Радиолокация (работа 1)

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)

Длина волны l, [см] ............................................................................................................... 8

Импульсная мощность Р_>и>, [кВт] ........................................................................................... 700

Длительность импульсов t_>и>, [мкс] ....................................................................................... 2,8

Частота посылок импульсов F_>и>, [Гц] ................................................................................... 700

Горизонтальный размер зеркала антенны d_>аг> [м] ............................................................... 7

Вертикальный размер зеркала антенны d_>ав>, [м] .................................................................. 2,5

Период обзора Т_>обз>, [с] ........................................................................................................... 5

Коэффициент шума приёмника k_>ш> ....................................................................................... 5

Вероятность правильного обнаружения W_>по> ....................................................................... 0,8

Вероятность ложной тревоги W_>лт> ....................................................................................... 10^-5

Диаметр экрана индикатора кругового обзора d_>э>, [мм] .................................................... 400

Эффективная отражающая площадь цели S_>эфо>, [м²] .......................................................... 30

Качество фокусировки Q_>ф> .................................................................................................... 400

Предельное значение шкалы дальности D_>шк1>, [км] ............................................................ 50 D_>шк2>, [км] ................................................. ........... 400

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

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>=700×10³×2,8×10^-6=1,96 Дж

S_>а> - эффективная площадь антенны,

S_>а>=d_>аг>d_>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.>=,

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_>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_>ш>T , 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_>ш>T =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_>a>_>0,5>=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)_>ра>_>спр> пренебрегаем. Аппаратурные ошибки s(D)_>ап>_>п> 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. 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

Васин В.В. Дальность действия радиотехнических измерительных систем. Методическая разработка. - М.:МИЭМ 1977г.

Васин В.В. Разрешающая способность и точность измерений в радиотехнических измерительных системах. Методическая разработка. - М.: МИЭМ 1977г.

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. 5

3. Расчет реальной точности измерения дальности и азимута 6

Функциональная схема РЛС 7

Литература 10

Оглавление 11