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.
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
обзора1. 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
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.
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
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 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
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. 5
3. Расчет
реальной точности
измерения
дальности и
азимута 6
Функциональная
схема РЛС 7
Литература 10
Оглавление 11