Размещено на http://www.allbest.ru/



1. Методические рекомендации по курсовому проекту

Объем часов планируемых для выполнения курсового проекта - 22 часа

(9-ый семестр для студентов дневного отделения и 5 курс для студентов заочного отделения).

1.1 Общие положения

Повышение качества образования является одной из актуальных проблем Российского государства. В условиях перехода к рыночной экономике и интенсивного развития наукоемких технологий на рынке интеллектуального труда становятся более востребованными не только технически грамотные, но и гармонично развитые творческие личности, способные самостоятельно генерировать новые идеи.

Решение этой проблемы связано с модернизацией содержания образования, оптимизацией способов и технологий организации образовательного процесса, переосмыслением цели и результата образования.

Компетентностный подход в организации учебного процесса предполагает развитие в человеке способности ориентироваться в разнообразии сложных и непредсказуемых рабочих ситуаций, иметь представления о последствиях своей деятельности, а также нести за них ответственность.

1.2 Цели и задачи курсового проектирования

Курсовое проектирование является завершающим этапом изучения

учебной дисциплины «Радиолокационные системы ВС и аэропортов», цели и задачи которого формулируются на основе применения в учебном процессе инструментальных компетенций.

Цель курсового проектирования состоит в том, чтобы научить студентов самостоятельно применять полученные знания для комплексного решения практических задач, привить навыки проектирования, производства рас-

четов, самостоятельного проведения научных исследований, а также технически грамотно и обоснованно принимать решения.

При курсовом проектировании решаются следующие задачи:

- систематизация и применение базовых знаний по дисциплинам «Теоретические основы радиолокации», «Устройства приема и обработки сигналов», «Устройства генерирования и формирования сигналов» и др. при разработке радиолокационных станций (РЛС), их систем и узлов;

- совершенствование навыков анализа и синтеза структуры РЛС и ее

составных элементов;

- получение навыков по оформлению текстовой и графической документации в соответствии с требованиями единой системы конструкторской

документации (ЕСКД);

- совершенствование навыков в использовании научно-технической литературы, справочников и государственных стандартов.

- совершенствование способностей студентов к организации и планированию;

- получение навыков по использованию вычислительной техники для

моделирования и расчетов при проектировании РЛС.

Работа над курсовым проектом предусматривает обоснование, разработку и расчет отдельных элементов импульсного радиолокатора в соответствии с заданием на курсовой проект.

1.3 Организация работы по выполнению курсового проекта

Курсовой проект выполняется в соответствии с заданием, выдаваемым каждому студенту. Задание на курсовой проект сформулировано в тексте данных методических указаний или выдается руководителем в сроки, установленные учебным расписанием.

В задании на курсовой проект указывается тема, перечень подлежащих разработке вопросов и обязательного графического материала, исходные данные к проекту, рекомендованная литература, срок защиты курсового проекта. Курсовой проект состоит из двух частей: в первой чисти производится полный расчет тактико-технических характеристик радиолокатора, определяемого вариантом проекта (таблица 1), во второй части осуществляется расчет параметров отдельного узла радиолокатора, который выбирается в соответствии заданием данного варианта (таблица 2 или 3).

Задание на курсовой проект, его содержание и методические указания по его выполнению обсуждаются на установочной лекции для студентов заочного факультета. Студентам очного отделения задания выдаются в начале девятого семестра на первом плановом занятии по курсовому проектированию. На этих занятиях руководитель разъясняет цели и задачи работы, излагает требования к содержанию и оформлению расчетно-пояснительной записки и графического материала, определяет объем расчета элементов импульсного радиолокатора и последовательность выполнения работы.

Выполненный и оформленный курсовой проект предоставляется для рецензии , которая выполняется в течение пяти рабочих дней. Преподаватель проверяет соответствие расчетно-пояснительной записки и графических материалов заданию, правильность и обоснованность принятых технических решений и расчетов, грамотность и логичность изложения материала расчетно-пояснительной записки, правильность выполнения графического материала.

Правильно выполненный и оформленный курсовой проект допускается к защите. Решение о допуске и рекомендации по доработке проекта приводится преподавателем в рецензии к расчетно-пояснительной записки.

Если курсовой проект содержит принципиальные ошибки, недоделки или не соответствует заданию, то он возвращается студенту на доработку.

Исправленный проект представляется преподавателю для повторного рецензирования.

Студент, не представивший курсовой проект в установленный срок, к защите не допускается и считается имеющим академическую задолженность.

Во время работы над выполнением курсового проекта студент может

пользоваться консультациями преподавателя при непосредственном общении или через интернет, причем преподаватель должен консультировать только по сложным вопросам, не получивших достаточного освещения в учебной дисциплине и учебниках (учебных пособиях), а также по содержанию задания на курсовой проект.



2. Программное обеспечение (лицензионное)

MATLAB и его пакет визуального программирования SIMULINK.

1. Составление структурной схемы системы.

2. Выбор из библиотеки SIMULINK требуемых модулей и соединение их в соответствии с логикой структурной схемы.

3. Настройка и согласование параметров блоков.

4. Установка значений параметров моделирования.

5. При выполнении проекта могут оказаться полезными материалы кафедры в электронной форме, включенные в состав учебного методического комплекса дисциплины, размещенного на сайте Университета - www. MSTUCA.ru

Для консультаций студент может использовать электронный адрес кафедры АРЭС - ares@mstuca.ru



3. Литература

Основная:

1. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. - М.: Радиотехника, 2007.

2. Радиолокационные системы воздушных судов под ред. П.С. Давыдова. - М.: Транспорт, 1988.

3. Кузнецов А.А., Козлов А.И., Криницин В.В. и др. Радиолокационное оборудование автоматизированных систем УВД. - М.: Транспорт, 1995.

Дополнительная:

В зависимости от тематики курсового проекта целесообразно использовать один-два литературных источника.

5. Приданов В.Г. Самолетная метеонавигационная РЛС «Гроза». - Рига: РКИИГА, 1975.

6. Власов О.П., Гущин А.А., Макурин М.И. Самолетные ответчики гражданской авиации. - Рига: РКИИГА, 1987.

7. Макурин М.И., Власов О.П., Матвейчук Н.П. Современные радиолокационные устройства ВС («Градиент»). - Рига: РКИИГА. 1981

8. Авиационная радиолокация: Справочник / под ред. Давыдова П.С.. - М.: Транспорт, 1984.

9. Смирнов В.Е. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов. - М.: Радио и связь, 1996.

11. Проектирование радиопередающих устройств / под ред. Шахгильдяна В.В. - М.: Радио и связь, 2003.

12. Проектирование радиолокационных приемных устройств / под ред. Соколова М.А. - М.: Высшая школа, 1984.

13. Кочержевский Г.Н., Ерохин Г.А., Козырев Н.Д. Антенно-фидерные устройства. - М.: Радио и связь,1989.

14. Антенны и устройства СВЧ (Проектирование ФАР) / под ред. Воскресенского Д.И. - М.: Сов. Радио, 1972.

15. Телевидение / под ред. Джакони А.В. - М.: Радио и связь, 2003.

16. Нечаев Е.Е., Будыкин А.В. «Антенные устройства в гражданской авиации». Курск, Из-во «Пресс-Факт».

17. Петренко С.П. Радиолокатор обзора летного поля (ОЛП): Учебное пособие. - Киев.: КИИГА. 1973.

18. Буевич А.Н. Умножители частоты. - М.: Сов.радио,1970.

19. Проектирование радиоэлектронных устройств на интегральных микросхемах / под ред. Шаца С.Я. - М.: Сов.радио, 1976.

20. Технические описания наземных радиолокационных систем.

21. Технические описания бортовых радиолокационных систем.

22. 3ильберман М.И., Карпухин В.И., Лернер В.Е. Вторичный радиолокатор "Корень": учебное пособие. - Рига.: РКИИГА, 1982.

23. 3ильберман М.И., Кутаев В.А., Лернер В.Е. Радиолокационные средства современных систем управления воздушным движением.- Рига.: РКИИГА, 1981.

24. Мозгалевский А.В., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика. - М.: Высшая школа, 1975.

25. Проектирование радиолокационных устройств / под peд. Соколова М.А. - М.: Высшая школа, 1984.

26. Кузьмин С.В. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Радио и связь,1986.

27. Алексеенко A.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника. - М.: Радио и связь, 1986.

28. Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем / под ред. Казаринова Ю.М. - М.: Высшая школа, 1985.

29. Цифровые фильтры и устройства обработки сигналов на интегральных микросхемах / под ред. Высоцкого Б.Ф. - М.: Радио и связь, 1984.

30. Липницкий Е.Д. и др. Посадочный радиолокатор РП-3Г. - М.: Машиностроение, 1987.

31. Бычков С.И., Пахолков Г.А., Яковлев В.Н. Радиотехнические системы предупреждения столкновений самолетов. - М.: Сов.радио, 1977.

32. Бабаев В.Г. Основы цифровой схемотехники. Ч.1. М.: МИИГА, 1990.

33. Бабаев В.Г. Основы цифровой схемотехники. Ч.II. М.: МИИГА, 1991.

34. Перевезенцев Л.Т., Зеленков А.В., Огарков В.Н. Радиолокационные системы аэропортов. - М.: Транспорт, 1981.

35. Огарков В.Н, Перевезенцев Л.Т., Харченко В.П., Никифоров Г.И. Аппаратура первичной обработки информации в автоматизированных системах управлении воздушным движением: учебное пособие. - Киев.: КИИГА,1985.

Справочная литература:

40. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам (например, под ред. Н.Н. Горюнова. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы). - М.: Энергоатомиздат, 1985.

41. Справочник по радиолокации, перевод с английского под общей редакцией Сколника М. В 4-х томах. - М.: Сов. Радио, 1976-1979.

Регламентирующая:

42. Стандарт СЭВ 1823-79. Системы вторичной радиолокации для УВД. Состав, типы оборудования и общие технические требования. Ввод. 1.01.1982 (ГОСТ 21800-78). - М.: Изд-во стандартов. 1976.

43. Нормы летной годности самолетов НЛГС-3. - М.: МГА, 1985.

44. Наставление по производству полетов в гражданской авиации СССР (НПП ГА - 78). - М.: Воздушный транспорт, 1978.



4. Выбор задания на курсовой проект

В настоящих методических указаниях разработано более 100 заданий на курсовой проект. Номер варианта и задания, который должен выполнить студент, определяется двумя последними цифрами номера его зачетной книжки и выбирается с помощью таблиц 1, 2 и 3. Номер варианта выбирается с помощью Таблицы 1 и он соответствует последней цифре номера зачетной книжки студента. Каждый вариант включает в себя десять заданий, выбор которых осуществляется путем суммирования двух последних цифр зачетной книжки студента и соответствует последней цифре полученной суммы. Причем, если студент разрабатывает первичный радиолокатор (варианты 1,5,6,7,9 и 10) , он выбирает задание с помощью таблицы 2, а если вторичный (варианты 2,3,4 и 8), то с помощью таблицы 3.

Приведем пример выбора задания на курсовой проект. Например, две последние цифры зачетной книжки 39, тогда он выбирает вариант № 9, а задание № 2, что соответствует расчету ТТХ РЛС обзора летного поля и разработке узла РЛС - некогерентного РПДУ.

Студент может взять тему курсового проекта, связанную с нуждами производства (в рамках дисциплины) по согласованию с преподавателем. В ряде случаев тема может быть выдана преподавателем для конкретного студента индивидуально (например, в рамках дисциплины по тематике научно-исследовательских работ).

Таблица 1

№ варианта	Последняя цифра	Тип радиолокационной станции ГА
1	1	Бортовая МНРЛС
2	2	СО
3	3	СО с адресным запросом
4	4	Система предупреждения столкновений
5	5	Первичная трассовая РЛС
6	6	Первичная аэродромная РЛС
7	7	Посадочная РЛС
8	8	Вторичная РЛС
9	9	РЛС обзора летного поля
10	0	Метеорологическая РЛС

Таблица 2

№ задания	Последняя цифра суммы	Разрабатываемый узел первичной РЛС
1	1	РПУ
2	2	РПДУ некогерентный
3	3	РПДУ когерентный
4	4	ИКАО
5	5	Индикатор телевизионного типа
6	6	Синхронизатор
7	7	Система АПЧ
8	8	Видеоусилитель
9	9	ФАР
10	10	Система ЧПК в режиме СДЦ

Таблица 3

№ задания	Последняя цифра суммы	Разрабатываемый узел вторичной РЛС
1	1 и 10	РПУ
2	2 и 9	РПДУ некогерентный
3	3 и 8	РПДУ коггерентный
4	4	Антенна
5	5	Система подавления боковых лепестков ДНА
6	6	Дешифратор
7	7	Шифратор (одного информационного параметра)



5. Методические рекомендации по выполнению курсового проекта

5.1 Структура курсового проекта

Курсовой проект является завершающим этапом при изучении дисциплины «Радиолокационные системы ВС и аэропортов» в рамках специальности 160905. Основная его задача состоит в развитии навыков самостоятельной работы с различной технической литературой и умения использования известных технических и схемных решений для реализации заданных тактических характеристик РЛС. Не допускается выполнение пересчетных проектов на основе конспектирования разделов технических описаний и другой литературы по соответствующему типу РЛС. При выполнении проекта не допускается в качестве исходных данных использовать нормы IСАО и РФ, также тактико-технические характеристики действующих и перспективных РЛС. Указанные данные могут быть использованы только для сопоставления и сравнительного анализа результатов проектирования. При проектировании рекомендуется следующая очередность выполнения работ:

1. Исходя из назначения РЛС и анализа задания на курсовое проектирование установить перечень тактических задач, решаемых данной РЛС при УВД. При этом следует учитывать , что в гражданской авиации приняты следующие статистические характеристики обнаружения: вероятноть правильного обнаружения составляет величину D=0,6 до 0,8, а вероятность ложной тревоги принимают в пределах F=10-6 до F=10-8.

Выделить особенности функционирования РЛС, ее взаимодействие с другими средствами обеспечения полетов. На этой основе предложить общую структуру РЛС, желательно с различными вариантами технических решений и выборам наиболее совершенной из них.

2. Исходя из решаемых задач выбрать совокупность тактических характеристик РЛС. Произвести обоснование и расчет этой группы показателей РЛС. При этом совершенно недопустимо определение тактических характеристик РЛС через ее технические характеристики. Необходимо помнить, что тактика определяет технику, а не наоборот. При обосновании некоторых тактических характеристик может оказаться, что для получения их численного значения нет необходимых данных. В этом случае надо четко указать способ вычисления значения этой тактической характеристики, а само значение ее для последующих расчетов взять из норм 1САО или других источников. При работе тактических характеристик РЛС желательно воспользоваться данными по конкретному аэропорту или участку трассы, если студент является работником эксплуатационного авиапредприятия. Допускается использовать для этих целей данные, взятые из технической литературы по организации воздушного пространства УВД и нормативной документации ФАС.

3. По полученным тактическим характеристикам необходимо произвести расчет всех основных технических характеристик РЛС. При этом необходимо использовать знания и навыки как по курсу «Теоретические основы радиолокации», так и по другим дисциплинам. При расчете тактических характеристик необходимо учесть их взаимозависимость и принимать наиболее рациональный вариант. Необходимо также обращать внимание на техническую реализуемость характеристик РЛС.

4. Следующим этапом проектирования является разработка и обоснование общего функционального построения РЛС. Здесь необходимо сформулировать технические требования к ее элементам. Функциональная схема должна отражать основной принцип действия, для чего необходимо в ней выделить те узлы и элементы, которые характерны именно для решения заданных тактических задач. Так для ВРЛ характерна антенна в виде линейной решетки, для которой необходима схема защиты. Вращение антенны ВРЛ должно быть синхронным с антенной первичной РЛС, поэтому необходимо предусмотреть схему стабилизации и управления. Из общей функциональной схемы должны быть видны особенности формирования и структура (формат) зондирующего сигнала, принцип обработки принятого сигнала, методы защиты от различных помех, характер автоматических регулировок и т.д. Необходимо показать, принцип работы индикаторного устройства, формирование калибрационных меток, способы вывода дополнительной информации. В заключение нужно дать описание функциональной схемы, которое должно отражать основные соображения по выбору конкретных технических решений.

5. При разработке функциональной схемы устройства РЛС, подлежащего детальной разработке, необходимо глубоко понимать решаемые им задачи и уметь увязывать их с задачами, решаемыми всей системой. Произвести всестороннее обоснование принимаемых технических решений. При необходимости дать несколько альтернативных вариантов. Сложность этого этапа обусловлена необходимостью значительной детализации схемы, т.е. в этой схеме должны быть показаны все каскады, входящие н устройство, все регулировки и связи между ними. Должно быть проведено обоснование технических параметров каждого элемента функциональной схемы и даны рекомендации по выбору принципиальной схемы. Работу схемы необходимо иллюстрировать временными диаграммами в различных ее точках и качественными ее характеристиками. Принципиальную схему устройства приводить и делать электрические расчеты не требуется. Однако совершенно необходимо провести инженерный оценочный расчет по согласованию входных и выходных цепей элементов функциональной схемы.

При выполнении курсового проекта необходимо иметь в виду, что основное его содержание состоит в разработке и обосновании функциональных схем, обеспечивающих исходные тактические требования по использованию РЛС при УВД.

Конструктивное оформление разрабатываемой РЛС должно отвечать на вопросы, в какой степени разработанная аппаратура может быть реализована и в каком виде (габариты) она может быть выполнена. Особое внимание следует уделить требованиям к схеме размещения аппаратуры на местности. Вопросы размещения необходимо рассматривать с учетом удобства технического обслуживания и эксплуатации.

Список литературы, необходимой для выполнения курсового проекта, приведен в первой части настоящих учебно-методических рекомендаций.

Введение содержит краткую технико-экономическую характеристику выбранного направления, оценку решаемой в работе задачи с точки зрения перспектив развития радиолокационного оборудования. Из содержания введения должна вытекать необходимость решения именно данной задачи.

Первый раздел содержит: расчет технических характеристик РЛС по заданным тактическим характеристикам. Недостающие тактические характеристики РЛС выбираются и обосновываются в соответствии с назначением радиолокатора (таблица 1).

При расчете технических характеристик следует по возможности учитывать влияние всех факторов на ту или иную величину, не упуская из вида удовлетворение заданным тактическим требованиям.

При выборе длины волны необходимо учитывать влияние таких факторов, как:

- уровень потерь электромагнитной энергии при распространении;

- допустимые размеры антенны при данной ширине диаграммы направленности;

- обеспечение требуемой формы импульса;

- освоенность промышленностью данного диапазона частот.

При расчете длительности импульса обязательно учитывать влияние индикатора и исходить из требуемой разрешающей способности по дальности и угловым координатам. Реальная разрешающая способность может быть выражена через потенциальную способность радиолокатора и разрешающую способность индикатора. Скорость обзора по угловой координате должна рассчитываться с учетом ширины диаграммы направленности, полученной частоты повторения импульсов, требуемых для улучшения индикации с учетом времени послесвечения экрана индикатора.

В этом же разделе синтезируется структурная и функциональная схемы разрабатываемого радиолокатора, приводится описание принципа действия РЛС и взаимосвязь с другими устройствами оборудования системы УВД.

Второй раздел посвящается разработке функциональной схемы радиолокатора, а также функциональной и электрической схемы заданного в проекте устройства (таблица 1 или 2) РЛС.

Приведем алгоритм расчета тактико-технических характеристик радиолокационной станции.

5.2 Выбор и расчет тактических и технических характеристик первичного радиолокатора

Одним из основных разделов курсовой работы является раздел, посвящённый расчёту и обоснованию тактико-технических характеристик разрабатываемой радиолокационной системы.

Расчёт этих характеристик начинается с определения тактических параметров и определения факторов, принципиально ограничивающих их величину. Основным из них является назначение радиолокационной системы и место её установки. Эта характеристика во многом определяет все остальные. В курсовой работе вместе с назначением системы указывается её дальность действия, являющаяся в некоторых случаях избыточной информацией, так как определяется назначением системы. Следует иметь в виду, что дальность задается или определяется как характеристика статистическая, имеющая определённую вероятность правильного обнаружения Рпо и ложной тревоги Рлт. Обычно Рпо в системах ГА задаётся равной 0,9, а вероятность Рлт рассчитывается, исходя из возникновения ложной тревоги за определенное количество обзоров пространства.

Следует заметить, что содержание задания на курсовую работу составлено таким образом, чтобы дать возможность гибкого выбора некоторых характеристик РЛС с обязательным их обоснованием и расчетом. Так, например, установка бортовой метеонавигационной РЛС в носовой части самолёта определенного типа ограничивает максимальные размеры антенной системы, что, в свою очередь, сказывается на возможности реализации разрешающей способности РЛС по угловым координатам, на величину эффективной поверхности рассеяния цели, которой может быть, в зависимости от режима работы станции, поверхность земли или объём метеообразования. Эта же причина может вызвать необходимость использования более короткой длины волны, по сравнению с оптимальной длиной волны для минимизации мощности передающего устройства.

Зона обзора РЛС также определяется назначением станции. Для бортовой метеонавигационной станции (МНРЛС) зона обзора определяется маневренными возможностями самолета так, чтобы от времени поступления информации об опасных метеообразованиях до момента завершения маневра было достаточное время для его совершения. Для большинства МНРЛС, установленных в носовой части самолета, сектор азимутального обзора не превышает 100°. Для наземных обзорных РЛС аэропортов, как правило, используется круговой обзор пространства.

Количество воспроизводимых РЛС координат и их точность определяется также назначением станции и должны быть обоснованы при проектировании, причем возможность реализации точностных характеристик должна быть увязана с энергетическим потенциалом станции, оценка которого может быть осуществлена в процессе расчета технических характеристик. При определении тактических характеристик метеонавигационной РЛС в основу обоснования разрешающей способности следует заложить качество воспроизводимого изображения. Хорошим естественным ориентиром для навигации являются большие реки, поэтому разрешающей способностью можно задаться, исходя из необходимости раздельного наблюдения берегов рек либо каких-то других ориентиров. Выбор разрешающей способности наземной РЛС определяется минимально допустимым расстоянием между самолетами, которое определяется в соответствии с нормами летной годности. При определении разрешающей способности необходимо учитывать параметры индикаторного устройства в соответствии с требуемой разрешающей способностью и возможностью размещения индикатора в месте его установки.

Тактические характеристики представляют совокупность параметров, определяющих возможности использования РЛС с точки зрения потребителя. К тактическим характеристикам относят:

1. Назначение, место установки и условия работы РЛС.

2. Дальность действия (обнаружения) по объектам с определенной SЦ при заданной вероятности правильного обнаружения D=PП.О и ложной тревоги F=PЛ.Т.

3. Зону обзора РЛС, воспроизводимые и измеряемые координаты, а также их производные.

4. Тип оконечного устройства.

5. Число измеряемых координат.

6. Разрешающую способность по воспроизводимым и измеряемым координатам.

7. Точность измерения координат объектов при заданных D и F.

8. Время обзора заданной зоны, периодичность обновления информации.

9. 9. Надежность, масса, габариты, контролепригодность и ремонтопригодность радиолокатора.

10. Помехоустойчивость и др.

5.2.1 Выбор и обоснование тактических характеристик РЛС

1. Место установки и назначение.

Место установки определяется типом самолета или возможностью размещения радиолокатора в зоне аэропорта. Применительно к метеонавигационным РЛС место установки определяет их класс. Целесообразно антенну устанавливать в носовой части самолета, а индикатор на пульте пилота.

2. Максимальная дальность - является одним из важнейших параметров РЛС, который во многом определяется назначением станции. Т.к. на входе приемника РЛС присутствуют шумы, то обнаружение сигнала является статистическим процессом, характеризующимся D=PП.О и F=PЛ.Т. Эффективная площадь рассеяния определяет максимальную дальность Dmax и поэтому при расчете характеристик РЛС оговаривают объект обнаружения. Обычно задаются величиной вероятности правильного обнаружения от0.7 до0,9 при данной высоте полета и эффективной отражающей поверхности. Одним из основных объектов наблюдения БРЛС являются грозовые фронты, обнаружить которые надо на дальности, обеспечивающей маневр. Задание необходимой дальности обнаружения зависит также от типа ВС. Так для самолетов со скоростью полета 800 км/ч это расстояние может составлять

200 км. С ростом скоростей полета, например, для Ту-144, скорость полета которого составляет V=2500 км/ч дальность обнаружения должна быть существенно больше - порядка 500 км.

3. Зона обзора для преодоления препятствий не велика, но для решения навигационных задач целесообразно использовать круговой обзор, повышающий также безопасность полетов. При современных скоростях круговой обзор не возможен и используют обзор передней полусферы устанавливая РЛС в носовой части ЛА. Поэтому зона обзора для летательных аппаратов устанавливается в пределах 100°, а для обзорных наземных РЛС используется круговой обзор.

4. Тип оконченного устройство РЛС является одной из важнейших характеристик, которая, в свою очередь определяется количеством воспроизводимых координат, точностями их измерения, способом обработки и использования информации. До недавнего времени основным типом оконченного устройства РЛС являлся визуальный индикатор ИКО или ИСО. С широким использованием БЦВМ оконченное устройство РЛС может изменять свое функциональное назначение, когда основной задачей станет преобразование информации для ввода в БЦВМ.

5. Число измеряемых координат зависит от назначения радиолокатора.

Так для метеонавигационной БРЛС в режиме обзора земли достаточно измерение двух координат - дальности и азимута, а в режиме обзора метеообразований и предупреждения столкновений необходимо измерять три координаты т.е. еще и высоту цели (угол места).

6. Разрешающая способность РЛС является характеристикой, определяющей возможности раздельно обнаружение близко расположенных целей. Хорошим естественным ориентиром для навигации могут быть большие реки, поэтому раздельно должны воспроизводиться ее берега. Учитывая это обстоятельство для различения средних рек принимают разрешающую способность равной от 500 до 1500 м. Разрешающая способность по углу обеспечивается шириной ДНА и так же определяется назначением станции.

7. Точность измерения координат задается допустимыми ошибками (с погрешностями) при их воспроизведении и измерении. Точность характеризует РЛС как измерительную систему.

8. Время обзора заданной зоны Тобз определяет время однократного осмотра лучом заданной зоны - время обновления информации. Чем больше скорость ВС, тем меньше должно быть время Тобз , существенное влияние на которое оказывает период следования зондирующих сигналов.

9. Вероятности правильного обнаружения D=PП.О и ложной тревоги F=PЛ.Т являются важными статистическими характеристиками РЛС. Вероятность D в ГА обычно задается равной 0,8, а F выбирается из условной удобства работы оператора. Ложная тревога индицируется, как светящаяся точка аналогичная цели, которую оператор может принять за настоящую цаль. Свести на нет F нельзя, но ее берут минимальной. Например, представляется допустимым возникновение одной ложной тревоги за 1000 обзоров (РЛ.Т=10-3). Если один обзор происходит за 2 с, то это означает, что ложная тревога возникает в течение 30 мин. Задаваясь меньшими значениями РЛ.Т, можно в течение рейса исключить ложную тревогу. Это требует увеличения потенциала станции и отношения сигнал/шум. Если число элементов разрешения в одном обзоре

,

где - число элементов разрешения по дальности;

- число элементов разрешения по азимуту,

то общая вероятность ложной тревоги ,

где - вероятность ложной тревоги в одном элементе разрешения.

Тогда вероятность ложной тревоги в одном элементе разрешения составит величину:

Именно этой величиной задаются при расчетах технические характеристик РЛС.

10. Масса и габариты РЛС являются очень важными характеристиками, определяющими эффективность их использования. В настоящее время для радиолокационной аппаратуры выпущен ряд ГОСТов, определяющих габариты устройств и пультов управления. Габаритные и присоединительные размеры пультов управления определяются ГОСТ 17046-71. Типы и габаритные размеры блоков должны соответствовать ГОСТ 17045-71, присоединительные и установочные размеры блоков - ГОСТ 17413-72. Для РЛС гражданской авиации типоразмеры индикаторов на ЭЛТ устанавливаются ГОСТ 17732-72. Проявляется тенденция к уменьшению веса отдельных элементов в связи с совершенствованием элементной базы.

11. Контролепригодность и ремонтопригодность характеризуют приспособленность РЛС к данному виду эксплуатации.

Технические характеристики РЛС

Технические характеристики определяются теми инженерными решениями, которые используются для обеспечения тактических характеристик. Основными техническими характеристиками РЛС, подлежащими расчету, являются:

- рабочая длина волны;

- тип и длительность зондирующего сигнала (метод модуляции);

- период следования зондирующего сигнала ТП;

- средняя и импульсная мощность излучения РСР и Ри РЛС;

- форма ДНА;

- GА - коэффициент направленного действия антенны и метод обзора заданной зоны (скорость обзора);

- коэффициенты шума () и полоса пропускания () приемника, а также степень оптимизации приемника;

- отношение сигнал/шум на выходе оптимального приемника (Q);

- энергетический потенциал станции ();

- масштабы воспроизведения информации;

- методы измерения координат и тип устройства для воспроизведения информации и сопряжения РЛС и БЭВМ;

Обоснование, расчет и выбор технических характеристик РЛС.

В основе расчета основных технических характеристик лежит их взаимосвязь с тактическими характеристиками РЛС через основное уравнение радиолокации:

(1.1)

,

где Dmax - максимальная дальность действия РЛС; Pи - мощность излучения в импульсе; и - длительность импульсного сигнала; nи, - число импульсов, отраженных от цели; GА - коэффициент направленного действия антенны;

- среднее значение эффективной отражающей поверхности цели;

SА - эффективная площадь антенны РЛС; - коэффициент полезного действия трактов приема и передачи; Q - отношение сигнал-шум на выходе достаточного приемника (оптимального фильтра), определяемое заданными вероятностями правильного обнаружения D и ложной тревоги F ;

к - постоянная Больцмана; Т - температура входа приемного тракта, K; ПРМ- коэффициент потерь в приемном тракте, зависящий от неоптимальности частотной характеристики приемника и потерь в накопительном устройстве; бКМЗ„ - коэффициент километрического затухания радиоволн в атмосфере, дБ/км; - коэффициент шума приемника; - полоса пропускания приемного тракта.

Порядок расчета технических характеристик

1. Расчет оптимальной длины волны излучаемых сигналов

При расчете технических характеристик особые трудности вызывает определение оптимальной длины волны радиолокатора. Оптимальную длину волны следует определять для заданной в составе тактических характеристик дальности с учетом затухания волны в атмосфере. При заданных значениях величин, входящих в основное управление радиолокации, импульсная мощность Pи является функцией длины волны, для конкретной дальности действия и условий распространения (бКМЗ):

Из этого уравнения следует, что импульсная мощность. при заданной дальности, является функцией только длины волны зондирующего сигнала и имеет экстремум. Таким образом имеется значение длины волны для которой импульсная мощность минимальна. Эта длина волны является оптимальной для заданной дальности и конкретных условий распространения. Для корректного нахождения оптимальной длины волны последнее уравнение следует продифференцировать по л, дифференциал приравнять нулю и из полученного выражения определить оптимальную длину волны минимизирующую мощность зондирующего сигнала. Эту задачу можно решить подставляя значения л по точкам.

Графическое решение данного уравнения приведено на рис. 5.1, из которого видно, что данная зависимость имеет экстремум (минимум), в соответствии с которым и может быть выбрана длина волны зондирующего сигнала .

Для других интенсивностей осадков информацию об можно найти в [41].

Параметром кривых является дальность. Если требуемая в проекте дальность не соответствует приведенному в графике ряду или интенсивность осадков не равна используемой для построения графиков рис.5.1, то расчет оптимальной длины волны производится студентом самостоятельно.



Рис. 5.1 Зависимость изменения энергии передатчика от длины волны вдожде с интенсивностью 4 мм/ч

На выбор длины волны влияет также необходимость обеспечения выбранной разрешающей способности станции по угловым координатам, потенциальная составляющая которой зависит от длины волны и апертуры антенны (где = 65л/da, da-величина апертуры параболической антенны). Отсюда следует, что ширина диаграммы направленности при ограниченной апертуре антенны может быть уменьшена только уменьшением длины волны. Если длина волны, определяемая величиной угловой разрешающей способности, меньше , то она определяется исходя из необходимости обеспечения заданной разрешающей способности по углу.

Необходимо, однако, отметить что несомненные преимущества мм диапазона на малых дальностях и 10 см диапазона на больших не исключают появления в ближайшем будущем 2 диапозонных РЛС и уже имеется прецедент их создания фирмой Колинз.

2. Расчет длительности зондирующего импульса

Как правило, тип зондирующего сигнала в РЛС принят импульсным с хорошей разрешающей способностью и высокой точностью измерения параметров. Длительность импульса определяется величиной разрешающей способности по дальности и равна:

где - разрешающая способность РЛС заданная тактическими характеристиками;

- потенциальная разрешающая способность, равная : ;

- разрешающая способность индикатора определяется современным уровнем индикаторных устройств и может быть определена как:

/Q;

Ql/dП - добротность электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), как правило, не превышающая величины 300;

l - диаметр экрана ЭЛТ; dП - диаметр пятна ЭЛТ.

Необходимо отметить, что требуемая разрешающая способность станции на масштабе ЭЛТ, соответствующем максимальной дальности, не всегда может быть обеспечена приемлемыми размерами трубки. Поэтому весь диапазон просматриваемых дальностей может быть разбит на поддиапазоны, в части из которых разрешающая способность обеспечивается на заданном уровне.

Параметры зондирующего сигнала , ТП и - определяются требуемой энергоемкостью, разрешающей способностью и точностью измерения.

3. Период следования зондирующих сигналов

Период следования зондирующих импульсов определяется из условия однозначного отсчета дальности и равна:

,

где tmax - максимальное время задержки сигнала, соответствующее Dmax..

Период следования нужно выбирать наименьшим из возможных так, как при этом можно увеличить количество накапливаемых импульсов в приемнике при заданном времени обзора, а также увеличить скорость обзора заданного пространства.

4. Ширина диаграммы направленности и разрешающая способность по угловым координатам

Ширина диаграммы направленности определяется с помощью величины разрешающей способности по угловой координате , выбранной в ходе обоснования тактических характеристик

0,7+ dП /2рr

где r- радиус на экране индикатора кругового обзора (ИКО), на котором находится цель. Отсюда следует, что на дальностях, близких к центру экрана, разрешающая способность по углу крайне низка. Лишенным этого недостатка является индикатор телевизионного типа, угловая разрешающая способность которого равна: 0,7+dП/l,

где - сектор обзора, выбранный в ходе обоснования тактических характеристик (для кругового обзора равный ).

5. Количество накапливаемых в приемнике импульсов и скорость вращения антенного устройства

Количество накапливаемых импульсов

,

где КА - коэффициент, учитывающий форму ДНА, для конического луча равный 0,9;

- время обзора цели диаграммой направленности антенны

шириной ;

- угловая скорость обзора пространства;

- ширина диаграммы направленности антенны.

Метод обзора пространства так же, как скорость обзора, определяет количество накапливаемых импульсов в приемнике, т.е. количество импульсов в пачке.

6. Коэффициент направленного действия и ширина диаграммы направленности антенны радиолокатора

КНД параболической антенны РЛС равен

,

где - эффективная площадь антенны;

- размер параболической антенны.

Ширина диаграммы направленности антенны (ДНА) равна:

=.

КПД волнового тракта приемопередатчика - , лежит в

пределах 0,7 0,9.

7. Отношение сигнал/шум

Для определения чувствительности приемного устройства необходимо знание отношения сигнал/шум, при котором должен работать разрабатываемый радиолокатор. Оно зависит от статистических характеристик обнаружения сигнала q=f(D,F) и может быть определено аналитически или из кривых обнаружения [41], примерный ход которых имеет вид, показанный на рис. 5.2

Для определения требуемого отношения сигнал/шум на характеристиках обнаружения следует задаться вероятностью правильного обнаружения D (по оси ординат) при параметре кривой, соответствующей вероятности ложной тревоги F. На графике Рис.5.2 показано определение отношения сигнал/шум для D=0,6 и F=10-6, которое оказалось равным шести.

Рис. 5.2 Характеристики обнаружения для сигнала со случайной начальной фазой:

тонкая линия - для нефлюктуирующего сигнала;

жирная линия для - дружно флюктуирующего сигнала.

11. Чувствительность приемного тракта

Чувствительность приемника (минимальная энергия сигнала на входе приемного устройства) рассчитывается по формуле:

,

где - коэффициент шума приемника (шумфактор), который рассчитывается в полосе пропускания. Всегда из-за внутренних шумов приемника. Величину можно выбрать с помощью таблицы 5.2 [14] для определенной схемы построения приемника.

Чувствительность приёмника должна быть наивысшей, которую возможно обеспечить на данном этапе развития электронной техники и в данных условиях эксплуатации РЛС. Это требование исходит из того, что, в свою очередь, позволяет уменьшить габариты и вес радиолокатора в целом за счет уменьшения мощности передатчика. В общем случае приемник не является оптимальным, для которого была определена величина Q. Поэтому величина отношения сигнал/шум должна быть увеличена на коэффициент , учитывающий потери на неоптимальность приемника.

Таблица 5.2

Особенности построения схемы		Тп , К
УРЧ на ЛБВ	3,2…4,5	650…1000
УРЧ на базе параметрического усилителя	1,75…2	200…290
То же при Т=77К	1,15…1,5	45…140
Без УРЧ. Балансный смеситель на диодах с барьером Шотки	6…10	1450…2600

Обычно разделяют на целый ряд составляющих . Как правило, учитывают две основные составляющие потерь:

- характеризующую потери на несогласованность полосы пропускания приемника со спектром принимаемого сигнала;

- потери на неоптимальную обработку при накоплении пачки принимаемых импульсов.

Часто полоса ПРМ выбирается из условия , тогда .

Следовательно, .

Потери на неоптимальность накопления некогерентных сигналов при n10. Величина, характеризующая отношения ЕС/ЕШ в одиночном импульсе, называется коэффициентом различимости и равна:

.

9. Эффективная поверхность рассеяния цели.

При расчете ТТХ необходимо знать эффективную поверхность рассеяния целей, с которыми должен работать проектируемый радиолокатор. Если цель точечная, характерная для первичного обзорного наземного радиолокатора, ее ЭПР можно выбрать с помощью таблицы 5.3



Таблица 5.3

Цель	ЭПР, мІ
Истребитель	1,5-3
Бомбардировщик	4-125
Вертолет	1-3
Транспортный самолет	15-75
Самолет по технологии «Стелс»	0,1-1
Крылатая ракета	0,01-0,03

Для определения мощности передающего устройства при обзоре подстилающей поверхности или метеообразований бортовой РЛС ЭПР цели определяется выражением [ 1 ]:

,

где - коэффициент обратного отражения, который может быть принят равным 0,001 для песчаной почвы;

- ширина ДНА в азимутальной плоскости;

- ширина ДНА в вертикальной плоскости .

Так, например, для дальности 600 км и игольчатого луча 0,05 радиан ЭПР цели равна:

,

а для дальности 20 км

.

Для объемно распределенной цели, например, при зондировании метеообразований, согласно [ 1 ]:

12. Мощность радиопередающего устройства

Конечным этапом расчета тактико-технических характеристик является расчет мощности радиопередающего устройства, которая определяется из основного уравнения радиолокации:

- импульсная мощность,

- средняя мощность радиолокатора,

где -скважность.

При получении чрезмерно большой величины мощности весь расчет следует повторить сначала, задавшись новыми исходными данными. При этом вариации можно подвергнуть длительность импульса, ширину ДНА, а, следовательно, ЭПР облучаемой цели, количество накапливаемых импульсов и другие параметры станции, определяющие потенциал.

10. Потенциал радиолокационной станции

Важной комплексной характеристикой является энергетический потенциал, который определяется мощностью ГСВЧ, чувствительностью ПРМ и качеством обработки сигнала.

Показатель потенциала рассчитывается в дБ и равен

,

где - коэффициент, учитывающий потери индикатора, можно

найти в [41] ;

- коэффициент, учитывающий зависимость отражающих свойств гидрометеоров от , а также потери из-за осадков, можно найти там же ;

- коэффициент, учитывающий потери на неоптимальность приемника.

В современных РЛС применяется цифровая обработка радиолокационной информации и совмещение радиолокационного изображения с индикаторами других радиолокационных, навигационных устройств и других систем самолета. При этом радиолокационная информация поступает в начале в бортовую цифровую вычислительную машину (БЦВМ) и после ее преобразования в систему отображения информации. Таким образом, потребителем информации может быть как человек, так и вычислительная машина.

5.2.3 Выбор и расчет тактических и технических характеристик вторичного радиолокатора

Особенностью расчета вторичного радиолокатора является то, что студент в зависимости от задания расчету подвергается только один элемент этой системы, состоящей фактически из двух радиолокационных станций: наземного запросчика и самолетного ответчика. При этом, если по заданию студент рассчитывает параметры запросчика, то исходными данными служат параметры ответчика. И наоборот, если расчету подвергается ответчик, то за исхоные данные следует принять параметры запрсчика. Студент может в качестве исходных параметров выбрать параметры любого радиолокатора, находящегося в настоящее время на эксплуатации.

Методика расчета эксплуатационно-технических характеристик вторичного радиолокатора аналогична изложенной выше, однако, имеет некоторые особенности, заключающиеся в том, что параметры одного из каналов системы вторичной радиолокации определены выбором альтернативной её части.

Расчет тактико-технических характеристик строится также на основе использования основного уравнения радиолокации и равенства дальностей каналов заросчик-отвечик и ответчик-запросчик:

,

где индекс «з-о» обозначает дальность канала запросчик-ответчик, а индекс «о-з» дальность канала ответчик-запросчик.

Равенство этих дальностей целесообразно из энргетических соображений. Очевидно. если дальности этих каналов не одинаковы, то реальная дальность системы будет определяться наименьшей из них.

Расчет тактико-технических характеристик вторичного радиолокатора производится также на основе использования основного уравнения радиолокации вторичного радиолокатора:

- дальность канала запросчик ответчик;

- дальность канала ответчик - запросчик.

Индекс «3» обозначает параметры и характеристики запросчика, индекс «О» - те же параметры ответчика.

Например, если задан расчет ТТХ запросчика следует задаться параметрами самолетного ответчика (любого на усмотрение студента) и производить выбор и расчет параметров запросчика на основе вышеуказанных уравнений.

Несмотря на то, что многие параметры канала вторичного радиолокатора определены ГОСТами и требованиями IGAO, при проектировании необходимо произвести проверочный расчет этих каналов на оптимальную длину волны, разрешающую способность, чувствительность приемник, энергетический потенциал и другие его параметры. Следует отметить, что для данного типа РЛС понятие разрешающей способности лучше заменить на пропускную способность, а в качестве длительности импульса использовать длительность информационного сообщения.

При расчете параметров системы предупреждения столкновений, которая так же является вторичной радиолокационной системой, из всей структуры данного типа устройства следует проводить расчет только самолетного ответчика с адресным запросом.

В заключение отметим, что сложность расчета ТТХ радиолокационных систем и зачастую многократный их пересчет приводит к необходимости использования ЭВМ для этой цели. Программа расчета может быть составлена на любом языке программирования для ЭВМ, имеющейся в распоряжении проектанта. Распечатку программы и результатов расчета следует поместить в данный раздел проекта с комментариями и выводами.

В приложении методических указаний приведены программы расчета ТТХ в формате Mathcad: для первичной РЛС - приложение № 1, для вторичной ( СО ) - приложение № 2.

4.2.4 Методические указания к составлению структурной схемы радиолокатора

Расчет тактико-технических характеристик и методы, определяющи возможность выделения радиолокационной информации, позволяют представить структурную схему радиолокационной системы. В курсовом проекте должно быть изложено обоснование выбора этой схемы, причем разрабатываемый в дальнейшем блок или узел станции следует раскрыть более подробно, оценить его входные и выходные параметры. Обоснование использования отдельных блоков схемы должно быть конкретным в соответствии с расчетом ЭТХ и задачами, выполняемыми станцией. Так, например, при требуемой импульсной мощности РЛС более десятков киловатт в генераторе СВЧ должны использоваться мощные электронные приборы (магнетрон, платинотрон, пролетный клистрон, ЛПД и т.п.), что и следует отразить на структурной схеме. Или необходимость использования системы АПЧ должна быть доказана прикидочным расчетом нестабильности частоты ГСВЧ, гетеродина и величины доплеровских частот принимаемых сигналов. Таким же образом следует обосновать использование наиболее важных элементов структурной схемы. Структурная схема должна быть представлена в пояснительной записке курсовой работы и вычерчена в соответствии с требованиями ЕСКД. Пример такой схемы для РЛС «Гроза» приведен ниже на рис. 5.3.



Крен

ДУП ЭДВА РВТ Пр

Тангаж

А ЭДНА

АБ ФФВ ВТ УСА БСУ

Цир МГ

Р ВАРУ Атт М

См1 Гет См2 АПЧ

ПУПЧ УПЧ ПП

УР ЭЛТ ВУ Сх

И

Рис. 5.3 Структурная схема РЛС “ Гроза “

На схеме рис. 5.3 введены следующие обозначения:

АБ - антенный блок ; ДУП- датчик угловых положений ; ЭДВА -электродвигатель вращения антенны ; РВТ - решающий вращающий трансформатор ; Пр - преобразователь ; А - антенна ; ЭДНА - электродвигатель настройки ; БСУ - блок стабилизации и управления ; ФФВ - ферритовый фазовращатель ; ВТ - вращающий трансформатор ; УСА - устройство стабилизации ; Цир - циркулятор ; МГ - магнетрон ; Р - разрядник ; УР - устройство развертки ; ВУ - видеоусилитель ; Сх - синхронизатор ;

И - индикатор.

Далее следует описать принцип функционирования устройства, взаимосвязь элементов структурной схемы, прохождение и преобразования сигналов с построением эпюр сигналов в наиболее важных точках. Особое внимание следует уделить описанию работы узла РЛС, разработка которого задана заданием.

5.2.5 Методические указания к разработке радиолокационного узла

После выбора структурной схемы радиолокатора, изучения и осмысления принципа его действия, определения его характеристик необходимо произвести построение функциональной схемы детально разрабатываемого узла или блока. Пример построения структурной схемы входной цепи приемного устройства РЛС имеет вид, показанный на рис. 5.4



К антенне

к УПЧ

АП РЗП ОГР МШУ См 1

АТТ Г

от передатчика

к УПЧ АПЧ

См 2

Рис. 5.4 Структурная схема ВЧ головки приемника РЛС.

На этой схеме: АП - антенный переключатель; РЗП - разрядник защиты приемника; ОГР - полупроводниковый ограничительный диод; МШУ - малошумящий усилитель СВЧ; См смеситель; Г - гетеродин; АТТ - аттенюатор.

Описание работы схемы следует начать от входа устройства и последовательно к концу. Например так: входная цепь приемного устройства строится по двухканальной схеме (с отдельным каналом АПЧ) и однократным преобразованием частоты. На вход приемного устройства от антенны поступает отраженный сигнал и проходит через антенный переключатель, служащий для развязки приемного и передающего тракта. С выхода антенного переключателя сигнал поступает на разрядник защиты приемника и ограничитель, выполняющие функции защиты усилителя СВЧ от остаточного проникающего сигнала передатчика в тракт приемника. Отраженный сигнал усиливается малошумящим усилителем и поступает на вход смесителя сигнала, на второй вход которого подается сигнал гетеродина. Выходной сигнал смесителя промежуточной частоты поступает в канал УПЧ для его фильтрации и усиления.

При этом необходимо иметь в виду, что исходные данные, параметры входных и выходных сигналов должны вытекать из расчетов, проводимых в предыдущем разделе. Разработка функциональной схемы должна быть произведена оптимальным образом. Критерием последнего является минимальное количество каскадов, применение современной элементной базы и схемотехнических решений, самостоятельность в решении инженерных задач.