Каталог :: Радиоэлектроника

: Расчет некогерентной радиолокационной измерительной системы кругового обзора

       Московский Государственный институт электроники и математики       
Факультет ИТ
Кафедра радиотехники
                                 Курсовая работа                                 
                       по курсу “Радиотехнические системы”                       
              “Расчет некогерентной радиолокационной измерительной              
                           системы кругового обзора”.                           
Группа Р-102
Студент: Густов А.М.
Преподаватель: Спиридонов В.И.
                                   Москва 1996                                   
     

Задание

1. Требуется рассчитать тактические показатели РЛС кругового обзора: а) максимальную дальность с учётом поглощения; б) реальную разрешающую способность по дальности и азимуту; в) реальную точность измерения дальности и азимута. 2. Составить функциональную схему РЛС с кратким описанием процессов, протекающих в РЛС при её работе.

Исходные данные (вариант № 16)

1. Длина волны l, [см] ..............................................8 2. Импульсная мощность Ри, [кВт] .......................700 3. Длительность импульсов tи, [мкс] ....................................................................................... 2,8 4. Частота посылок импульсов Fи, [Гц] ..................700 5. Горизонтальный размер зеркала антенны dаг [м] .........7 6. Вертикальный размер зеркала антенны dав, [м] .................................................................. 2,5 7. Период обзора Тобз, [с] ...............................5 8. Коэффициент шума приёмника kш .........................5 9. Вероятность правильного обнаружения Wпо ....................................................................... 0,8 10. Вероятность ложной тревоги Wлт ....................................................................................... 10-5 11. Диаметр экрана индикатора кругового обзора dэ, [мм] .................................................... 400 12. Эффективная отражающая площадь цели Sэфо, [м2 ] .......................................................... 30 13. Качество фокусировки Qф ............................400 14. Предельное значение шкалы дальности Dшк1, [км] ............................................................ 50 Dшк2, [км] ................................................. ........... 400 15. Измерительные метки дальности DD, [км] .........................15 16. Измерительные метки азимута Dj, [град] ..........................4

Расчет тактических показателей РЛС кругового обзора

1. Расчет максимальной дальности действия с учётом поглощения. Сначала рассчитывается максимальная дальность действия РЛС без учёта ослабления энергии радиоволн при распространении. Расчет проводится по формуле: , (1) Подсчитаем и установим величины, входящие в это выражение: Eизл - энергия, излучаемая в одном импульсе, Еизл=Риtи=700×103×2,8×10-6=1,96 Дж Sа - эффективная площадь антенны, Sа=dагdав=×7×2,5=8,75 м2 Sэфо - эффективная отражающая площадь цели; l - длина волны; kр - коэффициент различимости (отношение энергий сигнал/шум на входе приемника, при котором обеспечивается прием сигналов с заданными W по и Wлт) kр=kр.т., где kр.т. - теоретический коэффициент различимости, kр.т.=, q0 - параметр обнаружения, 101,2 N - количество импульсов, принимаемых от цели, N=tоблFи , где tобл, Fи - частота посылок импульсов. Qa0,5 - ширина диаграммы направленности антенны на уровне 0,5 по мощности, 0,74 град; - угловая скорость вращения антенны, = 72 град/с; Подставляя полученные значения, будем иметь: tобл= 0,01 с, N = 7 импульсов и kр.т.= 7,2. Пусть =10, тогда kP=72. Еш - энергия шумов, действующих при приёме. Eш=kkшT , где T - температура приемника в градусах Кельвина (примем T=300К); k=1,38×10-23 Дж/град - постоянная Больцмана; kш - коэффициент шума приемника. Eш=kkшT =1,38×10-23×5×300=2,07×10-20 Дж Подставляя все полученные значения в (1), находим 440,3 км Теперь определим максимальную дальность действия РЛС с учетом поглощения энергии радиоволн. , где (2) dосл - коэффициент ослабления, а DD - ширина ослабляющего слоя. Значение dосл находим по графикам, приведенным на рис. 1.4 в [1]. Для l=8 см dосл принимаем равным 0,01 дБ/км. Предположим, что ослабление происходит на всей дальности действия. При таком условии формула (2) принимает вид трансцендентного уравнения (3) Уравнение (3) решим графоаналитическим способом. По рис. 1.5 [1] для d осл = 0,01 дБ/км и Dмакс= 440,3 км рассчитываем Dмакс.осл= 309 км. 2. Расчет реальной разрешающей способности по дальности и азимуту. Реальную разрешающую способность по дальности при использовании в качестве выходного устройства индикатора кругового обзора определим по формуле d(D)= d(D)пот+d(D)инд, где d(D)пот - потенциальная разрешающая способность по дальности. Для сигнала в виде некогерентной пачки прямоугольных импульсов 0,42 км. d(D)инд - разрешающая способность индикатора по дальности вычисляется по формуле , где Dшк - предельное значение шкалы дальности, kэ= 0,4 - коэффициент использования экрана, Qф - качество фокусировки трубки. Для Dшк1=50 км d(D)инд1=0,31 км. Для Dшк2=400 км d(D)инд2=2,50 км. Ðåàëüíàÿ ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü ïî äàëüíîñòè: · для Dшк1=50 км d(D)1=d(D)пот+d(D)инд1 =0,42+0,31=0,73 км; · для Dшк2=400 км d(D)2=d(D)пот+d(D)инд2 =0,42+2,50=2,92 км. Реальную разрешающую способность по азимуту рассчитаем по формуле: d(jàç) =d(jàç)ïîò+d(jàç)èíä , где d(jàç)ïîò - потенциальная разрешающая способность по азимуту при аппроксимации диаграммы направленности гауссовой кривой; d(jàç)ïîò =1,3×Qa0,5=0,962 град d(jàç)èíä - разрешающая способность индикатора по азимуту d(jàç)èíä =dnMf , где dn - диаметр пятна электронно-лучевой трубки Mf =360 / 2pr - масштаб шкалы, r - удаление отметки от центра экрана. Принимая r=kэdэ / 2 , (отметка на краю экрана), получим 0,717 град Ðåàëüíàÿ ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü ïî àçèìóòó: d(jàç)=0,962+0,717=1,679 град 3. Расчет реальной точности измерения дальности и азимута Точность характеризуется ошибкой измерения. Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения дальности рассчитаем по формуле: , где s(D)ïîò - потенциальная ошибка измерения дальности. , где q0 - удвоенное отношение сигнал/шум 26,47 s(D)ïîò =0,046 км Ошибкой из-за непрямолинейности распространения s(D)ра ñïð пренебрегаем. Аппаратурные ошибки s(D) àïп сводятся к ошибкам отсчета по шкале индикатора s(D)инд. Принимаем метод отсчета по электронным меткам (масштабным кольцам) на экране индикатора кругового обзора. s(D)инд =0,1DD=1,5 км , где DD - цена деления шкалы. s(D)=1,5 км. Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения азимута определим аналогично. 0,04 s(jàç)èíä=0,1Dj=0,4 s(jàç)=0,4

Функциональная схема РЛС

РЛС кругового обзора предназначена для обнаружения объектов и измерения их координат. Функциональная схема РЛС приведена на рисунке 1. Сбор информации об объекте осуществляется путем их облучения и приема отраженных от них сигналов. Колебания, вырабатываемые передатчиком, с помощью антенны излучаются в пространство и при достижении объекта отражаются от него. Часть отраженной энергии попадает обратно в антенное устройство РЛС, усиливается в приемнике и фиксируется в выходном устройстве. Появление сигналов на выходе РЛС говорит о наличии объекта в пространстве. Дальность до объекта определяется импульсным методом. Формирователь импульсов запуска вырабатывает импульсы, следующие с заданной частотой посылок F и. Эти импульсы используются для запуска передатчика и синхронизации выходного устройства. В состав передатчика входит импульсный модулятор, формирующий импульсы (рис. 2а) длительностью tи и мощностью Pи, управляющие генератором высокой частоты. Радиоимпульсы, вырабатываемые генератором, проходят через антенный переключатель и излучаются с помощью антенны в пространство. Отраженные сигналы в виде таких же радиоимпульсов, только меньшей мощности и запаздывающие относительно излучаемых на время tD=2D/с (рис. 2в), принимаются той же антенной и через антенный переключатель проходят в приемник, где усиливаются и детектируются. Продетектированные сигналы (рис. 2г) поступают в выходное устройство РЛС, где осуществляется измерение времени запаздывания. Угловые координаты объекта определяются по направлению прихода. Антенная система с узкой диаграммой направленности осуществляет последовательный обзор пространства. Сигнал цели, принимаемый антенной системой, усиливается в приемнике и поступает в выходное устройство, где отмечается текущий угол поворота диаграммы направленности. В качестве выходного устройства РЛС используется индикатор кругового обзора. Отклоняющая катушка вращается вокруг горловины трубки синхронно с вращением антенны и питается пилообразным током от схемы развертки. При соответствующем начальном ориентировании отклоняющей катушки и оси антенны, на экране трубки будет видна радиальная линия, прочерчиваемая электронным лучом, которая в каждый момент времени будет указывать положение оси диаграммы направленности в пространстве. Сигналы с выхода приемника подаются на управляющий электрод трубки и увеличивают в момент прихода яркость линии развертки. За время облучения цели на экране будет засвечена отметка цели в виде дужки. Длина радиуса в масштабе представляет дальность цели , а угол между отсчетным направлением и радиусом даст ее азимут. Для сохранения картины расположения целей на время, равное периоду обзора, экран трубки выполняется с послесвечением.

Рис. 1. Функциональная схема РЛС кругового обзора Рис. 2. Огибающие радиоимпульсов: а) излучаемых антенной; в) отраженных от цели

Литература

1. Васин В.В. Дальность действия радиотехнических измерительных систем. Методическая разработка. - М.:МИЭМ 1977г. 2. Васин В.В. Разрешающая способность и точность измерений в радиотехнических измерительных системах. Методическая разработка. - М.: МИЭМ 1977г. 3. Васин В.В. Методы измерения координат и радиальной скорости объектов в радиотехнических измерительных системах. Конспект лекций. - М.: МИЭМ 1975г.

Оглавление

Задание________________________________________________________________________ Исходные данные (вариант № 16)_________________________________________________ Расчет тактических показателей РЛС кругового обзора_____________________________ 1. Расчет максимальной дальности действия с учётом поглощения.__________________ 2. Расчет реальной разрешающей способности по дальности и азимуту._______________ 3. Расчет реальной точности измерения дальности и азимута________________________ Функциональная схема РЛС______________________________________________________ Литература____________________________________________________________________ Оглавление____________________________________________________________________