Добавил:

Starry_sky Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Московский технический университет связи и информатики

Предмет:

Радиотехнические системы

Файл:

Metoda_KP_RTS_2022-2-12

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

06.05.2026

Размер:

1.18 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 63 4 5 6 > Следующая >>>

G		4		S		,	(20)
	A		2		A
				A

где SA – эффективная площадь антенны;

ηA – КПД антенны, ηA = 0,9.

В самом простом случае, геометрию антенны можно принять прямоугольной плоскостью или в частном случае – квадратной. Тогда,

площадь вычислить наиболее простым методом:

G			4		a b		,
	A			2		A


где a и b – ширина и длина антенны, которые должны быть кратны λ.
Игольчатый луч РТС		формируется антенной типа параболоида или

плоской ФАР. Плоский луч формируется антенной, размеры зеркала которой в горизонтальной плоскости много больше, чем в вертикальной. Например,

диаграмма направленности антенны, имеющая вид «косеканс квадрат»,

наиболее эффективна с точки зрения распределения энергии в пространстве

(энергия излучения больше на больших дальностях)

Co sec

(21)

Co sec

min

Длина апертуры такой антенны в вертикальной плоскости LВ ≈ 0,2 LГ.

Для антенны с косеканс-квадратной ДН для наземных РЛС

(22)

CSC

ctg

min

max

где GВ – коэффициент усиления веерной антенны.

Ширина диаграммы направленности такой антенны

, ( рад) .

(23)

L cos

Для линейной K–элементной антенной решетки с d = λ/2 (эквидистантная)

A			2	.

			K cos		(24)
			K cos		(24)
	K	2 cos

4 Выбор и расчет основных параметров зоны обзора

Определение времени облучения цели и числа импульсов в пачке

При круговом (секторном) обзоре пространства плоским лучом время

облучения

t		Т
t		Г	ОБЗ	,	(25)
		Г	ОБЗ
	ОБЛ
			Г
			Г
где θГ – ширина ДН в горизонтальной плоскости;
TОБЗ – период обзора сектора г			или время одного оборота антенны при
круговом обзоре.
Зона обзора представляет собой часть шарового пояса					или полный

шаровой пояс, число положений луча при сканировании вычисляется по формуле:

nЛ max max min

Например, θГ = 3°; ψГ = 360º, скорость вращения – nA = 6 об/мин. Тогда один оборот за 10 с и tОБЛ =1/12 с.

Число импульсов в пачке

Число импульсов нужно для расчета энергетики РЛС и

рассчитывается по формуле									(26)
N t			/ Т		П .
	ОБЛ				П .
Например: при ТП = 10 -3 с = 1 мс и tОБЛ = 0,012 с N=1/12*10-3 = 88 имп.
Также, число импульсов в пачке можно рассчитать по другой формуле, в
которой учитывается nЛ число положений лучей в зоне обзоры:
		N			T			F
		N				ОБЗ			П
						ОБЗ			П
						n	Л
							Л
Для РЛС с игольчатым лучом и растровым обзором сектора
пространства
	Т
tОБЛ		ОБЗ					,		(27)
tОБЛ				K	ПЕР		,		(27)
					ПЕР

где КПЕР – коэффициент перекрытия соседних лучей при обзоре для предотвращения пропуска цели, КПЕР ≈1,5.

Например, Т0БЗ = 5 с; = = 2°; = = 60°; θα = θβ = 2°; ψα = ψβ =60º. t ОБЛ= 5*2* 2/60*60* 1,5 = 1/270 = 0,004 с;

N tОБЛ / ТП = 4*10-3/10-3 = 4 имп.

П р и м е ч а н и е . При последовательном режиме обнаружения tОБЛ Var и NVar ,

что обеспечивает уменьшение периода обзора в два раза и более или дает выигрыш в вероятности РОБН.

5 Выбор и расчет основных параметров радиоприемного устройства

радиотехнической системы

Выбор полосы пропускания линейной части приемника (до детектора)

Важнейшим параметром приемного устройства в радиотехнической

(радиолокационной) системе является полоса пропускания радиоприемного устройства. Данный параметр должен быть согласован с диапазоном частот и полосой частот занимаемой сигналом. От данного параметра зависит качество принимаемой смеси сигнала и шума, точность определения параметров и координат объекта, энергетические соотношения и характеристики системы.

F	F F		F	2 F	,	(28)
ПР	c	ПЕР	ПР	ДОП		(28)

где δFДОП – величина доплеровского сдвига частоты;

Fс – эффективная ширина спектра;

δFПЕР, δFПР – величины нестабильностей передатчика и приемника соответственно.

Для радиоимпульса с прямоугольной огибающей при

квазисогласованной фильтрации одиночного импульса многокаскадным резонансным УПЧ (потери порядка 0,6 дБ), произведение полосы (на уровне

0,707) на длительность сигнала Fcτc ≈ 0,672; отсюда	Fc ≈ 0,672/τc ,
FУПЧ – полоса УПЧ (литейного тракта приемника)	FУПЧ = Fc.

Для ЛЧМ-сигнала оптимальная полоса Fc

FДЕВ .

Полосу линейного тракта нужно расширить с учетом нестабильностей передатчика и гетеродина приемника и доплеровского сдвига частоты сигнала.

Для современных синтезаторов частоты РТС относительная нестабильность составляет не больше 10-7. Поэтому величины нестабильностей частоты у

когерентных РЛС составляют малую часть полосы

Fc: доли процента, причем

или

(29)

ПЕР

ПР

ПЕР

ПР

Для РЛС

магнетронным

передатчиком

(например,

морские РТС

навигации) нестабильность передатчика гораздо больше – δF/fC =10-5

Для уменьшения влияния нестабильности и потерь за счет расширения полосы по сравнению с оптимальной используют АПЧ гетеродина по принимаемому сигналу.

Тогда

F	F	F			1
F	F
ПЕР	ПР	f		К
		f	c	К	АПЧ	,
						,

где КАПЧ – коэффициент АПЧ, равный 10...50.

(30)

6 Расчет параметров радиоприемного устройства с учетом влияния среды

распространения

Методика расчета отношения сигнал/шум на один импульс различна при когерентном и некогерентном накоплении.

2. В случае когерентного накопления отношение сигнал/шум на один импульс рассчитывают с помощью таблиц интеграла вероятности [10] как для одиночного сигнала. В результате получаем EN/N0 , где EN – энергия пачки

N
EN E1n	NE1 .
n 0

Тогда требуемое отношение на один импульс

(31)

2E		2E	N	N
	1

N	0	N		0

Величина требуемого порога

(32)

q	2E	N
q	1		0
	1		0

Тогда определим

(33)

q	2	2E	N	0 .	(34)
	N
		N
Затем определяем
	q12 qN2		N .		(35)

В случае некогерентного накопления требуемое отношение сигнал-шум на один импульс рассчитывают, исхода из формулы

q				lg N P
q	2			ЛТР

1	N			,
	N	lg 1 Р
			ОБН

где α,β,γ – коэффициенты; α и β определяются типом флюктуаций амплитуд сигнала,

типа накопителя: идеальный (цифровой) – γ = 1, рециркулятор – ЭЛТ – γ = 1/2.

Значения коэффициентов приведены в таблице 1.

(36)

зависит от

= 2/3, на

Характер флюктуаций

Медленные Релеевские

Быстрые Релеевские

Быстрые X 2

Медленные X 2

Нефлуктурирующая цель

Таблица 1 Значения коэффициентов для расчета отношение сигнал/шум

			α						β
2			2	e N /3
	1								1
	1								1
3			3
							1	e
			1							N /3
			1

							1		2	e
			1								N /3
			1						3
									3
3		1	2	e		N /3		2/3
		1	3	e				2/3
4			3
1 2e					N /3			1/6
1 2e								1/6

Расчет мощности шумов и величины порогового сигнала.

Для расчета требуемой мощности передатчика РЛС необходима

величина мощности порогового сигнала Pc min, связанная с мощностью шумов

P c min = q12 Pш (Вт),	(37)
где q12 – отношение сигнал-шум по мощности;
Pш – мощность шумов, в случае тепловых шумов
Pш=kTFпрTШ.	(38)
Данное соотношение позволяет рассчитать мощность шумов при
использовании оборудования РТС в нормальных условиях работы или
Pш=kTFпр [ TA/T + Ш – 1],	(39)
где k – постоянная Больцмана, k 1,38 10-23 (Втс/град K).;

TA– шумовая температура антенны;

Т – шумовая температура РПрУ в градусах Кельвина,

Fпр – полоса приемника;

Ш – коэффициент шума приемника, выбираемый исходя из заданного типа усилителя высокой частоты и преобразователя РПрУ.

(данное соотношение применяется для расчета мощность шумов при применении антенного оборудования и оборудования генерации и обработки сигнала РТС в разных климатических условиях).

В случае внешней	шумовой широкополосной помехи с мощностью
РПОМ, со спектральной плотностью
NШ	N0 и PПОМ .	РПР ,
	РШ NШ FПР ,	(40)
	РШ NШ FПР ,

Отношение энергии одиночного импульса к спектральной плотности шумов выражается через отношение мощностей

2Ec1	2Pс с FПР	Pс	2 F .

N0	PШ		с ПР
		PШ

Учитывая, что FПР ≈ FC , имеем

2E		P	2		P	Б ,
	c1	с		с FПР	с
N		P			P
	0
		Ш			Ш

где Б – база сигнала.

При Б = 1

2E		P	q1 .
	c1	с	2
N	0	P
	0	Ш

(41)

(42)

(43)

В случае применения сложного сигнала

Pс min	2E	N	0
	c1		0	.	(44)
PШ	Б			.	(44)
PШ	Б

Вычислив РШ по формуле 38 и зная величину базы сигнала и требуемую величину 2Ec1/N0, определяют необходимую мощность порогового сигнала.

Выбор и расчет требуемой мощности радиопередающего устройства

Расчет максимальной требуемой импульсной мощности передатчика РТС производят на основе уравнения дальности радиолокации. Без учета влияния Земли (высота объектов достаточна)

где q2 – Lа –

			P			G
R	4					2	2
R	4			ПЕР		A
				ПЕР		A
max		4	3	2	kT ШF			L
		4		q	kT ШF			L
				1		0	ПР	атм
kT0 ШFПР – мощность шумов;
требуемое отношение сигнал/шум;
суммарный коэффициент потерь.

(45)

Расчет максимальной требуемой импульсной мощности передатчика РТС с пачечным сигналом производят на основе уравнения дальности радиолокации. Без учета влияния Земли (высота объектов достаточна)

	4	P	G2	2
Rmax		ПЕР	A		(46)
		4 3 q2 kT ШF L .
		N	0	ПР атм

Для оценочных расчетов дальности действия вводят усредненный коэффициент потерь в атмосфере Lатм, показывающий во сколько раз

мощность принимаемого сигнала уменьшается за счет ослабления в атмосфере. Этот коэффициент включается в общий коэффициент потерь на обработку сигнала

п		k
п		k
L		L
		k 1

где Lk – коэффициенты, учитывающие потери:

в атмосфере;

при обзоре, в сверхвысоком частотном (СВЧ) тракте;

за счет рассогласованной обработки;

при детектировании и накоплении сигнала.

Общий коэффициент потерь составляет

10lg Lп 10 15дБ .

Значение усредненного коэффициента потерь в атмосфере Lатм кроме потерь на обработку сигнала Lп содержит потери на распространение сигнала в атмосфере L0, зависящее от частоты, значение которого лежит в пределах 40-

70 дБ.

Как указывалось в разделе 1, дальность в радиолокации измеряется путём прямой или косвенной оценки задержки радиосигнала от цели.

При импульсном методе производится прямое измерение задержки сигнала τц, отраженного от цели относительно момента излучения зондирующего сигнала радиоволн. С учетом скорости распространения радиоволн дальность равна

ˆ	с ˆ
ˆ	ц
R		.
ц	2	.
	2

Дальность до цели оценивается оператором РЛС по

подсчёта импульсов меток между пусковым и импульсом цели

(47)

экрану путём

R L R			,		(48)
ц
где L – оценка числа счетных импульсов.
Условие однозначного измерения дальности имеет вид
Tпр 3max		2Rmax		.	(49)

			с
В РЛС с малой скважностью (Q = 2 - 10) дальность измеряется
неоднозначно. В этом случае	для устранения неоднозначности				может

применяться переменный период повторения.

Минимальная измеряемая дальность при импульсном методе определяется длительностью зондирующего импульса (пока передатчик излучает, приёмник отключён)

R	c	c
R

min	2
	2

t	восст

(50)

где tвосст – время восстановления цепей, обычно	t	восст

РЛС обнаружения с учетом влияния поверхности

0,1	с .

раздела (Земли)

		P			G
R	4					2	2
R	4	ПЕР				A
		ПЕР				A
max		4	3		2	kT ШF			L
		4		q		kT ШF			L
							0	ПР	атм

(51)

где Ф(β) – интерференционный множитель;

	sin	2 H sin
	sin	A
		A

где HА – высота антенны; β – угол места.

Для низколетящей цели (над морем)

(52)

4 P

ПЕР

(53)

max

ПР min атм

где НА, НЦ – высоты антенны и цели.

Максимальная дальность над Землей должна быть меньше дальности

радиогоризонта рг

4,1

м .

(54)

РГ

Например, НА = 9 м; НЦ = 121 м; рг = 57,4 км.

7 Выбор и расчет основных параметров зондирующих сигналов

В радиолокационных системах применяются зондирующие радиосигналы с различной формой и видом модуляции. Сигналы делятся на непрерывные и дискретные, а также на простые с базой равной 1 и сложные с базой много больше 1.

Б с F 1,	(55)
Базой сигнала называется произведение ширины спектра на его
длительность. К простым сигналам можно отнести	одиночные

немодулированные радиоимпульсы, некогерентные и когерентные последовательности импульсов. К сложным относятся сигналы с внутриимпульсной модуляцией: импульсы с линейной частотной модуляцией,

с нелинейной ЧМ, дискретные частотные сигналы и фазоманипулированные сигналы на основе кодовых последовательностей (М-последовательности и другие), причем число фаз может быть m = 2 – бифазные сигналы и m > 2 –

многофазные.

Сложные сигналы в радиолокации необходимо применять только в случае, когда имеется противоречие между требованием высокой разрешающей способности по дальности и ограниченной пиковой мощностью.

Для улучшения разрешения у простых сигналов надо укорачивать длительность, а чтобы обеспечить требование по максимальной дальности необходимо увеличить пиковую мощность, которая, как правило, ограничена.

Сложные сигналы обеспечивают требуемую энергетику при высокой разрешающей способности по дальности.

В таблице 2 представлены математические модели основных типовых сигналов, применяемых в радиотехнических системах, а в частности в радиолокационных системах. Применение в РЛС этих сигналов повышает эффективность системы, эффективность обнаружения объектов и определение их координат.

Таблица 2 Модели зондирующих сигналов

№	Название	Модель сигнала
	сигнала
1	Пачка		N 1	t n
	радиоимпульсов	s t Un f t ц n Tп cos c д		t n
			n 0
		где N – число импульсов в пачке;
		Tп	– период повторения;
		Un	– амплитуда n-го импульса;
					2R
		ц	– задержка сигнала на распространение	ц	ц	;
		ц	– задержка сигнала на распространение	ц	С	;
					С
		с	– несущая частота сигнала;
		д	– доплеровский сдвиг частоты, равный д 2 Fд ;
		n	– начальная фаза n-го импульса;

№Название

сигнала

2 ФМ сигнал

3ЧМ сигнал

4ЛЧМ импульс

5Сложный ФМ сигнал

6Многочастотный

сигнал

Модель сигнала
f t – функция, определяющая моменты появления
импульсов
1	при	nT t n T		и .
f t nTп		п	п	и .
0	при	других t

S t

t n

cos 2 f

, при

0 t Tc ,

где

– длительность элемента;

N 0

– длительность сигнала;

N – число элементов последовательности

t n

1, при n

t n 1

– стробирующая

при других

функция;

– код фаз.

дев

cos

при 0 t Tc

где Fдев – частота девиации;

Тм – период модуляции.

S(t) U

cos

дев

, при

0 t T

Тс

c ,

где Uc – амплитуда сигнала;

0 – начальная частота;

Fдев – девиация частоты;

Тс – длительность сигнала.

S t

N 1

t n

cos 2 f

n 0

где

– длительность элемента;

N 0

– длительность сигнала;

N – число элементов последовательности;

t n

1, при n

t n 1

– стробирующая

при других t

функция;

an – код фаз.

S t U t

N 1

t nT

cos 2 f

n 0

где U(t) – огибающая импульсов;

1 при nT

t n 1 T

f t nTп

;

0 в другие моменты t

Тп – период повторения;

fn – сдвиг частоты n-го импульса; ψn – начальная фаза n-го импульса.

<<< < Предыдущая 1 23 / 63 4 5 6 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Радиотехнические системы

#
06.05.20261.18 Mб0Metoda_KP_RTS_2022-2-12.pdf
#
06.05.2026440.15 Кб0Курсовой проект.docx