Выбор и обоснование тактико-технических характеристик рлс. Разработка структурной схемы icon

Выбор и обоснование тактико-технических характеристик рлс. Разработка структурной схемы



НазваниеВыбор и обоснование тактико-технических характеристик рлс. Разработка структурной схемы
Дата конвертации03.08.2012
Размер264.65 Kb.
ТипРеферат
Выбор и обоснование тактико-технических характеристик РЛС. Разработка структурной схемы


Министерство образования Украины Национальный авиационный университет Теоретические основы радиолокации Выбор и обоснование тактико-технических характеристик РЛС. Разработка структурной схемы Выполнил студент Принял: Группы: 404 Соколов П.М. Факультета радиолэектроники Черныш Александр Александрович Киев 2002Содержание:1. Задание: 32. Введение 43. Обоснование, выбор и расчет тактико-технических характеристикрадиолокационной станции 6 3.1. Обоснование, выбор и расчет тактических характеристик РЛС 6 3.1.1. Максимальная дальность действия Rmax 6 3.1.2. Минимальная дальность действия РЛС Rmin 6 3.1.3. Разрешающая способность РЛС по дальности DR 7 3.1.4. Разрешающая способность РЛС по азимуту Da на средней дальности. 7 3.1.5. Период обзора Тобз. 8 3.1.6. Разрешающая способность по углу места. 8 3.1.7. Секторы обзора по азимуту Daобз и по углу места Dbобз. 8 3.1.8. Точность определения координат по дальности Grn. 8 3.1.10. Вероятность правильного обнаружения D: 9 3.1.11. Вероятность ложной тревоги F. 10 3.2. Обоснование, выбор и расчет технических характеристик РЛС 10 3.2.1. Режим работы РЛС. 10 3.2.2. Рабочая длина волны l. 10 3.2.3. Частота повторения зондирующих импульсов Fn. 10 3.2.4. Длительность зондирующего импульса tu. 10 3.2.5. Форма и ширина диаграммы направленности. 11 3.2.6. Необходимый диаметр антенны 11 3.2.7. КНД и усиления антенны, эффективная площадь антенны. 11 3.2.8. Скорость вращения антенны ?а.. 12 3.2.9. Количество импульсов в пакете Nu. 12 3.2.10. Чувствительность приемника Pnmin. 12 3.2.11. Оцениваем эффективную отражающую поверхность цели. 13 3.2.12. Влияние затухания a. 13 3.2.13.Импульсная мощность излучения Pu 15 3.2.14. Средняя мощность излучения Pср передатчика. 154. Описание обобщённой структурной схемы РЛС 155. Структурная схема метеонавигационных радиолокаторов типа «Гроза».176. Заключение 207. Список использованной литературы: 211. Задание: Необходимо рассчитать тактико-технические характеристикирадиолокационной станции, используя нормы и рекомендации ICAO,государственные и международные стандарты, выбрать недостающие техническиеи тактические характеристики, обосновать их выбор, а также разработатьструктурную схему РЛС. Исходные данные: o Период обзора ……………………………………………………………..Тобз=5с o Сектор обзора в горизонтальной плоскости,…………………………….Daобз = ±1000; o Ширина ДНА РЛС в вертикальной плоскости,………………….………Db=350; o Диаметр пятна ЭЛТ, ………………………………………………………dn=0,5мм; o Максимальная дальность действия РЛС,…………………………………Rmax = 400·103м; o Длительность импульса,…………………………………………………...tu = 1,5Ч10-6c; o Ширина ДНА в горизонтальной плоскости,……………………………..q = 3°; o Вероятность правильного обнаружения,…………………………………D = 0,5; o Вероятность ложной тревоги,……………………………………………..F = 10-9; o Коэффициент шума,.……………………………………………………….Nш = 10dB; o Эффективная отражающая поверхность цели,…………………………..
Sэф = 40м2; o Диаметр экрана ЭЛТ,………………………………………………………Dэ = 0,25м.ДНА – диаграмма направленности антенны.2. Введение Радиолокация – область радиотехники, обеспечивающая радиолокационноенаблюдение различных объектов, то есть их обнаружение, измерение координати параметров движения, а также выявление некоторых структурных илифизических свойств путем использования отраженных или переизлученныхобъектами радиоволн либо их собственного радиоизлучения. Информация, получаемая в процессе радиолокационного наблюдения,называется радиолокационной. Радиотехнические устройства радиолокационногонаблюдения называются радиолокационными станциями (РЛС) илирадиолокаторами. Сами же объекты радиолокационного наблюдения именуютсярадиолокационными целями или просто целями. При использовании отраженныхрадиоволн радиолокационными целями являются любые неоднородностиэлектрических параметров среды (диэлектрической и магнитной проницаемостей,проводимости), в которой распространяется первичная волна. Сюда относятсялетательные аппараты (самолеты, вертолеты, метеорологические зонды и др.),гидрометеоры (дождь, снег, град, облака и т. д.), речные и морские суда,наземные объекты (строения, автомобили, самолеты в аэропортах и др.),всевозможные военные объекты и т. п. Особым видом радиолокационных целейявляются астрономические объекты. Источником радиолокационной информации является радиолокационныйсигнал. В зависимости от способов его получения различают следующие видырадиолокационного наблюдения. 1. Радиолокация с пассивным ответом, основанная на том, что излучаемые РЛС колебания – зондирующий сигнал – отражаются от цели и попадают в приемник РЛС в виде отраженного сигнала. Такой вид наблюдения иногда называют также активной радиолокацией с пассивным ответом. 1. Радиолокация с активным ответом, именуемая активной радиолокацией с активным ответом, характеризуется тем, что ответный сигнал является не отраженным, а переизлученным с помощью специального ответчика – ретранслятора. При этом заметно повышается дальность и контрастность радиолокационного наблюдения. 1. Пассивная радиолокация основана на приеме собственного радиоизлучения целей, преимущественно миллиметрового и сантиметрового диапазонов. Если зондирующий сигнал в двух предыдущих случаях может быть использован как опорный, что обеспечивает принципиальную возможность измерения дальность и скорости, то в данном случае такая возможность отсутствует. Систему РЛС можно рассматривать как радиолокационный канал наподобиерадиоканалов связи или телеметрии. Основными составными частями РЛСявляются передатчик, приемник, антенное устройство, оконечное устройство. Большинство РЛС с импульсной модуляцией имеет одну антенну, снабженнуюспециальным антенным переключателем для перехода из режима передачи в режимприема и наоборот. Передатчик РЛС вырабатывает высокочастотные колебания, которыемодулируются по амплитуде, частоте или фазе иногда весьма сложным образом.Эти колебания подаются в антенное устройство и образуют зондирующий сигнал.Наибольшее применение находит зондирующий сигнал в виде последовательностиравноотстоящих по времени коротких радиоимпульсов. Наряду с простымирадиоимпульсами может применяться внутриимпульсная частотная модуляция ифазовая манипуляция. Другим видом зондирующего сигнала являетсянепрерывный. Здесь наряду с незатухающими гармоническими колебаниями могутиспользоваться частотно-модулированные и др. Излучаемые колебания нельзя считать радиолокационным сигналом, так какони никакой информации о цели не несут. После того, как электромагнитнаяволна, падающая на цель, вызывает в ее теле вынужденные колебанияэлектрических зарядов, цель, подобно обычной антенне создает своеэлектромагнитное поле. Это поле в дальней зоне представляет собойвторичную, то есть отраженную волну, создающую в РЛС радиолокационныйсигнал, который является носителем информации о цели. Так амплитуда сигналав определенной степени характеризует размеры и отражающие свойства цели,время запаздывания относительно начала излучения зондирующего сигналаиспользуется для измерения дальности, а частота колебаний благодаря эффектуДоплера несет информацию о радиальной скорости цели. Поляризационныепараметры отраженной волны могут также быть использованы для оценки свойствцели. Наконец, направление прихода отраженной волны содержит информацию обугловых координатах цели. Приемник РЛС необходим для оптимального выделения полезного сигнала изпомех (так называемая первичная обработка сигнала). Оконечное (выходное)устройство служит для представления радиолокационной информации в нужнойпотребителю форме. Если потребителем является человек-оператор, тоиспользуется визуальная индикация. Для потребителя в виде вычислительногоустройства непрерывного действия оконечным является устройствоавтоматического сопровождения цели по измеряемому параметру (дальность,угловые координаты, скорость), и полезная информация выдается в виденапряжений или токов, функционально связанных с этими параметрами. Если жеоконечным устройством является ЭВМ, то радиолокационная информацияпреобразовывается в двоичный код. При этом в ЭВМ происходит дальнейшая, такназываемая вторичная обработка сигнала. Важной составной частью радиолокационного канала, как и любогорадиоканала, являются радиопомехи. Внутренние шумы вызывают подавлениеполезного сигнала, а также появление ложного сигнала и вносят ошибки визмерение координаты. Наряду с этим флуктуации скорости распространениярадиоволн в атмосфере, а также случайное изменение их траектории вследствиерефракции следует рассматривать как помехи. Такое же действие оказываютпассивные помехи – источники ложных отражений (например, отражения отземной поверхности при наблюдении целей). Другим источником помех являютсяфлуктуации центра масс движущейся цели относительно траектории движения.Источники мешающих радиоизлучений образуют активные помехи (против РЛСвоенного назначения могут специально создаваться организованные активныепомехи, возможны также организованные пассивные помехи). В условиях большой насыщенности радиосредствами заметное влияние могутоказывать активные взаимные помехи. Главные этапы радиолокационного наблюдения – это обнаружение,измерение, разрешение и распознавание. Обнаружением называется процесс принятия решения о наличии целей сдопустимой вероятностью ошибочного решения. Измерение позволяет оценить координаты целей и параметры их движения сдопустимыми погрешностями. Разрешение заключается в выполнении задач обнаружения и измерениякоординат одной цели при наличии других, близко расположенных по дальности,скорости и т. д. Наконец Распознавание дает возможность установить некоторые характерныепризнаки цели: точечная она или групповая, движущаяся или групповая и т. д. Радиолокационная информация, поступающая от РЛС, транслируется порадиоканалу или по кабелю на пункт управления. Процесс слежения РЛС заотдельными целями автоматизирован и осуществляется с помощью ЭВМ. Навигация самолетов по трассе обеспечивается посредством таких же РЛС,которые применяются в УВД. Они используются как для контроля выдерживаниязаданной трассы, так и для определения местоположения в процессе полета. Для выполнения посадки и ее автоматизации наряду с радиомаячнымисистемами широко используются РЛС посадки, обеспечивающие слежение заотклонением самолета от курса и глиссады планирования. В гражданской авиации используют также ряд бортовых радиолокационныхустройств. Сюда, прежде всего, относится ботовая РЛС для обнаруженияопасных метеообразований и препятствий. Обычно она же служит для обзораземли с целью обеспечения возможности автономной навигации по характернымназемным радиолокационным ориентирам. 3. Обоснование, выбор и расчет тактико-технических характеристикрадиолокационной станции 3.1. Обоснование, выбор и расчет тактических характеристик РЛС 3.1.1. Максимальная дальность действия Rmax Максимальная дальность действия задается тактическими требованиями изависит от многих технических характеристик РЛС, условий распространениярадиоволн и характеристик целей, которые в реальных условиях использованиястанций подвержены случайным изменениям. Поэтому максимальная дальностьдействия является вероятностной характеристикой. Уравнение дальности в свободном пространстве (т. е. без учета влиянияземли и поглощения в атмосфере) для точечной цели устанавливает связь междувсеми основными параметрами РЛС. [pic] (1)где: Pu - мощность излучения; Da - коэффициент направленного действия антенны; Sa - эффективная площадь антенны; Sэф - эффективная отражающая поверхность цели; Pnmin - чувствительность приемника. Максимальная дальность действия РЛС задана в условии и равна: Rmax = 450·103 м. 3.1.2. Минимальная дальность действия РЛС Rmin Минимальная дальность обнаружения станции зависит от пределов работыантенной системы по углу места. Она различна для разных частот и определяетвеличину мертвой зоны. В наземных РЛС при малых углах места реальноезначение Rmin ограничивается влиянием местных предметов, определяющих углызакрытия, которые, в свою очередь, ограничивают возможность наблюдениянизколетящих целей. Если антенная система не вносит ограничений, то минимальная дальностьдействия РЛС определяется длительностью импульса tu и временемвосстановления антенного переключателя tb. [pic] (2) [pic]0,5?3?108?(1,5?10-6+0,2?1,7?10-6) =306 мгде: с - скорость распространения электромагнитной волны в вакууме,c = 3?108 мЧc-1; ?b- время восстановления антенного переключателя, tb = 0.2Чtu. 3.1.3. Разрешающая способность РЛС по дальности DR Разрешающая способность по дальности - минимальная дальность междудвумя целями, имеющими угловые одинаковые координаты, при которой метки отних на экране индикатора видны раздельно. Потенциальная разрешающая способность по дальности вычисляется поформуле: [pic][pic] (3) Для определения реальной разрешающей способности по дальностинеобходимо учесть параметры ЭЛТ индикатора: [pic] (4)где: dn - диаметр пятна, dn = 0.5мм = 5.0Ч10-4 м; L - длина развертки. [pic] [pic]0.15(мгде: Dэ - диаметр ЭЛТ, Dэ = 0.25 м. Но, т.к. мы имеем секторную развёртку с сектором обзора по азимутуDaобз = ±100°, смещаем центр экрана вниз, что увеличивает коэффициентиспользования экрана.Реальная разрешающая способность по дальности будет иметь вид: [pic] [pic]1.755(103 м 3.1.4. Разрешающая способность РЛС по азимуту Da на средней дальности.Разрешающая способность по азимуту определяется выражением: [pic] (5)где: q - ширина диаграммы направленности по половинной мощности вгоризонтальной плоскости; Dau – разрешающая способность по азимуту индикаторного устройства,зависящая от линейного размера азимутальной развертки и диаметра пятна ЭЛТ. [pic] [pic] [pic]3.38(0 3.1.5. Период обзора Тобз. Периодом обзора РЛС Тобз называется интервал времени, необходимый дляоблучения всех точек зоны обзора станции, и определяется выражением: [pic] (6)где: Numin – минимальное число отраженных от цели импульсов, необходимых для обнаружения цели с заданной вероятностью; Daобз – сектор обзора в горизонтальной плоскости, Daобз = 200°; Fn – частота повторения зондирующих импульсов; q - ширина диаграммы направленности антенны в горизонтальнойплоскости. Частота повторения зондирующих импульсов определяется по формуле: [pic] (7)где: Кз – коэффициент запаса, учитывающий влияние индикатора, Кз = 1,2. [pic] [pic]277.778(Гц [pic] [pic]5(c 3.1.6. Разрешающая способность по углу места. Разрешающая способность по угловой координате (направлению) численнохарактеризуется минимальным углом (по азимуту или углу места) междунаправлениями на две равноудаленные относительно РЛС цели, при котором ещевозможно их раздельное наблюдение. В данном случае не имеет смысла говорить об разрешающей способности поуглу места, т.к. мы проектируем обзорную РЛС, антенна которой имееткосекансную диаграмму направленности и не имеет разрешающую способность поуглу места.. 3.1.7. Секторы обзора по азимуту Daобз и по углу места Dbобз. Секторы обзора по азимуту и по углу места задаются в техническомзадании. В данном случаи сектор обзора по азимуту равен:……………………………………….Daобз = ±100°; сектор обзора по углу места равен:……………………………….……Dbобз = 35°. 3.1.8. Точность определения координат по дальности Grn. Точность определения дальности зависит от точности измерениязапаздывания отраженного сигнала, ошибок из-за неоптимальности обработкисигнала, от наличия неучтенных запаздываний сигнала в трактах передачи,приема и индикации, от случайных ошибок измерения дальности в индикаторныхустройствах. Ошибки в индикаторных устройствах обуславливаются нестабильностьюмасштабных меток и ошибками считывания. Потенциальная точность измерения дальности РЛС вычисляется по формуле: [pic] (8)где: tu – длительность импульса;[pic] qmin – минимальное отношение сигнал-шум по напряжению, определяемое похарактеристикам обнаружения (Рис.1) qmin=5.8 Из-за отсутствия внутриимпульсной модуляции Ксж=1. [pic] [pic]24.805(м 3.1.9. Точность определения координат по азимуту Gan. Систематические ошибки при измерении азимута могут возникнуть принеточном ориентировании антенной системы РЛС и вследствие несоответствиямежду положением антенны и масштабной электрической шкалой азимута. Случайные ошибки измерения азимута цели обуславливаютсянестабильностью работы системы вращения антенны, нестабильностью схемформирования отметок азимута, а также ошибками считывания. Потенциальная ошибка измерения азимута определяется выражением: [pic] (9) [pic]0.285 3.1.10. Вероятность правильного обнаружения D: Вероятность правильного обнаружения – вероятность принятия решения оналичии цели при условии, что цель действительно есть. Вероятность правильного обнаружения задана в техническом задании иравна D = 0,5. 3.1.11. Вероятность ложной тревоги F. Вероятность ложной тревоги – вероятность принятия решения о наличиицели при ее отсутствии. Вероятность ложной тревоги задана в техническом задании и равна F = 10-9. 3.2. Обоснование, выбор и расчет технических характеристик РЛС 3.2.1. Режим работы РЛС. Проектируемая радиолокационная станция работает в импульсном режиме.Сигнал – некогерентные прямоугольные импульсы. 3.2.2. Рабочая длина волны l. Диапазон волн, применяемый в радиолокационной технике, лежит в областиметровых, дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн. От длины волныРЛС зависят размеры антенной системы при требуемых значениях диаграммынаправленности и коэффициента направленного действия антенны. Применениеболее коротких волн при тех же размерах антенны позволяет улучшитьразрешающую способность и точность отсчета угловых координат. При выборедлины волны необходимо учитывать поглощающие и рассеивающие действиягидрометеоров и атмосферы, возможность получения необходимой мощности отпередатчика и обеспечения требуемой чувствительности приемника. В диапазонах сантиметровых и особенно миллиметровых волн интенсивноепоглощение электромагнитных колебаний вызывает нежелательное уменьшениедальности действия станции. Кроме того, гидрометеоры в этих диапазонахмогут являться источником интенсивного отражения, затрудняющего и полностьюисключающего наблюдение целей. Выбор длины волны должен производиться с учетом особенностей РЛС ивлияния длины волны на ее тактические характеристики. Так, например, РЛС дальнего обнаружения, от которой не требуется оченьвысокой разрешающей способности и большой точности измерения угловыхкоординат, может работать в диапазоне дециметровых или даже метровых волн. Наоборот, для РЛС ближнего действия, как правило, важны высокаяточность отсчета угловых координат и разрешающая способность. В такихслучаях выгодно использовать сантиметровые, а иногда и миллиметровые волны,поскольку при общем небольшом радиусе действия станции затуханиеэлектромагнитных волн в атмосфере будет сказываться еще не слишком сильно. Принимая во внимание все вышесказанное, выберем рабочую длину волныl=0.03 м. 3.2.3. Частота повторения зондирующих импульсов Fn. Для однозначного определения целей на заданных расстоянияхмаксимальная частота повторения Fn зондирующих импульсов должнаудовлетворять условию: [pic] (10)где: Кз=1,2 – коэффициент запаса. [pic]277.778(Гц 3.2.4. Длительность зондирующего импульса tu. Основным соображением по выбору длительности импульса являетсяобеспечение заданной разрешающей способности по дальности. От длительностиимпульса также зависит минимальная дальность действия Rmin. Уменьшениедлительности импульсов приводит к уменьшению эффективной площади отраспределенных объектов. Длительность зондирующего импульса задана в условии и равна:tu = 1,7Ч10-6 c. 3.2.5. Форма и ширина диаграммы направленности. При выборе формы диаграммы направленности необходимо учитыватьследующие требования: o наиболее целесообразное использование мощности излучения (пример косекансной диаграммы направленности); o обеспечение требуемой разрешающей способности по угловым координатам и точности их определения; o обзор установленного сектора пространства или участка поверхности в заданное время должен производиться без пропуска в приеме отраженных сигналов. Таким образом, требования оказываются в достаточной мерепротиворечивыми. Поэтому часто приходится искать компромиссное решение. Для удобства обычно рассматривают отдельно диаграмму направленности вгоризонтальной плоскости и диаграмму направленности в вертикальнойплоскости. При этом обращают внимание на ширину диаграммы направленности q. Ширина диаграммы направленности антенны влияет на дальностьрадиолокационного наблюдения. По мере сужения диаграммы направленностиантенны увеличивается ее коэффициент направленного действия исоответственно возрастает максимальная дальность действия РЛС. Точность измерения угловых координат также зависит от ширины диаграммынаправленности в плоскости пеленгования. С ростом ширины диаграммы ошибкаувеличивается. При выборе величины q необходимо учитывать требования вотношении разрешающей способности по направлению Da. Чем шире диаграмманаправленности, тем труднее наблюдать цели, находящиеся на близкомрасстоянии. Принятая в РЛС диаграмма направленности зависит от метода обзорапространства и способа измерения координат. В плоскости измерения угловыхкоординат целей диаграмму направленности делают возможно более узкой. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости равна:q = 3°, в вертикальной плоскости косекансквадратная диаграмманаправленности j=35°. q0,5=q/1.5=20 3.2.6. Необходимый диаметр антенны [pic] dА[pic]Принимаем dА=0.76м , и уточняем ширину луча. [pic] [pic]рад 3.2.7. КНД и усиления антенны, эффективная площадь антенны.КНД - коэффициент направленного действия антенны. [pic] [pic]=5490 [pic] [pic]=5215 [pic] [pic]=0,448 м2 Gа– коэффициент усиления антенны; SА – эффективная площадь антенны; ? – КПД антенны. 3.2.8. Скорость вращения антенны ?а.. Скорость вращения антенны выбирают с учетом требований в отношениисокращения времени обзора и надежности наблюдения сигналов. При заданных значениях ширины диаграммы направленности q, частотыследования импульсов Fn и сектора обзора Daобз скорость вращения антенныопределяется выражением: [pic] (11)[pic]0.417(c-1 [pic] (12)[pic]40 град ( c-1 3.2.9. Количество импульсов в пакете Nu. Количество импульсов в пакете зависит от ширины диаграммынаправленности в горизонтальной плоскости q, скорости вращения антенны W ичастоты следования зондирующих импульсов Fn: [pic] (13) [pic]20 3.2.10. Чувствительность приемника Pnmin. Приемное устройство осуществляет обнаружение сигналов. Обнаружениесигналов при оптимальной фильтрации обычно сводится к следующим операциям: o оптимальная фильтрация каждого импульса пакета; o амплитудное детектирование; o синхронное интегрирование видеосигналов; o испытание суммарного сигнала на порог. Первые две операции обычно выполняет приемное устройство, а остальные– выходное. Применение оптимальной обработки сигналов приводит к уменьшениюпороговой мощности. Под пороговой мощностью радиолокационных сигналовпонимают минимальную мощность сигнала на его входе, при которойобеспечивается прием и обнаружение отраженных сигналов с заданнымивероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги. Величина пороговой мощности радиолокационных сигналов зависит отзаданных значений вероятностей правильного обнаружения D и ложной тревогиF, параметров радиолокационных сигналов, времени наблюдения и видаобработки радиолокационных сигналов. Пороговая мощность является реальной чувствительностью приемника. Онаопределяется выражением: [pic] (14)где: k – постоянная Больцмана, k = 1.380662Ч10-23JЧK-1; Т – абсолютная температура, Т = 300К; Df – полоса пропускания приемника; Nш – коэффициент шума приемника; mp – коэффициент различимости.Полоса пропускания приемника определяется по формуле: [pic]где: а – коэффициент, учитывающий степень искажения сигнала, проходящегочерез приемник, а = 1.37 [pic]8.059(105 ( ГцКоэффициент шума приемника задан в условии и равен Nш = 10 dB.Коэффициент различимости определяется из выражения: [pic] [pic]1,297Чувствительность приемника равна: [pic] [pic]4,327(10-14 (Втили в dB/мВТ [pic] [pic]113.6 dB/мВТгде: Ро = 10-3Вт – исходный отсчетный уровень. 3.2.11. Оцениваем эффективную отражающую поверхность цели.Удельная эффективная отражающая поверхность цели: [pic] [pic]Рассеивающий объём на максимальной дальности: [pic][pic] [pic]9,266[pic]Полная эффективная отражающая поверхность цели: [pic] [pic]4,82 105 м2 3.2.12. Влияние затухания a. Затухание радиоволн в атмосфере обусловлено поглощением их энергиисвободными молекулами кислорода и водяного пара, а также взвешеннымичастицами – пылинками и каплями воды. Кроме того, происходит рассеяниерадиоволн жидкими и твердыми частицами, которые вызывают эффект,аналогичный поглощению энергии. Влияние постоянного затухания a на максимальную дальность действия РЛСопределяется выражение: [pic] (16)где: R`max – дальность действия РЛС с учетом затухания; Rmax – дальность действия РЛС без учета затухания; a - коэффициент затухания, зависящий от длины волны и от интенсивности осадков или от водности облаков.Например, если на трассе идет дождь интенсивностью 15 мм/час, то для длиныволны l = 3 см коэффициент затухания a = 0,03 dB/kм. Уравнение (16) является трансцендентным. Решить его можно графически.Для облегчения задачи целесообразно путем логарифмирования обеих частейпривести уравнение к виду: [pic] (17) [pic] [pic]Зависимость aЧRmax = j(g) представлена на рис. 2: Рис 2.относительное уменьшение дальности за счёт затухания ватмосфере g = 0.477Откуда определяется дальность действия РЛС с учетом затухания: [pic] [pic]214,65(kмf(0.477)=13,5 Для того, чтобы РЛС в плохую погоду действовала на расстояние[pic]450(kм, необходимо рассчитывать её на расстояние: [pic] [pic]943,4км 3.2.13.Импульсная мощность излучения Pu В зависимости от назначения станции мощность излучаемых импульсоввыбирают от единиц киловатт до тысяч киловатт. Мощность излучениярассчитывают в соответствии с основным уравнением радиолокации, откуда: [pic] (15)где: Da – коэффициент направленного действия антенны; Sa – эффективная площадь антенны; L0 – учитывает потери в системе (L0=5)Мощность излучения передатчика РЛС равна: [pic] [pic]480 (kВТ 3.2.14. Средняя мощность излучения Pср передатчика. [pic] [pic]226 Вт 4. Описание обобщённой структурной схемы РЛССтруктурная схема РЛС с визуальной индикацией цели изображена на рис3. Рис. 3. Структурная схема импульсной РЛС Синхр. – синхронизатор; ИМ – импульсный модулятор; СВЧ Ген. –генератор СВЧ; АП – антенный переключатель; ГМИ – генератор масштабныхимпульсов; ПРМ – приемник; ГР – генератор развертки; ЭЛТ – электронно-лучевая трубка; ССП – сильсинно-следящая передача; МВА – механизм вращенияантенны. Данные по параметрам РЛС можна найти в сводной таблице 1. Антенна РЛС имеет веерообразную диаграмму направленности, то естьузкую в горизонтальной плоскости (шириной в несколько градусов или долейградуса q=30), и достаточно широкую (десятки градусов Dbобз=350) ввертикальной плоскости. При вращении такая антенна обеспечивает не толькотребуемый обзор в вертикальной и горизонтальной плоскостях, но и измерениеазимута. Этот принцип сохраняется как для обзора воздушного пространства(наземная РЛС), так и для обзора земной поверхности (бортовая РЛС). Длявизуальной индикации двух координат цели следует использовать двухмерныйиндикатор кругового обзора (ИКО) с яркостной отметкой цели, в которомобычно применяются ЭЛТ с магнитным управлением. В нашем случае используемсекторный индикатор для увеличения коэффициента использования антенны.Импульсные сигналы с выхода приемника подается на управляющий электрод ЭЛТ,и увеличивают яркость экрана во время их появления. Развертка дальности осуществляется с помощью отклоняющей катушки,создающей магнитное поле, которое равномерно перемещает электронный луч отцентра экрана ЭЛТ к его краю. Азимутальная развертка получается с помощьюсельсинно-следящей передачи (ССП), которая обеспечивает синфазное свращением антенны по азимуту вращение радиальной развертки вокруг центра. Синхронизатор РЛС вырабатывает периодическую последовательность импуль-сов с периодом Tn=3,6 10-3, которые воздействуют одновременно (либо снекоторым постоянным запаздыванием) на модулятор, генератор разверткидальности и генератор масштабных импульсов. Импульсный модуляторвырабатывает модулирующие видеоимпульсы длительностью tu=1,7 10-6,воздействующие на генератор СВЧ. Последний вырабатывает радиоимпульсыпримерно такой же длительности. Генератор СВЧ формирует периодическую последовательностьрадиоимпульсов, излучаемую антенной в виде зондирующего сигнала. Отраженныйимпульс появляется на входе приемника через интервал времени tз. На выходеприемника образуются видеоимпульсы, смешанные с шумом, которые подаются науправляющий электрод ЭЛТ. Генератор развертки дальности вырабатывает в отклоняющей катушкепилообразно изменяющийся ток. При этом электронный луч совершаетравномерное движение вдоль радиуса ЭЛТ, который в свою очередь вращаетсявместе с антенной. Такая развертка луча на экране ЭЛТ называется радиально-круговой. Она создает на экране изображение (часто именуемое растром) ввиде тесно примыкающих друг к другу радиусов. Генератор масштабных импульсов вырабатывает серию импульсов, которыемогут быть периодическими, либо иметь вид пачек, действующих в пределахдлительности прямого хода развертки. Такие импульсы можно формировать,например, с помощью генератора ударного возбуждения. Часть применяютсямасштабные импульсы отрицательной полярности, подаваемые на катод ЭЛТ (этооблегчает развязку выходных цепей приемника и генератора масштабныхимпульсов). Механизм формирования изображения на экране ЭЛТ описан ниже. Привращении антенны, когда край диаграммы направленности совпадает снаправлением на цель, на соответствующем радиусе развертки под действиемимпульса цели возникает яркая точка. Кроме того, возникает серия яркихэквидистантных точек под действием масштабных импульсов. Вращение антенныпо часовой стрелке равносильно перемещению цели в обратном направлении.После полного оборота антенны на экране образуются масштабные кольца(электронная шкала дальности), а цель будет иметь вид небольшой дуги,угловые размеры которой приблизительно равны угловой ширине луча антенны. Дальность цели отсчитывается с помощью масштабных колец. Азимут жецели b отсчитывается по положению середины ее отметки относительно какоголибо начального направления, например северного направления меридиана. 5. Структурная схема метеонавигационных радиолокаторов типа «Гроза». Бортовые радиолокаторы, созданные на элементной базе первого поколения(электронные лампы, объемный монтаж), отличались большими габаритами имассой, имели малую надежность и состояли из большого количества блоков.Переход к элементной базе второго поколения (полупроводниковые приборы имодули) позволил значительно улучшить характеристики ряда узлов и блоков. Эволюция РЛС шла, в основном, по пути уменьшения массы, габаритов,количества блоков и повышения надежности, а не увеличения мощности илираскрыва антенны. Ко второму поколению метеонавигационных РЛС относятсярадиолокаторы «Гроза», получившие широкое распространение. При разработкемодификаций РЛС «Гроза» учитывалось развитие элементной базы, поэтомусовременные модификации РЛС «Гроза» можно считать переходными к третьемупоколению (интегральные микросхемы, микромодули). В настоящее времяосуществляется переход к твердотельному исполнению бортовых РЛС и кцифровым методам обработки данных. Наш метеонавигационная РЛС будет построен на основе локаторов второгопоколения типа «Гроза». Рассмотрим общую компоновку метеонавигационной РЛС семействарадиолокаторов «Гроза». С целью обеспечения оптимальных комплектацийрадиолокатора для создаваемых и переоборудуемых самолетов основные егоблоки выпускаются в различных вариантах. Все варианты и модификациимаксимально унифицированы, что позволяет удешевить их серийное производствои эксплуатацию, а также обеспечивает возможность использования в другихкомплектациях. В любую комплектацию радиолокатора как минимум должны входить четыреблока: антенный (блок 1), основной приемо-передающий (блок 2), стабилизациии управления (блок 7), основной индикаторный (блок 4). Каждый из этихблоков может быть любой модификации. При комплектации радиолокатора одним индикаторным блоком в составкомплекта обязательно должен быть включен эквивалент дополнительногоиндикатора (блок 35). При оснащении самолета двумя индикаторамидополнительный индикатор включается вместо указанного эквивалента. Для повышения надежности РЛС в комплект вводят резервныйприемопередатчик (блок 2) любой модификации. В этом случае необходима такжекоммутационная коробка (блок 17) и волноводный коммутатор (блок 47). Радиолокатор сопрягается с самолетными гировертикалями, имеющимивыходы сигналов крена и тангажа. Для коррекции текущих координат в комплектвключают блок коррекции (блок 28), взаимодействующий с навигационнымвычислителем. При невозможности размещения на самолете основного индикатора (блока4) вместо него может быть установлен дополнительный индикатор (блок 4-Д),имеющий меньшие размеры. В этом случае в комплектацию станции обязательновыводится отдельный пульт управления (блок 10). Комплектация радиолокатора для данного типа самолета выбираетсясамолетостроительным предприятием и согласовывается с главным конструкторомрадиолокатора. Разработка конструкции волноводного тракта для выбранной комплектацииосуществляется разработчиком РЛС. Номинальные дальности действия РЛСобеспечиваются, если длина волноводного тракта не превышает 7 м. Прибольшей длине тракта дальность сокращается примерно на 1,5% на каждыйпоследующий метр длины. Для компенсации этих потерь можно использоватьвторой приемопередатчик блок 2-У (с предварительным усилителем натуннельном диоде). После согласования с главным конструктором радиолокатора комплектацииРЛС, схемы её сопряжения радиолокатору присваивается условное обозначение,например, «Гроза 40» — для самолета Як-40, «Гроза 154» — для самолета Ту-154. Функциональная схема радиолокатора при работе в режимах «Земля»,«Метео», «Контур», «Снос» показана на рис. 5 РЛС представляет собойимпульсный некогерентный радиолокатор со сканирующей в азимутальнойплоскости антенной и индикатором «азимут—дальность». Схема (рис. 5)содержит все элементы типовой структурной схемы импульсной РЛС, однако онискомпонованы в четырех основных блоках, выделенных пунктиром. Синхронизация работы передающего канала РЛС осуществляется частотой400 Гц питающей сети. Модулятор приемопередатчика формирует высоковольтныеимпульсы, поступающие на магнетрон, который генерирует СВЧ импульсы. Дляобеспеченияпрогрева катода магнетрона в модуляторе приемопередатчикаосуществляется задержка на 3—5 мин формирования модулирующего импульса поотношению к моменту включения напряжения питания 115В 400Гц. СВЧ импульсычерез циркулятор и ферритовый вращатель плоскости поляризации поволноводному тракту передаются на облучатель антенного блока. Циркуляторслужит для переключения антенны с приемного на передающий канал, т. е.выполняет функцию антенного переключателя. Рис. 5. Функциональная схема РЛС семейства «Гроза» Ферритовый вращатель плоскости поляризации служит для измененияполяризации СВЧ колебаний. В зависимости от поляризации СВЧ колебанийотражателем антенного блока формируется либо веерная косеканс-квадратнаядиаграмма направленности (для обзора земли), либо узкий симметричный луч.Отражатель антенного блока сдвоенный и состоит из параболическогоотражателя и отражателя специальной формы. Параболический отражательпредставляет собой симметричный параболоид вращения, изготовленный изполностью металлизированной стеклоткани. При облучении параболическогоотражателя электромагнитной энергией он формирует диаграмму в виде узкоголуча. Профиль отражателя специальной формы в вертикальных сеченияхрассчитан для получения веерной диаграммы направленности типа косеканс-квадрат. Этот отражатель изготовлен из стеклоткани, металлизированные нитив которой расположены строго горизонтально с шагом 3 мм. При вертикальнойполяризации электромагнитная энергия беспрепятственно проходит сквозьотражатель специальной формы и, отражаясь от параболоида, формирует узкийсимметричный луч. При изменении поляризации облучающих колебаний с вертикальной нагоризонтальную (при подаче 27В на ферритовый вращатель плоскостиполяризации) отражатель специальной формы, непрозрачный для волн этойполяризации, совместно с параболоидом вращения образует профиль,формирующий веерную диаграмму направленности в вертикальной плоскости. Отраженные от целей сигналы (СВЧ импульсы), принятые антенным блокомрадиолокатора, по волноводному тракту через циркулятор и разрядник защитыприемника поступают на смеситель канала сигнала, куда подается также СВЧсигнал от гетеродина. После преобразования частоты с выхода смесителяимпульсы промежуточной частоты поступают в предварительный усилительпромежуточной частоты (ПУПЧ) и затем в основной усилитель промежуточнойчастоты (УПЧ). В ПУПЧ и УПЧ сигналы усиливаются и детектируются. Регулировка усиленияприемного канала по выбранному закону осуществляется узлом ВАРУ–РРУ,который запускается одновременно с излучением СВЧ импульса. Кроме того,узел ВАРУ—РРУ обеспечивает запирание приемника на время действия мощногоимпульса магнетрона. Схема АПЧ служит для поддержания постоянной разности частот магнетронаи гетеродина (промежуточной частоты). На смеситель АПЧ через предельныйаттенюатор поступает часть СВЧ энергии магнетронного генератора. Послепреобразования на выходе смесителя образуются импульсы промежуточнойчастоты, которые поступают на вход узла АПЧ. Узел АПЧ вырабатывает сигнал,пропорциональный отклонению промежуточной частоты от ее номинальногозначения. Этот сигнал воздействует на управляющий электрод гетеродина. С выхода УПЧ видеосигнал подается на вход видеоусилителя.Видеоусилитель при работе РЛС в режиме «Земля» имеет ступенчатую, в режиме«Метео» — линейную, а в режиме «Контур» — линейно-падающую амплитудныехарактеристики. В видеоусилителе происходит усиление видеосигнала исмешивание его с калибрационными метками дальности, вырабатываемымисинхронизатором. Кроме того, в видеоусилитель из синхронизатора поступаетимпульс подсвета, обеспечивающий наблюдение сигналов на экране ЭЛТ тольково время прямого хода развертки. В режиме «Контур» видеоусилитель преобразует сигналы к виду, удобномудля индикации опасных для полетов зон, т. е. осуществляет выделениеметеорологической информации. Усиленный видеосигнал, смешанный с метками, поступает на ЭЛТ. С помощью ключевой мостовой схемы развертки на экране ЭЛТ создаетсярадиально-секторная развертка в координатах азимут—дальность. Модуляция поамплитуде линейно-нарастающих импульсов тока схемы развертки происходит счастотой азимутального сканирования антенны с помощью вращающегосятрансформатора (ВТ) развертки канала азимутального привода антенны. Стабилизированный высоковольтный источник питания обеспечивает питаниевторого анода ЭЛТ. Питание на остальные электроды ЭЛТ подается из узлапитания трубки. Модулятор приемопередатчика генерирует импульсы бланкирования и старт-импульс, синхронизирующие работу индикаторного и приемного каналов РЛС.Старт-импульс формируется в момент излучения СВЧ импульса в модуляторе ипоступает на вход синхронизатора индикаторного блока. Синхронизаторвырабатывает ключевой импульс управления разверткой и импульс подсвета,начало которых совпадает с моментом прихода старт-импульса. Кроме того,синхронизатор формирует калибрационные метки дальности, первая из которыхсовпадает с моментом излучения, т. е. соответствует нулю дальности. Старт-импульс запускает также узел ВАРУ—РРУ приемного устройства. Схема электромеханического управления антенной обеспечиваетсканирование антенны по азимуту и совмещение оси диаграммы направленности сплоскостью горизонта (или заданной плоскостью) при крене и тангаже самолетапо каналу наклона. Азимутальное сканирование осуществляется с помощью двигателя азимута иредуктора. Решающий ВТ служит для получения напряжения, амплитуда которогопропорциональна мгновенному значению требуемого угла наклона луча. Этодостигается запиткой обмоток ВТ напряжениями крена и тангажа с самолетнойгировертикали через преобразующе-выравнивающие цепи блока стабилизации иуправления. Снимаемое с роторной обмотки решающего ВТ напряжение поступаетна входные цепи блока стабилизации и управления, где оно сравнивается снапряжением, пропорциональным углу наклона отражателя в данный момент,полученному с ВТ наклона. Суммарное переменное напряжение поступает на входмагнитно-тиристорного усилителя УР-20, откуда подается на обмоткууправления двигателя наклона, перемещающего отражатель в плоскостинаклона.. ВТ наклона является не только датчиком истинного текущего угла наклонаотражателя, но и служит приемником и системе дистанционной передачи ручногонаклона, плоскости стабилизации. Сигнал ручного наклона поступает с ВТмеханизма ручного наклона индикаторного блока. 6. Заключение В данной курсовой работе были отработаны навыки самостоятельногорешения инженерных задач, производился выбор и расчет тактико-техническиххарактеристик (ТТХ) радиолокационной станции (РЛС), закреплялись вопросысоотношения параметров и принципы построения РЛС, используемых вгражданской авиации (ГА). Также рассматривалось влияние отдельныхпараметров и мешающих факторов (помех, условий распространения радиоволн)на показатели качества функционирования РЛС.|Сектор обзора в горизонтальной плоскости |Daобз |±100 0 ||Сектор обзора в вертикальной плоскости |Db обз |35 0 ||Диаметр пятна ЭЛТ |dn |0,5мм ||Максимальная дальность действия РЛС |Rmax |450·103м ||Длительность импульса |tu |1,5Ч10-6c ||Ширина ДНА в горизонтальной плоскости |q0,5 |2,74 0 ||Вероятность правильного обнаружения |D |0,5 ||Вероятность ложной тревоги |F |10-9 ||Коэффициент шума |N |10dB ||Диаметр экрана ЭЛТ |Dэ |0,25м ||Минимальная дальность действия РЛС |Rmin |306м ||Разрешающая способность РЛС по дальности |DRр |1,755км ||Разрешающая способность РЛС по азимуту на ср. дал. |Daр |3,380 ||Частота повторения зондирующих импульсов |Fn |277.778 ||Периодом обзора РЛС |Тобз |5 c ||Потенциальная точность измерения дальности РЛС |Grn |24.805м ||Потенциальная ошибка измерения азимута |Gan |0.285 ||Скорость вращения антенны |?a |40 град(c-1 ||Количество импульсов в пакете |Nu |20 ||Коэффициент различимости |mp |1,297 ||Чувствительность приемника равна |Pnmin |113,6 dB/мВт ||Импульсная мощность излучения |Pu |480 (kВт ||Средняя мощность излучения |Рср |226Вт ||Полоса пропускания приемника |Df |8.059(105 Гц ||Рабочая длинна волны |? |3см ||Коэффициент направленного действия антенны |Dа |5490 ||Коэффициент усиления антенны |Gа |5215 ||Эффективная площадь антенны |Sа |0.448м2 | 7. Список использованной литературы: 1. Финкельштейн М. Н. Основы радиолокации. – М.: Радио и связь, 1973, - 496 с. 1. Современная радиолокация (Анализ, расчет и проектирование систем) / Под ред. Ю. Б. Кобзарева. – М.: Сов. радио, 1969, - 704 с. 2. Соколов П. М. Теоретические основы радиолокации (Методические указания по курсовой работе для студентов …). 3. Яновский Ф. Й. Бортовые метеонавигационные радиолокаторы. Структура системы и особенности построения передающих устройств. – Киев. 1987, -.78с.-----------------------Рис.1 Характеристики обнаружения когерентного приемника для сигнала сослучайной начальной фазой.Рис 4. Временные диаграммы процессов в РЛС кругового обзора (номерадиаграмм соответствуют рис 3)[pic][pic][pic]




Похожие:

Выбор и обоснование тактико-технических характеристик рлс. Разработка структурной схемы iconТеоретические основы радиолокации
Выбор и обоснование тактико-технических характеристик рлс. Разработка структурной
Выбор и обоснование тактико-технических характеристик рлс. Разработка структурной схемы iconВыбор и обоснование выбора структурной схемы узч
Рвых/2 выходная мощность, приходящаяся на один транзистор при двухтактной схеме
Выбор и обоснование тактико-технических характеристик рлс. Разработка структурной схемы iconТехнико-экономическое обоснование разработки бис коммутатора цифровых каналов системы передачи
Выбор оптимального строения структурной схемы бис коммутатора в наибольшей степени зависит от выбора оптимальных условий формирования...
Выбор и обоснование тактико-технических характеристик рлс. Разработка структурной схемы iconВ расчетно-теоретическом разделе рассмотрены вопросы, касающиеся обоснования структурной схемы, принципиальной электрической схемы, произведен расчет элементов схемы
В данном дипломном проекте проведена разработка управления тюнером спутникового телевидения
Выбор и обоснование тактико-технических характеристик рлс. Разработка структурной схемы iconТехническое задание разработка медицинского цифрового термометра на базе контроллера avr aтmega103
В данной курсовой работе произведена разработка медицинского цифрового термометра на основе avr микроконтроллера atmega103 с характеристиками,...
Выбор и обоснование тактико-технических характеристик рлс. Разработка структурной схемы iconРазработка структурной схемы устройства
Сравнение проектируемой системы с цифровой транспортной сетью компании “мту-информ”
Выбор и обоснование тактико-технических характеристик рлс. Разработка структурной схемы iconМ. А. Бонч бруевича курсовая
Задачей курсового проекта является разработка структурной схемы и определение объема оборудования районной атс системы атск-у
Выбор и обоснование тактико-технических характеристик рлс. Разработка структурной схемы iconРазработка схемы топологии локальной корпоративной сети, описание ее технических характеристик и решаемых задач
М локальной сети. Этот компьютер (обычно высокопроизводительный мини-компьютер) запускает операционную систему и управляет потоком...
Выбор и обоснование тактико-технических характеристик рлс. Разработка структурной схемы icon1. Обзор и анализ источников питания 3 Выбор и анализ структурной схемы 4
На сегодняшний день появляются все более сложные электронные системы, использующие в качестве элементной базы новейшие полупроводниковые...
Выбор и обоснование тактико-технических характеристик рлс. Разработка структурной схемы icon1. Введение обоснование и расчет структурной схемы
В 1912 году подобные опыты были проведены в Берлине. Передача из оперного театра велась по двум телефонным линиям и воспроизводилась...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©rushkolnik.ru 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы