1 (Радиолокационный приемник)

Бабахин.А.П. Лист N 37

ГУАП

Факультет N2 Кафедра N22

Задание N1

на курсовой проект по дисциплине «Устройство приема и обработки сигналов».

Тема: Радиолокационный приемник.

Выдано студенту группы 6523: Бабахину А.П.

1.Технические условия:

1.1Характеристики принимаемых сигналов:

1.Рабочая частота (диапазон частоты) 17.5Ггц

2.Вид модуляции принимаемого согнала Код Баркера

3.Параметры модуляции База 5

4.Длительность импульса 7 мкс

1.2.Характеристики помех:

1.Вид помехи - белый шум (собственный шум РПУ).

2.Статистические характеристики - гауссово распределение.

3.Температура шумов в антенне Та=200К

1.3.Качественные характеристики приемника.

1.Чувствительность ?

Коэффициент шума 6

2.Отношение сигнала к мощности шума на выходе линейной части приемника 3

3.Схема приемника ?

4.Ослабление по симметричному каналу 20Дб

5.Коэффициент прямоугольности частотной характеристики 1.6

6.Промежуточная частота 35Мгц

7.Полоса пропускания ?

8.Динамический диапазон входных сигналов 60Дб

9.Динамический диапазон выходных сигналов 10Дб

10.Выходное напряжение 10В

11.Параметры выходного устройства R=12Koм. С=25пФ

12.Суммарная нестабильность частоты радио линии 10 Е-7

13.Тип УВЧ ?

14.Схема смесителя ?

15.Конструкция смесителя УВЧ ?

16.Система АПЧ ?

17.Вид амплитудной характеристики - линейный.

18.Тип автоматической регулировки усиления - ИАРУ.

19.Диапазон рабочих температур A40°С

2.Содержание отчета.

1.Определение (расчет) основных характеристик приемника.

2.Выбор и обоснование структурной схемы приемника.

3.Обоснование и составление функциональной схемы.

4.Выбор и обоснование конкретных типов усилительных приборов.

5.Обоснование и составление принципиальной схемы.

6.Электрический расчет элементов принципиальной схемы.

7.Определение и проверка качественных показателей приемника.

8.Разработать конструкцию смесителя.

9.Подрбно рассчитать тракт УПЧ и преобразователя.

3.Чертежи.

1.Принципиальная схема.

2.Топология преобразователя.

4.Список литературы.

Введение: Радиоприемное устройство состоит из антенны , приемника и оконечного устройства. Радиолокационное приемное устройство (РПУ) входит в состав радиолокационной станции(РЛС). В радиолокации под приемным устройством понимают цепи, расположенные между выходами антенны и оконечного устройства, принимающего решение об обнаружении сигнала или оценке его параметров.

Проектирование согласно ЕСКД включает в себя составление технического задания, технического предложения, эскизного и технического проектов.

В техническом задании содержатся общие характеристики принимаемых сигналов и помех, качественные, конструктивные и эксплуатационные требования. На стадии технического предложения выполняют анализ тех. задания, осуществляют подбор литературы, приводят с сравнивают различные варианты структурных схем РПУ.

На стадии эскизного проектирования выбирают и обосновывают функциональную схему РПУ, составляют принципиальную схему и производят ее расчет, разрабатывают конструкции отдельных узлов и всего РПУ.

При создании технического проекта составляют рабочие чертежи изготовляемых деталей, и самого приемника, выбирают технологию изготовления и т.д.

1.Выбор моделей сигналов и помех.

Передающее устройство импульсного локатора излучает в пространство импульсы электромагнитной энергии. Объекты, расположенные в пространстве, отражают эту энергию. Радио локационные сигналы , отраженные от целей, зависят от их свойств, а так же от свойств приемника и антенны.

Сравнивая параметры переданных и принятых сигналов можно судить о дальности и угловых координатах.

Исходные данные:

1. рабочая частота 17.5 Ггц

2. вид модуляции принимаемого сигнала ЛЧМ

3. параметры модуляции база 5

4. длительность импульса 7 мкс

Принимаем, что цель точечная.

Для получения аналитического выражения оптимального алгоритма приемника необходимо математическое описание отраженного сигнала при приеме. При этом исходят из двух требований : модель принимаемого сигнала не должна быть слишком сложной или слишком простой.

Случайный характер параметров сигнала обусловлен взаимным перемещением РЛС и объекта, сложной формой ДОР целей и заранее не предсказуемым его положением в пространстве.

Исходя из анализа тех. задания выбираем сигнал М-4, т.е. сигналы у которых амплитуда и фаза изменяется по случайному закону.

Помеха G(t) на входе РПУ является случайным процессом. Она складывается с сигналом S(t) и на вход РПУ воздействует их смесь

V(t) = S(t) + G(t)

Из анализа тех. задания видно, что помехой , действующей в приемнике является белый шум.

Для гауссовой помехи типа белого шума N(f)=const (энергетический спектр). Белым шумом являются внутри приемные шумы, радиоизлучения космических объектов.

Радиоимпульс промодулирован по частоте , т.е. спектр такого сигнала сплошной.

S(f)

0 f Мгц

рис.1

1. Без ЛЧМ.

1. С ЛЧМ.

Т.к. база сигнала В=5, а

В = tè • 2DFд т.е.

2DFд = В /tи = 5/7мкс = 710 Кгц

2.Выбор оптимальной структуры приемного устройства.

РПУ работает при воздействии помех. Помехи мешают приему сигнала. Качество приема сигналов приемником в присутствии помех оценивают некоторым критерием . Под синтезом РПУ понимают синтез алгоритма обработки сигналов.

Для нашего типа сигнала М-4 , т.е. одиночный импульс с неизвестной амплитудой и фазой.

Алгоритм обработки :|Z|³ Zn, или ½Z½²³ Zn²:

Квадрат модуля корреляционного интеграла :½Z½= ÖZ1²(V) + Z2²(V)

И реализуется с помощью следующей схемы:

½Z½²

Фо Фв КД

1 2 3 4

Рис. 2

1. Фо- фильтр, согласованный одиночным радиоимпульсов пакета.

2. Фв- дискретный сумматор на скользящем интервале.

3. КД- квадратичный детектор.

4. Пороговое устройство.

3.Определение основных качественных показателей и выбор структурной схемы РПУ:

Радиолокационный приемник предназначен для усиления отраженных от целей сигналов и их дальнейшей обработки для выделения полезной информации. На вход приемника поступает смесь полезных сигналов и помех. Для полного использования полезной информации необходимо применять оптимальные алгоритмы обработки . При проектировании структурной схемы РПУ необходимо предусмотреть устройства , реализующие операции оптимального алгоритма принимаемых сигналов. Схема алгоритма обработки принимаемого сигнала указана на рис.2.

Эту структурную схему алгоритма необходимо преобразовать в структурную схему устройства, технически реализующий данный алгоритм. Для этого требуется заменить все логические операции техническими устройствами , которые реализуют соответствующие логические операции.

В качестве Фо применяют линейные фильтры, построенные на пассивных элементах. Технически проще реализовать фильтр Фо на промежуточной частоте (ПЧ). Для этого в схему РПУ перед Фо вводят преобразователь частоты, содержащий смеситель и гетеродин (СМ) и (Г) . В качестве квадратичного детектора (КД) применяют амплитудный детектор (АД).

Пороговое устройство (ПУ) заменяют решающим устройством, а пороговое напряжение Uп задают исходя из вида критерия обнаружения. Для обеспечения работы РПУ в реальных условиях , когда параметры сигнала изменяются , в состав структурной схемы вводят такие устройства, как устройства автоматической подстройки частоты (УАПЧ), автоматическую регулировку усиления (АРУ) и т.д.

Так как используется одна антенна на прием и передачу сигналов , для этого в схему введем антенный переключатель (АП).

Для увеличения чувствительности и избирательности по зеркальному каналу перед смесителем включен усилитель высокой частоты (УВЧ) и входная цепь (ВЦ). Для обеспечения работы в динамическом диапазоне входных сигналов в состав РПУ включают устройство временной автоматической регулировки порога (АРП). Для частотной автоподстройки в схему вводят смеситель (СМ2) и усилитель промежуточной частоты (УПЧ2), различитель (РЗ) и управитель (У). Сигнал от передатчика (ПРД) через делитель мощности подают на СМ2 . В схему вводят АП.

Сигналы с выхода КД подают на видеоусилитель ( ВУ ), а затем на индикатор (ИНД), с помощью которого оператор РЛС осуществляет визуальное наблюдение. Общую синхронизацию осуществляют с помощью синхронизатора импульсов (СИ), которые запускают ПРД , ИНД и схему ИАРУ.

Расчет основных параметров структурной схемы.

Исходные данные:

Рабочая частота 17.5Ггц

Коэффициент шума 6

Суммарная нестабильность частоты радио линии 10 Е-7

Чувствительность ?

Ширина спектра сигнала 710Кгц

Будем искать шумовую полосу пропускания приемника и исходя из значения допустимого коэффициента шума. Выберем типы каскадов.

Полоса пропускания приемника, необходимая для приема сигнала, складывается из полросы энергетического спектра одиночного сигнала,

2 fд max - полосы, учитывающей доплеровское смещение частоты и Пнс- запас полос частот для учета нестабильности и неточной настройки.

Ппр=Пс+Пнс+(2 fд max)

Пс- ширина спектра сигнала .

Пс= 0,71 Мгц

Пнс= 2fс fнс

fнс- суммарная нестабильность частоты радио линии.

Пнс= 2 1.75 10 Мгц 10 = 3.5 Кгц

Примем максимальную скорость цели Vmax= 600 , тогда

2 fд max= 2 2Vmax fc

c

2 fд max= 2 2 600 17500/ 3 10 = 0.14 Мгц

Ппр= 710+ 140+ 3.5= 853.5 Кгц