Войти
TSR-2 XR220 в RAF Museum Cosford, 2002. Ферранти разработал первый радар отслеживания местности специально для TSR-2. РЛС слежения за ландшафтом (TFR) - это военная аэрокосмическая технология, которая позволяет летящему на очень малой высоте самолету автоматически поддерживать относительно постоянную высоту над уровнем земли. и, следовательно, затруднить обнаружение вражеским радаром. Иногда это называют полетом с захватом земли или с захватом местности. Термин полет в режиме ожидания на земле также может применяться, но чаще используется в отношении низколетящих военных вертолетов , которые обычно не используют радар отслеживания местности.
Системы TFR работают путем сканирования луча радара по вертикали перед летательным аппаратом и сравнения дальности и угла отражений радара с заранее рассчитанной идеальной кривой маневрирования. Вычисляя расстояние между рельефом местности и идеальной кривой, система вычисляет маневр, который заставит летательный аппарат покинуть местность на заранее выбранное расстояние, часто порядка 100 метров (330 футов). Следование TRF позволяет самолету автоматически следовать за местностью на очень низких уровнях и высокой скорости.
РЛС слежения за местностью отличаются от аналогичных по звуку радаров избегания местности ; Системы предотвращения столкновений с рельефом сканируют по горизонтали, чтобы получить изображение, подобное карте, которое затем использует навигатор для прокладки маршрута, избегающего более высоких участков местности. Эти два метода часто комбинируются в одной радиолокационной системе, навигатор использует режим избегания местности, чтобы выбрать идеальный маршрут через особенности местности на более низкой высоте, такие как долины, а затем переключается в режим TFR, который затем пролетает по этому маршруту на минимальной высоте.
Первоначально эта концепция была разработана в Корнельской авиационной лаборатории в 1950-х годах. Впервые серийно он был построен в 1959 г. компанией Ферранти для использования с самолетом TSR-2, впервые совершившим полеты на English Electric Canberra в 1962. Хотя от проекта TSR-2 в конечном итоге отказались, концепция широко использовалась в 1960-х и 1970-х годах ударный самолет и интердикторы, включая General Dynamics F-111 <72.>, Панавиа Торнадо и Сухой Су-24 «Фехтовальщик». Более широкое внедрение технологий самолетов-невидимок в течение 1990-х годов привело к сокращению полетов на малых высотах в качестве решения проблемы предотвращения зенитного оружия, и эта техника больше не является общий. Большинство самолетов этого класса с тех пор списано, хотя Су-24 все еще используется.
Система работает, передавая карандашный луч сигнал радара в направлении наземной зоны перед летательным аппаратом, пока радар сканирует вверх и вниз. Отражения радара обрабатываются для получения серии измерений дальности / угла местности перед летательным аппаратом.
Предпочтительная кривая маневрирования рассчитывается компьютером наведения. Это похоже на трамплин для прыжков с трамплина , плоский под самолетом и затем изгибающийся вверх перед ним. Кривая представляет собой путь, по которому летательный аппарат будет следовать, если он маневрирует с постоянной перегрузкой, в то время как плоская область под самолетом простирается на небольшое расстояние вперед, чтобы представить расстояние, на которое самолет движется по прямой линии до запуск этого маневра из-за задержки управления. Результирующая составная кривая поворачивается таким образом, что плоская область под самолетом всегда параллельна его вектору текущей скорости, и смещается вниз на желаемое расстояние, заданное пилотом.
Когда радар сканирует вверх и вниз, он посылает сигналы. серия радиолокационных импульсов. Каждый из них возвращает значение диапазона, вплоть до некоторого максимального значения, обычно порядка 10 километров (6,2 мили). Угол относительно самолета возвращается датчиком на вертикальном подвесе, который возвращает калиброванное напряжение. В то же время, генератор функций , кодирующий кривую маневрирования, отправляет измеренный диапазон и генерирует второе напряжение, представляющее точку на кривой в этом диапазоне. Разница между этими двумя напряжениями представляет собой угол между изображением радара и предпочтительным местоположением. Если результирующее напряжение положительное, это означает, что местность лежит выше кривой, отрицательное означает, что оно ниже.
Для управления самолетом выполняется серия этих измерений в течение одного полного вертикального сканирования и записывается максимальное положительное значение или минимальное отрицательное значение. Это напряжение представляет собой изменение угла тангажа, под которым летательный аппарат должен лететь, чтобы удерживать себя на желаемой высоте над землей при маневрировании с выбранным коэффициентом нагрузки. Его можно передать в автопилот или отобразить на пилотном дисплее на лобовом стекле. Этот процесс создает постоянно вычисляемую траекторию, которая поднимается и опускается над землей с постоянной маневренной нагрузкой.
Одна проблема с этим простым алгоритмом состоит в том, что вычисленная траектория будет удерживать самолет на положительном шаге по мере приближения к гребню холм. Это приводит к тому, что самолет пролетает над пиком, продолжая набирать высоту, и ему требуется некоторое время, прежде чем он снова начнет спускаться в долину. Этот эффект был известен как «раздувание». Чтобы решить эту проблему, у реальных юнитов был дополнительный термин, который применялся к большим перепадам высот, из-за которых траектория поднималась быстрее при больших смещениях. Это привело к тому, что самолет достиг желаемой высоты раньше, чем обычно, и, таким образом, выровнялся перед достижением пика.
Поскольку радар видит только объекты в пределах прямой видимости, он не может видеть холмы за другими холмами. Чтобы самолет не нырнул в долину только для того, чтобы потребовать резкого подъема, предел отрицательной скорости вращения обычно был низким, порядка половины скорости. У систем также были проблемы над водой, где сигнал имел тенденцию рассеиваться вперед и возвращал слабый сигнал на самолет, за исключением высоких состояний моря. В таких условиях система не сможет вернуться к постоянному разрешению с помощью радиовысотомера ..
Уклонение от местности обычно работает относительным образом, абсолютные высоты объектов не требуются. В некоторых случаях желательно предоставить абсолютное число, чтобы указать количество зазора или его отсутствия. Затем высоту вершины любой конкретной детали относительно самолета можно рассчитать по формуле h = H - R sin φ, где H - высота над землей, измеренная радиовысотомером, φ - угол, а R - дальность, измеренная с помощью радар, где h - итоговая высота объекта над текущей траекторией полета. Расстояние между самолетом и землей тогда H - h.
История концепции СКР восходит к исследованиям, проведенным в Корнельской авиационной лаборатории для ВВС США Отдел авиационных систем. Это привело к разработке системы, известной как «Autoflite».
Ранние радары воздушного перехвата использовали системы конического сканирования с шириной луча порядка четырех градусов. Когда луч падает на землю, часть сигнала рассеивается обратно в сторону летательного аппарата, позволяя ему измерить расстояние до земли перед ним. При взгляде вниз под углом ближняя и дальняя стороны кругового луча радара были растянуты в форме эллипса на земле. Возврат от этого шаблона произвел "пятно", которое также распространилось на экране радара и было недостаточно точным для избегания местности. Однако он был достаточно точным, чтобы отображать землю под самолетом в виде карты с низким разрешением, что привело к разработке военного времени радара H2S.
. Для обеспечения точности, необходимой для отслеживания местности, системы TFR должны быть основаны на концепции моноимпульсной РЛС . Моноимпульсный метод генерирует луч той же ширины, что и традиционный дизайн, но добавляет дополнительную информацию в радиосигнал, часто с использованием поляризации, что приводит к тому, что два отдельных сигнала возвращаются в приемник под немного разными углами, которые перекрытие по центру луча, или «мушку». Когда эти сигналы ориентированы вертикально, сигнал от нижнего луча падает на землю ближе к летательному аппарату, создавая расширенную метку, как в случае с более ранними радарами, в то время как верхний луч дает аналогичную метку, но расположенную на немного большем расстоянии.. Две точки перекрываются в средней точке.
Ключевой особенностью моноимпульсной техники является то, что сигналы перекрываются очень специфическим образом; если вы инвертируете один из сигналов, а затем просуммируете их, результатом будет выходное напряжение, которое выглядит примерно как синусоида. Точная середина луча - это то место, где напряжение пересекает ноль. Это приводит к измерению, которое точно совмещается со средней линией сигнала и легко идентифицируется с помощью простой электроники. Затем диапазон может быть точно определен путем измерения точного момента, когда происходит пересечение нуля.
Отчеты Корнелла были взяты в Великобритании, где они легли в основу развивающаяся концепция нового ударного самолета , который в конечном итоге станет BAC TSR-2. Проект TSR-2 был официально запущен с выпуском GOR.339 в 1955 году и быстро остановился на использовании TFR для обеспечения требуемых низкоуровневых характеристик. Royal Aircraft Establishment построил симулятор системы, используя дискретную электронику, которая заполняла комнату.
В тот же период Royal Air Force представила свои новейшие самолет-перехватчик, English Electric Lightning. Lightning был оснащен первым в мире бортовым моноимпульсным радаром, системой AIRPASS, разработанной Ферранти в Эдинбурге. В случае Lightning моноимпульсный сигнал использовался для точного измерения горизонтального угла, чтобы позволить компьютеру AIRPASS построить эффективный курс перехвата на большом расстоянии. Для использования TFR все, что нужно было изменить, - это повернуть антенну так, чтобы она измеряла вертикальный угол, а не горизонтальный.
Неудивительно, что Ферранти выиграл контракт на радиолокационный компонент где-то в 1957 или 58 году. Проект начался, в 1959 году руководитель проекта Гас Скотт уехал в Hughes Microcircuits в близлежащем Гленротес, и команду возглавили Грег Стюарт и Дик Старлинг. Первоначальная система была построена на базе излишка AI.23B AIRPASS и могла быть установлена на прицеп и буксировалась на Land Rover для испытаний. Существенная проблема заключается в том, что количество возвращаемого сигнала сильно зависит от местности; вертикальные стены здания образуют частичный угловой куб , который возвращает сигнал, который примерно в 10 миллионов раз сильнее, чем сигнал от песка или сухой земли. Для работы с быстро меняющимися сигналами была разработана автоматическая регулировка усиления с диапазоном 100 дБ.
Радар измеряет только относительные углы относительно стабилизированной линии визирования, поэтому самолет радиовысотомер используется для создания эталона для расчета фактических высот. Ширина луча радара была достаточно мала, чтобы объекты по обе стороны от траектории полета самолета могли представлять потенциальную опасность, если самолет унес вбок или начал разворот близко к объекту. Чтобы избежать этого, радар сканировал по O-образному шаблону, сканируя вертикально от 8 градусов по траектории полета до 12 градусов под ней, перемещаясь на несколько градусов влево и вправо от траектории полета. Сканирование корректировалось как по крену, так и по тангажу с помощью авиационных приборов. Кроме того, система считывала скорость поворота с приборов и перемещала схему сканирования дальше влево или вправо, чтобы измерить местность, на которой самолет будет в будущем.
Испытания системы проводились с использованием существующего испытательного полета Ferranti. DC-3 Dakota, а зимой 1961/62 г. - English Electric Canberra. На испытательном самолете были камеры, смотрящие в разных направлениях, в том числе некоторые смотрели на приборы самолета и дисплеи радаров, так что результаты летных испытаний можно было тщательно изучить на земле. Каждый полет возвращал около 100 миль данных, и было выполнено более 250 таких рейсов. Ранние тесты показали случайный шум в измерениях, что сделало измерения бесполезными. В конечном итоге это было связано с автоматическим увеличением регулировки усиления с использованием высокого усиления в верхней части диаграммы развертки, где снимался рельеф в боковых лепестках антенны. Эта проблема была решена путем перехода от O-образного шаблона к U-образному и позволяя увеличивать усиление только при сканировании вверх, чтобы предотвратить его повторную настройку на высокое усиление при направлении вниз.
Электроника во время разработки позволила исходной ламповой электронике быть все более транзисторной, создавая в целом гораздо меньшую систему. По мере дальнейшего развития система была переведена на Blackburn Buccaneer для более высокоскоростных испытаний. Испытания проводились из RAF Turnhouse в аэропорту Эдинбурга, недалеко от места разработки радаров Ферранти в городе.
Во время испытаний радар не был подключен к Система автопилота самолета и все управление было ручным. Кривая была выбрана таким образом, чтобы получить половину максимальной нагрузки. Путь к полету обозначался точкой на хедз-апе AIRPASS . Пилот двигался по рассчитанной траектории до тех пор, пока индикатор вектора скорости самолета, маленькое кольцо, не оказался в центре точки. В ходе испытаний пилоты очень быстро стали уверены в системе и были счастливы летать на ней с минимальным зазором даже в плохую погоду.
По мере того, как пилоты знакомились с системой, инженеры постоянно уменьшали выбранный зазор. вниз, пока он не продемонстрирует свою способность безопасно и плавно работать на расстоянии в среднем всего 30 метров (98 футов). Это было проверено на пересеченной местности, включая горные хребты, слепые долины и даже скалы. Также было обнаружено, что он позволяет управлять искусственными объектами, такими как телевизионные антенны в Кэрн-О'Монт и передающая станция Кирк-о-Шоттс, мосты через Ривер-Форт и воздушные линии электропередачи.
Несмотря на ведущую роль, которую дает работа Корнелла, по причинам, которые не были хорошо описаны, дальнейшее развитие в США закончились в неполной форме. Ситуация кардинально изменилась после 1960 г. инцидента с U-2, который привел к быстрому переключению с высотных полетов над СССР на маловысотный "пенетраторный" подход. Это привело к внедрению в краткосрочной перспективе ряда радаров для предотвращения столкновения с рельефом местности. Первым истинным СКР в США был Texas Instruments AN / APQ-101, благодаря которому компания стала лидером на рынке СКР на многие годы. В начале 1960-х они разработали системы TFR для версии RF-4C для Phantom II, армейского Grumman OV-1 Mohawk и усовершенствованного AN / APQ- 110 для General Dynamics F-111.
По ряду причин проект TSR-2 был отменен в 1965 году в пользу покупки F-111, платформы аналогичной концепции, основанной на аналогичный радар. В отличие от конструкции Ферранти, APQ-110 предлагал несколько дополнительных элементов управления, в том числе настройку качества езды для «жесткого», «мягкого» и «среднего», что изменяло силу gee для профиля спуска рассчитанной кривой с 0,25 до 1 gee, в то время как всегда позволяя подтягиваться максимум 3 gee. Он также включал в себя второй комплект электроники для обеспечения горячего резервирования в случае отказа основного блока и отказоустойчивые режимы, которые выполняли подтягивание на 3 гб в случае различных сбоев системы.
В конечном итоге F-111 столкнулся с задержками и перерасходом средств, как и TSR-2. После изучения нескольких концепций в конечном итоге было решено использовать Buccaneer, платформу, которая к этому времени была тщательно протестирована с радаром Ferranti, но это потенциальное обновление не было выбрано для обслуживания. Недовольство таким положением дел привело к тому, что Королевские ВВС начали переговоры со своими французскими коллегами и о появлении BAC / Dassault AFVG, самолета, очень похожего на F-111. После успешных первоначальных переговоров Великобритания отказалась от опционов на F-111K. Вскоре после этого Марсель Дассо начал активно подрывать проект, от которого французы в конце концов отказались в 1967 году.
В следующем году правительство Великобритании начало переговоры с более широким кругом стран, что в конечном итоге привело к Панавиа. Торнадо. Ферранти использовал свой опыт с TSR-2, чтобы выиграть контракт на радар и для Tornado.
РЛС отслеживания местности в основном используется военными ударными самолетами для обеспечения полета на очень малых высотах (иногда ниже 100 футов / 30 метров) и высоких скоростей. Поскольку радиолокационное обнаружение вражескими радарами и перехват зенитными системами требует прямой видимости цели, полет низко над землей и на высокой скорости сокращает время, в течение которого самолет уязвим для обнаружения, до минимума. спрятав самолет как можно дальше за местностью. Это известно как маскировка местности.
. Однако излучение радаров может быть относительно легко обнаружено противовоздушными системами противника, когда нет прикрывающей местности, что позволяет летать в качестве цели. Таким образом, использование радара слежения за местностью представляет собой компромисс между повышенной живучестью из-за маскировки местности и легкостью, с которой самолет может быть наведен на цель, если его заметят.
Даже автоматизированная система имеет ограничения, и все самолеты с радаром отслеживания местности имеют ограничения на то, насколько низко и быстро они могут летать. Такие факторы, как время отклика системы, ограничения по перегрузкам самолета и погода, могут все это ограничивать. Поскольку радар не может определить, что находится за пределами непосредственной местности, траектория полета также может страдать от "взлета" над резкими гребнями местности, где высота становится излишне высокой. Более того, такие препятствия, как радиоантенны и опоры электроснабжения, могут быть обнаружены радаром с опозданием и представляют опасность столкновения.
На самолетах с более чем одним экипажем радар обычно используется штурманом, и это позволяет пилоту сосредоточиться на других аспектах полета помимо чрезвычайно сложной задачи низко летающий сам. Большинство самолетов позволяют пилоту также выбирать «жесткость» движения с помощью переключателя в кабине, чтобы выбирать между тем, насколько близко самолет пытается удержаться близко к земле, и силами, действующими на пилота.
Некоторые самолеты, такие как Tornado IDS, имеют два отдельных радара, один из которых меньшего размера используется для отслеживания местности. Однако более современные самолеты, такие как Rafale с радарами с фазированной антенной решеткой, имеют единственную антенну, которую можно использовать для просмотра вперед и на землю с помощью электронного управления лучом.
В F-111C используется СКР Радиолокатор слежения за ландшафтом иногда используется гражданскими самолетами, которые составляют карту местности и хотят поддерживать постоянную высоту над ней.
Военные вертолеты также могут иметь радар для отслеживания местности. Из-за своей более низкой скорости и высокой маневренности вертолеты обычно могут летать ниже, чем самолеты с неподвижным крылом.
Существует очень мало альтернатив использованию радара, отслеживающего рельеф местности, для высокоскоростного полета на малой высоте. TERPROM, навигационная система с привязкой к местности, предоставляет ограниченные, но пассивные функции отслеживания местности.
