Расчет некогерентной радиолокационной измерительной системы кругового обзора
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=700×103×2,8×10-6=1,96
Дж
Sа - эффективная площадь антенны,
Sа=dагdав=×7×2,5=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=1,38×10-23 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
440,3 км
Теперь определим
максимальную дальность действия РЛС с учетом поглощения энергии радиоволн.
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.
Ðåàëüíàÿ
ðàçðåøàþùàÿ
ñïîñîáíîñòü
ïî äàëüíîñòè:
·
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(jàç) =d(jàç)ïîò+d(jàç)èíä
, где
d(jàç)ïîò -
потенциальная разрешающая способность по азимуту при аппроксимации диаграммы
направленности гауссовой кривой;
d(jàç)ïîò =1,3×Qa0,5=0,962 град
d(jàç)èíä -
разрешающая способность индикатора по азимуту
d(jàç)èíä
=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
Ðåàëüíàÿ
ðàçðåøàþùàÿ
ñïîñîáíîñòü
ïî àçèìóòó:
d(jàç)=0,962+0,717=1,679
град
Точность
характеризуется ошибкой измерения. Результирующую среднеквадратическую ошибку
измерения дальности рассчитаем по формуле:
, где
s(D)ïîò - потенциальная ошибка измерения дальности.
, где
q0
- удвоенное отношение сигнал/шум
26,47
s(D)ïîò =0,046 км
Ошибкой из-за непрямолинейности
распространения s(D)раñïð пренебрегаем. Аппаратурные ошибки s(D)àïп 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(jàç)èíä=0,1Dj=0,4
s(jàç)=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;
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.
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____________________________________________________________________