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
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 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
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=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.
, 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.
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.
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
3. Расчет
реальной точности измерения дальности и азимута
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
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
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____________________________________________________________________
|
