Расчет приемника наземной обзорной РЛС

Расчет приемника наземной обзорной РЛС

Требуется произвести расчет приемника наземной обзорной РЛС.

Исходные данные задания:

Рабочая частота приемника.

Длительность зондирующих импульсов

. Частота повторения импульсов.

Вероятность правильного обнаружения.

Вероятность ложной тревоги.

об/мин Темп обзора пространства (об/мин).

Мощность в импульсе.

Разрешающая способность канала дальности (в километрах).

КНД антенны.

Эффективная отражающая поверхность цели (в м2).

Максимальная дальность до объекта (в км).

Относительная нестабильность частоты передатчика.

Относительная нестабильность частоты гетеродина приемника.

км/с

Скорость света (в км/с).

км/ч

Радиальная скорость самолета в зоне аэропорта (в км/час).

км/с

Радиальная скорость самолета в зоне аэропорта (в км/с).

Постоянная Больцмана.

Стандартная абсолютная температура.

К

Тип активных приборов - полевые транзисторы.

Вариант цифровой части - ЦАРП (цифровая автоматическая регулировка порога решения).

СОДЕРЖАНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ

1.ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

1.1. Выбор типа схемы приемника

1.2. Расчет требуемой полосы пропускания

1.3. Выбор промежуточной частоты

1.4. Выбор активных элементов и расчет их параметров

1.5. Распределение избирательности и полосы пропускания между трактами приемника

1.6. Расчет требуемой чувствительности приемного тракта

1.7. Расчет коэффициента шума

1.8. Расчет коэффициента усиления приемника до детектора и распределение усиления по трактам

1.9. Выбор схем АРУ, АПЧ

1.10. Составление структурной схемы приемника

2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

2.1. Проектирование антенного переключателя

2.2. Расчет входной цепи

2.3. Расчет усилителя радиочастоты

2.4. Расчет смесителя

2.5. Выбор схемы гетеродина

2.6. Расчет усилителя промежуточной частоты

2.7. Расчет детектора

2.8. Расчет автоматической регулировки усиления

2.9. Расчет АПЧ

2.10. Расчет результирующих характеристик

3. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ЦИФРОВОЙ ЧАСТИ ПРИЕМНИКА

4. ЛИТЕРАТУРА

Схема электрическая

Перечень элементов

ВВЕДЕНИЕ

Основной особенностью РЭО летательных аппаратов является то, что оно работает в системе УВД, будучи связано с ней функционально или электрически.

Радиотехнические средства обеспечения полетов системы УВД используются для управления воздушным движением и оказания помощи экипажу при выполнении полетного задания в целях повышения безопасности и регулярности полетов ЛА. Они размещаются в определенных наземных пунктах или на искусственных спутниках Земли (ИСЗ). Наземные средства РЭО - основные информационные датчики системы УВД - состоят из стационарных частей неавтономных радиосистем ближней и дальней навигации (РСБН, РСДН), радиотехнических систем посадки (РСП), автономных радиолокаторов - трассовых (ТРЛ), обзорно-диспетчерских (ОДРЛ), вторичных (ВРЛ), посадочных (ПРЛ), а также радиостанций ДКМВ - и МВ-диапазонов.

Обзорный радиолокатор аэродромный (ОРЛ-А) предназначен для обнаружения и измерения координат (азимут-дальность) воздушных судов в районе аэродрома с последующей передачей информации о воздушной обстановке в центры (пункты) обслуживания воздушного движения (ОВД) для целей контроля и обеспечения управления воздушным движением.

ОРЛ-А должен быть размещен таким образом, чтобы в секторах ответственности зоны ОВД величины углов закрытия по углу места с высоты фазового центра антенны ОРЛ-А составляли не более 0,50 при работе в автономном режиме.

Основные характеристики ОРЛ-А:

Максимальная дальность действия:не менее 160 км (вариант Б1) или 50-100 км (вариант Б2).

Минимальная дальность действия, не более 2 км (вариант Б1) или 1.5 км (вариант Б2).

Угол обзора в горизонтальной плоскости 3600.

Период обновления информации, не более 6 с.

Диапазон рабочих волн: 23 или 10 см.

Среднеквадратическая ошибка определения координат цели но выходу с АПОИ:

- по дальности, не более 200 м,

- по азимуту, не более 0.40.

Указанные нормативы установлены для вероятности обнаружения не менее 0.8 при вероятности ложной тревоги равной 10-6 по воздушным судам с эффективной отражающей поверхностью, равной 15 м2, при высоте полета воздушного судна 6000 м.

1. ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ И РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ.

1.1 Выбор типа схемы приемника

Высокие требования к электрическим характеристикам современных профессиональных приемников предопределяют их построение по схеме супергетеродина.

1.2 Расчет требуемой полосы пропускания

Расчет числа преобразований и промежуточных частот начинаем с определения полосы пропускания приемника П. Она зависит от ширины спектра принимаемого сигнала Пс, при которой обеспечивается воспроизведение передаваемых сообщений с допустимыми искажениями, запаса на доплеровское смещение частоты сигнала от подвижного объекта fд, нестабильности и неточности настройки приемника Пнс:

П = Пс + 2 ?fд + Пнс.

Найдем эти составляющие.

Для приемников импульсных радиосигналов приемника обнаружения:

Пс = (1...2) /?,

где t - длительность принимаемого импульса.

Для приемника обзорной РЛС требуется обеспечить обнаружение зондирующих импульсов, тогда в этом случае ширина спектра:

где и - длительность принимаемых импульсов.

Общая нестабильность частоты и неточность настроек:

,

fc и fг - абсолютные нестабильности несущей частоты сигнала и частоты гетеродина,

fн и fп - неточность настроек гетеродина и УПЧ. Обычно принимают?

Абсолютные нестабильности частоты сигнала и гетеродина при его нижней настройке и предполагаемой промежуточной частоте: Гц,

А также неточность настройки УПЧ:

Тогда:

Доплеровское смещение несущей частоты fс сигналов, принимаемых от передатчика, который перемещается относительно приемника с радиальной скоростью vр: fд = fс ? vр / c ,

где c = 3*105 км/с - скорость распространения радиоволн. Для РЛС, работающей по отраженному сигналу, это смещение удваивается. Тогда:

Найдем требуемую полосу пропускания приемника П:

Величина полосы пропускания оказалась слишком большой, поэтому используем схему автоподстройки частоты с коэффициентом . Тогда новое значение полосы пропускания:

1.3 Выбор промежуточной частоты:

Промежуточная частота должна:

быть вне диапазона рабочих частот;

обеспечивать заданное ослабление зеркального канала при простой схеме преселектора;

обеспечивать необходимую полосу пропускания приемника.

Выбор значения промежуточной частоты рекомендуется производить из ряда:

0.115; 0.215; 0.465; 0.5; 0.75; 0.915; 1.2; 1.5; 1.9; 2.2; 4.5; 6.5; 10; 15; 30; 60; 100 МГц.

В технически обоснованных случаях могут быть использованы и другие частоты. При этом промежуточная частота не должна находиться в диапазоне рабочих частот приемника или близко от границ этого диапазона, не должна совпадать с частотой какого-либо мощного передатчика.

Радиолокационные приемники строятся, как правило, по схеме с однократным преобразованием, причем требования к ослаблению побочных каналов обычно невысоки (не более 20 дБ). Промежуточная частота определяется длительностью зондирующего импульса РЛС

fпр = (10 … 20) / .

Номинал fпр выбирается тоже из указанного выше ряда частот. Для уменьшения уровня шумов коэффициент прямоугольности тракта УПЧ приемника РЛС следует выбирать порядка Кпsc = (1.8 … 2), если нет каких-либо дополнительных условий. Таким образом, минимально допустимое значение промежуточной частоты:

Для уменьшения влияния зеркального канала желательно существенно увеличить это значение. Поэтому выбираем Гц.

1.4 Выбор активных элементов и расчет их параметров

Число каскадов УПЧ зависит от усиления отдельных каскадов, числа резонансных систем, необходимых для получения .требуемой избирательности, общего коэффициента усиления радиоприемника, при котором обеспечивается нормальная работа демодулятора.

Требуется определить параметры полевого транзистора типа КП305Д на рабочих частотах fpi при токе стока Iст.

Максимальная частота поддиапазона.

Таблица 1.

Исходные данные транзистора:

Крутизна характеристики.

Входная емкость в схеме с общим истоком.

Проходная емкость в схеме с общим истоком.

Выходная емкость в схеме с общим истоком.

Напряжение Uси, при котором измерены параметры.

Ток стока в типовом режиме.

Максимально допустимый ток.

Максимально допустимое напряжение сток-исток.

Сопротивление истоковой области (Rи = (30...50) Ом).

Сопротивление затвор-исток (Rзи = (1010...1015) Ом).

Сопротивление сток-исток (Rзи = (104...106) Ом).

Максимальный коэффициент шума, дБ.

Исходные параметры для расчета схемы.

Ток в рабочей точке.

Напряжение сток-исток в рабочей точке.

Предварительные расчеты.

Среднее значение крутизны для выбранного транзистора.

Расчет высокочастотных параметров транзистора.

Для транзистора, включенного по схеме с общим истоком, внутренние параметры рассчитываем по формулам:

Входная проводимость.

Входная емкость

Прямая взаимная проводимость.

Прямая взаимная емкость.

Обратная взаимная проводимость.

Обратная взаимная емкость.

Выходная проводимость.

Выходная емкость.

Определим Y-параметры транзистора.

Вычислим коэффициент устойчивого усиления транзистора на нужной частоте:

Вычислим Y-параметры для каскодных схем:

1.5 Распределение избирательности и полосы пропускания между трактами приемника

В супергетеродинном приемнике избирательность по соседним каналам, в основном, реализуется в каскадах усиления основной промежуточной частоты. Поэтому ширина полосы пропускания тракта усиления основной промежуточной частоты берется близкой к полосе всего радиотракта с небольшим запасом:

Причем коэффициент прямоугольности Кп должен удовлетворять условию заданного ослабления соседних каналов приема на уровне заданной избирательности. Тогда:

Кп = 2 ?fск / П,

где fск - разнос соседних каналов.

Как правило, для приемников РЛС не задают разнос соседних каналов, так как в пределах прямой видимости стараются близко не размещать другие передатчики, работающие на близких частотах.

Избирательность по зеркальному каналу обеспечивается преселектором, а избирательность по побочным каналам - фильтрами в цепях выделения промежуточной частоты.

По заданному ослаблению побочных каналов и следует рассчитывать все избирательные системы.

1.6 Расчет коэффициента шума

Структура радиоприемного устройства, работающего на частотах выше 30 МГц, особенно принципы построения его первых каскадов, в значительной степени определяются заданной чувствительностью. Если в диапазонах километровых, гектометровых и декаметровых волн внешние помехи больше уровня внутренних шумов приемника, то в метровом, дециметровом и сантиметровом диапазонах приходится учитывать собственные шумы преимущественно первых каскадов, что часто налагает особые требования на их проектирование. Важным параметром при этом является коэффициент шума N.

Коэффициент шума радиолокационного приемника можно получить из уравнения максимальной дальности Dмакс действия РЛС:

, где

Pи - мощность излучения РЛС в импульсе;

и - длительность импульса;

nи - число импульсов, отраженных от цели,

Ga - коэффициент направленного действия (КНД) антенного устройства;

ц - отражающая поверхность цели;

Sа - эффективная площадь антенны РЛС;

- КПД приемо-передающего тракта;

q - коэффициент различимости, т.е. отношение сигнал/шум на входе детектора;

прм - коэффициент потерь в приемном тракте, зависящий от неоптимальности обработки сигналов, памяти системы, числа накапливаемых импульсов;

кмз - коэффициент километрового затухания радиоволн в атмосфере, дБ/км.

Входящие в эту формулу величины содержатся в тактико-технических требованиях к приемнику РЛС, а также могут быть вычислены на основе анализа этих требований.

В частности, длительность импульса и находится через связь ее с потенциальной разрешающей способностью РЛС по дальности D:

и = 2 D / c,

где c - скорость распространения радиоволн.

что не совсем согласуется с исходными цифрами задания. В нем длительность импульсов задана на уровне с.

Длина волны на частоте сигнала (в м):

Раскрыв антенны в горизонтальной плоскости (dа = (10 ... 30) ):

Ширина диаграммы направленности антенны:

Так как сектор углового обзора не задан, примем его круговым:

Время облучения цели в секундах (длительность пачки импульсов):

Количество импульсов, отраженных от цели:

Для однозначности измерения дальности до объектов период повторения импульсов должен удовлетворять следующему условию:

Тп = 2.5 Dмакс / C.

- условие выполняется.

Эффективная площадь антенны связана с КНД антенны:

Sa = 2 Ga / (4 ?).

Длина волны на частоте сигнала (в м):

Эффективная площадь антенны (в км2):

КПД приемо-передающего тракта определяется потерями в высокочастотных цепях; обычно =(0,5...0.9). Принимаем:

Для приемников РЛС можно взять q = (1 … 3) ([1] c. 94).

Коэффициент прм = 1 может быть представлен произведением:

прм = 1 2, где:

1 характеризует потери на неоптимальную обработку одиночного импульса;

2 учитывает потери на неоптимальную обработку при накоплении импульсов пачки.

Чем ближе процесс обработки сигнала в приемном тракте к оптимальному, тем прм ближе к единице. Если приемник построен так, что выделение одиночных импульсов пачки осуществляется за счет согласования полосы приемника с полосой принимаемого сигнала, то 1 = 1.2. При этом Пс = 1.3 / и. Если в качестве накопителя импульсов пачки используется интегрирующее устройство или свойство послесвечения экрана электронно-лучевой трубки индикатора, то .

Страницы: 1, 2, 3