Технічне завдання
Розрахуватитехнічні параметри РЛС УВД з такими параметрами:
Ефективнавідбиваюча поверхня цілі />, /> 40
Ширина спектруфлуктуацій траєкторії руху цілі />, /> 0,2
Імовірністьвірного виявлення цілі /> 0,92
Імовірність хибноїтривоги /> 2
Максимальнавіддаль виявлення цілі/>, /> 300
Сліпа віддаль/>, /> 0,2
Максимальна висотапольоту цілі />, /> 10
Сектор оглядупростору в вертикальній площині
від/> до />, /> 7,5-65
Релеївськарозрізняльна здатність за віддалю />, /> 150
Релеївськарозрізняльна здатність за азимутом />, /> 4
Максимальнаімпульсна потужність передавача />, /> 0,3
Коефіцієнт втрат,який враховує відхилення характеристик реальної апаратури від ідеальної />, /> 15
Довжина хвилі, />, /> 0,10
Зміст
Технічне завдання
1. Технічні параметри РЛС
1.1 Аналіз завдання до виконання курсової роботи
1.2 Розрахунок технічнихпараметрів РЛС
1.3 Розрахунок потужності шуму
1.4 Розрахунок коефіцієнту спрямованої дії антенипередавача і ефективної площини антени приймача
1.5 Розрахунок енергії зондуючого сигналу
2. Вибір і опис зондуючого сигналу
2.1 Вибір зондуючого сигналу
2.2 Автокореляційна функція сигналу
2.3 Функціональні схеми пристроїв генерації та обробкизондуючого сигналу
3. Розрахунок реальноїрозрізняльної здатності та потенційної і реальної точності
3.1 Розрахунок реальної розрізняльної здатності за віддалюта азимутом
3.2 Розрахунок потенційної і реальної точності вимірувіддалі і азимуту
4. Вибір схеми захисту від пасивних завад
Висновок
Додатки
Огляд роботи РЛС УВД
Структурна схема РЛС
1. Технічні параметри РЛС1.1 Аналіз завдання до виконаннякурсової роботи
Завдання довиконання курсової роботи передбачає розрахунок технічних параметрів імпульсноїоглядової РЛС.
Вихідні дані длярозрахунків:
Параметри зониогляду:
Переріз зониогляду — кільце (коловий огляд), яке утворене максимальною віддаллю />.
Переріз огляду ввертикальній площині наведено на рис.1, де /> -висота польоту цілі, /> та /> - мінімальний тамаксимальний кути місця цілі, тому:
/>, (1.1)
де /> - кут місця, що відповідаємаксимальній віддалі виявлення і максимальній висоті польоту цілі.
/>
Рис.1
Якість виявлення:
РЛС повинназабезпечити виявлення цілі з ефективною відбиваючою поверхнею /> на фоні власних шумівприймача на межі зони огляду в кутомісцевій площині (рис.1) з імовірністювірного виявлення /> та імовірністюхибної тривоги /> (для всієї зониогляду) при одноразовому перегляді. Модель /> сигналу(поодинокого) на вході приймача — сигнал з випадковою початковою фазою тафлюктуючою амплітудою.
Динамічніпараметри руху цілі: верхня межа спектра флюктуацій траєкторії руху цілі />.
Координати цілі,які підлягають однозначному вимірюванню: віддаль /> таазимут />.
Релеївськірозрізняльні здатності РЛС: не гірше ніж /> завіддаллю та /> за азимутом (прирівномірному розподіленні поля в розкриві антени).
Максимальнаімпульсна потужність передавача: />.
Коефіцієнт втрат,який враховує відхилення характеристик реальної апаратури РЛС від ідеальної (оптимальної):/>.
Довжина хвилізондуючого сигналу />: знаходиться вмежах />.
Оскільки воглядових РЛС задача розрізнення цілей за частотою Допплера не ставиться, то втакій РЛС можна застосувати некогерентну міжперіодну обробку.1.2 Розрахунок технічних параметрівРЛС
Розрахунок шириниспектру зондуючого сигналу:
/>, (1.1)
де/> - релеївская роздільназдатність за віддаллю.
Вибір часу оглядуз умови:
/>, (1.2)
де /> - верхня межа спектрутраєкторії руху цілі
Розрахунок періоду(частоти) повторення імпульсів передавача з умови однозначного вимірюваннявіддалі:
/> (1.3)
де/> - максимальна віддальоднозначного виміряння;
/>
/> - максимальнавіддаль виявлення з урахуванням поглинання.
/>;
/>.
Розрахуноккількості імпульсів (кількість імпульсів в пачці), підходящих на вхід приймачаРЛС за час опромінення цілі /> врежимі колового огляду:
/>, (1.4)
де /> - час опромінення цілі:
/> (1.5)
де /> - ширина діаграмиспрямованості в азимутальній площі на рівні половинної потужності (Релеївськароздільна здатність за азимутом). Маємо:
/>;
/>.
Розрахуноккоефіцієнта розрізнення для моделі сигналу з випадковою фазою і флюктуючоюамплітудою:
/> (1.6)
де /> - відношення сигнал/шум,розраховуємо за формулою:
/>, (1.7)
де/> - імовірність правильногознаходження; /> - імовірність хибноїтривоги для одного елементу розрізнення зони огляду.
/> (1.8)
/>, (1.9)
де m — числоелементів розрізнення у зоні огляду, дорівнює добутку числа елементіврозрізнення за віддалю m1 і за азимутом m2.
/>;
/>;
/>;
/>.
Визначимокоефіцієнт втрат /> принекогерентній обробці.
Для розрахованоїімовірності хибної тривоги для одного елемента розрізнення і розрахованоїкількості імпульсів визначимо параметр /> зрівняння:
/>, (1.10)
За допомогою ЕОМпобудуємо графік залежності (1.10) і знайдемо узагальнений поріг />.
/>
Рис.2
Розрахунокпроведений на комп’ютері, показав />.
Знаходимонеобхідне відношення сигнал/шум для одного імпульсу при некогерентній обробці /> з рівняння:
/>. (1.11)
Згідно завданню />. Підберемо />для забезпечення /> при />. За допомогою ЕОМпідрахуємо значення /> при />. Дані ітерацій зведено втабл.1.
Табл.1
/>
/>
/>
/> 60 0.913 68 0.923 61 0.914 69 0.924 62 0.915 70 0.925 63 0.916 71 0.925 64 0.917 72 0.926 65 0.919 73 0.927 66 0.920 74 0.929 67 0.922 75 0.930
Маємо, що при /> виконується потрібна намрівність.
Так як згідновизначенню /> характеризує енергетичнівтрати, що виникаючі при переході від когерентної до некогерентної обробки, а відношеннясигнал/шум в одному імпульсі при когерентній обробці /> дорівнює:
/> (1.12)
де /> розраховано за формулою(1.7), отже:
/> (1.13)1.3 Розрахунок потужності шуму
Розрахуємоспектральну щільність шуму />. Дляцього потрібно вибрати тип активного елементу вхідного пристрою супергетеродинногоприймача РЛС для заданої довжини хвилі випромінюваного коливання.
Значення /> визначаються формулою
/>, (1.14)
де/> - постійна Больцмана,
/> - нормальнатемпература,
/> - коефіцієнтшуму підсилюючого елементу. Як відомо:
/>
Потужність шуму навході приймача в смузі прийому /> розраховуєтьсяза формулою:
/>, (1.15)
де /> - ефективна ширина смугипропускання лінійного тракту приймача з урахуванням узгодженого фільтру.
При узгодженійобробці /> дорівнює:
/>, (1.16)
де /> - ширина спектру зондуючого сигналу, розрахована нами за формулою (1.1). Тоді, підставивши знайденізначення у формулу (2.2), обчислимо потужність шуму:
/>1.4 Розрахунок коефіцієнтуспрямованої дії антени передавача і ефективної площини антени приймача
Оскільки РЛС,параметри якої розраховуються, повинна забезпечити розрізнення і точний виміртільки по одній кутовій координаті — азимуту, то в РЛС необхідно застосуватиантену, яка формує плоску діаграму спрямованості і при цьому сканує її вазимутальній площині.
Ширина головногопроменя ДС в азимутальній площині на рівні 0,5 за потужністю /> визначається заданоюрозрізняльною здатністю по азимуту /> (/>), а ширина променя вплощині кута місця визначається заданою величиною />.
Основним виразомдля визначення параметрів РЛС є рівняння віддалі, яке має вигляд:
/>, (1.17),
де/> - максимальна віддальвиявлення,/>;
/> - імпульснапотужність передавача, />;
/> - кількістьімпульсів, що приймаються антеною за час повороту в площині азимуту на кут,який відповідає ширині антенного променя на рівні 0,5 за потужністю;
/> - коефіцієнтспрямованої дії антени передавача;
/> - ефективнаплоща антени приймача, />;
/> - ефективна відбиваючаповерхня цілі, />;
/>спектральна щільністьвнутрішнього шуму;
/> - коефіцієнтрозрізнення;
/> - базазондуючого сигналу;
/> - коефіцієнтвтрат в системі.
В рівнянні віддалідії (1.17) входить коефіцієнт підсилення антени, який наряду з іншими заданимипараметрами, що входять в (1.17), забезпечує виявлення цілі із заданими ймовірностями/> та /> на />.
Для цілей, щомають кут місця /> в межах />, віддаль виявлення повиннабути /> і, отже, />.
В той же час,оскільки максимальна висота цілі обмежується величиною /> і />, то для цілей, що летятьна висоті /> і мають кут місця /> в межах />, максимальна віддаль міжРЛС і ціллю /> буде менше ніж />.
Із рис.1 бачимо,що для />.
/>. (1.18)
Тому для кутів /> в межах /> для забезпечення виявленняцілей, що летять на висоті /> іззаданими ймовірностями /> та /> може бути менше ніж />. Вказаним умовамзадовольняє антена, яка має для кутів місця /> коефіцієнтпідсилення />, а для кутів /> - коефіцієнт підсилення
/>. (1.19)
Таку антенуназивають косеканс-квадратною. Відомі кілька способів побудовикосеканс-квадратної антени. В найбільш поширеному з них верхня половинавідбивача являє собою параболу. Вона відбиває енергію опромінювача, щорозміщується в фокусі параболи, в напрямках, які паралельні осі антени, як узвичайної параболічної антени. Нижня частина відбивача трохи відрізняється відпараболи. Вона видозмінена у такий спосіб, щоб частина енергії випромінювачавідбивалась вверх по відношенню до осі антени.
Коефіцієнтпідсилення параболічної антени із плоским променем розраховується за формулою:
/>, (1.20)
де />,
/>,
/>.
Отже,
/>.
Коефіцієнтпідсилення косеканс-квадратної антени /> зтією ж апертурою як і у параболічної для кутів /> будетрохи меншою, ніж розрахований за формулою (1.20), і визначається співвідношенням:
/>. (1.21)
/>
Для суміщеноїантени при коефіцієнті корисної дії /> ефективнаплоща антени визначається як:
/>. (1.22)
/>
Тому порозрахованому значенню /> (1.21) іформулою (1.22) можливо розрахувати ефективну площу косеканс-квадратної антени:
/>. (1.23)
/>
Наближені лінійнігоризонтальний та вертикальний розміри косеканс-квадратної антенирозраховуються за формулами:
/>; (1.24)
/> (1.25)
де кутипідставляються в градусах.1.5 Розрахунок енергії зондуючогосигналу
Оскільки передРЛС, параметри якої потрібно розрахувати, відповідно до вихідних даних неставиться задача розрізняння цілей за радіальною швидкістю, то в ній можназастосувати узгоджену внутріперіодну обробку і некогерентну міжперіодну обробку/> - імпульсної пачки. Дляцього випадку максимальна віддаль дії визначається співвідношенням:
/> (1.26)
де /> - імпульсна енергіявипроміненого імпульсу, Дж;
/> - коефіцієнтвтрат при некогерентній обробці послідовності із N імпульсів;
/> - граничневідношення сигнал/шум на виході узгодженого з одним із імпульсів фільтру, якийзабезпечує потрібну якість виявлення при когерентній обробці.
З урахуваннями(1.26) енергія зондуючого сигналу в одному імпульсі /> визначаєтьсяспіввідношенням:
/>. (1.26)
/>.
Енергія /> - імпульсного пакету, щоприймається, буде рівнятись
/>. (1.27)
Із розрахованоїенергії /> і заданої потужності /> можна визначитипротяжність одного радіоімпульсу зондуючого сигналу
/>. (1.28)
Для перевіркикоректності приведених розрахунків необхідно виконати контрольний розрахунок />:
/>, (1.29)
/>,
і визначитивідносну похибку:
/>. (1.30)
/>. (1.31)
Перевіряємо виконанняумови
/> (1.32)
Умова виконується.
2. Вибір і опис зондуючого сигналу2.1 Вибір зондуючого сигналу
Коефіцієнтстиснення /> сигналу (база) визначаєтьсяяк добуток ширини його спектру на тривалість:
/> (2.1)
Характер та якістьінформації, що вилучається РЛС з прийнятого коливання, залежать від структурита властивостей зондуючого сигналу. Призначення РЛС в значній мірі визначаєвластивості зондуючого сигналу, тому що навіть теоретично не існуєрадіолокаційного сигналу, який би ідеально підходив би для будь-якихзастосувань.
На вибірзондуючого сигналу впливають віддаль виявлення цілей, роздільна здатність РЛС,невизначеності різного виду, точність визначення параметрів радіолокаційногосигналу, практичне виконання пристроїв генерації, випромінювання та обробкисигналу та інші загальні вимоги. Ці фактори часто суперечать один одному (яктеоретично, так і практично). Тому при виборі зондуючого сигналу частодоводиться вдаватися до компромісних рішень.
Виходячи із оптимізованихданих, отриманих у п.1 зондуючий сигнал повинен бути складним база якогодорівнює />. При такій базі кращевибрати біфазний сигнал (БФ), оскільки при малій базі сигналу, спектрЛЧМ-сигналу є нерівномірним, що призводить до важкості реалізації узгодженогофільтру.
Біфазний сигнал наоснові кодів Баркера, які при непарних /> існуютьлише при/>, що витікає з виразів: припарному />:
/> (2.2)
при непарному />:
/> (2.3)
Кореляційнафункція кодів Баркера при F = 0: />:
/> (2.4)
Іншим перерізомцієї функції (площиною t = 0) є:
/> (2.5)
яке приводить дорівняння:
/>. (2.6)
При цьому побічнімаксимуми менші головного максимуму приблизно в 5 разів. Складні сигнали кодівБаркера також мають наступні переваги перед іншими складними сигналами:
відносно малутривалість головного викиду;
переважно великеперевищення центрального викиду над боковими;
Отже послідовністькоду Баркера для /> наступна:N
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/> 7 +1 +1 +1 -1 -1 +1 -1 2.2 Автокореляційна функція сигналу
Розрахуноккореляційної функцій зводиться до знаходження її значень в дискретних точках,що відповідають часовим зміщенням, кратним тривалості одиничного імпульсу />.
Останнє не важкозробити за допомогою ромбовидної таблиці. У боковому стовпці записуєтьсяпослідовність зверху вниз.
Якщо в строчцібокового стовпця стоїть +, то перепишемо без зміни цю послідовність угоризонтальну строку, а якщо на вказаному місці стоїть —, то змінимо знакиусіх її елементів:- - - - + + - + + + + + - - + - - - - - + + - + - - - - + + - + + + + + - - + - + + + + - - + - + + + + - - + - -1 -1 -1 +7 -1 -1 -1
Склавши елементикожного вертикального стовпця, визначимо значення автокореляційної функції цієїпослідовності в дискретних точках.
Побудувавши цізначення на графіку, отримаємо автокореляційну функцію послідовності, якавідрізняється від нормованої автореляційної функції лише масштабом по осіординат.
Викладена методикає по суті матричним представленням виразу:
/> (2.7)
Графікавтокореляційної функції сигналу представлений на рис.3:
/>
Рис.32.3 Функціональні схеми пристроївгенерації та обробки зондуючого сигналу
Сигнал,маніпульований за фазою на /> позакону коду Баркера можливо отримати порівняно простими засобами. Для цьогоможливо використати балансний модулятор (БМ), що живиться від генераторависокої частоти (ГВЧ) і маніпульований послідовністю відеоімпульсів, щокодуються, які відтворюють закон зміни комплексної амплітуди сигналу:
/>
Послідовність жекодованих амплітуд сигналу можна отримати шляхом алгебраїчного (з врахуваннямполярності) сумування імпульсів, знятих з відводів лінії затримки загальноїтривалості />, на вхід якої поступаєпрямокутний імпульс тривалості />. Лініязатримки має /> відводів, які забезпечуютьзатримку на величину кратну/>. Імпульсиотримані з початку лінії, з усіх кінців відводів та кінця лінії, складаються усуматорі з вагою, що відповідає значенню члену /> кодуБаркера. В наслідку цього підсумування з’являється послідовність кодованихвідео імпульсів (рис.5).
Функціональнасхема такого пристрою приведена на рис.4 (ГОИ — генератор одиночного імпульсу):
/>
Рис.4
/>
Рис.5
При маніпулюванніпослідовністю відеоімпульсів балансного маніпулятора і подачі на його вхідколивань високої частоти на його виході з’являється сигнал, фаза якогоманіпульована за законом кода Баркера.
Слід замітити, щорозглянута вище методика розрахунку автокореляційної функції огинаючоїфазоманіпульованого сигналу детально відтворює механізм проходження цієїогинаючої крізь багатовідвідну лінію затримки і суматор із дзеркальним відноснокоду сигналу законом підсумування сигналу у відводах. Лінія затримки і суматор(рис.5) входять до складу РОФОС (радіочастотного оптимального фільтру дляодиночного сигналу).
/>
Рис.6
3. Розрахунок реальної розрізняльноїздатності та потенційної і реальної точності
Розглянемоодноканальну імпульсну некогерентну РЛС кругового огляду, структурна схема якоїмає вигляд (рис.3.1).
/>
Рис.3.1 Структурнасхема РЛС кругового огляду
Такі станціїдозволяють виявляти цілі та визначати їхню дальність /> і азимут /> у межах зони огляду,обмеженою максимальною дальністю /> ташириною ДС у вертикальній площині />. Поазимуту ДС обертається з постійною швидкістю, здійснюючи за час одного оберту /> круговий огляд.
Для візуальноїіндикації двох координат цілі необхідний двовимірний індикатор кругового огляду(ІКО) з яскравістною оцінкою цілі. В ІКО звичайно застосовується ЕПТ ізелектромагнітним відхиленням променів. Імпульсні сигнали з виходу приймачаподаються на керуючий електрод ЕПТ і збільшують яскравість світіння екрана підчас їхньої появи.
Розгорненнядальності здійснюється за допомогою котушки, що відхиляє, що створює магнітнеполе, що рівномірно переміщає електронний промінь від центра екрана ЕПТ до краюпо радіусу. Азимутальне розгорнення, тобто кругове обертання променя, щорозгортає, дальності синхронно з антеною, створюється або обертанням котушки,що відхиляє, за допомогою системи дистанційної передачі кута (СДПК), або задопомогою спеціально формованих напруг, що відхиляють, живильні нерухомікотушки, що відхиляють. У якості СДПК часто використається слідкуюча сельсиннасистема із грубим і точним каналами, що забезпечують досить високу точністьпередачі.
Механізмформування зображення на екрані ЕПТ пояснюється рис.3.2:
/>
Рис.3.2 Механізмформування зображення на екрані ЕПТ
При обертанніантени, коли починається опромінення цілі (напрямок 1), на відповідному радіусірозгорнення під дією імпульсу цілі виникає яскрава крапка (амплітуда сигналухарактеризується відрізком АВ діаграми спрямованості). На розгорненні також єменш яскраві масштабні крапки.
Обертання антенипо годинній стрілці рівносильно переміщенню цілі у зворотному напрямку, так, щовона послідовно займає напрямки 2' і 3'. Радіуси розгорнення на ІКО займаютьвідповідне положення 2 і 3 і на них виникають яскраві оцінки від цілі (амплітудияких характеризуються відрізком АС і АД).
Після повногооберту антени на екрані утворяться масштабні кільця (електронна шкала дальності),а ціль буде мати вигляд невеликої дуги, кутові розміри якої приблизнодорівнюють кутовій ширині лугу антени.
Дальність до цілівідраховується за допомогою масштабних кілець. Азимут же відраховується поположенню середини її оцінки щодо якого-небудь початкового напрямку, наприкладпівнічного напрямку меридіана (на рис 3.2 це напрямок 3, що відповідає максимумуДС антени).
Для поясненнявзаємодії елементів структурної схеми РЛС розглянемо часові діаграми сигналів(рис.3.3).
/>
Рис 3.3 Часовідіаграми сигналів
Пристроєм, щозабезпечує погоджену в часі роботу всіх елементів РЛС, є синхронізатор, щоскладається з високостабільного опорного генератора ОГ, коливання якого заданоїчастоти й форми (звичайно синусоїдальної) є вихідними для формування пусковихімпульсів ФПІ з необхідною тривалістю й частотою повторення />, у тому числі імпульсівзапуску модулятора М и розгорнення дальності РД. Імпульси модулятора визначаютьтривалість /> і частоту повторення /> високочастотних імпульсів,генерованих генератором високої частоти ГВЧ (магнітронного, клістронного типу).Через антенний перемикач АП, що блокує вхід приймача на час />, високочастотні коливаннянадходять на антену й випромінюються нею в напрямку мети. По закінченнівипромінювання імпульсу й відновлення чутливості прийомного тракту (часвідновлення />) РЛС готова до прийомувідбитих сигналів за допомогою тієї ж антени.
Таким чином,тривалість зондувального імпульсу /> й часвідновлення чутливості прийомного тракту /> обмежуютьмінімальну дальність дії (мертву зону) РЛС:
/> (4.1)
Прийнятийрадіосигнал підсилюється й детектується в приймачі РЛС і у виглядівідеоімпульсу, посиленого відео підсилювачем ВП в ІКО, надходить на моделюючийелектрод (сітку або катод) ЕПТ. Обертання лінії розгорнення синхронно зобертанням ДС антени за допомогою схеми РА, керованого від датчика положенняантени ДПА.
Обертання ДСантени здійснюється пристроєм обертання антени ПОА, яким звичайно є електродвигунз редуктором.
Відеосигналиприймача за допомогою пристрою первинної обробки інформації ППОІвідокремлюються від перешкод і після перетворення в цифрову форму пристроєм, щокодує, передаються в ЕОМ для вторинної обробки, що полягає в побудові траєкторіїруху цілей.3.1 Розрахунок реальної розрізняльноїздатності за віддалю та азимутом
Оберемо ЕПТ31ЛМ5В, яка має слідуючи характеристики:
/> - діаметрекрана;
/> - діаметрплями;
Реальнарозрізняльна здатність по віддалі визначається як:
/>, (3.1)
де /> і /> відповідно потенційна таінструментальна розрізняльні здатності.
При використаннііндикатора колового огляду (ІКО):
/>, (3.2)
де /> - діаметр плями на екраніелектронно-променевої трубки (ЕПТ), /> - масштабвіддалі на екрані ЕПТ. Враховуючи, що масштаб віддалі:
/>, (3.3)
де /> - коефіцієнт використанняекрану ЕПТ ІКО;
/> - діаметрекрану;
/> - інтервалвіддалі, яку можна оглянути на індикаторі, одержимо:
/>, (3.4)
де /> - добротність (якістьфокусування) ЕПТ.
Отже отримаємо:
/> (3.5)
/> (3.6)
Реальнарозрізняльна здатність по кутовій координаті (азимуту) розраховується заформулою:
/>, (3.7)
де /> - відповідно потенційна таінструментальна розрізняльна здатність.
При використанніІКО:
/>, (3.8)
де /> - діаметр плями ЕПТ; /> - масштаб по азимуту.
Масштаб по азимутув ІКО являється функцією відстані позначки цілі від центра екрану івизначається як:
/>, (3.9)
де /> - відстань позначки цілівід центра екрану.
Враховуючи (53),формулу (52) можна записати у вигляді:
/> (3.10)
де />
/> -
відповідно,діаметр плями і відстань позначки цілі від центра екрану, які перераховані всправжні відстані.
Отже, отримаємо:
/>. (3.11)
Із (3.9) видно, щорозрізняльна здатність по азимуту в ІКО залежить від віддалі до цілі. Розрізняльназдатність по азимуту тим вища, чим дальше ціль. Біля центру екрану розрізняльназдатність дуже низька.3.2 Розрахунок потенційної і реальноїточності виміру віддалі і азимуту
Потенційна точністьвизначає граничну точність вимірювання, що може бути досягнута, і залежитьтільки від відношення сигнал/шум та форми зондуючого сигналу. Відношеннясигнал/шум одного імпульсу:
/> (3.12)
Дисперсіяпотенційної похибки виміру віддалі розраховується за формулою:
/> (3.13)
Середньоквадратичнезначення потенційної похибки виміру кутової координати (азимуту) при умові, щодіаграма спрямованості має дзвоноподібну форму, а пеленгація в РЛС коловогоогляду виконується методом максимуму, визначається співвідношенням:
/> (3.14)
Середньоквадратичнезначення результуючої похибки виміру будь-якої координати визначатиметьсяформулою:
/>, (3.15)
де /> - потенційна похибка, якарозраховується за приведеними вище формулою, /> -похибка, що викликана викривленням траєкторії розповсюдження радіохвиль, /> - похибка, що обумовленазначенням точності в />-му вузлі РЛС, /> - загальна кількістьвузлів.
В багатьохвипадках похибки, що обумовлені скривленням траєкторії радіохвиль, можна невраховувати, а із апаратурних похибок враховувати тільки похибки вихідногопристрою. Отже:
/> (3.16)
де інструментальнаточність виміру віддалі при використанні ІКО в основному визначається стабільністюпочатку розгортки, постійністю швидкості розгортки та точністю відліку віддаліна індикаторі.
Середньоквадратичнезначення похибки виміру віддалі при урахуванні тільки похибки відлікувизначається як:
/> (3.17)
де />
і /> - відстань міжелектронними позначками віддалі на екрані ЕПТ.
Середньоквадратичнареальна похибка за дальністю:
/> (3.18)
При використанніцифрового вимірювача віддалі похибка виміру з'являється в основному за рахунокдискретності відліку і нестабільності частоти повторення тактових імпульсів.
Середньоквадратичнаінструментальна похибка виміру віддалі за рахунок дискретності відлікувизначається співвідношенням:
/> (3.19)
де /> - ціна інтервалуелектронних імпульсів при електронному відліку.
Середньоквадратичнапохибка віддалі за рахунок нестабільності частоти повторення тактових імпульсів:
/> (3.20)
де /> - відноснасередньоквадратична нестабільність повторення тактових імпульсів для кварцовогогенератора.
Тоді результуючаінструментальна похибка виміру віддалі цифровим методом розраховується заформулою:
/> (3.21)
При використанніІКО /> визначаєтьсяспіввідношенням:
/>, (3.22)
де /> - інструментальнарозрізняльна здатність по азимуту,
/> - цінавідлікових позначок по азимуту (коефіцієнт 0,15 визначає точність інтерполяціїна ІКО).
Отже,
/> (3.23)
Реальнасередньоквадратична похибка виміру кутової координати може бути визначено як:
/> (3.24)
Привикористовуванні цифрового вимірювача кутових координат інструментальна похибкавимірювання виникає в основному за рахунок дискретності відліку і неточностінанесення позначок на диск вимірювача (аналогічно нестабільності частотитактових імпульсів для цифрового вимірювача віддалі). Розрахуноксередньоквадратичної інструментальної похибки виміру кутової координатипроводиться за формулою:
/>. (3.25)
В формулі (3.24):
/>; (3.26)
/>. (3.27)
де /> - максимальне значеннявимірюваного кута, /> - величинадискрету відліку по кутовій координаті. Отже:
/>;
/>;
/>.
4. Вибір схеми захисту від пасивнихзавад
Показником якостіфункціонування системи захисту від пасивних завад є коефіцієнт поліпшеннявідношення сигнал/завада:
/> (4.4)
де /> та /> - вихідне та вхідневідношення потужності сигналу до потужності пасивної завади, усереднене заусіма швидкостями цілей. Цей параметр враховує як послаблення завади в фільтрісистеми захисту, так і середній виграш системи. Таким чином, коефіцієнтполіпшення є показником відгуку фільтра системи захисту на сигнали пасивноїзавади по відношенню до усередненого відгуку на сигнали від цілей.
Співвідношення(4.4) можна записати так:
/>, (4.5)
де /> - реальний коефіцієнтпридушення пасивної завади;
/> -усереднений за усіма доплеровськими частотами коефіцієнт підсилення потужностісигналу.
При цьомупередбачається, що сигнал від цілі має постійну амплітуду, а її радіальнашвидкість рівноймовірна для всього діапазону значень.
Як випливає звизначення коефіцієнта поліпшення, для його обчислення необхідно знатипотужність /> залишків пасивної завадина виході системи захисту, на яку впливають нестабільності елементів системи,рух антени, вобуляція періоду та ін. Вплив кожного окремого фактора можнаврахувати та оцінити через результуючий коефіцієнт поліпшення. Якщо переліченіфактори, які впливають на рівень залишків пасивної завади, статистичнонезалежні, то сумарна потужність залишків завади /> дорівнюєсумі потужностей залишків від окремих факторів:
/>,
де /> - кількість факторів, якіформують залишки після компенсації пасивної завади.
Тоді коефіцієнтполіпшення усієї системи (4.5) оцінюється через поодинокі коефіцієнтиполіпшення за допомогою співвідношення [4]:
/>. (4.6)
Коефіцієнтполіпшення, що визначається формулою (4.6), враховує як зовнішні, так івнутрішні джерела, які сприяють формуванню залишків пасивної завади.
Якщо взятизначення сигналу як усереднене за усіма можливими швидкостями цілі таприпустити, що енергія сигналу рівномірно розподілена за інтервалом частот />, то середнє підсиленнясигналу за потужністю фільтром системи захисту дорівнює підсиленню шуму запотужністю тим же фільтром [2]:
/>, (4.7)
де /> - амплітудно-частотнахарактеристика фільтра системи захисту. Якщо основою системи захисту є пристрійЧПК, то [3]:
/>,
де /> - кратність пристрою ЧПК.
Як вжевідмічалось, реальний коефіцієнт придушення пасивної завади залежить не тількивід статистичних властивостей завади, но і від багатьох інших факторів. Аналогічнокоефіцієнту поліпшення, реальний коефіцієнт придушення пасивної завади /> визначається з виразу
/>,
де /> - коефіцієнт придушенняпассивної завади, який залежить тільки від статистичних властивостей завади йназивається потенційним коефіцієнтом придушення; він може бути визначений черезкоефіцієнт кореляції пасивної завади /> [3]:
/>
/> - кількістьфакторів, які впливають на ступінь придушення пасивної завади; /> - поодинокі коефіцієнтипридушення.
Коефіцієнткореляції пасивної завади однозначно визначається її спектром флуктуацій. Відповіднодо форми спектра флуктуацій, завади поділяються на гауссові та резонансні. Коефіцієнтикореляції гауссової та резонансної завад описуються відповідно такими виразами[4]:
/> та />,
де /> - півширина спектрафлуктуацій завади на рівні 0,1.
Фактори, яківпливають на ефективність функціонування системи захисту від пасивних завад,можна поділити на дві групи. Першу групу складають фактори, вплив якихнеможливо виключити ніякими технічними засобами, а другу — ті, вплив яких можназменшити схемотехнічно. До першої групи належить, наприклад, вплив скануванняантени, а до другої — динамічний діапазон використованої елементної бази,нестабільності частот генераторів гармонічних коливань, нестабільності періодуповторення, тривалості і амплітуди зондуючих імпульсів, ефекти квантування привикористанні цифрової елементної бази та ін. У [5] наведений достатньо повнийїхній перелік; нижче наведені деякі поодинокі коефіцієнти придушення.
Скануванняантени. Для гауссової апроксимації ДН антени [5]
/>
Використання цієїформули при інших видах апроксимації припустимо на етапі ескізного проектування.
Динамічнийдіапазон використованої аналогової елементної базі. Практикасвідчить, що динамічний діапазон сигналів на вході РЛС може перевищувати 100 дБ.Проте динамічний діапазон ультразвукових ліній затримки (УЗЛЗ) суттєво нижчийза цю величину: />. Тому коефіцієнтпридушення пасивної завади в аналоговій системі СРЦ обмежений величиною />.
Ефектиквантування при використанні цифрової елементної бази. Враховуючи наявність квадратурних каналів, а також (4.7), коефіцієнтпридушення пасивної завади в цифровій системі обмежений величиною
/>,
де /> - розрядність АЦП.
Нестабільностічастот генераторів гармонічних коливань приводять допояви нескомпенсованих залишків від сигналу пасивної завади з середньоквадратичнимзначенням /> і обмежують коефіцієнтполіпшення величиною [5]
/>.
Враховуючи, щозміни фаз коливань генераторів незалежні, отримаємо
/>,
де /> - кількість генераторівгармонічних коливань в РЛС з середньоквадратичним значенням фази />. Вважаючи, що на малихвідрізках часу відхід частоти генератора можна з достатнім ступенем точностіапроксимувати лінійним законом зі швидкістю зміни />,знайдемо середньоквадратичне значення фазового зсуву
/>,
де /> - тривалість активноїроботі />-го аналізованогогенератора протягом /> (длязадавального генератора ЗГ схеми рис.4.4, а, стабільного генератора СГ тамісцевого гетеродина схеми рис.4.4, б, когерентного КГ та місцевого МГгетеродинів схеми рис.4.4, в />, а длягенератора високої частоти ГВЧ схеми рис.4.4, в />).Оскільки на роботу системи захисту від пасивної завади впливають відходичастоти за період повторення, то, запроваджуючи відповідні відноснінестабільності />, остаточноотримаємо
/>.
Звичайно вважають,що кожний генератор однаково впливає на серед-ньоквадратичне значеннявипадкового фазового зсуву, тобто
/>.
Нестабільністьперіоду повторення зондуючих імпульсів /> відносно часу затримкиУЗЛЗ /> спричиняється, в першучергу, залежністю параметрів лінії від температури; вона обмежує коефіцієнтпридушення пасивної завади величиною [15]
/>,
де /> - щілинність зондуючихімпульсів.
Таким чином, вибірсхеми системи завадозахисту від пасивних завад здійснюється шляхом пошукутакого варіанта, який приводить до коефіцієнта поліпшення відношення сигнал/завадане нижче заданого при вибраних характеристиках окремих блоків РЛС. Привиконанні курсової роботи треба проаналізувати не менше трьох наборів значеньпоодиноких коефіцієнтів придушення/>.
З метою поліпшенняексплуатаційних характеристик системи завадозахисту в умовах апріорноїневизначеності застосовуються адаптивні системи.
Висновок
Згідно з технічнимзавданням на курсову роботу результаті виконання даної курсової роботи булирозраховані технічні параметри імпульсної оглядової радіолокаційної станції.
А саме булорозрахований сигнал, параметри сигналу, параметри антени, реальнарозпізнавальна здатність за віддаллю та азимутом, потенційна та реальнаточність виміру віддалі і азимуту.
Після виконаннякурсової роботи можна зробити висновок, що курсова робота відповідає всімвимогам технічного завдання.
Додатки
Додаток А Параметр Значення Параметр Значення 1
/>, с
/> 19
/>
/> 2
/>, с
/> 20
/>
/> 3
/>, с
/> 21
/>, м2
/> 4
/>
/> 22
/>, м
/> 5
/>
/> 23
/>, м
/> 6
/>
/> 24
/>, Дж
/> 7
/>
/> 25
/>, с
/> 8
/>
/> 26
/>, м
/> 9
/>
/> 27
/>,%
/> 10
/>
/> 28
/>
/> 11
/>
/> 29
/>, м
/> 12
/>
/> 30
/>, м
/> 13
/>
/> 31
/>, град
/> 14
/>, м
/> 32
/>, град
/> 15
/>, дБ
/> 33
/>, м
/> 16
/>, Дж
/> 34
/>, град
/> 17
/>, Гц
/> 35
/>, м
/> 18
/>, Вт
/> 36
/>, град
/>
Вибір типу РЛС
Когерентно-імпульсніРЛС з СРЦ підрозділяються на дійсно когерентні та псевдокогерентні[5]. Неоднаковість цих систем полягає в способі побудови передавальногопристрою та способі отримання опорної когерентної напруги.
/>
На рис.5.1, а зображеноваріант укрупненої структурної схеми дійсно когерентної РЛС. У цій системіпередавач побудовано за багатокаскадним принципом. Гармонічні стабільніколивання зада-вального генератора ЗГ з частотою /> пере-множуютьсяза частотою в помножувачі ПЧ1 до величини, що дорівнює несучій частоті РЛС />. Коливання частоти /> надходять на підсилювачпотужності ПП, де здійснюється імпульсна модуляція та підсилення коливань запотужністю. Модулятор керується від подільника частоти ДЧ з коефіцієнтомділення />, який шляхом діленнячасто-ти ЗГ формує короткі імпульси з частотою повторення />. Модулятор М формуєімпульси тривалістю />, які прямують зчастотою />. Прийнятий сигнал з виходуантенного перемикача АП подається на змішувач ЗМ, куди одночасно надходитьколивання задавального генератора після помноження його частоти в помножувачахПЧ2 та ПЧ3. Частота коливання з виходу ПЧ3 відрізняється від частоти /> на величину проміжноїчастоти />. Відбитий сигнал з виходузмішувача ЗМ потрапляє до лінійного радіопідсилювача РП, якого настроєно напроміжну частоту, і далі на когерентний детектор КД. Одночасно на детектор КДнадходить опорний сигнал, який отримано шляхом помноження частоти задавальногогенератора в помножувачі ПЧ2 до значення />.Сигнал з виходу детектора КД надходить до пристрою черезперіодної компенсації (ЧПК).Сигнали з виходу пристрою ЧПК після перетворення в однополярні потрапляють довідеопідсилювача ВП, а з нього — на пристрій виявлення та вимірювання координатцілей.
На рис.5.1, бзображена укрупнена структурна схема псевдокогерентної РЛС з СРЦ, у якій запередавач використовується підсилювач потужності ПП з імпульсною модуляцією, аопорний сигнал формується за допомогою стабільного генератора СГ гармонічнихколивань з частотою />. Сигналгенератора СГ подається на когерентний детектор КД як опорний. Він же надходитьдо змішувача ЗМ1, куди одночасно подається сигнал від місцевого гетеродина МГ,який генерує гармонічні коливання на частоті /> або/>. Коливання з виходу ЗМ1 начастоті /> надходить до підсилювачаПП, в якому здійснюється його підсилення та імпульсна модуляція. На виходіпідсилювача ПП утворюються радіочастотні імпульси потрібної потужності татривалості, які прямують з частотою />. Ціімпульси через антенний перемикач АП надходять до антени А. У режимі прийманнясигнали з виходу перемикача АП надходять до змішувача ЗМ2, куди одночасноподається коливання від гетеродина МГ. Сигнали проміжної частоти з виходузмішувача ЗМ2 надходять до радіопідсилювача РП і далі до когерентного детектораКД. Подальше проходження сигналів не відрізняється від викладеного для дійснокогерентної схеми.
На рис 5.1, внаведено укрупнену структурну схему псевдокогерентної РЛС з однокаскаднимпередавачем на магнетроні. У цьому випадку генератор високочастотних коливаньГВЧ працює в режимі самозбудження при модуляції імпульсами з частотоюповторення РЛС. Опорний когерентний сигнал формується когерентним гетеродиномКГ, який генерує стабільні гармонічні коливання з частотою /> та синхронізується зафазою імпульсами генератора ГВЧ, які перетворені на проміжну частоту. Схемакерування СК призначена для зміни режиму роботи когерентного гетеродина передпочатком фазування з метою підвищення його ефективності. Синхрогенератор СГгенерує послідовність відеоімпульсів з частотою повторення РЛС. По суті роботацієї схеми не відрізняється від роботи розглянутих раніше схем.
Для простихзондуючих сигналів (/>) можнавикористовувати як дійсно когерентну, так і псевдокогерентні схеми побудови РЛС.У цьому випадку вибір структурної схеми визначається тим, який з типів високочастотнихламп, що освоєні промисловістю, задовольняє вимоги проектованої РЛС за несучоючастотою, потужністю, коефіцієнтом корисної дії, тривалістю (шириною спектра) зондуючогосигналу, вартістю та ін. РЛС зі складними сигналами реалізуються за дійснокогерентною схемою або псевдокогерентною з підсилювачем потужності./> />
Обираємо дійсно когерентну РЛС
Рис 5.2 Структурнасхема когерентно-імпульсної РЛСОгляд роботи РЛС УВД
РЛС управлінняповітряним рухом використовуються для управління рухом літаків у повітрі врайоні аеродрому і на землі після посадки. Такі станції дозволяють виявлятилітаки, що прибувають, здійснювати їх індивідуальне розпізнання, направлятилітаки в зони очікування і контролювати рух в цих зонах, послідовно виводитилітаки на посадочний курс і спостерігати за виконанням посадки. Стежити запересуванням літаків і автотранспорту по льотному полю.
Основні тактичнівимоги до РЛС формулювалися на міжнародних конференціях з повітряної навігації[1] з урахуванням специфіки руху літаків у районі аеродрому. Вважається, щовіддаль дії РЛС спостереження за повітряною обстановкою в районі аеродромуповинна бути 150-200 км. Така віддаль забезпечує можливість отриманнянеобхідної інформації про виявлений літак за час його наближення до аеродрому. Одночасновона дозволяє організувати зону очікування для досить великої кількості літаків.
Огляд по азимутуцими станціями повинен здійснюватися в межах 360°, огляд по куту місця — від 1-2°до 25-30°. Помилка у визначенні віддалі не повинна перевищувати 0,4 км. Припустимапомилка вимірювання азимута складає 1°. Визначення висоти польоту літаків навідстані до 40 км, на висотах до 3000 м і при кутах місця від 2 до 25°повинно здійснюватися з точністю не гірше за 300 м. Роздільна здатність повіддалі повинна бути не гірше за400 м, а по азимуту — не гірше за 2°. Періодогляду не повинен перевищувати 15 с. Дуже важливими є вимоги індивідуальногорозпізнавання цілей, автоматичного попередження аварійних ситуацій ізабезпечення працездатності системи УВС у самих різних метеоумовах.
РЛС управлінняповітряним рухом призначені для вирішення приблизно тих же завдань, що і РЛСвиявлення і наведення, тобто виявлення літаків і визначення їх координат. Томуприродно, що структура РЛС обох типів має багато спільного. Зараз за кордономвважається перспективним використання для цілей управління повітряним рухом (УПР)РЛС ППО. Проте для станцій вказаних типів характерні істотні відміни,обумовлені перш за все тим, що РЛС УПР взаємодіють зі своїми літаками. Післявиявлення літака з ним встановлюється двосторонній радіозв'язок, який дозволяєодержати важливу інформацію про літак та його траекторію, включаючи відомості,наприклад, про висоту польоту. Таким чином, РЛС УПР може не вимірювати висотицілей.
На своїх літакахможуть встановлюватися відповідачі для використання при спостереженні за цілямиметодом активної відповіді. Це дозволяє у декілька разів підвищити віддальвиявлення (тобто істотно знижуються вимоги до РЛС виявлення), дуже простоздійснити індивідуальне розпізнавання цілей (кодування сигналів відповідача),забезпечити надійну роботу системи в поганих метеоумовах, а також передавати зборту літака на землю додаткову інформацію (наприклад, про висоту польоту). Природно,що застосування активної відповіді створює деякі додаткові труднощі: потрібнаспеціальна апаратура на борту літаків, необхідно боротися із запускомвідповідачів по бічних пелюстках діаграми РЛС виявлення, потрібна спеціальнаназемна апаратура для прийому й індикації сигналів бортових відповідачів.
Як правило,сучасні РЛС управління повітряним рухом є імпульсними і некогерентними. Вважаєтьсяперспективним також застосування в них режимів когерентної роботи (при забезпеченнівнутрішньої або зовнішньої когерентності), що дозволяє краще виділяти літаки нафоні гідрометеорів і місцевих предметів [2]. Випромінювані імпульси мають малутривалість (/> = 0,5-2 мкс); рекомендуєтьсязастосовувати частотну модуляцію випромінюваних коливань з подальшим стискомсигналів у часі. Скорочення тривалості сигналів сприяє поліпшенню спостереженнясигналів на фоні гідрометеорів. Для підвищення завадостійкості системи призапиті відповідачів передавачі РЛС випромінюють кодовані сигнали.
Робоча частота РЛСобирається не довільно, а в певних діапазонах згідно вимогам Міжнародного союзуелектрозв’язку.
Для РЛС управлінняповітряним рухом довжина хвилі випромінюємих коливань частіше лежить вкороткохвильовій частині сантиметрового діапазону (l » 3 см), що дозволяєзабезпечити добре розрізняння по кутових координатах при обмежених розмірахантен; програш у віддалі дії через поглинання в атмосфері на середніх відстанях(30-50 км) не дуже великий, а велика віддаль забезпечується за рахуноквикористання бортових відповідачів.
На Міжнароднійконференції із застосування електроніки в цивільній авіації наголошуваласядоцільність використання для подібних РЛС і 10-сантиметрового діапазону хвиль.
Для зменшенняінтенсивності сигналів, відбитих від гідрометеорів, прагнуть використовуватиполяризаційну селекцію. Конструкція опромінювачів антен, наприклад, передбачаєможливість дистанційної зміни поляризації випромінюваних хвиль (від лінійної докругової) [4].
/>
При прийомісигналів використовуються поляризаційні фільтри.
Оскільки віддалідії РЛС відносно малі, то і потужність випромінюваних коливань не дуже велика,імпульсна потужність складає 100-200 кВт. У РЛС використовуються або плосківертикальні промені «косекансної» форми (їх ширина в горизонтальнійплощині складає 1-2°), або вузькі голкоподібні промені (рис.1.1). Перевагапершого рішення — це зменшення періоду огляду, а другого — можливістьвимірювання висоти цілей і менша потужність передавача. Також існують РЛС здвома променями вказаної форми (відповідно два передавача і два приймача), вяких промінь косекансної форми використовується для спостереження за літакамина малих віддалях, а голкоподібний дозволяє виявляти літаки на великій віддалі.
Щоб виключитизапит літакових відповідачів по бічних пелюстках діаграми спрямованості антенивживаються заходи для максимального придушення її бічних пелюстків. Вважаєтьсяреальним зниження бічних пелюстків по потужності до 0,1% відносно основного.
Як вихідніпристрої в РЛС використовуються електронно-променеві індикатори круговогоогляду (оцінка загальної обстановки), «віддаль-азимут» різнихмасштабів (високе розрізняння), «віддаль-висота». Застосуванняелектронно-променевих трубок з великим післясвітінням дозволяє простежуватитраєкторії літаків і коректувати їх відповідним чином. Зручно використовуватипланшети, на яких нанесені межі зон очікування, положення злітно-посадочноїсмуги, що дозволяє вводити поточні дані про положення виявлених літаків.Структурна схема РЛС
/>
Рис 7.1 Структурнасхема РЛС