14

Министерство народного образования РФ

Ижевский государственный технический университет

Кафедра «Радиотехника»

Контрольная работа

на тему

Расчет когерентно-импульсной РЛС

Вариант 1

Выполнил:

студент группы 9-20-1

Акулов И.В.

Проверил: Климов И.З.

Ижевск 2009

Содержание

1. Введение

2. Требования к РЛС

3. Расчет РЛС

4. Функциональная схема когерентно-импульсной РЛС

5. Список литературы

1. Введение

Радиолокация - область радиотехники, обеспечивающая радиолокационное наблюдение различных объектов, то есть их обнаружение, измерение координат и параметров движения, а также выявление некоторых структурных или физических свойств путем использования отраженных или переизлученных объектами радиоволн либо их собственного радиоизлучения.

Информация, получаемая в процессе радиолокационного наблюдения, называется радиолокационной. Радиотехнические устройства радиолокационного наблюдения называются радиолокационными станциями (РЛС) или радиолокаторами. Сами же объекты радиолокационного наблюдения именуются радиолокационными целями или просто целями. При использовании отраженных радиоволн радиолокационными целями являются любые неоднородности электрических параметров среды (диэлектрической и магнитной проницаемостей, проводимости), в которой распространяется первичная волна. Сюда относятся летательные аппараты (самолеты, вертолеты, метеорологические зонды и др.), гидрометеоры (дождь, снег, град, облака и т.д.), речные и морские суда, наземные объекты (строения, автомобили, самолеты в аэропортах и др.), всевозможные военные объекты и т.п. Особым видом радиолокационных целей являются астрономические объекты.

Источником радиолокационной информации является радиолокационный сигнал. В зависимости от способов его получения различают следующие виды радиолокационного наблюдения.

Радиолокация с пассивным ответом, основанная на том, что излучаемые РЛС колебания - зондирующий сигнал - отражаются от цели и попадают в приемник РЛС в виде отраженного сигнала. Такой вид наблюдения иногда называют также активной радиолокацией с пассивным ответом.

Радиолокация с активным ответом, именуемая активной радиолокацией с активным ответом, характеризуется тем, что ответный сигнал является не отраженным, а переизлученным с помощью специального ответчика - ретранслятора. При этом заметно повышается дальность и контрастность радиолокационного наблюдения.

Пассивная радиолокация основана на приеме собственного радиоизлучения целей, преимущественно миллиметрового и сантиметрового диапазонов. Если зондирующий сигнал в двух предыдущих случаях может быть использован как опорный, что обеспечивает принципиальную возможность измерения дальность и скорости, то в данном случае такая возможность отсутствует.

Систему РЛС можно рассматривать как радиолокационный канал наподобие радиоканалов связи или телеметрии. Основными составными частями РЛС являются передатчик, приемник, антенное устройство, оконечное устройство.

Большинство РЛС с импульсной модуляцией имеет одну антенну, снабженную специальным антенным переключателем для перехода из режима передачи в режим приема и наоборот.

Передатчик РЛС вырабатывает высокочастотные колебания, которые модулируются по амплитуде, частоте или фазе иногда весьма сложным образом. Эти колебания подаются в антенное устройство и образуют зондирующий сигнал. Наибольшее применение находит зондирующий сигнал в виде последовательности равноотстоящих по времени коротких радиоимпульсов. Наряду с простыми радиоимпульсами может применяться внутриимпульсная частотная модуляция и фазовая манипуляция. Другим видом зондирующего сигнала является непрерывный. Здесь наряду с незатухающими гармоническими колебаниями могут использоваться частотно-модулированные и др.

Излучаемые колебания нельзя считать радиолокационным сигналом, так как они никакой информации о цели не несут. После того, как электромагнитная волна, падающая на цель, вызывает в ее теле вынужденные колебания электрических зарядов, цель, подобно обычной антенне создает свое электромагнитное поле. Это поле в дальней зоне представляет собой вторичную, то есть отраженную волну, создающую в РЛС радиолокационный сигнал, который является носителем информации о цели. Так амплитуда сигнала в определенной степени характеризует размеры и отражающие свойства цели, время запаздывания относительно начала излучения зондирующего сигнала используется для измерения дальности, а частота колебаний благодаря эффекту Доплера несет информацию о радиальной скорости цели. Поляризационные параметры отраженной волны могут также быть использованы для оценки свойств цели. Наконец, направление прихода отраженной волны содержит информацию об угловых координатах цели.

Пачку импульсных сигналов называют когерентной, если в пределах всей пачки имеет местоопределенная зависимость фазы колебаний от времени.

2. Требования к радиолокационной станции

1. Обработка сигналов - когерентно-импульсная

2. Цели - низколетящие

3. Эпр цели - у₀=3м²

4. Дальность обраружения R₀=340 км

5. Вероятность правильного обнаружения D=0.95

6. Вероятность ложной тревоги F=10^-2

7. Зона обзора:

- по азимуту Дб=360ъ

- по углу места Дв=36ъ

8. Время обзора Т_обз=10 сек

9. Разрешение целей:

- по дальности дR=300м

- по азимуту дб=3.6ъ

- по углу места дв=1.2ъ

10. Курс встречнопересекающийся

11. Диапазон скоростей V_ц от V₁ до V₂ от 300 до 600м/с

12.Скорость самолета носителя РЛС V_c =300м/с

13.Размер бортовой антенны в горизонтальной плоскости d_АГ =7.3м

14.Шумовая температура антенны T_A =170ъ K

15. Коэффициент шума приемника N_ш =7

16. Интервал корреляции амплитуд отраженного сигнала ф_KC =30мс

17. Флуктуации амплитуд - релеевские

18.Потери в тракте обработки о = 10дБ

Определить основные технические параметры РЛС:

- рабочую длину волны;

- несущую частоту;

- частоту повторения импульсов;

- длительность импульса;

- время облучения цели;

- количества элементов разрешения по угловым координатам;

- количество импульсов в пачке;

- ширину диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

- эффективную площадь приемной антенны;

- пороговую мощность;

- требуемую мощность передатчика (средняя мощность передатчика);

- разрешающую способность по радиальной скорости;

- интервал однозначного измерения дальности.

3. Расчет РЛС

Период повторения импульса:

Частота следования импульсов:

Длительность импульса:

Время облучения:

Количество импульсов в пачке:

Эффективная площадь приемной антенны:

, где

, так как

,

отсюда получаем, что

Определим длину волны:

Известно, что

,

где г - это коэффициент, зависящий от распределения поля в апертуре, г .

Отсюда найдем :

Зная , можно определить несущую частоту:

Определим количество элементов разрешения по угловым координатам:

Под пороговой мощностью радиолокационных сигналов понимают минимальную мощность сигнала на его входе, при которой обеспечивается прием и обнаружение отраженных сигналов с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги.

Величина пороговой мощности радиолокационных сигналов зависит от заданных значений вероятностей правильного обнаружения D и ложной тревоги F, параметров радиолокационных сигналов, времени наблюдения и вида обработки радиолокационных сигналов.

Пороговая мощность является реальной чувствительностью приемника. Она определяется выражением:

,

где:

k - постоянная Больцмана

T - абсолютная температура

полоса пропускания приемника

коэффициент шума приемника

- коэффициент различимости

,

где a - коэффициент, учитывающий степень искажения сигнала, проходящего через приемник , а=1.37.

теоретический коэффициент различимости

,

где параметр обнаружения

Отсюда получаем, что

 Вт

В зависимости от назначения станции мощность излучаемых импульсов выбирают от единиц киловатт до тысяч киловатт. Мощность излучения рассчитывают в соответствии с основным уравнением радиолокации, откуда:

,

где:

дальность обнаружения;

коэффициент усиления антенны;

КПД антенны

ЭПР цели

потери в тракте обработки

,

где ширина диаграммы направленности в горизонтальной в вертикальной плоскости (рад).

рад

- ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости

рад

- ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости

Вт=45.9МВт

Разрешающая способность по скорости - минимальное различие в скоростях двух целей, находящихся на одной дальности и угловых координатах относительно РЛС, при котором еще возможно раздельное наблюдение этих целей.

Разрешающая способность по скорости зависит от ширины спектра сигнала. Чем уже спектр зондирующего сигнала, тем выше разрешающая способность по скорости. В свою очередь ширина спектра сигнала зависит от его длительности.

Если для измерения скорости используется одиночный импульсный сигнал, то потенциальная разрешающая способность по скорости определяется следующим образом:

Для импульсных дальномеров диапазон однозначного измерения дальности определяется как:

4. Функциональная схема когерентно-импульсной РЛС

Вывод: в ходе контрольной работы была рассчитана и построена функциональная схема когерентно-импульсной РЛС с заданными в ТЗ параметрами.

Список литературы

1.Теоретические основы радиолокации/ Я.Д. Ширман, В.Н. Голиков, И.Н. Бусыгин и др.; Под ред. Я.Д. Ширмана. - М.: Сов. Радио, 1970. - 560с.

2.Белавин О.В. Основы радионавигации. - М.: Сов. Радио, 1977. - 320с.

3. Бакулев П.А. Методы и устройства селекции движущихся целей/ П.А. Бакулев, В.М. Степин. - М.: Радио и связь, 1986. - 288с.: ил.

4.Задачник по радиолокации для студентов специальности 21030265 «Радиотехника»/ В.А. Гульшин, А.С. Садомский. - Ульяновск: УлГТУ, 2006. - 60с.