ТТРЛРН-09

Задание на курсовую работу

«Расчет характеристик обнаружения импульсно-доплеровской РЛС типа «02» при обзоре воздушного пространства»

Оглавление

Общая часть задания 2

Постановка задачи 2

Общие входные данные 3

Методические указания к выполнению курсовой работы 7

Общие указания 7

Указания по разработке модуля 1 «Оценка пространственно-временных характеристик зоны обзора РЛС» 9

Режим обзора азимут–скорость (А/V) 12

Указания по разработке модуля 2 «Оценка максимально допустимого времени когерентного накопления (T_кн)» 12

Указания по разработке модуля 3 «Оценка максимально допустимого числа (М) тактов некогерентного накопления» 13

Общие указания по разработке модулей «Расчет характеристик обнаружения на различных этапах накопления сигналов (при когерентном, некогерентном и межобзорном накоплении)» 14

Указания по разработке модуля 4 «Расчет вероятностей ложных тревог» 15

Указания по разработке модуля 5 «Расчет относительного порога обнаружения» 16

Расчет текущего отношения с/ш (q_сд) на входе приёмника 17

Расчет относительного порога обнаружения q₀ 18

Указания по разработке модуля 6 «Расчет вероятностей правильного обнаружения» 19

Расчет для сигнала с полностью известными параметрами 19

Расчет для сигнала со случайной начальной фазой 20

Расчет для сигнала со случайными амплитудой и начальной фазой 20

Указания по разработке модуля 7 «Расчет характеристик обнаружения при некогерентном и межобзорном накоплении» 21

Указания по разработке модуля 8 «Расчет максимальной дальности обнаружения сигнала на фоне внутренних шумов приёмника при когерентном, некогерентном и 22

межобзорном накоплении» 22

Указания по разработке модуля 9 «Расчет текущих значений отношения с/п+ш» 24

Расчет максимальной дальности обнаружения сигнала при действии НШП на этапах когерентного, некогерентного и межобзорного накопления 25

Указания по разработке модуля 10 «Построение зоны подавления РЛС шумовыми помехами» 27

Режим обзора азимут–дальность (А/D). 28

Общие сведения. 28

Расчет вероятностей ложных тревог 29

Расчет вероятностей правильного обнаружения. 29

Расчет максимальной дальности обнаружения сигнала на фоне внутренних шумов приёмника при когерентном, некогерентном и межобзорном накоплении 30

Расчет максимальной дальности обнаружения сигнала при действии НШП на этапах когерентного, некогерентного и межобзорного накопления 30

Построение зоны подавления РЛС шумовыми помехами 30

Дополнение к общим указаниям по работе. 30

Литература. 31

Общая часть задания

(индивидуальные варианты заданий см. табл. 1)

Постановка задачи

Рассматривается задача обнаружения одиночной воздушной цели авиационной импульсно-доплеровской (ИД) РЛС типа «02», функционирующей в режиме «Обзор». Эта задача сводится к задаче обнаружения сигнала на фоне аддитивной смеси «внешних» шумовых помех и внутренних шумов приемника, а также на фоне только внутренних шумов приемника, распределенных по гауссовскому закону.

В качестве зондирующих сигналов в ИД РЛС используется когерент­ная пачка прямоугольных импульсов. При обзоре в передней полусфере (ППС) используется высокая частота повторения импульсов (ВЧП), а при обзоре в ППС и в задней полусфере (ЗПС) – средняя частота повторения (СЧП).

В РЛС предусмотрено два режима обзора. В первом режиме – происходит обзор без измерения однозначной дальности; он обеспечивает максимальную дальность обнаружения и реализуется в координатах «азимут-скорость», что условно обозначается аббревиатурой «A/V». Во втором режиме обзор производится с измерением дальности; а результаты отображаются в координатах «азимут-дальность» (A/D).

Для увеличения максимальной дальности обнаружения в режиме A/V применяется совместное когерентное и некогерентное накопление: ранее сформированные пачки когерентных импульсов некогерентно накапливаются в течение нескольких тактов Т_нкн = M* t_кн, где М – число тактов некогерент­ного накопления, t_кн – максимально допустимое время когерентного накоп­ления; M = [T_нкн/t_кн], где [◦] означает ближайшее целое значение. На этапе когерентного накопления используется критерий Неймана-Пирсона, а на этапе некогерентного накопления - критерий «m из M», при котором обнаружение сигнала считается состоявшимся (достоверным), если установленный порог превышен не менее чем в «m » из «M» тактах.

В ходе выполнения курсовой работы следует построить характеристики обнаружения ИД РЛС в режиме «Обзор».

Необходимо также построить зоны подавления РЛС шумовыми помехами.

Исследовать влияние параметров РЛС и источника «внешних помех», а также условий их применения на по­лученные характеристики и максимальную дальность обнаружения цели.

Проанализировать полученные результаты.

По результатам анализа сформулировать рекомендации по обеспечению

максимальной дальности обнаружения цели и сделать выводы.

Общие входные данные

Заданы следующие диапазоны изменения параметров РЛС (обозначения параметров см. ниже):

• ΔR_макс = (10–100) км;

• P_ср = 1,0 кВт ( ) ;

• Δf_РЛС = (9–11) ГГц ;

• f₀ = 10 ГГц ;

• Δf_прм = 1/τ_и; t_прм= τ_и =1/ Δf_прм ;

• высокая частота повторения (ВЧП) – F_п= (100-200) кГц;

• = (1,5 - 2,5) мкс ; ( , );

• средняя частота повторения (СЧП) – F_п= (10-50) кГц;

• = (0,1 - 10) мкс;; ( , );

• t_кн = (3-30) мс^; T_нкн = М*t_кн ;

• d = 500 мм;

• Полагаем, что передающая и приемная антенны имеют осесимметричные диаграммы направленности (ДНА) в азимутальной и угломестной плоскостях, т.е. имеют одинаковые законы распределения токов по обоим направлениям; принимаем аппроксимацию ДНА вида

; , (1)

где _аз, _ум – текущие отклонения углов в азимутальной и угломестной плоскостях относительно оси ДНА; _аз, _ум – ширина ДНА по уровню e ^–π/4 в азимутальной и угломестной плоскостях; максимум усиления антенны приходится на значения _аз= 0, _ум = 0; а условия _аз= _{ц аз} , _ум= _{ц ум} – соответствуют ориентации оси ДНА по линии визирования «самолёт-цель»; здесь углы

_{ц аз} , _{ц ум} – определяют положение линии визирования в азимутальной и угломестной плоскостях.

Спектральная плотность (энергия) внутренних шумов приемника N₀ определяется соотношением (без учета временного стробирования)^

N₀= к*Т_ш, где к= 1,38054* 10^-23 [Вт*с/ ⁰ К] –постоянная Больцмана;

Т_ш =650 [⁰К] - шумовая температура приемника;

• α_п = (5-10) дБ – суммарная величина потерь в РЛС;

• q_пор = (2–20) дБ – пороговое отношение с/ш;

• q=2Е_с/ N₀ – текущее отношение с/ш без учёта стробирования в приёмнике.

• Ц
  ели - одиночные типовые летательные аппараты с параметрами:

• σ_ц = (0,1-10) м²;

• ∆H = │H_ц – H_с│= (0-2) км;

• V_ц = (290 –2600) км/час, V_с = (1500 –2500) км/час; цель движется (относи­тельно РЛС) на

• встречных курсах (за исключением ракурса 4/4 (при углах между векторами V_ц и V_с) –для вариантов с ВЧП);

• произвольных (встречных и догонных) курсах – для вариантов с СЧП и НЧП;

• вектора V_ц и V_с ориентированы относительно линии визирования «само­лет-цель» под углами θ_ц и θ_с соответственно в азимутальной плоскости (см. рис.1); диапазон изменения этих углов составляет:

• при встречных курсах –80 ⁰ ≤ θ_ц ≤ +80 ⁰, –85 ⁰ ≤ θ_с ≤ +85 ⁰;

• на догонных курсах +90 ⁰ ≤ θ_ц ≤ +270 ⁰, –85 ⁰ ≤ θ_с ≤ +85 ⁰

• ∆V_r= 1м /с – разрешение РЛС по радиальной скорости сближения с целью; изменяется в диапазоне значений, равном (∆V_{r макс}-∆V_{r мин} )=(0,5 –50) м /с.

Исходное значение t _кн выбирается по параметрам ∆V_r и f₀: – полоса пропускания фильтра доплеровской селекции (Δf_дф) равна Δf_дф =2*∆V_r*f₀ / c, а t _кн = 1/ Δf_дф ; при f₀ = 10 ГГц и ∆V_r = 1м /с значение Δf_дф = 66,6 Гц и t _кн = 15 мс. При фиксированном разрешении ∆V_r = 1м /с диапазону несущих частот Δf = (11 – 9) ГГц соответствует диапазон изменения t _кн , равный (13,6 – 16,6) мс; [диапазон изменения Δf_дф – (60 – 73,3) Гц]. При фиксированной несущей частоте f₀: диапазону ∆V_r = (0,5 – 50) м /с соответствует диапазон изменения t _кн , равный (3 – 30) мс; [диапазон изменения Δf_дф – (33,3 – 333,3) Гц]. При необходимости учета совместных изменений ∆V_r и несущей частоты в заданных пределах диапазон изменения t _кн уточняется до значений, равных (2,7 – 33,3) мс; [диапазон изменения Δf_дф – (30 – 366,6) Гц].

• Источник «внешних» помех^ расположен в вынесенной точке пространства (несовмещен с целью): R_п=(1,2–5,0)R_ц, R_ц ≤ R_макс, где R_п–расстояние между источником помехи (ИП) и приемником РЛС, R_ц –дальность до цели, R_макс–максимальная дальность обнаружения цели в РЛС^; Δθ_{п аз} = _{ц-с аз} – θ_{п-с аз}, Δθ_{п ум} = _{ц-с ум} – θ_{п-с ум} , где Δθ_{п аз}, Δθ_{п ум}, – угловые отклонения источника помех от цели в азимутальной и угломестной плоскостях, а θ_{п-с аз,}θ_{п-с ум} – абсолютные угловые координаты источника помех, совпадающие с положением линии визирования «помеха-РЛС».

• Источник «внешних» помех имеет следующие характеристики:

• Вид помехи – непрерывная шумовая помеха (НШП);

• P_п = (1,0–10,0) Вт;

• G_п=(0–10) дБ^;

• Δf_п = (10–100) МГц;

• выполняется условие Δf_п ≥ Δf_прм; где Δf_прм–полоса пропус­кания приемника РЛС, так что помеха имеет равномерный спектр в пределах полосы пропускания приемника РЛС;

аппроксимация ДНА источника шумовой помехи–g_п (θ_{п аз,}θ_{п ум}) – такая же, как и для антенн РЛС, а именно:

; , (2)

где _{п аз}, _{п ум} – текущие отклонения углов в азимутальной и угломестной плоскостях относительно оси ДНА ИП; _{0п аз}, _{0п ум} – ширина ДНА ИП по уровню e ^–π/4 в азимутальной и угломестной плоскостях; максимум усиления антенны приходится на значения _{п аз}= 0, _{п ум} = 0; а Δθ_{п-с аз} = _{п-с аз} – θ_{п аз}, Δθ_{п-с ум} = _{п-с ум} – θ_{п ум}, где Δθ_{п-с аз}, Δθ_{п-с ум}, – угловое рассогласование оси ДНА ИП и линии визирования «помеха-РЛС» в азимутальной и угломестной плоскостях.

• Учесть поглощение электро-магнитных волн (ЭМВ) на трассах распространения «самолет–цель» и «источник помех–самолет» - γ_п = (0–0,3) дБ/км;

Здесь обозначено ΔR_макс – диапазон заданных значений максимальной дальности R_макс обнаружения цели, P_ср – средняя мощность передатчика РЛС; P_имп – импульсная мощность передатчика; g (θ_аз), g(θ_ум) - ДНА РЛС в азимутальной и угломестной плоскостях; Δθ_аз , Δθ_ум – ширина ДНА РЛС по уровню e ^–π/4 в соответствующих плоскостях; углы θ_аз и θ_ум изменяются в пределах заданных секторов обзора (см. индивидуальные варианты общего задания); N₀ - спектральная плотность (энергия) собственных шумов приемника без учета временного стробирования; α_п–суммарная величина потерь в РЛС; Е_с – энергия полезного сигнала, отраженного от цели, в полосе пропускания фильтра доплеровской селекции (Δf_дф) приемника РЛС, равной Δf_дф =1/t_кн; q_пор – параметр обнаружения, т.е. отношение сигнал/шум, при котором обеспечиваются заданные значения вероятностей правильного обнаружения и ложной тревоги ( , )^; σ_ц–ЭПР цели; V_ц – скорость цели, V_с –скорость самолета-носителя РЛС (в дальнейшем - просто «самолета»), H_ц –высота полета цели; H_с–высота полета самолета; d–апертура антенны; P_п –средняя мощность шумовой помехи; G_п–КНД антенны источника помехи; Δf_п–ширина спектра шумовой помехи; g_п(θ_{п аз} ,θ_{п ум}) – ДНА источника помехи в азимутальной и угломестной плоскостях; Δθ_{0п аз} , Δθ_{0п ум} – ширина ДНА источника помех по уровню e ^–π/4 в соответствующих плоскостях; γ_п – удельный коэффициент поглощения ЭМВ в тропосфере; Δf_РЛС – диапазон рабочих частот РЛС; f₀ – средняя частота диапазона рабочих частот РЛС, F_п–частота повторения зондирующих импульсов; Q_прд–скважность излучаемых сигналов; τ_и–длительность зондирующих импульсов; Q_сд–скважность стробирующих импульсов; τ_сд–длительность стробирующих импульсов; Δf_прм – полоса пропускания линейной части приемника (до АЦП); t_прм – постоянная времени приемника.

Методические указания к выполнению курсовой работы

Общие указания

Главной функциональной задачей РЛС служит совместное когерентное и некогерентное обнаружение цели. Эта задача решается в выбранной Вами имитационно-вычислительной среде, например, в среде Mathcad, в несколько последовательных этапов, каждому из которых соответствует модуль с одно­именным названием частной (парциальной) задачи, в частности:

• оценка пространственно-временных характеристик зоны обзора РЛС;

• оценка максимально допустимого времени когерентного накопления (T_кн);

• оценка максимально допустимого числа (М) тактов некогерентного накопления

• расчет характеристик обнаружения при когерентном, некогерентном и межобзорном накоплении сигнала;

• расчет максимальной дальности обнаружения сигнала на фоне внутренних шумов приёмника при когерентном, некогерентном (межтактовом) и межобзорном накоплении;

• расчет максимальной дальности обнаружения сигнала при действии НШП на этапах когерентного, некогерентного (межтактового) и межобзорного накопления.

При необходимости каждая частная задача разбивается на ряд дополнительных задач при одновременном увеличении числа модулей, образую­щих иерархическую структуру.