3. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА РЛС

Импульсные РЛС, осуществляющие когерентный прием и содержащие устройство ЧПК, называют РЛС с селекцией движущихся целей (РЛС с СДЦ).

Основная цель использования РЛС с СДЦ является режекция сигналов пассивныхпомех от неподвижных целей (зданий, холмов, деревьев), и выделение сигналов отраженных от движущихся целей для их дальнейшего использования в обнаружителях и отображения радиолокационной обстановки на индикаторе.

РЛС с СДЦ подразделяются на истинно-когерентные и псевдо-когерентные.

В истинно-когерентных РЛС зондирующий сигнал представляет собой когерентную последовательность радиоимпульсов с одинаковой начальной фазой всех радиоимпульсов или с известной разностью начальных фаз радиоимпульсов отстоящих на .

В псевдо-когерентных РЛС зондирующий сигнал представляет собой некогерентную последовательность радиоимпульсов, но при обработке принятых сигналов случайность начальных фаз используется таким образом, что прием становится когерентным.

Другими словами, как в истинно-когерентных РЛС, так и в псевдо- когерентных РЛС сигнал на выходе линейного тракта приемника, полученный при отражении зондирующего сигнала от неподвижной точечной цели, представляет собой импульсную когерентную пачку с одинаковыми начальными фазами радиоимпульсов, а при отражении от подвижной точечной цели, движущейся с радиальной скоростью начальные фазы радиоимпульсов в соседних периодах повторения отличается на .

При анализе работы когерентно-импульсных РЛС обычно делается допущение, что в пределах главного "луча" диаграмма направленности постоянна, а вне главного "луча" излучение и прием не проводятся. Это допущение позволяет считать, что даже с учетом сканирования антенны амплитуды всех импульсов когерентной пачки, полученной при отражении зондирующего сигнала от точечной подвижной или неподвижной цели, одинаковы.

Истинно-когерентные РЛС строятся на базе многокаскадного передатчика с усилителями мощности на выходе, а псевдо-когерентные РЛС - на базе высокочастотного генератора.

Для проектируемой РЛС необходимо использовать сложный сигналы с , для этого, как правило, используются истинно-когерентные РЛС.

На рис.3.1 приведена упрощенная структурная схема одного из вариантов истинно-когерентных РЛС.

Рис. 3.1 Обобщенная структурная схема РЛС

Развернутая структурная схема истинно-когерентной РЛС приведена в приложении 3.

В данной РЛС с СДЦ в качестве передатчика используется усилитель мощности (УМ) с импульсной модуляцией, а опорный сигнал формируется с помощью стабильного генератора (СГ) гармонических колебаний на частоте f пр. Преимущество данной схемы состоит в том, что она позволяет применить активный способ формирования ФМС не только на несущей частоте, но и на более низких радиочастотах.

Сигнал от стабильного генератора (СГ) в качестве опорного подается на когерентный детектор (КД). Он же поступает на формирователь ФМ сигнала (ФФМС) и далее, на смеситель (СМ1), куда одновременно подается сигнал от местного гетеродина (МГ), генерирующего гармоническое колебание на частоте f мг =f 0 -f пр. Колебания с выхода СМ1 на частоте f 0 поступают на усилитель мощности (УМ), в котором происходит усиление и импульсная модуляция гармонического ФМ колебания частотой f 0 . На выходе усилителя мощности получаются ФМ импульсы требуемой мощности и длительности, следующие с частотой f п. Эти импульсы через антенный переключатель (АП) поступают на антенну.

В режиме приема сигналы с выхода АП поступают на смеситель (СМ2),куда одновременно подается колебание от МГ. Сигналы промежуточной частоты с выхода СМ2 поступают на усилитель радиочастоты (У), настроенный на промежуточную частоту, и далее на согласованный фильтр, затем на КД, куда подается опорный сигнал с выхода СГ. Сигналы с выхода КД поступают на устройство черезпериодной компенсации (ЧПК) заданной кратности. После преобразования в однополярные сигналы с выхода ЧПК подаются на накопитель пачки импульсов (БН) и затем на видеоусилитель (ВУ), а из него на устройства обнаружения и измерения координат цели.

Для компенсации нестабильности линии задержки, используемой в ЧПК, необходима корректировка периода повторения излучаемых импульсов. Для этих целей служит блок синхронизации (БС), который, учитывая эту нестабильность, управляет формированием пачки зондирующих импульсов и блоком начальной установки (БНУ) через логическую схему (ЛС).

Проведем выбор элементной базы к данной структурной схеме:

В РЛС обнаружения с круговым обзором наибольшее распространение получили зеркальные антенны, состоящие из слабонаправленного излучастеля и зеркального отражателя. Отражатель выполняется в виде усеченного парабалоида, что позволяет получить диаграмму направленности вида косеканс квадрат.

В качестве усилителя мощности используется лампа бегущей волны (ЛБВ)

Приемник в РЛС строится по супергетеродинной схеме, которая позволяет получить более высокую чувствительность приемного тракта. Входным устройством приемника является полупроводниковый смеситель.

Местный гетеродин вследствии высоких требований к стабильности частоты выполняется на базе стабильного задающего генератора.

Согласованный фильтр для ФМ сигнала может быть реализован на основе ультразвуковых линий задержки (УЛЗ).

Формирователь ФМС описан при расчете параметров ФМ сигнала.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методические указания к изучению темы «Принципы и физические основы построения радиолокационных и радионавигационных систем» по дисциплине «Основы теории радиотехнических систем» для студентов специальности 23.01 / Сост. М.Б.Свердлик. – Одесса: ОПИ, 1991. – 112 с.

2. Тексты лекций по дисциплине «Основы теории радиотехнических систем». Раздел «Обнаружение сигналов» для студентов специальности 23.01 / Сост. М.Б.Свердлик. – Одесса: ОПИ. 1992. – 87 с.

3. Методические указания по изучению темы «Статистическая оценка параметров и синтез измеретилей координат целей» для студентов специальности 23.01 / Сост. М.Б.Свердлик. – Одесса: ОПИ, 1990. – 53 с.

4. Тексты лекций по дисциплине «Основы теории радиотехнических систем». Раздел «Сложные сигналы» для студентов специальности 23.01 / Сост. М.Б.Свердлик. – Одесса: ОПУ. 1996. – 51 с.

5. Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Основы теории радиотехнических систем» для студентов специальности 23.01 / Сост. М.Б.Свердлик, А.А.Кононов, В.Г.Макаренко. – Одесса: ОПИ, 1991. – 52 с.

6. Лезин Ю. С. «Введение в теорию и технику радиотехнических систем»: Учеб. пособие для вузов. –М.: Радио и связь, 1986. – 280 с., ил.

7. «Радиотехнические системы» / Под. ред. Ю.М.Казаринова. – М.: Высш. шк., 1990.

Приложение 2

Структурная схема согласованного фильтра для когерентной 12-импульсной пачки 15-позиционных ФМ сигналов.

А – согласованный фильтр для одного импульса

В – накопитель пачки импульсов

Приложение 3

Развернутая структурная схема РЛС

Развернутая схема согласованного фильтра (СФ) и блока накопления (БН) приведена в приложении 2. Развернутую же схему ЧПК, благодаря любезности преподавателя, магистрантам можно не приводить.

Снизить вероятность возникновения пожаров на данном объекте. ЗАКЛЮЧЕНИЕ С целью обеспечения безопасности движения речного транспорта в камере шлюза Усть-Каменогорской гидроэлектростанции в данном дипломном проекте была разработана радиолокационная станция обнаружения надводных целей, она гораздо эффективнее, чем, например система видео наблюдения. Были рассчитаны основные тактико- ...

Техническому совершенству, боевым и эксплуатационным качествам не уступали лучшим зарубежным образцам, а нередко и превосходили их. Большинство из созданных в эти годы образцов в большей или меньшей степени представляли собой высокоточное оружие. В них использовались высокоточные инерциальные системы, системы коррекции и телеуправления движением на траектории и системы самонаведения на конечном...

КНИ явления слепой скорости и неоднозначности по дальности, для устранения которых понадобилось изменить общепринятую схему построения приемника сопровождения по дальности, а также задействовать ЦВС для решения ряда задач. Важное техническое решение было найдено, при проектировании приемной системы, в использовании одних и тех же узлов и элементов системы синхронизации для работы РЛС в режиме ЛЧМ...

Параметры обнаружения. Поскольку принимаемая пачка из N импульсов является когерентной, то. 2. Расчет параметров помехопостановщика 2.1 Расчет мощности передатчика заградительной и прицельной помех помеха помехозащита радиолокационная станция Можно выделить несколько основных типов передатчиков заградительных помех: прямошумовые передатчики; передатчики помех, использующие мощный...

Высокие требования к стабильности несущей частоты зондирующих сигналов, необходимость генерирования сложных и когерентных сигналов привели к появлению передающих устройств, выполненных по многокаскадной схеме. В качестве первого каскада используются маломощные возбудители, а качестве последующих – многокаскадный усилитель мощности.

В таком передатчике стабильность частоты зондирующего сигнала определяется, в основном, маломощными задающими генераторами, частота которых стабилизирована известными методами, например, с помощью кварца.

Возбудитель может быть построен по схеме, позволяющей быстрое (в течение нескольких микросекунд) переключение с одной рабочей частоты на другую. Он может также одним из методов формировать линейно-частотномодулированный или фазокодомодулированный сигнал. Подробно эти вопросы будут рассмотрены в последующих подразделах.

При формировании сигнала возбудителя можно предусмотреть его жесткую связь с частотой гетеродинного сигнала смесителя, что исключает необходимость применения АПЧ. Наконец, в таком передатчике возможно получение пачки когерентных импульсов, что позволяет применять корреляционно-фильтровую компенсацию пассивных помех, а также объединять сигналы различных каналов на общий вход или разделять их на отдельные входы для питания различных элементов фазированной антенной решетки.

В общем случае структурная схема многокаскадного передающего устройства импульсной РЛС представлена на рис.3.9.

Рис.3.9. Структурная схема многокаскадного передающего устройства импульсной РЛС

Мощность колебаний возбудителя должна быть достаточной для возбуждения следующего за ним каскада. Поскольку формирование сигнала осуществляется на пониженной мощности, необходимый выходной уровень мощности зондирующего сигнала достигается покаскадным усилением.

В импульсных РЛС импульсная модуляция осуществляется в зависимости от уровня выходной мощности, либо в одном каскаде, либо в нескольких последних мощных каскадах усиления.

В ряде случаев формирование сигнала удобнее производить на пониженной частоте. В этом случае в состав предварительных каскадов включают либо умножители частоты, либо смесители (см.рис.3.10)

Рис.3.10. Пример схемы формирования сигнала.

В качестве усилительных каскадов многокаскадного передатчика широко используются приборы с электродинамическим управлением электронным потоком: клистроны, лампы бегущей волны (ЛБВ), лампы обратной волны (ЛОВ) и т.д.

Таким образом, многокаскадные передающие устройства применяются при высоких требованиях к стабильности частоты и строятся по схеме « Задающий генератор - усилитель мощности «. Примерами РЛС, в которых используются такие передающие устройства являются РЛС 55Ж6, 22Ж6М и т.д.

3.3.3 Импульсные модуляторы радиолокационных станций

Модуляторы РЛС вырабатывают мощные видеоимпульсы высокого напряжения заданной длительности и периода повторения для питания анодных цепей генераторных и усилительных приборов. Длительность модулирующих импульсов различных РЛС составляет единицы-десятки микросекунд, а период повторения – несколько миллисекунд. Это позволяет накапливать энергию во время паузы между посылками и отдавать ее в нагрузку в течение длительности импульса.

В передающих устройствах с усилителем мощности количество модуляторов и их характеристики зависят от схемы усилительной линейки и типа применяемых приборов. Взаимодействие модулятора с элементами передающего устройства (на примере передающего устройства с автогенератором в выходной ступени) показано на рис 3.11.

Рис.3.11. Взаимодействие модулятора с элементами передающего устройства.

Высоковольтный выпрямитель преобразует энергию переменного напряжения источника питания в энергию высокого постоянного напряжения, которое подается в модулятор. Модулятор управляет работой высокочастотного генератора. Если в передающем устройстве применена анодная модуляция, то он включает анодное питание генератора СВЧ на время, равное длительности зондирующего импульса. Принципиальной особенностью модулятора РЛС (в отличие от модуляторов других радиотехнических устройств) является осуществляемая им трансформация мощности. Модулятор передающего устройства РЛС накапливает энергию, поступающую от высоковольтного выпрямителя, в течение времени, примерно равного периоду повторения Т п. При этом

Э м = Р в ·Т п, (3.7)

где Э м – энергия, накопленная модулятором; Р в – мощность высоковольтного выпрямителя.

Накопленная энергия отдается модулятором в нагрузку в течение длительности импульса. Следовательно,

Э м = Р м ·t и, (3.8)

где Р м – мощность выходных импульсов модулятора.

Из формул (3.7) и (3.8) получаем

Р в = Р м ·t и /Т п. (3.9)

Поскольку t и << Т п, то Р в << Р м. Это дает возможность при конструировании РЛС выбирать высоковольтный выпрямитель меньшей мощности, а следовательно, меньших габаритов и массы.

Состав модулятора определяется его типом. Однако для всех подобных устройств характерно наличие таких элементов, как зарядный дроссель, накопитель энергии, коммутирующий элемент, импульсный трансформатор, цепи защиты и коррекции. Рассмотрим схемы основных типов импульсных модуляторов, применяемых в РЛС РТВ.

В передающих устройствах РЛС РТВ наиболее широкое применение получили два типа импульсных модуляторов: с полным разрядом накопителя энергии; с частичным разрядом накопителя энергии.

Накопителем энергии может являться электрическое поле конденсатора или магнитное поле катушки индуктивности. В качестве накопителя энергии может использоваться также искусственная длинная линия, которая эквивалентна емкости или индуктивности.

В настоящее время в большинстве случаев используются емкостные накопители, т.к. индуктивные накопители характеризуются весьма низким КПД.

На рис.3.12 показана блок-схема передатчика РЛС, работающего в режиме анодной импульсной модуляции. Как показано на схеме, импульсный модулятор состоит из двух основных элементов: накопителя энергии и коммутирующего устройства. При разомкнутом коммутирующем устройстве во время паузы между импульсами происходит накопление энергии в накопителе. При замыкании коммутатора, накопленная энергия за время длительности импульса расходуется на питание генератора СВЧ.

Рис.3.12. Блок-схема передатчика РЛС.

В качестве коммутирующего устройства используется или электронная лампа (триод) или транзисторный активный коммутатор, или газоразрядные (ионные) приборы – тиратроны, либо тиристоры и управляемые искровые разрядники.

Основным преимуществом коммутирующих устройств на электронных лампах и транзисторах является малая инерционность, позволяющая включать и выключать их на любое время с помощью маломощного управляющего импульса, подаваемого на управляющий электрод (сетку лампы или базу транзистора) коммутатора. Однако электронные лампы обладают большим внутренним сопротивлением и поэтому коммутаторы на электронных лампах имеют сравнительно низкий КПД.

Ионные и тиристорные коммутирующие устройства обладают малым внутренним сопротивлением и легко пропускают токи в десятки и сотни ампер. Недостатком ионных коммутирующих устройств является то, что с помощью управляющего импульса можно точно определить только момент начала разряда накопителя. Управлять же размыканием ионного коммутатора значительно труднее. Поэтому окончание разряда накопителя определяется временем разряда накопителя, т.е. зависит от параметров самого накопителя.

Модуляторы с емкостными накопителями. Такие модуляторы широко применяются в современных РЛС. Схема модулятора представлена на рис.3.13.

Обозначения на схеме: С н – конденсатор, накапливающий энергию; К – коммутатор, изображенный в виде выключателя; R з – ограничительное или зарядное сопротивление; R г – сопротивление СВЧ генератора, питаемое модулятором.

В паузах между импульсами коммутатор К разомкнут, и конденсатор С н заряжается от источника питания через сопротивление R з, запасая энергию. Напряжение на конденсаторе повышается до напряжения источника Е о. В конце заряда коммутатор К замыкается, подключая конденсатор С н к генератору, и конденсатор разряжается на генератор. После разряда конденсатора коммутатор вновь размыкается, происходит новый заряд накопительной емкости и т.д.

Рис.3.13. Упрощенная схема модулятора.

Сопротивление R з определяет продолжительность заряда и ограничивает ток от источника питания во время замыкания коммутатора. Величину этого сопротивления берут во много раз больше R г, для того чтобы заряд конденсатора происходил сравнительно медленно, а ток, протекающий по R з в течение разряда конденсатора, был пренебрежимо мал.

В рассмотренном модуляторе возможны режимы полного и частичного разряда накопительной емкости. В первом случае коммутатор, замкнувшись, не размыкается до полного разряда накопительной емкости, при котором напряжение на ней становится равным нулю. Осциллограммы напряжений на отдельных узлах модулятора, работающего в режиме полного разряда, изображены на рис.3.14 (жирная линия).

Недостатком модулятора, работающего в режиме полного разряда накопительной емкости, является неудовлетворительная, далекая от прямоугольной форма импульса и низкий КПД (около 50%). Поэтому они используются крайне редко.

При работе модулятора в режиме частичного разряда коммутатор замыкается на короткое время (равное t ) и размыкается, когда конденсатор еще сохраняет заряд, а напряжение U с имеет значительную величину. Характер изменения напряжения на накопительном конденсаторе показан на рис.3.14 (тонкая линия).

а)

б)

Рис.3.14. Осциллограммы напряжений на отдельных узлах модулятора.

Модуляторы с искусственной линией (линейные модуляторы). Известно, что разомкнутая на конце линия, заряженная до напряжения Е л, при разряде на сопротивление R =  создает прямоугольный импульс напряжения с амплитудой Е л /2 и длительностью

где l – длина линии; L " , C " – распределенные индуктивность и емкость линии.

Используя линию в качестве накопителя энергии, можно построить модуляторы с режимом полного разряда, вырабатывающие импульсы с хорошей прямоугольной формой. Однако длина линии получается неприемлемой для размещения в передатчиках. Вместо реальных линий в модуляторах можно использовать искусственные линии, составленные из отдельных индуктивностей и емкостей (рис.3.15).

Импульсные модуляторы с искусственными линиями широко используются в современных передающих устройствах РЛС (например, РЛС 55Ж6). Они отличаются компактностью, высоким КПД и дают возможность получать импульсы весьма большой мощности с формой, мало отличающейся от прямоугольной.

Рассмотрим процессы в модуляторе с искусственной цепочной линией (рис.3.15), состоящей из трех секций.

Волновое сопротивление линии равно сопротивлению нагрузки  = R г. При разомкнутом коммутаторе источник питания заряжает линию до напряжения U л = Е о. После заряда коммутатор замыкается и присоединяет линию к генератору (к нагрузке). Так как сопротивление R г = , то при замыкании коммутатора на зажимах генератора возникает мгновенное напряжение, равное Е о /2. Благодаря этому колебания в генераторе возникают резко и передний фронт импульса получается крутым. Другая половина напряжения Е о /2 падает на волновом сопротивлении линии и вызывает бегущую волну напряжения, распространяющуюся к разомкнутому концу линии, частично разряжая ее по мере распространения. От разомкнутого конца линии волна отражается без перемены полярности и, вернувшись к началу линии, полностью поглощается нагрузкой.

Рис.3.15. Упрощенная схема модулятора с искусственной линией.

В схеме рис.3.15 напряжение источника должно быть в 2 раза больше напряжения питания генератора. Для устранения этого недостатка применяется схема рис.3.16,а, в которой линия заряжается через катушку индуктивности L з с малым сопротивлением потерь. Катушка составляет с емкостью линии контур, и заряд линии приобретает характер затухающих колебаний (рис.3.16,б). Через половину периода напряжение на линии повышается до U л = 2·Е о. В этот момент замыкается коммутатор, и напряжение на генераторе становится равным U л /2 = Е о, т.е. напряжению источника.

а)

б)

Рис.3.16. Схема модулятора с искусственной линией

КПД модулятора при заряде линии через индуктивность повышается до 90-95%. Но для реализации указанных преимуществ зарядная катушка должна иметь значительный коэффициент индуктивности. Кроме того, коммутатор должен замыкаться точно в моменты максимума напряжения на линии. Все это существенно усложняет конструкцию модулятора и схему управления коммутатором.

Поэтому на практике последовательно с зарядной индуктивностью часто включают диод, как показано на рис.3.17а. При таком дополнении линия, зарядившись до максимума в первую половину периода (рис.3.17б) из-за односторонней проводимости диода не может разрядиться и напряжение на ней сохраняется постоянным до замыкания коммутатора.

Таким образом, в рассмотренном примере отпадает необходимость в согласованном с колебаниями замыкании коммутатора, и схема управления упрощается. При этом уменьшается и коэффициент индуктивности зарядной катушки.

Рис.3.17. Эпюры, поясняющие работу модулятора.

В следствии потерь напряжения на внутреннем сопротивлении диода и сравнительно низкой добротности зарядного контура (Q < 10) минимальное напряжение на линии оказывается не выше (1,7-1,8)Е о, а КПД модулятора 85-90%. Подобная схема модулятора используется в передающем устройстве РЛС 55Ж6, П-18, 5Н84А.

В качестве примера на рис.3.18 показана принципиальная схема модулятора с искусственной линией.

В модуляторе такого типа накопителем является искусственная линия, а в качестве коммутирующего элемента используется тиратрон или тиристор. Коммутирующий элемент открывается внешним импульсом, который определяет только момент начала разряда накопителя. Форма и длительность импульса на выходе модулятора определяются параметрами пассивных элементов схемы.

Рис.3.18. Принципиальная схема модулятора с искусственной линией.

Формирование импульса заканчивается при полном разряде накопителя через коммутатор и импульсный трансформатор, который согласует сопротивление нагрузки с волновым сопротивлением формирующей линии. В случае аварийной работы модулятора на несогласованную нагрузку предусматриваются защитные цепи (на рис.3.18 – диод Д2).

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дипломная работа

Радиопередающее устройство РЛС сантиметрового диапазона

АННОТАЦИЯ

В данном дипломном проекте спроектировано радиопередающее устройство РЛС сантиметрового диапазона.

Цель дипломного проекта на основе анализа современных и перспективных средств воздушного нападения обосновать требования к основным параметрам перспективной РЛС обнаружения, а также спроектировать радиопередающее устройство этой РЛС.

устройство радиопередатчик радиолокация станция диапазон

Введение

1. Анализ современных и перспективных средств воздушного нападения

2. Тактико-техническое обоснование основных параметров РЛС

2.1 Основные технические характеристики импульсного передатчика

2.2 Влияние структур и параметров зондирующих радиоимпульсов на технические характеристики РЛС

2.3 Влияние структур и параметров зондирующих радиоимпульсов на помехозащищенность РЛС

3. Разработка структурной схемы РЛС

3.1 Тракт генерирования и излучения радиолокационных сигналов

3.1.1 Антенное устройство

3.1.2 Высокочастотный тракт РЛС

3.2 Тракт приема и выделения сигнала

4 Расчет требуемой импульсной мощности РПУ и коэффициента усиления антенны

4.1 Выбор типа антенны, расчет размеров и коэффициента усиления антенны

4.2 Расчет требуемой мощности передатчика

4.3 Приблизительный расчет потребляемой от сети мощности

5 Разработка структурной схемы РПУ

5.1 Функции, выполняемые радиопередающим устройством

5.2 Структурные схемы РПУ. Однокаскадная и многокаскадная схема передатчика

5.3 Разработка структурной схемы РПУ

ВВЕДЕНИЕ

Для обеспечения надежной защиты государства развиваются все виды вооруженных сил. Вместе с тем, в современных условиях, когда на первое место среди средств ведения войны выдвинулось ядерное оружие и разнообразные средства доставки его к объектам - баллистические и крылатые ракеты, неизмеримо возросла роль противовоздушной обороны.

Опыт локальных войн в Ираке, Югославии неоспоримо показал, что противовоздушная оборона в современных условиях превратилась в фактор стратегического значения. Совершенствование средств воздушного нападения и тактики их применения вызвало новые требования к противосамолетной обороне. Она должна быть помехоустойчивой, достаточно эффективной для всего практически достижимого диапазона высот и скоростей, обеспечивать борьбу с малоразмерными целями.

Одним из главных направлений на пути решения задач ПВО - обеспечения надежного обнаружения и проводки воздушных целей при полетах на любых высотах, вплоть до предельно малых, в условиях радиоэлектронного противодействия.

В данной дипломной работе будет, на основе анализа современных и перспективных средств воздушного нападения, обоснованы требования к основным параметрам перспективной РЛС обнаружения. Спроектировано радиопередающее устройство этой РЛС и разработан возбудитель многочастотного ФКМ сигнала с дискретно изменяемой девиацией частоты.

1 . АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ И ПЕРСПЕКТИВНЫХ СРЕДСТВ ВОЗДУШНОГО НАПАДЕНИЯ

В последние годы значительно расширен диапазон форм угрозы военной силой. Все большее внимание уделяется увеличению количества районов присутствия крупных группировок вооруженных сил США на постоянной или временной основе и наращиванию возможностей для их быстрого усиления в целях решения международных проблем путем угрозы или прямого использования военной мощи.

В условиях кардинальных изменений, происходящих на международной арене и связанных с активизацией договорных процессов по сокращению различных видов вооруженных сил и вооружения, улучшения отношений между США и Россией, американское военно-политическое руководство завершает пересмотр военной стратегии, основу которой составляют четыре главных положения: обеспечение стратегического сдерживания путем устрашения, сохранение передового развертывания в ключевых регионах, эффективное реагирование на кризисную обстановку, сохранение способности быстро нарастить численность и мощь вооруженных сил в случае необходимости.

В девяностые годы в американской военной стратегии появился новый подход к определению типа войн, в которых могут участвовать вооруженные силы США. Наряду с классификацией войн по масштабам и средствам их ведения военная доктрина США подразделяет все возможные в межгосударственных отношениях формы вооруженной борьбы по интенсивности. При этом выделяется три группы конфликтов: высокой, средней и низкой интенсивности. К конфликтам высокой интенсивности относятся войны глобального охвата между государствами или их коалициями, в которых противоборствующие стороны применяют для достижения решительных политических целей все имеющееся ядерное, химическое и биологическое оружие.

К конфликтам средней интенсивности относятся войны между государствами или коалициями государств с применением всех сил и средств, включая ограниченное использование оружия массового поражения.

Американское Военно-политическое руководство считает, что в настоящее время вероятность крупномасштабного столкновения между США и Россией в силу сложившегося ядерного паритета и в связи с улучшением отношений между двумя странами является низкой за последние годы. Одновременно с этим признается, что возросла возможность участия США в конфликтах низкой интенсивности, под которыми понимаются как формы применения вооруженных сил (ограниченные боевые действия, демонстрация силы), так и экономические, политические и идеологические акции, которые могут предприниматься США в различных регионах мира в целях «защиты американских интересов». При этом США присваивают себе право не только вмешиваться по собственному усмотрению в дела суверенных государств, но и определить, в какой форме это делать.

Пентагон предусматривает три аспекта такого вмешательства:

Против развивающихся стран, во главе которых стоят неугодные Вашингтону правительства;

Поддержку проамериканских режимов, стабильность которых находится под угрозой;

Против государств, в которых, по определению США имеются «террористические элементы», угрожающие американским интересам.

Несмотря на значительное снижение возможности глобального ядерного конфликта и перенос акцента в подготовке вооруженных сил США к участию в конфликтах низкой интенсивности американское руководство не исключает вероятности крупномасштабной войны против России, которая, по американским оценкам, «обладает физической возможностью уничтожить США одним сокрушительным ударом».

В качестве возможного способа развязывания войны на основных театрах считается перерастание конфликтов низкой интенсивности в военные действия более крупного масштаба, вплоть до всеобщей войны. Однако главным способом развязывания крупномасштабных войн военное руководство США считает внезапное нападение заблаговременно развернутыми в мирное время группировками войск.

В целом, осуществляемые США мероприятия по достижению военно-стратегического и военно-технического превосходства над нашей страной, а также ставка на использование военной силы для достижения внешнеполитических целей позволяют, по убеждению Вашингтона, проводить предусмотренный стратегией национальной безопасности курс, направленный не только на «глобальное сдерживание» России, но и на максимальное использование нынешней обстановки для создания новой системы международных отношений, в которой США отводилась бы роль бесспорного лидера, обладающего особыми полномочиями в следствии огромного экономического и военного имущества. Из рассмотренного выше следует, что одним из вероятных противников для России являются ВС США и блока НАТО в целом.

Опыт последних локальных войн показывает, что основную роль при проведении военных операций американское руководство отводит ВВС США и НАТО. Основной же силой способной сдерживать авиацию являются войска ПВО, необходимо учитывать как тактику применения, как и технические возможности средств воздушного нападения.

В настоящее время средства воздушного нападения состоят из средств стратегической авиации, средств тактической авиации, средств авиации ВМС, средств армейской авиации, беспилотных летательных аппаратов (БЛА) и авиационных средств поражения (рисунок 1). ТА и палубная авиация рассматриваются командованием США и НАТО как главная ударная сила на ТВД во всех видах войн с применением и без применения ЯО. Тактика действий тактической и палубной авиации при прорыве ПВО ВВС предусматривает определенное оперативное построение, включающее несколько групп самолетов различного стратегического назначения:

Группа огневого подавления средств ПВО ВВС;

Ударные группы;

Группы непосредственного прикрытия ударных групп от истребителей ПВО ВВС;

Группы радиоэлектронного подавления средств ПВО ВВС;

Группы контроля и разведки результатов удара;

Группы дальнего радиолокационного обнаружения и управления.

Рисунок 1 - Классификация средств воздушного нападения

Ударные группы самолетов ТА и СА предназначены для нанесения ударов по объектам самолетами F-111, F-117, «ТОРНАДО», «ЯГУАР», «ХАРРИЕР», а также А-7D, А-10, «АЛЬФА-ДЖЕТ» (таблица 1).

Группы огневого подавления средств ПВО ВВС предназначены для уничтожения или вывода из строя средств ПВО ВВС с целью «ослепить» систему ПВО ВВС, нарушить систему огня ЗРВ, проделать бреши в системе ПВО ВВС. Объектами огневого воздействия могут быть РЛС, командные пункты, аэродромы, пункты наведения истребительной авиации и позиции ЗРВ.

Наиболее распространенным способом огневого подавления средств ПВО ВВС считается групповая атака звеном самолетов с прикрытием и применением как обычных так и противорадиолокационных ракет типа «ШРАЙК», «СТАНДАРТ-АРМ», «ХАРМ», «АЛАРМ», «ТЕССИТ РЕЙНБОУ».

Таблица 1

Основной противорадиолокационной ракетой состоящей на вооружении в настоящее время на вооружении ВВС и ВМФ США является ПРЛР «ХАРМ» (AQM-88А). Она предназначена для уничтожения РЛС ЗРВ, ПВО ВВС, работающих в дециметровом и сантиметровом диапазоне. Основные ТТХ ПРЛР приведены в таблице 2.

Таблица 2

Наименование	Дальность стрельбы, км	Скорость полета, м/с	Точность стрельбы, м	Носители
СТАНДАРТ-АРМ
ТЕССИТ-РЕЙНБОУ		Малая (до 830 км/ч)

Группа непосредственного прикрытия ударных групп от истребителей ПВО ВВС. На вооружении ВВС США состоят истребители-перехватчики, а также многоцелевые истребители типа: «торнадо» F-2; «фантом» FGR, 2F-15

ТТХ данных самолетов приведены в таблице 3.

Таблица 3

Группа радиоэлектронного подавления средств ПВО ВВС предназначена для проведения комплекса мероприятий и действий по радиоэлектронному подавлению противника и защите своих войск (сил) и систем оружия от радиоэлектронного подавления. Представляет собой мероприятия и действия, проводимые войсками по подавляющему и дезинформирующему воздействию на РЭС и системы противника энергией электромагнитных излучений.

Радиодезинформация в системе РЭП проводится для введения противника в заблуждение путем ложной работы РЭС своих войск, изменения режимов их работы и имитации работы РЭС противоборствующей стороны. основными способами радиодезинформации считаются:

Показ ложных демаскирующих признаков РЭС, объектов и обстановки;

Преднамеренное вхождение в радиосети и радионаправления противника, передача в них ложной информации и команд;

Искажение сведений, сигналов и позывных;

Повышение интенсивности работы РЭС на второстепенных направлениях при сохранении режима работы на главном.

Перечисленные мероприятия в совокупности с другими мерами по дезинформации могут вызвать у противника впечатление о сосредоточении войск и подготовки операции там, где в действительности этого нет. Мероприятия по обеспечению РЭБ предусматривают поиск, перехват и анализ излучений, опознавание и определение местоположения РЭС противника, оценку создаваемой им угрозы для последующего радиоэлектронного подавления и выдачи целеуказание средствам поражения, а также управление своими силами и средствами РЭП.

На вооружении ВВС США приняты: самолет-разведчик RF-4C, а также самолеты радиоэлектронного подавления EF-111, EC-130H. Характеристики самолетов данного типа приведены в таблицах 4, 5.

Таблица 4

Таким образом, анализируя особенности применения ВВС США и НАТО, а также исходя из опыта локальных войн, можно увидеть, что ВВС США активно используют все технические возможности авиации. При массированном применении СВН учитывается все, начиная от рельефа, местности и погодных условий и заканчивая тактикой действий.

Для тактики действий воздушного противника в локальных войнах характерно массированное применение СВН, отсутствие шаблона в выборе варианта удар, тактических приемов и способов действий, всестороннее обеспечение действий ударных групп, стремление к достижению внезапности, сокращение времени нахождения самолетов в зоне огня зенитных средств и т. д. Комбинированные удары с воздуха становятся сложными, широко используются для решения различных задач БЛА, малозаметные летательные аппараты, ВТО в РЛ и ИК диапазоне, постановщики радиоэлектронных помех. Для обеспечения своевременного вскрытия противника на дальних границах обнаружения необходимо активно использовать РЛС обнаружения, которые обеспечат вскрытие состава противника на высотах вплоть до предельно малых на максимально дальних рубежах. Данная станция должна обладать высокой энергетикой излучаемого сигнала, помехозащищенностью.

2 ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЛС

2.1 Основные технические характеристики импульсного передатчика

Основная задача эскизного проектирования радиопередающего устройства состоит в обосновании требований к его техническим характеристикам на основе анализа требований к тактическим характеристикам проектируемой РЛС, а также в выборе структуры передатчика, обеспечивающей реализуемость обоснованных требований. Поэтому в данном вопросе основное внимание уделяется анализу влияния параметров зондирующих сигналов на основные тактические характеристики проектируемой РЛС.

В радиолокационных системах находят применение различные виды зондирующих сигналов:

Непрерывные немодулированные;

Непрерывные амплитудно-модулированные;

Непрерывные частотно-модулированные;

Импульсные.

Выбор того или иного вида зондирующего сигнала зависит от характера решаемых радиолокационной системой задач и условий ее функционирования. Однако в РЛС РТВ, как впрочем и в большинстве РЛС другого назначения, применяются импульсные зондирующие сигналы. Это связано с тем, что их применение позволяет достаточно точно обеспечить измерение дальности до цели и упростить конструкцию РЛС за счет использования общей системы на передачу и прием.

Основными параметрами зондирующих радиоимпульсов являются:

Длина волны (частоты) генерируемых колебаний;

Диапазон перестройки;

Импульсная мощность Р И;

Длительность импульса ф И;

Частота F П или период Т П повторения зондирующих импульсов;

Ширина спектра П И.

По своей структуре радиоимпульсы могут быть:

Когерентными и некогерентными;

Простыми и сложными.

Радиоимпульсы называют когерентными, если начальная фаза колебаний каждого радиоимпульса одинаковая или от импульса к импульсу изменяется по определенному закону. Если же начальная фаза высокочастотных колебаний от импульса к импульсу является случайной величиной, такие радиоимпульсы являются некогерентными.

Спектр последовательности некогерентных радиоимпульсов всегда сплошной, его форма определяется формой спектра одиночного радиоимпульса. Спектр когерентной последовательности ограниченного числа радиоимпульсов является гребенчатым, его огибающая повторяет форму спектра одиночного радиоимпульса. При увеличении числа импульсов в пачке когерентных радиоимпульсов ширина гребней спектра уменьшается, и он приближается к линейчатому.

Радиоимпульсы называют простыми, если произведение ширины спектра П И и длительности импульса ф И, называемой базой сигнала, имеет величину порядка единицы:

Если же В>>1, такой сигнал называется сложным. Достоинством простых сигналов является простота их формирования и оптимальной обработки. Однако их применение ограничивает возможность по технической реализации предъявляемых требований к тактическим характеристикам проектируемой РЛС. Поэтому в современных и тем более перспективных РЛС применяются в основном сложные сигналы двух видов:

Радиоимпульсы с внутриимпульсной линейной (ЛУМ) или нелинейной (НУМ) частотной модуляцией;

Радиоимпульсы с внутриимпульсной фазовой манипуляцией (от латинского «manus» - рука), при которой фаза колебаний в пределах импульса через определенные временные интервалы скачком изменяется на 180є. Поскольку эти скачкообразные изменения происходят по определенному двоичному коду, такие импульсы называются фазокодоманипулированными (ФКМ).

Обоснование требований к техническим характеристикам передатчика осуществляется на основе предъявляемых к РЛС требований к тактическим характеристикам. Поэтому необходимо проанализировать влияние структур и параметров зондирующих радиоимпульсов на основные тактические характеристики РЛС. Поскольку длина волны является параметром, общим для передатчика, приемника и антенно-волноводной системы, требования к ней должны быть обоснованы на этапе системотехнического проектирования РЛС в целом.

2.2 Влияние структур и параметров зондирующих радиоимпульсов на тактические характеристики РЛС

Как известно, максимальная дальность действия РЛС определяется соотношением:

где Э С - энергия сигнала передатчика;

G ПЕР - коэффициент усиления передающей антенны;

А ПР - эффективная площадь приемной антенны;

у Ц - ЭПР цели;

г - коэффициент различимости (или параметр обнаружения);

N 0 - спектральная плотность мощности собственного шума приемника, пересчитанная к его входу.

Рассмотрим подробнее входящие в выражение (2.2) параметры.

Величины G ПЕР и А ПР обосновываются при эскизном проектировании антенны. Если на передачу и прием используется одна антенна, между ними существует связь

Как уже говорилось, длина волны должна быть уже выбрана на этапе системотехнического проектирования РЛС в целом. Эффективная площадь антенны связана с ее геометрической площадью соотношением

где н - коэффициент использование площади раскрыва антенны. Его значение имеет величину порядка 0,5 .. 0,6. Геометрическая площадь ограничена допустимыми габаритами антенны.

Спектральная плотность мощности шумов:

где k = 1,38·10 -23 Дж/к - постоянная Больцмана,

Т 0 - абсолютная температура эквивалентного источника шума (при расчетах принимается Т 0 =290 к),

Ш - коэффициент шума приемника.

С учетом полосы пропускания приемника N 0 определяют предельную чувствительность приемника.

Коэффициент различимости представляет собой отношение сигнал-шум по мощности необходимое для обнаружения сигнала с заданными показателями качества - вероятностью правильного обнаружения и ложной тревоги.

Непосредственно к передатчику относится энергия сигнала генерируемая передатчиком за время облучения цели:

где Р И - импульсная мощность передатчика,

ф И - длительность зондирующего импульса,

М - число импульсов, облучающих цель (число импульсов в пачке).

Число импульсов:

где Дв 0,5 - ширина диаграммы направленности антенны в азимутальной плоскости (в радианах),

Т ОБЗ - период обзора пространства по азимуту.

Параметры Дв 0,5 и Т ОБЗ непосредственно к передатчику не относятся. К нему относятся Р И, ф И, Т П. С точки зрения обеспечения заданной дальности обнаружения необходимо увеличивать Р И, ф И и уменьшать Т П (или увеличивать F П =1/ Т П).

Увеличение F П ограничено значением однозначно измеряемой дальности:

Увеличение импульсной мощности сопровождается повышением требований к электрической прочности тракта генерирования и излучения сигнала, а также приводит к снижению скрытности РЛС и защищенности ее от самонаводящегося оружия.

Увеличение длительности импульса (если это простой импульс) приводит к снижению разрешающей способности по дальности. разрешение противоречий между требованиями по дальности обнаружения и разрешающей способности по дальности возможно на основе перехода к сложным радиоимпульсам, так как разрешающая способность по дальности определяется шириной спектра сигнала П С:

Как известно, потенциальная точность измерения дальности (т.е. предельно достижимая средняя квадратическая ошибка) определяется соотношением

Отсюда видно, что для повышения потенциальной точности необходимо одновременно увеличивать энергию принимаемого сигнала (т.е. увеличивать отношение сигнал-шум

г) и ширину спектра сигнала, что невозможно в случае применения простых радиоимпульсов.

Поэтому, как и для обеспечения заданного значения дальности обнаружения, для реализации требований к точности измерения дальности необходимо применять сложные сигналы.

2.3 Влияние структур и параметров зондирующих радиоимпульсов на помехозащищенность РЛС

Помехозащищенностью РЛС называется способность выполнения ею заданных функций с требуемыми показателями качества в условиях воздействия активных и пассивных помех, как преднамеренных, так и непреднамеренных.

Данная характеристика определяется скрытностью работы РЛС и ее помехоустойчивостью.

Скрытность измеряется вероятностью обнаружения работающей на излучение РЛС средствами радиотехнической разведки противника. Снижение этой вероятности обеспечивается уменьшением импульсной мощности излучаемого сигнала и скачкообразным изменением основных его параметров.

Количественной оценкой помехоустойчивости РЛС является отношение мощности сигнала к мощности помехи на выходе оптимального фильтра, при которой обеспечиваются требуемые значения характеристик обнаружения и точности измерения координат.

Помехоустойчивостью по отношению к активной шумовой помехе обеспечивается увеличением энергии зондирующего сигнала. При этом для обеспечения скрытности необходимо не увеличивать его импульсную мощность. Это противоречие разрешается на основе применения сложных зондирующих сигналов.

Повышение помехоустойчивости РЛС по отношению к воздействию пассивных маскирующих помех достигается повышением разрешающей способности по дальности и скорости. Повышение разрешающей способности по дальности (наряду с повышением разрешающей способности по угловым координатам) приводит к уменьшению разрешаемого объема, а, следовательно, к уменьшению среднего значения ЭПР источника пассивной помехи (облака дипольных отражателей, подстилающей поверхности и т.д.).

Разрешающая способность по скорости позволяет выделять полезный сигнал на основе использования эффекта Доплера. Обеспечение разрешения одновременно по дальности и по скорости связано с необходимостью преодоления известного из теории радиолокации принципа неопределенности. Наиболее полно этому требованию удовлетворяют пачки сложных радиоимпульсов при условии, что длительность пачки ф пач =МТ п значительно превышает временную протяженность пассивной помехи

где ДR пп - радиальный размер пассивной помехи.

Системы, реализующие разрешение целей на фоне пассивных помех на основе использования эффекта Доплера, называются системами селекции движущихся целей (СДЦ). Технически реализация систем СДЦ возможна при использовании когерентных пачек зондирующих радиоимпульсов. При этом возможны различные варианты построения когерентно-импульсных РЛС:

Истинно когерентные РЛС (передатчик формирует когерентную последовательность радиоимпульсов);

Псевдо когерентные РЛС с внутренней когерентностью (передатчик формирует некогерентные радиоимпульса, фазы которых запоминаются так называемым когерентным гетеродином на период повторения зондирующих импульсов);

Псевдо когерентные с внешней когерентностью (для обеспечения когерентности используются сигналы от неподвижных объектов, находящихся в одном элементе разрешения с движущейся целью).

Выбор того или иного варианта построения когерентно-импульсной РЛС определяется требованиями к эффективности функционирования системы СДЦ.

Из изложенного следует, что параметры и структура зондирующих импульсов оказывает существенное влияние на дальность действия РЛС, ее точностные характеристики и разрешающую способность по дальности и скорости. Для обеспечения заданных значений дальности действия и точности измерения координат необходимо увеличивать энергию принимаемого сигнала, для чего при фиксированном значении импульсной мощности зондирующего сигнала необходимо увеличивать длительность одиночного импульса и количество принимаемых импульсов в пачке. Одновременное разрешение по дальности и скорости возможно на основе применения сложных радиоимпульсов.

В данной работе при разработке передающего устройства, мною будет использован ФКМ сигнал, который обеспечит высокую энергетику сигнала, а также помехозащищенность.

3 . РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РЛС

Импульсными РЛС называются такие, в которых дальность до цели определяется путем измерения времени задержки эхо-сигнала относительно зондирующего импульсного сигнала.

Состав структурной схемы радиолокационной станции определяется ее функциями (рисунок 3.1).

В общем случае, для получения информации о целях радиолокационным методом станция должна обеспечивать выполнение следующих функций:

Облучение целей электромагнитной энергией (зондирование зоны обзора);

Прием отраженных от цели эхо-сигналов и выделение их из помех;

Отображение получаемой радиолокационной информации и измерение координат целей;

Определение государственной принадлежности;

Ввод радиолокационной информации в устройство обработки и выдачу ее в каналы связи.

Рисунок 3.1

Выполнение первой функции обеспечивается трактом генерирования и излучения, последовательно осуществляющим ФКМ сигналов, передачу их к антенне и излучение их в пространство. В состав тракта входят: передающее устройство, фидерное устройство и антенна. Функции приема отраженных от цели сигналов и выделение их из помех осуществляются трактом приема и выделения сигналов из помех. Здесь решаются задачи фильтрации, усиления, преобразования сигналов и выделения их из шумов, пассивных и активных помех. Основными элементами тракта являются: антенно-фидерное устройство, приемное устройство, устройство защиты от помех.

Отображение воздушной обстановки в зоне обзора РЛС и определение координат целей решается с помощью оконечных устройств РЛС. Оконечными устройствами РЛС могут быть устройства автоматического измерения и съема координат, индикаторные или другие устройства отображения. Для синхронизации работы передающих, индикаторных устройств и других систем РЛС во времени необходима система запуска.

Для измерения координат с индикаторных устройств или путем автоматической обработки сигналов необходимо формирование специальных масштабных отметок или кода дальности, азимута, высоты.

Опознавание цели осуществляется в специальной системе опознавания, составной частью которой являются наземные радиолокационные запросчики, сопрягаемые с РЛС. Конкретизация элементов структурной схемы импульсной РЛС, состава, назначения и взаимодействия отдельных систем будет рассмотрена далее.

3.1 Тракт генерирования и излучения радиолокационных сигналов

Основными задачами, решаемыми трактом генерирования и излучения импульсной РЛС являются:

Создание импульсов СВЧ высоких энергий заданной структуры, длительности и периодичности;

Канализации энергии этих импульсов от передающего устройства к антенной системе с минимально возможными потерями;

Направленное излучение импульсов электромагнитных волн.

Составными частями тракта, в соответствии с решаемыми задачами, являются передающие устройства, высокочастотные тракты и антенные системы РЛС (рисунок 3.2).

В трактах генерирования и излучения кроме основных перечисленных решаются дополнительные специфические задачи:

Развязка передающего и приемного устройства при работе на излучение и прием;

Ответвление энергии СВЧ дл контроля мощности и спектра зондирующего сигнала, переключение передающего устройства к антенной системе или эквиваленту;

Изменение уровня, структуры сигналов и несущей частоты;

Защита личного состава от облучения.

Рисунок 3.2

3.1.1 Антенное устройство

Антенное устройство РЛС предназначено для:

Преобразование энергии колебаний, генерируемых передатчиком, в энергию электромагнитных волн в пространстве (излучение);

Улавливание энергии электромагнитных волн (эхо-сигналов) с определенного телесного угла пространства и концентрации ее на входе линии приема;

Концентрации энергии электромагнитных волн в определенном телесном угле при излучении;

Выбор направления излучения и приема энергии электромагнитных волн в соответствии с принятым способом обзора пространства.

В импульсной РЛС моменты времени измерения зондирующего сигнала и приема эхо-сигналов разделены, что позволяет обеспечить работу одной и той же антенны на прием и передачу.

Параметры антенных систем в значительной степени определяют боевые возможности радиолокационной станции, такие как дальность действия, форма зоны обзора, время обзора пространства, точность определения угловых координат, разрешающая способность по угловым координатам, помехозащищенность.

Основными параметрами антенного устройства РЛС являются:

Коэффициент усиления антенны;

Форма диаграммы направленности;

Уровень боковых лепестков, диапазонность;

Устойчивость к ветровым нагрузкам, обледенению, воздействию ударных волн;

Возможность быстрой разборки и сборки;

Удобство транспортировки.

Коэффициент усиления антенны G позволяет увеличить дальность действия РЛС, и обеспечивается физическими размерами антенны. Между усилением, размерами антенны и длиной волны существует известное соотношение:

где А - площадь антенны;

л - длина волны;

К А - коэффициент использования поверхности антенны;

з А - коэффициент полезного действия антенны.

Коэффициент усиления антенны связан с коэффициентом направленного действия G Н соотношением:

Форма диаграммы направленности является важной характеристикой антенны. Диаграммой направленности антенны по мощности называется зависимость коэффициента усиления от угловых координат.

Диаграмма направленности характеризуется шириной главного лепестка в горизонтальной и вертикальной плоскости по уровню половинной мощности, а также уровнем боковых лепестков. Эти параметры тесно связаны с коэффициентом усиления и геометрическими размерами антенны L r

где L r - размер сечения в соответствующей плоскости;

К r - коэффициент, зависящий от распределения поля в раскрыве антенны (обычно К r =50є..80є).

Форма диаграммы направленности антенны РЛС в вертикальной плоскости оказывает существенное влияние на такие характеристики РЛС, как точность измерения и разрешающую способность по угловым координатам, помехозащищенность и скорость обзора. Для радиолокационных станций обнаружения, осуществляющих круговой обзор пространства, наиболее рациональной является диаграмма направленности широкая в вертикально и узкая в горизонтальной плоскости.

На изодальностном участке зоны обнаружения коэффициент усиления антенны должен быть приблизительно постоянным. На изовысотном участке зоны обнаружения коэффициент усиления по углу места должен изменятся по закону «косеканс квадрат». При этом на вход приемника при постоянной высоте полета цели и разной дальности приходит сигнал постоянной интенсивности.

Уровень боковых лепестков влияет на интенсивность принимаемых активных помех от помехопостановщиков, пассивных помех от местных предметов и тем самым ухудшает помехозащищенность РЛС. Прием эхо-сигналов целей по боковым лепесткам затрудняет определение их истинного местоположения.

Кроме ухудшения помехозащищенности боковые лепестки вызывают понижение чувствительности приемных каналов за счет приема дополнительных шумов из окружающего пространства. Уровень боковых лепестков существенно зависит от закона распределения поля в раскрыве зеркальной антенны, мощности в отдельных излучателях антенной решетки.

В зеркальных антеннах допустимое значение уровня боковых лепестков составляет 17-23 дБ, в директорных антеннах около 15 дБ. Для ослабления влияния боковых лепестков на помехозащищенность РЛС применяют специальные схемы подавления.

3.1.2 Высокочастотный тракт РЛС

Высокочастотный тракт РЛС осуществляет передачу высокочастотной энергии зондирующих импульсов от передатчика к антенне и принятых эхо-сигналов от антенны на вход приемника.

К основным техническим данным высокочастотных трактов относятся следующие:

Степень согласования высокочастотного тракта с нагрузкой;

Потери энергии в высокочастотном тракте;

Максимальная передаваемая мощность.

Степень согласования высокочастотного тракта с нагрузкой характеризуется коэффициентом стоячей волны напряжения

где - коэффициент отражения;

Комплексные сопротивления нагрузки и линии передачи;

или обратной К СВ величиной - коэффициентом бегущей волны.

Обычно считают, что нагрузка хорошо согласованна с линией передачи, если К СВ < 1,2 и согласована удовлетворительно, если К СВ = 1,2- 2. при К СВ менее 2 от нагрузки отражается менее 11% падающей мощности.

Потери энергии в высокочастотном тракте обусловлены тепловыми потерями в металлических проводящих поверхностях и диэлектрическими потерями линии передачи.

Величину потерь принято характеризовать коэффициентом поглощения. Для линии передач пользуются величиной погонного ослабления, выраженной в децибелах на один метр длины.

Для волноводов рабочее значение величины погонного ослабления составляет 0,01-0,05 дБ/м, для полосковых и коаксиальных линий передач 0,05-0,5 дБ/м. потери тракта РЛС составляют 0,5-1 дБ на передачу и 2-3 дБ на прием.

Предельная мощность высокочастотного тракта ограничивается условиями пробоя и допустимым нагревом диэлектрика линии передачи.

3.2 Тракт приема и выделения сигнала

Тракт приема и выделения эхо-сигналов предназначен для передачи энергии сигналов целей и помех с антенных систем на вход приемных устройств РЛС, усиления и фильтрации сигналов целей на фоне помех. К помеховым сигналам относятся энергия собственных шумов приемных устройств и внешних естественных и преднамеренных источников шума.

4 . ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ РПУ. РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ ИМПУЛЬСНОЙ МОЩНОСТИ РПУ И КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ АНТЕННЫ

Расчет требуемой импульсной мощности радиопередающего устройства и коэффициента усиления антенны будет произведен для трех диапазонов волн: сантиметрового, дециметрового и метрового.

Вначале сделаем выбор типа антенны и расчет размеров антенны.

4.1 Выбор типа антенны, расчет размеров антенны и коэффициента усиления

Антенна радиолокатора должна иметь диаграмму направленности, обеспечивающую высокую разрешающую способность по угловым координатам. В качестве антенны импульсных РЛС наиболее широкое распространение получили зеркальные параболические антенны. Эти антенны позволяют сравнительно несложно получить диаграмму направленности, обеспечивающую высокие разрешающие способности по угловым координатам и малый уровень боковых лепестков диаграммы направленности. Для трехкоординатной РЛС с параллельным обзором по углу места рекомендуется выбрать в качестве формы зеркала либо симметричную вырезку из параболоида вращения, либо параболический цилиндр с фазированной антенной решеткой в качестве облучателя.

а для директорных антенн

где Ди - ширина диаграммы направленности антенны по уровню половинной мощности в соответствующей плоскости;

л - длина волны;

а - размер антенны в соответствующей плоскости;

L - продольный размер директорной антенны.

Следует учитывать, что минимальному значению коэффициента в выражении (4.1) соответствует наибольший уровень боковых лепестков, максимальному значению коэффициента соответствует минимальный уровень боковых лепестков, поэтому для обеспечения высокой помехозащищенности РЛС по боковым лепесткам следует избрать значение коэффициента в выражении (4.1) в пределах 70..90.

Таблица 4.1

После того, как определены вертикальный (а )и горизонтальный(в ) размеры зеркала, следует определить геометрическую площадь антенны

S=(0.8..0.9)ab .(4.3)

Таблица 4.2

Выбор антенны заканчивается расчетом коэффициента усиления антенны

Таблица 4.4

Для определения величины суммарного коэффициента различимости (г?) следует, воспользовавшись кривыми обнаружения (приложение А), по заданным вероятностям правильного обнаружения D и ложной тревоги F Л определить коэффициент различимости при оптимальной обработке г.

Для простого немодулированного радиоимпульса и ФКМ сигнала оптимальная фильтрация одиночного импульса (одиночной дискреты ФКМ сигнала) заменяется квазиоптимальной. При этом возникают потери в отношении сигнал/шум, равные

г С =0,8 дБ.(4.9)

Далее, вместо когерентного накопления используется некогерентное. Потери на некогерентное накопление (г Н) пачки можно определить по соответствующим графикам (приложение Б). если производится цифровая обработка, то следует учесть и потери, вызываемые цифровой обработкой, т.е. учесть шум квантования г Ц. Окончательно:

г? = г + г С + г Н + г Ц.(4.10)

Таблица 4.6

После определения г? может быть найдена энергия зондирующего сигнала по формуле (4.6). энергия зондирующего сигнала связана с импульсной мощностью соотношением

Э=б Р И ф И М,(4.11)

где б - коэффициент, учитывающий непрямоугольность пачки. Рекомендуется выбрать б

Из выражения (4.11) может быть определена импульсная мощность. Для трехкоординатной РЛС полученное значение импульсной мощности необходимо умножить на число каналов по углу места.

4.3 Приблизительный расчет потребляемой от сети мощности

по импульсной мощности можно определить мощность, потребляемую выходным каскадом радиопередающего устройства РЛС от агрегатов питания

где Q=Т/ф И - скважность сигнала,

з Г - КПД генераторного прибора,

з М - КПД модулятора (з М = 0,7..0,8),

з В - КПД выпрямителя (з В = 0,8..0,9),

з Т - КПД трансформатора (з Т = 0,6)

5 . РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ РПУ

5.1 Функции, выполняемые радиопередающим устройством

Радиопередающее устройство выполняет следующие функции:

Создает колебания высокой частоты (носитель полезной информации), которые получаются в результате преобразования энергии источников постоянного тока в энергию тока высокой частоты. Этот процесс называется генерацией, а устройство, в котором создается ток высокой частоты, - генератором.

Осуществляется управление высокочастотными колебаниями.

Необходимость в управлении высокочастотными колебаниями возникает в любой из радиолиний, все многообразие которых может быть приведено к двум основным разновидностям: связным и радиолокационным.

В связных радиолиниях полезная информация закладывается на их передающих концах путем изменения одного или нескольких параметров высокочастотных колебаний (амплитуды, частоты или фазы) по соответствующему закону. Процесс управления высокочастотными колебаниями называется модуляцией, а устройство, с помощью которого осуществляется данный процесс,- модулятором. В радиолокационных системах полезная информация не закладывается на их передающих концах, а возникает при отражении электромагнитных волн от объектов (целей). Тем не менее и в этой разновидности радиолиний также возникает необходимость в первичной модуляции или манипуляции тока высокой частоты для обеспечения возможности извлечения полезной информации в приемном тракте. Радиопередающее устройство состоит из комплекса аппаратуры, обеспечивающей создание модулированного тока высокой частоты. Применительно к радиолокационной системе передатчик предназначен для формирования зондирующего сигнала, а в общем случае - для формирования радиосигнала в соответствии с требованиями, сформулированными при разработке конкретной радиотехнической системы. Кроме отмеченных выше функций - генерации и модуляции - радиопередающее устройство с помощью антенно-фидерной системы осуществляет канализацию и излучение в нужном направлении модулированного или манипулированного тока высокой частоты в виде электромагнитных волн.

5.2 Структурные схемы радиопередающих устройств. Однокаскадная и многокаскадная схемы передатчика

Для выполнения перечисленных выше функций радиопередающее устройство должно состоять из модулятора, высокочастотного генератора, антенны и источников питания. Кроме того, в состав большинства современных передатчиков входит система УБС (управления, блокировки и сигнализации), которая имеет элементы автоматики, контроля и блокировки, обеспечивающие необходимую последовательность включения, возможность поддержания нормального режима работы и управления функционированием радиопередающего устройства.

В зависимости от требований к передатчику они могут выполняться по однокаскадной и многокаскадной схеме. Структурная схема однокаскадного передатчика приведена на рисунке 5.1, в состав которой входят модулятор, генератор с самовозбуждением, фидерный тракт, источник питания, система автоматической подстройки частоты и система управления, блокировки и сигнализации.

Рисунок 5.1 - Однокаскадная схема передатчика

Для повышения выходной мощности передатчика и стабильности частоты генерируемых колебаний передатчики выполняют по многокаскадной схеме (рисунок 5.2) или, как их называют, в виде усилительных цепочек.

Рисунок 5.2 - Многокаскадная схема передатчика

Электромагнитные колебания необходимой стабильности создаются в задающем генераторе (ЗГ), а затем путем умножения их по частоте (УЧ) и усиления по мощности в предварительном усилителе и усилителе мощности первоначальный сигнал доводится до требуемых параметров.

5.3 Разработка структурной схемы радиопередающего устройства

Данное устройство предназначено для формирования в каждом зондировании от одного до четырех ФКМ радиоимпульсов на разных частотах, следующих друг за другом без временного интервала (рисунок 5.3).

Рисунок 5.3

Для обеспечения высокой стабильности частоты зондирующих сигналов передающее устройство выполнено по схеме «маломощный высокостабильный возбудитель - усилитель мощности» (рисунок 5.4).

Возбудитель формирует ансамбль простых и сложных сигналов. На выходе формирователя при настройке полосовых фильтров на первую, (п -1) и п -ю составляющие выходного сигнала модулятора формируется ансамбль простых радиоимпульсов и ФКМ радиоимпульсов с одинаковыми законами фазовой манипуляции: на выходе 1 - с частотой щ 0 + Щ М (ФКМ), на выходе 2 - с частотой щ 0 + (п -1)Щ М (ФКМ при четном п , простой при нечетном п ), на выходе 4 - с частотой щ 0 - п Щ М (ФКМ при нечетном п , простой при четном п ), на выходе 3 - с частотой (2п -1)Щ М (ФКМ при любом п ). возможны и другие комбинации сигналов в зависимости от настройки полосовых фильтров.

Когерентность импульсов промежуточной частоты обеспечивается следующим образом. Непрерывное напряжение промежуточной частоты от синтезатора частоты поступает в систему синхронизации, где преобразуется в последовательность тактовых импульсов (ТИ), из которых в каждом периоде повторения формируются строб-импульсы. Строб-импульсы, длительностью ф И каждый, следуют друг за другом без временного интервала. Фронт каждого из них жестко связан с фазой напряжения промежуточной частоты. Ключевые схемы открываются на время соответствующее длительности строб-импульса.

Рисунок 5.4 - Радиопередающее устройство

Таким образом, использование одного и того же высокостабильного по частоте напряжения промежуточной частоты для формирования зондирующих импульсов обеспечивает получение когерентной последовательности импульсов и высокую стабильность их повторения.

Усилитель мощности служит для усиления до необходимого уровня высокочастотных импульсных сигналов, поступающих с возбудителя.

С целью ослабления эффекта «слепых» скоростей, а также для защиты РЛС от противорадиолокационных ракет, применяется вобуляция частоты посылок зондирующих импульсов. Регулировка полосовых фильтров позволяет формировать различную комбинацию сигналов, что увеличивает помехозащищенность РЛС.

Заключение

Военно-политическая обстановка в мире несмотря на все усилия нашей страны продолжает оставаться напряженной, в следствии расширения блока НАТО на Восток за счет стран бывшего социалистического содружества (Чехии, Венгрия, Польша), а также стран бывших Республик СССР. Следовательно не снижается вероятность того, что противник в любой момент способен нанести массированный удар по важным военным государственным объектам.

В тоже время вероятный противник не прекращает совершенствование боевой техники, создаются новые типы ПРЛР, истребителей, бомбардировщиков, КР, УР, авиабомб. Совершенствуется аппаратура защиты летательных аппаратов в том числе комплексы РЭБ, включающие в свой состав аппаратуру постановки активных и пассивных помех.

Для эффективного противодействия СВН вероятного противника, необходимые средства разведки, которые были бы способны обнаруживать воздушные объекты на максимальных дальностях и были бы защищены от активных и пассивных помех.

В результате выполнения данной работы был произведен анализ тактики применение СВКН и их влияния возможности обнаружения воздушных объектов. Произведен анализ способов формирования и видов зондирующих сигналов, на его основе произведен расчет характеристик и разработана предложение по совершенствованию передающего устройства. Разработанный возбудитель ФКМ сигнала, обеспечивает формирование ансамбля простых и ФКМ сигналов. Данное устройство позволяет увеличить помехозащищенность РЛС от активных и пассивных помех, а также обеспечивает обнаружение СВКН противника на дальних рубежах обнаружения.

Приложение А

Показатели качества оптимального обнаружения когерентных сигналов со случайными параметрами

Сигнал с полностью известными параметрами

Сигнал с равномерным распределением фазы

Приложение Б

График усредненных потерь, получающихся при накоплении некогерентной пачки, состоящей из М импульсов и используемый для расчета потерь при визуальном отображении сигнала на экране ИКО

График потерь цифрового некогерентного накопления

(п - число накапливаемых импульсов)

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Разработка проекта импульсного приёмника радиолокационной станции (РЛС) дециметрового диапазона. Классификация радиолокации, параметры качества приема. Расчёт параметров узлов схемы структурной приёмника. Определение полосы пропускания приёмника.

дипломная работа , добавлен 21.05.2009


Системы посадки самолетов метрового, сантиметрового и дециметрового диапазонов: назначение, состав и внутренняя структура, типы и сравнительное описание. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap, технико-экономическое обоснование проекта.

курсовая работа , добавлен 23.09.2013


Разработка многофункционального приемопередающего устройства для сбора информации со внешних устройств - датчиков. Обзор ресиверов диапазона 433 МГц. Расчет микрополосковой антенны на центральной частоте. Расчет затрат на изготовление опытного образца.

дипломная работа , добавлен 20.10.2013


Общая характеристика зеркальной антенны, ее назначение и применение. Расчет зеркальной параболической антенны сантиметрового диапазона с облучателем в виде пирамидального рупора. Определение коэффициента усиления с учетом неточности изготовления зеркала.

курсовая работа , добавлен 18.01.2014


Типы синтезаторов частоты. Методы и приборы генерации сигналов средневолнового диапазона и способы их излучения. Разработка структурной схемы проектируемого устройства, обеспечение его питания. Исследование синтезатора частот средневолнового диапазона.

дипломная работа , добавлен 23.09.2016


Разработка функциональной блок-схемы, расчет цепей настройки варикапов и входной, элементов колебательного контура УСЧ и первого каскада УПЧ с целью проектирования портативного радиовещательного приемника длинноволнового диапазона по заданным параметрам.

курсовая работа , добавлен 27.01.2010


Программа моделирования высокочастотных электромагнитных полей CST Microwave Studio. Проектирование основных узлов лампы бегущей волны (ЛБВ) W-диапазона. Замедляющая, электронно-оптическая, фокусирующая системы ЛБВ. Выводы энергии из замедляющей системы.

дипломная работа , добавлен 27.09.2016


Разработка структурной схемы радиопередающего устройства для однополосной телефонии. Расчет выходного каскада, коллекторной цепи, выходного согласующего устройства, транзисторного автогенератора. Выбор транзистора. Обзор требований к источнику питания.

курсовая работа , добавлен 02.04.2013


Обоснование, выбор и расчет тактико-технических характеристик самолетной радиолокационной станции. Определение параметров излучения и максимальной дальности действия. Оценка параметров цели. Описание обобщённой структурной схемы радиолокационной станции.

курсовая работа , добавлен 23.11.2010


Разработка радиопередающего устройства, работающего в режиме однополосной модуляции, получившего широкое распространение в качестве связного, так как речевой сигнал достаточно узкополосен. Расчёт входной цепи транзистора, расчет кварцевого автогенератора.

РЛС излучает электромагнитную энергию и обнаруживает эхосигналы приходящие от отраженных объектов а так же определяет их характеристики. Целью курсового проекта является рассмотреть РЛС кругового обзора и рассчитать тактические показатели этой РЛС: максимальную дальность с учетом поглощения; реальную разрешающую способность по дальности и азимуту; реальную точность измерения дальности и азимута. В теоретической части приведена функциональная схема импульсной активной РЛС воздушных целей для управления воздушным движением.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Радиолокационные системы (РЛС) предназначены для обнаружения и определения текущих координат (дальности, скорости, угла места и азимута) отраженных объектов.

РЛС излучает электромагнитную энергию и обнаруживает эхо-сигналы, приходящие от отраженных объектов, а так же определяет их характеристики.

Целью курсового проекта является рассмотреть РЛС кругового обзора и рассчитать тактические показатели этой РЛС: максимальную дальность с учетом поглощения; реальную разрешающую способность по дальности и азимуту; реальную точность измерения дальности и азимута.

В теоретической части приведена функциональная схема импульсной активной РЛС воздушных целей для управления воздушным движением. Также приведены параметры системы и формулы для ее расчета.

В расчетной части были определены следующие параметры: максимальная дальность с учетом поглощения, реальная разрешающая способность по дальности и азимуту, точность измерения дальности и азимута.

1. Теоретическая часть

1.1 Функциональная схема РЛС кругового обзора

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. Информация, получаемая в процессе радиолокационного наблюдения, называется радиолокационной. Радиотехнические устройства радиолокационного наблюдения называются радиолокационными станциями (РЛС) или радиолокаторами. Сами же объекты радиолокационного наблюдения именуются радиолокационными целями или просто целями. При использовании отраженных радиоволн радиолокационными целями являются любые неоднородности электрических параметров среды (диэлектрической и магнитной проницаемостей, проводимости), в которой распространяется первичная волна. Сюда относятся летательные аппараты (самолеты, вертолеты, метеорологические зонды и др.), гидрометеоры (дождь, снег, град, облака и т. д.), речные и морские суда, наземные объекты (строения, автомобили, самолеты в аэропортах и др.), всевозможные военные объекты и т. п. Особым видом радиолокационных целей являются астрономические объекты.

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.

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.

Пассивная радиолокация основана на приеме собственного радиоизлучения целей , преимущественно миллиметрового и сантиметрового диапазонов. Если зондирующий сигнал в двух предыдущих случаях может быть использован как опорный, что обеспечивает принципиальную возможность измерения дальность и скорости, то в данном случае такая возможность отсутствует.

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

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 групповая и т. д.

Радиолокационная информация, поступающая от РЛС, транслируется по радиоканалу или по кабелю на пункт управления. Процесс слежения РЛС за отдельными целями автоматизирован и осуществляется с помощью ЭВМ.

Навигация самолетов по трассе обеспечивается посредством таких же РЛС, которые применяются в УВД. Они используются как для контроля выдерживания заданной трассы, так и для определения местоположения в процессе полета.

Для выполнения посадки и ее автоматизации наряду с радиомаячными системами широко используются РЛС посадки, обеспечивающие слежение за отклонением самолета от курса и глиссады планирования.

В гражданской авиации используют также ряд бортовых радиолокационных устройств. Сюда, прежде всего, относится бортовая РЛС для обнаружения опасных метеообразований и препятствий. Обычно она же служит для обзора земли с целью обеспечения возможности автономной навигации по характерным наземным радиолокационным ориентирам.

Радиолокационные системы (РЛС) предназначены для обнаружения и определения текущих координат (дальности, скорости, угла места и азимута) отраженных объектов. РЛС излучает электромагнитную энергию и обнаруживает эхо-сигналы, приходящие от отраженных объектов, а так же определяет их характеристики.

Рассмотрим работу импульсной активной РЛС обнаружения воздушных целей для управления воздушным движением (УВД), структура которого приведена на рисунке 1. Устройство управления обзором (управление антенной) служит для просмотра пространства (обычно кругового) лучом антенны, узким в горизонтальной плоскости и широким в вертикальной.

В рассматриваемой РЛС используется импульсный режим излучения, поэтому в момент окончания очередного зондирующего радиоимпульса единственная антенна переключается от передатчика к приемнику и используется для приема до начала генерации следующего зондирующего радиоимпульса, после чего антенна снова подключается к передатчику и так далее.

Эта операция выполняется переключателем прием-передача (ППП). Пусковые импульсы, задающие период повторения зондирующих сигналов и синхронизирующие работу всех подсистем РЛС, генерирует синхронизатор. Сигнал с приемника после аналого-цифрового преобразователя (АЦП) поступает на аппаратуру обработки информации – процессор сигналов, где выполняется первичная обработка информации, состоящая в обнаружении сигнала и изменении координат цели. Отметки целей и трассы траекторий формируются при первичной обработке информации в процессоре данных.

Сформированные сигналы вместе с информацией об угловом положении антенны передаются для дальнейшей обработки на командный пункт, а также для контроля на индикатор кругового обзора (ИКО). При автономной работе радиолокатора ИКО служит основным элементом для наблюдения воздушной обстановки. Такая РЛС, обычно ведет обработку информации в цифровой форме. Для этого предусмотрено устройство преобразования сигнала в цифровой код (АЦП).

Рисунок 1 Функциональная схема РЛС кругового обзора

1.2 Определения и основные параметры системы. Формулы для расчета

Основные тактические характеристики РЛС

Максимальная дальность действия

Максимальная дальность действия задается тактическими требованиями и зависит от многих технических характеристик РЛС, условий распространения радиоволн и характеристик целей, которые в реальных условиях использования станций подвержены случайным изменениям. Поэтому максимальная дальность действия является вероятностной характеристикой.

Уравнение дальности в свободном пространстве (т. е. без учета влияния земли и поглощения в атмосфере) для точечной цели устанавливает связь между всеми основными параметрами РЛС.

где E изл - энергия, излучаемая в одном импульсе ;

S а - эффективная площадь антенны ;

S эфо - эффективная отражающая площадь цели ;

 - длина волны ;

к р - коэффициент различимости (отношение энергий сигнал/шум на входе приемника, при котором обеспечивается прием сигналов с заданными вероятностью правильного обнаружения W по и вероятностью ложной тревоги W лт );

Е ш - энергия шумов, действующих при приёме .

Где Р и - и мпульсная мощность ;

 и , - длительность импульсов .

Где d аг - горизонтальный размер зеркала антенны ;

d ав - вертикальный размер зеркала антенны .

k р = k р.т. ,

где k р.т. - теоретический коэффициент различимости.

k р.т. =,

где q 0 - параметр обнаружения;

N - количество импульсов, принимаемых от цели.

где W лт - вероятность ложной тревоги;

W по - вероятность правильного обнаружения .

где t обл ,

F и - частота посылок импульсов ;

Q a0,5 - ширина диаграммы направленности антенны на уровне 0,5 по мощности

где - угловая скорость вращения антенны.

где Т обз - период обзора.

где k =1,38  10 -23 Дж/град - постоянная Больцмана;

k ш - коэффициент шума приемника;

T - температура приемника в градусах Кельвина (T =300К).

Максимальная дальность действия РЛС с учетом поглощения энергии радиоволн.

где  осл - коэффициент ослабления ;

 D - ширина ослабляющего слоя .

Минимальная дальность действия РЛС

Если антенная система не вносит ограничений, то минимальная дальность действия РЛС определяется длительностью импульса и временем восстановления антенного переключателя.

где с - скорость распространения электромагнитной волны в вакууме, c = 3∙10 8 ;

 и , - длительность импульсов ;

τ в - время восстановления антенного переключателя.

Разрешающая способность РЛС по дальности

Реальную разрешающую способность по дальности при использовании в качестве выходного устройства индикатора кругового обзора определим по формуле

 (D )=  (D ) пот +  (D ) инд ,

г де  (D ) пот - потенциальная разрешающая способность по дальности;

 (D ) инд - разрешающая способность индикатора по дальности.

Для сигнала в виде некогерентной пачки прямоугольных импульсов:

где с - скорость распространения электромагнитной волны в вакууме; c = 3∙10 8 ;

 и , - длительность импульсов ;

 (D ) инд - разрешающая способность индикатора по дальности вычисляется по формуле

г де D шк - предельное значение шкалы дальности;

k э = 0,4 - коэффициент использования экрана,

Q ф - качество фокусировки трубки.

Разрешающая способность РЛС по азимуту

Реальную разрешающую способность по азимуту определяется по формуле:

 ( аз ) =  ( аз ) пот +  ( аз ) инд ,

где  ( аз ) пот - потенциальная разрешающая способность по азимуту при аппроксимации диаграммы направленности гауссовой кривой;

 ( аз ) инд - разрешающая способность индикатора по азимуту

 ( аз ) пот =1,3  Q a 0,5 ,

 ( аз ) инд = d n M f ,

где d n - диаметр пятна электронно-лучевой трубки;

M f – масштаб шкалы.

где r - удаление отметки от центра экрана.

Точность определения координат по дальност и

Точность определения дальности зависит от точности измерения запаздывания отраженного сигнала, ошибок из-за неоптимальности обработки сигнала, от наличия неучтенных запаздываний сигнала в трактах передачи, приема и индикации, от случайных ошибок измерения дальности в индикаторных устройствах.

Точность характеризуется ошибкой измерения. Результирующая среднеквадратическая ошибка измерения дальности определяется по формуле:

где  (D ) пот - потенциальная ошибка измерения дальности.

 (D ) распр – ошибка из за непрямолинейности распространения;

 (D ) апп - аппаратурная ошибка.

где q 0 - удвоенное отношение сигнал/шум.

Точность определения координат по азимуту

Систематические ошибки при измерении азимута могут возникнуть при неточном ориентировании антенной системы РЛС и вследствие несоответствия между положением антенны и масштабной электрической шкалой азимута.

Случайные ошибки измерения азимута цели обуславливаются нестабильностью работы системы вращения антенны, нестабильностью схем формирования отметок азимута, а также ошибками считывания.

Результирующая среднеквадратическая ошибка измерения азимута определяется:

Исходные данные (вариант 5)

1. Длина волны  , [см] …................................................................. ....... .... 6
2. Импульсная мощность Р и , [кВт] ..................................................... ....... 600
3. Длительность импульсов  и , [мкс] .................................................. ....... 2,2
4. Частота посылок импульсов F и , [Гц] .................................................... 700
5. Горизонтальный размер зеркала антенны d аг [м] ................................ 7
6. Вертикальный размер зеркала антенны d ав , [м] ................................... 2,5
7. Период обзора Т обз , [с] ..................................................................... ....... 25
8. Коэффициент шума приёмника k ш ................................................. ....... 5
9. Вероятность правильного обнаружения W по ............................. .......... 0,8
10. Вероятность ложной тревоги W лт.. ................................................ ....... 10 -5
11. Диаметр экрана индикатора кругового обзора d э , [мм] .................... 400
12. Эффективная отражающая площадь цели S эфо , [м 2 ] …...................... 30
13. Качество фокусировки Q ф ............................................................... ...... 400
14. Предельное значение шкалы дальности D шк1 , [км] ........................... 50 D шк2 , [км] .......................... 400
15. Измерительные метки дальности  D , [км] ......................................... 15
16. Измерительные метки азимута  , [град] ..................................... ...... 4

2. Расчет тактических показателей РЛС кругового обзора

2.1 Расчет максимальной дальности действия с учётом поглощения

Сначала рассчитывается максимальная дальность действия РЛС без учёта ослабления энергии радиоволн при распространении. Расчет проводится по формуле:

(1)

Подсчитаем и установим величины, входящие в это выражение:

Е изл = Р и  и =600  10 3  2,2  10 -6 =1,32 [Дж]

S а = d аг d ав =  7  2,5=8,75 [м 2 ]

k р = k р.т.

k р.т. =

101,2

0,51 [град]

14,4 [град/с]

Подставляя полученные значения, будем иметь:

t обл = 0,036 [с], N = 25 импульсов и k р.т. = 2 ,02.

Пусть = 10, тогда k P =20.

Е ш - энергия шумов, действующих при приёме:

E ш =kk ш T =1,38  10 -23  5  300=2,07  10 -20 [Дж]

Подставляя все полученные значения в (1), находим 634,38 [км]

Теперь определим максимальную дальность действия РЛС с учетом поглощения энергии радиоволн:

(2)

Значение  осл находим по графикам. Для  =6 см  осл принимаем равным 0,01 дБ/км. Предположим, что ослабление происходит на всей дальности действия. При таком условии формула (2) принимает вид трансцендентного уравнения

(3)

Уравнение (3) решим графоаналитическим способом. Для  осл = 0,01 дБ/км и D макс = 634,38 км рассчитываем D макс.осл = 305,9 км.

Вывод: Из полученных расчетов видно, что максимальная дальность действия РЛС с учетом ослабления энергии радиоволн при распространении равна D макс.ос л = 305,9 [км].

2.2 Расчет реальной разрешающей способности по дальности и азимуту

Реальную разрешающую способность по дальности при использовании в качестве выходного устройства индикатора кругового обзора определим по формуле:

 (D) =  (D) пот +  (D) инд

Для сигнала в виде некогерентной пачки прямоугольных импульсов

0,33 [км]

для D шк1 =50 [км],  (D) инд1 =0,31 [км]

для D шк2 =400 [км],  (D) инд2 =2,50 [км]

Реальная разрешающая способность по дальности:

для D шк1 =50 км  (D ) 1 =  (D) пот +  (D) инд1 =0,33+0,31=0,64 [км]

для D шк2 =400 км  (D ) 2 =  (D) пот +  (D) инд2 =0,33+2,50=2,83 [км]

Реальную разрешающую способность по азимуту рассчитаем по формуле:

 ( аз ) =  ( аз ) пот +  ( аз ) инд

 ( аз ) пот =1,3  Q a 0,5 =0,663 [град]

 ( аз ) инд = d n M f

Принимая r = k э d э / 2 (отметка на краю экрана), получим

0,717 [град]

 ( аз )=0,663+0,717=1,38 [град]

Вывод: Реальная разрешающая способность по дальности равна:

для D шк1 = 0,64 [км], для D шк2 = 2,83 [км].

Реальная разрешающая способность по азимуту:

 ( аз )=1,38 [град].

2.3 Расчет реальной точности измерения дальности и азимута

Точность характеризуется ошибкой измерения. Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения дальности рассчитаем по формуле:

40,86

 (D ) пот =[км]

Ошибкой из-за непрямолинейности распространения  (D ) распр пренебрегаем. Аппаратурные ошибки  (D ) апп сводятся к ошибкам отсчета по шкале индикатора  (D ) инд . Принимаем метод отсчета по электронным меткам (масштабным кольцам) на экране индикатора кругового обзора.

 (D ) инд = 0,1  D =1,5 [км] , где  D - цена деления шкалы.

 (D ) = = 5 [км]

Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения азимута определим аналогично:

0,065

 ( аз ) инд =0,1   = 0,4

Вывод: Расчитав результирующую среднеквадратическую ошибку измерения дальности, получаем  (D )  ( аз ) =0,4 [град].

Заключение

В данной курсовой работе произведен расчет параметров импульсной активной РЛС (максимальная дальность с учетом поглощения, реальная разрешающая способность по дальности и азимуту, точность измерения дальности и азимута) обнаружения воздушных целей для управления воздушным движением.

В ходе расчетов были получены следующие данные:

1. Максимальная дальность действия РЛС с учетом ослабления энергии радиоволн при распространении равна D макс.осл = 305,9 [км];

2. Реальная разрешающая способность по дальности равна:

для D шк1 = 0,64 [км];

для D шк2 = 2,83 [км].

Реальная разрешающая способность по азимуту:  ( аз )=1,38 [град].

3. Результирующая среднеквадратическая ошибка измерения дальности получаем  (D ) =1,5 [км]. Среднеквадратическая ошибка измерения азимута  ( аз ) =0,4 [град].

К достоинствам импульсных РЛС следует отнести простоту измерения расстояний до целей и их разрешения по дальности, особенно при наличии многих целей в зоне обзора, а также практически полную временную развязку между принимаемыми и излучаемыми колебаниями. Последнее обстоятельство позволяет применять одну и ту же антенну, как для передачи, так и для приема.

Недостатком импульсных РЛС является необходимость использования большой пиковой мощности излучаемых колебаний, а так же невозможность измерения малых дальностей – большая мертвая зона.

РЛС применяются для решения широкого круга задач: от обеспечения мягкой посадки космических аппаратов на поверхность планет до измерения скорости движения человека, от управления средствами поражения в системах противоракетной и противосамолетной обороны до индивидуальной защиты.

Список литературы

1. Васин В.В. Дальность действия радиотехнических измерительных систем. Методическая разработка. - М.:МИЭМ 1977г.
2. Васин В.В. Разрешающая способность и точность измерений в радиотехнических измерительных системах. Методическая разработка. - М.: МИЭМ 1977г.
3. Васин В.В. Методы измерения координат и радиальной скорости объектов в радиотехнических измерительных системах. Конспект лекций. - М.: МИЭМ 1975г.

4. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для ВУЗов. – М.: «Радио-

Техника» 2004г.

5. Радиотехнические системы : Учебник для вузов / Ю. М. Казаринов [и др.]; Под ред. Ю. М. Казаринова. — М.: Академия, 2008. — 590 с.:

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
1029.		Рзработка программного обеспечения лабораторного комплекса компьютерной обучающей системы(КОС) «Экспертные системы»	4.25 MB
	Область ИИ имеет более чем сорокалетнюю историю развития. С самого начала в ней рассматривался ряд весьма сложных задач, которые, наряду с другими, и до сих пор являются предметом исследований: автоматические доказательства теорем...
3242.		Разработка системы цифровой коррекции динамических характеристик первичного преобразователя измерительной системы	306.75 KB
	Обработка сигналов во временной области широко используется в современной электронной осциллографии и в цифровых осциллографах. А для представления сигналов в частной области используются цифровые анализаторы спектра. Для изучения математических аспектов обработки сигналов используются пакеты расширения
13757.		Создание сетевой системы тестирования электронного сопровождения курса Операционные системы (на примере инструментальной оболочки Joomla)	1.83 MB
	Программа для составления тестов позволит работать с вопросами в электронном виде использовать все виды цифровой информации для отображения содержания вопроса. Целью курсовой работы является создание современной модели webсервиса тестирования знаний с помощью средств webразработки и программная реализация для эффективной работы тестовой системы – защита от копирования информации и списывания при контроле знаний т. Последние два означают создание равных для всех условий прохождения контроля знаний невозможность списывания и...
523.		Функциональные системы организма. Работа нервной системы	4.53 KB
	Функциональные системы организма. Работа нервной системы Помимо анализаторов то есть сенсорных систем в организме функционируют другие системы. Эти системы могут быть отчетливо оформлены морфологически то есть иметь четкую структуру. К таким системам относятся например системы кровообращения дыхания или пищеварения.
6243.			44.47 KB
	Системы класса CSRP Customer Synchronized Resource Plnning. Системы CRM Customer Reltionships Mngement управление отношениями с клиентами. Системы класса ЕАМ. Несмотря на то что передовые предприятия для укрепления на рынке внедряют мощнейшие системы класса ERP этого уже оказывается недостаточно для повышения доходов предприятия.
3754.		Системы счисления	21.73 KB
	Число - основное понятие математики, которое обычно означает либо количество, размер, вес и тому подобное, либо порядковый номер, расположение в последовательности, код, шифр и тому подобное.
4228.		Социальные системы	11.38 KB
	Парсонс визначає як складову більш загальної системи дії. Іншими складовими загальної системи дії є система культури система особистості та система поведінкового організму. Розмежування між чотирма виокремленими підсистемами дії можна провести за характерними для них функціями. Щоб система дії могла існувати вона має бути здатна до адаптації досягнення мети інтеграції і збереження взірця тобто має задовольняти чотирьом функціональним вимогам.
9218.		КУРСОВЫЕ СИСТЕМЫ ЛА	592.07 KB
	Комплексный метод определения курса. Для определения курса самолётов была создана самая многочисленная группа курсовых приборов и систем основанных на различных физических принципах работы. Поэтому при измерении курса возникают погрешности обусловленные вращением Земли и перемещением летательного аппарата относительно Земли. Для уменьшения погрешностей в показаниях курса производится коррекция кажущегося ухода гирополукомпаса и коррекция горизонтального положения оси ротора гироскопа.
5055.		Политические системы	38.09 KB
	Функции модернизации политической систем. Рассматривая политику как сферу взаимодействия человека и государства можно выделить два варианта построения этих связей постоянно но отнюдь не равномерно распространяющихся в истории политической жизни.
8063.		Мультибазовые системы	7.39 KB
	Мультибазовые системы позволяют конечным пользователям разных узлов получать доступ и совместно использовать данные без необходимости физической интеграции существующих баз данных. Они обеспечивают пользователям возможность управлять базами данных их собственных узлов без централизованного контроля который характерен для обычных типов распределенных СУБД. Администратор локальной базы данных может разрешить доступ к определенной части своей базы данных посредством создания схемы экспорта.

Принцип работы импульсной РЛС можно уяснить, рассмотрев «Упрощенную структурную схему импульсной РЛС (рис. 3.1, слайд 20, 25 ) и графики, поясняющие работу импульсного радиолокатора (рис. 3.2, слайд 21, 26 ).

Работу импульсной РЛС лучше всего начать рассматривать с блока синхронизации (блока запуска) станции. Этот блок задает «ритм» работы станции: он задает частоту повторения зондирующих сигналов, синхронизирует работу индикаторного устройства с работой передатчика станции. Синхронизатор вырабатывает кратковременные остроконечные импульсы И зап с определенной частотой повторения Т п . Конструктивно синхронизатор может быть выполнен в виде отдельного блока или представлять единое целое с модулятором станции.

Модулятор управляет работой генератора СВЧ, включает и выключает его. Модулятор запускается импульсами синхронизатора и формирует мощные прямоугольные импульсы необходимой амплитуды U м и длительности τ и . Генератор СВЧ включается в работу только при наличии импульсов модулятора. Частота включения генератора СВЧ, а, следовательно, и частота повторения зондирующих импульсов определяется частотой импульсов синхронизатора Т п . Продолжительность работы генератора СВЧ при каждом его включении (то есть длительность зондирующего импульса) зависит от длительности формирующего в модуляторе импульса τ и . Длительность импульса модулятора τ и обычно составляет единицы микросекунд, а паузы между ними – сотни и тысячи микросекунды.

Под действием напряжения модулятора генератор СВЧ формирует мощные радиоимпульсы U ген , длительность и форма которых определяется длительностью и формой импульсов модулятора. Колебания высокой частоты, то есть зондирующие импульсы от генератора СВЧ, поступают через антенный переключатель в антенну. Частота колебаний радиоимпульсов определяется параметрами генератора СВЧ.

Антенный переключатель (АП) обеспечивает возможность работы передатчика и приемника на одну общую антенну. На время генерации зондирующего импульса (мкс) он подключает антенну к выходу передатчика и блокирует вход приемника, а на нее остальное время (время паузы – сотни, тысячи мкс) подключает антенну к входу приемника и отключает ее от передатчика. В импульсный РЛС в качестве антенных переключателей применяются автоматические быстродействующие переключатели.

Антенна преобразует колебания СВЧ в электромагнитную энергию (радиоволны) и фокусирует ее в узкий пучок. Отраженные от цели сигналы принимаются антенной, проходят через антенный переключатель и поступают на вход приемника U с , где они селектируются, усиливаются, детектируются и через аппаратуру защиты от помех подаются на индикаторные устройства.

Аппаратура защиты от помех включается только при наличии в зоне действия РЛС пассивных и активных помех. Подробно эта аппаратура будет изучаться в теме 7.

Индикаторное устройство является оконечным устройством РЛС и служит для отображения и съема радиолокационной информации. Электрическая схема и конструкция индикаторных устройств определяется практическим назначением станции и могут быть весьма различными. Например , для РЛС обнаружения с помощью индикаторных устройств должна воспроизводиться воздушная обстановка и определяться координаты целей Д и β. Эти индикаторы называются индикаторами кругового обзора (ИКО). В РЛС измерения высоты полета цели (высотомерах) используются индикаторы высоты. Индикаторы дальности измеряют только дальность до цели и используются для контроля.

Для точного определения дальности необходимо измерять интервал времени t з (десятки и сотни мкс) с высокой точностью, то есть требуются приборы с весьма малой инерционностью. Поэтому в индикаторах дальности в качестве измерительных приборов используются электронно-лучевые трубки (ЭЛТ).

Примечание. Принцип измерения дальности был изучен в занятии 1, поэтому при изучении этого вопроса основное внимание уделить формированию развертки на ИКО.

Сущность измерения дальности (время запаздывания t з ) с помощью ЭЛТ можно пояснить на примере использования линейной развертки в трубке с электростатическим управлением электронным лучом.

При линейной развертке в ЭЛТ электронный луч под действием напряжения развертки U р периодически перемещается с постоянной скоростью по прямой слева направо (рис. 1.7,слайд 9, 12 ). Напряжение развертки вырабатывается специальным генератором развертки, который запускается тем же импульсом синхронизатора, что и модулятор передатчика. Поэтому движение луча по экрану начинается каждый раз в момент посылки зондирующего импульса.

При использовании амплитудной отметки цели отраженный сигнал, поступающий с выхода приемника, вызывает отклонение луча в перпендикулярном направлении. Таким образом, отраженный сигнал можно видеть на экране трубки. Чем дальше находится цель, тем больше времени проходит до момента появления отраженного импульса и дальше вправо успевает переместиться луч вдоль линии развертки. Очевидно, каждой точке линии развертки соответствует определенный момент прихода отраженного сигнала и, следовательно, определенное значение дальности.

В РЛС, работающих в режиме кругового обзора, используются индикаторы кругового обзора (ИКО) и ЭЛТ с электромагнитным отклонением луча и яркостной отметкой. Антенна РЛС с узконаправленным лучом (ДН) перемещается механизмом вращения антенны в горизонтальной плоскости и «просматривает» окружающее пространство (рис. 3.3, слайд,

На ИКО линия развертки дальности вращается по азимуту синхронно с антенной, а начало движения электронного луча от центра трубки в радиальном направлении совпадает с моментом излучения зондирующего импульса. Синхронное вращение развертки на ИКО с антенной РЛС осуществляется при помощи силового синхронного привода (ССП). Ответные сигналы высвечиваются на экране индикатора в виде яркостной отметки.

ИКО позволяет одновременно определять дальность Д и азимут β цели. Для удобства отсчета на экране ИКО электронным способом наносятся масштабные отметки дальности, имеющие вид окружностей и масштабные отметки азимута в виде ярких радиальных линий (рис. 3.3, слайд, 8, 27 ).

Примечание. Используя телевизионную установку и карточку ТВ предложить студентам определить координаты целей. Указать масштаб индикатора: отметки дальности следуют через 10 км, отметки азимута – через 10 градусов.

В Ы В О Д

(слайд 28)

Определение дальности до объекта при импульсном методе сводится к измерению времени запаздывания t з отраженного сигнала относительно зондирующего импульса. Момент излучения зондирующего импульса берется за начало отсчета времени распространения радиоволн.

Достоинства импульсных РЛС:

удобство визуального наблюдения одновременно всех целей, облучаемых антенной в виде отметок на экране индикаторов;

поочередная работа передатчика и приемника позволяет использовать одну общую антенну для передачи и приема.

Второй учебный вопрос.

Основные показатели импульсного метода

Основными показателями импульсного метода являются (слайд 29) :

Однозначно определяемая максимальная дальность, Д ;

разрешающая способность по дальности, δД ;

минимальная определяемая дальность, Д min .

Рассмотрим эти показатели.

Однозначно определяемая максимальная дальность

Максимальная дальность действия РЛС определяется основной формулой радиолокации и зависит от параметров РЛС.

Однозначность определения дальности до объекта зависит от периода следования зондирующих импульсов Т п . Далее этот вопрос изложить следующим образом.

Максимальная дальность действия РЛС равна 300 км. Определить время задержки до цели, находящейся на этой дальности

Период повторения зондирующих импульсов выбран равным 1000 мкс. Определить дальность до цели, время задержки до которой равно Т п

В воздушном пространстве находятся две цели: цель № 1 на дальности 100 км и цель № 2 на дальности 200 км. Как будут выглядеть отметки от этих целей на индикаторе РЛС (рис. 3.4, слайд 22, 30 ).

При зондировании пространства импульсами с периодом повторения 1000 мкс отметка от цели № 1 будет высвечиваться на дальности 50 км, так как после дальности 150 км начнется новый период развертки и дальняя цель даст отметку в начале шкалы (на дистанции 50 км). Отсчитанная дальность не соответствует реальной.

Как исключить неоднозначность в определении дальности?

После обобщения ответов студентов сделать вывод:

Для однозначного определения дальности необходимо период повторения зондирующих импульсов выбирать в соответствии с заданной максимальной дальностью действия РЛС, то есть

Для заданной дальности 300 км период повторения зондирующих импульсов должен быть больше 2000 мкс или частота повторения должна быть меньше 500 Гц.

Кроме того, максимально определяемая дальность зависит от ширины ДНА, скорости вращения антенны и необходимого числа импульсов, отраженных от цели за один оборот антенны.

Разрешающей способностью по дальности (δД) называется то минимальное расстояние между двумя целями, находящимися на одном азимуте и угле места, при котором отраженные от них сигналы наблюдаются на экране индикатора еще раздельно (рис. 3.5, слайд 23, 31, 32 ).

При заданной длительности зондирующего импульса τ и и расстоянии между целями ∆Д 1 цели № 1 и № 2 облучаются раздельно. При той же длительности импульса, но при расстоянии между целями ∆Д 2 цели № 3 и № 4 облучаются одновременно. Следовательно, в первом случае на экране ИКО будут видны раздельно, а во втором – слитно. Отсюда вытекает, что для раздельного приема импульсных сигналов необходимо, чтобы интервал времени между моментами их приема был больше длительности импульса τ и (∆ t > τ и )

Минимальная разность (Д 2 – Д 1 ), при которой цели видны на экране раздельно, по определению есть разрешающая способность по дальности δД, следовательно

Помимо длительности импульса τ и на разрешающую способность станции по дальности оказывает влияние разрешающая способность индикатора, определяемая масштабом развертки и минимальным диаметром светящегося пятна на экране ЭЛТ (d п ≈ 1 мм). Чем крупнее масштаб развертки дальности и лучше фокусировка луча ЭЛТ, тем лучше разрешающая способность индикатора.

В общем случае разрешающая способность РЛС по дальности равна

где δД и – разрешающая способность индикатора.

Чем меньше δД , тем лучше разрешающая способность. Обычно разрешающая способность РЛС по дальности имеет величину δД = (0,5...5) км.

В отличие от разрешающей способности по дальности разрешающая способность по угловым координатам (по азимуту δβ и углу места δε ) не зависит от метода радиолокации и определяется шириной диаграммы направленности антенны в соответствующей плоскости, которую принято отсчитывать по уровню половинной мощности.

Разрешающая способность РЛС по азимуту δβ о равна:

δβ о = φ 0,5р о + δβ и о ,

где φ 0,5р о – ширина диаграммы направленности по половинной мощности в горизонтальной плоскости;

δβ и о - разрешающая способность по азимуту индикаторной аппаратуры.

Высокие разрешающие способности РЛС позволяют раздельно наблюдать и определять координаты близко расположенных целей.

Минимальная определяемая дальность – это наименьшее расстояние, на котором станция еще может обнаруживать цель. Иногда пространства вокруг станции, в котором цели не обнаруживаются, называют «мертвой» зоной (слайд 33 ).

Использование в импульсной РЛС одной антенны для передачи зондирующих импульсов и приема отраженных сигналов требует отключения приемника на время излучения зондирующего импульса τ u . Поэтому отраженные сигналы, приходящие к станции в момент, когда ее приемник не подключен к антенне, не будут приняты и зарегистрированы на индикаторах. Продолжительность времени, в течение которого приемник не может принимать отраженные сигналы, определяется длительностью зондирующего импульса τ u и временем, необходимым для переключения антенны с передачи на прием после воздействия на него зондирующего импульса передатчика t в .

Зная это время, значение минимальной дальности Д min импульсной РЛС можно определить по формуле

где τ u - длительность зондирующего импульса РЛС;

t в - время включения приемника после окончания зондирующего импульса передатчика (единицы – мкс).

Например . При τ u = 10мкс Д min = 1500 м

при τ u = 1 мкс Д min = 150 м.

Следует иметь ввиду, что к увеличению радиуса «мертвой» зоны Д min приводит наличие на экране индикатора отраженный от местных предметов и ограниченность пределов поворота антенны по углу места.

В Ы В О Д

Импульсный метод радиолокации эффективен при измерении дальностей объектов, находящихся на больших расстояниях.

Третий учебный вопрос

Метод непрерывного излучения

Наряду с использованием импульсного метода радиолокации можно осуществить с помощью установок с непрерывным излучением энергии. При непрерывном методе излучения представляется возможность посылать большую энергию в направлении на цель.

Наряду с преимуществом энергетического порядка метод непрерывного излучения по ряду показателей уступает импульсному методу. В зависимости от того, какой параметр отраженного сигнала служат основой для измерения дальности до цели, при непрерывном методе радиолокации различают:

фазовый (фазометрический) метод радиолокации;

частотный метод радиолокации.

Возможны также комбинированные методы радиолокации, в частности, импульсно-фазовый и импульсно-частотный.

При фазовом методе радиолокации о расстоянии до цели до цели судят по разности фаз излучаемых и принимаемых отраженных колебаний. Первые фазометрические методы измерения расстояния были предложены и разработаны академиками Л.И.Мандельштамом и Н.Д.Папалекси. Эти методы нашли применение в длинноволновых авиационных радионавигационных системах большого радиуса действия.

При частотном методе радиолокации о расстоянии до цели судят по частоте биений между прямым и отраженным сигналами.

Примечание. Изучение этих методов студенты проводят самостоятельно. Литература: Слуцкий В.З. Импульсная техника и основы радиолокации. С. 227-236.

В Ы В О Д

Определение дальности до объекта при импульсном методе сводится к изменению времени запаздывания t зап отраженного сигнала относительно зондирующего импульса.

Для однозначности определения дальности до объекта необходимо, чтобы t зап.мах ≤ Т п.

Разрешающая способность по дальности δД тем лучше, чем меньше длительность зондирующего импульса τ u .