Расчет влияния отражений от поверхности воды

3.2 Расчет влияния отражений от поверхности воды

Проектируемая радиолокационная станция осуществляет наблюдение за объектами внутри шлюза.

При обзоре водной поверхности, поступающие на вход РЛС отраженные сигналы, несут информацию как о находящихся в зоне обзора объектах, так и о физических свойствах водной поверхности, что в данном случае является нежелательным фактором. Необходимо учитывать отражения от водной поверхности.

В данном разделе произведем анализ отражений радиолокационного сигнала от водной поверхности, для чего воспользуемся коэффициентом отражения γ⁰, значения, которые приведены в таблице 2.1 [9]. Для водной поверхности коэффициент отражения равен γ⁰= -40 дБ. Зная это можно определить удельную эффективную площадь рассеяния воды:

где φ_н – угол обзора поверхности (в данном случае воды).

Максимальный уровень помех в результате отражения радиолокационного сигнала от поверхности воды возникает при наибольшей эффективной площади рассеяния, то есть в случае наибольшей “освещаемой” поверхности или при наихудшей разрешающей способности.

Рисунок 3.3 – Элемент обзора РЛС

Найдем максимальную площадь водной поверхности, которая одновременно попадает под обзор радиолокационной станции, это происходит при обзоре наиболее удаленной части шлюзовой камеры. Площадь образуется в результате пересечения диаграмм направленности приемной и передающей антенны на противоположном краю шлюза (см. рис. 3.3).

Из рисунка видно, что площадь:
где из геометрических формул:
тогда:
где:
учитывая вышеизложенное:
И так, эффективная площадь рассеяния участка воды, площадь которого dS, составляет (угол обзора φ_н лежит в пределах 10…90˚, выбираем максимальное значение):

Как видно, эффективная площадь рассеяния воды гораздо меньше эффективной площади рассеяния целей, которые необходимо обнаруживать. Следовательно, мощность, отраженного от водной поверхности, радиолокационного сигнала будет много меньше полезного сигнала.

Проведя подобные же расчеты для стен шлюзовой камеры, коэффициент отражения γ⁰ для которых (для бетона γ⁰= -32 дБ) тоже очень мал, можно убедится, что эффективная площадь рассеяния целей гораздо больше ЭПР стен шлюза и отражения от них не повлияют работу радиолокационной станции.

Найдем из (2.1.3) мощности шумового сигнала на входе приемника:
Мощность полезного сигнала на входе приемника:
Зная значения мощностей шума и полезного сигнала на входе приемника можно найти их отношение и сравнить с требуемым.

что удовлетворяет требованию к отношению сигнал/шум, которым мы задавались при предварительном расчете тактико-технических характеристик. Это говорит о том, что на фоне шумового сигнала, отраженного от водной поверхности, радиолокационная станция будет различать необходимые цели с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги.

4 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РЛС

4.1 Разработка структурной схемы передатчика

 

Произведем разработку структурной схемы радиолокационной станции с учетом требований к ее функциональным обязанностям. РЛС должна обнаруживать надводные цели с эффективной площадью рассеяния большей заданной и определять, в случае движущихся целей, их скорости и направление движения.

Как было сказано ранее, радиолокационная станция работает в режиме непрерывного излучения. Передатчик РЛС излучает в пространство немодулированные колебания с частотой f₀=7,5 ГГц и мощностью P=30 мВт. В передатчике осуществляется генерация заданной частоты и усиление.

На такой большой частоте очень сложно реализовать генератор с необходимой стабильностью, поэтому необходимо генерировать меньшую частоту, а потом увеличивать её в умножителях частоты до нужного значения. Для стабилизации частоты наиболее целесообразно применить кварцевый резонатор (рисунок 4.1).

Чтобы избежать громоздкого многокаскадного умножителя, нужно генерировать как можно большую частоту в кварцевом автогенераторе. Их частота составляет порядка нескольких сотен мегагерц при использовании высших гармоник кварцевого резонатора. В данном случае выберем рабочую частоту генератора 150 МГц. Чтобы получить необходимую частоту излучения станции, требуется умножить колебания генератора в пятьдесят раз, для этого устанавливаются три последовательных каскада умножения частоты в 5, в 5 и в 2 раза. Затем полученные колебания усиливаются в усилительном каскаде до нужного уровня мощности.

Рисунок 4.1 – Блок-схема передатчика РЛС

После усиления необходимо отфильтровать полученный сигнал от высших гармоник, появившихся в результате работы нелинейного элемента (транзистора) в усилительном каскаде. Эту функцию выполняет выходная колебательная система, выполненная в виде фильтра низких частот. Кроме того, она обеспечивает согласование антенны с усилителем, то есть преобразовывает нагрузочное сопротивление антенны в эквивалентное сопротивление нагрузки оконечного каскада.

С выходной колебательной системы готовый радиолокационный сигнал поступает в антенну и излучается в пространство.