Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

МИРЭА

Вечерний Радиотехнический Факультет

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Радиотехнические системы »

Тема работы: Расчет линии радиолокации в радаре ГАИ – измерителе скорости.

Выполнил:

студент группы ВР–1–05

Гончаров М.В.

Проверил: Титов А.Н.

Москва 2010

Оглавление

1. Техническое задание. 3

2. Вступление 4

3. Теоретическая часть 4

a. Эффект Доплера 4

b. Когерентность 5

c. Дальность действия радиолиний 6

4. Расчеты. 8

5. Список используемой литературы 10

1. Техническое задание.

Выполнить эскизный расчет линии радиолокации в радаре ГАИ – измерителе скорости. При условии:

Максимальная дальность до цели R_max=1 км = 10³ м

Длина волны λ=1,5 см = 0,015 м

Разрешающая способность по углу Δθ=2^°

Максимальная определяемая скорость V_max=+200 км/ч =55,6 м/с

ЭПР σ=1 м²

1. Вступление

Радар ГАИ – широко применяемое устройство, используемое сотрудниками автоинспекции для определения скорости автомобилей. Основные требования предъявляемые к устройству это: дальность действия, возможность с заданной точностью распознать объект, используемый диапазон частот и максимальная определяемая скорость. В данном курсовом проекте рассчитывается стационарный радар, поэтому масса и габариты не имеют критического значения.

1. Теоретическая часть

   1. Эффект Доплера

Измерение радиальной скорости движения цели основано на использовании эффекта Доплера, заключающегося в том, что частоты излучаемых и принимаемых колебаний различны, если приемник перемещается относительно источника излучения. Пусть в точке О находится передатчик (рис. 1), в точке А – приемник, движущийся со скоростью v. Тогда частоты излучаемых f₀ и принимаемых f_пр колебаний связаны соотношением

Здесь v_p= v * cosα – радиальная составляющая скорости движения точки А относительно точки О; v – модуль скорости движения цели; с – скорость света.

рис. 1

При условии v<<с справедлива приближенная формула

Величина

представляет собой доплеровское смещение частоты сигнала, а радиальная составляющая скорости цели выражается очевидным равенством

Для того чтобы воспользоваться указанным методом определения радиальной скорости, необходимо иметь автономные высокостабильные генераторы, настроенные на одинаковую частоту, в точках передачи и приема колебаний. Сравнение частоты принятых колебаний с частотой эталонного генератора позволит определить доплеровский частотный сдвиг.

В радиолокации, где чаще всего используются отраженные от цели сигналы, значение доплеровского сдвига удваивается. Допустив, что передатчик и приемник расположены в одной и той же точке О, а движущаяся со скоростью v цель в точке А (рис. 1) получим, что частота принимаемых отраженных сигналов равна

При v_p <<c справедливо более простое соотношение

Откуда доплеровское смещение частоты равно

а радиальная скорость –

1. Когерентность

Для измерения доплеровских частотных сдвигов у отраженных сигналов используются когерентные радиолокационные станции, характеризующиеся когерентностью излучаемых колебаний. Колебания называются когерентными, если на интервале их наблюдения существует функциональная связь одной какой-либо части колебания с любой другой ее частью. Для обеспечения когерентности частота колебаний и их начальная фаза либо должны быть постоянными, либо изменяться детерминировано. Любые случайные изменения частоты и начальной фазы колебаний нарушают их когерентность. Если передатчик радиолокационной станции создает монохроматическое колебание

при
то отраженный сигнал на входе приемника

где – время запаздывания отраженной волны;
D – текущая дальность до цели; D₀ – дальность до цели в момент начала отсчета при t=0; ψ_отр – изменение фазы волны при отражении от цели. Два рассмотренных колебания являются когерентными. Разность фаз излучаемых и принимаемых колебаний равна Δψ= -ω₀t_D + ψ_отр .

Если фазу ψ_отр считать постоянной, что справедливо при медленных флуктуациях цели, то разность фаз Δψ окажется детерминированной функцией времени:

Сопоставление двух указанных колебаний позволит выделить доплеровскую частоту сигнала и определить радиальную составляющую скорости цели.

1. Дальность действия радиолиний

Дальность действия является одной из важнейших характеристик большинства радиосистем. Под дальностью действия понимают максимальное расстояние D=D_макс ,на котором принимаемый сигнал достигает минимально допустимого (порогового) уровня Р_с =Р_{с мин} , еще достаточного для выполнения системой основных функций с качественными показателями не хуже заданных.

Рассмотрим максимальную дальность действия радиолиний, применяемых в радиосистемах различного назначения: радиолинии связи, радиолинии с активным ответом и радиолинии с пассивным ответом.

Радиолиния связи состоит из передатчика и приемника радиосигнала. Предположим, что в радиолинии используются радиоволны длиной λ_и, мощность излучаемых передающей антенной колебаний Р_и, ее коэффициент усиления G_и, коэффициент усиления приемной антенны G_п, а чувствительность приемника (мощность порогового сигнала) Р_{с мин.}

Плотность потока мощности создаваемого излучаемым сигналом в месте расположения приемной антенны на расстоянии D от передающей

, а мощность сигнала в приемной антенне

где эффективная площадь приемной антенны. При увеличении дальности D мощность принимаемого сигнала падаети достигает порогового уровня Р_с=Р_{с мин}, ограничивающего максимальное значение дальности радиолинии.

Мощность Р_{с мин} должна быть достаточной для извлечения информации с заданной достоверностью при наличии помех, включая и собственный шум приемника, приведенный к его входу.

При расчете дальности радиолокационного наблюдения определенной цели используют среднее значение ее ЭПР (σ = σ), а возможные флуктуации ЭПР учитывают при выборе модели принимаемого сигнала (видом флуктуации его амплитуды и фазы). Таким образом, для определения порогового сигнала Р_{с мин} в уравнении нужно знать характеристики сигнала и помех, заданные значения вероятности правильного обнаружения р_по и вероятности ложной тревоги р_лт. При этом структура и характеристики приемника, устройств обработки и регистрации сигнала выбирают так, чтобы свести Р_{с мин} к возможно низкому уровню, обеспечивающему максимальную дальность действия РЛС.

В том случае, когда источником помех являются шумы антенны мощностью Р_шА и собственные шумы приемника с приведенной к входу мощностью Р_шп , полная мощность шумов на входе приемника Рш = Р_шА + Р_шп. Если ширина полосы пропускания приемного тракта Δf, а температура антенны Т_А, то

где k = 1,38 * 10^-23 Дж/К – постоянная Больцмана.

1. Расчеты.

Ширину диаграммы направленности антенны определяю из условия разрешающей способности радара по углу: Δθ_0,5≈ Δθ=2^°

Частота несущей радиоволны:

f₀=с/ λ=3*10⁸/15*10^-3= 20*10⁹= 20 ГГц

Ширину спектра задаю Δf=20 МГц

Чувствительность приемника при условии, что с достаточной вероятностью будет распознан правильный сигнал, определяется по формуле:

P_{прм. min}= k*T₀*Δf*1,1*Ш_доп*γ²=1,39*10^-23*293*20*10⁶*1,1*8*0,86²=
=5,3*10^-13 Вт,

где k- постоянная Больцмана;

Т₀=293 К;

Ш_доп – максимально допустимый коэффициент шума;

γ – отношение сигнал/шум на входе приемника равный 0,86.

В качестве антенны локатора выбираю параболическую антенну, диаметр которой вычисляется по формуле:

D= λ/ Δθ_0,5=0,015/0,035=0,43 м

Коэффициент усиления антенны:

где h - коэффициент использования поверхности рефлектора равный 0,83

Необходимая мощность передатчика вычисляется по формуле:

1. Список используемой литературы

1. Э.А. Засовин, А.Б. Борзов, Р.П. Быстров, Е.П. Илясов, А.А. Потапов, А.В. Соколов, А.Н. Титов “Радиотехнические и радиооптические системы” 2001, 752 с.

2. П.А. Бакулев “Радиолокационные системы” 2004, 320 с.

3. Ю.М. Казаринов “Радиотехнические системы” 2008, 592 с.

4. Басалов Ф.А., Кучерявый В.Я. “Основы радиолокации и электронной борьбы. Ч.1” 1986, 512 с.

5. Васин В.В., Степанов Б.М. “Справочник-задачник по радиолокации” 1977, 317 с.

6. А.А. Коростелев, Н.Ф. Клюев, Ю.А. Мельник “Теоретические основы радиолокации” 1978, 608 с.

7. М. Сколник «Справочник по радиолокации т.2» 1977, 448 с.

8. Yandex.ru

9. Лекции по РТС