Реферат: Радиолокационная станция обнаружения воздушных целей
Министерство Образования Украины <img src="/cache/referats/11905/image001.gif" v:shapes="_x0000_s1509">
Одесский Государственный Политехнический Университет
Институт Радиотехники иТелекоммуникаций
Кафедра РТС
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине
«Основы теориирадиотехнических систем»
на тему
«Радиолокационнаястанция обнаружения воздушных целей»
Вариант № 16
Выполнил
студент группы РС<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">-
971МамлюкВ.В.
"____" __________ 2002 г.
Проверил:
Часовой А. Н.
"____" __________ 2002 г.
Одесса 2002
Наверно, в этом курсовикеошибки есть(мягко говоря), так как сдал я его на шару, но с учетом практическиполного отсутствия нормальной студентческой информации по радиолокации вИнтернете, он просто очень нужный…
СОДЕРЖАНИЕ
1. Расчет технических параметровРЛС
2. Выбор и расчет параметровзондирующего сигнала
3. Структурная схема РЛС
Приложение 1Приложение 2
Приложение 3Список литературы
РЕФЕРАТ
Радиолокационные системы имеют следующиепреимущества перед визуальными: работа РЛС не зависит от наличия оптическойвидимости и эффективна не только в дневные, но и в ночные часы, в тумане, придолжде и снегопаде. Они обеспечивают большую дальность действия и точностьизмерения координат цели.
В данном курсовом проектепроведен расчет РЛС кругового обзора, предназначенной для обнаружения воздушныхцелей. Данная РЛС может использоваться, например, в аэропортах и подобныхучреждениях. Проектируемая РЛС является совмещенной, т.е. использует однуантенну для приема и передачи сигналов.
При проектировании былиспользован критерий минимальной стоимости РЛС, в основу которого положенпринцип минимизации общей суммы стоимости антенны и передатчика, при заданныххарактеристиках обнаружения. Для выполнения этого проекта использованапрограмма, разработаннная на кафедре РТС Одесского ГосударственногоПолитехнического Университета, при помощи которой проводится оптимизация параметровРЛС для обеспечения требуемого критерия минимума стоимости.
В качестве объектапроектирования выбрана гипотетическая когерентно-импульсная РЛС с аппаратуройселекции движущихся целей.
1. РАСЧЕТ ТЕХНИЧЕСКИХПАРАМЕТРОВ РЛС
Расчет ширины спектразондирующего сигнала:
<img src="/cache/referats/11905/image003.gif" v:shapes="_x0000_i1025"> , (1.1)
где <img src="/cache/referats/11905/image005.gif" v:shapes="_x0000_i1026"> — релеевскаяразрешающая способность по дальности
Выбор времени обзора изусловия:
<img src="/cache/referats/11905/image007.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> (1.2)
где <img src="/cache/referats/11905/image009.gif" v:shapes="_x0000_i1028"> — верхняя границаспектра траектории движения цели
Расчет периода (частоты)повторения импульсов передатчика из условия однозначного измерения дальности:
<img src="/cache/referats/11905/image011.gif" v:shapes="_x0000_i1029"> (1.3)
где <img src="/cache/referats/11905/image013.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> — максимальная дальностьоднозначного измерения.
<img src="/cache/referats/11905/image015.gif" v:shapes="_x0000_i1031">
<img src="/cache/referats/11905/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1032">
<img src="/cache/referats/11905/image019.gif" v:shapes="_x0000_i1033">
Расчет количества импульсов(число импульсов в пакете), поступающих на вход приёмника РЛС за времяоблучения цели <img src="/cache/referats/11905/image021.gif" v:shapes="_x0000_i1059"> в режиме круговогообзора:
<img src="/cache/referats/11905/image023.gif" v:shapes="_x0000_i1034"> (1.4)
где <img src="/cache/referats/11905/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> — время облученияцели:
<img src="/cache/referats/11905/image027.gif" v:shapes="_x0000_i1036"> (1.5)
где <img src="/cache/referats/11905/image029.gif" v:shapes="_x0000_i1037"><img src="/cache/referats/11905/image031.gif" v:shapes="_x0000_i1038">
<img src="/cache/referats/11905/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1039">
<img src="/cache/referats/11905/image035.gif" v:shapes="_x0000_i1040">
Расчет коэффициентаразличимости для модели сигнала со случайной фазой и флюктуирующей амплитудой:
<img src="/cache/referats/11905/image037.gif" v:shapes="_x0000_i1041"> (1.6)
где <img src="/cache/referats/11905/image039.gif" v:shapes="_x0000_i1042"> — отношениесигнал/шум, рассчитываем по формуле:
<img src="/cache/referats/11905/image041.gif" v:shapes="_x0000_i1043"> , (1.7)
где <img src="/cache/referats/11905/image043.gif" v:shapes="_x0000_i1044"><img src="/cache/referats/11905/image045.gif" v:shapes="_x0000_i1045">
<img src="/cache/referats/11905/image047.gif" v:shapes="_x0000_i1046"> (1.8)
<img src="/cache/referats/11905/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1047"> , (1.9)
где m — число элементовразрешения в зоне обзора, равное произведению числа элементов разрешения по дальностиm1и по азимуту m2.
<img src="/cache/referats/11905/image051.gif" v:shapes="_x0000_i1048">
<img src="/cache/referats/11905/image053.gif" v:shapes="_x0000_i1049">
<img src="/cache/referats/11905/image055.gif" v:shapes="_x0000_i1050">
<img src="/cache/referats/11905/image057.gif" v:shapes="_x0000_i1051">
Определение коэффициентапотерь <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a
детпри некогерентнойобработке:Для рассчитанной вероятностиложной тревоги для одного элемента разрешения и рассчитанного количестваимпульсов определяем параметр <img src="/cache/referats/11905/image059.gif" v:shapes="_x0000_i1052"> из уравнения:
<img src="/cache/referats/11905/image061.gif" v:shapes="_x0000_i1053"> (1.10)
Расчет проведенный накомпьютере, показал <img src="/cache/referats/11905/image063.gif" v:shapes="_x0000_i1054">
Находим требуемое отношениесигнал/шум для одного импульса при некогерентной обработке <img src="/cache/referats/11905/image065.gif" v:shapes="_x0000_i1055">
<img src="/cache/referats/11905/image067.gif" v:shapes="_x0000_i1056"> (1.11)
Согласно заданию Pпо= 0,94. Подберем q2нек1для обеспечения Pпопри y0= 37,9587.
q2нек1 =70 <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®
Рпо = 0,938q2нек1=75 <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®
Рпо = 0,942q2нек1=72 <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">®
Рпо = 0,94Таккак по определению <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a
детхарактеризуетэнергетические потери имеющее место при переходе от когерентной к некогерентнойобработке, а отношение сигнал / шум в одном импульсе при когерентной обработке <img src="/cache/referats/11905/image039.gif" v:shapes="_x0000_i1057"> равно:<img src="/cache/referats/11905/image070.gif" v:shapes="_x0000_i1058"> (1.12)
где q2рассчитано по формуле(1.7), то
<img src="/cache/referats/11905/image072.gif" v:shapes="_x0000_i1060"> (1.13)
Определяем коэффициент потерь в системе L, не включенныйв другие параметры уравнения дальности:
L= 10 дБ
Рассчитаем коэффициент усиления антенны с плоской диаграммой направленностиG, ширина главного лепестка диаграммы направленности которой вазимутальной плоскости на уровне 0,5 по мощности равна <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a
0,5, а в вертикальнойплоскости — <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">D<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">b.Коэффициент усиления параболической антенны с плоским лучом рассчитываетсяпо формуле:
<img src="/cache/referats/11905/image074.gif" v:shapes="_x0000_i1061"> (1.14)
где <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">b
0 — угол места,соответствующий максимальной дальности обнаружения :<img src="/cache/referats/11905/image076.gif" v:shapes="_x0000_i1062"><span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°
, (1.15)тогда:
<img src="/cache/referats/11905/image078.gif" v:shapes="_x0000_i1063">
Коэффициент усиления косеканс – квадратной антенны, с той же апертурой,как у параболической для заданных параметров зоны обзора меньше чем величина,рассчитанная по (1.14):
<img src="/cache/referats/11905/image080.gif" v:shapes="_x0000_i1064"> (1.16)
Расчитаем спектральную плотность шума N0:
Сэтой целью следует выбрать тип активного элемента входного устройства супергетеродинногоприёмника РЛС и найти его коэффициент шума Кш .
Пографикам зависимостей коэффициента шума от частоты для УВЧ на ЛБВ при частоте f<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:EN-US;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">l
= 3 ГГц:Кш = 3,22 дб = 2,1.
Значение N0определяется по формуле(1.17) :
<img src="/cache/referats/11905/image082.gif" v:shapes="_x0000_i1065">/Гц. (1.17)
где <img src="/cache/referats/11905/image084.gif" v:shapes="_x0000_i1066"> — постояннаяБольцмана, <img src="/cache/referats/11905/image086.gif" v:shapes="_x0000_i1067"> Дж/К,
<img src="/cache/referats/11905/image088.gif" v:shapes="_x0000_i1068"> — стандартная температура.
Мощность шума на входе приёмника (вполосе <img src="/cache/referats/11905/image090.gif" v:shapes="_x0000_i1069">
<img src="/cache/referats/11905/image092.gif" v:shapes="_x0000_i1070"> (1.18)
где <img src="/cache/referats/11905/image090.gif" v:shapes="_x0000_i1071"> — эффективная ширина полосы пропусканиялинейного тракта приёмника включающего согласованный фильтр.
При согласованой обработке:
<img src="/cache/referats/11905/image095.gif" v:shapes="_x0000_i1072">, (1.19)
где <img src="/cache/referats/11905/image097.gif" v:shapes="_x0000_i1073"> — эффективная ширинаспектра сигнала.
Ширина спектра сигнала в одном периодеповторения — <img src="/cache/referats/11905/image097.gif" v:shapes="_x0000_i1074"> равна:
<img src="/cache/referats/11905/image100.gif" v:shapes="_x0000_i1075"> (1.20)
тогда:
<img src="/cache/referats/11905/image102.gif" v:shapes="_x0000_i1076">
Для совмещенной антеннысвязь между эффективной площадью антенны Апр и коэффициентомусиления Gcscопределяется соотношением:
<img src="/cache/referats/11905/image104.gif" v:shapes="_x0000_i1077"> (1.21)
Зададимся начальнымзначением длины волны зондирующего сигнала <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">l
= 0,1 м. В дальнейшем,после оптимизации, эта длина волны будет скорректирована.Тогда получим:
<img src="/cache/referats/11905/image106.gif" v:shapes="_x0000_i1078"> м2.
Определим значениемаксимальной дальности обнаружения Dmaxкоторую должна иметь РЛС всвободном пространстве, чтобы ее дальность действия при наличии поглощениярадиоволн в атмосфере была равна заданному значению Dmaxп.
<img src="/cache/referats/11905/image108.gif" v:shapes="_x0000_i1079"> (1.22)
где <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">a
(<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">l) — коэффициент потерь энергии радиоволн ватмосфере, определяемый по графику в [ ]<img src="/cache/referats/11905/image110.gif" v:shapes="_x0000_i1080"> дБ/км.
Тогда
<img src="/cache/referats/11905/image112.gif" v:shapes="_x0000_i1081">
Находим произведение среднеймощности передатчика на эффективную площадь антенны:
<img src="/cache/referats/11905/image114.gif" v:shapes="_x0000_i1082"> (1.23)
где <img src="/cache/referats/11905/image116.gif" v:shapes="_x0000_i1083"> — эффективнаяотражающая площадь поверхности цели.
<img src="/cache/referats/11905/image118.gif" v:shapes="_x0000_i1084"> Вт<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">*
м2.Найдем значение среднеймощности передатчика:
<img src="/cache/referats/11905/image120.gif" v:shapes="_x0000_i1085"> Вт. (1.24)
Найдем стоимость РЛС:
<img src="/cache/referats/11905/image122.gif" v:shapes="_x0000_i1086">. (1.25)
Определим значение среднеймощности передатчика и эффективную площадь антенны по критерию минимумастоимости РЛС на первой итерации:
<img src="/cache/referats/11905/image124.gif" v:shapes="_x0000_i1087"><img src="/cache/referats/11905/image126.gif" v:shapes="_x0000_i1088"> Вт, (1.26)
<img src="/cache/referats/11905/image128.gif" v:shapes="_x0000_i1089">2. (1.27)
Определим теперь значениедлины волны, соответствующее рассчитанным величинам. Так как в нашей РЛСиспользуется совмещенная антенна, то <img src="/cache/referats/11905/image130.gif" v:shapes="_x0000_i1090"> и <img src="/cache/referats/11905/image132.gif" v:shapes="_x0000_i1091">
<img src="/cache/referats/11905/image134.gif" v:shapes="_x0000_i1092"> (1.28)
и следовательно:
<img src="/cache/referats/11905/image136.gif" v:shapes="_x0000_i1093"> м. (1.29)
Проверим выполнение условия:
<img src="/cache/referats/11905/image138.gif" v:shapes="_x0000_i1094"> (1.30)
<img src="/cache/referats/11905/image140.gif" v:shapes="_x0000_i1095"> (1.31)
где <img src="/cache/referats/11905/image142.gif" v:shapes="_x0000_i1096">
<img src="/cache/referats/11905/image144.gif" v:shapes="_x0000_i1097">
<img src="/cache/referats/11905/image146.gif" v:shapes="_x0000_i1098">
<img src="/cache/referats/11905/image148.gif" v:shapes="_x0000_i1099">
Так как ни одно из условийне выполняется, проведем оптимизацию параметров на ЭВМ. Значение стоимости РЛСи длины волны на каждой итерации сведены в табл. 1.1.
Результаты расчетов дооптимизации и параметров РЛС после проведения оптимизации на ЭВМ приведены вприложении 1.
Таблица 1.1№ итерации
Длина волны на предыдущей итерации
Стоимость РЛС на предыдущей итерации
Новая граница длины волны
1
0,1 м
67564
0,134 м
2
0,134 м
52252
0,12 м
3
0,12 м
44958
0,125 м
4
0,125 м
43489
0,124 м
5
0,124 м
42252
Оптимально
Под стоимостью С1понимают взвешенную сумму 1 Вт мощности передатчика и 1 м2 антенны.В результате оптимизации стоимость РЛС уменьшилась с 67564 до 42252, былаполучена оптимальная длина волны <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">l
= 0,124 м, которая большедлины волны до оптимизации (<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">l= 0,1 м). Это приводит ктому, что при фиксированном коэффициенте усиления антенны произошло увеличениеее эффективной площади. Энергетический потенциал станции фиксирован, следовательнопри увеличении эффективной площади антенны происходит уменьшение среднеймощности передатчика.2. ВЫБОР И РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВЗОНДИРУЮЩИГО СИГНАЛА
После оптимизации мы получили базу сигнала равную В= 8. Из-за того, что база сигнала больше единицы возникает противоречие между максимальнойдальностью и разрешающей способности по дальности. При использовании простогосигнала это противоречие невозможно обойти, однако использование сложныхсигналов позволяет обеспечить требуемые параметры. Наиболее известными сложнымисигналами являются фазоманипулированные сигналы (ФМ) и сигналы с линейной частотноймодуляцией (ЛЧМ). Из курса лекций М.Б.Свердлика и А.Н.Мелешкевича известно, чтопри базе сигнала меньше 20 предпочтительней использовать ФМ сигнал.
Аналитическое описание фазоманипулированного сигналаимеет вид:
<img src="/cache/referats/11905/image150.gif" v:shapes="_x0000_i1100"> (2.1)
где <img src="/cache/referats/11905/image152.gif" v:shapes="_x0000_i1101">
Свойство фазоманипулированных сигналов при заданныхМ и Т0полностью описываются кодовой последовательностью:
<img src="/cache/referats/11905/image154.gif" v:shapes="_x0000_i1102"> (2.2)
Среди фазоманипулированных сигналов наибольшеераспространение получили бифазные сигналы <img src="/cache/referats/11905/image156.gif" v:shapes="_x0000_i1103"><img src="/cache/referats/11905/image158.gif" v:shapes="_x0000_i1104"><span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">Y
m и значениями Xm М-последовательности,имеется однозначное соответствие:<img src="/cache/referats/11905/image160.gif" v:shapes="_x0000_i1105">
Рассмотрим ФМ сигнал для нашей РЛС.
<img src="/cache/referats/11905/image162.gif" v:shapes="_x0000_i1106">
<img src="/cache/referats/11905/image164.gif" v:shapes="_x0000_i1107">
М-последовательность является переодической спериодом <img src="/cache/referats/11905/image166.gif" v:shapes="_x0000_i1108"><span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">@
8, и следовательно, М <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol; mso-symbol-font-family:Symbol">³ 8. При m= 4 получим М = 15, где m – степень порождающего полиномаМ-последовательности.Сгенерируем М-последовательность с минимальнымуровнем боковых лепестков функции автокорреляции. Величина боковых лепестковзависит от вида порождающего полинома и от начальной комбинации. Воспользуемсятаблицами, приведенными в методических указаниях [4].
<img src="/cache/referats/11905/image168.gif" v:shapes="_x0000_i1109"> (2.3)
Согласно этому полиному (2.3) и для начальнойкомбинации 1000, построим структурную схему генератора ФМ сигнала:
+
Тр1
Тр2
Тр3
Тр4
ГТИ
Делитель частоты
ФУИ МТ0
Коммутатор
<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">p
sin wt
к УМ
<img src="/cache/referats/11905/image169.gif" v:shapes="_x0000_s1203 _x0000_s1029 _x0000_s1030 _x0000_s1031 _x0000_s1032 _x0000_s1082 _x0000_s1038 _x0000_s1036 _x0000_s1037 _x0000_s1039 _x0000_s1040 _x0000_s1041 _x0000_s1044 _x0000_s1046 _x0000_s1047 _x0000_s1048 _x0000_s1049 _x0000_s1050 _x0000_s1052 _x0000_s1053 _x0000_s1054 _x0000_s1056 _x0000_s1065 _x0000_s1059 _x0000_s1057 _x0000_s1058 _x0000_s1060 _x0000_s1061 _x0000_s1062 _x0000_s1063 _x0000_s1064 _x0000_s1066 _x0000_s1067 _x0000_s1068 _x0000_s1069 _x0000_s1070 _x0000_s1071 _x0000_s1072 _x0000_s1073 _x0000_s1077 _x0000_s1078 _x0000_s1080 _x0000_s1081">Рис.2.1Структурная схема генератора ФМ сигнала
Построим М-последовательность, реализованную схемойизображенной на рис.2.1. Результаты сведем в табл.2.1.
Таблица 2.1
Х4
1
1
1
1
1
1
1
1
Х3
1
1
1
1
1
1
1
1
Х2
1
1
1
1
1
1
1
1
Х1
1
1
1
1
1
1
1
1
Х0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1