Metoda_KP_RTS_2022-2-12

рассчитать количество импульсов в пачке по формуле (26).

4.4Расчет параметров линейной части приемника РЛС:

рассчитать полосу пропускания линейной части приемника по формуле (28), при необходимости провести и представить в отчете дополнительные расчеты.

4.5Расчет отношения сигнал/шум на входе приемника РЛС:

рассчитать квадрат отношения сигнал/шум на один импульс при некогерентном накоплении сигнала по формуле (36) с учетом характера флюктуаций, в соответствии с таблицей 1, согласно варианту задания на курсовой проект;

рассчитать квадрат отношения сигнал/шум на пачку импульсов при некогерентном накоплении сигнала по формуле (34) с учетом характера флюктуаций, в соответствии с таблицей 1, согласно варианту задания на курсовой проект.

4.6Расчет минимальной мощности сигнала на входе приемника РЛС:

рассчитать минимальную мощность сигнала на входе приемника

РЛС по формуле (37).

4.7Расчет максимальной мощности передатчика РЛС:

расчет максимальной импульсной мощности передатчика РЛС по формуле (45);

расчет максимальной средней мощности передатчика РЛС для пачки импульсов по формуле (46).

4.8Определение наиболее эффективного сигнала для РЛС:

рассчитать базу сигнала по формуле (55);

выбрать из таблицы 2 сложный сигнал, в соответствии с заданием,

ипостроить для его модели функцию неопределенности в программной среде

(например Matlab), или его АКФ по задержке и по частоте.

4.9 Расчет основных параметров РЛС с применением наиболее эффективного сигнала:

повторить расчеты, представленные в настоящем практикуме, с

учетом параметров выбранного сложного сигнала (п.4.1 – п.4.7).

11

4.10 Расчет устройства РЛС для разработки:

– методику расчета дополнительного устройства для разработки определяет преподаватель. В случае разработки системы селекции движущихся целей или устройств, входящих в его состав, необходимо пользоваться методикой расчета, описанной в разделе 8.

4.11 Расчет ошибок:

расчет ошибок РЛС производится по формулам, представленным в разделе 9.

5. Сравнение рассчитанных характеристик РЛС с характеристиками прототипа.

Сформировать сравнительную таблицу полученных расчетных данных со значениями основных параметров прототипа.

6.Заключение

Взаключении необходимо сформулировать основные выводы,

определить возможность улучшения характеристик РЛС.

7.Оформить отчет в соответствии с требованиями к отчету,

предъявляемыми в настоящем практикуме.

12

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Радиотехнические системы (РТС) плотно вошли в повседневную жизнь человека. В современном мире РТС используются для связи, передачи данных,

передачи телеметрии, обмена различной информации, индикации,

радиоуправления, навигации, определения целей и препятствий, а также для решения множества других задач.

Радиотехническими системами является совокупность электронных устройств и средств передачи сигналов и данных с помощью электромагнитных волн и средств извлечения информации. В состав РТС, в

общем случае, входит радиопередающее и радиоприемное устройство, а также среда распространения электромагнитных волн. Вне зависимости от назначения РТС принципы их работы и построения являются общими.

Радиолокационные станции (РЛС) относятся к системам извлечения информации [5]. Изучение принципов работы и построения РЛС позволяет систематизировать и укрепить знания о радиотехнических системах,

распространении электромагнитных волн и проектировании и оценки параметров отдельных блоков и принципах их работы.

Основными задачами радиолокационной станции (РЛС) являются: поиск цели (объекта) и определение координат объекта (угла азимута, угла места,

дальности и скорости объекта), измерение параметров объекта (определение ЭПР объекта, измерение скорости движения объекта, классификация объектов).

Для определения и расчета основных параметров РЛС необходимо классифицировать РЛС и определить назначение системы обзора, место установки, число измеряемых координат, используемый диапазон частот, вид излучения, используемые методы измерения координат, выполняемые функции (и режимы работы), вид сигнала и вид модуляции, а также необходимо определить характеристики целей.

К основным тактико-техническим характеристикам относятся: зона действия РЛС, период обзора, измеряемые координаты и точность их оценки,

разрешающая способность по координатам и скорости движения целей,

помехозащищенность, надежность и стоимость.

13

1 Выбор и расчет основных параметров радиотехнических систем

К основным параметрам радиотехнических систем являются параметры сигнала, обеспечивающие дальность действия системы: длительность сигнала,

период повторения зондирующего сигнала и соответствующий ему ширина

спектра.

1) Выбор периода повторения (частоты следования) импульсов

производят из условия однозначного измерения целей на максимальной

с – скорость распространения электромагнитных волн в свободном

величиной обратной длительности этого сигнала τс. Ширину спектра зондирующего сигнала выбирают, исходя из требуемой разрешающей способности по дальности R

Эффективная ширина спектра зондирующего сигнала определяется как

4)Скважность сигнала определяется по известной формуле 5

устранений неоднозначности измерения дальности в этом случае применяется два-три значения различных периодов повторения (переменный период повторения).

14

2 Определение разрешающей способности РЛС

Задача разрешения объектов возникает при наличии в зоне действия РЛС нескольких объектах. Данные объекты могут иметь схожую дальность,

схожую скорость или близкие значения угловых координат или сочетание этих параметров близких по значению у двух и более объектов. Сигналы,

отраженные от этих объектов, перекрываются по времени, поэтому как разрешение объектов в пространстве, так и установление факта наличия нескольких объектов в зоне действия РЛС является сложнейшей задачей для

проектировщика.

Задача разрешения в общем виде заключается в установлении числа

задача «обнаружения – разрешения – измерения». Таким образом, колебание на входе приёмника имеет вид

где M – число сигналов от объектов;

m 1, M – номер сигнала от объекта;

θm – отличающиеся параметры сигналов;

η(t) – шумовая помеха.

На разрешающую способность РЛС влияют следующие параметры сигналов передатчика: длительность сигнала, эффективная ширина спектра,

ширина диаграммы направленности антенны и вид модуляции, а также

где Fc – эффективная ширина спектра зондирующего сигнала.

В случае измерения скоростей по эффекту Доплера и разрешения объектов по скорости длительность сигнала определяют из требуемого разрешения по скорости или требуемой точности ее измерения:

15

Как правило, измерение скорости по доплеровскому сдвигу производят сигналом в виде когерентной пачки импульсов, длительность которой

Существенным с точки зрения локации является соотношение размеров

цели (объёма) и разрешаемого объёма РЛС. Разрешаемый объём показан на рисунке 1.

В случае игольчатого луча РЛС он представляет собой объём цилиндра,

который определяется величиной телесного угла диаграммы антенны ΩА,

расстоянием от РЛС до цели R и разрешающей способностью по дальности

где τС – длительность зондирующего сигнала (в случае немодулированного импульса).

Рисунок 1 – Объем разрешаемый РЛС

Телесный угол антенного луча равен

где SА – эффективная площадь антенны.

При R << R

16

Например:

при R = 100 км, λ = 0,1 м, SА = 10 м2, τС = 1 мкс, ΩА = 10–2/102 = 10–4 рад2,

Если объём цели меньше разрешаемого объёма, то такая цель называется точечной. Точечные цели бывают одиночными и групповыми,

например эскадрилья самолётов. Если же размеры цели много больше разрешаемого объёма, то такая цель называется распределённой.

Эффективная площадь рассеяния объёмно- и поверхностно-

распределённых объектов

Объёмно-распределённые и поверхностно-распределённые объекты локации состоят из большого числа отражателей, заполняющих объём или поверхность многократно превышающие разрешаемый объём РЛС или разрешаемую площадь, например, облака гидрометеоров или участок земной поверхности.

Эти объекты играют в радиолокации двойственную роль.

Они могут быть либо полезными целями (облачный фронт в метеолокации, картографирование Земли), либо создавать так называемую

пассивную помеху при наблюдении малоразмерной цели на фоне распределённого объекта (самолёт в облаке диполей, низколетящая цель над морской поверхностью).

Разрешаемый участок поверхности, показанный на рисунке 2,

рассчитывается как

где θА – ширина диаграммы направленности антенны РЛС;

β – угол наклона луча антенны.

17

Рисунок 2 – Участок поверхности разрешаемый РЛС

Тогда ЭПР поверхностно-распределённого объекта определяется в виде

Например, определим ЭПР участка моря с удельной ЭПР 5·10–3 (м²/м²),

если высота полёта 3 км, длительность зондирующего импульса 1 мкс, ширина луча антенны 3°, длина волны 0,03 м, угол β=30°. Наклонная дальность составит

Оценим отношение мощностей сигнала и пассивной помехи РС/РПП при обнаружении точечной цели с ЭПР σЦ = 1 м2 на фоне морской поверхности с ЭПР σмп = 5,48·104 м2, создающей пассивную помеху

Столь малое отношение сигнал/помеха существенно затрудняет обнаружение цели и измерение её координат, поэтому необходимы специальные меры для борьбы с пассивной помехой. В частности, необходимо уменьшить разрешающий объём (площадь) РЛС за счёт сужения диаграммы направленности и повышения разрешения по дальности.

18

3 Выбор и расчет основных параметров антенной системы

Выбор ширины луча, формы диаграммы направленности и типа антенны

В двухкоординатной РЛС, измеряющей дальность и угол азимута

(места) используют плоский луч, узкий в горизонтальной (вертикальной)

плоскости и широкий в вертикальной (горизонтальной). Ширину луча в горизонтальной плоскости определяют требуемым разрешением по углу азимута А . В вертикальной плоскости ширину диаграммы определяют требуемым сектором обзора в этой плоскости

где βmах - максимальный угол места цели, определяемый назначением РЛС и высотами целей Hmin и Hmах.

Так, в судовых навигационных РЛС βmах порядка 25°...30°; в

аэродромных 70°...80º; в РЛС дальнего обнаружения и слежения за космическими объектами до 90°.

βmin – минимальный угол, равный единицам градусов

Задаваясь длиной волны λ и одним (горизонтальным) размером антенны . b , определяем площадь раскрыва зеркала Аиг и телесный угол луча Ψβ.

для игольчатого луча

для веерного луча ширину в вертикальной плоскости полагаем равной углу обзора в вертикальной плоскости

19

Выбор длины волны производят в основном из следующих

атмосфере (ионосфере). В [7; 8; 9] имеются справочные данные о величинах поглощения Lатм дБ/км. Наибольшее поглощение испытывают волны мм-

диапазона.

Допустимая величина поглощения энергии радиоволн не должна

превышать 2...4 дБ/км, а для мм-диапазона не больше 10 дБ.

В РЛС, измеряющей дальность и два угла, используют игольчатый луч.

Ширина диаграммы луча антенны в этом случае одинакова по обоим углам и

определяется требуемым разрешением по углу А .

Для аппаратуры многих движущихся объектов (самолет, ракета,

корабль, ИСЗ, автомашина) размер антенн ограничен. Так, максимальный диаметр антенн на самолете порядка 1м (кроме самолетов радиолокационного

дозора, например "Авакс").

Для стационарных наземных РЛС также можно выбрать размер апертуры или, задав длину волны (из условий допустимого поглощения

энергии 2…4 дБ), определить размер апертуры как

Например, λ = 0,2 м; θA = 1,57 рад; LA 0,2*57/1 = 11,4 м.

Коэффициент усиления антенны

Одним из основных параметров антенны является коэффициент усиления антенны

20