Радиолокационные станции

Отсюда нестабильность частот:

 

 

Нестабильность частоты:

 

 

Максимально возможное доплеровское смещение частоты fд достигается при движении цели со скоростью 800 м/с (используя данные ТЗ):

 

.

 

Найдём полосу пропускания приемника:

 

 

Эффективная шумовая полоса:

 

 

Коэффициент шума определяется собственными шумами приемника (первых каскадов) и внешними шумами (шумовая температура антенны), определяемыми формулой:

 

 

где Тф - действительная температура фидера, принимается равной 290 К;

Кф - коэффициент потерь в атмосфере, принимается равным 2;

Татм, Ткосм - эквивалентная шумовая температура атмосферного и космического шумов (по рисунку 15 из [1] определяем Татм ≈ 57 К, Ткосм ≈ 30 К.);

Кф - коэффициент передачи антенного фидера.

Коэффициент передачи антенного фидера определяется следующей формулой:

 

 

где δф - погонное затухание, выраженное в дБ / м; lф - длина фидера.

Для фидерного тракта используем прямоугольный посеребренный медный волновод, у которого затухание 0,02 дБ / м. Длина фидерного тракта необходима около 20 м. Отсюда коэффициент передачи:

 

 

Шумовая температура антенны:

 

 

Определив шумовую температуру, находим коэффициент шума приемника:

 

 

Основной уровень шумов, вносимых в приемный тракт, обусловлен входным высокочастотным усилителем. Выбирая в качестве усилитель на туннельном диоде, по рисунку 16 из [2] находим:

 

 

Т.к. kш урч > kш. пр, то общий коэффициент шума системы равен:

 

 

Коэффициент различимости определяется требуемыми вероятностями ложной тревоги Рлт и правильного обнаружения Рпо и зависит от качества обработки сигнала в приемном тракте (коэффициент потерь апот). Определим его по формуле (80) из [1]:

 

 

где qпор - пороговое ОСШ, определяется значениями Рлт и Рпо;

N - число импульсов в пачке.

Коэффициент потерь равен:

 

 

где ai - коэффициент потерь в i-м функциональном узле приемного тракта.

Наиболее часто встречающиеся коэффициенты потерь ai, которыми могут характеризоваться узлы в приемнике РЛС, следующие:

aа ≈ 1,5 - потери, возникающие вследствие изменения амплитуды принимаемых сигналов при сканировании ДН;

aвч ≈ 1,6 - потери в высокочастотном тракте, вызываемые затуханием энергии сигналов в фидерах и антенных коммутаторах;

aдет ≈ 2,5 - потери в детекторе, среднее значение которых может быть определено по рисунку 19 из [1];

aко ≈ 1,11 - потери, вызванные заменой оптимального фильтра в приемнике с квазиоптимальным фильтром, согласованным со спектром сигнала только по полосе пропускания;

aву ≈ 1,2 - потери в видеоусилителе, которые могут быть определены по таблице 4 из [1] вычислением произведения удвоенной полосы пропускания ФНЧ ΔFф на длительность ;

aнес ≈ 1,1 - потери, возникающие вследствие несогласованности УПЧ с сигналом по полосе пропускания;

aас ≈ 2 - потери при автоматическом съеме данных, возникающие вследствие того, что отсчет выходного напряжения производится не в тот момент, когда сигнальная составляющая достигает максимума.

 

 

Отсюда коэффициент различимости:

 

 

И чувствительность приемника равна:

 

 

2.11 Расчет импульсной мощности передатчика

 

Максимальная мощность излучения определяется из уравнения дальности:

 

 

Кроме того в уравнении дальности необходимо использовать не среднее значение ЭПР, а некоторое расчетное, найдем его по формуле (8) из [1]:

 

 

где p - вероятность того, что мгновенное значение ЭПР будет не меньше расчетного в момент облучения цели зондирующим сигналом.

Величину p необходимо принимать достаточно большой, т.е. равной 0,6…0,95. Выберем р=0,75. Тогда:

 

 

Средняя мощность излучений равна:

 

 

Найдем энергетический потенциал РЛС. Он определяется по формуле (94) в [1]

 

ЭП = Ри / Рпр мин;

.

 

Проверим допустимость полученной пиковой мощности. Она определяется соотношением

 

Ри £ Ри доп×Sсеч;

Ри доп » (0,2.0,3) ×Рпред.

 

Для определения поперечного сечения волновода воспользуемся следующими соотношениями

 

а = l/1,4; b = (0,4.0,5) ×а;

а = 10/1,4 = 7,143 см; b = 0,5×7,143 = 3,571 см;

Sсеч = а×b; Sсеч = 7,143×3,571 = 25,607 см.

 

Выбирая из таблицы 5 приведенной в [1] значение Рпред для волны типа Н10, получаем

 

Рпред = 406 кВт/см2; Ри доп = 0,3×406 = 81,2 кВт/см2;

Ри £ 81,2×25,607 = 4553 кВт; 3580 кВт £ 4553 кВт.

 

Таким образом рассчитанная пиковая мощность удовлетворяет условию допустимости. В качестве генераторного прибора для получения необходимой пиковой мощности может быть использован магнетрон.

 

2.12 Расчет характеристик оконечного  устройства

 

В качестве оконечного устройства будем использовать ИКО со смещенным центром (визуальный съем). Рассчитаем его параметры, приняв диаметр индикатора 500 мм, коэффициент использования экрана при круговом обзоре Кэ=0,4. При этом качество фокусировки примем равным 600. Зная разрешающую способность по дальности ΔD=600 м и ΔDП определим необходимую разрешающую способность ОУ:

 

  \

 

Определим реальную разрешающую способность индикатора по дальности:

 

 

Реальная разрешающая способность индикатора по азимуту определяется как:

 

,

 

где D - расстояние до цели.

Так как равенство = не обеспечивает приемлемого значения , следует разбить всю дальность на поддиапазоны, на которых < . Число поддиапазонов зависит от и тактических соображений.

Рассчитаем значение , при котором будет выполняться требуемое разрешение по дальности:

 

 

Таким образом, разобьем всю дальность на 4 поддиапазона.

При этом разрешающая способность по дальности при D=450 (км) будет определяться:

 

, а при D=5 (км)

 

 

2.13 Расчет реальных погрешностей  измерения

 

Реальная погрешность измерения дальности:

,

 

где γ4 = 1…15 - коэффициент ухудшения точности измерения дальности, γ4 = 4.

Потенциальная погрешность σDп определяется как:

 

;

 

Погрешность индикации σDинд определяется как:

 

 

где σD1 ≈ 15 м - погрешность совмещения временного положения зондирующего импульса с началом развертки индикатора;

σD2 » (10-4.10-5) ×D - погрешность из-за нестабильности частоты эталонного кварцевого генератора, формирующего метки дальности; примем:

 

σD2 = 10-6·Dмакс = 10-6·450·103 = 0.45 м

σD2 = 225+0.25 = 225.25 = 226 м

 

Прочие погрешности σDΣ:

 

 

σD3 » (10-5.10-6) ×D - погрешность, связанная с условиями распространения радиоволн; примем σD3 = 10-5:

 

σD3 = 10-5·Dмакс = 10-5·450·103 = 4,5м

, σD2 =226

 

Реальная погрешность измерения азимута:

 

,

 

где - коэффициент ухудшения потенциальной точности.

Потенциальная погрешность:

 

;

 

Суммарная погрешность индикации σαинд и прочих погрешностей σαΣ:

 

 

σα1 - погрешность определения центра отметки цели на экране индикатора:

 

 

где Δαинд - разрешающая способность индикатора по угловой координате.

 

 

σα2 ≈ 0.15·Δαшк - погрешность интерполяции при использовании только неподвижных меток азимута или "механической" шкалы;

Δαшк - цена интервала между метками азимута; Δαшк =1 0

 

σα2 ≈ 0.15·1 = 0.15 (град)

 

σα3 ≈ (0.02…0.03) 0 - погрешность неточности ориентирования станции на местности; σα3 = 0.020.

σα5 ≈ 0.1 0 - погрешность, связанная с неточностью установки датчика отметки опорного направления и погрешности люфтов в устройствах согласования положения антенны и развертки по азимуту.

Подставим все полученные погрешности в суммарную формулу определения погрешности измерения азимута σα:

 

 

 

3. Расчет характеристик обнаружения

 

Характеристикой обнаружения называется зависимость вероятности правильного обнаружения сигнала, отраженного от цели, от отношения сигнал/шум при фиксированном значении ложной тревоги.

В рассчитываемом проекте происходит обнаружение некогерентной пачки импульсов с прямоугольной огибающей.

Условная вероятность ложного обнаружения [8, с.13] в этом случае определяется по формуле:

 

 

гдеy0 = u0/σ2 - относительный порог обнаружения на выходе накопителя; σ2 - дисперсия шума на входе квадратичного детектора; N - число импульсов в пачке (N = 20).

Приведем график условной вероятности ложного обнаружения:

 

Рис. 1 График условной вероятности ложного обнаружения

 

Моделью объекта является совокупность независимых отражателей, среди которых один отражатель значительно превышает другие по значению ЭПР, а ЭПР остальных независимых отражателей примерно равны между собой:

 

 

Где q - отношение сигнал-шум по напряжению по одиночному импульсу в пачке на входе квадратичного детектора;

y0 = u0/σ2 - относительный порог обнаружения на выходе накопителя;

σ2 - дисперсия шума на входе квадратичного детектора.

Построим характеристики обнаружения для трех значений вероятности ложной тревоги, заданных в техническом задании:

 

FЛТ = 10-2, FЛТ = 10-3, FЛТ = 10-4

 

Соотношение сигнал/шум тем больше, чем больше вероятность ложной тревоги, а чем больше соотношение сигнал/шум, тем больше вероятность правильного обнаружения.

На рисунке приведены характеристики обнаружения D (q).

 

Рис. 2 ХО для трёх вероятностей ложной тревоги

 

 

4. Особенности построения функциональных узлов РЛС

 

Передатчик:

Передающее устройство включает в себя модулятор и магнетронный генератор. Мощность передающего устройства в импульсе должна быть 8.674·106 Вт. Длительность радиоимпульса 1 мкс. Период повторения зондирующих импульсов 3.6 мс. Несущая частота 2 ГГц.

Антенно-фидерный тракт:

Он включает в себя зеркальную параболическую антенну с площадью раскрыва равной 5.0668 (м2) и геометрическими размерами 7.2x5.4 (м). Также используем прямоугольный посеребренный медный волновод, у которого затухание 0,02 дБ / м. Длина фидерного тракта 20м.

Коэффициент направленного действия составляет 1981.

Оконечное устройство:

Оконечное устройство служит связующим звеном между РТС и потребителем информации. Оно преобразует сигналы с выхода приемника РТС в форму, удобную для восприятия потребителем. В качестве ОУ выбрано использование ИКО с разбиением на 4 поддиапазона.

 

5. Расчет реальных тактических  характеристик РЛС и сравнение  их с требованиями ТЗ

 

Расчет максимальной дальности действия РЛС (1) из [1]:

 

 

Минимальная дальность действия РЛС:

 

 

при tВ≈10-7 с, γ3=4.

Разрешающая способность по дальности:

 

, где:

 

Примем частоту эталонной последовательности импульсов измерителя равной 2Мгц.

 

 

Таблица сравнения тактических характеристик аэродромной обзорной РЛС с требованиями ТЗ

 

Таблица 1

Характеристика	Обозначение	Техническое задание	Результаты Расчета
Максимальная дальность действия, км	Dмакс	450	614.4
Минимальная дальность действия, м	Dмин	5000	660
Разрешающая способность по дальности, м	ΔD	600	600
Погрешность измерения дальности, м	σD	40	21,6
Погрешность измерения по азимуту, ˚	σα	0,1	0,417

 

 

Список литературы

 

1. Алехин В.А. Проектирование радиолокационных систем: Учебное пособие-№427; Таганрог 1990 г. - 94 с.

2. Васин В.В., Степанов Б.М. Справочник по радиолокации; Сов. Радио 1977 г.

3. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ: Учеб для радиотехнических спец. вузов. - М.: Высшая школа, 1988. - 432 с.: ил.

4. Алехин В. А, Горбенко А.П. Учебное пособие №4351; Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009 г. - 124 с.

5. https: // ru. wikipedia/org/wiki/Радиолокационная_станция.

6. Давыдов П. С, Сосновский А. А, Хаймович И.А. Авиационная радиолокация: Справочник. - Москва: Транспорт, 1984,223 с.

 

 

Приложения

 

Приложение 1

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 2

 

Размещено на Allbest.ru