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 Р _и , [кВт]........................................................................................... 700  
3. Длительность импульсов t _и , [мкс]....................................................................................... 2,8  
4. Частота посылок импульсов F _и , [Гц]................................................................................... 700  
5. Горизонтальный размер зеркала антенны d _аг [м]............................................................... 7  
6. Вертикальный размер зеркала антенны d _ав , [м].................................................................. 2,5  
7. Период обзора Т _обз , [с]........................................................................................................... 5  
8. Коэффициент шума приёмника k _ш ....................................................................................... 5  
9. Вероятность правильного обнаружения W _по ....................................................................... 0,8    
10. Вероятность ложной тревоги W _лт ....................................................................................... 10 ^-5    
11. Диаметр экрана индикатора кругового обзора d _э , [мм].................................................... 400    
12. Эффективная отражающая площадь цели S _эфо , [м ² ].......................................................... 30    
13. Качество фокусировки Q _ф .................................................................................................... 400    
14. Предельное значение шкалы дальности D _шк1 , [км]............................................................ 50
D _шк2 , [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:
E _изл - энергия, излучаемая в одном импульсе,
Е _изл =Р _и t _и =70010 ³ 2,810 ^-6 =1,96 Дж
S _а - эффективная площадь антенны,
S _а = d _аг d _ав = 72,5=8,75 м ²
S _эфо - эффективная отражающая площадь цели;
l - длина волны;
k _р - коэффициент различимости (отношение энергий сигнал/шум на входе приемника, при котором обеспечивается прием сигналов с заданными W _по и W _лт ) k _р =k _{р. т.} , где
k _{р. т.} - теоретический коэффициент различимости,
k _{р. т.} = , q ₀ - параметр обнаружения, 101,2
N - количество импульсов, принимаемых от цели,
N=t _обл F _и , где t _обл ,
F _и - частота посылок импульсов.
Q _a0,5 - 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: t _обл = 0,01 с, N = 7 импульсов и k _{р. т.} = 7,2.
Пусть =10, тогда k _P =72.
Е _ш - энергия шумов, действующих при приёме.
E _ш =kk _ш T, где
T - температура приемника в градусах Кельвина (примем T=300К) ;
k=1,3810 ^-23 Дж/град постоянная Больцмана;
k _ш - коэффициент шума приемника.
E _ш =kk _ш T =1,3810 ^-23 5300=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)
d _осл - коэффициент ослабления, а DD - ширина ослабляющего слоя.
Значение d _осл находим по графикам. Для l=8 см d _осл 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 d _осл = 0,01 дБ/км и D _макс = 440,3 км рассчитываем D _{макс. 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
D _шк - предельное значение шкалы дальности,
k _э = 0,4 - коэффициент использования экрана,
Q _ф - качество фокусировки трубки.
Для D _шк1 =50 км d(D) _инд1 =0,31 км.
Для D _шк2 =400 км d(D) _инд2 =2,50 км.
Реальная разрешающая способность по дальности:
для D _шк1 =50 км d(D) ₁ =d(D) _пот +d(D) _инд1 =0,42+0,31=0,73 км;
для D _шк2 =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(j _аз ) =d(j _аз ) _пот +d(j _аз ) _инд , где
d(j _аз ) _пот - потенциальная разрешающая способность по азимуту при аппроксимации диаграммы направленности гауссовой кривой;
d(j _аз ) _пот =1,3Q _a0,5 =0,962 град d(j _аз ) _инд - разрешающая способность индикатора по азимуту d(j _аз ) _инд =d _n M _f , где
d _n - диаметр пятна электронно-лучевой трубки
M _f =360 / 2pr - масштаб шкалы, r удаление отметки от центра экрана.
Принимая r=k _э d _э / 2, (отметка на краю экрана) , получим 0,717 град
Реальная разрешающая способность по азимуту: d(j _аз ) =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 q ₀ - 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(j _аз ) _инд =0,1Dj=0,4 s(j _аз ) =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 F _и . Эти импульсы используются для запуска передатчика и синхронизации выходного устройства. В состав передатчика входит импульсный модулятор, формирующий импульсы длительностью t _и и мощностью P _и , 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 t _D =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.