Расчет радиолокационной станции

3

Размещено на http://www.allbest.ru//

1. Введение

Целью данной работы является расчет радиолокационной станции. Исходные данные для расчета приведены в таблице 1.1

Таблица 1.1 - Исходные данные

Размещено на http://www.allbest.ru//

2. Выбор длины волны

Выбор длины волны сигнала передатчика PЛC производится из условий обеспечения следующих основных характеристик системы, максимальной дальности действия PJIC, которая снижается при укорочении длины волны из-за возрастания поглощение энергии радиоволн в реальной атмосфере и разрешающей способности по угловым координатам и погрешности их измерения, которые определяются шириной ДН антенны и улучшаются при укорочении длины волны. Необходимо учитывать взаимосвязь этих характеристик. На более коротких волнах проще реализуются как более высокая точность определения угловых координат, так и угловая разрешающая способность PЛC. Укорочение длины волны, при сохранении размеров антенны приводит к увеличению дальности обнаружения и коэффициента направленного действия антенны, но также при укорочении длины волны, возрастает поглощающее и рассеивающее действия гидрометеоров (снег, дождь, облака) и затухание в атмосфере.

Выберем длину волны проектируемой РЛС равной 4см.

Соответственно, частота излучаемого сигнала равна:

За счет поглощения энергии радиоволн в тропосфере дальность действия уменьшается.

Используя графики, представленные на рисунке 2.1 определим коэффициент поглощения в среднем (4 мм/с) дожде, кислороде и парах воды.

Рисунок 2.1- Зависимость коэффициента поглощения энергии радиоволн в дожде отдлины волны в: а) и вида гидрометеоровб) в кислороде и парах воды

Коэффициент поглощения в дожде составилдд = 0,001 дБ/ км

в кислороде дO2 = 0,007 дБ/ км

в парах дH2O = 0,001 дБ/ км

Суммарный коэффициент поглощения равен:

Зная суммарный коэффициент поглощения, можно определить максимальную дальность действия РЛС в свободном пространстве D макс, при которой РЛС будет обеспечивать требуемую дальность действия D максп в среде с поглощением

То есть если выбрать длину волны сигнала равную 4 см, то для того чтобы обеспечить дальность действия проектируемой РЛС в условиях дождя малой интенсивности в свободном пространстве, проектируемая РЛС должна обеспечивать дальность, равную 375км.

3. Параметры антенны

3.1 Геометрические размеры антенны

Так как по техническому заданию максимальный размер антенны не должен превышать 5 метров, примем размеры антенны в горизонтальной плоскости 5 метров тогда ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости:

Определим размеры антенны в вертикальной плоскости:

Определим ширину диаграммы направленности в вертикальной плоскости:

3.2 Эффективная площадь антенны

Эффективная площадь антенны зависит от геометрической площади антенны и коэффициента использования её поверхности. Определим геометрическую площадь антенны:

Для того чтобы определить эффективную площадь антенны необходимо знать коэффициент использования её поверхности. Для антенны с прямоугольным раскрывом он равен 0,9, тогда Sэфф будет равна:

3.3 Коэффициент усиления антенны

Коэффициент усиления антенны по мощности более полно характеризует антенну, так как учитывает потери в ней, выраженные через коэффициент полезного действия антенны. КПД для зеркальных антенн приблизительно можно принять равным 0,9 тогда КУ определяется как:

4. Выбор индикаторного устройства

Индикаторные устройства РЛС строятся на базе электронно-лучевых трубок или жидкокристаллических индикаторов. Двухмерность индикатора с яркостной отметкой позволяет просто и наглядно отображать две координаты объекта: например, дальность и угловую координату.

Светящееся пятно на экране свидетельствует о наличии цели и помехи в зоне обзора РЛС, а положение этого пятна на экране позволяет определить две координаты цели: дальность и угол.

С помощью индикаторного устройства будем определять дальность до цели и разрешать их по азимуту. Изображение будем выводить на ЖКИ с диагональю 58.42 см и с разрешением 1920х1080пикселей, размер пикселя 0.26 мм, видимая область экрана 495.4х309.62 мм, соотношение сторон 16:10.

Так же будем использовать развертку по дальности. Шкалы дальности обнаружения будут равны 300, 150, 75, 25.

Определим масштаб дальности, как отношение предельного значения шкалы дальности к длине шкалы.

где kэ коэффициент использования экрана равный 0.7.

Зная масштаб дальности можно определить разрешающую способность индикатора по дальности:

Рассчитаем масштаб дальности и разрешающую способностьиндикатора по дальности, полученные результаты занесем в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 - Результат расчета

Определим разрешающую способность индикаторного устройства по азимуту:

5.Расчет параметров обзора пространства

Радиолокационный обзор заключается в разделении всего диапазона возможного нахождения цели по дальности, азимуту и углу места на отдельные интервалы и в проверке налиция цели в каждом из этих интервалов. Количество элементов разрешения на которые разбивается весь диапазон обзора, равно m.

Станции обнаружения работают только в режиме последовательного обзора, когда все элементы разрешения просматриваются поочерёдно одноканальной схемой анализа. Простота аппаратурной реализации приводит к возрастанию в mраз времени обзора.

Зоной пространственного обзора РЛС называется область пространства, в которой производится обнаружение и измерение координат целей.

Длительность зондирующего импульса в некогерентных PЛC выбирается исходя из требований разрешающей способности по дальности:

Процедура обзора пространства представляет собой просмотр всех пространственных участков зоны обзора и принятие решения о наличии целей в каждом из этих элементов.

Внекогерентных импульсных РЛС количество элементов разрешения по дальности mD при известном элементе разрешения оценивается как:

Определим количество элементов разрешения по угловым координатам:

Определим общее количество элементов для такой зоны обзора равно:

Вторым важным параметром последовательного обзора является время облучения цели Тобл, которое оценивается, как временной интервал, в течение которого при последовательном обзоре точечная неподвижная цель находится в пределах главного лепестка ДН антенны РЛС.

Определим время облучения цели, для этого примем время обзора равным 1 с. Тогда время облучения будет ровно:

Зная время облучения цели, можно найти количество импульсов в пачке, предварительно определив период повторения по следующей формуле:

6. Расчет параметров радиоприемного устройства

6.1Расчет мощности шума приемного устройства

радиолокационный антенна индикаторный шум приемный

Мощность шума, приведённая ко входу приемника, оценивается по следующей формуле:

где - спектральная плотность шума на входе приёмника;

k-постоянная Больцмана (1.38•10-23Вт•с/К);

Тш - шумовая температура приёмной системы;

ДFпр - ширина полосы пропускания приёмника РЛС.

Для максимизации отношения сигнал-шум амплитудно-частотная характеристика оптимального обнаружителя импульсных сигналов на фоне гауссова белого шума должна повторять по форме амплитудный спектр сигнала, а полоса пропускания приемника должна быть равна ширине спектра сигнала:

Существенное влияние на общую шумовую температуру оказывают только входные каскады приёмника, а, следовательно,для оценки шумовой температуры можно воспользоваться следующей формулой:

Шумовую температуру антенны и шумовую температуру антенны и шумовую температуру окружающей среды примем 300 К. Коэффициент шума примем 2,5. Тогда общая шумовая температура будет ровна:

Зная общую шумовую температуру и ширину полосы пропускания можно оценить мощность шума, приведённую ко входу приёмника по формуле:

6.2 Расчет чувствительности приёмника

Условием нормальной работы радиоэлектронной системы с заданным вероятностями обнаружения сигнала на фоне помехи является обеспечение превышения уровня сигнала над уровнем шума на выходе приёмника.

Для оценки требуемого превышения уровня сигнала над уровнем шума в радиосистеме принято использовать параметр обнаружения q, равный отношению сигнал/шум по напряжению на входе оптимального приемника, согласованного собнаруживаем сигналом.

Оценка параметра обнаружения по заданным вероятностям правильного обнаружения и ложной тревоги может производиться графическим или аналитическим зависимостям. В качестве модели сигнала выберем сигнал с неизвестной начальной фазой и флуктуирующей амплитудой, так как он наиболее соответствует реальным условиям, когда закон распределения начальной фазы сигнала равномерный в пределах от 0 до 2р, а распределение амплитуды подчинено закону Релея. Такое отношение сигнал/шума определяется по следующей формуле:

В некогерентных РЛС при определении общего числа возможных положений обнаруживаемого сигнала можно ограничиться только дальностью и угловыми координатами. Наличие этой неопределенности приведёт к увеличению вероятности ложной тревоги при обнаружении одиночной цели в mраз, так как выброс напряжения шума может с равной вероятностью отказаться на любой из m позиций. С учетом этого отношение сигнал/шум, будет равно:

С учетом этого минимально необходимая мощность для обеспечения заданных вероятностей правильного обнаружения и ложной тревоги должна быть не менее:

7. Расчет точности измерения координат

Точность измерения координат и скорости объектов является одним из важнейших показателей PJIC. Количественно точность измерения оценивается величиной ошибки (погрешностью), то есть отклонением измеренных значений параметров от истинных. Определим погрешность измерения дальности:

Потенциальная среднеквадратичная погрешность измерения угловой координаты, обусловленная влиянием амплитудных шумов:

8.Расчет мощности передатчика

Максимальная дальность действия радиолокационной станции в свободном пространстве при обнаружении сигналов, отраженных от цели определяется следующим соотношением:

Определим мощность передатчика из соотношения:

Средняя мощность будет равна:

На рисунках 8.1 -8.5 представлены графики зависимости дальности от длины волны,коэффициента усиления, мощности излучаемого сигнала, ЭПР цели, чувствительности приёмника.

Рисунок 8.1 - Зависимость дальности действия PЛC от длины волны

Как видно из графика, представленного на рисунке 8.1, при увеличении длины волны излучаемого сигнала максимальная дальность действия радиолокационной станции увеличивается, так как по мере роста длины волны уменьшаются затухания в гидрометеорах, парах воды, дожде, тумане. Из курса распространения радиоволн известно, что более длинные волны отражаются от ионосферы, что позволяет распространяться сигналам на большие расстояния.

Определим, как влияет изменение коэффициента усиления передающей антенны на дальность действия радиолокационной станции. График зависимости представлен на рисунке 8.2.

Рисунок 8.2 - Зависимость дальности действия PJIC от коэффициента усиления

Как видно из графика, представленного на рисунке 8.2, при увеличении коэффициента усиления передающей антенны максимальная дальность действия радиолокационной станции увеличивается. Но не всегда увеличение коэффициента усиления целесообразно для увеличения дальности действия. Из формулы расчета коэффициента усиления видно, что для увеличения этого параметра необходимо увеличивать размеры антенны, что не всегда возможно.

Определим, как влияет изменение мощность излучаемого сигнала на дальность действия радиолокационной станции. График зависимости представлен на рисунке 8.3.

Рисунок 8.3 - Зависимость дальности действия PJIC от мощности излучения

Как видно из графика, представленного на рисунке 8.3, при увеличении мощности излучаемого сигнала максимальная дальность действия радиолокационной станции увеличивается. Увеличение мощности излучаемого сигнала для увеличения дальности действия радиолокационной станции не всегда эффективно, так как это приводит к увеличению габаритов передающих модулей либо увеличению длительности импульса в импульсных радиолокационных станциях, что в свою очередь приводит к ухудшению разрешающей способности по дальности. Так же для увеличения мощности излучаемого сигнала в импульсных радиолокационных станциях применяют сложные сигналы, базы которых больше единицы, что в свою очередь усложняет передающую аппаратуру и следовательно увеличивает ее стоимость.

Определим, как влияет изменение ЭПР цели на дальность действия радиолокационной станции. График зависимости представлен на рисунке 8.4.

Рисунок 8.4 - Зависимость дальности РЛС от ЭПР цели

Как видно из графика, представленного на рисунке 8.4, при увеличении ЭПР цели увеличивается максимальная дальность действия радиолокационной станции. Но ЭПР цели это характеристика, на которую повлиять нельзя, так как она зависит только от геометрии цели.

Определим, как влияет изменение чувствительности приемника на дальность действия радиолокационной станции. График зависимости представлен на рисунке 8.5.

Рисунок 8.5 - Зависимость дальности действия PJIC от чувствительности приемника

Как видно из графика, представленного на рисунке 8.5, при увеличении чувствительности приемника уменьшается максимальная дальность действия радиолокационной станции. Известно, что при большой чувствительности приемника увеличивается вероятность ложной тревоги, так как вместе с сигналом на вход приемника поступают шумы большего уровня, чем чувствительность. Это приводит к ухудшению отношения сигнал/шум на входе приемника.

Заключение

В ходе работы была рассчитана радиолокационная станция, параметры которой представлены в таблице 9.1. Параметры рассчитанной РЛС удовлетворяют техническому заданию.

Таблица 9.1 - Характеристики РЛС

Список использованных источников

Васин, В. В. Справочник задачник по радиолокации / В.В. Васин. - М.: «Сов.радио», 1977 - 153 с.

Антенны и фидеры [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://edu.tusur.ru/attachments/2829-antenny-i-idery/download71356064077

Методические указания к курсовому проектированию [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://edu.tusur.ru/training/publications/METOD.pdf

Размещено на Allbest.ru