Авионика. Авиационные антенны и датчики

В первые годы полетов самолетов технологические инновации были направлены на улучшение летных характеристик за счет быстрого усовершенствования конструкции силовой установки и планера самолета. Второстепенные силы развития были направлены на такие области, как навигация, связь, доставка боеприпасов и обнаружение целей.

Вторичная функциональность самолетов превратилась в область авионики. Авионика теперь обеспечивает более высокие общие характеристики и составляет большую долю затрат в жизненном цикле самолета, чем силовая установка или компоненты планера.

Ландау (1) определяет авионику [ави(ация) + (электрон)оника] как отрасль электроники, занимающуюся разработкой и использованием электронного оборудования в авиации и космонавтике. Область авионики быстро развивалась, поскольку электроника улучшила все аспекты полета самолетов. Новые достижения в этих дисциплинах требуют от авионики контроля устойчивости полета, которая традиционно выполняла роль пилота.

Антенны самолетов. Важным аспектом авионики является прием и передача электромагнитных сигналов. Антенны — это устройства для передачи и приема радиочастотной (РЧ) энергии от других летательных аппаратов, космических или наземных устройств.

Перри и Гепперт иллюстрируют электромагнитный спектр самолета, на который влияет размещение и использование многочисленных антенн на коммерческом самолете. Голден иллюстрирует простые характеристики антенны: дипольной, рупорной, спиральной, параболической, параболической цилиндрической и антенны Кассегрена.

Характеристики диаграммы направленности включают угол места и азимут. Типичными характеристиками антенны являются поляризация, ширина луча, усиление, полоса пропускания и предел частоты.

Компьютеры становятся все более важными для антенн нового поколения, к которым относятся антенны с фазированной решеткой и антенны с «умной кожей». Для антенн с фазированной решеткой необходимы компьютеры для настройки элементов решетки, чтобы обеспечить требования к направлению и дальности между радиолокационными импульсами.

Антенны с «умной обшивкой» охватывают всю внешнюю поверхность фюзеляжа и крылья самолета. Компьютеры используются для настройки части поверхности самолета, необходимой для выполнения некоторых функций датчиков. Компьютер также занимается определением приоритетов функций датчиков и устранением чередования конфликтующих передач.

Датчики самолета. Датчики, глаза и уши самолета, представляют собой электронные устройства для измерения внешних и внутренних условий окружающей среды. Датчики на самолетах включают устройства для отправки и получения радиочастотной энергии. К этим типам датчиков относятся радары, радиоприемники и приемники предупреждений.

Другая группа датчиков — это инфракрасные (ИК) датчики, к которым относятся лазеры и термочувствительные датчики. Датчики также используются для измерения прямых аналоговых входов; Примерами являются высотомеры и указатели воздушной скорости.

Многие из датчиков, используемых на самолетах, имеют собственные встроенные компьютеры для удовлетворения собственных функциональных требований, таких как предварительная обработка, фильтрация и анализ данных. Датчики также могут быть частью набора компьютерных интерфейсов, который обеспечивает ключевые компьютеры самолета прямыми входными данными об окружающей среде, необходимыми для их функционирования.

Авиационный радар. Радар (радиообнаружение и измерение дальности) — это датчик, который передает радиочастотную энергию для обнаружения воздушных и наземных объектов и определяет такие параметры, как дальность, скорость и направление этих объектов. Радар самолета служит его основным датчиком.

Современные авиационные радары предоставляют ряд услуг, включая отслеживание, картографирование, сканирование и идентификацию. Голден утверждает, что задача радара — либо обнаружить присутствие цели, либо определить ее местоположение. В зависимости от подчеркиваемой функции радиолокационная система может быть классифицирована как радар поиска или сопровождения.

Стимсон описывает децибел (названный в честь Александра Грэма Белла) как один из наиболее широко используемых терминов при проектировании и описании радиолокационных систем. Децибел (дБ) — это логарифмическая единица, первоначально разработанная для выражения отношений мощностей, но также используемая для выражения множества других отношений.

Коэффициент мощности в дБ выражается как 10 logi0 P₂/Pi, где P₂ и Pi — сравниваемые уровни мощности. Выраженный через напряжение, коэффициент усиления составляет (V₂/V₁)² дБ при условии, что входное напряжение V₁ и выходное напряжение V₂ находятся на равных сопротивлениях.

Стимсон также объясняет концепцию частоты повторения импульсов (PRF), которая представляет собой скорость передачи импульсов радиолокационной системы: количество импульсов в секунду. Период межимпульса T радара определяется соотношением T = 1/PRF. Для PRF 100 Гц период между импульсами будет составлять 0,0i с.

Эффект Доплера, как описал Стимсон, представляет собой сдвиг частоты излучаемой волны, отраженной или принятой движущимся объектом. Измеряя доплеровские частоты, радар может не только измерять дальность, но также отделять эхо-сигналы цели от помех или создавать карты местности с высоким разрешением.

Компьютеры необходимы авиационному радару для проведения многочисленных и своевременных расчетов с полученными радиолокационными данными, а также для настройки радара в соответствии с потребностями летного экипажа.

Объединение данных о самолетах. Объединение данных — это метод интеграции данных из нескольких источников для комплексного решения проблемы (несколько входов, один выход). Для авиационных компьютеров объединение данных конкретно связано с интеграцией данных от нескольких датчиков, таких как радар и инфракрасные датчики.

Например, при картографировании местности радар дает хорошие параметры поверхности, тогда как инфракрасный датчик определяет высоту и размер объектов на исследуемой площади поверхности. Авиационный компьютер получает лучшие входные данные от каждого датчика, предоставляет общую систему отсчета для интеграции этих входных данных и выдает более комплексное решение, чем мог бы дать любой отдельный датчик.

Объединение данных становится все более важным, поскольку развивающиеся функциональные возможности самолетов зависят от внешних источников данных (информации). Новая информация, такая как погода, изменение маршрута полета, потенциальные угрозы, назначение целей и наличие топлива на маршруте, передается самолету из его среды управления и контроля. Авиационный компьютер теперь может расширить свое собственное решение с помощью этих внешних источников.