Расчет некогерентной радиолокационной измерительной системы кругового обзора
Расчет некогерентной радиолокационной измерительной системы кругового обзора
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
Литература
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
, [м
2
].......................................................... 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 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:
E
изл
- энергия, излучаемая в одном импульсе,
Е
изл
=Р
и
t
и
=70010
3
2,810
-6
=1,96 Дж
S
а - эффективная площадь антенны,
S
а
=
d
аг
d
ав
=
72,5=8,75 м
2
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.
=
, q
0
- параметр обнаружения, 101,2
N - количество импульсов, принимаемых от цели,
N=t
обл
F
и
, где t
обл
,
F
и - частота посылок импульсов.
Q
a0,5 - 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
ш
T, где
T - температура приемника в градусах Кельвина (примем T=300К) ;
k=1,3810
-23 Дж/град постоянная Больцмана;
k
ш - коэффициент шума приемника.
E
ш
=kk
ш
T =1,3810
-23
5300=2,0710
-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. 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 [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 =1,3Q
a0,5
=0,962 град d(j
аз
)
инд
- разрешающая способность индикатора по азимуту d(j
аз
)
инд
=d
n
M
f
, где
d
n - диаметр пятна электронно-лучевой трубки
M
f =360 / 2pr - 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 q
0 - 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(j
аз
)
инд
=0,1Dj=0,4 s(j
аз
) =0,4
Функциональная схема РЛС
РЛС кругового обзора предназначена для обнаружения объектов и измерения их координат.
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 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, принимаются той же антенной и через антенный переключатель проходят в приемник, где усиливаются и детектируются. Продетектированные сигналы 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 отчетным направлением и радиусом даст ее азимут. Для сохранения картины расположения целей на время, равное периоду обзора, экран трубки выполняется с послесвечением.
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.
|
