МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики” МГТУ МИРЭА
Институт радиотехнических и телекоммуникационных систем
Кафедра «Радиолокации и радионавигации»
ТИПОВОЙ РАСЧЕТ
по дисциплине
“Основы теории радиолокационных систем и комплексов”
На тему «Моноимпульсная радиолокационная станция слежения за наземной целью»

Студент: Мамаев С.С.

Группа: РСС-1-11

Шифр: 111684

Проверил: Захаров В.Л.

М осква 2015

Содержание

1. Введение

- Обоснование и анализ задач главных специализированных задач, поставленных перед заданной радиотехнической системой.

- Анализ возможных решений и принципов работы,используемых для данного вида система с учетом поставленных задач.

2. Основная часть

- Выбор и обоснование принципа построения РЛС заданного типа на основе исходных данных с акцентом на следующее:

а) Обоснование структуры используемых радиосигналов.

б) Анализ выбранных функциональной и структурной схем.

- Необходимые числовые вычисления параметров РЛС.

- Конкретная схемная реализация полученного решения.

3. Заключение

- Анализ основных радиотехнических достоинств и недостатков, характерных для разработанной РЛС заданного типа.

- Конструктивные предложения с обоснованием конкретных решений по устранению этих недостатков.

1. Введение

РЛС - следящего типа предназначены для обнаружения (измерения) координат (параметров) состояния или (и) пространстве и значения, направления вектора скорости движения в системах слежения за объектами.

В рамках данного проекта рассматривается приемное устройство одноцелевой РЛС сопровождения, осуществляющей непрерывное слежение за перемещением цели. Такая РЛС представляет собой наземную систему, у которой антенна с иглообразным лучом смонтирована на поворотном устройстве со следящим приводом, которое, изменяя положение антенны по азимуту и углу места, позволяет следить за целью. Путем измерения угла прихода фронта волны эхо-сигнала и корректирования положения антенны таким образом, чтобы цель удерживалась в центре луча, определяется ошибка ориентирования антенны.

Различают РЛС импульсного и непрерывного излучения. В РЛС с непрерывным излучением используются немодулированные и ЧМ колебания. Однако наибольшее применение нашли импульсные приемопередающие радиолокационные станции, излучающие в направлении цели короткие зондирующие СВЧ-радиоимпульсы с фиксированным периодом следования, длительностью импульсов, амплитудой и несущей частотой (рис. 1.1, а), что обеспечивает высокую разрешающую способность и точность при измерении дальности. Радиоприемные устройства (РПрУ) таких станций служат для приема части энергии излучаемых радиоимпульсов, отраженной от цели. Отраженные импульсы поступают на вход приемника с временным сдвигом t_D = 2R/c, где R – расстояние до объекта. Измеряя t_D, можно судить о расстоянии до цели, а узкая диаграмма направленности антенны позволяет определить направление на объект. 2.

Системная аналитика

Чувствительность методов сканирования и переключения луча к флуктуациям амплитуды эхо-сигналов явилась основной причиной разработки РЛС сопровождения, обеспечивающей одновременное наличие всех лучей, необходимых для выявления угловой ошибки. Выходные сигналы всех лучей, соответствующие одному зондирующему импульсу, могут быть одновременно сравнены, благодаря чему исключается влияние изменения амплитуды эхо-сигнала во времени. Такой метод называется моноимпульсным (полная информация об угловых ошибках извлекается из одного импульса).

Моноимпульсной аппаратуре присуща высокая точность угловых измерений, т.к. система облучателей жестко смонтирована и не имеет движущихся деталей.

Эхо сигнал фокусируется в виде “пятна”, поперечное сечение которого в случае антенны с круговой апертурой имеет вид J₁(x)/x ( J₁(x) функция Бесселя 1^го порядка). Пятно находится в фокальной плоскости, если цель расположена на оси антенны, и смещается относительно центра, когда цель отходит от оси. Облучатель антенны расположен в фокальной точке, так что принимаемая энергия максимальна в том случае, когда цель находится на оси.

Облучатель сконструирован таким образом, что он реагирует на любое боковое смещение пятна относительно фокальной плоскости. При использовании облучателя в виде квадрата, образованного четырьмя рупорами, полная симметрия обеспечивается когда пятно находится точно в центре (на каждый из четырех рупоров попадает одинаковое количество энергии. При отклонении цели от оси антенны и, следовательно, смещении пятна относительно центра, равенство энергий, принимаемых рупорами нарушается. РЛС регистрирует отклонение цели от оси антенны, сравнивая амплитуды эхо-сигналов, появляющихся в каждом из рупоров. Это осуществляется с помощью СВЧ мостовых соединений, формирующих разности сигналов каждой пары двойных рупоров. Для выявления ошибки по азимуту, производится вычитание выходного сигнала левой пары рупоров из выходного сигнала правой пары. Сигнал верхней пары вычитается из выходного сигнала нижней пары.

В схеме сопровождения по дальности определяется время прихода очередного эхо-сигнала от сопровождаемой цели и вырабатываются стробирующие импульсы, отпирающие соответствующие цепи приемника только на те короткие интервалы времени, когда ожидается эхо-сигнал выбранной цели. Для получения устойчивого автоматического сопровождения по углам необходимо поддерживать с помощью АРУ постоянство усиления следящей системы схемы сопровождения.

Суммарный сигнал ПЧ используется также, как опорный сигнал в ФД, вырабатывающих из разностных сигналов напряжения сигналов ошибки сопровождения по углам. ФД выполняет скалярное умножение; выходное напряжение ФД:

e =   cos(),

где  - модуль суммарного сигнала;

  - модуль разностного сигнала;

 - фазовый угол между ними.

В правильно отрегулированной РЛС  принимает только два значения: 0 или 180⁰, так что единственным назначением фазочувствительной характеристики детектора ошибки является обеспечение положительной или отрицательной полярности сигнала при 0 и 180⁰ соответственно, что придает выходному сигналу детектора угловой ошибки признак направления отклонения от оси антенны.

В импульсной РЛС сопровождения выходным сигналом детектора угловой ошибки является биполярный видеосигнал, амплитуда которого пропорциональна угловой ошибке, а полярность соответствует знаку ошибки.

Обоснование методов решения поставленной задачи

1. В РЛС с автоматическим сопровождением по направлению главным образом применяются зеркальные параболические антенны. Линзовые антенны не нашли применения вследствие низкого к.п.д. и больших боковых лепестков ДН. Из параболических наиболее простая антенна следящего угломера с коническим сканированием, наиболее громоздкая – антенна моноимпульсного угломера с фазовой пеленгацией. Антенна моноимпульсной системы с амплитудной пеленгацией значительно меньше по габаритам, но из-за необходимости установки четырёх облучателей, которые к тому же стыкуются с волноводами, имеющими малое поперечное сечение, она имеет сложную конструкцию. Таких волноводных линий должно быть три – по числу каналов, а при коническом сканировании – только одна.

2. Лучи антенны с коническим сканированием пересекаются в РСН на уровне половинной мощности, и это вызывает потери энергии на 3 дБ. Моноимпульсная РЛС свободна от таких потерь на смещение луча, так как максимум её суммарной ДН совпадает с РСН.

3. Моноимпульсная РЛС имеет более высокий темп выдачи данных: они обновляют данные об угловом положении цели с частотой следования импульсов F_с, а РЛС с коническим сканированием – с частотой сканирования F_ск, которая должна быть меньше F_с по крайней мере в 4 раза (чтобы получить хотя бы по одному отражённому импульсу в четырёх крайних положениях луча антенны); практически же

4. Отсутствие движущихся частей и жёсткий монтаж волноводного питания антенны в моноимпульсных РЛС способствует повышению точности определения угловых координат, особенно при построении антенных систем на ФАР.

5. Пеленгатор моноимпульсной РЛС не реагирует на помехи, исходящие из одной точки пространства, так как они полностью компенсируются при вычитании сигналов. Системы с коническим сканированием чувствительны к этим помехам, а если помехи к тому же модулированы с частотой сканирования, то канал АСН становится неработоспособным.

6. Одно из основных преимуществ моноимпульсных РЛС – значительно меньшая восприимчивость к амплитудным флуктуациям отражённых сигналов. Влияние флуктуаций на точность сопровождения можно было бы полностью устранить, если бы удалось создать идеальную нормировку, но для этого АРУ должно быть не только быстродействующей, но и безынерционной, что физически невозможно.

7. В многоканальных системах пеленгации практически исключено применение вращающихся волноводных сочленений, так как при поворотах создаётся паразитная амплитудная и фазовая модуляция, а также дополнительные шумы, что значительно снижает точность. Поэтому весь волноводно-смесительный тракт моноимпульсных РЛС вместе с предварительными усилителями обычно выполняют как одно целое с зеркалом антенны.

Перечисленные недостатки почти полностью устраняются в двухзеркальных антеннах, состоящих из параболического рефлектора и плоского контррефлектора (рис.9). Излучатели облучают контррефлектор сквозь отверстие в центре рефлектора. Благодаря такому расположению их суммарно-разностные волноводные мосты и смесительные секции можно разместить непосредственно за рефлектором и свести длину волноводов к минимуму. Благодаря контррефлектору облучатели как бы искусственно выносятся в район фокуса рефлектора (пунктир). Размеры длиннофокусной антенны такого вида значительно сокращаются по сравнению с длиннофокусными однозеркальными антеннами, у которых облучатели действительно размещены в фокусе рефлектора.

Качание ДН и равносигнального направления достигается за счёт поворота одного только контррефлектора, что значительно снижает требуемую мощность антенного привода, уменьшает вес, габариты и инерционность антенной системы.

Недостатком двухзеркальных антенн является ограничение угла обзора (не более 60⁰) допустимыми искажениями ДН.

ПАРАБОЛИЧЕСКИЙ РЕФЛЕКТОР

ФОКУС РЕФЛЕКТОРА

Р

КОНТРРЕФЛЕКТОР

ис.9. Двухзеркальная антенна МРЛС с плоским контррефлектором