5.2 Рлс точного вимірювання координат у неперервному режимі

Завдання. Проектується РЛС точного вимірювання координат повітряних цілей (літаків) з такими тактичними характеристиками:

• максимальна нахильна дальність ;

• ефективна площа вторинного вимпромінення цілі ;

• середньоквадратичні помилки вимірювання координат ;

• роздільні здатності , .

Виконати ескізні розрахунки параметрів зондувального та радіолокаційного сигналів, обрати довжину хвилі несійного коливання, визначити електричні та конструктивні характеристики антени, обрати тип та обчислити параметри вихідних пристроїв.

Аналіз завдання. РЛС, що проектується, починає роботу після одержання інформації про наявність цілі та наближені значення координат. Пошук цілі здійснюється в обмеженій частині простору до переходу системи в режим автоматичного слідкування за дальністю та кутовими координатами. Такий режим відповідає одному з різновидів алгоритму оптимального оцінювання параметрів сигналу.

Слідкування за дальністю можна реалізувати за допомогою підсистеми автоматичного регулювання часу затримки з “розщепленим” стробом.

Слідкування за кутовими координатами можна здійснити в одноканальній РЛС із конічним скануванням променя антени або застосувати багато- канальну систему (зокрема, моноімпульсну) з двома каналами для кожної кутової координати.

Оберемо варіант системи з конічним скануванням променя. У цьому випадку вісь діаграми спрямованості (ДС) відхиляється від рівносильного напрям- ку приблизно на половину (частіше трохи менше – до чверті) ширини ДС за половинною потужністю, а кутова роздільна здатність внаслідок сканування визначається подвійною шириною ДС, тобто

(5.1)

Треба зазначити, що за рахунок “розщепленного стробу” роздільна здатність за дальністю теж погіршується двічі.

Вважаємо, що час обробки радіолокаційного сигналу, тобто тривалість пачки

. (5.2)

Умовам завдання може відповідати некогерентна імпульсна РЛС, яка вимірює координати цілі в режимі неперервного слідкування. Треба зазначити, що термін “супровід цілі”, згідно з ДСТУ 2663-94, не дозволяється до вживання.

З метою зменшення габаритів антени обираємо довжину хвилі несійного коливання .

Обчислюємо дальність дії у вільному просторі з урахуванням втрат при поширенні радіохвиль. Коефіцієнти втрат у кисні повітря , водяній парі та краплях дощу середньої інтенсивності (4мм/год.) , згідно з табл. 3.1, дорівнюють

.

Вважаємо, що довжина частини траси R з атмосферними опадами не перебільшує 20 км.

Згідно з (3.1), (3.2),

Позначимо .

.

Потенційні роздільні здатності обчислюються за формулами (3.4), (3.7):

Ширина діаграми спрямованості за половинною потужністю, згідно з (5.1),

.

Діаметр розкриття антени, відповідно до (3.25),

.

Для того, щоб обчислити коефіцієнт підсилення антени, можна скористатись такими відомими співвідношеннями.

Ефективна площа розкриття антени

де g – коефіцієнт спрямованої дії.

Геометрична площа

.

Коефіцієнт підсилення

,

де - коефіцієнт корисної дії.

З іншого боку, .

Тоді

.

Якщо ,

.

Рівносигнальному напрямку звичайно відповідає

.

Вважаємо

Часові параметри сигналів обчислюються за формулами (3.36) та (3.38). Період повторювання імпульсів

Тривалість простого імпульсу

Оскільки задано то обчислена тривалість надалі може бути зменшена.

Тривалість радіолокаційного сигналу, тобто відбитого сигналу, що обробляється до одержання некорельованого відліку координат, згідно з (5.2), дорівнює 0,2 с. Число імпульсів, що обробляються за цей час,

Потенційні середньоквадратичні помилки, згідно з (3.15),

Відношення сигнал-шум оптимального вимірювального пристрою обчислюється за допомогою формул (3.17) та (3.22)

Для простого сигналу

Тут треба зазначити, що, на відміну від РЛС виявлення, скорочення тривалості імпульсу зменшує необхідне значення параметра . Тому можна обрати таке значення , щоб .

Надалі будемо вважати Тоді , і це значення визначатиме необхідне відношення сигнал-шум.

Коефіцієнт розрізнюваності (3.42)

Коефіцієнти втрат внаслідок

• неоптимальної фільтрації

• втрат в антенно-фідерних пристроях

• некогерентного нагромадження

Таким чином,

Енергія одного імпульсу

Вважаємо Т=293 К,

Тоді

Порогова потужність

Імпульсна потужність зондувального сигналу, згідно з (3. 52 ),

Обираємо для РЛС цифрові вихідні пристрої. Згідно з (3.15) будемо вести подальші розрахунки, вважаючи інструментальну помилку за дальністю D_інс = 0,8D_р = 0,820 = 16 м. Ціна молодшого розряду, тобто помилка дискет ності дорівнюватиме D_дис= 162 = 55,4 м. Найближче зручне число - 50 м. У такому разі частота тактового генератора, згідно з (3.54),

f₀ = = = 310⁶ Гц = 3 МГц.

Очевидно, вихідний пристрій дальності матиме 5 десятичних розрядів, перший та останній з яких можуть бути неповними. Оскільки N_с = 166, буде слушно застосувати додатковий лічильник для осереднення дальності за 100 або 128 періодів зондування.

Згідно з (3.15) інструментальна помилка для кутових координат буде  _інс = 0,8 _р = 0,80,4 = 0,32. Ціна молодшого розряду, тобто помилка дискретності дорівнюватиме  = 0,322 = 1,11. Відповідно до (3.55) кількість розрядів коду Грея на азимутальному диску буде log ₂ = 8,34  9, а на диску кута місця log ₂ = 6,49  7. Кут огляду 100 в останньому виразі враховує деякі запаси, які звичайно роблять поблизу механічних упорів приводу кута місця. Для перетворення двійкового коду в зручні одиниці цифрового табло в даному випадку потрібно застосування обчислювальних пристроїв.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Радиотехнические системы. / Под ред. Ю.М. Казаринова. – М.: Высш. шк. 1990. – 496 с.

2. Радиотехнические системы. / Под ред. А.И. Дымовой. – М.: «Сов. радио», 1975. – 440 с.

3. Теоретические основы радиолокации. / Под ред. В.Е. Дулевича. – М.: «Сов. радио», 1978. – 608 с.

4. Теория и проектирование радиосистем. / Под ред. В.Н. Типугина. – М.: «Сов. радио», 1977. – 448 с.

5. Радиолокационные устройства (теория и принципы построения). / Под ред. В.В. Григорина-Рябова. – М.: «Сов. радио». 1970. – 680 с.

6. Чердынцев В.А. Радиотехнические системы. – Минск.: Вышейш. шк., 1988. – 369 с.

7. Васин В.В., Степанов Б.М. Справочник – задачник по радиолокации. – М.: «Сов. радио». 1977. – 320 с.

8. Бартон Д., Вард Г. Справочник по радиолокационным измерениям.: Пер. с англ./ Под ред. М.М. Вейсбейна. – М.: «Сов. радио», 1976. – 392 с.

9. Проектирование радиолокационных приемных устройств. / Под ред. М.А. Соколова. – М.: Высш. шк., 1984. – 335 с.

10. ДСТУ 2663-94. Радіолокація. Терміни та визначення. Чинний від 1995-07-01.

ПРЕДМЕТНИЙ ПОКАЖЧИК

База сигналу, 14, 25, 31

Вихідні пристрої РЛС, 32

Відношення сигнал-шум, 30

Гідрометеори, 11, 40

Дальність радіовиявлення, 11, 20

 радіовиявлення у вільному просторі, 11

Дальномір частотний, 25

Дисперсія помилки оцінювання параметра, 8, 15

Діаграма спрямованості, 19

Діаметр розкриття антени, 19

Енергетичний потенціал, 36

ЕПЦ питома, 22

  протяжної цілі, 22, 23

Ефективна площа антени, 19

Індикатор дальність-азимут, 33

 кругового огляду, 14, 33, 39

Ймовірність правильного виявлення, 28

 хибної тривоги, 28

Когерентно-імпульсна РЛС, 8, 37

Коефіцієнт використання екрана, 14

 втрат, 26, 27, 38

 підсилення антени, 19

 поглинання енергії, 12

 розрізнюваності, 26

 спрямованої дії, 19

 шуму, 27

Косекансна діаграма спрямованості, 19, 20, 39

Логарифмічна амплітудна характеристика, 36

Масштаб індикатора, 33

Міцність електрична хвилеводу, 31

Нагромадження енергії сигналу, 18, 32, 36

Напрямок рівносигнальний, 43, 45

Обєм роздільного елемента, 22, 37

Огляд простору паралельний, 21

  послідовний, 21, 39

Параметр виявлення, 18, 30, 40

Пачка радіоімпульсів, 24

Перешкода активна, 35

 пасивна, 35

Період огляду, 8

Помилка середньоквадратична, 15

  потенційна, 15, 16, 17

Потужність імпульсна, 31, 32

 порогова, 26, 27

Радіолокаційні станції, класифікація, 7

Роздільна здатність індикатора, 14, 42

  потенційна, 13, 15

Роздільний елемент, 22

Розмір розкриття антени, 19, 20

Селекція поляризаційна, 37

 рухомих цілей, 37

Сигнал радіолокаційний, 24, 40

Спектральна густина потужності шуму, 27

Тактичні характеристики РЛС, 8

Технічні характеристики РЛС, 8, 9

Точність оцінювання координат, 15

Тривалість сигналу, 24, 25, 32, 43

Характеристики виявлення, 28

Ціль радіолокаційна, 6

  протяжна, 22

Ціна плями індикатора, 14

Час опромінення цілі, 24

Черезперіодна компенсація, 37, 38

Число роздільних елементів, 28, 29

48