РЛС_(02)_09 (Задание для курсовой работы по РЛиРН), страница 2

В обеспечение возможности «стыковки» внешнего пользователя с про­извольными модулями Вашей имитационно-вычислительной среды, входные и выходные данные каждого n модуля (n = 1,..N), а также общие входные и выходные данные должны быть записаны в одноименные файлы формата Microsoft Word «входные данные n модуля » и «выходные данные n модуля », «общие входные данные » и «общие выходные данные ». Для представления этих данных желательно использовать широко распространенный в Интернете язык XML. Выходные данные n модуля и общие выходные данные должны содержать результаты анализа решения n или главной задачи и выводы (промежуточные или итоговые). Общий алгоритм решения главной функциональной задачи РЛС представлен на рис. 2.

Необходимые расчеты и построение графиков выполнить в среде Math­cad (версия 13) (или по желанию студентов в другой имитационно-вычислительной среде - для среды MATLAB версия «MATLAB –7.0)».

Отчет представить в электронной и «бумажной » (распечатанной) формах. Электронный документ выполнить в формате Microsoft Word (не «ниже» Word 97) с встроенными в него материалами из Mathcad, т.е. с переходами к окнам «Mathcad» для выполнения необходимых расчетов. «Электронные» материалы сдавать на минидисках формата CD-RW.

Для удобства работы с пояснительной запиской желательно сохранить обозначения, принятые в задании.

Пояснительная записка должна быть оформлена в соответствии с требованиями ЕСКД (нумерация страниц, основных формул и рисунков; расшифровка принятых обозначений и сокращений; выводы по разделам и общие выводы и т.д.).

Графики рекомендуется строить в нормированным координатах с указанием максимальных значений, к которым выполняется нормировка, и их размерностей. Это позволит сохранить неизменными масштаб и координатную сетку графиков, что удобно, например, при отображении на одном рисунке нескольких кривых. Следует также иметь ввиду, что в характеристиках обнаружения уже используется «частичная» нормировка (по осям ординат откладываются значения вероятностей).

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

При оценке параметров зоны обзора принимаются следующие допущения:

• в каждом пространственном элементе разрешения, расположенном в пределах зоны обзора РЛС, может находится не более одной цели;

• за счет перемещения ДНА по сектору обзора с конечной скоростью основной лепесток диаграммы может стоять на одной угловой позиции лишь ограниченное время, равное времени облучения цели (t_обл).

Необходимо исходить из того, что в РЛС используется построчный обзор пространства (см. рис.3). Число строк (N) равно 2 или 4 (для малой, средней или большой зон секторов обзора по азимуту). При строчном (прямоугольном растровом) обзоре (рис. 3) одновременно производится линейный секторный обзор по одной из угловых координат с максимально возможной скоростью ω _аз (в данном случае по азимуту). При этом угловое положение электрической оси антенной системы в азимутальной плоскости изменяется по пилообразному закону (рис. 4). По другой угловой координате (в данном случае по углу места) осуществляется медленное перемещение результирующей диаграммы направленности антенной системы с некоторым шагом Δ (см. рис. 3). Смещение диаграммы направленности за один период линейного секторного обзора в перпендикулярной плоскости не должно превышать ее ширины. Отраженный сигнал на входе приемника РЛС при рассматриваемом обзоре представляет собой пачку радиоимпульсов, огибающая которой имеет форму результирующей диаграммы направленности (рис. 5).

Телесный угол («площадь») зоны обзора (Ψ_обз) равен Ψ_обз= Ψ_аз* Ψ_ум , где Ψ_аз и Ψ_ум – сектора обзора по азимуту и углу места. Вдоль каждой строки (по азимуту) основной лепесток ДНА перемещается с угловой скоростью ω_аз = 40⁰/c. Тогда время облучения цели (t_обл), т.е. время «стояния» основного лепестка на одной угловой позиции, равно t_обл= Δθ_аз / ω_аз . Период обзора ( ) – это минимальное время обзора, при котором обеспечивается однократный просмотр лучом ДНА всех направлений в пределах заданной зоны обзора. Этот параметр связан с другими характеристиками зоны обзора соотношением

, (1.1)

где α_ум – угловое расстояние между смежными строками, ω_аз – угловая скорость движения ДНА вдоль строки.

Сектор обзора по азимуту Ψ_аз задается следующих типов:

• малая зона (МЗ) - Ψ_аз = 20⁰;

• средняя зона (СЗ) - Ψ_аз = 40⁰;

• большая зона (БЗ) - Ψ_аз = 80⁰;

Сектор зоны по углу места Ψ_ум зависит от расстояния между строками

Δ = α_ум («Δ» – на рис.3). При выборе α_ум следует ориентироваться на наихудший случай, когда цель оказывается посередине между строками. Поэтому для обзора пространства без пропусков необходимо обеспечить определенное перекрытие основных лепестков ДНА, соответствующих смежным строкам. Ширина этой области перекрытия (по азимуту) посередине строк (Δθ_аз1) должна удовлетворять условию 0 < Δθ_аз1 < Δθ_аз . Соответственно, время облучения цели (посередине строк) равно t _{обл 1} = Δθ_аз1/ω_аз .

С учетом приведенных замечаний величина α_ум может ориентировочно выбираться из условия α_ум= Δθ_ум / К_пер , где К_пер= (1,4 - 4) – коэффициент перекрытия лепестков ДНА. [Тем не менее, для каждого набора исходных данных следует уточнять расчет α_ум.] Минимальное расстояние между строками α_ум=0,5*Δθ_ум соответствует значению К_пер=2 и выбирается из условия обеспечения заданных характеристик обнаружения цели без пропусков на максимальной дальности; на меньших дальностях допуска­ется меньшее перекрытие лепестков (К_пер=1,4), а, следовательно, большее расстояние между строками (α_ум =0,7*Δθ_ум). Для расчета Ψ_ум можно исполь­зовать соотношение

Ψ_ум=(N-1)*α_ум+ Δθ_ум . (1.2)

Так, например, при Δθ_ум = 3,5⁰ и К_пер= 2 получаем для N = 4 – Ψ_ум = 8,6⁰;

для N = 2 – Ψ_ум = 5,2⁰, а для N = 5 – Ψ_ум = 10,3⁰.

При выборе К_пер следует также учитывать связь этого параметра с числом некогерентно накапливаемых импульсов (см. ниже Указания по разработке модуля 3).

При последовательном одноканальном строчном (прямоугольном растровом) обзоре по угловым координатам время обзора зоны определяется выражением

. (1.3)

Поэтому после выбора К_пер необходимо определить величину . По формуле (1.3) уточняется значение , первоначально определённое согласно (1.1).

После уточнения Ψ_ум следует вычислить для различных Ψ_аз и ω_аз. Для найденных значений Ψ_ум и Ψ_аз определить также площадь зоны обзора- Ψ_обз (в стерадианах и квадратных градусах).

Необходимо также определить время «стояния основного лепестка ДНА» на цели (t_обл, t_{обл 1}) для трех основных ситуаций:

• цель находится точно на строке зоны обзора;

• цель находится посередине между строк и на максимальной дальности (R_ц=R_макс);

• цель находится посередине между строк и на средней дальности (R_ц ≈ 0,5*R_макс);.

• цель находится посередине между строк и на малой дальности (R_ц ≈ 0,2*R_макс).

При нахождении цели точно на строке время «стояния основного лепестка ДНА» на цели равно t_обл = Δθ_аз / ω_аз. Тогда при ω_аз= 40⁰/с и Δθ_аз =3,5⁰ имеем для t_обл = 87,5 мс.

При нахождении цели посередине между строк и на максимальной дальности (R_ц=R_макс) шаг между строками α_ум = 0,5*Δθ_ум и значение Δθ_аз1= Δθ_аз11 может быть найдено из геометрических построений (см. рис. 6). Соответственно, t_{обл 1} = t_{обл 11} = Δθ_аз11/ ω_аз. Например, при ω_аз= 40⁰/с, α_ум=1,7⁰, получаем: Δθ_аз1=3,0⁰ и t_{обл 11}=75мс.

При нахождении цели посередине между строк и на средней дальности (R_ц ≈ 0,5*R_макс) шаг α_ум увеличивается до 0,7*Δθ_ум, а Δθ_аз1 уменьшается до значения Δθ_аз12, определяемого из геометрических построений (см. рис. 6). Соответственно, t_{обл 1} уменьшается до величины t_{обл 1} = t_{обл 12}= Δθ_аз12 /ω_аз.

Оценить также время облучения цели (t_{обл 13}) на малой дальности.

Режим обзора азимут–скорость (А/V)

В этом режиме индикация цели производится в координатах азимут–

скорость. Например, при скважности сигнала, равной 4, зона приема по дальности разбивается на 5 полустробов, из которых путем сложения смежных полустробов получают 4 перекрытых строба. Время когерентного накопления сигнала определяется требуемой разрешающей способностью по доплеровской частоте (радиальной скорости), которая задана в тактико-технических требованиях и составляет 1 м/с, что соответствует частоте 60 Гц. Таким образом, величина времени когерентного накопления сигнала составляет = 1/ 60 = 16,7 мс. За это время может быть накоплено N_f импульсов. Например, при ВЧП это значение равно = 16,7·10^-3·125·10³ = 2087.

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

Как отмечалось выше время когерентного накопления t_кн определяется заданным разрешением по скорости (доплеровской частоте), а диапазон изменения этого параметра задается в модуле «общие входные данные». Для выполнения дальнейших расчетов необходимо связать этот параметр с пространственно-временными характеристиками зоны обзора.

Прежде всего необходимо сравнить величину t_кн с рассчитанными в модуле 1 значениями t_обл , t_{обл 11 ,} t_{обл 12} и t_{обл 13}. В результате такого сравнения в качестве максимально допустимого времени когерентного накопления (T_кн) выбирается минимальное из двух значений t_кн и t_обл:

• T_{кн 0} = min { t_кн, t_обл }- для ситуации, когда цель находится точно на строке зоны обзора;

• T_{кн 11} = min { t_кн, t_{обл1 1} }- для ситуации, когда цель находится посередине между строк и на максимальной дальности (R_ц=R_макс);

• T_{кн 12} = min { t_кн, t_{обл 12} }- для ситуации, когда цель находится посередине между строк и на средней дальности (R_ц ≈ 0,5*R_макс);

• T_{кн 13} = min { t_кн, t_{обл 13} }- для ситуации, когда цель находится посередине между строк и на малой дальности (R_ц ≈ 0,2*R_макс).

Таким образом, параметр T_кн для указанных ситуаций может принимать

одно из нескольких значений (T_{кн 0}, T_{кн 11}, T_{кн 12} , T_{кн 13}).

Необходимым условием обнаружения цели за время T_кн является также выполнение неравенства Δθ_кн ≤ Δθ_с, где Δθ_с=ω_аз*T_кн – «угловая протяженность» пачки или ширина угла, соответствующая длительности T_кн когерентной пачки импульсов; Δθ_кн≈ L_кн/R_ц (при L_кн/R_ц << 1) – угол, соответствующий расстоянию L_кн, проходимому целью за время T_кн, на удалении R_ц от РЛС. Величина L_кн равна L_кн= T_кн* V_отнτ , где V_отнτ -тангенциальная составляющая относительной скорости цели; V_отнτ =V_цτ +V_сτ , где V_цτ, V_сτ -тангенциальные составляющие скоростей цели и самолета. Согласно рис.1 V_цτ =V_ц*sin θ_ц , V_cτ =V_c*sin θ_с.

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

Отметим, что с учетом принятых ранее допущений цель может быть обнаружена за время t_обл, в течение которого происходит совместное когерентное и некогерентное накопление. При этом число тактов некогерентного накопления M определяется соотношениями:

• M₀ = [ / ] – при нахождении цели точно на строке зоны обзора;

• M₁₁ = [ / ] – при нахождении цели посередине между строк и на максимальной дальности;

• M₁₂= [ / ] – при нахождении цели посередине между строк и на средней дальности;

• M₁₃= [ / ] – при нахождении цели посередине между строк и на малой дальности (R_ц ≈ 0,2*R_макс).

Например, при Δθ_аз=3,5⁰ и ω_аз=40⁰/с t_обл = 87,5 мс; при α_ум=1,7⁰ Δθ_аз1=3,0⁰ , t_{обл 11}=75мс и t_кн=20мс имеем М ₀ = [4,375] = 4 и М ₁₁ = [3,75] = 4.