Расскажи друзьям!

Расчет некогерентной радиолокационной измерительной системы кругового обзора

Оглавление

Задание

Исходные данные (вариант № 16)

Расчет тактических показателей РЛС кругового обзора

1. Расчет максимальной дальности действия с учётом поглощения.

2. Расчет реальной разрешающей способности по дальности и азимуту.

3. Расчет реальной точности измерения дальности и азимута

Функциональная схема

Литература

Задание

1. Требуется рассчитать тактические показатели РЛС кругового обзора:

а) максимальную дальность с учётом поглощения;

б) реальную разрешающую способность по дальности и азимуту;

в) реальную точность измерения дальности и азимута.

2. Составить функциональную схему РЛС с кратким описанием процессов, протекающих в РЛС при её работе.

Исходные данные (вариант № 16)

1. Длина волны l, [см]............................................................................................................... 8

2. Импульсная мощность Ри, [кВт]........................................................................................... 700

3. Длительность импульсов tи, [мкс]....................................................................................... 2,8

4. Частота посылок импульсов Fи, [Гц]................................................................................... 700

5. Горизонтальный размер зеркала антенны dаг [м]............................................................... 7

6. Вертикальный размер зеркала антенны dав, [м].................................................................. 2,5

7. Период обзора Тобз, [с]........................................................................................................... 5

8. Коэффициент шума приёмника kш....................................................................................... 5

9. Вероятность правильного обнаружения Wпо....................................................................... 0,8

10. Вероятность ложной тревоги Wлт....................................................................................... 10-5

11. Диаметр экрана индикатора кругового обзора dэ, [мм].................................................... 400

12. Эффективная отражающая площадь цели Sэфо, [м2].......................................................... 30

13. Качество фокусировки Qф.................................................................................................... 400

14. Предельное значение шкалы дальности Dшк1, [км]............................................................ 50

Dшк2, [км]............................................................ 400

15. Измерительные метки дальности DD, [км]......................................................................... 15

16. Измерительные метки азимута Dj, [град].......................................................................... 4

Расчет тактических показателей РЛС кругового обзора

1. Расчет максимальной дальности действия с учётом поглощения.

Сначала рассчитывается максимальная дальность действия РЛС без учёта ослабления энергии радиоволн при распространении. Расчет проводится по формуле: (1)

Подсчитаем и установим величины, входящие в это выражение:

Eизл - энергия, излучаемая в одном импульсе,

Еизлиtи=7001032,810-6=1,96 Дж

Sа - эффективная площадь антенны,

Sа=dагdав=72,5=8,75 м2

Sэфо - эффективная отражающая площадь цели;

l - длина волны;

kр - коэффициент различимости (отношение энергий сигнал/шум на входе приемника, при котором обеспечивается прием сигналов с заданными Wпо и Wлт) kр=kр. т. , где

kр. т. - теоретический коэффициент различимости,

kр. т. =, q0 - параметр обнаружения, 101,2

N - количество импульсов, принимаемых от цели,

N=tоблFи , где tобл ,

Fи - частота посылок импульсов.

Qa0,5 - ширина диаграммы направленности антенны на уровне 0,5 по мощности, 0,74 град; - угловая скорость вращения антенны, = 72 град/с; Подставляя полученные значения, будем иметь: tобл= 0,01 с, N = 7 импульсов и kр. т. = 7,2.

Пусть =10, тогда kP=72.

Еш - энергия шумов, действующих при приёме.

Eш=kkшT, где

T - температура приемника в градусах Кельвина (примем T=300К) ;

k=1,3810-23 Дж/град постоянная Больцмана;

kш - коэффициент шума приемника.

Eш=kkшT =1,3810-235300=2,0710-20 Дж

Подставляя все полученные значения в (1) , находим 440,3 км

Теперь определим максимальную дальность действия РЛС с учетом поглощения энергии радиоволн.

, где (2)

dосл - коэффициент ослабления, а DD - ширина ослабляющего слоя.

Значение dосл находим по графикам. Для l=8 см dосл принимаем равным 0,01 дБ/км. Предположим, что ослабление происходит на всей дальности действия. При таком условии формула (2) принимает вид трансцендентного уравнения (3) Уравнение (3) решим графоаналитическим способом [1] для dосл = 0,01 дБ/км и Dмакс= 440,3 км рассчитываем Dмакс. осл= 309 км.

2. Расчет реальной разрешающей способности по дальности и азимуту.

Реальную разрешающую способность по дальности при использовании в качестве выходного устройства индикатора кругового обзора определим по формуле d(D) = d(D) пот+d(D) инд, где

d(D) пот потенциальная разрешающая способность по дальности. Для сигнала в виде некогерентной пачки прямоугольных импульсов 0,42 км.

d(D) инд - разрешающая способность индикатора по дальности вычисляется по формуле, где

Dшк - предельное значение шкалы дальности,

kэ= 0,4 - коэффициент использования экрана,

Qф - качество фокусировки трубки.

Для Dшк1=50 км d(D) инд1=0,31 км.

Для Dшк2=400 км d(D) инд2=2,50 км.

Реальная разрешающая способность по дальности:

для Dшк1=50 км d(D) 1=d(D) пот+d(D) инд1 =0,42+0,31=0,73 км;

для Dшк2=400 км d(D) 2=d(D) пот+d(D) инд2 =0,42+2,50=2,92 км.

Реальную разрешающую способность по азимуту рассчитаем по формуле:

d(jаз) =d(jаз) пот+d(jаз) инд , где

d(jаз) пот - потенциальная разрешающая способность по азимуту при аппроксимации диаграммы направленности гауссовой кривой;

d(jаз) пот =1,3Qa0,5=0,962 град d(jаз) инд - разрешающая способность индикатора по азимуту d(jаз) инд =dnMf, где

dn - диаметр пятна электронно-лучевой трубки

Mf =360 / 2pr - масштаб шкалы, r удаление отметки от центра экрана.

Принимая r=kэdэ / 2, (отметка на краю экрана) , получим 0,717 град

Реальная разрешающая способность по азимуту: d(jаз) =0,962+0,717=1,679 град

3. Расчет реальной точности измерения дальности и азимута

Точность характеризуется ошибкой измерения. Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения дальности рассчитаем по формуле:, где s(D) пот - потенциальная ошибка измерения дальности.

, где q0 - удвоенное отношение сигнал/шум 26,47 s(D) пот =0,046 км

Ошибкой из-за непрямолинейности распространения s(D) распр пренебрегаем. Аппаратурные ошибки s(D) апп сводятся к ошибкам отсчета по шкале индикатора s(D) инд. Принимаем метод отсчета по электронным меткам (масштабным кольцам) на экране индикатора кругового обзора.

s(D) инд =0,1DD=1,5 км, где

DD- цена деления шкалы.

s(D) =1,5 км

Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения азимута определим аналогично.

0,04 s(jаз) инд=0,1Dj=0,4 s(jаз) =0,4

Функциональная схема РЛС

РЛС кругового обзора предназначена для обнаружения объектов и измерения их координат.

Сбор информации об объекте осуществляется путем их облучения и приема отраженных от них сигналов. Колебания, вырабатываемые передатчиком, с помощью антенны излучаются в пространство и при достижении объекта отражаются от него. Часть отраженной энергии попадает обратно в антенное устройство РЛС, усиливается в приемнике и фиксируется в выходном устройстве. Появление сигналов на выходе РЛС говорит о наличии объекта в пространстве.

Дальность до объекта определяется импульсным методом. Формирователь импульсов запуска вырабатывает импульсы, следующие с заданной частотой посылок Fи. Эти импульсы используются для запуска передатчика и синхронизации выходного устройства. В состав передатчика входит импульсный модулятор, формирующий импульсы длительностью tи и мощностью Pи, управляющие генератором высокой частоты. Радиоимпульсы, вырабатываемые генератором, проходят через антенный переключатель и излучаются с помощью антенны в пространство. Отраженные сигналы в виде таких же радиоимпульсов, только меньшей мощности и запаздывающие относительно излучаемых на время tD=2D/с, принимаются той же антенной и через антенный переключатель проходят в приемник, где усиливаются и детектируются. Продетектированные сигналы поступают в выходное устройство РЛС, где осуществляется измерение времени запаздывания.

Угловые координаты объекта определяются по направлению прихода. Антенная система с узкой диаграммой направленности осуществляет последовательный обзор пространства. Сигнал цели, принимаемый антенной системой, усиливается в приемнике и поступает в выходное устройство, где отмечается текущий угол поворота диаграммы направленности.

В качестве выходного устройства РЛС используется индикатор кругового обзора. Отклоняющая катушка вращается вокруг горловины трубки синхронно с вращением антенны и питается пилообразным током от схемы развертки. При соответствующем начальном ориентировании отклоняющей катушки и оси антенны, на экране трубки будет видна радиальная линия, прочерчиваемая электронным лучом, которая в каждый момент времени будет указывать положение оси диаграммы направленности в пространстве.

Сигналы с выхода приемника подаются на управляющий электрод трубки и увеличивают в момент прихода яркость линии развертки. За время облучения цели на экране будет засвечена отметка цели в виде дужки. Длина радиуса в масштабе представляет дальность цели, а угол между отчетным направлением и радиусом даст ее азимут. Для сохранения картины расположения целей на время, равное периоду обзора, экран трубки выполняется с послесвечением.

Литература

1. Васин В. В. Дальность действия радиотехнических измерительных систем. Методическая разработка. - М.: МИЭМ 1977г.

2. Васин В. В. Разрешающая способность и точность измерений в радиотехнических измерительных системах. Методическая разработка. - М.: МИЭМ 1977г.

3. Васин В. В. Методы измерения координат и радиальной скорости объектов в радиотехнических измерительных системах. Конспект лекций. - М.: МИЭМ 1975г.