Министерство науки и образования Украины Курсовая работа

по:

«Радиотехническим средствам управления воздушным движением и воздушной навигации»

на тему:

«Первичные обзорные радиолокаторы»

Подготовил:

Курсант 681 к.о

Варламова Д.Ф.

Проверил:

Преподаватель

К.ф. РТС и АИ

Калмыкова В.И.

Кировоград 2009 Содержание

1. Введение:

а) Первичные радиолокационные системы.

б) Структурная схема и описание типовой ПРЛС.

2. Расчет диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости и определение ее ширины.

3. Расчет диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости для свободного пространства и учетом влияния земли.

4. Расчет максимальной дальности действия для свободного пространства.

5. Построение зоны обзора станции в вертикальной плоскости.

6. Определение максимальной дальности действия станции на заданных высотах.

7. Расчет слепых скоростей в режиме селекции движущихся целей.

8. Ответ на контрольный вопрос.

9. Сравнительная характеристика рассчитанных данных с тактико-техническими характеристиками одной из эксплуатирующихся станций.

10. Литература.

11. Приложения:

а) Рис.1. Диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости.

б) Рис.2. Диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости для свободного пространства и учетом влияния земли.

в) Рис.3. Зона обзора РЛС в вертикальной плоскости.

Номер зачетной книжки 08605 Исходные данные:

1. Излучаемая мощность в импульсе

Ри = 500 кВт = 500×10³ Вт

2. Чувствительность приемника

Рпр.min =2 ∙10ˉ ¹³

3. Коэффициент направленого действия антенны

D = 2000

4.Длина волны

l = 25 см = 0,25 м

5. Высота подвеса антенны

h = 3 м

6. Углы места

= 3°

= 5°

= 35°

7.Коэффициент

K = 20

8. Эффективная площадь рассеяния цели

s = 50 м²

9. Горизонтальный размер антенны

d = 12м

Введение Назначение и основные характеристики обзорный рлс

РЛ обзора воздушного пространства, предназначенны для обнаружения ВС и измерения их координат, являются наиболее распространенным типом радиолокаторов применяются в качестве основного источника информации о воздушной обстановке в районе аэродромов и на трассе.

В зависимости от того,в какой части управляемого воздушного пространства используются обзорные РЛ, они подразделяются на:

-трассовые,

-аэродромные.

По максимальной дальности действия обзорные РЛ можно разделить на:

-РЛ большого радиуса действия (300...400км),

-среднего радиуса действия (150...200км),

-малого радиуса действия (50... 70км).

Обзорные РЛ, используемые в ГА, позволяют измерять только две координаты: наклонную дальность и азимут. Высота полета определяется с помощью вторичных радиолокационных систем (ВРЛС), которые служат в качестве дополнения к первичным обзорным РЛ.

Основное требование, предъявляемое к обзорным РЛ:

-получение максимально возможной дальности

-действия при круговом обзоре по азимуту, широкой зоне действия в вертикальной плоскости при требуемой точности, разрешающей способности и времени обзора.

Задание 1: Привести упрощенную блок - схему РЛС, имеющую селекцию движущихся целей и выносные индикаторы. Изобразить временные диаграммы временных сигналов: синхронизирующих и зондирующих импульсов; отраженных сигналов на входе и выходе приемника; тока развертки; меток дальности и азимута.

Структурная схема, принцип действия и тактико-технические характеристики РЛС.

Существует несколько вариантов построения структурной схемы первичной РЛС третьего поколения.

На схеме 1 приведена структурная схема первичной импульсной РЛС кругового обзора. Главными особенностями этой схемы яв­ляются:

■ применение двух приемопередающих каналов с разносом час­тот;

■ применение двухлучевой диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости на прием отраженных от целей сигналов;

■ применение истинно-когерентного метода селекции движущихся щелей.

Первая особенность РЛС связана с применением одного из ме­тодов повышения ее энергетического потенциала - метода разноса частот, который заключается в следующем. Два передатчика А и В работают одновременно на общую антенну в режиме импульсной модуляции с различными несущими частотами f_A a f_В зондирующих радиоимпульсов. Между этими радиоимпульсами имеет место не­большой временной сдвиг, который составляет обычно 4-6 мкс Разнос по частоте не превышает 40-60 МГц. Отраженные от цели сигналы с разными частотами разделяются с помощью СВЧ фильтров и усиливаются двумя приемными каналами А и В. настроенными на соответствующие частоты. После детектирования видеосигналы каналов А и В объединяются и далее обрабатываются совместна В простейшем случае производятся совмещение видеосигналов по времени с помощью линий задержки и сложение по амплитуде.

Синхронизация в РЛС осуществляется таким образом, что один из каналов (А) является ведущим, а другой - ведомым. I Радиолокационные станции такого рода при произвольном числе частотных каналов называются частотно-многоканальными РЛС с общей для всех каналов антенной. Преимущества частотно-многоканальной РЛС перед одноканальной состоят в следующем: увеличивается суммарная мощность излучения РЛС при наличии ограничении мощности отдельного передатчика; увеличиваются дальность обнаружения целей и точность измерения координат, увеличиваются надежность работы РЛС и ее помехозащищенность по отношению к помехам искусственного и естественного происхождения.

Увеличение дальности обнаружения и точности измерения координат целей объясняется тем, что при достаточно большом разносе несущих частот излучаемых сигналов

где с - скорость распространения радиоволн; - линейный размер цели.

Принимаемые сигналы и помехи в каналах А и В оказываются некоррелированными, и сумма выходных напряжений этих каналов характеризуется гораздо меньшими флюктуациями амплитуды в процессе наблюдения сложной движущейся цели, чем в случае приема сигнала на одной частоте. Этим же эффектом сглаживания флюктуации объясняется и возможность более эффективного подавления мешающих отражений от земной поверхности. Например, для РЛС ATCR-22 и ATCR-44 дальность действия в двухчастотном режиме работы на 20-30% больше, чем в одночастотном. Надежность работы РЛС при использовании двух каналов с разносом частот выше, чем одноканальной РЛС, благодаря тому, что при отказе одного канала или выключении его для технического обслуживания данная РЛС способна выполнять свои функции при допустимом ухудшении некоторых показателей (уменьшении дальности действия и коэффициента готовности РЛС).

Другой важной особенностью рассматриваемой РЛС является использование дополнительного луча диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости для приема сигналов, отражен­ных от целей при больших значениях угла места. При этом зона обнаружения РЛС в вертикальной плоскости формируется с по­мощью двух лучей: основного (нижнего) луча при работе основного облучателя антенны в режимах передачи и приема, и дополни­тельного (верхнего) луча при работе дополнительного облучателя антенны только в режиме приема. Применение двухлучевой ДНА на прием отраженных от целей сигналов реализует один из методов борьбы с мешающими отражениями от земной поверхности и местных предметов. Подавление этих отражений осуществляется путем весового суммирования сигналов, принимаемых по основно­му и дополнительному лучам ДНА. Направление максимального излучения по верхнему лучу размещается в вертикальной плоскости обычно на 3-5° выше, чем по нижнему. При этом методе борьбы с помехами достигается ослабление сигналов от местных предмет» на 15-20 дБ.

В некоторых типах РЛС зона обнаружения в вертикальной плоскости формируется с учетом применения локальной обработки принимаемых сигналов в системе СДЦ.

Рассмотрим принцип действия РЛС, структурная схема, которой приведена на схеме 1. Данная РЛС работает в режиме кругового обзора по азимуту, обеспечивая обнаружение воздушных целей и измерение наклонной дальности и азимута этих целей. Круговой обзор осуществляется за счет механического вращения антенны РЛС, состоящей из параболического отражателя и двух рупорных облучателей — основного я дополнительного. В качестве зондирующего сигнала используется периодическая последовательность радиоимпульсов с прямоугольными огибающими. При этом измерение азимута цели осуществляется амплитудным методом, основанным на использовании направленных свойств антенны РЛС в горизонтальной плоскости, а измерение дальности — временным методом путем измерения запаздывания отраженного от цели сигнала относительно момента излучения зондирующего сигнала.

Рассмотрим более подробно работу одного канала РЛС. Система синхронизации СС вырабатывает импульсы запуска РЛС, которые поступают на вход модулятора М передающего устройства. Модулятор М под воздействием импульсов запуска вырабатывает мощные модулирующие импульсы, поступающие на оконечный усилитель ОУ передатчика РЛС, выполненного по схеме «задающий генератор — усилитель мощности». Генератор радиочастоты ГВЧ. стабилизированный кварцевым резонатором, генерирует непрерывные гармонические колебания с частотой f_A, которые усиливаются в оконечном усилителе и модулируются по амплитуде импульсами модулятора МВ результате на выходе ОУ формируется последовательность мощных когерентных радиоимпульсов с несущей частотой f_A и прямоугольной огибающей. Эти радиоимпульсы через антенный переключатель АЛ и блок сложения мощностей и разделения сигналов БСРС поступают в антенное устройство РЛС и излучаются антенной в направлении к цели.

Отраженные от цели радиоимпульсы с несущей частотой f_A,

принимаемые по основному лучу ДНА, через блоки БСРС. АП и малошумящий УРЧ поступают на один из входов формирователя нижней кромки ФНК. Радиоимпульсы с той же частотой f_A, принимаемые по дополнительному лучу ДНА, через блок разделения сигналов БРС и УРЧ поступают на второй вход ФНК На выходе ФНК в результате весового суммирования сигналов основного и дополнительного лучей образуется суммарный сигнал, который по­ступает на вход приемника РЛС. Управляющий сигнал, определя­ющий выбор весовых коэффициентов при суммировании, поступает на управляющий вход ФНК от системы цифровой обработки сигналов и адаптации РЛС. В приемном устройстве осуществляются | преобразование частоты, усиление и частотная селекция сигнала в усилителе промежуточной частоты и детектирование с помощью амплитудного и фазового детекторов. Видеосигнал А с выхода амплитудного детектора поступает далее в систему цифровой обра­ботки, минуя систему СДЦ, а видеосигнал СДЦ с выхода фазового детектора поступает на вход системы СДЦ, входящей в состав системы цифровой обработки сигналов. Сигналы с опорными час­тотами f_1A и f_2A, необходимые для работы преобразователя частоты и фазового детектора приемника, формируются общим задающим ГРЧ. Благодаря этому в данной РЛС реализуется истинно когерентный метод СДЦ.

Кроме описанных выше основных процессов, протекающих в аналоговой части РЛС, имеет место ряд вспомогательных процес­сов, которые обеспечивают нормальное функционирование РЛС. К ним относятся, например, различного рода автоматические ре­гулировки усиления приемника: временная автоматическая регу­лировка усиления, шумовая автоматическая регулировка усиления, автоматическая ступенчатая регулировка усиления УПЧ с помощью схемы адаптивного аттенюатора помех. Названные регулировки, исключая ШАРУ, обеспечивают сжатие динамического диапазона принимаемого радиолокационного сигнала и его согласование с динамическим диапазоном системы цифровой обработки сигналов и адаптации. С помощью ШАРУ обеспечивается стабилизация уровня шумов на выходе приемника РЛС.

В антенно-фидерной системе РЛС предусмотрены устройства для плавной регулировки поляризации излучаемых колебаний, измерители проходящей мощности, частоты и формы зондирующего сигнала. I В псевдокогерентиых РЛС, использующих передающие уст­ройства, выполненные на магнетроне, в состав приемника входит также система автоматической подстройки частоты магнетрона. Эта система служит для подстройки частоты магнетрона и для фазирования когерентного гетеродина, генерирующего опорные колебания для системы СДЦ.

В рассматриваемой истинно когерентной РЛС для обеспечения постоянной разности частот f_A и f_B двух частотных каналов исполь­зуется специальный генератор сдвига частоты, с помощью которого под воздействием колебаний ГРЧ канала А (см. схему 1) в канале В осуществляется формирование колебаний с частотами f_в и f_1в, сдвинутыми относительно частот f_A и f_1A.

Цифровая часть РЛС начинается со входа системы цифровой обработки сигналов и адаптации РЛС. Главными функциями этой системы являются: очистка принимаемого сигнала от различного рода помех и выделение полезной информации для обеспечения заданных тактико-технических характеристик РЛС; анализ текущей помеховой обстановки и автоматическое управление режимами работы и параметрами РЛС (функция адаптации). Входные видеосигналы А, СДЦ и Метео, поступающие с выхода приемника, преобразуются с помощью аналого-цифровых преобразователей в цифровую форму. При этом осуществляется дискретизация по вре­мени и многоуровневое квантование по амплитуде этих сигналов.

Первая функция системы обработки реализуется с помощью следующих цифровых устройств:

■ устройства череспериодного (двойного или тройного) вычита­ния системы СДЦ;

■ видеокоррелятора для подавления несинхронных помех и отраженных сигналов предыдущего периода зондирования;

■ устройства ЛОГ-МПВ-АнтиЛОГ для выделения полезного сигнала на фоне помех от протяженных по дальности и азимуту целей (в частности, помех от метеообразований);

■ устройства выделения сигналов для получения информации о контурах метеообразований.

При выполнении второй функции системы обработки использу­ются следующие устройства:

■ устройство секторизации для разделения зоны обзора на ячей­ки и распределения памяти системы;

■ картограф помех для формирования динамической карты помех;

■ анализаторы параметров принимаемых сигналов, с помощью которых проводится анализ текущей помеховой обстановки (анализаторы уровня сигнала в тракте промежуточной частоты, частоты ложных тревог, параметров сигналов от метеообразований и др.);

■ оперативные запоминающие устройства для хранения информации о текущей помеховой обстановке;

■ управляющие устройства для формирования сигналов управления режимами работы и параметрами РЛС, которые определяют выбор весовых коэффициентов для ФНК, выбор режима А или СДЦ, включение или отключение устройства ЛОГ-МПВ-АнтиЛОГ, подстройку порога обнаружения при стабилизации уровни ложных тревог и другие параметры обработки сигналов для каждого участка или ячейки зоны обзора отдельно.

Устройство ∑ (см. схему 1) осуществляет объединение сигналов двух частотных каналов РЛС, С выхода этого устройства в АПОИ передаются два объединенных сигнала: сигнал А (или СДЦ) и сигнал Метео. В РЛС, не содержащих собственной АПОИ, эти сиг­налы преобразуются с помощью цифро-аналоговых преобразовате­лей в аналоговую форму и передаются на входы АПОИ, сопрягае­мой с РЛС, контрольного индикатора КИ и широкополосной линии связи ШЛС. Последняя обеспечивает передачу радиолокационной информации в необработанном виде, т. е. минуя АПОИ, на аппара­туру отображения неавтоматизированной системы УВД.

Аппаратура первичной обработки информации обычно представ­ляет собой универсальную аппаратуру, сопрягаемую с различными типами РЛС. В этой аппаратуре осуществляются операции обна­ружения сигналов от воздушных целей и измерения их координат, а также объединение информации первичной РЛС с информацией вторичного радиолокатора. С выхода АПОИ радиолокационная информация в цифровом виде транслируется в центр УВД с помо­щью узкополосной аппаратуры передачи данных АПД. Кроме того, эта же информация поступает на контрольный индикатор КИ первичной РЛС. Для синхронизации АПОИ, КИ и аппаратуры отображения, подключаемой через ШЛС, используются сигналы, вырабатываемые системой синхронизации СС, а также сигнал те­кущего азимутального направления ДНА первичной РЛС, посту­пающий из антенно-фидерной системы. В универсальных АПОИ обычно предусматривается автономный синхронизатор, позволяю­щий вести обработку и выдачу сигналов в оптимальном, темпе не­зависимо от временных режимов работы первичного и вторичного радиолокаторов. Для этого на входе АПОИ предусматриваются буферные запоминающие устройства, управляемые импульсами и сигналами угловой информации названных радиолокаторов.

Важной особенностью рассматриваемой перспективной РЛС

является использование системы автоматического встроенного контроля (АВК), обеспечивающей допусковый контроль аналоговых и тестовый контроль цифровых устройств и систем РЛС

В РЛС используются:

а) сигнализирующий импульс;

б) зондирующий импульс;

в) отраженный сигнал на входе приемника;

г) отраженный сигнал на выходе приемника;

д) ток развертки;

е) метка дальности;

ж) метка азимута.

Их временные диаграммы изображены на схеме 2.

Задание 2: Рассчитать и построить диаграмму направленности антенны в горизонтальной плоскости, определить ее ширину.

Диаграмма направленности РЛС в горизонтальной плоскости рассчитывается в соответствии с выражением:

где:

d – горизонтальный размер антенны; d = 12м.

l - длина волны; l =0,25м.

q° - угол в горизонтальной плоскости, отсчитываемый от оси антенны.

Диаграмма является симметричной относительно направления q = 0°, а главный лепесток расположен между направлениями, лежащими по обе стороны от направления

q = 0°, в которых функция F(q) первый раз достигает нулевого значения.

Определим точку перехода функции F(q) через 0, то есть

F(q) = 0. Тогда выражение (1) примет вид:

Правая часть этого уравнения будет равной 0 в том случае, когда 0 будет равен числитель, т.е.:

Решая последнее уравнение, получим:

pd/l × q = 0 ± pn где:

n = 0,1,2,3,… Из этого уравнения

Г

лавный лепесток диаграммы направленности находится в пределах от -1,194° до +1,194°.

Рассчитаем диаграмму направленности в пределах главного лепестка в 12 точках.

Полученные результаты представим в виде таблицы №1.

= 0,98

=0,95

= 0,89

=0,82

=0,73

=0,63

=0,52

=0,41

=0,29

=0,18

=0,08

=0,003

Таблица №1:

q	F(q)
0,1	0,98
0,2	0,95
0,3	0,89
0,4	0,82
0,5	0,73
0,6	0,63
0,7	0,52
0,8	0,41
0,9	0,29
1	0,18
1,1	0,08
1,194	0,003

По данным таблицы №1 строим диаграмму направленности антенны в горизонтальной плоскости (рис.1).

Определим ширину диаграммы направленности при F(q) = 7,07. Ширина ДНА – q = 0,72°.

Задание 3: Рассчитать и построить диаграмму направленности антенны в вертикальной плоскости для свободного пространства и с учетом влияния Земли.

Диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости для свободного пространства задается формулами:

для (2)

для (3)

Где:

K – постоянный коэффициент, заданный в таблице ;

К = 20

g - угол места;

gо – угол места максимума диаграммы направленности;

gо = 3º

g1 – угол места с которого начинается косеканский закон изменения диаграммы направленности;

g1 = 5º

g2=35° – угол места, ограничивающий зону действия вертикальной плоскости сверху.

Рассчитаем диаграмму:

g Þ -6° £ g £ 5° , по формуле (2)

Полученные результаты запишем в виде таблицы №2.

Таблица №2:

g	F(g)
-6	0,0005
-5	0,12
-4	0,26
-3	0,41
-2	0,56
-1	0,7
0	0,83
1	0,92
2	0,98
3	1
4	0,98
5	0,92

Рассчитаем диаграмму F(g) для 13-ти промежуточных точек в пределах 5° < g < 35° по формуле (3) и полученные результаты запишем в виде таблицы № 3.

=

Таблица №3:

g°	5	6	7	10	15	20	25	30	35
F(g)	0,92	0,83	0,66	0,46	0,31	0,25	0,19	0,17	0,14

По данным таблиц № 2 и № 3 строим диаграмму направленности антенны в вертикальной плоскости для свободного пространства (рис. 2).