Большая База Данных Рефератов - Розрахунок технічних параметрів радіолокаційної станції (РЛС)

Рус Укр Eng

Розрахунок технічних параметрів радіолокаційної станції (РЛС)

Технічне завдання
Розрахувати технічні параметри РЛС УВД з такими параметрами:

Ефективна відбиваюча поверхня цілі , 40

Ширина спектру флуктуацій траєкторії руху цілі , 0,2

Імовірність вірного виявлення цілі 0,92

Імовірність хибної тривоги 2

Максимальна віддаль виявлення цілі, 300

Сліпа віддаль, 0,2

Максимальна висота польоту цілі , 10

Сектор огляду простору в вертикальній площині

від до , 7,5-65

Релеївська розрізняльна здатність за віддалю , 150

Релеївська розрізняльна здатність за азимутом , 4

Максимальна імпульсна потужність передавача , 0,3

Коефіцієнт втрат, який враховує відхилення характеристик реальної апаратури від ідеальної , 15

Довжина хвилі, , 0,10

Зміст

Технічне завдання

1. Технічні параметри РЛС
1.1 Аналіз завдання до виконання курсової роботи
1.2 Розрахунок технічних параметрів РЛС
1.3 Розрахунок потужності шуму
1.4 Розрахунок коефіцієнту спрямованої дії антени передавача і ефективної площини антени приймача
1.5 Розрахунок енергії зондуючого сигналу
2. Вибір і опис зондуючого сигналу
2.1 Вибір зондуючого сигналу
2.2 Автокореляційна функція сигналу
2.3 Функціональні схеми пристроїв генерації та обробки зондуючого сигналу
3. Розрахунок реальної розрізняльної здатності та потенційної і реальної точності
3.1 Розрахунок реальної розрізняльної здатності за віддалю та азимутом
3.2 Розрахунок потенційної і реальної точності виміру віддалі і азимуту
4. Вибір схеми захисту від пасивних завад
Висновок
Додатки
Огляд роботи РЛС УВД
Структурна схема РЛС

1. Технічні параметри РЛС
1.1 Аналіз завдання до виконання курсової роботи
Завдання до виконання курсової роботи передбачає розрахунок технічних параметрів імпульсної оглядової РЛС.

Вихідні дані для розрахунків:

Параметри зони огляду:

Переріз зони огляду - кільце (коловий огляд), яке утворене максимальною віддаллю .

Переріз огляду в вертикальній площині наведено на рис.1, де - висота польоту цілі, та - мінімальний та максимальний кути місця цілі, тому:

, (1.1)

де - кут місця, що відповідає максимальній віддалі виявлення і максимальній висоті польоту цілі.

Рис.1

Якість виявлення:

РЛС повинна забезпечити виявлення цілі з ефективною відбиваючою поверхнею на фоні власних шумів приймача на межі зони огляду в кутомісцевій площині (рис.1) з імовірністю вірного виявлення та імовірністю хибної тривоги (для всієї зони огляду) при одноразовому перегляді. Модель сигналу (поодинокого) на вході приймача - сигнал з випадковою початковою фазою та флюктуючою амплітудою.

Динамічні параметри руху цілі: верхня межа спектра флюктуацій траєкторії руху цілі .

Координати цілі, які підлягають однозначному вимірюванню: віддаль та азимут .

Релеївські розрізняльні здатності РЛС: не гірше ніж за віддаллю та за азимутом (при рівномірному розподіленні поля в розкриві антени).

Максимальна імпульсна потужність передавача: .

Коефіцієнт втрат, який враховує відхилення характеристик реальної апаратури РЛС від ідеальної (оптимальної): .

Довжина хвилі зондуючого сигналу : знаходиться в межах .

Оскільки в оглядових РЛС задача розрізнення цілей за частотою Допплера не ставиться, то в такій РЛС можна застосувати некогерентну міжперіодну обробку.

1.2 Розрахунок технічних параметрів РЛС
Розрахунок ширини спектру зондуючого сигналу:

, (1.1)

де - релеївская роздільна здатність за віддаллю.

Вибір часу огляду з умови:

, (1.2)

де - верхня межа спектру траєкторії руху цілі

Розрахунок періоду (частоти) повторення імпульсів передавача з умови однозначного вимірювання віддалі:

(1.3)

де - максимальна віддаль однозначного виміряння;

- максимальна віддаль виявлення з урахуванням поглинання.

;

Розрахунок кількості імпульсів (кількість імпульсів в пачці), підходящих на вхід приймача РЛС за час опромінення цілі в режимі колового огляду:

, (1.4)

де - час опромінення цілі:

(1.5)

де - ширина діаграми спрямованості в азимутальній площі на рівні половинної потужності (Релеївська роздільна здатність за азимутом). Маємо:

;

Розрахунок коефіцієнта розрізнення для моделі сигналу з випадковою фазою і флюктуючою амплітудою:

(1.6)

де - відношення сигнал/шум, розраховуємо за формулою:

, (1.7)

де - імовірність правильного знаходження; - імовірність хибної тривоги для одного елементу розрізнення зони огляду.

(1.8)

, (1.9)

де m - число елементів розрізнення у зоні огляду, дорівнює добутку числа елементів розрізнення за віддалю m1 і за азимутом m2.

;

Визначимо коефіцієнт втрат при некогерентній обробці.

Для розрахованої імовірності хибної тривоги для одного елемента розрізнення і розрахованої кількості імпульсів визначимо параметр з рівняння:

, (1.10)

За допомогою ЕОМ побудуємо графік залежності (1.10) і знайдемо узагальнений поріг .

Рис.2

Розрахунок проведений на комп'ютері, показав .

Знаходимо необхідне відношення сигнал/шум для одного імпульсу при некогерентній обробці з рівняння:

. (1.11)

Згідно завданню . Підберемо для забезпечення при . За допомогою ЕОМ підрахуємо значення при . Дані ітерацій зведено в табл.1.

Табл.1


60	0.913	68	0.923
61	0.914	69	0.924
62	0.915	70	0.925
63	0.916	71	0.925
64	0.917	72	0.926
65	0.919	73	0.927
66	0.920	74	0.929
67	0.922	75	0.930

Маємо, що при виконується потрібна нам рівність.

Так як згідно визначенню характеризує енергетичні втрати, що виникаючі при переході від когерентної до некогерентної обробки, а відношення сигнал/шум в одному імпульсі при когерентній обробці дорівнює:

(1.12)

де розраховано за формулою (1.7), отже:

(1.13)

1.3 Розрахунок потужності шуму
Розрахуємо спектральну щільність шуму . Для цього потрібно вибрати тип активного елементу вхідного пристрою супергетеродинного приймача РЛС для заданої довжини хвилі випромінюваного коливання.

Значення визначаються формулою

, (1.14)

де - постійна Больцмана,

- нормальна температура,

- коефіцієнт шуму підсилюючого елементу. Як відомо:

Потужність шуму на вході приймача в смузі прийому розраховується за формулою:

, (1.15)

де - ефективна ширина смуги пропускання лінійного тракту приймача з урахуванням узгодженого фільтру.

При узгодженій обробці дорівнює:

, (1.16)

де - ширина спектру зондую чого сигналу, розрахована нами за формулою (1.1). Тоді, підставивши знайдені значення у формулу (2.2), обчислимо потужність шуму:

1.4 Розрахунок коефіцієнту спрямованої дії антени передавача і ефективної площини антени приймача

Оскільки РЛС, параметри якої розраховуються, повинна забезпечити розрізнення і точний вимір тільки по одній кутовій координаті - азимуту, то в РЛС необхідно застосувати антену, яка формує плоску діаграму спрямованості і при цьому сканує її в азимутальній площині.

Ширина головного променя ДС в азимутальній площині на рівні 0,5 за потужністю визначається заданою розрізняльною здатністю по азимуту (), а ширина променя в площині кута місця визначається заданою величиною .

Основним виразом для визначення параметрів РЛС є рівняння віддалі, яке має вигляд:

, (1.17),

де - максимальна віддаль виявлення,;

- імпульсна потужність передавача, ;

- кількість імпульсів, що приймаються антеною за час повороту в площині азимуту на кут, який відповідає ширині антенного променя на рівні 0,5 за потужністю;

- коефіцієнт спрямованої дії антени передавача;

- ефективна площа антени приймача, ;

- ефективна відбиваюча поверхня цілі, ;

спектральна щільність внутрішнього шуму;

- коефіцієнт розрізнення;

- база зондуючого сигналу;

- коефіцієнт втрат в системі.

В рівнянні віддалі дії (1.17) входить коефіцієнт підсилення антени, який наряду з іншими заданими параметрами, що входять в (1.17), забезпечує виявлення цілі із заданими ймовірностями та на .

Для цілей, що мають кут місця в межах , віддаль виявлення повинна бути і, отже, .

В той же час, оскільки максимальна висота цілі обмежується величиною і , то для цілей, що летять на висоті і мають кут місця в межах , максимальна віддаль між РЛС і ціллю буде менше ніж .

Із рис.1 бачимо, що для .

. (1.18)

Тому для кутів в межах для забезпечення виявлення цілей, що летять на висоті із заданими ймовірностями та може бути менше ніж . Вказаним умовам задовольняє антена, яка має для кутів місця коефіцієнт підсилення , а для кутів - коефіцієнт підсилення

. (1.19)

Таку антену називають косеканс-квадратною. Відомі кілька способів побудови косеканс-квадратної антени. В найбільш поширеному з них верхня половина відбивача являє собою параболу. Вона відбиває енергію опромінювача, що розміщується в фокусі параболи, в напрямках, які паралельні осі антени, як у звичайної параболічної антени. Нижня частина відбивача трохи відрізняється від параболи. Вона видозмінена у такий спосіб, щоб частина енергії випромінювача відбивалась вверх по відношенню до осі антени.

Коефіцієнт підсилення параболічної антени із плоским променем розраховується за формулою:

, (1.20)

де ,

Отже,

Коефіцієнт підсилення косеканс-квадратної антени з тією ж апертурою як і у параболічної для кутів буде трохи меншою, ніж розрахований за формулою (1.20), і визначається співвідношенням:

. (1.21)

Для суміщеної антени при коефіцієнті корисної дії ефективна площа антени визначається як:

. (1.22)

Тому по розрахованому значенню (1.21) і формулою (1.22) можливо розрахувати ефективну площу косеканс-квадратної антени:

. (1.23)

Наближені лінійні горизонтальний та вертикальний розміри косеканс-квадратної антени розраховуються за формулами:

; (1.24)

(1.25)

де кути підставляються в градусах.

1.5 Розрахунок енергії зондуючого сигналу
Оскільки перед РЛС, параметри якої потрібно розрахувати, відповідно до вихідних даних не ставиться задача розрізняння цілей за радіальною швидкістю, то в ній можна застосувати узгоджену внутріперіодну обробку і некогерентну міжперіодну обробку - імпульсної пачки. Для цього випадку максимальна віддаль дії визначається співвідношенням:

(1.26)

де - імпульсна енергія випроміненого імпульсу, Дж;

- коефіцієнт втрат при некогерентній обробці послідовності із N імпульсів;

- граничне відношення сигнал/шум на виході узгодженого з одним із імпульсів фільтру, який забезпечує потрібну якість виявлення при когерентній обробці.

З урахуваннями (1.26) енергія зондуючого сигналу в одному імпульсі визначається співвідношенням:

. (1.26)

Енергія - імпульсного пакету, що приймається, буде рівнятись

. (1.27)

Із розрахованої енергії і заданої потужності можна визначити протяжність одного радіоімпульсу зондуючого сигналу

. (1.28)

Для перевірки коректності приведених розрахунків необхідно виконати контрольний розрахунок :

, (1.29)

і визначити відносну похибку:

. (1.30)

. (1.31)

Перевіряємо виконання умови

(1.32)

Умова виконується.

2. Вибір і опис зондуючого сигналу
2.1 Вибір зондуючого сигналу
Коефіцієнт стиснення сигналу (база) визначається як добуток ширини його спектру на тривалість:

(2.1)

Характер та якість інформації, що вилучається РЛС з прийнятого коливання, залежать від структури та властивостей зондуючого сигналу. Призначення РЛС в значній мірі визначає властивості зондуючого сигналу, тому що навіть теоретично не існує радіолокаційного сигналу, який би ідеально підходив би для будь-яких застосувань.

На вибір зондуючого сигналу впливають віддаль виявлення цілей, роздільна здатність РЛС, невизначеності різного виду, точність визначення параметрів радіолокаційного сигналу, практичне виконання пристроїв генерації, випромінювання та обробки сигналу та інші загальні вимоги. Ці фактори часто суперечать один одному (як теоретично, так і практично). Тому при виборі зондуючого сигналу часто доводиться вдаватися до компромісних рішень.

Виходячи із оптимізованих даних, отриманих у п.1 зондуючий сигнал повинен бути складним база якого дорівнює . При такій базі краще вибрати біфазний сигнал (БФ), оскільки при малій базі сигналу, спектр ЛЧМ-сигналу є нерівномірним, що призводить до важкості реалізації узгодженого фільтру.

Біфазний сигнал на основі кодів Баркера, які при непарних існують лише при, що витікає з виразів: при парному :

(2.2)

при непарному :

(2.3)

Кореляційна функція кодів Баркера при F = 0: :

(2.4)

Іншим перерізом цієї функції (площиною t = 0) є:

(2.5)

яке приводить до рівняння:

. (2.6)

При цьому побічні максимуми менші головного максимуму приблизно в 5 разів. Складні сигнали кодів Баркера також мають наступні переваги перед іншими складними сигналами:

відносно малу тривалість головного викиду;

переважно велике перевищення центрального викиду над боковими;

Отже послідовність коду Баркера для наступна:

N
7	+1	+1	+1	-1	-1	+1	-1

2.2 Автокореляційна функція сигналу
Розрахунок кореляційної функцій зводиться до знаходження її значень в дискретних точках, що відповідають часовим зміщенням, кратним тривалості одиничного імпульсу .

Останнє не важко зробити за допомогою ромбовидної таблиці. У боковому стовпці записується послідовність зверху вниз.

Якщо в строчці бокового стовпця стоїть +, то перепишемо без зміни цю послідовність у горизонтальну строку, а якщо на вказаному місці стоїть - , то змінимо знаки усіх її елементів:

-	-	-	-	+	+	-	+
+		+	+	+	-	-	+	-
-			-	-	-	+	+	-	+
-				-	-	-	+	+	-	+
+					+	+	+	-	-	+	-
+						+	+	+	-	-	+	-
+							+	+	+	-	-	+	-
	-1	0	-1	0	-1	0	+7	0	-1	0	-1	0	-1

Страницы: 1, 2, 3

Меню

Розрахунок технічних параметрів радіолокаційної станції (РЛС)

Розрахунок технічних параметрів радіолокаційної станції (РЛС)