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 (, [см]
.........................................................................
...................................... 8
2. Импульсная мощность Ри, [кВт]
.........................................................................
.................. 700
3. Длительность импульсов (и, [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
Предельное значение шкалы дальности Dшк1, [км]
............................................................ 50
Dшк2, [км]
................................................. ........... 400
15. Измерительные метки дальности (D, [км]
.........................................................................
15
16. Измерительные метки азимута ((, [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:
[pic], (1)
Подсчитаем и установим величины, входящие в это выражение:
Eизл - энергия, излучаемая в одном импульсе,
Еизл=Ри(и=700(103(2,8(10-6=1,96 Дж
Sа - эффективная площадь антенны,
Sа=[pic]dагdав=[pic](7(2,5=8,75 м2
Sэфо - эффективная отражающая площадь цели;
( - 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.[pic],
где kр.т. - теоретический коэффициент различимости,
kр.т.=[pic],
q0 - параметр обнаружения,
[pic][pic]101,2
N - количество импульсов, принимаемых от цели,
N=tоблFи , где
tобл[pic],
Fи - частота посылок импульсов.
Qa0,5 - ширина диаграммы направленности антенны на уровне 0,5 по
мощности,
[pic] 0,74 град;
[pic]- угловая скорость вращения антенны,
[pic]= 72 град/с;
Подставляя полученные значения, будем иметь:
tобл= 0,01 с, N = 7 импульсов и kр.т.= 7,2.
Пусть [pic]=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
[pic]440,3 км
Теперь определим максимальную дальность действия РЛС с учетом
поглощения энергии радиоволн.
[pic] , где (2)
(осл - коэффициент ослабления, а (D - ширина ослабляющего слоя. Значение
(осл находим по графикам, приведенным на рис. 1.4 в (1(. Для (=8 см (осл
принимаем равным 0,01 дБ/км. Предположим, что ослабление происходит на всей
дальности действия. При таком условии формула (2) принимает вид
трансцендентного уравнения
[pic] (3)
Уравнение (3) решим графоаналитическим способом. По рис. 1.5 (1( для
(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)пот+((D)инд, где
((D)пот - потенциальная разрешающая способность по дальности. Для сигнала в
виде некогерентной пачки прямоугольных импульсов
[pic]0,42 км.
((D)инд - разрешающая способность индикатора по дальности вычисляется по
формуле
[pic], где
Dшк - предельное значение шкалы дальности,
kэ= 0,4 - коэффициент использования экрана,
Qф - качество фокусировки трубки.
Для Dшк1=50 км ((D)инд1=0,31 км.
Для Dшк2=400 км ((D)инд2=2,50 км.
Реальная разрешающая способность по дальности:
. для Dшк1=50 км ((D)1=((D)пот+((D)инд1 =0,42+0,31=0,73 км;
. для Dшк2=400 км ((D)2=((D)пот+((D)инд2 =0,42+2,50=2,92 км.
Реальную разрешающую способность по азимуту рассчитаем по формуле:
(((аз) =(((аз)пот+(((аз)инд , где
(((аз)пот - потенциальная разрешающая способность по азимуту при
аппроксимации диаграммы направленности гауссовой кривой;
(((аз)пот =1,3(Qa0,5=0,962 град
(((аз)инд - разрешающая способность индикатора по азимуту
(((аз)инд =dnMf , где
dn - диаметр пятна электронно-лучевой трубки
Mf =360 / 2(r - масштаб шкалы, r - удаление отметки от центра экрана.
Принимая r=kэdэ / 2 , (отметка на краю экрана), получим
[pic]0,717 град
Реальная разрешающая способность по азимуту:
(((аз)=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:
[pic], где
((D)пот - потенциальная ошибка измерения дальности.
[pic], где
q0 - удвоенное отношение сигнал/шум
[pic]26,47
((D)пот =0,046 км
Ошибкой из-за непрямолинейности распространения ((D)распр
пренебрегаем. Аппаратурные ошибки ((D)апп сводятся к ошибкам отсчета по
шкале индикатора ((D)инд. Принимаем метод отсчета по электронным меткам
(масштабным кольцам) на экране индикатора кругового обзора.
((D)инд =0,1(D=1,5 км , где (D - цена деления шкалы.
((D)=1,5 км.
Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения азимута
определим аналогично.
[pic]0,04
(((аз)инд=0,1((=0,4
(((аз)=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 (и 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.
[pic]
Рис. 1. Функциональная схема РЛС кругового обзора
[pic]
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 2
Исходные данные (вариант № 16) 2
Расчет тактических показателей РЛС кругового обзора 3
1. Расчет максимальной дальности действия с учётом поглощения. 3
2. Расчет реальной разрешающей способности по дальности и азимуту. 4
3. Расчет реальной точности измерения дальности и азимута 5
Функциональная схема РЛС 7
Литература 9
Оглавление 10
|
