Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Н
а рисунке 2.1 приведена карта-схема усть-каменогорской ГЭС, на которой видно размещение шлюза, его размеры и разность уровней воды.

Рисунок 2.1- Усть-Каменогорска ГЭС

Одним из первых вопросов, на которые нужно отве­тить, приступая к проектированию станции, является вопрос о виде излучаемых колебаний: непрерывные или импульсные. РЛС с непрерывным излучением характе­ризуются (по сравнению с импульсными) более низкой чувствительностью, трудностями измерения и разреше­ния по дальности; их достоинствами являются отно­сительно низкая мощность излучаемых колебаний и луч­шее качество селекции целей по скорости. Так как нет потребности в высокой чувствительности на подобных расстояниях; разрешение по дальности на малых расстояниях требует импульсов длительностью порядка нескольких наносекунд, что очень сложно реализовать, то целесообразно реализовать радиолокационную станцию с непрерывным излучением. А разрешение по дальности обеспечим с помощью двухпозиционной системы.

Для наилучшего обзора всего шлюза приемную и передающую антенны лучше расположить у ворот входа или выхода шлюза, и на некотором возвышении, чтобы они не мешали проплывающему транспорту. Удобно разместить их на здании, в котором находятся установки по подъему ворот.

Для лучшего разрешения по дальности необходимо достаточно большое расстояние (базис) между антеннами, однако, по понятным причинам, для полноценного обзора базис не должен превышать ширину шлюзовой камеры, которая составляет 18 м.

Р
исунок 2.2 – Схема размещения антенн на речном шлюзе

На рисунке 2.2 приведена схема размещения приемной и передающей антенн на шлюзе, где: 1 – ворота шлюза; 2 – здание-арка; 3 – приемная и передающая антенны; 4 – шлюзовая камера; 5 – водохранилище гидроэлектростанции; 6 – элемент разрешения РЛС.

3 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАССЧЕТ

3.1 Расчет основных тактико-технических РЛС

Произведем расчет основных тактико-технических характеристик проектируемой РЛС с учетом предъявляемых к ней требований и выполняемых функций.

Длина волны и геометрические размеры антенны определяют ширину диаграммы направленности антенны РЛС. Для наиболее распространенных в настоящее время зеркальных антенн справедливо соотношение:

(2.1.1)

где θ_0,5 – ширина диаграммы направленности по половинной мощности;

d_а – размер раскрыва антенны в соответствующей плоскости;

λ – длина волны.

При заданном максимальном размере антенны реализовать значение ширины луча, требуемое для обеспечения желаемого разрешения, можно вариацией длины волны. Так как реальная разрешающая способность по угловой координате:

где γ_φ – коэффициент ухудшения потенциальной разрешающей способности, то для обеспечения требуемого разрешения длина волны с учетом (2.1.1) должна быть равна:

(2.1.2)

Для большинства существующих радиолокационных станций значение γ_φ=1…1,5. Формула (2.1.2) определяет значение длины волны, при котором обеспечивается требуемая разрешающая способность по угловой координате.

З
ададимся γ_φ=1,25, размер антенны d_а=1,5м. и ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости θ^E_0,5=2^˚ , тогда длина волны:

Вертикальный размер антенны определяется шириной диаграммы направленности в вертикальной плоскости, которую выбираем исходя из необходимости облучать сразу всю зону обзора по дальности. Зона обзора по дальности есть длина шлюзовой камеры.

Т
ак как длина шлюза составляет 100 м, а высота подвеса сканирующей антенны 15 м, то:

У
же зная длину волны и ширину диаграммы направленности в вертикальной плоскости, из формулы (2.1) найдем вертикальный размер антенны:

На практике при определении длины волны РЛС, как правило, приходится исходить из требований, связанных с выбором энергетических показателей стан­ции, определяющих дальность действия РЛС.

Н
а рисунке 2.1.1 приведены графики, иллюстрирующие зависимость требуемой энергии передатчика от длины волны. При построения графиков энергия излучения на волне =25 см (Е₂₅) принималась за единицу и опреде­лялось отношение Е_/Е₂₅ с учетом поглощения энергии в дожде интенсивностью 4 мм/ч и в кислороде на всей дальности действия. Из рисунка1 видно, что для каждой дальности действия Rmax существует оптимальное значение длины волны  при котором требуемая энергия излучаемых колебаний достигает минимума. Если длину волны брать больше оптимальной, то необходи­мая энергия излучения увеличивается относительно медленно, но при уменьшении длины волны по сравне­нию с  необходимая энергия излучения возрастает очень быстро.

Рисунок 3.1 – Зависимость излучаемой энергии от длины волны

Из рисунка видно, что длина волны λ=4 см находится правее минимальной энергии для необходимого расстояния и не требует больших энергетически затрат.

Положение цели в зоне обзора будет находиться по двум азимутальным углам, определенным передающей и приемной сканирующей антенной, и базису – расстоянию между этими антеннами.

Определим мощность излучения, необходимую для обнаружения целей с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги на требуемом расстоянии. Это не сложно сделать, воспользовавшись уравнением дальности для двухпозиционной системы [8]:

(2.1.3)

где P_t –мощность передатчика РЛС;

R_max – максимальная дальность обнаружения целей;

G_t – коэффициент направленного действия передающей антенны;

G_r – коэффициент направленного действия приемной антенны;

λ – длина волны;

P_t – мощность отраженного от цели сигнала на входе приемника;

σ_ц – эффективная площадь рассеяния цели (по таблице 2.2 из [11] для лодки σ_ц=5 м²).

Рассчитаем недостающие составляющие в уравнение (2.1.3).

Мощность отраженного от цели сигнала на входе приемника или пороговый сигнал обнаружения выразим через характеристики приемника:

г
де q – отношение сигнал/шум на входе приемника, необходимое для обнаружения целей с заданными вероятностями;

k₀ – постоянная Больцмана 1,38·10^-23 Дж/К;

F_s – коэффициент шума (для большинства приемников равен 6…9);

T­₀ – температура окружающей среды 290 К;

В_n – шумовая полоса пропускания преддетекторного фильтра приемника;

Так как вероятность правильного обнаружения Р_по=0,95 и вероятность ложной тревоги Р_лт=10^-4, то по рис. 4.3 из [11] определяем отношение сигнал/шум q=32 дБ или q=1585. Зададимся шумовой полосой пропускания приемника, В_n=100 Гц, так как скорость движения целей в шлюзе не превышает 2 м/с, то максимальный доплеровский сдвиг при длине волны =0,04 м составит f_д=100Гц.

Р
ассчитаем коэффициент направленного действия передающей и приемной антенны по формуле [9]:

г
де S_эф – эффективная площадь раскрыва антенны равная S_эф=0,25·π·l₁· l₂, l₁ и l₂ линейные размеры антенны.

Таким образом, с учетом вышеприведенных соотношений, уравнение дальности примет вид:

М
ощность передатчика составляет 30 мВт.

Р
адиолокационная система будет производить последовательное сканирование зоны обзора. Местоположение цели будет определяться по пересечению узконаправленных лучей диаграмм направленности приемной и передающей антенн. На каждый элемент разрешения передающей антенны приходится один период обзора приемной антенны (см. рис. 2.1.2).

Рисунок 3.2 –Метод обзора шлюзовой камеры

Чтобы определить период обновления информации зададимся периодом обзора приемной антенны. Пусть он равен Т_{обз. пр.}=1 с, так как меньший период обзора сложно будет реализовать ввиду инерционных свойств антенны, а увеличение периода обзора негативно влияет на время обновления информации.

Т аким образом, если Т_{обз. пр.}=1 с, и за это время передающая антенна должна “освещать” один элемент разрешения по азимуту, то:

(3.4)

где Ф_аз – зона обзора по азимуту;

θ_аз – разрешающая способность по азимуту.

Период обзора передающей антенны равен времени обновления информации на индикаторе.

Из (2.1.4) следует что, время облучения цели равно Т_обл.=1 с, а время наблюдения отраженного сигнала Т_наб.=1/45=0,022 с.

Из произведенных расчетов видно, что тактико-технические характеристики не противоречат техническому заданию и сравнимы с параметрами аналогичных РЛС, рассмотренных в первой главе.

3.2 Расчет влияния отражений от поверхности воды

Проектируемая радиолокационная станция осуществляет наблюдение за объектами внутри шлюза.

При обзоре водной поверхности, поступающие на вход РЛС отраженные сигналы, несут информацию как о находящихся в зоне обзора объектах, так и о физических свойствах водной поверхности, что в данном случае является нежелательным фактором. Необходимо учитывать отражения от водной поверхности.

В

данном разделе произведем анализ отражений радиолокационного сигнала от водной поверхности, для чего воспользуемся коэффициентом отражения γ⁰, значения, которые приведены в таблице 2.1 [9]. Для водной поверхности коэффициент отражения равен γ⁰= -40 дБ. Зная это можно определить удельную эффективную площадь рассеяния воды:

где φ_н – угол обзора поверхности (в данном случае воды).

Максимальный уровень помех в результате отражения радиолокационного сигнала от поверхности воды возникает при наибольшей эффективной площади рассеяния, то есть в случае наибольшей “освещаемой” поверхности или при наихудшей разрешающей способности.

Рисунок 3.3 – Элемент обзора РЛС

Характеристики

Список файлов реферата