Book1 (Учебник Конструирование РЭС), страница 5

25

ных на каждое j-e звено этого уровня, т.е.

Д_l = {Д _1l. Д _2l, Д _jl ,,..., Д _kl}, где k— число звеньев 1-го уровня. В

свою очередь группа данных Д _jl может быть разбита на четыре под-
группы: условия У, ограничения на структуру и параметры проектируемой системы О_S , показатели качества системы К и ограничения на показатели качества О_к [6].

К условиям работы системы относятся характеристики полезных сообщений и сигналов, возможных помех, условия эксплуатации.

К ограничениям на структуру и параметры системы относятся ограничения класса систем, числа каналов, вида элементной базы, метода конструирования и т.п.

В группе К = {К₁,К₂, ...,К,., ...,К_m } представлена совокупность частных показателей качества или числовых характеристик системы, которые связаны с ее качеством строго монотонной зависимостью: чем больше (меньше) К_i, тем лучше система при прочих равных условиях

Ограничения О_K , накладываемые на величины показателей качества К₁,..., К _m , могут быть следующих типов: равенства

К_i = К_i0, неравенства К<> К_{i доп} . и связи Ф_i, (К₁,...',К_m ) ≤ 0. '

Система S, удовлетворяющая совокупности {У, О _S }, называется

допустимой, и таких систем может быть множество. Система, удовлетворяющая совокупности {У, О_S , О_K }, называется строго допустимой.

Их тоже может быть множество, но меньшее, чем первых. Наконец, система, обладающая наилучшим (наименьшим или наибольшим) значением вектора показателей качества К при всех остальных требованиях,считается оптимальной. Для ее выбора необходимо выбрать критерий оптимальности (или критерий предпочтения), т.е. выбрать, какое значение вектора К (или представление его в скалярной форме К_i) считать лучшим.

Разработка системы данных на тот или иной субъект системы разбивается на внешнее и внутреннее проектирования. Под внешним проектированием понимают обоснование исходных данных на субъект системы: условий работы субъекта, ограничений, накладываемых на структуру, состав показателей качества,и предъявляемых к ним требований. На этапе внутреннего проектирования вначале определяют принципы построения субъекта системы, его деление на подсистемы низшего
ранга, разрабатывают исходные данные на них, далее проводят выбор элементной базы и синтез (оптимизацию по критерию предпочтения)

26

конструкции. Последовательное
решение этих задач на разных
уровнях (с верхнего до нижнего)
называется сквозным проектирова-
нием РЭС. На рис. 1.2 показан пример сквозного проектирования
бортовой РЛС, построенной на
микросборках. Тактические данные на самолет (L — дальность полета,

v — скорость самолета) опре-
деляют исходные данные на разра-
ботку РЛС (R — дальность обнару-
жения, m _РЛС — масса РЛС). В

свою очередь, эти выходные дан-
ные определяют исходные данные
на МСБ приемно-усилительного
тракта (ПУТ) (Q — отношение
«сигнал/ шум», р_ш — плотность

Рис. 1.2. Примеро сквозного
проектирования бортовой РЛС

мощности шума приемника, К —
коэффициент усиления, m _пут —

масса тракта и др.). Далее от внеш-
них данных переходят к внутрен-

ним (f_ПР- промежуточная частота ПУТ, ∆f— его полоса пропускания,

АЧХ — амплитудно-частотная характеристика и ЭЗ — электрическая
принципиальная схема). На нулевом уровне выбирается по критерию
предпочтения элементная база (ИС, ЭРЭ), материал подложки и проводится расчет топологии МСБ.

Может быть предложен следующий порядок оптимального проек-
тирования на уровне радиоустройства [7]:

1) совокупность исходных данных Д = { Д ₁,..., Д_l} разделяется на

подгруппы: У = {У₁!,...,У_k.} , О_S = {O_S1 О_Sr} , K = {K₁, ...,K_m},

O_к={O_k1………O_kn};

2) исходя из назначения устройства (данные подгруппы У) составля-
ется его математическая модель в виде связывающей основные энерго-
информационные характеристики функции F{K₁, ...,K_m}, которая в

случае затруднений может быть частично или полностью заменена
упорядоченной совокупностью показателей качества К;

1. составляется электрическая структурная'схема устройства;

2. для выбранной (или заданной) элементной базы и метода конст-
   руирования определяются коэффициенты k, устанавливающие связь

с ним

27

между функциональными и материальными характеристиками устройства, и рассчитывается значение критерия предпочтения (одного из наиболее критичных материальных параметров):

K = k_lK_l+k₂K₂+...+k_mK_m;

1. проводится проверка на допустимость значений других материальных параметров устройства: если, например, в качестве К была выбрана масса устройства, то проверке подлежат объем устройства V, стоимость С, один из показателей надежности (интенсивность отказов Λ ),тепловая напряженность Р_{уд.расс.}; пересчет функциональных параметров К ₁, К ₂,..., К _m в названные материальные производится с помощью удельных коэффициентов объема k_V, стоимости k _с и т.д.;

2. удельные коэффициенты определяются расчетным путем для существующих типовых конструкций аналогичного назначения или берутся из справочных данных;

3. если величина К не удовлетворяет заданным требованиям или не выполняется одно из неравенств V≤ V_ДОП, С ≥ С_ДОП , Λ ≥ Λ _ДОП а также если имеется возможность улучшения (минимизации) К, то изменяют структурную схему устройства или значения показателей качества в пределах ограничений O_S и О_K или же пересматривают элементную базу с целью уменьшения коэффициентов k_i . для критичных функциональных параметров К_i ;

8) окончательное решение о правильности структурного построения устройства принимают после проверки качества по комплексному показателю (разд. 1.1).

Пример 1.2. Требуется провести оптимальное конструирование
приемопередающего устройства РЛС самолета.

1. Составление перечня исходных данных

Подгруппа данных У, определяющих назначение устройства и воздействия внешней среды: назначение — авиационная техника (самолет с дальностью полета L и скоростью v); тип устройства — приемопередающее устройство РЛС для обнаружения целей по скорости.

Подгруппа структурных ограничений O_S : зондирующий сигнал передатчика РЛС — непрерывный (или квазинепрерывный); отраженный от цели сигнал — медленно флуктуирующий; направление на цель известно; приемопередатчик должен частично или полностью выполняться на микросборках; должна рассматриваться возможность использования принципа многоканальности.

28

Установлены и обоснованы следующие исходные энергоинформационные данные: R — дальность обнаружения цели; σ — эффективная поверхность рассеяния цели;f ₀ — несущая частота передатчика; f_ПР — промежуточная частота приемника; Δ_{V ц} — пределы измерения радиальной скорости цели; Q — отношение сигнал/шум; Р_{Ш 0} — плотность мощности шума приемника; Т_ОБЗ — время обзора по скорости; L _пот потери сигнала в приемопередатчике; К_У — коэффициент усиления напряжения в приемнике; m _ПРМ — масса приемника.

Показатели качества (подгруппа К) — функциональные параметры:.р_изл — мощность излучения передатчика, N — число приемных каналов; материальные параметры: m _рлс — масса приемопередатчика; Λ его интенсивность отказов.Ограничения на показатели качества (подгруппа О _к):P=P_{доп ,} m≤m _доп ,Λ ≤ Λ _доп

где первые части неравенств представляют собой допустимые значения функциональных и материальных параметров. Будем считать, что

P _доп = 100 Вт, m _доп =5 кг , Λ _доп =10^-4 1/ч

2. Формирование математической модели приемопередатчика

На основании общего уравнения радиолокации устанавливаем связь
между O_S и К:

Q=PT_обз

где S _A — площадь поверхности антенны приемопередатчика; λ, — дли-на волны.

При одноканальной структуре приемопередатчика ширина полосы приемника

где с ₀ — скорость света; ΔF_Ц — диапазон доплеровских частот, а не-
обходимое время обзора составит T_ОБЗ= 1/ΔF_Ц = 1/ΔF_Ф .

29

При многоканальной структуре приемопередатчика предусматрива-
ются N параллельно включенных приемных каналов с более узкими по-
лосами ΔF_Фк

Поэтому возможное время пребывания сигнала в каждом из каналов

(время наблюдения) T_наб= 1/ΔF_фк, время обзора Т_обз = N Т_наб =

После введения (1.5) и решения уравнения модели относительно
показателей качества приемопередатчика окончательно получим

По условиям задачи правая часть является постоянной величиной

PN=A = const.

В дальнейшем будем считать, что А = 100 Вт.

3. Составление электрической структурной схемы
приемопередатчика

В качестве первого варианта приемопередатчика рассмотрим одноканальную структуру с поиском по частоте. Электрическая структурная схема одноканального приемопередатчика приведена на рис. 1.3.

Принимаем решение строить передатчик на основе электровакуумных приборов (ЭВП), поскольку на полупроводниковой элементной базе трудно получить требуемую мощность передатчика.

Рис. 1.3. Электрическая структурная схема одноканального приемопередатчика бортовой РЛС.

30

Приемный тракт приемопередатчика ПРД может быть выполнен на элементной базе радиоаппаратуры IV поколения. В качестве конструктива тракта выбираем микросборку (на схеме рис. 1.3 выделена пунктиром), состоящую из функциональных элементов: смесителя СМ, гетеродина Г, усилителя Ус и фильтра Ф.

Произведем оценку принятого решения, считая, что критерием предпочтения является суммарная масса приемопередатчика. Как показано в [7], для передатчиков на ЭВП удельный коэффициент массы (с учетом вторичного источника питания (ВИП) и коэффициента дезинтеграции) k p = 0,5 кг/Вт.

Функциональным параметром приемника будем считать количество приемных каналов N_прм При выполнении канала в виде микросборки легко определить ее массу т _МСБ = 0,05 кг и, следовательно, удельный коэффициент массы приемника k _N = 0,05 кг/канал.

Таким образом, суммарная масса одноканального приемопередатчика может быть определена как