Многодиапазонная система наблюдения для вертолётов

В НИЛ "Радиотехнических устройств СВЧ и КВЧ диапазона" Белорусского Государственного Университета Информатики и Радиоэлектроники, совместно с ОАО "Пеленг" (Минск), ГП "Арсенал" (Киев) была разработана многодиапазонная система наблюдения для вертолётов, а также изготовлен экпериментальный образец. Рассмотрим особенности данной системы.

Многодиапазонная система наведения (МСН) предназначена для:

• поиска и спасения людей, терпящих бедствие и в чрезвычайных ситуациях;
• обнаружение и распознавание неподвижных и движущихся объектов;
• контроля;
• за состоянием магистральных и газо-нефтепроводов;
• контроля энергосистем и предупреждение неисправностей и аварий;
• полицейского патрулирования и борьбы с терроризмом;
• охраны государственных границ на суше, на воде и в воздушном пространстве;
• противопожарного патрулирования лесных массивов и торфяников.
• высокоточное следящее измерение угловых координат, дальности и относительной радиальной скорости.

В МСН реализуется современный комплексный подход к одновременному решению задач обнаружения и наблюдения в радиолокационном и оптическом диапазонах. Основными достоинствами МСН является:

• наличие не менее двух каналов, обеспечивающих изображение наблюдаемых объектов в различных спектральных диапазонах, повышающих надёжность наблюдения и распознавание малогабаритных объектов в сложных метеоусловиях;
• возможность существенного расширения погодных и суточных условий эксплуатации за счёт оптимального выбора каналов и режимов наблюдения;
• относительно невысокие массогабаритные характеристики.

Состав и принципы работы МСН

1) 3 mm РЛС высокоточной ближней навигации и измерения координат (рис. 1) представляет собой малогабаритную двухблочную конструкцию, состоящую из радиолокационной головки диаметром около 300 мм, длиной 450 мм и весом не более 15 кг, обеспечивающей экологически безопасное и скрытное импульсное электромагнитное излучение, и радиолокационный дисплей (notebook PC или на базе VGA ЖКИ панели).

Рис. 1. Внешний вид 3 мм РЛС

Все функциональные модули РЛС (рис. 2) объединены в два конструктивно законченных блока: антенную головку АГ и блок управления и питания УП.

Рис. 2. Основные функциональные модули 3 мм РЛС

АГ функционально представляет собой радиочастотную часть СВЧ устройства. В состав АГ входит:

• антенная система, механизмы сканирования ДНА по азимуту и углу места с соответствующими датчиками и исполнительными двигателями;
• механизм стабилизации АГ по крену;
• радиопрозрачный обтекатель;
• приемопередающее устройство ППУ;
• приемник видеочастот.

УП функционально представляет собой цифровую часть СВЧ устройства. В состав УП входят:

• электроника привода антенны;
• процессор видеообработки и синхронизации;
• источники вторичного электропитания как собственно блока УП, так и антенной головки.

ППУ состоит из передающего и приемного модулей, соединенных через циркулятор развязки приема-передачи.

Передающее устройство генерирует периодическую последовательность зондирующих радиоимпульсов, которые поступают в антенну [1] и излучаются. Принятые антенной отраженные сигналы поступают в приемный модуль ППУ и преобразуются на первую промежуточную частоту 1,8 ГГц.

Приемник видеочастот предназначен для преобразования сигналов, поступающих с выхода ППУ на вторую промежуточную частоту 120 МГц, полосовую фильтрацию и логарифмическое амплитудное детектирование-усиление.

Выбор такой характеристики детектирования обусловлен необходимостью согласования динамического диапазона мощностей принимаемых сигналов с динамическим диапазоном аналого-цифрового преобразователя АЦП видеосигнала. После АЦП видеосигнал поступает на вход цифрового фильтра нижних частот для последетекторного межпериодного накопления принимаемого сигнала и далее, на вход порогового (решающего) устройства.

Сигнал с выхода порогового устройства в сопровождении служебных синхроимпульсов, позволяющих определить дальность до объекта, являются выходным сигналом СВЧ устройства.

Основные технические характеристики РЛС

Зона обзора:

• по дальности - 20...3500 м;
• по азимуту - 60°...90°;
• по углу места - до 30° (прогр. от 1° до 30°);

Время сканирования зоны обзора:

• 90°х1° (одна азимутальная строка) - 65 мс;
• 90°х30° (30 азимутальных строк) - 2 с;

Дальность обнаружения:

• провода высоковольтных линий электропередачи d=10 мм - более 700 м;
• объекты с ЭПР=10 м 2 - не менее 2500 м;

СКО пеленгации:

• обзор - менее 0.5°;
• слежение - не более 0.03°;

Разрешающая способность:

• азимут и угол места - 1°;
• дальность - не более 10м;
• относительная радиальная скорость - 1.5 м/с;

Стабилизация зоны обзора по угловым координатах производится внешними датчиками 3-D отображения радиолокационных данных в координатах азимут-угол места с цветовым кодированием дальности и/или в координатах азимут-дальность с цветовым кодированием интенсивности сигнала.

Имеется высокоуровневый встроенный контроль состояния, позволяющий производить расширенное тестирование от внешнего компьютера.

Потребляемая мощность радиолокационной головки менее 40 Вт от источника постоянного тока 24... 30 В.

2) Система техничесокого зрения (СТЗ) (рис. 3 и 4) обеспечивает наблюдение, обнаружение, распознавание и слежение за целями в реальном масштабе времени, а также выдает информацию для управления вертолетом с целью обеспечения его посадки в заданном районе.

Рис. 3. Система технического зрения

Рис. 4. Система техничесокого зрения

Основные технические характеристики системы технического зрения

Рабочее время:

• с утра до вечера при освещенности в обозреваемой зоне от 50 до 100000 люкс

Расстояние слежения (в условиях видимости свыше 20 км):

• Для больших объектов (габариты более чем 40'80м):
  • максимальная дистанция, км - 15
  • минимальная дистанция, м - 100
• Для маленьких объектов (габариты 3'3м):
  • максимальная дистанция, км - 5
  • минимальная дистанция, м - 20

Поле зрения:

• максимальное - 18°(угол места) '24° (азимут)
• минимальное - 3° (угол места) '4°(азимут)

Поле зрения контролируемо изменяется от максимального к минимальному и наоборот в ручном или автоматическом режимах.

Система сканирования (развертка) телевизионных сигналов:

• CCIR, 25 кадров/с, 525 строк, чересстрочная развертка

В режиме "слежение" возможно осуществление слежения как с корреляцией по участку, так и слежение по центроиде. В обоих случаях выход информации 50 раз/с.

Серворама представляет собой гиростабилизированную, двухкарданную платформу со следующими основными техническими характеристиками:

• диапазон азимута и угла места - ±30°
• максимальная скорость слежения - 20°/с
• максимальное ускорение - 60°/с 2

При изменении пространственной ориентации поля зрения по двум осям по синусоиде с максимальной скоростью 6,28°/с и максимальным ускорением 40°/с, погрешность стабилизации линии визирования составляет менее чем 0,4°, а погрешность слежения - менее 0,05° (в поле зрения 3°'4° для неподвижных объектов).

Условия окружающей среды:

• рабочая температура - -40°С...+55°С
• относительная влажность - 95±3% (при температуре 25°С)

Габариты и вес:

• диаметр, мм - 180
• длина, мм - 600
• вес, кг - не более 15

СТЗ подключается к источнику постоянного тока 27±3 В и потребляет ток не более 4 А.

При конструировании СТЗ соблюдена структура, которая представлена на рис. 5. СТЗ содержит следующие модули:

• телевизионная камера КТ с вариообъективом ВО, которые конструктивно закреплены на двухкоординатной гироплатформе ДГ. Заметим, что совокупность КТ, ВО, ДГ и электронные "обслуживающие" компоненты (в виде двигателей, датчиков, усилителей и т.п.), представляют собой один из двух основных агрегатов СТЗ - аппаратуру обзора и стабилизации АОСТ;
• телевизионный канал ТК, куда подключена КТ;
• процессор ПР;
• интерфейс ИФ;
• источник питания ИП и источник трехфазного питания ИТП, образующие вторичные источники питания СТЗ.

Рис. 5. Структурная схема системы технического зрения

Установленные в общем корпусе, эти модули представляют единое законченное изделие, которое работает следующим образом [2].

Световой поток в конце поля зрения от участка подстилающей земной поверхности проходит через оптическую систему, которая формирует на мишени КТ, представляющей собой матрицу фоточувствительного прибора с зарядовой связью, световое изображение. КТ преобразует это оптическое изображение в стандартный видеосигнал ВС.

В устройстве ТК, включающем КТ, видеоусилитель ВУ, синхрогенератор СГ, окончательно формируется ВС в соответствии со спецификой аппаратуры. Аналоговый ВС передается на процессор ПР, а также через ИФ на выход СТЗ для отображения на мониторе оператора. ВС на входе ПР преобразуется в цифровую форму. ПР для дискретизации и квантования ВС, вычисления положения объекта относительно центра растра по заданным алгоритмам и т.д. ДГ предназначена для управляемого разворота вариообъектива и КТ в пространстве вокруг двух осей и стабилизации положения оптической оси нагрузки при полетных колебаниях летательного аппарата (в данном случае вертолета). На ДГ жестко закреплена КТ с ВО и исполнительные устройства (двигатели) управления положением ДГ (полем зрения КТ) и параметрами ВО.

АОСТ представляет собой совокупность компонентов, обеспечивающих функции (назначение) аппаратуры обзора пространства в заданной зоне (пределах), стабилизации поля зрения ВО и КТ, а также управления пространственным положением и размерами этого поля зрения и интенсивности светового потока, передаваемого ВО на фоточувствительный прибор с зарядовой связью КТ.

ИФ предназначен для обеспечения взаимодействия СТЗ с внешними и внутренними устройствами, осуществления функций управления режимами работы отдельных модулей СТЗ и обеспечения взаимодействия между ними.

ИП предназначен для обеспечения вторичными питающими напряжениями всех модулей СТЗ, в том числе источника трехфазного питания. ИТП предназначен для обеспечения вторичными питающими напряжениями ДГ.

Заложенные в экспериментальном образце системные, схемотехнические и конструкторские решения, а также используемая элементная база и конструктивные материалы соответствуют современному уровню техники.