Радиолокационная станція виявлення повітряних цілей

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Радиоэлектроника


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Напевно, у тому курсовике помилки есть (мягко говоря), так як здав я на кулі, але з урахуванням практично повної відсутності нормальної студентческой інформації з радіолокації з Інтернету, він дуже нужный…

СОДЕРЖАНИЕ

1. Розрахунок технічних параметрів РЛС
2. Вибір і розрахунок параметрів зондувального сигнала
3. Структурна схема РЛС
Додаток 1
Додаток 2
Додаток 3
Список литературы

РЕФЕРАТ

Радіолокаційні системи мають такі переваги перед візуальними: робота РЛС залежить від наявності оптичної видимості і ефективна у денні, а й у вночі, в тумані, при должде і снігопаді. Вони забезпечують велику дальність дії і точність виміру координат цели.
У цьому курсовому проекті проведено розрахунок РЛС кругового огляду, настановленим виявлення повітряних цілей. Ця РЛС можна використовувати, наприклад, в аеропортах та інших установах. Проектируемая РЛС є поєднаною, тобто. використовує одну антену прийому і передачі сигналов.
Під час проектування використали критерій мінімальної вартості РЛС, основою якого покладено принцип мінімізації загального обсягу вартості антени і передавача, при заданих характеристиках виявлення. На виконання цього проекту використана програма, разработаннная спеціалісти кафедри ВПС Одеського Державного Політехнічного Університету, із якої проводиться оптимізація параметрів РЛС задля забезпечення необхідного критерію мінімуму стоимости.
Як об'єкти проектування обрано гіпотетична когерентно-импульсная РЛС з апаратурою селекції рухомих целей.

1. РОЗРАХУНОК ТЕХНІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ РЛС

Розрахунок ширини спектра зондувального сигнала:
, (1. 1)
де — релеевская що дозволяє здатність по дальности
Вибір часу огляду з условия:
, (1. 2)
де — верхня межа спектра траєкторії руху цели
Розрахунок періоду (частоти) повторення імпульсів передавача з умови однозначного виміру дальности:
(1. 3)
де — максимальна дальність однозначного измерения.
-максимальна дальність виявлення з урахуванням затухания.
;
.
Розрахунок кількості імпульсів (число імпульсів у пакеті), вступників на вхід приёмника РЛС під час опромінення мети як кругового обзора:
, (1. 4)
де — час опромінення цели:
(1. 5)
де — ширина діаграми спрямованості в азимутальной площині лише на рівні половинної потужності (- релеевская що дозволяє здатність по азимуту)
;
.
Розрахунок коефіцієнта розрізнення для моделі сигналу зі випадкової фазою і флюктуирующей амплитудой:
(1. 6)
де — ставлення сигнал/шум, розраховуємо по формуле:
, (1. 7)
де — ймовірність правильного виявлення; - ймовірність удаваної тривоги на одне елемента дозволу зони обзора.
(1. 8)
, (1. 9)
де m — число елементів дозволу поїхав у зоні огляду, однакову твору числа елементів дозволу за «дальністю m1 і з азимуту m2.
;
;
;
.

Визначення коефіцієнта втрат? дет при некогерентной обработке:

Для розрахованої ймовірності удаваної тривоги на одне елемента вирішення і розрахованого кількості імпульсів визначаємо параметр з уравнения:
, (1. 10)
Розрахунок проведений за комп’ютером, показав.
Знаходимо необхідну ставлення сигнал/шум на одне імпульсу при некогерентной обробці з уравнения:
. (1. 11)

Відповідно до завданням Pпо= 0,94. Підберемо q2нек1 задля забезпечення Pпо при y0 = 37,9587.
q2нек1 = 70? Рпо = 0,938
q2нек1 =75? Рпо = 0,942
q2нек1 =72? Рпо = 0,94
Бо за визначенню? дет характеризує енергетичні втрати має місце під час переходу від когерентної до некогерентной обробці, а ставлення сигнал / галасу одному імпульсі при когерентної обробці равно:
, (1. 12)
де q2 розраховане за такою формулою (1. 7), то
. (1. 13)
Визначаємо коефіцієнт втрат надходжень у системі L, не включений у інші параметри рівняння дальности:
L = 10 дБ
Розрахуємо коефіцієнт посилення антени з пласкою діаграмою спрямованості G, ширина головного лепестка діаграми спрямованості якої у азимутальной площині лише на рівні 0,5 за проектною потужністю дорівнює ?0,5, а вертикальної площині - ??.
Коефіцієнт посилення параболічної антени із пласким променем розраховується за формуле:
, (1. 14)
де ?0 — кут місця, відповідний максимальної дальності виявлення:
?, (1. 15)
тогда:
.
Коефіцієнт посилення косеканс — квадратної антени, з тією ж апертурою, як в параболічної для заданих параметрів зони огляду менш як величина, розрахована за (1. 14):
. (1. 16)

Расчитаем спектральную щільність шуму N0:

Для цього він слід вибрати тип активного елемента вхідного устрою супергетеродинного приёмника РЛС і знайти його коефіцієнт шуму Кш.
По графіками залежностей коефіцієнта галасу частоти для УВЧ на ЛБВ за частоти f? = 3 ГГц:
Кш = 3,22 дб = 2,1.

Значення N0 визначається за такою формулою (1. 17):
Вт/Гц. (1. 17)
де — стала Больцмана, Дж/К,
— стандартна температура.
Потужність шуму на вході приёмника (в смузі) розраховується за формуле:
(1. 18)
де — ефективна ширина смуги пропускання лінійного тракту приёмника що включає узгоджений фильтр.

При согласованой обработке:
, (1. 19)
де — ефективна ширина спектра сигнала.
Ширина спектра сигналу щодо одного періоді повторення — равна:
, (1. 20)
тогда:
Вт.

Для поєднаною антени зв’язок між ефективної площею антени Апр і коефіцієнтом посилення Gcsc визначається соотношением:
. (1. 21)
Поставмо початковим значенням довжини хвилі зондувального сигналу? = 0,1 м. Надалі, після оптимізації, ця довжина хвилі буде скорректирована.
Тоді получим:
м2.
Визначимо значення максимальної дальності виявлення Dmax що має мати РЛС у вільному просторі, щоб їх дальність дії за наявності поглинання радіохвиль у атмосфері дорівнювала заданому значенням Dmax п.
, (1. 22)
де ?(?) — коефіцієнт втрат енергії радіохвиль у атмосфері, визначається за графіком в [ ]
дБ/км.
Тогда
км.
Знаходимо твір середньої потужності передавача на ефективну площа антенны:
, (1. 23)
де — ефективна відбиває площа поверхні цели.
Вт? м2.

Знайдемо значення середньої потужності передатчика:

Вт. (1. 24)

Знайдемо вартість РЛС:
. (1. 25)
Визначимо значення середньої потужності передавача і ефективну площа антени критерієм мінімуму вартості РЛС на першої итерации:
Вт, (1. 26)
м2. (1. 27)
Визначимо тепер значення довжини хвилі, відповідне розрахованим величинам. Позаяк у нашої РЛС використовується поєднане антена, то і пов’язані соотношением:
. (1. 28)
і следовательно:
м. (1. 29)

Перевіримо виконання условия:
, (1. 30)
. (1. 31)
де.





Оскільки жоден з умов не виконується, проведемо оптимізацію параметрів на ЕОМ. Значення вартості РЛС і довжини хвилі з кожної ітерації зведені в табл. 1.1.
Результати підрахунків до оптимізації і параметрів РЛС після проведення оптимізації на ЕОМ наведені у додатку 1.

Таблиця 1. 1
№ ітерації Довжина хвилі на попередньої ітерації Вартість РЛС на попередньої ітерації Нова кордон довжини волны
1 0,1 м 67 564 0,134 м
2 0,134 м 52 252 0,12 м
3 0,12 м 44 958 0,125 м
4 0,125 м 43 489 0,124 м
5 0,124 м 42 252 Оптимально

Під вартістю С1 розуміють зважену суму 1 Вт потужності передавача і одну м2 антени. Через війну оптимізації вартість РЛС зменшилася з 67 564 до 42 252, отримали оптимальна довжина хвилі? = 0,124 м, яка більше довжини хвилі до оптимізації (? = 0,1 м). Це спричиняє з того що при фіксованому коефіцієнті посилення антени сталося збільшення його ефективної площі. Енергетичний потенціал станції фіксований, отже зі збільшенням ефективної площі антени відбувається зменшення середньої потужності передатчика.

2. ВИБІР І РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ЗОНДИРУЮЩИГО СИГНАЛА

Після оптимізації ми маємо базу сигналу рівну У = 8. Через те, що база сигналу більше одиниці виникає протиріччя між максимальної дальністю і роздільної здатності за «дальністю. З використанням простого сигналу її неможливо обійти, проте використання складних сигналів дозволяє забезпечити необхідні параметри. Найвідомішими складними сигналами є фазоманипулированные сигнали (ФМ) і сигнали з лінійної частотною модуляцією (ЛЧМ). З курсу лекцій М. Б. Свердлика і А. Н. Мелешкевича відомо, що з базі сигналу менше 20 краще використовувати ФМ сигнал.
Аналітичне опис фазоманипулированного сигналу має вид:
, (2. 1)
де
Властивість фазоманипулированных сигналів при заданих М і Т0 повністю описуються кодовою последовательностью:
(2. 2)
Серед фазоманипулированных сигналів найбільшого поширення отримали бифазные сигнали, що будуються з урахуванням кодових послідовностей максимальної довжини (КМД) чи М-последовательностей. Між значеннями? m і значеннями Xm М-последовательности, є однозначне соответствие:

Розглянемо Ф М сигнал нашій РЛС.
ГГц
мкс
М-последовательность є переодической з періодом, що має бути незгірш від бази сигналу. Отже У = 7. 51? 8, і отже, М? 8. При m = 4 одержимо М = 15, де m — ступінь що породжує полинома М-последовательности.
Сгенерируем М-последовательность з мінімальним рівнем бічних пелюсток функції автокорреляции. Величина бічних пелюсток залежить від виду що породжує полинома і південь від початковій комбінації. Скористаємося таблицями, які у в методичних вказівках [4].
(2. 3)
Відповідно до цього полиному (2. 3) й у початковій комбінації 1000, побудуємо структурну схему генератора ФМ сигнала:



Рис. 2.1 Структурна схема генератора ФМ сигнала

Побудуємо М-последовательность, реалізовану схемою зображеною на рис. 2.1. Результати зведемо в табл.2.1.

Таблиця 2. 1
Х4 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1
Х3 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0
Х2 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0
Х1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0
Х0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1



0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1
1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1
0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1
0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1
1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1
1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1
0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1
1 0 0 0 1 1 1 1 0 1
0 1 1 1 0 0 0 0 1
1 0 0 0 1 1 1 1
1 0 0 0 1 1 1
1 0 0 0 1 1
1 0 0 0 1
0 1 1 1
0 1 1
0 1
1 0 1 2 1 2 1 0 1 0 3 2 1 0 15

Рис. 2.2 Побудова облямовує ФМ сигналу не вдома узгодженого фильтра

Схема, зображена на рис. 2.1 працює так. Генератор тактових імпульсів ГТИ виробляє тактовые імпульси з періодом Т0. Дільник частоти ділить частоту тактового імпульсу до частоти повторення зондувального сигналу. Формирователь управляючих імпульсів тривалістю МТ0 (ФУИ МТ0) синхронізується сигналами із виходу дільника частоти (ні з блоку синхронізації нестабільності лінії затримки ППК) і формує імпульси тривалістю МТ0. Ці імпульси включають комутатор, підключений до генератору гармонійного коливання. Залежно від коду М-последовательности (0 чи 1) не вдома комутатори отримуємо гармонійне коливання зі зсувом фази 0 чи? соответственно.
Розглянемо автокорреляционную функцію отриманого сигналу, що відповідатиме комплексної облямовує не вдома узгодженого фильтра.



Рис. 2.3 Результуючий вектор огинає сигналу не вдома узгодженого фильтра

Структурна схема фільтра узгодженого з ФМ сигналом, описаним кодовою последовательностью
,
зображено при застосуванні 2.

3. СТРУКТУРНА СХЕМА РЛС

Імпульсні РЛС, здійснюють когерентный приймання і містять пристрій ППК, називають РЛС з селекцією рухомих цілей (РЛС з СДЦ).
Основна мета використання РЛС з СДЦ є режекция сигналів пассивныхпомех від нерухомих цілей (будинків, пагорбів, дерев), і виділення сигналів що проглядали від рухомих цілей їхнього використання в обнаружителях і відображення радіолокаційної обстановки на индикаторе.
РЛС з СДЦ поділяються на истинно-когерентные і псевдо-когерентные.
У истинно-когерентных РЛС що зондує сигнал є когерентну послідовність радиоимпульсов з однаковим початковій фазою всіх радиоимпульсов чи з відомою різницею початкових фаз радиоимпульсов віддалених на.
У псевдо-когерентных РЛС що зондує сигнал є некогерентную послідовність радиоимпульсов, але за обробці прийнятих сигналів випадковість початкових фаз використовується в такий спосіб, що прийом стає когерентным.
Інакше кажучи, як і истинно-когерентных РЛС, і у псевдо- когерентних РЛС сигнал не вдома лінійного тракту приймача, отриманий для відсічі зондувального сигналу від нерухомій точкової мети, є импульсную когерентну пачку з початковими фазами радиоимпульсов, а для відсічі від рухомий точкової мети, що просувалася з радіальної швидкістю початкові фази радиоимпульсов у сусідніх періодах повторення відрізняється на.
При аналізі роботи когерентно-импульсных РЛС зазвичай робиться припущення, що протягом головного «променя «діаграма спрямованості постійна, а поза головного «променя «випромінювання і достойний прийом не проводяться. Це припущення дозволяє вважати, що із урахуванням сканування антени амплітуди всіх імпульсів когерентної пачки, отриманої для відсічі зондувального сигналу від точкової рухомий чи нерухомій мети, одинаковы.
Истинно-когерентные РЛС будуються з урахуванням многокаскадного передавача з підсилювачами потужності не вдома, а псевдо-когерентные РЛС — з урахуванням високочастотного генератора.
Для проектованої РЛС необхідно використовувати складний сигнали з, при цьому, зазвичай, використовуються истинно-когерентные РЛС.
На рис. 3.1 приведено спрощена структурна схема однієї з варіантів истинно-когерентных РЛС.



Рис. 3.1 Узагальнена структурна схема РЛС

Розгорнута структурна схема истинно-когерентной РЛС приведено при застосуванні 3.
У цьому РЛС з СДЦ як передавач використовується підсилювач потужності (РОЗУМ) з імпульсної модуляцією, а опорний сигнал формується з допомогою стабільного генератора (СГ) гармонійних коливань на частоті fпр. Перевага даної схеми у тому, що вона дозволяє застосувати активний спосіб формування ФМС як на несучою частоті, а й у нижчих радиочастотах.
Сигнал від стабільного генератора (СГ) як опорного подається на когерентный детектор (КБ). Він також надходить на формирователь ФМ сигналу (ФФМС) і далі, на змішувач (СМ1), куди одночасно подається сигнал від місцевого гетеродина (МР), генеруючого гармонійне коливання на частоті fмг=f0-fпр. Коливання із виходу СМ1 на частоті f0 надходять на підсилювач потужності (РОЗУМ), у якому відбувається посилення і імпульсна модуляція гармонійного ФМ коливання частотою f0. На виході підсилювача потужності виходять ФМ імпульси необхідної потужності і тривалості, що із частотою fп. Ці імпульси через антенний перемикач (АП) надходять на антенну.
У режимі прийому сигнали із виходу АП надходять на змішувач (СМ2), куда одночасно подається коливання від МР. Сигнали проміжної частоти із виходу СМ2 надходять на підсилювач радіочастоти (У), налаштований на проміжну частоту, і далі на узгоджений фільтр, потім на КБ, куди подається опорний сигнал із виходу СГ. Сигнали із виходу КБ надходять на пристрій черезпериодной компенсації (ППК) заданої кратності. Після перетворення на однополярные сигнали із виходу ППК подаються на нагромаджувач пачки імпульсів (БН) і далі на видеоусилитель (ПУ), та якщо з нього з боку устрою виявлення й виміру координат цели.
Для компенсації нестабільності лінії затримки, яка у ППК, необхідна коригування періоду повторення випромінюваних імпульсів. Для цього служить блок синхронізації (БС), який, враховуючи цю нестабільність, управляє формуванням пачки зондирующих імпульсів і блоком початковій установки (БНУ) через логічний схему (ЛС).
Проведемо вибір елементної бази до цієї структурної схеме:
У РЛС виявлення з круговим оглядом найбільшого поширення отримали дзеркальні антени, які з слабонаправленного излучастеля і дзеркального відбивача. Відбивач виконується як усіченого парабалоида, що дозволяє їм отримати діаграму спрямованості виду косеканс квадрат.
Як підсилювача потужності використовується лампа біжучому хвилі (ЛБВ)
Приймач в РЛС будується по супергетеродинной схемою, що дозволяє отримати високу чутливість приймального тракту. Вхідним пристроєм приймача є напівпровідниковий смеситель.
Місцевий гетеродин вследствии високі вимоги до стабільності частоти виконується з урахуванням стабільного задає генератора.
Погоджений фільтр для ФМ сигналу може бути реалізований з урахуванням ультразвукових ліній затримки (УЛЗ).
Формирователь ФМС описаний при розрахунку параметрів ФМ сигнала.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методичні вказівки до вивчення теми «Принципи і її фізичне основи побудови радіолокаційних і радіонавігаційних систем» з дисципліни «Основи теорії радіотехнічних систем» для студентів спеціальності 23. 01 / Сост. М. Б. Свердлик. — Одеса: ОПИ, 1991. — 112 с.
2. Тексти лекцій з дисципліни «Основи теорії радіотехнічних систем». Розділ «Виявлення сигналів» для студентів спеціальності 23. 01 / Сост. М. Б. Свердлик. — Одеса: ОПИ. 1992. — 87 с.
3. Методичні вказівки з вивчення теми «Статистична оцінка параметрів і синтез измеретилей координат цілей» для студентів спеціальності 23. 01 / Сост. М. Б. Свердлик. — Одеса: ОПИ, 1990. — 53 с.
4. Тексти лекцій з дисципліни «Основи теорії радіотехнічних систем». Розділ «Складні сигнали» для студентів спеціальності 23. 01 / Сост. М. Б. Свердлик. — Одеса: ОПУ. 1996. — 51 с.
5. Методичні вказівки до курсовому проектування з дисципліни «Основи теорії радіотехнічних систем» для студентів спеціальності 23. 01 / Сост. М. Б. Свердлик, А. А. Кононов, В. Г. Макаренко. — Одеса: ОПИ, 1991. — 52 с.
6. Лезін Ю. З. «Введення ЄІАС у теорію і техніку радіотехнічних систем»: Учеб. посібник для вузів. -М.: Радіо і зв’язок, 1986. — 280 з., ил.
7. «Радіотехнічні системи» / Під. ред. Ю. М. Казаринова. — М.: Высш. шк., 1990.
8.

Додаток 2

Структурна схема узгодженого фільтра для когерентної 12-импульсной пачки 15-позиционных ФМ сигналов.

А — узгоджений фільтр на одне импульса
У — нагромаджувач пачки импульсов

Додаток 3


Розгорнута структурна схема РЛС

Розгорнута схема узгодженого фільтра (СФ) і впливовості блоку накопичення (БН) приведено при застосуванні 2. Розгорнуту ж схему ППК, завдяки люб’язності викладача, магистрантам годі й приводить.


1




ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой