может аккумулировать терморезистор при изменении его температуры на 1 °С:

,

где W_T– тепло, выделенное в теле терморезистора; W_α– тепло, рассеянное в окружающую среду. Соднозначно определяется температурой терморезистора и численно равна энергии, которую необходимо сообщить терморезистору, чтобы изменить его температуру на 1°С.

2. Динамический коэффициент рассеяния мощности к_Д:

где ; k_Д - определяется температурой терморезистора Т, температурой окружающей среды θ и зависит от термодинамических свойств последней, площади и природы поверхности терморезистора.

3. Тепловая постоянная времени τ:

4. Электрическая постоянная времени терморезистора τ_e характеризует скорость изменения тока и напряжения в процессе их установления. Электрическая постоянная времени τ_eсвязана с тепловой постоянной времени τ и динамическим множителем D соотношением:

5. Динамический множитель:

 или 

В качестве измерительной схемы используется схема с логометрическим указателем.

Особенности устройства терморезисторного термометра ТНВ-15. Для измерения температуры наружного воздуха используется термометр ТНВ-15 с проволочным термопреопреобразователем П-5. Его теплочувствительный элемент 1 (рис.9) размещается в корпусе, внутренний канал которого расточен по профилю сопла Лаваля 2. Корпус, в свою очередь, крепится к основанию 4 с помощью полого откоса 3. Внутри откоса размещён подгоночный резистор 5 из манганита. Термопреобразователь П-5 устанавливается на борту самолёта так, чтобы продольная ось его корпуса совпадала с направлением набегающего потока воздуха.

Рис.1 Устройства терморезисторного термометра ТНВ-15:

1 – теплочувствительный элемент; 2 – внутренний канал корпуса; 3 – полый откос; 4 – основание; 5 – подгоночный резистор.

Принципиальная электрическая схема термометра ТНВ-15 показана на рис.2. Это четырёхплечий неуравновешенный мост с магнитоэлектрическим логометром. Примененный логометр с подвижными рамками имеет увеличенный размах шкалы термометра, однако ему свойственен ряд недостатков, связанных с малой вибропрочностью и сложностью конструкции подвижной системы. К одной из диагоналей которого подается питание от сети постоянного тока 27 В. Во вторую диагональ включены две рамки логометра.

Сопротивления R_l, R₂, R₄, R₆, R₉, R₁₀ выполнены из манганина, сопротивления R₃, R₅, служащие для температурной компенсации, — из меди.

Равновесие моста обусловлено равенством

R₉R₄=(R₁₁+R₁₀)(R₂+R₃).

В этом случае в рамках логометра протекают равные по вели­чине токи. Взаимодействуя с неравномерным полем постоянного магнита логометра, рамки устанавливают подвижную систему и стрелку указателя против среднего деления шкалы.

Рис.2. Принципиальная электрическая схема термометра ТНВ-15

При любом другом значении температуры сопротивление приемника имеет определенную величину, равновесие моста нарушается, изменяется соотношение токов в рамках, причем каждому отношению токов соответствует единственное положение подвижной системы.

Диапазон измерения температуры ТНВ-15 от -60 °С до +150 °С с показывающим прибором ТНВ-1. Основная погрешность измерения температуры на рабочем участке диапазона измерения приборов не превышает 4 °С. 

Канал измерения угловой скорости. Приборы и датчики угловой скорости. Назначение принцип действия измерителей угловой скорости.

Угловая скорость вращения силовой установки один из важнейших параметров характеризующих ее мощность или тягу. Регулирование осуществляется по числу оборотов.

Приборы, предназначенные для измерения частоты вращения, называются тахометрами.

Наибольшее распространение получили следующие методы измерения частоты вращения по принципу действия чувствительного элемента ЧЭ:

- центробежные, в которых ЧЭ реагирует на центробежную силу, развиваемую неуравновешенными массами при вращении вала (инерционные массы по радиусу, кольцевые);

Электрические тахометры

- магнитоиндукционные, основанные на зависимости наводимых в металлическом теле вихревых токов от частоты вращения;

- электрические постоянного, переменного или импульсного тока, основанные на зависимости генерируемого напряжения от частоты вращения;

- фотоэлектрические, основанные на модуляции светового потока вращающимися элементами и др.

- емкостные

- магнитоэлекрические

Рис.1 а – конический тахометр; б – кольцевой тахометр; 1- муфта; 2- пружина

В коническом тахометре на шарнирах, вращающихся вместе с осью, установлены грузы m, которые под действием центробежных сил расходятся, перемещая вдоль оси муфту 1 и сжимая пружину 2. Если обозначить у - перемещение муфты и у₀ - начальную длину пружины (при =0), то зависимость у от угловой скорости  будет

Где S- чувствительность прибора, зависящая от числа грузов, массы груза, радиуса муфты и коэффициента жесткости пружины.

В кольцевом тахометре при не вращающейся оси (=0) плоскость кольца наклонена по отношению к оси на угол (схема 1 б). При вращении оси кольцо стремиться занять положение, перпендикулярное оси вращения, однако этому препятствует пружина 2. Перемещению муфты 1 пропорционально приращению угла отклонения кольца

где S - чувствительность кольцевого тахометра, зависящая от массы и радиуса кольца, и коэффициента жесткости пружины.

Магнитоиндукционные тахометры бывают двух типов: с цилиндрическим ЧЭ (рис.2 а) и с дисковым ЧЭ (рис. 2 б).

Рис. 2 а – тахометр с полым цилиндром; б – тахометр с диском; 1 – магнит; 2 – чувствительный элемент; 3 – термомагнитный шунт; 4 – магнитопровод.

Электрические тахометры постоянного тока (рис. 3) включают тахогенератор постоянного тока и гальванометр.

Рис. 3.  а – тахогенератор ; б – тахометр постоянного тока: 1 – магниты; 2 – обмотка якоря; 3 – коллектор.