Реферат: Радиолокационная станция обнаружения воздушных целей

Министерство Образования Украины

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-

971

МамлюкВ.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 1

Приложение 2

Приложение 3

Список 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.

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">

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.

Определение коэффициентапотерь 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 ®

Рпо = 0,938

q2нек1=75 ®

Рпо = 0,942

q2нек1=72 ®

Рпо = 0,94

Таккак по определению 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 a

0,5, а в вертикальнойплоскости — Db.

Коэффициент усиления параболической антенны с плоским лучом рассчитываетсяпо формуле:

<img src="/cache/referats/11905/image074.gif" v:shapes="_x0000_i1061"> (1.14)

где b

0 — угол места,соответствующий максимальной дальности обнаружения :

<img src="/cache/referats/11905/image076.gif" v:shapes="_x0000_i1062">°

, (1.15)

тогда:

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 fl

= 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:

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 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 a

(l) — коэффициент потерь энергии радиоволн ватмосфере, определяемый по графику в [ ]

<img src="/cache/referats/11905/image110.gif" v:shapes="_x0000_i1080"> дБ/км.

Тогда

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*

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">

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

0,1 м

67564

0,134 м

52252

0,12 м

44958

0,125 м

43489

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 l

= 0,124 м, которая большедлины волны до оптимизации (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">Y

m и значениями Xm М-последовательности,имеется однозначное соответствие:

Рассмотрим ФМ сигнал для нашей РЛС.

М-последовательность является переодической спериодом <img src="/cache/referats/11905/image166.gif" v:shapes="_x0000_i1108">@

8, и следовательно, М 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

p

sin wt