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)

Длина волны l, [см] ………………………………………………………………………………………………… 8
Импульсная мощность Ри, [кВт] ………………………………………………………………………………. 700
Длительность импульсов tи, [мкс] …………………………………………………………………………… 2,8
Частота посылок импульсов Fи, [Гц] ……………………………………………………………………….. 700
Горизонтальный размер зеркала антенны dаг [м] ……………………………………………………… 7
Вертикальный размер зеркала антенны dав, [м] ………………………………………………………… 2,5
Период обзора Тобз, [с] …………………………………………………………………………………………….. 5
Коэффициент шума приёмника kш …………………………………………………………………………… 5
Вероятность правильного обнаружения Wпо …………………………………………………………….. 0,8
Вероятность ложной тревоги Wлт …………………………………………………………………………… 10-5
Диаметр экрана индикатора кругового обзора dэ, [мм] ……………………………………………. 400
Эффективная отражающая площадь цели Sэфо, [м2] …………………………………………………. 30
Качество фокусировки Qф ………………………………………………………………………………………. 400
Предельное значение шкалы дальности Dшк1, [км] …………………………………………………… 50 Dшк2, [км] …………………………………………. ……….. 400
Измерительные метки дальности DD, [км] ………………………………………………………………. 15
Измерительные метки азимута Dj, [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

Eизл — энергия, излучаемая в одном импульсе,

Еизл=Риtи=700Ч103Ч2,8Ч10-6=1,96 Дж

Sа — эффективная площадь антенны,

Sа=dагdав=Ч7Ч2,5=8,75 м2

Sэфо — эффективная отражающая площадь цели;
l — длина волны;
kр — коэффициент различимости (отношение энергий сигнал/шум на входе приемника, при котором обеспечивается прием сигналов с заданными Wпо и Wлт)
kр=kр.т.,
где kр.т. — теоретический коэффициент различимости,
kр.т.=,
q0 — параметр обнаружения,
101,2
N — количество импульсов, принимаемых от цели,
N=tоблFи , где
tобл,
Fи — частота посылок импульсов.
Qa0,5 — 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

tобл= 0,01 с, N = 7 импульсов и kр.т.= 7,2.
Пусть =10, тогда kP=72.
Еш — энергия шумов, действующих при приёме.

Eш=kkшT , где

T — температура приемника в градусах Кельвина (примем T=300К);
k=1,38Ч10-23 Дж/град — постоянная Больцмана;
kш — коэффициент шума приемника.

Eш=kkшT =1,38Ч10-23Ч5Ч300=2,07Ч10-20 Дж

Подставляя все полученные значения в (1), находим

440,3 км

Теперь определим максимальную дальность действия РЛС с учетом поглощения энергии радиоволн.
, где (2)
dосл — коэффициент ослабления, а DD — ширина ослабляющего слоя. Значение dосл находим по графикам, приведенным на рис. 1.4 в [1]. Для l=8 см dосл 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 dосл = 0,01 дБ/км и Dмакс= 440,3 км рассчитываем Dмакс.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
Dшк — предельное значение шкалы дальности,
kэ= 0,4 — коэффициент использования экрана,
Qф — качество фокусировки трубки.

Для Dшк1=50 км d(D)инд1=0,31 км.
Для Dшк2=400 км d(D)инд2=2,50 км.

Реальная разрешающая способность по дальности

для Dшк1=50 км d(D)1=d(D)пот+d(D)инд1 =0,42+0,31=0,73 км;
для Dшк2=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(jаз) =d(jаз)пот+d(jаз)инд , где
d(jаз)пот — потенциальная разрешающая способность по азимуту при аппроксимации диаграммы направленности гауссовой кривой;

d(jаз)пот =1,3ЧQa0,5=0,962 град
d(jаз)инд — разрешающая способность индикатора по азимуту
d(jаз)инд =dnMf , где
dn — диаметр пятна электронно-лучевой трубки
Mf =360 / 2pr — масштаб шкалы, r — удаление отметки от центра экрана.

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

0,717 град
Реальная разрешающая способность по азимуту

d(jаз)=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)распр пренебрегаем. Аппаратурные ошибки s(D)апп 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 =0,1DD=1,5 км , где DD — цена деления шкалы.

s(D)=1,5 км.

Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения азимута определим аналогично.

0,04
s(jаз)инд=0,1Dj=0,4
s(jаз)=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 Fи. Эти импульсы используются для запуска передатчика и синхронизации выходного устройства. В состав передатчика входит импульсный модулятор, формирующий импульсы (рис. 2а) длительностью tи и мощностью Pи, 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 tD=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

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.

Оглавление

Задание 2
Исходные данные (вариант № 16) 2
Расчет тактических показателей РЛС кругового обзора 3
1. Расчет максимальной дальности действия с учётом поглощения. 3
2. Расчет реальной разрешающей способности по дальности и азимуту. 5
3. Расчет реальной точности измерения дальности и азимута 6
Функциональная схема РЛС 7
Литература 10
Оглавление 11