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
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.
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
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=700Ч103Ч2,8Ч10-6=1,96 Дж
Sа - эффективная площадь антенны,
Sа=
dагdав=
Ч7Ч2,5=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.=
,
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=1,38Ч10-23 Дж/град - постоянная Больцмана;
kш - коэффициент шума приемника.
Eш=kkшT =1,38Ч10-23Ч5Ч300=2,07Ч10-20 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 Dмакс.осл= 309 км.
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.
Реальная разрешающая способность по дальности:
· 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(jаз) =d(jаз)пот+d(jаз)инд , где
d(jаз)пот - потенциальная разрешающая способность по азимуту при аппроксимации диаграммы направленности гауссовой кривой;
d(jаз)пот =1,3ЧQa0,5=0,962 град
d(jаз)инд - разрешающая способность индикатора по азимуту
d(jаз)инд =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
Реальная разрешающая способность по азимуту:
d(jаз)=0,962+0,717=1,679 град
Точность характеризуется ошибкой измерения. Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения дальности рассчитаем по формуле:
, где
s(D)пот - потенциальная ошибка измерения дальности.
, где
q0 - удвоенное отношение сигнал/шум
26,47
s(D)пот =0,046 км
Ошибкой из-за непрямолинейности распространения s(D)распр пренебрегаем. Аппаратурные ошибки s(D)апп 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(jаз)инд=0,1Dj=0,4
s(jаз)=0,4
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
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.
TOC \o "1-2" 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____________________________________________________________________