Радиолокационная станция обнаружения воздушных целей

Министерство Образования Украины

Одесский Государственный Политехнический Университет

Институт Радиотехники и Телекоммуникаций

Кафедра РТС

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

"Основы теории радиотехнических систем"

на тему

«Радиолокационная станция обнаружения воздушных целей»

Вариант № 16

Выполнил

студент группы РС-971

 Мамлюк В.В.

"____" __________ 2002 г.

Проверил:

Часовой А. Н.

"____" __________ 2002 г.

Одесса 2002

Наверно, в этом курсовике ошибки есть(мягко говоря) ,так как сдал я его на шару, но с учетом практически полного отсутствия нормальной студентческой информации по радиолокации в Интернете, он просто очень нужный…

СОДЕРЖАНИЕ

1. Расчет технических параметров РЛС

2. Выбор и расчет параметров зондирующего сигнала

3. Структурная схема РЛС

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Список литературы

РЕФЕРАТ

Радиолокационные системы имеют следующие преимущества перед визуальными: работа РЛС не зависит от наличия оптической видимости и эффективна не только в дневные, но и в ночные часы, в тумане, при должде и снегопаде. Они обеспечивают большую дальность действия и точность измерения координат цели.

В данном курсовом проекте проведен расчет РЛС кругового обзора, предназначенной для обнаружения воздушных целей. Данная РЛС может использоваться, например, в аэропортах и подобных учреждениях. Проектируемая РЛС является совмещенной, т.е. использует одну антенну для приема и передачи сигналов.

При проектировании был использован критерий минимальной стоимости РЛС, в основу которого положен принцип минимизации общей суммы стоимости антенны и передатчика, при заданных характеристиках обнаружения. Для выполнения этого проекта использована программа, разработаннная на кафедре РТС Одесского Государственного Политехнического Университета, при помощи которой проводится оптимизация параметров РЛС для обеспечения требуемого критерия минимума стоимости.

В качестве объекта проектирования выбрана гипотетическая когерентно-импульсная РЛС с аппаратурой селекции движущихся целей.

1. РАСЧЕТ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РЛС

Расчет ширины спектра зондирующего сигнала:

 ,  (1.1)

где  - релеевская разрешающая способность по дальности

Выбор времени обзора из условия:

, (1.2)

где  - верхняя граница спектра траектории движения цели

Расчет периода (частоты) повторения импульсов передатчика из условия однозначного измерения дальности:

(1.3)

где  - максимальная дальность однозначного измерения.

-максимальная дальность обнаружения с учетом затухания.

;

.

Расчет количества импульсов (число импульсов в пакете), поступающих на вход приёмника РЛС за время облучения цели  в режиме кругового обзора:

, (1.4)

где  - время облучения цели:

(1.5)

где - ширина диаграммы направленности в азимутальной плоскости на уровне половинной мощности (- релеевская разрешающая способность по азимуту)

;

.

Расчет коэффициента различимости для модели сигнала со случайной фазой и флюктуирующей амплитудой:

(1.6)

где  - отношение сигнал/шум, рассчитываем по формуле:

 , (1.7)

где - вероятность правильного обнаружения; - вероятность ложной тревоги для одного элемента разрешения зоны обзора.

(1.8)

 , (1.9)

где m - число элементов разрешения в зоне обзора, равное произведению числа элементов разрешения по дальности m₁ и по азимуту m₂.

;

;

;

.

Определение коэффициента потерь a_дет при некогерентной обработке:

Для рассчитанной вероятности ложной тревоги для одного элемента разрешения и рассчитанного количества импульсов определяем параметр  из уравнения:

, (1.10)

Расчет проведенный на компьютере, показал .

Находим требуемое отношение сигнал/шум для одного импульса при некогерентной обработке из уравнения:

. (1.11)

Согласно заданию P_по= 0,94. Подберем q²_нек1 для обеспечения P_по при y₀ = 37,9587.

q²_нек1 =70 ® Р_по = 0,938

  q²_нек1 =75 ® Р_по = 0,942

 q²_нек1 =72 ® Р_по = 0,94

Так как по определению a_дет характеризует энергетические потери имеющее место при переходе от когерентной к некогерентной обработке, а отношение сигнал / шум в одном импульсе при когерентной обработке  равно:

 , (1.12)

где q² рассчитано по формуле (1.7), то

. (1.13)

Определяем коэффициент потерь в системе L, не включенный в другие параметры уравнения дальности:

L = 10 дБ

Рассчитаем коэффициент усиления антенны с плоской диаграммой направленности G , ширина главного лепестка диаграммы направленности которой в азимутальной плоскости на уровне 0,5 по мощности равна a_0,5 , а в вертикальной плоскости - Db.

Коэффициент усиления параболической антенны с плоским лучом рассчитывается по формуле:

, (1.14)

где b₀ - угол места, соответствующий максимальной дальности обнаружения :

 °, (1.15)

тогда:

.

Коэффициент усиления косеканс – квадратной антенны, с той же апертурой, как у параболической для заданных параметров зоны обзора меньше чем величина, рассчитанная по (1.14):

. (1.16)

Расчитаем спектральную плотность шума N₀:  

С этой целью следует выбрать тип активного элемента входного устройства супергетеродинного приёмника РЛС и найти его коэффициент шума К_ш .

По графикам зависимостей коэффициента шума от частоты для УВЧ на ЛБВ при частоте f_l= 3 ГГц:

К_ш = 3,22 дб = 2,1.

Значение N₀ определяется по формуле (1.17) :

Вт/Гц. (1.17)

где  - постоянная Больцмана,  Дж/К,

 - стандартная температура.

Мощность шума на входе приёмника (в полосе ) рассчитывается по формуле:

   (1.18)

где  - эффективная ширина полосы пропускания линейного тракта приёмника включающего согласованный фильтр.

При согласованой обработке:

, (1.19)

где  - эффективная ширина спектра сигнала.

Ширина спектра сигнала в одном периоде повторения -  равна:

, (1.20)

тогда:

Вт.

Для совмещенной антенны связь между эффективной площадью антенны А_пр и коэффициентом усиления G_csc определяется соотношением:

. (1.21)

Зададимся начальным значением длины волны зондирующего сигнала l = 0,1 м. В дальнейшем, после оптимизации, эта длина волны будет скорректирована.

Тогда получим:

 м².

Определим значение максимальной дальности обнаружения D_maxкоторую должна иметь РЛС в свободном пространстве, чтобы ее дальность действия при наличии поглощения радиоволн в атмосфере была равна заданному значению D_{max п}.

, (1.22)

где a(l) - коэффициент потерь энергии радиоволн в атмосфере, определяемый по графику в [ ]

 дБ/км.

Тогда

км.

Находим произведение средней мощности передатчика на эффективную площадь антенны:

, (1.23)

где  - эффективная отражающая площадь поверхности цели.

 Вт*м².

Найдем значение средней мощности передатчика:

 Вт. (1.24)

Найдем стоимость РЛС:

. (1.25)

Определим значение средней мощности передатчика и эффективную площадь антенны по критерию минимума стоимости РЛС на первой итерации:

 Вт, (1.26)

м².  (1.27)

Определим теперь значение длины волны, соответствующее рассчитанным величинам. Так как в нашей РЛС используется совмещенная антенна, то  и связаны соотношением:

. (1.28)

и следовательно:

 м. (1.29)

Проверим выполнение условия:

, (1.30)

. (1.31)

где .

Так как ни одно из условий не выполняется, проведем оптимизацию параметров на ЭВМ. Значение стоимости РЛС и длины волны на каждой итерации сведены в табл. 1.1.

Результаты расчетов до оптимизации и параметров РЛС после проведения оптимизации на ЭВМ приведены в приложении 1.

Таблица 1.1

№ итерации	Длина волны на предыдущей итерации	Стоимость РЛС на предыдущей итерации	Новая граница длины волны
1	0,1 м	67564	0,134 м
2	0,134 м	52252	0,12 м
3	0,12 м	44958	0,125 м
4	0,125 м	43489	0,124 м
5	0,124 м	42252	Оптимально

Под стоимостью С₁ понимают взвешенную сумму 1 Вт мощности передатчика и 1 м² антенны. В результате оптимизации стоимость РЛС уменьшилась с 67564 до 42252, была получена оптимальная длина волны l = 0,124 м, которая больше длины волны до оптимизации (l = 0,1 м). Это приводит к тому, что при фиксированном коэффициенте усиления антенны произошло увеличение ее эффективной площади. Энергетический потенциал станции фиксирован, следовательно при увеличении эффективной площади антенны происходит уменьшение средней мощности передатчика.