Metoda_KP_RTS_2022-2-12

В курсовом проектировании студенту необходимо рассчитать основные параметры РЛС с применением простого сигнала. Затем выбрать для класса РЛС, указанного в задании на курсовую работу, сложный сигнал и с учетом типа сигнала рассчитать параметры РЛС. Для оценки параметров сложного сигнала и подтверждения возможности повышения, с помощью этого сложного сигнала, эффективности РЛС, необходимо рассчитать,

смоделировать и построить в известных программных средах (Matlab, MathCad и т.п.) функцию неопределенности сигнала и его эпюр напряжений

(осциллограмму).

8 Расчет дополнительного устройства

В курсовой работе предусмотрен пункт расчета дополнительного устройства РТС. Данный пункт необходим в курсовом проектировании для получения студентом знаний и навыков не только для проектирования радиотехнических систем в целом, но и для проектирования отдельных составных частей этой системы.

Таким образом, при выполнении курсового проектирования студент получает навык проектирования радиотехнических систем и углубляет знания о взаимосвязи основных характеристик системы и зависимости этих характеристик от параметров и характеристик ее составных частей. В

настоящем курсовом проекте в задании на проектирование включены дополнительные блоки для отдельного расчета, такие как устройства и фильтры СДЦ, формирователи сигналов, измерители дальности, углов,

скорости и другие устройства.

Расчет данных устройств сводится к определению основных параметров устройства для расчета, выявлению значений некоторых параметров устройств из задания на курсовое проектирование и расчету недостающих параметров устройства.

Для формирователей сигналов, например, необходимо рассчитать основные параметры генерирования сигнала на современной элементной базе с применением современной микропроцессорной техники.

31

Выбор и расчет основных параметров системы селекции движущихся целей (СДЦ)

Назначение устройств СДЦ и техническое задание на их проектирование. Устройства СДЦ предназначены для выделения сигналов целей на фоне пассивных помех. Принцип действия и характеристики устройств СДЦ описаны в [11].

Расчет состоит в оценке отношения мощности помехи на входе,

отношения сигнал/шум на входе, расчете коэффициентов подавления и улучшения, выборе типа и порядка фильтра СДЦ, а также скоростной характеристики и уточнения значений частоты повторения.

Устройства СДЦ могут реализоваться как в аналоговом виде (на приборах с зарядовой связью, ультразвуковых линиях задержки), так и в виде цифровых фильтров.

Устройства на ПЗС используют в случае требования малых массы и габаритов. Цифровые устройства СДЦ реализуют на жесткой логике или на микропроцессорах. Существенен вопрос выбора числа уровней квантования АЦП на входе цифровых устройств СДЦ.

Расчет параметров устройств СДЦ ведется в следующем порядке:

1. Отношение сигнал/помеха на входе приемника при помехе, возникающей за счет отражений от поверхности, а также за счет сужения диаграммы или уменьшения длительности импульса или длительности импульса сложного сигнала на выходе фильтра сжатия.

где φ – угол падения луча на поверхность (рисунок 3);

уд – удельная ЭПР поверхности (или разрешаемый объем в случае объемно-распределенной помехи).

32

S

Рисунок 3 – Поверхность, разрешаемая бортовой РЛС воздушного судна

2. Мощность пассивной помехи на входе приемника при максимальной дальности СДЦ

где усреднение производят по доплеровским сдвигам сигнала от цели.

Мощность помехи на входе системы СДЦ

где П – частота повторения.

Мощность помехи на выходе СДЦ

33

где 2 – дисперсия частоты помехи.

Подставив (64) в (61) и заменив пределы интегрирования на бесконечные, что не дает большой ошибки, учитывая равенство

Поделив (65) на (67), имеем коэффициент подавления УСДЦ-2

приближенной методике, исходя из заданных вероятностей правильного обнаружения и ложной тревоги [12]. Приближение заключается в том, что помеха на выходе устройства СДЦ считается белым шумом, не скомпенсированными остатками пренебрегаем. Тогда по заданным раньше

34

лтр, обн, числу импульсов в пачке и типу накопителя определяем отношение сигнал/шум на один импульс пачки на входе детектора огибающей,

соответствующее выходному отношению сигнал/помеха на выходе устройства СДЦ. Рассчитанное ранее отношение сигнал/помеха на входе РПрУ (56)

пересчитывается на вход устройства СДЦ с учетом потерь в отношении сигнал/помеха в тракте СВЧ и фильтре одиночного импульса (УПЧ),

составляющих примерно 2 дБ – 1,67 раз. Тогда требуемая величина коэффициента улучшения

Затем, задавшись квадратом коэффициента передачи СДЦ по сигналу K

(он близок к 1) порядка 0,9, оценивают требуемую величину коэффициента подавления помехи

Выбор порядка фильтра СДЦ и функциональной схемы устройства

Порядок системы СДЦ определяют порядком фильтра и выбирают,

исходя из требуемого коэффициента подавления помехи и коэффициента улучшения, а также параметров помехи. Чем выше порядок фильтра СДЦ, тем больше его коэффициент подавления и тем ближе его АЧХ к идеальному

“обеляющему” помеху фильтру [11]. На практике применяют фильтры второго - четвертого порядков.

Приближенно порядок фильтра можно оценить по требуемому коэффициенту подавления устройства СДЦ из таблицы 3.

Таблица 3. Типовые соотношения коэффициента подавления с порядком фильтра системы селекции движущихся целей

5. Примеры реализации фильтров СДЦ второго и третьего порядков содержатся в [13]. В случае реализации устройства в цифровом виде после фазового детектирования производится аналого-цифровое преобразование

(АЦП) смеси сигнала и помехи. Число разрядов АЦП выбирают из условия

35

где ]*[ – знак ближайшего целого.

Обычно = 10 − 12 плюс один знаковый разряд.

Расчет скоростной характеристики

Скоростная характеристика представляет собой зависимость

Слепые скорости соответствуют нулевым значениям коэффициента

Вид скоростной характеристики показан на рисунке 4 (кривая 1).

Рисунок 4 – Скоростная характеристика 1) до компенсации; 2) после увеличения частоты повторения

Слепые скорости должны быть вне диапазона возможных скоростей, т.е.

первая слепая скорость должна быть больше, чем максимальная скорость цели

VСЛ1 VЦ max . Для этого необходимо увеличить частоту повторения.

Как правило, увеличение частоты повторения приводит к неоднозначности измерения дальности, поэтому применяют изменение частоты повторения от периода к периоду.

Обычно достаточно использовать две частоты следования. При этом нули скоростной характеристики устраняются (см. рисунке 4) (кривая 2).

Расчет скоростных характеристик системы СДЦ представлен в [14].

Реализация режекторных фильтров

Простейший фильтр – компенсатор пассивной помехи, показанный на рисунке 5. Он состоит из линии задержки на период повторения и

36

вычитающего устройства (нерекурсивный фильтр первого порядка),

описываемый формулой

Рисунок 5 – Компенсатор помехи

Амплитудно-частотная характеристика компенсатора имеет вид (рисунок

6)

Рисунок 6 – АЧХ компенсатора

Если амплитуды на входе фильтра постоянны, что соответствует случаю неподвижной цели или пассивной помехи, то на выходе фильтра происходит вычитание помехи, то есть компенсация. Отсюда следует название устройства

– компенсатор.

Если же приходит последовательность импульсов от подвижной цели, то импульсы на выходе фазового детектора (ФД) будут промодулированы по амплитуде с частотой Доплера. Вследствие этого амплитуды импульсов через период повторения будут различными и компенсация не произойдёт.

Основными показателями эффективности систем селекции движущихся целей

(СДЦ) являются: коэффициент подавления kn , коэффициент улучшения I и

37

скоростная характеристика. Коэффициентом подавления пассивной помехи

называется отношение мощности помехи на выходе устройства СДЦ к мощности помехи на выходе

Удобно коэффициент подавления определять в децибелах

Коэффициент улучшения I учитывает прохождение через фильтр СДЦ

сигнала и помехи. Он равен отношению мощностей сигнал/помеха на выходе системы СДЦ к сигнал/помеха на входе

Таким образом, коэффициент улучшения определяется через коэффициент подавления и коэффициент передачи СДЦ по сигналу.

Коэффициент передачи по сигналу для различных величин доплеровского сдвига частоты принимаемого сигнала будет разным. Поэтому он усредняется по всему диапазону возможных доплеровских сдвигов. Скоростной характеристикой системы СДЦ называется зависимость коэффициента передачи системы СДЦ от скорости цели. Для импульсных РЛС характерно наличие "слепых" скоростей цели, при которых коэффициент передачи равен

0. Условие возникновения "слепых" скоростей

то есть доплеровский сдвиг кратен частоте повторения зондирующих импульсов.

Суть явления можно пояснить с помощью векторной диаграммы напряжений на фазовом детекторе (ФД), показанной на рисунке 7.

38

Рисунок 7 – Векторная диаграмма напряжений на ФД

Если цель неподвижна, то разность фаз опорного напряжения и напряжения сигнала через период повторения не меняется, (они сохраняют своё положение), т.е. сигнал подвижной цели будет таким же, как и от неподвижной. На слепых скоростях коэффициент передачи фильтра равен 0.

Со слепыми скоростями можно бороться выбором частоты повторение РЛС. Частота выбирается так, чтобы первая слепая скорость была вне диапазона скоростей цели. Однако, это не всегда возможно. Для ослабления влияния «слепых» скоростей используется изменение периода повторения РЛС

Многоканальный измеритель скорости

Структурная схема многоканального измерителя доплеровского сдвига

(радиальной скорости) показана на рисунке 8.

Такое устройство обработки является корреляционно-фильтровым.

Оценка частоты производится по номеру канала с максимальным выходным сигналом.

Рисунок 8 – Фильтровой измеритель скорости

На рисунке 8 обозначены: ФД – фазовый детектор, ДО – детектор огибающей, УВМ – устройство выбора максимума.

39

На рисунке 9 показана АЧХ «гребенки» доплеровских фильтров.

К(F) FФ

больше, что уменьшает вероятность пропуска сигнала из-за «провалов» на АЧХ соседних фильтров.

Многоканальный измеритель при М > 20 реализуется в виде вычислителя дискретное преобразование Фурье (ДПФ). Практически реализуется в виде быстрого преобразования Фурье (БПФ). При размере выборки N через t Tn ДПФ запишется как

Боковые пики подавляются с помощью весовой функции – умножения на коэффициенты ап (функции Тейлора, Хэмминга).

40