2 Разработка структурной схемы рлс

Рисунок 2.1 – Структурная схема высотомера

Назначение элементов:

Генератор импульсов – задает длительность импульсов;

Генератор СВЧ– генерирует несущие колебания;

Аттенюатор – служит для ослабления сигнала;

Смеситель – выделяет разносную частоту между передаваемым и принятым колебанием;

ФНЧ (фильтр нижних частот) –  выделяет разносную частоту;

Частотомер – измеряет разносную частоту между передаваемым и принятым колебанием;

Приемник – осуществляет усиление принятого колебания до необходимого уровня.

3 Выбор и расчет основных технических параметров

Рассчитаем основные технические параметры высотомера малых высот исходя из следующих значений:

- максимальная дальность действия РЛС:;

- эффективная площадь вторичного излучения цели: ;

- разрешающая способность: .

Так же для расчетов нам понадобиться частота передатчика. Выберем ее из «Плана использования радиочастотного ресурса Украины» согласно Закону Украины "О радиочастотном ресурсе Украины" [7]. Частота передатчика будет равняться: .

Теперь можно приступить к расчету [8].

В первую очередь рассчитаем длину волны по формуле:

, (3.1)

где с – скорость света ();

- частота;

.

Поскольку в устройстве задана эффективная площадь рассеяния цели (земной поверхности) то можно оценить ширину диаграммы направленности антенны. При этом учтем, что эффективно отражает эту радиоволну та часть поверхности, которая попадает в главный лепесток диаграммы направленности.

Рисунок 3.1 – Треугольники для определения угла диаграммы направленности.

Определим угол диаграммы направленности, применив теорему Пифагора (рис.3.1). Пусть а – гипотенуза; ,- катеты.

Рассчитаем радиус цели () через эффективную площадь вторичного излучения цели:

; (3.2)

.

Зная значения катетов, можно определить гипотенузу:

; (3.3)

.

Синус угла (), равен отношению противолежащего катета к гипотенузе:

; (3.4)

;

.

Для уменьшения габаритов антенны, мы расширим угол диаграммы направленности до .

Определим дальность действия в свободном пространстве с учетом потерь при распространении радиоволн. Но при длине волны равной 14см, в соответствии с таблицей потери можно считать равными нулю. Поэтому можем принять что:

.

Потенциальную разделительную способность вычислим по формуле:

; (3.5)

.

Рассчитаем размер антенны при условии использования в качестве излучающей антенны- рупорную антенну размеры которой можно задать так ширина =0.3 м, высота-0.15 м.

Тогда для расчета геометрической площади антенны используем следующий расчет:

; (3.6)

.

Зная размер антенны, рассчитаем ее коэффициент усиления:

; (3.7)

.

Где -- КИП антенны (коэффициент использования поверхности рупора)

Эффективную площадь определим из соотношения:

; (3.8)

.

Коэффициент направленного действия при условии,равняется

, (3.9)

где ;

.

Найдя коэффициент направленного действия, рассчитаем коэффициент усиленияпо формуле:

, (3.10)

где - коэффициент затухания в фидере;

.

Рассчитаем мощность передатчика:

, (3.11)

где - мощность принятого сигнала.

Определим мощность принятого сигнала по формуле:

, (3.12)

где - входное напряжение;

- сопротивление.

Зададим параметры: ,. Рассчитаем мощность принятого сигнала (3.12):

.

Найдя все необходимые значения можно определить мощность передатчика (3.11):

.

Поскольку заданная диаграмма направленности очень широкая, мы рассчитаем эффективную площадь вторичного излучения цели:

, (3.13)

где можно вывести из формулы (3.4).

Учитывая что ,.

.

Пересчитаем мощность передатчика (3.11):

.

Для определения периода зондирования (времени запаздывания несущей частоты), зададимся разрешением по частоте (рис.3.2), и требуемым разрешением по частоте.

Рисунок 3.2 – График зависимости частоты от времени.

Получились два подобных треугольника, из них составим пропорцию и определим период запаздывания:

,

где ;

; (3.14)

.

, (3.15)