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 l, [см] ...............................................................................................................           8

   2.    Импульсная мощность Р_и, [кВт] ........................................................................................... 700

   3.    Длительность импульсов t_и, [мкс] ....................................................................................... 2,8

   4.    Частота посылок импульсов F_и, [Гц] ................................................................................... 700

   5.    Горизонтальный размер зеркала антенны d_аг [м] ............................................................... 7

   6.    Вертикальный размер зеркала антенны d_ав, [м] .................................................................. 2,5

   7.    Период обзора Т_обз, [с] ...........................................................................................................            5

   8.    Коэффициент шума приёмника k_ш ....................................................................................... 5

   9.    Вероятность правильного обнаружения W_по .......................................................................            0,8

10.    Вероятность ложной тревоги W_лт .......................................................................................             10^-5

11.    Диаметр экрана индикатора кругового обзора d_э, [мм] ....................................................  400

12.    Эффективная отражающая площадь цели S_эфо, [м²] ..........................................................  30

13.    Качество фокусировки Q_ф .................................................................................................... 400

14.    Предельное значение шкалы дальности D_шк1, [км] ............................................................ 50                                                                       D_шк2, [км] ................................................. ........... 400                                                                              

15.    Измерительные метки дальности DD, [км] ......................................................................... 15

16.    Измерительные метки азимута D
j, [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:
E_изл - энергия, излучаемая в одном импульсе,
            Е_изл=Р_и
t_и=700×10³×2,8×10^-6=1,96 Дж



S_а - эффективная площадь антенны,
            S_а=d_агd_ав=×7×2,5=8,75 м²
S_эфо - эффективная отражающая площадь цели;

l - длина волны;

k_р - коэффициент различимости (отношение энергий сигнал/шум на входе приемника, при котором обеспечивается прием сигналов с заданными W_по и W_лт)

k_р=k_р.т.,

где k_р.т. - теоретический коэффициент различимости,

           
k_р.т.=,

q₀ - параметр обнаружения,

            101,2

N - количество импульсов, принимаемых от цели,

N=t_облF_и , где

t_обл,

F_и - частота посылок импульсов.

Q_a
0,5 - 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:
 t_обл= 0,01 с, N = 7 импульсов и k_р.т.= 7,2.

Пусть =10, тогда k_P=72.

Е_ш - энергия шумов, действующих при приёме.
E_ш=kk_шT
 , где
T - температура приемника в градусах Кельвина (примем T=300К);

 k=1,38×10^-23 Дж/град - постоянная Больцмана;

k_ш - коэффициент шума приемника.
E_ш=kk_шT =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.

             , где         (2)

d_осл - коэффициент ослабления, а DD - ширина ослабляющего слоя. Значение d_осл находим по графикам, приведенным на рис. 1.4 в [1]. Для l=8 см d_осл 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 d_осл = 0,01 дБ/км и D_макс= 440,3 км рассчитываем D_{макс.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

D_шк - предельное значение шкалы дальности,

k_э= 0,4 - коэффициент использования экрана,

Q_ф - качество фокусировки трубки.
Для D_шк1=50 км  d(D)_инд1=0,31 км.

Для D_шк2=400 км  d(D)_инд2=2,50 км.
Реальная разрешающая способность по дальности:

·      для D_шк1=50 км d
(D)₁=d(D)_пот+d(D)_инд1 =0,42+0,31=0,73 км;

·      для D_шк2=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(j
_аз) =d(j
_аз)_пот+d(j
_аз)_инд , где

d(j
_аз)_пот - потенциальная разрешающая способность по азимуту при аппроксимации диаграммы направленности гауссовой кривой;
            d(j
_аз)_пот =1,3×Q_a0,5=0,962 град

d(j
_аз)_инд - разрешающая способность индикатора по азимуту

            d(j
_аз)_инд =d_nM_f , где

d_n - диаметр пятна электронно-лучевой трубки

            M_f =360 / 2p
r - масштаб шкалы, r - удаление отметки от центра экрана.
            Принимая
r=k_э
d_э / 2 , (отметка на краю экрана), получим
0,717 град

Реальная разрешающая способность по азимуту:
 d(j
_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:
            , 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)_ра
спр 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 =0,1D
D=1,5 км , где D
D - цена деления шкалы.
            s(
D)=1,5 км.
            Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения азимута определим аналогично.
            0,04

            s
(
j
_аз)
_инд=0,1D
j=0,4

            s
(
j
_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 F_и. Эти импульсы используются для запуска передатчика и синхронизации выходного устройства. В состав передатчика входит импульсный модулятор, формирующий импульсы (рис. 2а) длительностью t_и и мощностью P_и, 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 t_D
=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

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________________________________________________________________________

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____________________________________________________________________