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 (, [см]

.........................................................................

...................................... 8

2. Импульсная мощность Ри, [кВт]

.........................................................................

.................. 700

3. Длительность импульсов (и, [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

Предельное значение шкалы дальности Dшк1, [км]

............................................................ 50

Dшк2, [км]

................................................. ........... 400

15. Измерительные метки дальности (D, [км]

.........................................................................

15

16. Измерительные метки азимута ((, [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:

[pic], (1)

Подсчитаем и установим величины, входящие в это выражение:

Eизл - энергия, излучаемая в одном импульсе,

Еизл=Ри(и=700(103(2,8(10-6=1,96 Дж

Sа - эффективная площадь антенны,

Sа=[pic]dагdав=[pic](7(2,5=8,75 м2

Sэфо - эффективная отражающая площадь цели;

( - 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.[pic],

где kр.т. - теоретический коэффициент различимости,

kр.т.=[pic],

q0 - параметр обнаружения,

[pic][pic]101,2

N - количество импульсов, принимаемых от цели,

N=tоблFи , где

tобл[pic],

Fи - частота посылок импульсов.

Qa0,5 - ширина диаграммы направленности антенны на уровне 0,5 по

мощности,

[pic] 0,74 град;

[pic]- угловая скорость вращения антенны,

[pic]= 72 град/с;

Подставляя полученные значения, будем иметь:

tобл= 0,01 с, N = 7 импульсов и kр.т.= 7,2.

Пусть [pic]=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

[pic]440,3 км

Теперь определим максимальную дальность действия РЛС с учетом

поглощения энергии радиоволн.

[pic] , где (2)

(осл - коэффициент ослабления, а (D - ширина ослабляющего слоя. Значение

(осл находим по графикам, приведенным на рис. 1.4 в (1(. Для (=8 см (осл

принимаем равным 0,01 дБ/км. Предположим, что ослабление происходит на всей

дальности действия. При таком условии формула (2) принимает вид

трансцендентного уравнения

[pic] (3)

Уравнение (3) решим графоаналитическим способом. По рис. 1.5 (1( для

(осл = 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)пот+((D)инд, где

((D)пот - потенциальная разрешающая способность по дальности. Для сигнала в

виде некогерентной пачки прямоугольных импульсов

[pic]0,42 км.

((D)инд - разрешающая способность индикатора по дальности вычисляется по

формуле

[pic], где

Dшк - предельное значение шкалы дальности,

kэ= 0,4 - коэффициент использования экрана,

Qф - качество фокусировки трубки.

Для Dшк1=50 км ((D)инд1=0,31 км.

Для Dшк2=400 км ((D)инд2=2,50 км.

Реальная разрешающая способность по дальности:

. для Dшк1=50 км ((D)1=((D)пот+((D)инд1 =0,42+0,31=0,73 км;

. для Dшк2=400 км ((D)2=((D)пот+((D)инд2 =0,42+2,50=2,92 км.

Реальную разрешающую способность по азимуту рассчитаем по формуле:

(((аз) =(((аз)пот+(((аз)инд , где

(((аз)пот - потенциальная разрешающая способность по азимуту при

аппроксимации диаграммы направленности гауссовой кривой;

(((аз)пот =1,3(Qa0,5=0,962 град

(((аз)инд - разрешающая способность индикатора по азимуту

(((аз)инд =dnMf , где

dn - диаметр пятна электронно-лучевой трубки

Mf =360 / 2(r - масштаб шкалы, r - удаление отметки от центра экрана.

Принимая r=kэdэ / 2 , (отметка на краю экрана), получим

[pic]0,717 град

Реальная разрешающая способность по азимуту:

(((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:

[pic], где

((D)пот - потенциальная ошибка измерения дальности.

[pic], где

q0 - удвоенное отношение сигнал/шум

[pic]26,47

((D)пот =0,046 км

Ошибкой из-за непрямолинейности распространения ((D)распр

пренебрегаем. Аппаратурные ошибки ((D)апп сводятся к ошибкам отсчета по

шкале индикатора ((D)инд. Принимаем метод отсчета по электронным меткам

(масштабным кольцам) на экране индикатора кругового обзора.

((D)инд =0,1(D=1,5 км , где (D - цена деления шкалы.

((D)=1,5 км.

Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения азимута

определим аналогично.

[pic]0,04

(((аз)инд=0,1((=0,4

(((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 Fи. Эти импульсы используются для запуска передатчика и

синхронизации выходного устройства. В состав передатчика входит импульсный

модулятор, формирующий импульсы (рис. 2а) длительностью (и 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.

[pic]

Рис. 1. Функциональная схема РЛС кругового обзора

[pic]

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 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. 4

3. Расчет реальной точности измерения дальности и азимута 5

Функциональная схема РЛС 7

Литература 9

Оглавление 10