курсач_2var

Содержание.
1. Цель и задачи курсовой работы ……………………………………… 3
2. Исходные данные …………………………………………………………4
3. Выбор длины волны……………………………………………………… 6
4. Обоснование вида зондирующего сигнала ………………………… 9
5. Выбор поляризации зондирующего сигнала………………………… 11
6. Выбор способа обзора пространства ……………………………… 12
7. Выводы…………………………………………………………………… 13
8. Список использованной литературы ……………………………… 16
2
1.Цель работы: на основании заданных технических характеристик
осуществить:
1. Выбор длины волны при различных условиях наблюдения;
2. Выбор вида зондирующего сигнала при решении задач
обнаружения;
3. Научиться выбирать поляризационную структуру зондирующего
сигнала и вид обзора пространства.
Задачи курсовой работы:
Задача 1. Выбор длины волны.
На основе анализа разрешающей способности РЛС по
измеряемым координатам, защищенности от помех, дальнгости
действия, назначения и мобильности, выбрать диапазон длины волны
(миллиметровый, сантиметровый, дециметровый, метровый) и
конкретное значение длины волны.
Задача 2. Обоснование вида зондирующего сигнала.
На основании анализа, назначения и основных требуемых ТТХ
РЛС необходимо выбрать тип зондирующего сигнала и его периоды
повторения с учетом необходимости устранения «слепых» скоростей
и дальностей , неоднозначности измерения скорости и дальности.
Задача 3. Выбор поляризации зондирующего сигнала.
На основании анализа вида активных и пассивных помех выбрать
вид поляризации зондирующего сигнала.
Задача 4. Выбор способа обзора пространства.
Используя данные о характеристиках РЛС и ее назначении
выбрать способы обзора пространства по азимуту, углу места,
дальности и скорости.
3
2. Исходные данные для выполнения работы
Тактико-технические характеристики 3-ех координатной РЛС:
1. ròð  120êì , - требуемая максимальная дальность обнаружения;
2. Lax  4.7 ì - максимальный размер размаха антенны в горизонтальной плоскости;
3. Lay  4.7 ì - максимальный размер размаха антенны в вертикальной плоскости;
4. Весовая пространственная обработка: да;
5. Q x0  3град - разрешающая способность по азимуту;
6. Qy0  3ãðàä- разрешающая способность по углу места;
7. r  500 ì - разрешающая способность по дальности;
8.
f
f пр
 5 - ошибка в настройке АЧХ основного и дополнительного каналов
радиоприемного устройства РЛС;
9. ha  4.5 ì - высота подъема антенны РЛС;
10. H öìèí  150 ì - минимальная высота обнаружения цели;
11. Диапазон высот обнаруживаемых целей: всевысотная;
12. Òîáç  8ñ - период обзора;
0
 360 град - сектор обзора по азимуту;
13. Qобзx
0
14. Qîáçy
 26ãðàä - сектор обзора по углу места;
15. Ê ø  6 - коэффициент шума приемника;
16. Q м и  30 - максимальное угловое направление, прихода АШП от нормали антенны;
17. Dтр  0.5 - требуемая вероятность правильного обнаружения;
18. mòð  1 - наиболее вероятное число ложных тревог за обзор;
19. rодн  150км - интервал однозначного измерения дальности до цели;
20. Pcp max  6êÂò - максимальная средняя мощность излучения передатчика;
21. Po max  300êÂò - максимальная пиковая мощность излучения передатчика;
22.  áîê  30äÁ - уровень боковых лепестков ДНА приемной и передающей антенн;
23. К апот  10дБ - коэффициент аппаратурных потерь;
24. Lп  4 - число частот повторения.
4
Характеристики цели:
1.  â  2ì 2 - эффективная площадь рассеивания цели;
2.  ñ  30 ìñ - время корреляции флуктуации ОС.
Характеристики мешающих излучений:
1. Làïõ , Làïó  0.8 ì - размер антенны постановщика АШП в горизонтальной и вертикальной
плоскостях соответственно;
2. rïï  250êì - дальность до постановщика активно-шумовых помех;
3. N àðïó  7 Âò / ÌÃö - спектральная плотность мощности на выходе радиопередающего
устройства постановщика АШП.
Характеристики мешающих отражений:
1.  в  0.5 м / с - среднеквадратическое значение скорости ветра;
2.  ï  10 ìñ - время корреляции флуктуации мешающих отражений;
3.  v  10 9 ì 2 / ì 3 - удельная плотность объемно распределенных МО;
4. Удельной плотности поверхностно распределенных МО (  S ): нет;
5. rдожд  10км - протяженность области осадков на трассе РАС – цель;
Размеры области мешающих отражателей (МО):
6. X мо , Yмо , Z мо  5км
5
3. Выбор длины волны
Определение максимального значения длины волны
max
 3
 4.7
Qmax  La max

 180
 0.123 ì
2
2
 - длина волны зондирующего сигнала.
Qmax - максимально допустимая по тактико техническим требованиям
ширина диаграммы направленности антенны.
La max - максимально допустимые по тактико техническим требованиям
размеры антенны.
Определение минимального значения длины волны
Минимальное допустимое значение длины волны определим из условия:
ширина зубца спектра мешающих отражений должна быть значительно
меньше частоты повторения.
Тогда длина волны вычисляется по формуле:
min 
Tí 
5 e
;
1
1
0.25FÏ  
Tí 2 ï
2  ròð
c

2  120  10 3
 8  10 4 c
8
3  10
- период повторения;
с  3  108 м / с - скорость света;
Fï 
1
1

 1250
Òí 8 10 4
- частота повторений;
6
mQX 
QобзХ 360

 120 - число просматриваемых элементов по азимуту;
QX
3
mQY 
QîáçY 26

 8.7 - число просматриваемых элементов по углу места;
QY
3
Òi 
min 
Tîáç
8

 0.92
mQy 8.7
5 e
5  0,5

 8  10 3 ì
1
1
1
1
0.25FÏ  
0,25  1250 

Tí 2 ï
0.92 2  10
Среднее (оптимальное) значение длины волны (упрощенная методика):
 
min  max
2

0.123  0.008
 0.0655 ì
2
Полная методика определения длины волны
В качестве критерия выберем минимум величины коэффициента:
2
 r   r 
К ос ( )   обн    обн  2
 rм кц   rтр 
 - дальность обнаружения маловысотной цели без учета множителя
где rобн
земли;
r ' ' обн - дальность обнаружения цели на средних и больших высотах без учета
ослабления сигнала в атмосфере;
rтр - требуемая дальность обнаружения цели на средних и больших высотах с
учетом затухания электромагнитной волны в атмосфере.
7
  rпв  2 R з ( H ц  hа ) - дальность обнаружения маловысотной цели без
rобн
учета множителя земли и дальность прямой видимости;
  2  6400  1000 ( 150  4.5 )  51407 м
rобн
  rтр  10
rобн
5105  K r rтр
- дальность обнаружения цели на средних и
больших высотах без учета ослабления сигнала в атмосфере;
Kr  4,96 103 - коэффициент ослабления;
5
  120 10510
rобн
rм кц
4.96103110
 120016 м
(rпв4  2 prпв2 )  rпв3  rпв2  4 p

- дальность обнаружения маловысотных
2p
целей с учетом интерференции прямого и отраженного от земной
поверхности луча;
p
4    ha  H Ц
 - параметр влияния;
 rобн

p  5.335  1010 м 2
rм кц  46003.8 м
K ос ( ) 
2p
(r  2 p)  rпв  r  4 p
2
пв
2
пв
 10
0 , 0001K r rтр
;
Рассмотрим несколько различных значений коэффициента K ос ( ) и
выберем минимальный коэффициент. Оптимальная длина волны следует из
выражения:
опт  min 
max  min
I
 0.1
K ос ( ) min  1.519
Минимальному значению коэффициента Кос соответствует опт  0.00814 м
которое и выбирается в качестве оптимального значения длины.
8
4. Определение вида зондирующего сигнала в решении
задач обнаружения и измерения координат целей
Тип зондирующего сигнала определяется назначением и требуемыми
характеристиками РЛС, такими как:
- требования по помехозащищенности от мешающих отражателей,
создаваемых подстилающей поверхностью, облаками дипольных
отражателей или гидрометеоров, а также от активных шумовых помех;
- вид и параметры зоны обзора, а также время обзора, которые в
совокупности определяют время наблюдения Tí цели в элементе разрешения;
- характеристики обнаружения и ошибки измерения координат цели,
которые зависят от обеспечиваемого в РЛС отношения сигнал/шум.
Характер и качество информации, доставляемой РЛС, зависит от структуры и
свойств зондирующего сигнала. В зависимости от назначения РЛС
зондирующий сигнал должен позволять реализовать:
1) энергию излучения, достаточную для обнаружения целей и оценки их
параметров;
2) требуемое разрешение целей и
3) достаточное подавление помех (нежелательных отраженных сигналов).
В соответствии с назначением и требуемыми характеристиками РЛС
можно разделить на две группы.
К первой группе относятся РЛС с высокой помехозащищенностью от
мешающих отражений. Такими РЛС являются РЛС обнаружения
низколетящих целей и РЛС точного измерения координат, которые входят
в состав ЭРК, предназначенных для поражения целей в условиях
интенсивных мешающих отражений как от подстилающей поверхности,
так и от облаков дипольных отражателей. Причем в таких РЛС не стоит
остро задача однозначного измерения дальности по бльшому количеству
целей в зоне обзора.
9
Ко второй группе относятся РЛС обнаружения целей на больших
дальностях с однозначным измерением дальности в многоцелевой
ситуации, когда одновременно в главном лепестке ДНА может находиться
несколько целей. В таких РЛС требования по помехозащищенности от
мешающих отражений стоят на втором месте по сравнению с РЛС первой
группы.
Методы борьбы со «слепыми » скоростями основаны либо на вобуляции
периода повторения, либо на использовании многочастотного сигнала с
изменяющейся длиной волны зондирующего сигнала.
Выберем в качестве зондирующего сигнала импульсный сигнал с
линейно-частотной модуляцией. Такой сигнал обеспечит достаточно
высокую разрешающую способность по дальности, подавление случайных
импульсных помех. ЛЧМ сигналы хорошо зарекомендовали себя на практике
в качестве зондирующих сигналов.
Для устранения «слепых» скоростей применяется два и более
периодов повторения с их последовательным переключением.
 П1 
 П1 
2  rтр
с
- первый период;
2  120000
 8  10  4 сек
8
3  10
 П 2   П1     П1 
 П 2  8  10  4 

2  Vmax
- второй период повторений;
0.00814
 8.102  10  4 сек
2  400
 П 3  8.102  10  4 
0.00814
 8.204  10  4 сек
2  400
 П 4  8.204  10  4 
0.00814
 8.306  10  4 сек
2  400
10
5. Выбор вида поляризации сигнала
В зависимости от ориентации и характера движения вектора E в картинной
плоскости различают горизонтальную, вертикальную, круговую(правую,
левую), эллиптическую(правую, левую), хаотическую поляризацию
электронного сигнала.
Выбор поляризации осуществляется на основе следующих соображений:
- согласования поляризации ЗС с преимущественной ориентацией
отражающих элементов цели в интересах увеличения ЭПР цели  в  2м2 , для
этого подойдет круговая или эллиптическая поляризации;
- рассогласования (ортогонализации) поляризации ЗС с преимущественной
ориентацией мешающих отражателей для уменьшения удельной
эффективной площади рассеивания  v  10 9 м2 / м3 : для этого подойдет
горизонтальная или вертикальная поляризации;
- развязка передающей и приемной антенн для уменьшения мощности ЗС,
проникающего в приёмник РЛС (особенно актуально в случае нахождения
цели и источника МИ на одном угловом направлении), что обеспечивается
применением на одной горизонтальной, а на другой вертикальной
поляризации;
- распознавание класса цели и определение ее ориентации в картинной
плоскости, что лучшим образом обеспечивается применением хаотической
поляризацией.
Немаловажное значение имеет цена и сложность оборудования, а также
объем аппаратуры. В нашем случае требуется мобильная РЛС с легким
весом, а также не большой стоимости, поэтому необходимо применить
горизонтальную или вертикальную поляризации.
11
6. Выбор способа обзора пространства по угловым
координатам, дальности и радиальной скорости
Способ обзора по угловым координатам определяется, в основном,
требуемым временем наблюдения, а также:
- зоной обзора (действия) РЛС;
- типом используемого в РЛС зондирующего сигнала, который определяет
способ обработки принятого сигнала;
- требуемыми вероятностями правильного обнаружения и ложных тревог;
- требованиями к сложности и объёму аппаратуры;
Время наблюдения выбирается исходя из требований к:
- дальности действия РЛС;
- защищенности от пассивных помех;
- защищенности от активных помех;
- разрешающей способности по скорости.
Одновременный обзор по углу места может быть реализован следующими
методами:
- методом физически реализованной многолучевой диаграммы
направленности;
- методами частотного сканирования;
- методом преобразования Фурье по пространству от сигналов, принятых
элементами ФАР.
Дальность действия без внешних помех определяется формулой:
rmax
P0  GРПУ G РПрУ 2   Ц T0
TКН
4
 
3
(4 )  p( D, F )  N 0 TП mX  mY
Итак, после выполнения подсчетов получаем: rmax  151км
Одновременный обзор по углу места является более предпочтительным с
точки зрения повышения эффективности РЛС. Однако такой обзор требует
значительного усложнения аппаратуры РЛС, а значит и ее стоимости.
Поэтому для станции боевого режима целесообразно, не смотря на высокую
12
стоимость, выбирать одновременный обзор по углу места, а для станции
дежурного режима, которые должны быть дешевые, целесообразно выбирать
последовательный обзор.
7. ВЫВОДЫ
Выбраны следующие характеристики 3-х координатной РЛС:
1) длина волны λ=0,0655 м;
2) частота повторения импульсов Fп=1250 Гц;
3) круговая поляризация зондирующего сигнала, так как при этом
минимизируется уровень помех;
4) способ обзора пространства:
а) моноимпульсный по угловым координатам (одновременный обзор
по азимуту и углу места). Для данной РЛС скорость обзора
оправдывает затраты на аппаратуру;
б) импульсный метод измерения дальности;
в) разрешение по радиальной скорости обеспечиваем трехпериодной
схемой изменения межимпульсных интервалов.
Наиболее
предпочтительным
является
многоканальный
(моноимпульсный) метод измерения угловых координат. Переход к
многоканальным методам обусловлен стремлением увеличить точность
обнаружения на средних и больших дальностях. При этом для измерения
каждой угловой координаты используются 2 самостоятельных канала.
Преимущество данного метода заключается в том, что изменение
интенсивности принимаемых сигналов от импульса к импульсу или
«мерцания» сигнала не влияют на пеленгационные характеристики антенны,
как это имеет место в системах с последовательным сопровождением.
В связи с использованием двойного волнового тракта удаётся получить
суммарную и разностную диаграмму направленности, соответствующую
сумме и разности первичных лучей. Антенная система вращается в
азимутальной плоскости, в то время как по углу места производится
электрическое сканирование пространства лучом парциальных диаграмм
(каналов).
Суммарная диаграмма определяет амплитуду сигнала (отклонение от
равносигнального направления), а также разностную величину и знак
углового рассогласования. Для определения отношения амплитуд каналов
введём фазовращатель на 90º.
Для сопровождения цели по двум угловым координатам достаточно
иметь 4 отдельных облучателя приёмной антенны.
Стоит отметить, что двухканальные системы пеленгации по сравнению
с одноканальными при одинаковых относительных размерах раскрыва
антенны имеют практически идентичные по величине ошибки, вызванные
действием шумов.
13
В итоге мы имеем моноимпульсную РЛС с амплитудным сравнением с
одновременным обзором по азимуту и углу места и электрогидравлическим
вращением в азимутальной плоскости и электрическим сканированием в
вертикальной.
В современных радиолокаторах используются антенны направленного
действия, что способствует увеличению дальности обнаружения и
повышению точности измерения угловых координат.
Различают одновременный, последовательный и смешанный обзор.
При одновременном обзоре число лучей РЛС, перекрывающих зону обзора,
равно числу элементов разрешения по углам, что требует большого объёма
аппаратуры. Достоинством одновременного обзора является возможность
получения в течении одного периода данных обстановки для различных
угловых направлений.
Основным критерием для выбора обзора является минимизация
дисперсии оценки запаздывания. В итоге увеличение числа периодов
повторения ведёт к когерентному обнаружению с целью максимального
эффективного использования радиолокационной информации.
На практике РЛС с СДЦ, предназначенные для обнаружения целей на
больших дальностях при использовании длины волны менее 30 см, должны
работать в условиях неоднозначного определения доплеровской частоты по
«слепым» скоростям, если необходимо однозначное определение дальности.
Наличие «слепых» скоростей в диапазоне доплеровских частот значительно
ухудшает процесс обнаружения.
Критерии получения радиолокационной информации:
1) запаздывание по времени – дальность;
2) сдвиг частоты – радиальная скорость;
3) амплитуда – относительный размер цели.
Неоднозначность
определения
дальности
устраняется
при
использовании нескольких периодов повторения, что ведёт к некоторому
усложнению конструкции РЛС, увеличению времени обнаружения, то есть
скорость обзора пространства снижается.
Устранение появления «слепых» скоростей в нашем случае проведём с
помощью ввода линии задержки между импульсами, то есть применением
3-х периодной ИМИ, так как она является более предпочтительной по
сравнению с 2-х периодной схемой, которая имеет провалы отклика на 3 дБ
больше. При работе РЛС в условиях метеообразований (осадков)
целесообразно применять наряду с вышеописанным СДЦ с внешней
когерентностью для полного устранения неоднозначности по скорости.
Естественные пассивные помехи (гидрометеоры) могут существенно
повлиять на РЛС обнаружения целей, особенно на малых высотах.
Наибольшее распространение получили дипольные радиолокационные
отражатели, равные половине длины волны подаваемой РЛС.
Если гидрометеоры облучаются волнами с круговой поляризацией, то
они отражают электромагнитные колебания с круговой поляризацией, но с
обратным знаком направления вращения. Круговая поляризация может быть
14
получена в любой антенне с линейно-поляризованной волной, если в её
расправе разместить поляризационную решётку, состоящую из параллельных
пластин, наклонённых под углом 45º к плоскости поляризации облучающей
волны.
Стоит также отметить, что радиолокационная эффективная площадь
рассеяния цели вообще является функцией падающей на неё волны, так что
можно сказать, что цель обладает поляризационно-селективными
свойствами. Наиболее полную информацию о цели даёт именно
представление вектора напряжённости электрического поля в виде круга, так
как в общем случае очертания объекта неизвестны.
15
8. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Акимов П.С. Методические указания к лабораторным работам по курсу
«Проектирование радиолокационных устройств». М.: Издательство
«Советское радио», 1970.
2. Бакулев П.А. Измерение параметров радиолокационных и
радионавигационных систем. М.: Издательство «Советское радио»,
1990.
3. Коростечев Л.Л., Клюев Я.Ф., Мельник Ю.А. и др. Теоретические
основы радиолокации. Учебное пособие для вузов / Под ред. В.Ф.
Дулевича. 2-е изд., перераб. и доп. М.: «Советское радио», 1990.
4. Малашин М.С. Типовые расчёты характеристик радиолокационных и
радиовещательных систем. М.: Издательство «Советское радио», 1991.
5. Сколник М. Справочник по радиолокации. М.: Издательство
«Советское радио», 1979.
6. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. Учебник для вузов. 2-е
изд., перераб и доп. М.: Радио и связь, 1983.
7. Теоретические основы радиолокации. Учебное пособие для вузов / Под
ред. Я.Д. Ширмана. М.: Издательство «Советское радио», 1970.
16