1.3. Примеры системотехнического проектирования

В лекционной части данной дисциплины основное внимание уделяется системотехническому проектированию РЭС. Что касается элементов схемотехнического проектирования, полагается, что эти вопросы были рассмотрены при изучении соответствующих дисциплин (электронные усилители, цифровые и импульсные устройства, антенно-фидерные устройства, радиоприемные и радиопередающие устройства и т.д.). Задачи, решаемые при этом виде проектирования, изложены в подразделе 1.1.

1.3.1. Обоснование тактико-технических характеристик радиолокационных систем

Пусть по ТТЗ задана разработка импульсной некогерентной РЛС, которая должна обнаруживать воздушные цели с ЭПР ₀=5 м² в диапазоне дальностей R_обн.=(10-100) км с вероятностями правильного обнаружения Д=0,95 и ложной тревоги F=10^-2 за время обзора Т_обз.=6 с в секторе обзора (азимут  угол места) =  (15⁰  15⁰) и обеспечивать разрешения целей при дальности R=15 м, по азимуту и углу места ==2⁰. Уровень боковых лепестков диаграммы направленности антенны - не хуже минус 20дБ.При этом размер антенны не должен превышать величины d_а1,65 м в азимутальной и угломестной плоскостях, мощность излучения не должна превышать Р_max 250 кВт в импульсе. Коэффициент потерь в тракте приема-передачи  10Б, шумовая температура входных цепей приемника Т_ш=1100⁰К, флуктуации амплитуд импульсов пачки – дружные. Необходимо учесть потери мощности сигнала на трассе распространения.

Поскольку в радиолокации потенциальные возможности определяются видом излучаемого сигнала, основной задачей системотехнического проектирования является определить параметры излучаемого сигнала, а именно: длину излучаемой волны, период повторения импульсов T_и, длительность излучаемого импульса _и, определить необходимость использования сложных сигналов и т.п.

Длину волны излучаемых колебаний  выбираем с учетом заданного уровня разрешения диаграммы направленности антенны из соотношения, справедливого для узких диаграмм направленности:

^-1 рад., (1.9)

где  - коэффициент использования раскрыва антенны,

 - ширина ДНА (эквивалент углового разрешения),

 - длина волны,

d_d – размер антенны в данной плоскости.

Подставляя в формулу (1.9) заданные в ТТЗ d_d=1,65 и  ==2⁰=3,510^-2 рад, получаем:

см

В последнем соотношении коэффициент использования раскрыва был принят равным =0,87(к^-1=1,15), что обеспечит заданный уровень боковых лепестков. Данный результат получен в соответствии с 3, стр. 81, таблица 3 при апертурной функции в раскрыве антенны вида 1-x при относительном к.п.д. антенны . Примем =3 см, что соответствует f₀=c=10 ГГц. Такой выбор обоснован тем, что в диапазоне частот f₀10ГГц имеется широкая номенклатура электронных приборов, выпускаемых серийно (генераторные, усилительные и т.п.).

Рисунок 1.3. Ослабление энергии электромагнитной волны в зависимости от частоты

Такая «популярность» этого диапазона объясняется тем обстоятельством, что при f₀10ГГц (3 см) наблюдается резкий рост потерь энергии принимаемого сигнала при двухстороннем распространении электромагнитной волны в атмосфере (рисунок 1.3) [4] .

Как видно из рисунка 1.3 при f₀10ГГц (3 см) имеются два «окна прозрачности» (для =8 мм и =3 мм). По этой причине не в этих диапазонах волн также имеются выпускаемые серийно электронные приборы и комплектующие изделия (волноводы, коммутаторы и т.п.). Радиоинженер-радиотехник при проектировании РЭС обязательно должен учитывать этот фактор при выборе длины излучаемой волны. Кроме того, переход к значению длины волны при сохранении требований к разрешающей способности по углам ( ) позволяет уменьшить размер апертуры антенны в угломестной и азимутальной плоскостях до величины

d = 1,65 x 3 / 5,02 = 0,99 м.

Период (частоту) повторения импульсов выбираем из условия однозначного измерения дальности:

мкс

Примем Т_n=1000 мкс, а F_n=1/T_n=1000 Гц

Число элементов разрешения в заданной зоне обзора:

Определим время облучения цели:

и число импульсов в пачке, отраженной от конечной цели:

Пороговое отношение сигнал/шум при дружно флюктуирующей по амплитуде пачке связан с вероятностями правильного обнаружения Д и ложной тревоги F соотношение 2:

, (1.10)

где q_n – отношение сигнал/шум в пачке.

Известно, что при некогерентном приеме справедливо равенство:

, (1.11)

где q – отношение сигнал/шум в импульсе. Решаем уравнение (1.10) относительно q_n с учетом равенства (1.11) получаем:

Коэффициент шума приемника:

,

Спектральная плотность мощности шума приемника:

Пороговая энергия принимаемого сигнала при коэффициенте потерь =10Б (=10^0.110=10):

Используя управление дальности радиолокации, определим требуемую энергию зондированного сигнала:

,

где ;

V=R_max=1000,02=2;

=0,83- КПД антенны [см. 1,стр.81,табл.3].

Требуемую длительность импульса определяем исходя из разрешающей способности по дальности:

Требуемая импульсная мощность передатчика:

Так как максимально допустимая мощность передатчика P_max250 кВт, длительность излучаемого импульса находим из соотношения:

т.е. необходимо использовать сложный сигнал с коэффициентом сжатия:

При этом мертвая зона:

R_min=c_изл.=310⁸20,810^-6=62,4 м,

Что удовлетворяет условию задачи (R_min=10 км).