Расчет и обоснование технических характеристик импульсной некогерентной локационной системы

 

  Для заданных вероятностей правильного обнаружения D и ложной тревоги F находим требуемое отношение сигнал/шум. При этом принимая во внимание первую модель сигнала:

 

1.11. Количество импульсов  в пакете

               Количество импульсов N_и, отраженных от точечной цели за один обзор, определяется шириной диаграммы направленности антенны, скоростью сканирования и частотой повторения импульсов:

1.12. Коэффициент различимости

               При интегрировании N_и импульсов с одинаковым отношением сигнал/шум идеальным преддетекторным интегратором результирующие, или интегрированное отношение сигнал/шум окажется точно в N_и раз больше, чем для единичного импульса. Поэтому коэффициент различимости m_p можно записать в виде:

 где 

               – коэффициент (больше единицы), учитывающий потери за счет неоптимальности обработки пачки импульсов (при идеальном преддетекторном интегрировании ). Для случая работы оператора радиолокационной станции, наблюдающего за экраном ЭЛТ (некогерентное интегрирование), можно ориентировочно считать, что . Тогда формула преобразуется к виду:

 

1.13. Чувствительность  приемника

               Минимальная мощность P_прmin обнаруживаемого сигнала, или чувствительность приемника вычисляется по формуле:

 где

               k – постоянная Больцмана ( );

               T₀ – стандартная температура ( );

               N – коэффициент шума приемника.

               Чаще всего в приемниках РЛС  первым каскадом является кристаллический  смеситель. Такой приемник имеет  коэффициент шума от 7 до 10. Такой  приемник широко используется благодаря его простоте и высокой надежности. Принимаем N = 8.

 где

                P₀ – отсчетный уровень, который обычно равен

 

1.14. Учет условий распространения радиоволн

               Коэффициент затухания не является  параметром РЛС, но зависит  от длины волны и в этом  смысле его можно отнести к  техническим характеристикам. Значение  коэффициента затухания  при для интенсивности дождя находится по таблице 1.3.

                                                                                                   Таблица 1.3

Относительное затухание 

, при длине волны

 

              По известным значениям и заданной максимальной дальности действия R_max, найдем соответствующую дальность действия в свободном пространстве R₀ по формуле:

 

1.15. Импульсная мощность  передатчика

               Необходимая излучаемая мощность  в импульсе Р_и находится с основного уравнения радиолокации:

где

               – эффективная отражающая поверхность цели;

                L₀ – потери в системе.

               При расчете импульсной мощности  передатчика в уравнении необходимо  заменить R_max на R₀, а . Тогда формула приобретет следующий вид

               Принимаем общие потери в системе  .

      

1.16. Средняя мощность  передатчика

               Среднюю излучаемую мощность P_ср передатчика можно выразить через импульсную мощность P_и, длительность импульсов и частоту повторения импульсов F_п.

 

1.17. Потенциальные среднеквадратические ошибки измерения координат

               Точность определения дальности зависит от точности измерения времени запаздывания отраженного сигнала, погрешностей, обусловленных неоптимальностъю обработки сигнала, наличия неучтенных запаздываний сигнала в трактах передачи, приема, индикации, случайных погрешностей измерения дальности в индикаторных устройствах. Погрешности в индикаторных устройствах обусловлены нестабильностью масштабных меток и погрешностями считывания. Потенциальная точность измерения дальности ЛС характеризуется среднеквадратической ошибкой.                                                                                                                                                       Потенциальная среднеквадратическая ошибка измерения по дальности вычисляется по формуле:

               Точность измерения азимута определяется систематическими и случайными погрешностями. Систематические погрешности могут возникать при неточном ориентировании антенной системы ЛС и в результате несоответствия между положением антенны и электрической масштабной шкалой азимута. Случайные погрешности обусловливаются нестабильностью работы системы вращения антенны, нестабильностью схемы формирования отметок азимута, а также погрешностями считывания.  Потенциальная среднеквадратическая ошибка измерения по азимуту находится из выражения:

           
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. ТИП АНТЕННЫ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ 

               В качестве антенны радиолокационной станции выбираем зеркальную параболическую антенну исходя из ряда достоинств:

               - простота конструкции;

               - возможностью получения разнообразных видов ДН;

               - высоким КПД;

               - низкой шумовой температурой;

               - хорошие диапазонные свойства.

               Параболическая антенна используется для создания остронаправленного излучения в диапазоне СВЧ, когда размеры антенны во много раз превышают рабочую длину волны. Антенна состоит из металлического зеркала (рефлектора) параболической формы и облучателя, расположенного в ее фокусе. На рис. 2.1 представлена антенна с зеркалом в виде параболоида вращения с раскрывом. Прямая, перпендикулярная плоскости раскрыва и проходящая через его центр, является осью зеркала, точка О пересечения оси с поверхностью зеркала – его вершиной. Расстояние f от вершины зеркала до фокуса F называется фокусным расстоянием. На следующем рисунке показан ход лучей в параболической антенне.

                        

Рис. 2.1. Схема параболической антенны

                  

Рис. 2.2. Ход лучей в параболической антенне

                В первом разделе пояснительной записки были рассчитаны некоторые параметры антенны РЛС. Сводим эти параметры в таблицу 2.1.

                                                                                                                Таблица 2.1

Параметры антенны РЛС

 
 

3. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ 

              Импульсная некогерентная РЛС кругового обзора предназначена для обнаружения объектов и измерения их координат. Функциональная схема РЛС приведена на рис. 3.1.

            Сбор информации об объектах осуществляется путем их облучения и приема отраженных от них сигналов. Колебания, вырабатываемые передатчиком, с помощью антенны излучаются в пространство и при достижении объекта отражаются от него. Часть отраженной энергии попадает обратно в антенное устройство РЛС, усиливается в приемнике и фиксируется в выходном устройстве. Появление сигналов на выходе РЛС говорит о наличии объекта в пространстве.

           Дальность до объекта определяется импульсным методом. Формирователь импульсов запуска вырабатывает импульсы, следующие с заданной частотой посылок F_п. Эти импульсы используются для запуска передатчика и синхронизации выходного устройства. В состав передатчика входит импульсный модулятор, формирующий импульсы длительностью t_и и мощностью P_и, управляющие генератором высокой частоты. Радиоимпульсы, вырабатываемые генератором, проходят через антенный переключатель и излучаются с помощью антенны в пространство. Отраженные сигналы в виде таких же радиоимпульсов, только меньшей мощности и запаздывающие относительно излучаемых на время t_D=2D/с, принимаются той же антенной и через антенный переключатель подаются на вход преобразователя частоты, на выходе которого образуется сигнал промежуточной частоты. Далее сигнал усиливается в УПЧ и поступает на детектор. Продетектированный сигнал через видеоусилитель поступает в выходное устройство РЛС, где осуществляется измерение времени запаздывания.

            Угловые координаты объекта определяются по направлению прихода. Антенная система с узкой диаграммой направленности осуществляет последовательный обзор пространства. Сигнал цели, принимаемый антенной системой, усиливается в приемнике и поступает в выходное устройство, где отмечается текущий угол поворота диаграммы направленности.

            В качестве выходного устройства РЛС используется индикатор кругового обзора. Отклоняющая катушка вращается вокруг горловины трубки синхронно с вращением антенны и питается пилообразными импульсами от схемы развертки. При соответствующем начальном ориентировании отклоняющей катушки и оси антенны, на экране трубки будет видна радиальная линия, прочерчиваемая электронным лучом, которая в каждый момент времени будет указывать положение оси диаграммы направленности в пространстве.