Основы радиолокации

Бортовые метеорологические радиолокаторы

В настоящее время обычной практикой стало оснащение коммерческих самолетов метеорологическим радиолокатором. Чаще всего такой радиолокатор устанавливается в носовой части самолета. Бортовой метеорадар обеспечивает пилота локальной (только в передней полусфере) картиной погодных явлений, что дает ему возможность идентифицировать нежелательные метеообразования и избегать их. Обычно максимальная дальность действия такого радиолокатора составляет 180 морских миль, при этом, как правило, используется диапазон дальностей до 30 … 80 морских миль (устанавливается экипажем самолета).

Антенна и приемник

Рисунок 2. Носовой радиолокатор с зеркальной антенной

В носовых радиолокаторах, в основном, используются антенны двух типов: параболические зеркальные антенны (например, Рисунок 2) и плоские фазированные антенные решетки (например, Рисунок 1). Оба типа антенн широко используются, но фазированные решетки встречаются чаще, чем зеркальные антенны.

Антенна, расположенная в носовой части самолета, как правило, может поворачиваться в заданном направлении (возможный диапазон углов поворота по азимуту может составлять от 120 до 180 градусов, что зависит от конкретной реализации).

Оборудование обработки данных

Рисунок 3. Трехмерное радиолокационное изображение метеообстановки

Для обработки радиолокационных данных и постоения на их основе информационной модели метеообстановки для отображения на дисплее пилота в состав авионики должен входить блок обработки. Он устанавливается рядом с другими блоками оборудования самолета, такими как ответчик вторичной радиолокации, система самолетовождения (управления полетом самолета) и т. п.

Для выполнения названных функций разработано обширное и удобное программное обеспечение. Пример изображения метеообстановки, построенного при помощи такого программного обеспечения, показан на Рисунке 3.

Отображение информации в кабине пилотов

Рисунок 4. Индикатор в кабине пилотов

В самолетных метеорадарах обычно используются секторные индикаторы (Рисунок 4). Они схожи с индикатороми кругового обзора (ИКО) и формируют изображение метеообстановки в виде карты. Разница состоит в том, что точка, соответствующая положению радиолокатора, находится не в центре экрана (как на ИКО), а в его нижней части. Развертка качается синхронно с качанием антенны. Пилот имеет возможность установить требуемый ему масштаб отображения.

В большинстве случаев такой индикатор является многофункциональным и на нем также отображаются дополнительные данные.

Стабилизация (по углу наклона и углу крена)

Рисунок 5. Положение луча радиолокатора при изменении наклона и крена самолета:
нестабилизированный и стабилизированный

Очевидно, что во время совершения самолетом того или иного маневра луч бортового метеорадара будет направлен в направлении, отличающемся от направления дальнейшего полета. Таким образом, на индикаторе будет отображаться не та информация, которая нужна пилоту. Для пояснения этого утверждения обратимся к Рисунку 5. В его левом верхнем углу изображена ситуация, возникающая при взлете самолета. В этом случае метеообразование, находящееся на траектории установившегося полета, будет находиться ниже луча антенны, угол наклона которго соответствует углу взлета самолета (показан красным цветом). Поэтому важно сохранять заданное угловое положение антенны на всех этапах полета, в том числе, при выполнении маневров (показано зеленым цветом).

Стабилизация положения антенны метеорадара является довольно сложной задачей, которая требует наличия на борту самолета электромеханических сервоприводов. Совершенно понятно, что менее трудно стабилизировать положение антенны при незначительных маневрах, таких как пологие повороты с небольшим креном, чем при резких изменениях углов крена и тангажа.

Следовательно, следует ожидать стабилизации положения антенны тносительно горизонта только при маневрах умеренной интенсивности. Если стабилизация не включена, то отображаемая на индикаторе картинка соответствует текущему положению самолета и текущему направлению его полет

Маневр в вертикальной плоскости может охватывать достаточно большой диапазон углов и требовать большей стабилизации. Как правило, проблемы со стабилизацией возникают на этапах взлета и посадки. Некоторые системы бывают связаны с автопилотом, либо же используются встроенные таблицы статистических данных, позволяющих системе автоматически рассчитывать требуемые углы стабилизации.

На определенных этапах полета маневры могут выполняться и в горизонтальной плоскости. Например, это сложные и частые маневры по инструкциям диспетчера управления воздушным движением (при полете в группе и т. п.). Совершенно понятно, что на некоторых этапах отображаемая на индикаторе метеорадара информация может оказаться бесполезной для пилота.