2

Харьковский Государственный институт электроники и математики

Факультет ИТ

Кафедра радиотехники

Курсовая работа

по курсу “Радиотехнические системы”

Тема: “Расчет некогерентной радиолокационной измерительной системы кругового обзора”

Группа Р-102

Студент: Григорян А.М.

Преподаватель: Спиридонов Н.А

Харьков 2008

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

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 , [см] ................................................................................8

Импульсная мощность Р_и, [кВт] ........................................................700

Длительность импульсов _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 D, [км] .......................................15

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:

, (1)

Подсчитаем и установим величины, входящие в это выражение:

E_изл - энергия, излучаемая в одном импульсе,

Е_изл=Р_ии=70010³2,810^-6=1,96 Дж

S_а - эффективная площадь антенны,

S_а=d_агd_ав=72,5=8,75 м²

S_эфо - эффективная отражающая площадь цели;

- 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.=,

q₀ - параметр обнаружения,

101,2

N - количество импульсов, принимаемых от цели,

N=t_облF_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_шT,

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_шT =1,3810^-235300=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)

_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

(3)

Уравнение (3) решим графоаналитическим способом. По рис. 1.5 1 для _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)_пот+(D)_инд, где

(D)_пот - потенциальная разрешающая способность по дальности. Для сигнала в виде некогерентной пачки прямоугольных импульсов

0,42 км.

(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)_инд1=0,31 км.

Для D_шк2=400 км (D)_инд2=2,50 км.

Реальная разрешающая способность по дальности:

для D_шк1=50 км (D)₁=(D)_пот+(D)_инд1 =0,42+0,31=0,73 км;

для D_шк2=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 =1,3Q_a0,5=0,962 град

(_аз)_инд - разрешающая способность индикатора по азимуту

(_аз)_инд =d_nM_f , где

d_n - диаметр пятна электронно-лучевой трубки

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

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

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:

, где

(D)_пот - потенциальная ошибка измерения дальности.

,

где q₀ - удвоенное отношение сигнал/шум

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

(D)=1,5 км.

Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения азимута определим аналогично.

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 рис. 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.

Рис. 1. Функциональная схема РЛС кругового обзора

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 _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.

Рис. 2. Огибающие радиоимпульсов: а) излучаемых антенной; в) отраженных от цели

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.

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.