| 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 D
j
, [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
=Ри
tи
=700×103
×2,8×10-6
=1,96 Дж
Sа
- эффективная площадь антенны,
Sа
= dаг
dав
=×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 Wпо
и Wлт
)
kр
=kр.т.
 ,
где kр.т.
- теоретический коэффициент различимости,
kр.т.
= ,
q
0
- параметр обнаружения,
  101,2
N
- количество импульсов, принимаемых от цели,
N
=tобл
Fи
, где
tобл
 ,
Fи
- частота посылок импульсов.
Qa
0,5
- 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.
E
ш
=kkш
T
,
где
T
- температура приемника в градусах Кельвина (примем T
=300К);
k
=1,38×10-23
Дж/град - постоянная Больцмана;
kш
- коэффициент шума приемника.
E
ш
=kkш
T
=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 dосл
=
0,01 дБ/км и Dмакс
= 440,3 км рассчитываем D
макс.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,
Q
ф
- 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
(j
àç
) =d
(j
àç
)ïîò
+d
(j
àç
)èíä
, где
d
(j
àç
)ïîò
- потенциальная разрешающая способность по азимуту при аппроксимации диаграммы направленности гауссовой кривой;
d
(j
àç
)ïîò
=1,3×Qa
0,5
=0,962 град
d
(j
àç
)èíä
- разрешающая способность индикатора по азимуту
d
(j
àç
)èíä
=dn
Mf
, где
dn
- диаметр пятна электронно-лучевой трубки
Mf
=360 / 2p
r
- масштаб шкалы, r
- удаление отметки от центра экрана.
Принимая r=kэ
dэ
/ 2 , (отметка на краю экрана), получим
 0,717 град
Ðåàëüíàÿ ðàçðåøàþùàÿ ñïîñîáíîñòü ïî àçèìóòó:
d
(j
àç
)=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)àï
п
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
=0,1D
D
=1,5 км , где D
D
- цена деления шкалы.
s(
D)
=1,5 км.
Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения азимута определим аналогично.
 0,04
s
(
j
àç
)
èíä
=0,1D
j
=0,4
s
(
j
àç
)
=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 Fи
. 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____________________________________________________________________
|