тор_дз-2-18 (ДЗ - Теоретичесие основы радиолокации)

СОДЕРЖАНИЕЗадание........................................................................................................... 31 Исходные данные ...................................................................................... 42 Выбор типа антенной системы................................................................. 43 Выбор длины волны ..................................................................................

54 Расчёт габаритных размеров антенны ..................................................... 55 Оценка параметров сигнала ..................................................................... 86 Определение диапазона однозначного измерения дальности ирадиальной скорости ............................................................................................ 87 Определение числа лучей ДН в секторе обзора ..................................... 98 Расположение слепых зон по дальности и скорости .............................

149 Оценка точности измерения дальности, радиальной скорости иугловых координат ............................................................................................... 1510 Характеристика РЛС ............................................................................... 16ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................................. 17СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ................................... 182ЗаданиеПровести разработку облика импульсной радиолокационной станции всоответствии с указанными в варианте исходными данными:– проанализировать исходные данные;– выбрать тип антенной системы;– выбрать длину волны несущей, обосновать выбор длины волны;– рассчитать габаритные размеры антенной системы, с учётомреализуемости антенной системы (отношение длины апертуры к длине волныне менее 8);– рассчитать количество лучей в обзоре, с учетом метода расстановкилучей, подходящего для выбранного типа антенной системы;– выбрать метод измерения угловых координат;– оценить параметры сигнала;– оценить диапазон однозначного измерения дальности и радиальнойскорости;– оценить количество и расположение слепых зон по дальности ирадиальной скорости;– оценить количество элементов разрешения по дальности и радиальнойскорости;– оценить чувствительность приемника РЛС;– оценить максимальную дальность обнаружения заданной цели;– оценить точность измерения РЛС по дальности, радиальной скоростии угловых координатам.31 Исходные данные– период обзора сектора: Тсо = 2,7 с;– параметры зоны обзора:границы зоны обзора по азимуту: φмин = 20°, φмакс = 75°;границы сектора обзора по углу места: θмин = 0°, θмакс = 60°;– тип сигнала: ФКМ 15;– вероятность правильного обнаружения: D = 0,98;– вероятность ложной тревоги: F = 7,6е-8;– средняя мощность: Pср = 900 Вт;– разрешающая способность станции по дальности: ∆R = 10,5 м;– разрешающая способность станции по азимуту: δφ = 0,4°;– разрешающая способность станции по углу места: δθ = 1,1°;– эквивалентнаяшумоваятемператураприемнойчастиРЛС:ТШ = 1,44е3 К;– скважность: Q = 12;– ЭПР цели: σ = 1 м2.2 Выбор типа антенной системыДиапазоны сканирования по азимуту и углу места вычисляются поформулам (1) и (2):Вкачестве  max   min  55;(1)   max   min  60.(2)антеннойсистемысканирование).4выбираетсяФАР(электронное3 Выбор длины волныДлина волны выбирается согласно требованию узкополосности сигнала.Из соотношения (3) определяется длительность периода одногодискрета для сигнала ФКМ 15.Д R  2 7 108c(3)с.Полоса сигнала находится из соотношения (4).

Из зависимости (5)определяется несущая частота. Из неравенства (6) определяется длина волнынесущей.F 1(4) 14, 29 МГц ;ДFН  100  F  1, 429max ГГц;(5)с 21 смFН(6)Принимается λ = 5 см.4 Расчёт габаритных размеров антенныНормаль антенной решётки направлена в центр сектора сканирования(формулы 7, 8): 27,5;2(7) 30.2(8)Вцентресекторасканированияшириналучадиаграммынаправленности определяется выражениями (9) и (10).0    cos()  0,355;2(9)0    cos()  0,953.2(10)5Используетсяравномерноеамплитудно-фазовоераспределение,обладающее следующими параметрами: КИП = 1; максимальный УБЛ = -13,3 дБ; коэффициент ширины луча k = 50,8.Габаритные размеры антенны определяются из формул (11) и (12).LН k  7,159 0м;(11)LE k  2,666 0м.(12)Также необходимо проверить реализуемость антенной системы спомощью формул (13) и (14).LН 143,178  8;(13)LE 53,326  8.(14)Данные соотношение больше 8, следовательно, эта антенная системафизически реализуема.Соотношения (15) и (16) используются для нахождения шага междуизлучателямиэквидистантнойфазированнойантеннойрешётки,расположенных по прямоугольной сетке, в плоскости угла места и азимутасоответственно.d d 1  sin(1  sin()2)2 3, 4 см ;(15) 3,3 см .(16)6Число излучателей фазированной антенной решётки находится изсоотношений (17) и (18) как отношение размеров апертуры к шагу междуизлучателями.N LН 210;d(17)LE 80.d(18)N Округление производится в большую сторону.

Общее количествоэлементов ФАР рассчитывается по формуле (19).N  N  N  16800.(19)Так как округление числа элементов ФАР произведено в большуюсторону, то изменятся размеры антенны и ширина луча диаграммынаправленности. Требуется рассчитать новые габаритные размеры антенны поформулам (20) и (21).LН _ н  N  d  7,183 м ;(20)LE _ н  N  d  2,667 м.(21)Рассчитываются новые значения ширины диаграммы направленности поазимуту и углу места по формулам (22) и (23) соответственно. 0 _ н k  0.354;LH _ н(22) 0 _ н k  0.953.LE _ н(23)75 Оценка параметров сигналаПолоса сигнала вычисляется по формуле (24):П1Д(24) 14, 29 МГц .Длительность сжатого импульса равна длительности одного дискрета, абаза одиночных радиоимпульсов равна количеству дискрет в ФКМ импульсе: И  B  Д  1,05 мкс .(25)Период повторения импульсов:TП  Q  И  12,6Вкачествекодовойпоследовательность.АКФмкс .последовательностиусечённой(26)используетсяМ-М-последовательности(непериодическая последовательность длиной в период N) имеет величинубоковых пиков, приблизительно равную 1 / N  0,26 .6 Определение диапазона однозначного измерения дальности ирадиальной скоростиМинимальная измеряемая дальность:cRmin   И  157,5 м .2(27)Диапазон однозначного измерения по дальности с учётом того, чтоотражённые от цели импульсы приняты полностью:Rозч c (Т П   И )  1733 м .28(28)7 Определение числа лучей ДН в секторе обзораРасстановка лучей проводится по шестиугольнику в системе координат,связанной с центром ФАР, с уровнем пересечения лучей -3 дБ по азимуту иуглу места.Расстояние между центрами лучей по азимуту и углу места вбиконической системе координат:L  0 _ н (29)3 0,306;2(30)3L  0 _ н   0,714.4Так же необходимо учесть расширение луча на краях сектора:l Lcos(i )l (31);(32)L.cos( i )На рисунке 1 представлена расстановка центров лучей в биконическойсистеме координат – углы отклонения луча в горизонтальной и вертикальнойплоскостях от плоскости антенны.Переход в систему координат азимут-угол места осуществляется поформулам:X   arg(cos(i  )  i  cos(i )  tg (i )  ;Y  arcsin(sin(i  )1  cos 2 (i )  tg 2 (i )9).(33)(34)Рисунок 1 – Эквидистантная расстановка лучей в биконической системекоординатРисунок 2 – Лучи в системе координат азимут – угол места10Рисунок 3 – Расстановка лучей в системе координат азимут – угол местаРисунок 4 – Расстановка лучей в системе координат, связанной сантенной системой11Количество лучей для заданного в ТЗ сектора М = 14924.Время стояния луча в одном угловом положенииTc (35)Tобз 180,9 м кс.MЧисло излучаемых импульсов в пачке:Tnи  floor  С TП  14.(36)Так как число импульсов может быть только целым числом иокругляется в меньшую сторону, то необходимо меньшее время на стояниелуча.

Необходимо скорректировать время стояния луча и на обзорпространства.Т ск . луч  nск .и  TП  176, 4мкс ;(37)Т ск .обз  N луч  Tск . луч  2,633 с .(38)Коэффициент различимости на выходе оптимального обнаружителясигнала со случайной начальной фазой и амплитудой для вероятностиправильного обнаружения D и ложной тревоги F находится по формуле:q  2(ln F 1)  12,895 .ln D(40)Отношение сигнал-шум определяется по формуле:q2SNR  83,141 Вт [19,198 дБ ] .2(41)Эффективная площадь антенны:S эф  КИП  LH  LE  19,088м2 .(42)Коэффициент усиления антенны:G  4  КИП Sэф122 9,595 104.(43)Определяется число обрабатываемых импульсов. Графически решаетсяуравнение 38.

Решение представлено на рисунке 5. и  Рср  Q   nск .и  n  1  G 2   2    Lсn  TП   4.32 4   kБ  Т ш  К Ш  SNR(44)Необходимо обрабатывать только nобр = 1 импульса.Дальность действия РЛС определяется по формуле (39):Rmax 4 и  Рср  Q  G 2   2   4   k Б  Т ш  SNR  L3 182,686 км .(45)Рисунок 5 – Зависимости дальности обнаружения от количествапринимаемых импульсов и дальности распространения волны до цели иобратно138 Расположение слепых зон по дальности и скоростиРазрешающая способность по радиальной скорости:V 1  141,723 м / с .TП  nобр 2(46)Число каналов по дальности и радиальной скорости:NR Rоднмакс 165; .R(47)NV 2Vоднмакс 14.

.V(48)Слепые зоны по дальности:cccRслеп  [0;  и ]  [ (TП   и ); (TП   и )] 222cc[ (nиTП   и ); (nиTП   и )].22(49)Таблица 1 – Граница слепых зон по дальностиnи012Границы интервала[0; 157,4][1731,3; 2046,1][3620; 3934,8]nи8910Границы интервала[14952,1; 15266,9][16840,8; 17155,6][18729,5; 19044,3]3[5508,7; 5823,5]11[20618,2; 20933]4[7397,4; 7712,2]12[22506,9; 22821,7]5[9286,1; 9600,9]13[24395,6; 24710,4]6[11174,8; 11489,6]14[26284,3; 26599,1]7[13063,5; 13378,2]15[28173; 28487,8]Слепые зоны по радиальной скорости (зоны неоднозначности)рассчитываются только для тех лепестков, которые превышают по амплитуде0,707 (рисунок 6).14Рисунок 6 – Сечение функции неопределённости по частотеНеоднозначность по скорости определяется из соотношения (50).  1111Vk    k ;  k  2  TП 2nск .и  TП  2  TП 2nск .и  TПгде ,(50)k = [-5; 0) ∪ (0; 5].Таблица 2 – Граница слепых зон по радиальной скоростиk-5-4-3-2-1Границы интервала, м/с[-9991; -9850][-8007; -7866][-6023; -5882][-4039; -3897][-2055; -1913]k12345Границы интервала, м/с[1913; 2055][3897; 4039][5882; 6023][7866; 8007][9991; 9850]Чувствительность приёмника определяется по формуле (51).Рпор  4  k  TШ  qSNR  F  0,945  1010Вт .(51)9 Оценка точности измерения дальности, радиальной скорости иугловых координатСреднеквадратическая ошибка измерения времени запаздывания приизвестной доплеровской частоте сигнала: 1 5, 428 109q  F15c.(52)Среднеквадратическая ошибка измерения доплеровской частоты приизвестном времени стояния луча в одном угловом положении:F 1 439,621 Гц.q  nи  TП(53)Среднеквадратические ошибки измерения дальности и радиальнойскорости:c2(54) 10,991 м / c .(55) R      0,814 м ;V   F 2Среднеквадратические ошибки измерения угловых координат: 0 0,028;q(56)  0 0,074.q(57)10 Характеристики РЛСТаблица 3 – Характеристики РЛСПараметрЗначениеДлина волны, м0,05Габаритный размер антенны по горизонтали, м7,183Габаритный размер антенны по вертикали, м2,667Минимальная измеряемая дальность, м157,5Максимальная однозначно измеряемая дальность, м1733Разрешающая способность станции по радиальной скорости, м/с141,723Максимальная измеряемая дальность, км182,626Количество каналов по дальности, единиц165Количество каналов по скорости, единиц1416ЗАКЛЮЧЕНИЕВ работе был разработан облик импульсной радиолокационной станции,осуществляющей секторный обзор.Были определены следующие параметры:– длина волны несущей;– тип антенной системы;– габаритные размеры антенной системы;– полоса сигнала, длительность одного дискрета, длительностьимпульса, период повторения;– диапазон однозначного измерения дальности и радиальной скорости;– количество и расположение слепых зон по дальности и радиальнойскорости;– количество элементов разрешения по дальности и радиальнойскорости;– чувствительность приёмника РЛС;– максимальная дальность обнаружения заданной цели;– точность измерения РЛС по дальности, радиальной скорости иугловым координатам.17СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ1.

Информационные технологии в радиотехнических системах: Учеб. пособие/ В.А. Васин [и др.]; Под ред. И.Б. Федорова. 3-е изд., перераб. и доп. М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 846с.2. Трухачев А. А., Радиолокационные сигналы и их применения. – М.:Воениздат, 2005. – 320 с.3. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. – М.:Радиотехника, 2004 – 320 с.4. Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория. Справочник /Я.Д.

Ширман, Ю.И. Лосев, Н.Н. Минервин и др.; Под ред. Я.Д. Ширмана. –М.: ЗАО "Маквис", 1998. – 828 с.18.