Реферат: Радиолокация

Московский Государственный институт электроники и математики

Факультет ИТ

Кафедра радиотехники

Курсовая работа

по курсу “Радиотехнические системы”

“Расчет некогерентной радиолокационной измерительной

системы кругового обзора”.

Группа Р-102

Студент: Густов А.М.

Преподаватель: Спиридонов В.И.

Москва 1996

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)

1. Длина волны l , [см] ............................................................................................................... 8

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

3. Длительность импульсов t_и , [мкс] ....................................................................................... 2,8

4. Частота посылок импульсов F_и , [Гц] ................................................................................... 700

5. Горизонтальный размер зеркала антенны d_аг [м] ............................................................... 7

6. Вертикальный размер зеркала антенны d_ав , [м] .................................................................. 2,5

7. Период обзора Т_обз , [с] ........................................................................................................... 5

8. Коэффициент шума приёмника k_ш ....................................................................................... 5

9. Вероятность правильного обнаружения W_по ....................................................................... 0,8

10. Вероятность ложной тревоги W_лт ....................................................................................... 10^-5

11. Диаметр экрана индикатора кругового обзора d_э , [мм] .................................................... 400

12. Эффективная отражающая площадь цели S_эфо , [м² ] .......................................................... 30

13. Качество фокусировки Q_ф .................................................................................................... 400

14. Предельное значение шкалы дальности D_шк1 , [км] ............................................................ 50 D_шк2 , [км] ................................................. ........... 400

15. Измерительные метки дальности DD , [км] ......................................................................... 15

16. Измерительные метки азимута D j , [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_и t_и =700×10³ ×2,8×10^-6 =1,96 Дж

S_а - эффективная площадь антенны,

S_а =d_аг d_ав =×7×2,5=8,75 м²

S_эфо - эффективная отражающая площадь цели;

l - 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. =,

q ₀ - параметр обнаружения,

101,2

N - количество импульсов, принимаемых от цели,

N =t_обл F_и , где

t_обл ,

F_и - частота посылок импульсов.

Q_{a 0,5} - 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_ш T , где

T - температура приемника в градусах Кельвина (примем T =300К);

k =1,38×10^-23 Дж/град - постоянная Больцмана;

k_ш - коэффициент шума приемника.

E _ш =kk_ш T =1,38×10^-23 ×5×300=2,07×10^-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)

d_осл - коэффициент ослабления, а DD - ширина ослабляющего слоя. Значение d_осл находим по графикам, приведенным на рис. 1.4 в [1]. Для l =8 см d_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 d_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) = d(D)_пот +d(D)_инд , где

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

0,42 км.

d(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(D)_инд1 =0,31 км.

Для D_шк2 =400 км d(D)_инд2 =2,50 км.

Реальная разрешающая способность по дальности:

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

· для D_шк2 =400 км d (D)₂ =d(D)_пот +d(D)_инд2 =0,42+2,50=2,92 км.

Реальную разрешающую способность по азимуту рассчитаем по формуле:

d (j _аз ) =d (j _аз )_пот +d (j _аз )_инд , где

d (j _аз )_пот - потенциальная разрешающая способность по азимуту при аппроксимации диаграммы направленности гауссовой кривой;

d (j _аз )_пот =1,3×Q_{a 0,5} =0,962 град

d (j _аз )_инд - разрешающая способность индикатора по азимуту

d (j _аз )_инд =d_n M_f , где

d_n - диаметр пятна электронно-лучевой трубки

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

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

0,717 град

Реальная разрешающая способность по азимуту:

d (j _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

s( D)_пот - потенциальная ошибка измерения дальности.

, где

q₀ - удвоенное отношение сигнал/шум

26,47

s( D)_пот =0,046 км

Ошибкой из-за непрямолинейности распространения s( D)_{ра спр} пренебрегаем. Аппаратурные ошибки s( D)_{ап п} сводятся к ошибкам отсчета по шкале индикатора s( D)_инд . Принимаем метод отсчета по электронным меткам (масштабным кольцам) на экране индикатора кругового обзора.

s( D)_инд =0,1D D =1,5 км , где D D - цена деления шкалы.

s( D) =1,5 км.

Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения азимута определим аналогично.

0,04

s ( j _аз ) _инд =0,1D j =0,4

s ( j _аз ) =0,4

Функциональная схема РЛС

РЛС кругового обзора предназначена для обнаружения объектов и измерения их координат. Функциональная схема РЛС приведена на рисунке 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.

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 t_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.

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.

Рис. 1. Функциональная схема РЛС кругового обзора

Рис. 2. Огибающие радиоимпульсов: а) излучаемых антенной;

в) отраженных от цели

Литература

1. Васин В.В. Дальность действия радиотехнических измерительных систем. Методическая разработка. - М.:МИЭМ 1977г.

2. Васин В.В. Разрешающая способность и точность измерений в радиотехнических измерительных системах. Методическая разработка. - М.: МИЭМ 1977г.

3. Васин В.В. Методы измерения координат и радиальной скорости объектов в радиотехнических измерительных системах. Конспект лекций. - М.: МИЭМ 1975г.

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___________________________________________________________________

Оглавление____________________________________________________________________