q = 3°, в вертикальной плоскости косекансквадратная диаграмма направленности j=35°.

q0,5=q/1.5=2⁰

3.2.6. Необходимый диаметр антенны

dА

Принимаем dА=0.76м , и уточняем ширину луча.

рад

3.2.7. КНД и усиления антенны, эффективная площадь антенны.

КНД - коэффициент направленного действия антенны.

=5490

=5215

=0,448 м²

GA – коэффициент усиления антенны;

SА – эффективная площадь антенны;

η – КПД антенны.

3.2.8. Скорость вращения антенны Ω_а..

Скорость вращения антенны выбирают с учетом требований в отношении сокращения времени обзора и надежности наблюдения сигналов.

При заданных значениях ширины диаграммы направленности q, частоты следования импульсов Fn и сектора обзора Daобз скорость вращения антенны определяется выражением:

(11)

0.417c^-1

(12)

40 град  c^-1

3.2.9. Количество импульсов в пакете Nu.

Количество импульсов в пакете зависит от ширины диаграммы направленности в горизонтальной плоскости q, скорости вращения антенны W и частоты следования зондирующих импульсов Fn:

(13)

20

3.2.10. Чувствительность приемника Pnmin.

Приемное устройство осуществляет обнаружение сигналов. Обнаружение сигналов при оптимальной фильтрации обычно сводится к следующим операциям:

• оптимальная фильтрация каждого импульса пакета;

• амплитудное детектирование;

• синхронное интегрирование видеосигналов;

• испытание суммарного сигнала на порог.

Первые две операции обычно выполняет приемное устройство, а остальные – выходное. Применение оптимальной обработки сигналов приводит к уменьшению пороговой мощности. Под пороговой мощностью радиолокационных сигналов понимают минимальную мощность сигнала на его входе, при которой обеспечивается прием и обнаружение отраженных сигналов с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги.

Величина пороговой мощности радиолокационных сигналов зависит от заданных значений вероятностей правильного обнаружения D и ложной тревоги F, параметров радиолокационных сигналов, времени наблюдения и вида обработки радиолокационных сигналов.

Пороговая мощность является реальной чувствительностью приемника. Она определяется выражением:

(14)

где:

k – постоянная Больцмана, k = 1.380662×10^-23J×K^-1;

Т – абсолютная температура, Т = 300К;

Df – полоса пропускания приемника;

Nш – коэффициент шума приемника;

mp – коэффициент различимости.

Полоса пропускания приемника определяется по формуле:

где:

а – коэффициент, учитывающий степень искажения сигнала, проходящего через приемник, а = 1.37

8.05910⁵  Гц

Коэффициент шума приемника задан в условии и равен Nш = 10 dB.

Коэффициент различимости определяется из выражения:

1,297

Чувствительность приемника равна:

4,32710^{-14 }Вт

или в dB/мВТ

113.6 dB/мВТ

где:

Ро = 10^-3Вт – исходный отсчетный уровень.

3.2.11. Оцениваем эффективную отражающую поверхность цели.

Удельная эффективная отражающая поверхность цели:

Рассеивающий объём на максимальной дальности:

9,266

Полная эффективная отражающая поверхность цели:

4,82 10⁵ м²

3.2.12. Влияние затухания a.

Затухание радиоволн в атмосфере обусловлено поглощением их энергии свободными молекулами кислорода и водяного пара, а также взвешенными частицами – пылинками и каплями воды. Кроме того, происходит рассеяние радиоволн жидкими и твердыми частицами, которые вызывают эффект, аналогичный поглощению энергии.

Влияние постоянного затухания a на максимальную дальность действия РЛС определяется выражение:

(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 длины волны 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 частей привести уравнение к виду:

(17)

Зависимость a×Rmax = j(g) представлена на рис. 2:

Рис 2.относительное уменьшение дальности за счёт затухания в атмосфере

g = 0.477

Откуда определяется дальность действия РЛС с учетом затухания:

214,65kм

f(0.477)=13,5

Для того, чтобы РЛС в плохую погоду действовала на расстояние 450kм, необходимо рассчитывать её на расстояние:

943,4км

3.2.13.Импульсная мощность излучения Pu

В зависимости от назначения станции мощность излучаемых импульсов выбирают от единиц киловатт до тысяч киловатт. Мощность излучения рассчитывают в соответствии с основным уравнением радиолокации, откуда:

(15)

где:

Da – коэффициент направленного действия антенны;

Sa – эффективная площадь антенны;

L₀ – учитывает потери в системе (L₀=5)

Мощность излучения передатчика РЛС равна:

480 ^kВТ

3.2.14. Средняя мощность излучения Pср передатчика.

226 Вт

4
. Описание обобщённой структурной схемы РЛС

Структурная 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 масштабных импульсов; ПРМ – приемник; ГР – генератор развертки; ЭЛТ – электронно-лучевая трубка; ССП – сильсинно-следящая передача; МВА – механизм вращения антенны.

Данные по параметрам РЛС можна найти в сводной таблице 1.

Антенна РЛС имеет веерообразную диаграмму направленности, то есть узкую в горизонтальной плоскости (шириной в несколько градусов или долей градуса q=3⁰), и достаточно широкую (десятки градусов Dbобз=35⁰) в вертикальной плоскости. При вращении такая антенна обеспечивает не только требуемый обзор в вертикальной и горизонтальной плоскостях, но и измерение азимута.

Этот принцип сохраняется как для обзора воздушного пространства (наземная РЛС), так и для обзора земной поверхности (бортовая РЛС). Для визуальной индикации двух координат цели следует использовать двухмерный индикатор кругового обзора (ИКО) с яркостной отметкой цели, в котором обычно применяются ЭЛТ с магнитным управлением. В нашем случае используем секторный индикатор для увеличения коэффициента использования антенны. Импульсные сигналы с выхода приемника подается на управляющий электрод ЭЛТ, и увеличивают яркость экрана во время их появления.

Р азвертка дальности осуществляется с помощью отклоняющей катушки, создающей магнитное поле, которое равномерно перемещает электронный луч от центра экрана ЭЛТ к его краю. Азимутальная развертка получается с помощью сельсинно-следящей передачи (ССП), которая обеспечивает синфазное с вращением антенны по азимуту вращение радиальной развертки вокруг центра.

С

Рис 4. Временные диаграммы процессов в РЛС кругового обзора (номера диаграмм соответствуют рис 3)

инхронизатор РЛС вырабатывает периодическую последовательность импуль-сов с периодом Tn=3,6 10^-3, которые воздействуют одновременно (либо с некоторым постоянным запаздыванием) на модулятор, генератор развертки дальности и генератор масштабных импульсов. Импульсный модулятор вырабатывает модулирующие видеоимпульсы длительностью tu=1,7 10^-6, воздействующие на генератор СВЧ. Последний вырабатывает радиоимпульсы примерно такой же длительности.

Генератор СВЧ формирует периодическую последовательность радиоимпульсов, излучаемую антенной в виде зондирующего сигнала. Отраженный импульс появляется на входе приемника через интервал времени tз. На выходе приемника образуются видеоимпульсы, смешанные с шумом, которые подаются на управляющий электрод ЭЛТ.

Генератор развертки дальности вырабатывает в отклоняющей катушке пилообразно изменяющийся ток. При этом электронный луч совершает равномерное движение вдоль радиуса ЭЛТ, который в свою очередь вращается вместе с антенной. Такая развертка луча на экране ЭЛТ называется радиально-круговой. Она создает на экране изображение (часто именуемое растром) в виде тесно примыкающих друг к другу радиусов.

Генератор масштабных импульсов вырабатывает серию импульсов, которые могут быть периодическими, либо иметь вид пачек, действующих в пределах длительности прямого хода развертки. Такие импульсы можно формировать, например, с помощью генератора ударного возбуждения. Часть применяются масштабные импульсы отрицательной полярности, подаваемые на катод ЭЛТ (это облегчает развязку выходных цепей приемника и генератора масштабных импульсов).

Механизм формирования изображения на экране ЭЛТ описан ниже. При вращении антенны, когда край диаграммы направленности совпадает с направлением на цель, на соответствующем радиусе развертки под действием импульса цели возникает яркая точка. Кроме того, возникает серия ярких эквидистантных точек под действием масштабных импульсов. Вращение антенны по 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 же цели b отсчитывается по положению середины ее отметки относительно какого либо 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 и массой, имели малую надежность и состояли из большого количества блоков. Переход к элементной базе второго поколения (полупроводниковые приборы и модули) позволил значительно улучшить характеристики ряда узлов и блоков.