Реферат: Теоретические основы радиолокации
Министерствообразования Украины
Национальныйавиационный университет
<img src="/cache/referats/13402/image001.gif" " v:shapes="_x0000_s1026">
Теоретическиеосновы радиолокации
Выбор и обоснование тактико-технических характеристик РЛС. Разработкаструктурной
схемы
Выполнилстудент Принял:
Группы: 404 Соколов П.М.
Факультетарадиолэектроники
Черныш Александр Александрович
Киев2002<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Содержание:
TOCo «1-3» … PAGEREF _Toc499473783 h
2. Введение… PAGEREF _Toc499473784 h
3. Обоснование, выбор и расчет тактико-техническиххарактеристик радиолокационной станции PAGEREF _Toc499473785 h
3.1. Обоснование, выбор и расчет тактическиххарактеристик РЛС… PAGEREF_Toc499473786 h 6<span Times New Roman",«serif»;mso-no-proof:yes">
3.1.1. Максимальная дальностьдействия Rmax… PAGEREF _Toc499473787 h
3.1.2. Минимальная дальностьдействия РЛС Rmin… PAGEREF _Toc499473788 h
3.1.3. Разрешающаяспособность РЛС по дальности SYMBOL68 f «Symbol» s 12DR… PAGEREF _Toc499473789 h
3.1.4. Разрешающаяспособность РЛС по азимуту SYMBOL68 f «Symbol» s 12DSYMBOL97 f «Symbol» s 12aна средней дальности.… PAGEREF _Toc499473790 h
3.1.5. Период обзора Тобз.… PAGEREF _Toc499473791 h
3.1.6. Разрешающая способность по углу места.… PAGEREF _Toc499473792 h
3.1.7. Секторы обзора поазимуту SYMBOL 68 f«Symbol» s 12DSYMBOL97 f «Symbol» s 12aобз и по углу места SYMBOL68 f «Symbol» s 12DSYMBOL98 f «Symbol» s 12bобз.… PAGEREF _Toc499473793 h
3.1.8. Точность определениякоординат по дальности Grn.… PAGEREF _Toc499473794 h
3.1.10. Вероятностьправильного обнаружения D:… PAGEREF _Toc499473795 h
3.1.11. Вероятность ложнойтревоги F.… PAGEREF _Toc499473796 h
3.2. Обоснование, выбор и расчет техническиххарактеристик РЛС… PAGEREF_Toc499473797 h 10<span Times New Roman",«serif»;mso-no-proof:yes">
3.2.1. Режим работы РЛС.… PAGEREF _Toc499473798 h
3.2.2. Рабочая длина волны SYMBOL108 f «Symbol» s 12l.… PAGEREF _Toc499473799 h
3.2.3. Частота повторениязондирующих импульсов Fn.… PAGEREF _Toc499473800 h
3.2.4. Длительностьзондирующего импульса SYMBOL116 f «Symbol» s 12tu.… PAGEREF _Toc499473801 h
3.2.5. Форма и ширинадиаграммы направленности.… PAGEREF _Toc499473802 h
3.2.6. Необходимый диаметр антенны… PAGEREF _Toc499473803 h
3.2.7. КНД и усиления антенны, эффективная площадь антенны.… PAGEREF _Toc499473804 h
3.2.8. Скорость вращенияантенны Ωа..… PAGEREF _Toc499473805 h
3.2.9. Количество импульсовв пакете Nu.… PAGEREF _Toc499473806 h
3.2.10. Чувствительностьприемника Pnmin.… PAGEREF _Toc499473807 h
3.2.11. Оцениваем эффективную отражающую поверхность цели.… PAGEREF _Toc499473808 h
3.2.12. Влияние затухания SYMBOL97 f «Symbol» s 12a.… PAGEREF _Toc499473809 h
3.2.13.Импульсная мощностьизлучения Pu… PAGEREF _Toc499473810 h
3.2.14. Средняя мощностьизлучения Pср передатчика.… PAGEREF _Toc499473811 h
4. Описание обобщённой структурной схемы РЛС… PAGEREF _Toc499473812 h
5. Структурная схема метеонавигационных радиолокаторов типа«Гроза».… PAGEREF _Toc499473813 h
6. Заключение… PAGEREF _Toc499473814 h
7. Список использованной литературы:… PAGEREF _Toc499473815 h
<span Times New Roman",«serif»">1.Задание<span Times New Roman",«serif»">:<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Необходиморассчитать тактико-технические характеристики радиолокационной станции,используя нормы и рекомендации ICAO, государственные и международные стандарты,выбрать недостающие технические и тактические характеристики, обосновать их выбор,а также разработать структурную схему РЛС.
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Исходные данные
<span Times New Roman",«serif»">:<span Times New Roman",«serif»">
¨<span Times New Roman"">
Период обзора ……………………………………………………………… Тобз=5с<span Times New Roman",«serif»">¨<span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">Секторобзора в горизонтальной плоскости,…………………………….<span Times New Roman",«serif»">SYMBOL68 f «Symbol» s 12<span Times New Roman",«serif»">D<span Times New Roman",«serif»"><span Times New Roman",«serif»">SYMBOL97 f «Symbol» s 12<span Times New Roman",«serif»">a<span Times New Roman",«serif»"><span Times New Roman",«serif»">обз = ±1000;¨<span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">ШиринаДНА РЛС в вертикальной плоскости,………………….………<span Times New Roman",«serif»">SYMBOL68 f «Symbol» s 12<span Times New Roman",«serif»">D<span Times New Roman",«serif»"><span Times New Roman",«serif»">SYMBOL98 f «Symbol» s 12<span Times New Roman",«serif»">b<span Times New Roman",«serif»"><span Times New Roman",«serif»">=350;¨<span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">Диаметрпятна ЭЛТ,………………………………………………………<span Times New Roman",«serif»;mso-ansi-language:EN-US">dn<span Times New Roman",«serif»">=0,5мм;¨<span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">Максимальнаядальность действия РЛС,…………………………………Rmax = 400·103м;¨<span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">Длительностьимпульса,…………………………………………………...<span Times New Roman",«serif»">SYMBOL116 f «Symbol» s 12<span Times New Roman",«serif»">t<span Times New Roman",«serif»"><span Times New Roman",«serif»">u = 1,5<span Times New Roman",«serif»">SYMBOL215 f «Symbol» s 12<span Times New Roman",«serif»">Ч<span Times New Roman",«serif»"><span Times New Roman",«serif»">10-6c;¨<span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">ШиринаДНА в горизонтальной плоскости,……………………………..<span Times New Roman",«serif»">SYMBOL113 f «Symbol» s 12<span Times New Roman",«serif»">q<span Times New Roman",«serif»"><span Times New Roman",«serif»"> = 3<span Times New Roman",«serif»">SYMBOL176 f «Symbol» s 12<span Times New Roman",«serif»">°<span Times New Roman",«serif»"><span Times New Roman",«serif»">;¨<span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">Вероятностьправильного обнаружения,…………………………………D = 0,5;¨<span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">Вероятностьложной тревоги,……………………………………………..F = 10-9;¨<span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">Коэффициентшума,.……………………………………………………….Nш = 10dB;¨<span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">Эффективнаяотражающая поверхность цели,…………………………..Sэф = 40м2;¨<span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">Диаметрэкрана ЭЛТ,………………………………………………………Dэ = 0,25м.<span Times New Roman",«serif»">ДНА – диаграмма направленностиантенны.
<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA"><span Times New Roman",«serif»">2. Введение<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">
<span Times New Roman",«serif»">Радиолокация
<span Times New Roman",«serif»"> – область радиотехники, обеспечивающаярадиолокационное наблюдение различных объектов, то есть их обнаружение,измерение координат и параметров движения, а также выявление некоторыхструктурных или физических свойств путем использования отраженных илипереизлученных объектами радиоволн либо их собственного радиоизлучения.<span Times New Roman",«serif»">Информация,получаемая в процессе радиолокационного наблюдения, называется радиолокационной.Радиотехнические устройства радиолокационного наблюдения называются радиолокационнымистанциями (РЛС) или радиолокаторами. Сами же объекты радиолокационногонаблюдения именуются радиолокационными целями или просто целями. Прииспользовании отраженных радиоволн радиолокационными целями являются любыенеоднородности электрических параметров среды (диэлектрической и магнитнойпроницаемостей, проводимости), в которой распространяется первичная волна. Сюдаотносятся летательные аппараты (самолеты, вертолеты, метеорологические зонды идр.), гидрометеоры (дождь, снег, град, облака и т. д.), речные и морские суда,наземные объекты (строения, автомобили, самолеты в аэропортах и др.),всевозможные военные объекты и т. п. Особым видом радиолокационных целейявляются астрономические объекты.
<span Times New Roman",«serif»">Источникомрадиолокационной информации является радиолокационный сигнал. В зависимости отспособов его получения различают следующие виды радиолокационного наблюдения.
<span Times New Roman",«serif»">1.<span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">Радиолокация с пассивным ответом,<span Times New Roman",«serif»"> основанная на том, чтоизлучаемые РЛС колебания – зондирующий сигнал – отражаются от цели и попадают вприемник РЛС в виде отраженного сигнала. Такой вид наблюдения иногда называюттакже активной радиолокацией с пассивным ответом.<span Times New Roman",«serif»">2.<span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">Радиолокация с активным ответом,<span Times New Roman",«serif»"> именуемая активной радиолокациейс активным ответом, характеризуется тем, что ответный сигнал является неотраженным, а переизлученным с помощью специального ответчика – ретранслятора.При этом заметно повышается дальность и контрастность радиолокационногонаблюдения.<span Times New Roman",«serif»">3.<span Times New Roman"">
<span Times New Roman",«serif»">Пассивная радиолокация основанана приеме собственного радиоизлучения целей<span Times New Roman",«serif»">, преимущественно миллиметрового и сантиметровогодиапазонов. Если зондирующий сигнал в двух предыдущих случаях может бытьиспользован как опорный, что обеспечивает принципиальную возможность измерениядальность и скорости, то в данном случае такая возможность отсутствует.<span Times New Roman",«serif»">Систему РЛСможно рассматривать как радиолокационный канал наподобие радиоканалов связи илителеметрии. Основными составными частями РЛС являются передатчик, приемник,антенное устройство, оконечное устройство.
<span Times New Roman",«serif»">БольшинствоРЛС с импульсной модуляцией имеет одну антенну, снабженную специальным антеннымпереключателем для перехода из режима передачи в режим приема и наоборот.
<span Times New Roman",«serif»">ПередатчикРЛС вырабатывает высокочастотные колебания, которые модулируются по амплитуде,частоте или фазе иногда весьма сложным образом. Эти колебания подаются вантенное устройство и образуют зондирующий сигнал. Наибольшее применениенаходит зондирующий сигнал в виде последовательности равноотстоящих по временикоротких радиоимпульсов. Наряду с простыми радиоимпульсами может применятьсявнутриимпульсная частотная модуляция и фазовая манипуляция.Другим видом зондирующего сигнала является непрерывный. Здесь наряду с незатухающимигармоническими колебаниями могут использоваться частотно-модулированныеи др.
<span Times New Roman",«serif»">Излучаемыеколебания нельзя считать радиолокационным сигналом, так как они никакой информациио цели не несут. После того, как электромагнитная волна, падающая на цель,вызывает в ее теле вынужденные колебания электрических зарядов, цель, подобнообычной антенне создает свое электромагнитное поле. Это поле в дальней зонепредставляет собой вторичную, то есть отраженную волну, создающую в РЛСрадиолокационный сигнал, который является носителем информации о цели. Такамплитуда сигнала в определенной степени характеризует размеры и отражающиесвойства цели, время запаздывания относительно начала излучения зондирующегосигнала используется для измерения дальности, а частота колебаний благодаряэффекту Доплера несет информацию о радиальной скорости цели. Поляризационныепараметры отраженной волны могут также быть использованы для оценки свойствцели. Наконец, направление прихода отраженной волны содержит информацию обугловых координатах цели.
<span Times New Roman",«serif»">Приемник РЛСнеобходим для оптимального выделения полезного сигнала из помех (так называемаяпервичная обработка сигнала). Оконечное (выходное) устройство служит дляпредставления радиолокационной информации в нужной потребителю форме. Если потребителемявляется человек-оператор, то используется визуальная индикация. Дляпотребителя в виде вычислительного устройства непрерывного действия оконечнымявляется устройство автоматического сопровождения цели по измеряемомупараметру (дальность, угловые координаты, скорость), и полезная информациявыдается в виде напряжений или токов, функционально связанных с этимипараметрами. Если же оконечным устройством является ЭВМ, то радиолокационнаяинформация преобразовывается в двоичный код. При этом в ЭВМ происходитдальнейшая, так называемая вторичная обработка сигнала.
<span Times New Roman",«serif»">Важнойсоставной частью радиолокационного канала, как и любого радиоканала, являютсярадиопомехи. Внутренние шумы вызывают подавление полезного сигнала, атакже появление ложного сигнала и вносят ошибки в измерение координаты. Нарядус этим флуктуации скорости распространения радиоволн в атмосфере, а такжеслучайное изменение их траектории вследствие рефракции следует рассматриватькак помехи. Такое же действие оказывают пассивные помехи – источникиложных отражений (например, отражения от земной поверхности при наблюдениицелей). Другим источником помех являются флуктуации центра масс движущейсяцели относительно траектории движения. Источники мешающих радиоизлученийобразуют активные помехи (против РЛС военного назначения могут специальносоздаваться организованные активные помехи, возможны также организованныепассивные помехи).
<span Times New Roman",«serif»">В условияхбольшой насыщенности радиосредствами заметное влияние могут оказывать активныевзаимные помехи.
<span Times New Roman",«serif»">Главные этапырадиолокационного наблюдения – это обнаружение, измерение, разрешение и распознавание.
<span Times New Roman",«serif»">Обнаружением
<span Times New Roman",«serif»">называется процесс принятиярешения о наличии целей с допустимой вероятностью ошибочного решения.<span Times New Roman",«serif»">Измерение
<span Times New Roman",«serif»"> позволяет оценить координатыцелей и параметры их движения с допустимыми погрешностями.<span Times New Roman",«serif»"> Разрешение заключается ввыполнении задач обнаружения и измерения координат одной цели при наличиидругих, близко расположенных по дальности, скорости и т. д. Наконец
<span Times New Roman",«serif»">Распознавание
<span Times New Roman",«serif»"> дает возможность установитьнекоторые характерные признаки цели: точечная она или групповая, движущаяся илигрупповая и т. д.<span Times New Roman",«serif»">Радиолокационнаяинформация, поступающая от РЛС, транслируется по радиоканалу или по кабелю напункт управления. Процесс слежения РЛС за отдельными целями автоматизирован иосуществляется с помощью ЭВМ.
<span Times New Roman",«serif»">Навигациясамолетов по трассе обеспечивается посредством таких же РЛС, которыеприменяются в УВД. Они используются как для контроля выдерживания заданнойтрассы, так и для определения местоположения в процессе полета.
<span Times New Roman",«serif»">Длявыполнения посадки и ее автоматизации наряду с радиомаячными системами широкоиспользуются РЛС посадки, обеспечивающие слежение за отклонением самолета откурса и глиссады планирования.
<span Times New Roman",«serif»">В гражданскойавиации используют также ряд бортовых радиолокационных устройств. Сюда, преждевсего, относится ботовая РЛС для обнаружения опасных метеообразований ипрепятствий. Обычно она же служит для обзора земли с целью обеспечения возможностиавтономной навигации по характерным наземным радиолокационным ориентирам.
<span Times New Roman",«serif»">3. Обоснование, выбор и расчеттактико-технических характеристик радиолокационной станции<span Times New Roman",«serif»">3.1.Обоснование, выбор и расчеттактических характеристик РЛС3.1.1. Максимальная дальностьдействия RmaxМаксимальная дальность действиязадается тактическими требованиями и зависит от многих техническиххарактеристик РЛС, условий распространения радиоволн и характеристик целей,которые в реальных условиях использования станций подвержены случайнымизменениям. Поэтому максимальная дальность действия является вероятностнойхарактеристикой.
Уравнение дальности в свободномпространстве (т. е. без учета влияния земли и поглощения в атмосфере) дляточечной цели устанавливает связь между всеми основными параметрами РЛС.
<img src="/cache/referats/13402/image003.gif" v:shapes="_x0000_i1025"> (1)
где:
Pu — мощность излучения;
Da — коэффициент направленного действия антенны;
Sa — эффективная площадь антенны;
Sэф — эффективная отражающая поверхность цели;
Pnmin — чувствительность приемника.
Максимальная дальность действияРЛС задана в условии и равна:
Rmax = 450·103м.
3.1.2. Минимальная дальность действияРЛС RminМинимальная дальностьобнаружения станции зависит от пределов работы антенной системы по углу места.Она различна для разных частот и определяет величину мертвой зоны. В наземныхРЛС при малых углах места реальное значение Rmin ограничиваетсявлиянием местных предметов, определяющих углы закрытия, которые, в своюочередь, ограничивают возможность наблюдения низколетящих целей.
Если антенная система не вноситограничений, то минимальная дальность действия РЛС определяется длительностьюимпульса SYMBOL 116 f «Symbol» s 12tu и временем восстановления антенного переключателяSYMBOL 116 f «Symbol» s 12tb.
<img src="/cache/referats/13402/image005.gif" v:shapes="_x0000_i1026"> (2)
<img src="/cache/referats/13402/image007.gif" v:shapes="_x0000_i1027">8∙(1,5∙10-6+0,2∙1,7∙10-6)=306 м
где:
с — скорость распространенияэлектромагнитной волны в вакууме, c = 3∙108 мSYMBOL215 f «Symbol» s 12Чc-1;
τb — время восстановления антенного переключателя, SYMBOL116 f «Symbol» s 12tb = 0.2SYMBOL215 f «Symbol» s 12ЧSYMBOL116 f «Symbol» s 12tu.
3.1.3. Разрешающая способность РЛС подальностиSYMBOL 68 f «Symbol» s 12DRРазрешающая способность подальности — минимальная дальность между двумя целями, имеющими угловыеодинаковые координаты, при которой метки от них на экране индикатора видныраздельно.
Потенциальная разрешающаяспособность по дальности вычисляется по формуле:
<img src="/cache/referats/13402/image009.gif" v:shapes="_x0000_i1028"><img src="/cache/referats/13402/image011.gif" v:shapes="_x0000_i1029"> (3)
Для определения реальнойразрешающей способности по дальности необходимо учесть параметры ЭЛТиндикатора:
<img src="/cache/referats/13402/image013.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> (4)
где:
dn — диаметр пятна,dn = 0.5мм = 5.0SYMBOL215 f «Symbol» s 12Ч10-4 м;
L — длина развертки.
<img src="/cache/referats/13402/image015.gif" v:shapes="_x0000_i1031"> <img src="/cache/referats/13402/image017.gif" v:shapes="_x0000_i1032">0.15×м
где<span Times New Roman",«serif»">:
Dэ — диаметр ЭЛТ,Dэ = 0.25 м.
Но, т.к. мы имеем секторнуюразвёртку с сектором обзора по азимуту SYMBOL68 f «Symbol» s 12DSYMBOL97 f «Symbol» s 12aобз = SYMBOL177 f «Symbol» s 12±100SYMBOL176 f «Symbol» s 12°, смещаем центр экрана вниз, что увеличиваеткоэффициент использования экрана.
Реальная разрешающая способность по дальности будетиметь вид:
<img src="/cache/referats/13402/image019.gif" v:shapes="_x0000_i1037"> <img src="/cache/referats/13402/image021.gif" v:shapes="_x0000_i1038">1.755×103 м
3.1.4. Разрешающая способность РЛС поазимуту SYMBOL 68f «Symbol» s 12DSYMBOL 97f «Symbol» s 12aна средней дальности.Разрешающая способность по азимуту определяетсявыражением:
<img src="/cache/referats/13402/image023.gif" v:shapes="_x0000_i1039"> (5)
где<span Times New Roman",«serif»">:
SYMBOL 113 f «Symbol» s 12q — ширина диаграммы направленности по половинноймощности в горизонтальной плоскости;
SYMBOL68 f «Symbol» s 12DSYMBOL97 f «Symbol» s 12au – разрешающая способность по азимутуиндикаторного устройства, зависящая от линейного размера азимутальной разверткии диаметра пятна ЭЛТ.
<img src="/cache/referats/13402/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1040"><span Times New Roman",«serif»">
<img src="/cache/referats/13402/image027.gif" v:shapes="_x0000_i1041"> <img src="/cache/referats/13402/image029.gif" v:shapes="_x0000_i1042">3.38×0
3.1.5. Период обзораТобз.Периодом обзора РЛСТобз называется интервал времени,необходимый для облучения всех точек зоны обзора станции, и определяетсявыражением:
<img src="/cache/referats/13402/image031.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> (6)
где:
Numin – минимальное число отраженных от целиимпульсов, необходимых для обнаружения цели с заданной вероятностью;
SYMBOL 68 f«Symbol» s 12DSYMBOL97 f «Symbol» s 12aобз – сектор обзора в горизонтальной плоскости, SYMBOL68 f «Symbol» s 12DSYMBOL97 f «Symbol» s 12aобз = 200SYMBOL176 f «Symbol» s 12°;
Fn – частота повторения зондирующих импульсов;
SYMBOL 113 f «Symbol»s 12q — ширина диаграммы направленности антенны вгоризонтальной плоскости.
Частота повторения зондирующихимпульсов определяется по формуле:
<img src="/cache/referats/13402/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1043"> (7)
где:
Кз – коэффициент запаса,учитывающий влияние индикатора, Кз = 1,2.
<img src="/cache/referats/13402/image035.gif" v:shapes="_x0000_i1044"> <img src="/cache/referats/13402/image037.gif" v:shapes="_x0000_i1045">277.778×Гц
<img src="/cache/referats/13402/image039.gif" v:shapes="_x0000_i1034"> <img src="/cache/referats/13402/image041.gif" v:shapes="_x0000_i1035"><span Times New Roman",«serif»">5
×c<span Times New Roman",«serif»">3.1.6. Разрешающаяспособность по углу места<span Times New Roman",«serif»">.<span Times New Roman",«serif»">Разрешающая способность поугловой координате (направлению) численно характеризуется минимальным углом (поазимуту или углу места) между направлениями на две равноудаленные относительноРЛС цели, при котором еще возможно их раздельное наблюдение.
В данном случае не имеет смыслаговорить об разрешающей способности по углу места, т.к. мы проектируем обзорнуюРЛС, антенна которой имеет косекансную диаграмму направленности и не имеет разрешающуюспособность по углу места..
3.1.7. Секторы обзора по азимуту SYMBOL 68f «Symbol» s 12DSYMBOL 97f «Symbol» s 12aобз и по углу местаSYMBOL 68 f «Symbol» s 12DSYMBOL 98 f «Symbol» s 12bобз.