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) Длина волны l, [см]
...................................................................................................................................................................... 8 Импульсная мощность Ри, [кВт]
........................................................................................................................................ 700 Длительность импульсов tи, [мкс]
.................................................................................................................................. 2, 8 Частота посылок импульсов Fи, [Гц]
............................................................................................................................ 700 Горизонтальный размер зеркала антенны dаг [м] .............................................................................................. 7 Вертикальный размер зеркала антенны dав, [м] ................................................................................................... 2, 5 Период обзора Тобз, [с]
................................................................................................................................................................ 5 Коэффициент шума приёмника kш.................................................................................................................................. 5 Вероятность правильного обнаружения Wпо .......................................................................................................... 0, 8 Вероятность ложной тревоги Wлт.................................................................................................................................. 10-5 Диаметр экрана индикатора кругового обзора dэ, [мм] .............................................................................. 400 Эффективная отражающая площадь цели Sэфо, [м2] ....................................................................................... 30 Качество фокусировки Qф...................................................................................................................................................... 400 Предельное значение шкалы дальности Dшк1, [км] .......................................................................................... 50 Dшк2, [км] ........................................................................... .............. 400 Измерительные метки дальности DD, [км]
............................................................................................................. 15 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=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 dослпринимаем 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.
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. 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 3. Расчет реальной точности измерения дальности и азимута
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 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 посылокFи. Эти импульсы используются для запуска передатчика и синхронизации выходного устройства. В состав передатчика входит импульсный модулятор, формирующий импульсы (рис. 2а) длительностьюtи 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 времяtD=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
Васин В. В. Дальность действия радиотехнических измерительных систем. Методическая разработка. - М. :МИЭМ 1977г.
Васин В. В. Разрешающая способность и точность измерений в радиотехнических измерительных системах. Методическая разработка. - М. : МИЭМ 1977г. 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