Радиолокационная станция секторного обзора и ее тактико-технические характеристики

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

ИМПУЛЬСНАЯ РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СТАНЦИЯ, ФАЗИРОВАННАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА, ЛИНЕЙНАЯ ЧАСТОТНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

Объект исследования - радиолокационная станция секторного обзора и ее тактико-технические характеристики.

Цели данной работы:

Определение облика моноимпульсной радиолокационной станции секторного обзора, ее основных параметров и принципов работы.



ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

АЦП	-	аналого-цифровой преобразователь
АЧХ	-	амплитудно-частотная характеристика
БОС	-	блок обработки сигнала
ДН	-	диаграмма направленности
КИП	-	коэффициент использования поверхности
КНД	-	коэффициент направленного действия
ЛЧМ	-	линейная частотная модуляция (манипуляция)
МГТУ	-	Московский государственный технический университет
НИО	-	научно-исследовательский отдел
НИР	-	научно-исследовательская работа
ОКР	-	опытно-конструкторская работа
РКД	-	рабочая конструкторская документация
ПРД	-	передающий блок
ПРМ	-	приемный блок
РЛС	-	радиолокационная станция
РО	-	рупорный облучатель
РФ	-	Российская Федерация
ТД	-	техническая документация
ТЗ	-	техническое задание
ФГУП	-	федеральное государственное унитарное предприятие
ЭПР	-	эффективная площадь рассеяния



ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время радиолокационные системы находят все большее применение. Это могут быть как малые радары для измерения, к примеру, скорости летящей шайбы, так и огромные РЛС для исследования космоса. Но все они построены на одних физических принципах, и инженер, решив задачу разработки одной РЛС, без труда сможет определить облик любой другой.

В данном курсовом проекте исследуется РЛС секторного обзора. В первой части работы рассчитаны основные технические характеристики станции, приведена структурная схема, и представлены параметры антенной системы. Далее представлены диаграммы направленности выбранной антенны, сечения рубежей обнаружения и тел неопределенности. В завершающей части результаты проделанной работы представлены в виде таблицы и по данным результатам сделаны выводы.



1. Исходные параметры

Параметр Значение Пояснение

Т_обз 2 с период обзора сектора

Р_ср 0,8 кВт средняя мощность

?r 600 м разрешающая способность станции по дальности

ЛЧМ тип зондирующего сигнала

S 3х4 м_-² размеры апертуры антенны

у 7 м² средняя эффективная площадь рассеяния цели

D 0,89 вероятность правильного обнаружения

F 10^-3 вероятность ложной тревоги

?_АЗ 20^° угол отклонения по азимуту

L 3 дБ общие потери в системе

н 0,7 коэффициент использования поверхности антенны



2. Разработка облика радиолокационной станции

2.1 Антенная система

2.1.1 Принципы построения

В первую очередь будем определять внешний облик антенной системы РЛС. В разрабатываемой РЛС предлагается работа на две антенны: приемную и передающую. Такой выбор обусловлен, в первую очередь, малой скважностью (S = 5), а также стремлением избавиться от «слепых зон» по дальности.

В качестве антенн выберем ФАР с эквидистантным расположением элементов. Существует два основных варианта схем построения ФАР: отражательная и проходная. В данной работе выберем проходной тип построения ФАР. В такой антенне в режиме передачи энергия от облучателя падает на коллекторную решетку, проходит через высокочастотные цепи и электрически управляемые СУЛ фазовращатели, а затем переизлучается в требуемом направлении внешней решеткой.

В режиме приема приходящая волна возбуждает излучатели внешней группы. Энергия от внешних излучателей через фазовращатели поступает на внутренние излучатели, излучается ими и возбуждает общий излучатель, подключенный ко входу приемника.

Так как в данной РЛС для определения угловых координат целей используется метод максимума, приемный и передающий тракт будут иметь по одному рупору, облучающих ФАР.

Метод максимума преимущественно применяется в РЛС обзорного типа. При обзоре пространства сканирующий луч радиолокатора проходит направление на цель. Огибающая амплитуд пачки импульсов принимаемого сигнала изменяется в соответствии с формой ДН антенны и достигает максимального значения в момент времени, когда луч антенны направлен на цель.

На рисунке 1 представлена структурная схема РЛС секторного обзора.

Рисунок 1 - Структурная схема РЛС

Рассмотрим входящие в схему элементы поблочно:

Антенная система.

Антенная система состоит из системы управления лучом (СУЛ), рупорных облучателей (РО) и собственно полотном фазированной антенной решетки (ФАР). Механизм работы данного блока описан выше.

Передающий блок (ПРД).

В блоке передатчика происходит формирование и усиление до требуемой мощности зондирующих импульсов.

Приемный блок (ПРМ).

В приемнике происходит усиление принятого сигнала, фильтрация, селекция и переход на промежуточную частоту, а также передача аналогово сигнала на АЦП для дальнейшего преобразования и обработки.

Блок обработки сигнала (БОС).

В данном блоке происходит первичная обработка сигнала, переданного от АЦП в случае цифровой обработки, либо пришедшего непосредственно от приемника в случае аналоговой обработки.

Синхронизатор служит для «координации» действий всех блоков между собой.

Автоматическое рабочее место предоставлено оператору, следящему за окружающей обстановкой. Основной поток обработанной информации на АРМ приходит с БОС, также сюда приходят контрольные сигналы со всех блоков.

2.1.2 Расчет антенной системы

В заданной по ТЗ антенне будем использовать косинусоидальное амплитудное распределение. Определим ширину ДН по азимуту и углу места. Коэффициент k при этом будет равен 1,22.

Ширина по азимуту:

, (1)

где л = 0.7 м - длина волны;

a = 3 м - размер антенной решётки в азимутальной плоскости.

Ширина ДН по углу места:

, (2)

где b = 4 м - размер антенной решётки в азимутальной плоскости.

В данном случае необходимо обеспечить отсутствие побочных главных лепестков, появление которых связано с возможностью синфазного сложения полей отдельных излучателей в направлениях, отличных от направления максимума главного лепестка. Наибольшее применение получили прямоугольная и треугольная сетки размещения излучателей. Будем использовать гексагональную сетку. Для такой сетки при выборе шага следует руководствоваться неравенством:

, (3)

где d_ц? - шаг решетки по горизонтали и вертикали соответственно;

и_ц?max - максимальный угол отклонения по азимуту либо углу места соответственно.

Использовав вышеуказанную формулу, получаем шаг решетки по горизонтали d_ц = 0,44 м, а шаг решетки по вертикали d_? = 0,46 м.

С учетом такого построения решётки ДН по азимуту и углу места будут выглядеть, как показано на рисунках 2-3

Рисунок 2 - Сечение диаграммы направленности по азимуту



Рисунок 3 - Сечение диаграммы направленности по углу места

Отклоним луч на 20° по азимуту, ДН в таком случае представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Сечение диаграммы направленности по азимуту при отклонении луча на 20°

Главный лепесток в этом случае расширится по закону косинуса.

2.2 Расчет энергетических и неэнергетических параметров РЛС

Используя основное уравнение радиолокации, рассчитаем дальность действия РЛС без учета режима обзора



, (4)

где Э - энергия радиоимпульса:

, (5)

P_u - импульсная мощность

, (6)

ф_u - длительность импульса;

?F - ширина спектра заданного сигнала:

, (7)

, (8)

где ?r = 900 м - разрешающая способность по дальности;

с - скорость света в вакууме;

B - база ЛЧМ сигнала (B = 35);

з - КПД (учитывая, что суммарные потери в системе 3 дБ, L = 2);

G - КНД:

(9)

S - площадь раскрыва антенны;

л = - длина волны;

г - КИП антенны (г = 0,7);

у - ЭПР цели;

E_min - чувствительность приёмника:

Отношение сигнал-шум для сигнала, флуктуирующего по начальной фазе и амплитуде, выражение для кривой обнаружения имеет вид:

(10)

Откуда выражаем q

. (11)

Найдем спектральную плотность шума при нормальных условиях (T = 290 K) для определения чувствительности

, (12)

где k =1,38·10^-23 - постоянная Больцмана;

T - температура окружающего пространства;

К_ш - коэффициент шума.

, (13)

q - отношение сигнал-шум.

Подставив численные значения в (4), получим дальность действия РЛС без учета режима обзора 70 км.

Рассчитаем дальность действия РЛС с учетом режима обзора (сканирование по азимуту в секторе 90° (от - 45° до + 45°), по углу места в секторе 80° (от + 5° до + 85°)):



, (14)

где М - количество импульсов за время облучения:

, (15)

Т_п - период повторения зондирующего сигнала;

(16)

t_н - время накопления импульсов

, (17)

T_обз - период обзора сектора.

Отсюда M = 65, подставим данное значение в (14), найдем дальность действия РЛС с учетом режима обзора и получим R = 207,8 км.

2.3 Оценка разрешающей способности и точности измерения дальности, скорости и угловых координат, интервалы однозначности

Разрешающая способность по дальности составляет ?r = 600 м.

Разрешающая способность по скорости определяется формулой:

(18)

Чем шире спектр, тем лучше разрешающая способность по дальности. Разрешающая способность по скорости определяется длительностью всего сигнала.

Разрешающая способность по азимуту и углу места определяется шириной ДН в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно:

(19)

(20)

Разрешающая способность по доплеровской частоте будет определяться следующим выражением

. (21)

Точность измерения параметров сигнала по дальности [2]:

(22)

Точность измерения параметров сигнала по скорости [2]:

(23)

Точность измерения углового положения цели по азимуту и углу места определяются соответственно формулам

(24)

(25)

Диапазон однозначного измерения дальности:



(26)

Однозначность определения скорости определяется выражением:

(27)

2.3.1 Определение «слепых» зон по дальности и по скорости

Так как данный радиолокатор работает на две антенны количество «слепых» зон по дальности равно нулю.

Рассчитаем «слепые» зоны по скорости. Слепые скорости определяются из выражения

, (28)

где k = 0,1,2…

- частота повторения импульсов.

V_В = 500 , 1000 , 2000 … для k = 0, 1, 2… соответственно.

Количество «слепых» зон по скорости равно количеству импульсов в пачке, то есть равно скважности и равно 5.

2.4 Построение сечения рубежей обнаружения в координатах дальность-азимут для набора углов места 5, 45, 85 градусов

Сечение рубежей обнаружения для указанных углов представлено на рис. 5.



Рисунок 5 - Сечение рубежей обнаружения



3. Выбор схемы оптимальной обработки канала

Для данного сигнала выберем фильтровую обработку. Схема фильтровой обработки представлена на рисунке 6

Рисунок 6 - Схема оптимальной обработки пачки ЛЧМ импульсов

Структурная схема корреляционно-фильтровой оптимальной обработки принимаемых сигналов на фоне шума.



Рисунок 6 - Схема оптимальной обработки пачки ЛЧМ импульсов

Каждый канал дальности стробируется пачкой видеоимпульсов с внутриимпульсной модуляцией. Длительность каждого импульса равна , период следования импульсов равен . Каждый канал дальности содержит набор узкополосных фильтров Ф с полосой , перекрывающих доплеровский диапазон частот.

Определение требуемого числа каналов обработки по дальности и скорости

радиолокационный станция секторный координата



3.1 Требуемое число каналов обработки по дальности и скорости при использовании фильтрового устройства обработки

Для ЛЧМ сигнала, при условии ?f_дев?F_дmax число каналов обработки по скорости и по дальности равно 1.

Значение будем выбирать из соображений скоростей реальных целей радиолокатора, возьмем истребитель, имеющий радиальную скорость 1000 м/c , тогда с учетом формулы

(28)

При данной длине волны, сколь велика не была бы скорость цели, всегда.



4. Построение тел неопределенности

Сечения функции рассогласования представлены ниже

Рисунок 7 - Сечение функции рассогласования прямоугольного ЛЧМ-радиоимпульса плоскостью F = 0

Рисунок 8 - Сечение функции рассогласования прямоугольного ЛЧМ-радиоимпульса плоскостью ф = 0



Рисунок 9 - Сечение функции рассогласования прямоугольного ЛЧМ-радиоимпульса плоскостью = 0.5

Построим тело рассогласования одиночного импульса

Рисунок 10 - Тело рассогласования одиночного ЛЧМ радиоимпульса



Рисунок 11 - Сечение функции рассогласования пачки прямоугольных ЛЧМ-радиоимпульсов плоскостью F=0

Рисунок 12 - Сечение функции рассогласования пачки прямоугольных ЛЧМ-радиоимпульсов плоскостью ф = 0



Рисунок 11 - Сечение функции рассогласования пачки прямоугольных ЛЧМ-радиоимпульсов плоскостью F=0



Рисунок 11 - Сечение функции рассогласования пачки прямоугольных ЛЧМ-радиоимпульсов плоскостью F=0



Размещено на Allbest.ru