Расчет и обоснование технических характеристик импульсной некогерентной локационной системы

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ 

НАЦИОНАЛЬНЫЙ  АВИАЦИОННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

Кафедра аэронавигационных систем 
 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА 
 

По дисциплине «Теория радиолокационных систем» 

Тема: Расчет и обоснование технических характеристик импульсной 

некогерентной локационной системы 
 
 
 
 
 
 

       

Выполнил: студент группы РС-407  

Васильев И. А.  

  Дата: «___»___ 2009 

Руководитель: Доцент И.В. Чекед 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Киев 2010 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗАДАНИЕ

НА  ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

студента  Васильева И. А. 
 

Тема  курсовой работы: Расчет и обоснование технических характеристик импульсной некогерентной локационной системы

1. Срок выполнения работы: с 11.09.2010 г. по 01.12.2010 г.;
2. Исходные данные к работе:

         - ЭОП цели……………………………………………………………5 м² ;

         - диапазон волн…………………………………………………..……...С;

         - максимальная дальность действия  ЛС R_max……………………..50 км;

         - минимальная дальность действия  ЛС R_min………………………300 м;

         - вероятность правильного обнаружения  D………………………...0,95;

         - вероятность ложной тревоги F……………………………………..10^-6;

         - разрешающая способность по  дальности ΔR…………………...300 м;

         - разрешающая способность по азимуту Δα…………………………..3⁰;

         - разрешающая способность по  углу места Δβ……………………...60⁰;

         - зона обзора РЛС по азимуту α_обз…………………………………..360⁰;

         - зона обзора РЛС по азимуту  β_обз……………………………………80⁰;

         - период обзора Т_обз…………………………………………………..12 с;

         - потенциальная точность измерения  дальности σ_R……………...150 м;

         - потенциальная точность измерения азимута σ_α……………………..3⁰.

      3.  Этапы работы:  

         - формулирование задачи, что решается  в работе;

         - выбор и обоснование тактических  характеристик системы, которые  не                                           

           указаны в задании;

         - расчеты, обоснование и выбор  технических характеристик системы;

         - анализ возможных вариантов  структурной схемы и выбор                     

            приемлемого варианта;

         - выводы по работе.

      4.  Перечень обязательного графического материала:

         - структурная схема разработанной  локационной системы с   

           необходимой детализацией ключевых  устройств.

5. Задание выдал ___________________________ (  _______________  )

                                                                                    «___»____________2010г.

6. Задание принял к выполнению _______________________________

Курсовая  работа защищенная с оценкой ___________________________

Глава комиссии_________________________________________01.12.2010г.

Члены комиссии___________________________________________________ 

                                                                                                              
 

ВВЕДЕНИЕ 

     Радиолокация - область радиотехники, обеспечивающая радиолокационное наблюдение различных объектов, то есть их обнаружение, измерение координат и параметров движения, а также выявление некоторых структурных или физических свойств путем использования отраженных или переизлученных объектами радиоволн либо их собственного радиоизлучения.

     Источником  радиолокационной информации является радиолокационный сигнал. В зависимости  от способов его получения различают  следующие виды радиолокационного  наблюдения.

1. Радиолокация с пассивным ответом, основанная на том, что излучаемые РЛС колебания – зондирующий сигнал – отражаются от цели и попадают в приемник РЛС в виде отраженного сигнала. Такой вид наблюдения иногда называют также активной радиолокацией с пассивным ответом.
2. Радиолокация с активным ответом, именуемая активной радиолокацией с активным ответом, характеризуется тем, что ответный сигнал является не отраженным, а переизлученным с помощью специального ответчика – ретранслятора. При этом заметно повышается дальность и контрастность радиолокационного наблюдения.
3. Пассивная радиолокация основана на приеме собственного радиоизлучения целей. Если зондирующий сигнал в двух предыдущих случаях может быть использован как опорный, что обеспечивает принципиальную возможность измерения дальности и скорости, то в данном случае такая возможность отсутствует. С помощью теплового радиоизлучения в миллиметровом, сантиметровом и дециметровом диапазонах можно решать такие задачи: определение влажности почвы, ледовая разведка, а также некоторые навигационные задачи (например, измерение путевой скорости).

     Систему РЛС можно рассматривать как  радиолокационный канал наподобие  радиоканалов связи или телеметрии. Основными составными частями РЛС являются передатчик, приемник, антенное устройство, оконечное устройство.

     Большинство РЛС с импульсной модуляцией имеет  одну антенну, снабженную специальным антенным переключателем для перехода из режима передачи в режим приема и наоборот.

     Передатчик  РЛС вырабатывает высокочастотные  колебания, которые модулируются по амплитуде, частоте или фазе иногда весьма сложным образом. Эти колебания подаются в антенное устройство и образуют зондирующий сигнал. Наибольшее применение находит зондирующий сигнал в виде последовательности равноотстоящих по времени коротких радиоимпульсов. Наряду с простыми радиоимпульсами может применяться внутриимпульсная частотная модуляция и фазовая манипуляция. Другим видом зондирующего сигнала является непрерывный. Здесь наряду с гармоническими колебаниями могут использоваться частотно-модулированные и др.

     После того, как электромагнитная волна, падающая на цель, вызывает в ее теле вынужденные  колебания электрических зарядов, цель, подобно обычной антенне  создает свое электромагнитное поле. Это поле представляет собой вторичную, то есть отраженную волну, создающую в РЛС радиолокационный сигнал, который является носителем информации о цели. Так амплитуда сигнала в определенной степени характеризует размеры и отражающие свойства цели, время запаздывания относительно начала излучения зондирующего сигнала используется для измерения дальности, а частота колебаний благодаря эффекту Доплера несет информацию о радиальной скорости цели. Поляризационные параметры отраженной волны могут также быть использованы для оценки свойств цели. Наконец, направление прихода отраженной волны содержит информацию об угловых координатах цели.

     Приемник  РЛС необходим для оптимального выделения полезного сигнала  из помех (так называемая первичная  обработка сигнала). Оконечное (выходное) устройство служит для представления  радиолокационной информации в нужной потребителю форме. Если потребителем является человек-оператор, то используется визуальная индикация. Для потребителя в виде вычислительного устройства дискретного действия (или современной ЭВМ) используется радиолокационная информация, преобразованная в двоичный код. При этом в ЭВМ происходит дальнейшая, так называемая вторичная обработка сигнала.

     Главные этапы радиолокационного наблюдения – это обнаружение, измерение, разрешение и распознавание.

     Обнаружением называется процесс принятия решения о наличии целей с допустимой вероятностью ошибочного решения.

     Измерение позволяет оценить координаты целей и параметры их движения с допустимыми погрешностями.

       Разрешение заключается в выполнении задач обнаружения и измерения координат одной цели при наличии других, близко расположенных по дальности, скорости и т. д..

     Распознавание дает возможность установить некоторые характерные признаки цели: точечная она или групповая, движущаяся или неподвижная и т. д..

          В курсовой работе необходимо рассчитать и обосновать необходимые технические параметры радиолокатора, которые обеспечивают указанные тактические (эксплуатационные) характеристики, в том числе выбрать несущую частоту с заданного диапазона волн.

          Обосновать и разработать функциональную схему радиолокатора и определить основные требования к функциональным узлам станции с приблизительным учетом энергетических потерь.

          Обосновать тип антенны радиолокатора  и ее основные параметры, включая  основную диаграмму направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях и уровень боковых лепестков, размеры, тип сканирования.       
 

                                                                                                    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ  ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ЛС 

1.1. Рабочая длина  волны

     Диапазон  волн, применяемый в радиолокационной технике, лежит в области метровых, дециметровых, сантиметровых и миллиметровых волн. От длины волны РЛС зависят размеры антенной системы при требуемых значениях диаграммы направленности и коэффициента направленного действия антенны. Применение более коротких волн при тех же размерах антенны позволяет улучшить разрешающую способность и точность отсчета угловых координат. При выборе длины волны необходимо учитывать поглощающие и рассеивающие действия гидрометеоров и атмосферы, возможность получения необходимой мощности от передатчика и обеспечения требуемой чувствительности приемника.

     В диапазонах сантиметровых и особенно миллиметровых волн интенсивное  поглощение электромагнитных колебаний вызывает нежелательное уменьшение дальности действия станции. Кроме того, гидрометеоры в этих диапазонах могут являться источником интенсивного отражения, затрудняющего и полностью исключающего наблюдение целей.

          Выбор длины волны должен производиться с учетом особенностей РЛС и влияния длины волны на ее тактические характеристики.

          В задании на курсовую работу  указан диапазон частот C (3,4 – 7,075 ГГц). Задаемся несущей частотой f_нес = 3 ГГц.

          Длина волны λ равна:

          где С – скорость распространения электромагнитной волны. 
 
 

1.2. Форма и ширина диаграммы направленности

          Исходя из требуемой разрешающей способности по угловым координатам Δα и Δβ можно найти ширину диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях.  

 где

          Δα – разрешающая способность по азимуту;

          Δβ – разрешающая способность по углу места;

           γ – коэффициент ухудшения разрешающей способности;

           θ_α – ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости;