49226

Разработка импульсного следящего радиодальномера

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Краткие теоретические сведения о методах измерения дальности. Структурная схема канала дальности с цифровым импульсным радиодальномером. В данной курсовой работе необходимо разработать импульсный следящий радиодальномер РД цифрового Ц или аналогового А прототипа входящий в канал дальности моноимпульсного радиолокатора РЛ тактического самолета. Этот РЛ кроме измерения дальности цели должен в процессе автоматического сопровождения цели определять ее угловые координаты и радиальную скорость.

Русский

2013-12-23

607.13 KB

42 чел.

ЗАДАНИЕ

Содержание

1. Введение.....................................................................................................................................3

2. Краткие теоретические сведения о методах измерения дальности......................................4

   2.1. Частотный метод.................................................................................................................4

   2.2. Фазовый метод....................................................................................................................5

   2.3. Импульсный метод.............................................................................................................7

3. Импульсный следящий радиодальномер..............................................................................10

    3.1. Структурная схема канала дальности

          с цифровым импульсным  радиодальномером..............................................................10

   3.2. Принцип действия............................................................................................................10

4. Расчетная часть........................................................................................................................12

   4.1. Расчет длины волны и параметров ФАР........................................................................12

   4.2. Расчет параметров сигналов............................................................................................13

   4.3. Выбор параметров устройств обработки сигналов.......................................................14

   4.4. Расчет погрешностей........................................................................................................15

   4.5. Расчет энергетических параметров.................................................................................23

5. Заключение...............................................................................................................................25

6. Список литературы..................................................................................................................25

1. Введение

Радиодальномеры предназначены для определения расстояний бесконтактным методом с помощью радиоволн,  они представляют собой, технически реализованное устройство в виде автономного прибора, либо в составе радиодальномерной системы.

Радиодальномеры применяются в воздушной и космической навигации, геодезии, военном деле, для локального позиционирования транспортного средства и в других целях. Частным случаем радиодальномера можно считать радиовысотомер, однако, на практике, в технической классификации эти понятия разделяют.

В основу принципа действия положено определение времени прохождения радиоволны от радиодальномера до какого-либо объекта и обратно, расстояние до которого будет прямо пропорционально этому времени. Отражающий объект может быть пассивным или активным, с переизлучением принятого сигнала.

Пассивное отражение используют только те дальномеры, которые предназначены для измерения расстояний до произвольно выбранных целей, например, в военном деле, большинство дальномеров используют специальные переизлучающие устройства, заранее расположенные в какой-либо точке, или дальномерные радиомаяки.

По способу измерения радиодальномеры бывают трех  видов — импульсные, фазовые и частотные.

В данной курсовой работе необходимо разработать импульсный следящий радиодальномер (РД) цифрового (Ц) или аналогового (А) прототипа, входящий в канал дальности моноимпульсного радиолокатора (РЛ) тактического самолета.

Этот РЛ, кроме измерения дальности цели, должен в процессе автоматического сопровождения цели определять ее угловые координаты и радиальную скорость.

При проектировании такого РЛ необходимо учитывать следующее:

1. Радиолокатор должен использоваться при любой высоте полета цели, в том числе и для атаки цели, совершающей маловысотный полет, когда цель наблюдается на фоне интенсивных пассивных помех, создаваемых отражением сигнала от подстилающей поверхности.

2. Для упрощения задачи считается, что канал дальности работает при атаке цели, находящейся на той же высоте, что и носитель РЛ. Сближение с целью производится по линии визирования цели на встречных курсах в пределах дальностей от Rmax до Rп, где Rmax - максимальная измеряемая дальность, определяемая требуемым для достижения заданной точности отношением мощностей сигнала и шума q, a Rп - дальность пуска ракетного оружия.

2. Краткие теоретические сведения о методах измерения дальности

2.1. Частотный метод

Частотный метод измерения дальности основан на использовании частотной модуляции излучаемых непрерывных сигналов.

В данном методе за период излучается частота, меняющаяся по линейному закону от до . Т.е. за один период зависимость частоты излучаемого сигнала от времени:

                                                                                                                (2.1)

В то время как отраженный сигнал придет промодулированным линейно в момент времени предшествующий настоящему на время задержки . Т.о. частота отраженного сигнала, принятого на РЛС, будет зависеть от времени следующим образом:

                                                                                                          (2.2)

Вычитая из (2.1) (2.2), получим выражение для разностной частоты :

                                                                                                                          (2.3)

Выражая отсюда , и подставляя в формулу , найдем зависимость дальности от разностной частоты:

о

                                                                                                                        (2.4)

t

о+

t

Рис. 2.1

Из графиков видно как определить время запаздывания – по резкой перемене в частоте разностного сигнала. Очевидно также, что в формулу (2.4) надо подставлять значение разностной частоты, полученное на промежутке времени (tR  ; TП ).

Достоинства частотного метода измерения дальности:

  1. позволяет измерять очень малые дальности;
  2. используется маломощный передатчик;

Недостатки:

  1. необходимо использование двух антенн;
  2. ухудшение чувствительности приемника вследствие просачивания в приемный тракт через антенну излучения передатчика, подверженного случайным изменениям;
  3. высокие требования к линейности изменения частоты.

2.2. Фазовый метод

Фазовый метод измерения дальности основан на измерении разности фаз излученных и принятых радиосигналов.

Генератор ВЧ создает колебания, которые через передающую антенну излучаются во внешнее пространство с соответствующей фазой:

                                                                                                                           (2.5)

где - начальное значение фазы.

На приемную антенну поступает отраженный сигнал со значением фазы:

                                                                                             (2.6)

где - фазовый сдвиг при отражении, - фазовый сдвиг в цепях РЛС, - эта величина постоянна, и ее можно посчитать экспериментально.

Принятый сигнал усиливается и его фаза вместе с фазой первоначального сигнала, детектируемой на фазовом детекторе, поступает на измеритель выходного напряжения.

Т.е. на измеритель выходного напряжения придет сигнал с разностной фазой, полученной при вычитании из (2.5) (2.6):

                                                                                                           (2.7)

Учтем, что . Тогда согласно выражению и (2.7) запишется в виде:

                                                                                                           (2.8)

Большой недостаток в том, что здесь неизвестен фазовый сдвиг отраженного сигнала, который может меняться как угодно, причем существенным способом.

Поскольку , то из (2.8) следует однозначный диапазон измерения дальности:

                                                                                                                         (2.9)

Т.к. используются ультракороткие волны, то однозначный диапазон измерения дальности порядка единиц метра.

Поэтому на практике используют более сложные схемы, в которых присутствует две и больше частот.

Приведем пример двухчастотного фазового дальномера.

Здесь частота  определяет фазовые сдвиги, а играет роль переносчика информации.

На модуляторе формируется напряжение:

                                                                                                         (2.10)

которое подается на генератор ВЧ, т.о. что напряжение на выходе генератора:

                                                                        (2.11)

где - коэффициент модуляции.

Принятые сигналы после усиления детектируются, выделяется их огибающая, фаза которой сравнивается с фазой колебаний модулятора.

                                                                                                      (2.12)

                                                                                                                            (2.13)

откуда получаем зависимость дальности от разности фаз:

                                                                                                                               (2.14)

Теперь при  = 1000 с-1, км.

Достоинства фазового метода измерения дальности:

  1. маломощное излучение, т.к. генерируются незатухающие колебания;
  2. точность не зависит от доплеровского сдвига частоты отражения;
  3. достаточно простое устройство

Недостатки:

  1. отсутствие разрешения по дальности
  2. ухудшение чувствительности приемника вследствие просачивания в приемный тракт через антенну излучения передатчика, подверженного случайным изменениям.

2.3. Импульсный метод

Импульсный метод измерения дальности основывается на определении времени запаздывания характерного изменения амплитуды принимаемого радиолокационного сигнала. Антенна РЛС посылает мощный радиоимпульс, который отражается от цели и ей же и принимается.

Т.к. скорость распространения СВЧ сигнала, в виде которого распространяется радиоимпульс, много больше скорости цели, то в хорошем приближении цель можно считать неподвижной. Тогда время, за которое радиосигнал достигнет цели – равняется времени, за которое отраженный сигнал достигнет антенны РЛС – . Т.е.

R

отраженный

прямой

 

Рис. 2.2

Т.о. сигнал испускаемый антенной РЛС вернется на нее в отраженном виде через время . СВЧ сигналы распространяются с постоянной скоростью, поэтому . Мы учли, что скорость распространения СВЧ сигнала в воздухе примерно равна его скорости распространения в вакууме - . Учтем предыдущее выражение, и запишем равенство, определяющее дальность в зависимости от времени запаздывания :

                                                                                                                                 (2.15)

Для того, чтобы постоянно определять дальность, РЛС должна испускать периодическую последовательность импульсов, – работать в импульсном режиме. Проанализированных данных достаточно, чтобы построить общую структурную схему.

Система

синхронизации

Передатчик

Антенный

переключатель

Приемник

Оконечное устройство

                                                             Рис. 2.3

Система синхронизации определяет импульсную работу РЛС. Она формирует видеоимпульсы через постоянные промежутки времени ТП. ТП называют периодом повторения импульса. Т.о. система синхронизации определяет период работы – один цикл определения дальности.

Передатчик включается получив очередной импульс от системы синхронизации и на промежутке времени формирует сигнал требуемой мощности, амплитуды и частоты. называют длительностью импульса. На протяжении времени длительности импульса антенный переключатель направляет излучаемый сигнал на антенну. Затем переключается на приемник.

Т.о. образом до конца периода система “ждет” отраженного сигнала. Заметим, что на переключение антенна затрачивает определенное время .Приемник выделяет огибающую принятого сигнала и передает на оконечное устройство.

Оконечное устройство обычно выполняется в виде ЭЛТ, на экране которой расстояние между двумя соседними разновысокими пиками соответствует расстоянию до цели. В случае выполнения оконечного устройства на ЭЛТ, система синхронизации управляет работой генератора пилообразного напряжения, который выходит на горизонтально отклоняющую пластину. В то время как сигнал с приемника подается на вертикально отклоняющую.

Схематические графики зависимостей на разных структурных элементах будут выглядеть следующим образом:

t

U

t

U

Система синхронизации

Передатчик

U

t

Приемник

Рис. 2.4

Из равенства следует, что tR R. Т.о. выведя последний график на систему индикации (оконечное устройство), и соответствующим об разом проградуировав шкалу, будем иметь непосредственно значение дальности до цели.

Достоинства импульсного метода измерения дальности:

  1. возможность построения РЛС с одной антенной;
  2. простота индикаторного устройства;
  3. удобство измерения дальности нескольких целей;
  4. простота излучаемых импульсов, длящихся очень малое время , и принимаемых сигналов;

Недостатки:

  1. Необходимость использования больших импульсных мощностей передатчика;
  2. невозможность измерения малых дальностей
  3. большая мертвая зона

Характеристика недостатков содержится в основных показателях импульсного метода измерения дальности:

Минимальная дальность действия (мертвая зона) импульсной РЛС:

                                                                                                                (2.16)

где - время, затрачиваемое на переключение антенны.

Действительно, пока антенна излучает, система не может принимать сигнал.

Предел однозначного отсчета дальности:

                                                                                                                            (2.17)

Действительно, система “ждет” отраженного сигнала только до наступления момента излучения нового сигнала.

Потенциальная разрешающая способность по дальности:

                                                                                                                          (2.18)

Действительно, чтобы был скачок напряжения, соответствующий сигналу, отраженному от цели, сначала должен быть спад напряжения. Т.е. две цели можно различить лишь в случае, когда расстояние между ними .

Параметры излучения подбираются по полученным формулам таким способом, чтобы вышеописанные показатели были приемлемыми.

3. Импульсный следящий радиодальномер

3.1. Структурная схема канала дальности с цифровым импульсным радиодальномером

Структурная схема рассматриваемого канала подобна структурной схеме канала дальности с аналоговым импульсным радиодальномером, только аналоговый измеритель дальности ИД заменяется на цифровой. На рис. 3.1. приведен наиболее простой вариант цифрового ИД.

Э

ВД

От Прм

Nгр от СПЗ

Синх

СС

И

1

И

2

ГСтИ-1

ГСтИ-2

РСч

ГСИ-2

ГСчИ

ГСИ-1

ЭК

ССр

Сч

1

2

Рис. 3.1

3.2. Принцип действия

На схеме рис. 3.1 опущена схема поиска и захвата СПЗ, так как входящие в нее схемы поиска СП и захвата СЗ в принципе не отличаются от используемых в аналоговом варианте ИД, разница заключается только в том, что выдаваемый на экстраполятор с СПЗ сигнал, содержащий в момент окончания поиска грубую оценку дальности, должен быть преобразован в соответствующий код Nгр.

Функцию экстраполятора в цифровом ИД выполняет реверсивный счетчик РСч. Ввод в РСч кода ΝΓρ определяет момент начала слежения за целью.

Временной дискриминатор ВД следящего цифрового ИД состоит из двух схем И, на которые поступают отраженные от цели импульсы с выхода приемника Прм и селекторные импульсы с соответствующих генераторов ГСИ-Ι и ΓСИ-2.

Импульсы совпадения, длительность которых равна времени "перекрытия" отраженного сигнала первым и вторым селекторными импульсами (см.рис. 3.2), подаются на генераторы стандартных импульсов ГСтИ, выполняющие функцию аналого-цифрового преобразователя. Число выдаваемых каждым из ГСтИ импульсов пропорционально длительности импульса на его входе.

  поиск                            поиск                              захват                       слежение

t

t

t

t

t

t

1

2

3

4

5

6

tм

tR

ТП

Рис. 3.2

Импульс совпадения второго селекторного импульса с отраженным сигналом используется для обнаружения цели схемой СПЗ (эта цепь на рис.3.1 не показана). Выход ГСтИ-Ι подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика РСч, а выход ГСтИ-2 - к суммирующему входу РСч.

Синтезатор Синт, как и в аналоговом варианте ИД, служит для управления задержкой tM селекторных импульсов, вырабатываемых генераторами ГСИ-1 и ГСИ-2. Для определения момента запуска ГСИ-1 (ГСИ-2 запускается задним фронтом импульса с ГСИ-1) используется схема сравнения ССр и счетчик Сч.

В момент излучения зондирующего сигнала импульс синхросигнала СC открывает электронный ключ ЭК. Счетные импульсы с генератора ГСчИ начинают поступать на счетчик Сч. Когда непрерывно возрастающее число Nc в Сч станет равным содержащемуся в РСч числу Nр.с, схема сравнения вырабатывает импульс, который запускает ГСИ-I, закрывает ЭК и обнуляет Сч.

С другой стороны, Νρ с, равное в момент начала слежения ΝΓρ, в каждом такте работы РЛ (в каждом периоде повторения зондирующих импульсов Тп) увеличивается из-за превышения числа N+ импульсов на суммирующем входе реверсивного счетчика РСч над числом N- импульсов на его вычитающем входе. Поэтому от такта к такту Nр.с  возрастает, что приводит к сдвигу момента запуска ГСИ-Ι, а следовательно к росту tм. В режиме установившегося слежения N+ = N-, Nр.с = const и tМ = tR. Поэтому Nр.с является метой измеряемой дальности R.

Из сказанного следует, что изменение tM происходит дискретно, что приводит к погрешности дискретизации

                                       ,                                                                 (3.1)

зависящей от периода следования счетных импульсов  Тс.и. Для снижения ΔRдск можно увеличить частоту следования счетных импульсов или применить схему уточнения.

Заметим, что в рассматриваемом ИД целесообразно использовать вместо ГСтИ электронные ключи и подавать на них те же счетные импульсы, что и на счетчик Сч.

Следует иметь в виду, что для расчета параметров как аналогового, так и цифрового вариантов импульсного следящего радиодальномера можно использовать общую методику, так как принцип их действия сдан и тот же.

4. Расчетная часть

4.1. Расчет длины волны и параметров ФАР

Примем, что в PJI используется ФАР с круглой апертурой. Если известен диаметр апертуры da и разрешающая способность РЛ по угловым координатам δθ, то с учетом того, что по условию δθ  = 1,5 φ, где φ - ширина ДНА, длина волны зондирующего сигнала может быть найдена из соотношения.

                                                     (4.1)

Антенны с круглой апертурой имеют одинаковую ширину ДА как в азимутальной, так и в угломестной плоскостях, равную в рассматриваемом случае.

                                                                                                   (4.2)

Коэффициент усиления такой антенны при φ, выраженной в градусах, будет:

                                                                       (4.3)

где принято, что КПД антенны ηа= 0,78.

Для последующих расчетов и формирования требований к РЛ необходимо знать скорость обзора пространства (в рассматриваемой ситуации - скорость обзора по азимуту), которая равна

                                                       ,                                     (4.4)

где αобз и Тобз- сектор и период обзора соответственно.

4.2. Расчет параметров сигналов

Предполагается, что в проектируемом радиодальномере используется импульсный сигнал, представляющий собой последовательность прямоугольных импульсов, имеющих длительность τи и период повторения Тп (см. Рис.4.1). Длительность импульса определяется заданной разрешающей способностью РЛ по дальности δR:

                                           .                       (4.5)

Период повторения импульсов определяется из условия однозначного отсчета дальности

                         ,                  (4.6)

где R max- максимальная измеряемая дальность. Для определенности рекомендуется               заменить (4.6) равенством, введя коэффициент запаса Кз = 1,1:

                   .       (4.7)

Откуда частота повторения импульсов

                                                        (4.8)

В заключение следует найти длительность пачки импульсов τп и число импульсов в пачке nп, влияющих на параметры схем поиска и захвата. Считая, что в РЛ реализован последовательный обзор заданного сектора пространства, получаем

                                                 ,                                         (4.9)

где Ωобз определяется из (4.4).

Тогда число импульсов в пачке принимаемых РЛ при обзоре сигналов будет

                                            ,                  (4.10)

где ] [обозначает ближайшее меньшее целое число.

В нашем случае число импульсов в пачке составит n = 113.

   Рис. 4.1.

4.3. Выбор параметров устройств обработки сигналов

При выполнении этого раздела определяются параметры устройства поиска сигнала по дальности (по времени задержки): скорость поиска VП.Д и время поиска ТR в предложении, что поиск производится в пределах 0 ≤ tR ≤ ТП, а также полоса пропускания приемно-усилительного тракта.

Скорость поиска находят из условия из которого следует, что максимальное значение искомого параметра

           (4.11)

где радиальная скорость Vr равна сумме радиальной скорости носителя радиолокатора  Vрл r и радиальной скорости цели Vц r, т.е.

                         .                 (4.12)

Минимальное время поиска цели по дальности определяется как

                                                                                   (4.13)

Рис. 4.2 Диаграмма принимаемых сигналов

Следует иметь в виду, что из тактических соображений нужно использовать именно максимальное значение VП.Д и минимальное значение ТR. Поэтому соответствующие индексы у этих величин опущены. Кроме того, исходя из многоцелевого назначения РЛ, поиск должен начинаться не с дальности пуска, а с нулевой, а точнее с минимальной дальности. Следует сравнить полученное значение ТR с длительность пачки импульсов τп и определить необходимое время памяти τпам схемы захвата.

Полоса пропускания приемно-усилительного тракта Δfпут должна быть согласована с шириной спектра сигнала в целях повышения отношения мощностей сигнала и шума q на входе измерителя дальности. Рекомендуется использовать для определения этой полосы соотношение

                                         .             (4.14)

Отметим, что при расчете с помощью (4.14) форма импульсов на выходе приемника будет отличаться.

4.4. Расчет погрешностей

Точность следящего импульсного радиодальномера (ИРД) характеризуется средней квадратической погрешностью

                                                                 ,                                         (4.15)

где σ - флуктуационная, а  ΔRд - динамическая погрешности.

Значения суммарной погрешности σΣ определяются как на дальности Rп, так и на дальности Rmax при оптимизации следящего измерителя времени задержки отраженного сигнала для дальностей R0 = R1 = Rп и R0 = R2 = Rmax

На основании расчета выбирается тот вариант оптимизации и соответствующая ему полоса пропускания следящего ИРД ΔFи, при которых достигается максимальная точность на заданной дальности.

Критерием оптимизации является минимум суммарной погрешности:

                                                                                 (4.16)

Оптимальная полоса следящего ИРД ΔFи опт определяется из табл. 4.1 с учетом требуемой степени астатизма рассматриваемого ИРД.

Таблица 4.1

СА

Н(р)

σ, [м]

ΔRд, [м]

ΔFи опт, [м]

1

2

Входящая в формулы, приведенные в табл. 4.1, величина Gэ представляет собой эквивалентную спектральную плотность (на нулевой частоте) флуктуаций на выходе временного дискриминатора (ВД), вызываемых шумом, действующим на входе ВД.

Величина Gэ имеет размерность м2/Гц и в предположении равномерности спектра флуктуации в пределах полосы пропускания следящего измерителя рассчитывается по формуле

                                                        ,                                           (4.17)

где при полосе пропускания Δfпут определяемой соотношением (4.14),

                                                                                                                    (4.18)

Для перехода от qэ к q и обратно можно воспользоваться графиком функции qэ(q), показанным на рис. 4.3. Схема "алгоритма" расчета дана на рис. 4.4.

                Рис. 4.3

Gэ2

σ4

ΔFи2

σΣ4

σΣ2

q1

ΔRд2

ΔRд4

σΣ1

Выбор R0

Gэ1

q2

ΔRд3

σ2

ΔFи1

ΔRд1

σΣ3

σ3

σ1

qэ1

qэ2

Рис. 4.4

Ниже приведены особенности расчета σΣ при анализе следящего ИРД.

1. Следует заменить Rmin  на дальность пуска Rп.

2. Если в исходных данных задана погрешность σΣ на дальности Rп, то на первом этапе расчета принимается, что σΣ1 = σΣ; R = R1; R0 = R1; R1 = Rп и вычисляются значения ΔFи1 и Gэ1, соответствующие дальности R1, т.е. ΔFи1 = ΔFи опт(R1).

3. На втором этапе расчета определяется погрешность σΣ2 следящего ИРД, оптимизированного для дальности R1, на дальности R2 = Rmax. Для нахождения отношения мощностей сигнала и шума на входе временного дискриминатора при         R = R2 служит соотношение

                                                              ,                                                          (4.19)

справедливое для РЛ, работающего по отраженному от цели сигналу, где значение q пропорционально R-4.

4. На третьем и четвертом этапах рассчитываются погрешности σΣ3 и σΣ4, имеющие место в оптимизированном для дальности R2 = Rmax измерителе на дальностях R2 и  R1 соответственно.

Результаты расчета следует представить в виде таблицы, аналогичной (с учетом указанных особенностей)  табл. 4.2.

Расчеты должны иллюстрироваться графиками. На первом из них представляются зависимости  σΣ  от относительной дальности R/Rmax, одна из которых соответствует ΔFи1, а вторая - ΔFи2, т.е.оптимизации измерителя для дальности R1 или R2.

Эти графики строятся для Vц = Vц max или ац = ац max в зависимости от степени астатизма следящего ИРД.  На втором графике приводятся зависимости  σΣ от R/Rmax для      Vц=Vц max и Vц = 0,5Vц max (или ац = ац max и ац = 0,5 ац max) при выбранной полосе пропускания измерителя ΔFиi.

При построении графиков диапазон дальностей берется в пределах от Rmin до Rmax, где

                                                                                                                      (4.20)

При малых значениях Rmin/Rmax можно принять это значение равным нулю. Дискрет отношения R/Rmax рекомендуется брать кратными 0,1. Желательно сопроводить графики таблицами числовых значений величин, используемых для построения соответствующих кривых.

Этап 1

1. Заменяем Rmin  на дальность пуска Rп.

2. Принимаем, что σΣ1 = σΣ; R = R1; R0 = R1; R1 = Rп и вычисляются значения ΔFи1 и Gэ1, соответствующие дальности R1, т.е. ΔFи1 = ΔFи опт(R1).

    

  1.                                                                   (4.21)

              

                                                                                                      (4.22)

                                                                                 (4.23)

- измеритель с астатизмом первого порядка

                                    ,                   (4.24)

где V=Vцmax 

                                                                            (4.25)

                                                             (4.26)

Построим график для перехода от qэ к q:

                                                      

        Рис. 4.5

Откуда находим q1= 20.286

Этап 2

На втором этапе расчета определяется погрешность σΣ2 следящего ИРД, оптимизированного для дальности R1, на дальности R2 = Rmax. Для нахождения отношения мощностей сигнала и шума на входе временного дискриминатора при R = R2 служит соотношение

                                                         ,                                                               (4.27)

справедливое для РЛ, работающего по отраженному от цели сигналу, где значение q пропорционально R-4.

                                                                       (4.28)

                                                                          (4.29)

                                                      (4.30)                                         

где  

      

Построим график для перехода от q к qэ:

Рис. 4.6

Из графика находим qэ2 = 4.9606

                                                        (4.31)

                                                 (4.32)

                                                       

                                                  (4.33)

Этап 3

На третьем и четвертом этапах рассчитываются погрешности σΣ3 и σΣ4, имеющие место в оптимизированном для дальности R2 = Rmax измерителе на дальностях R2 и  R1 соответственно.

Результаты расчета следует представить в виде таблицы, аналогичной (с учетом указанных особенностей)  табл. 4.2.

Расчеты должны иллюстрироваться графиками. На первом из них представляются зависимости  σΣ  от относительной дальности R/Rmax, одна из которых соответствует ΔFи1, а вторая - ΔFи2, т.е.оптимизации измерителя для дальности R1 или R2. Эти графики строятся для Vц = Vц max или ац = ац max в зависимости от степени астатизма следящего ИРД.

На втором графике приводятся зависимости  σΣ от R/Rmax для      Vц=Vц max и Vц = 0,5Vц max (или ац = ац max и ац = 0,5 ац max) при выбранной полосе пропускания измерителя ΔFиi.

При построении графиков диапазон дальностей берется в пределах от Rmin до Rmax, где

                                                      .                                                                  (4.34)

При малых значениях Rmin/Rmax можно принять это значение равным нулю. Дискрет отношения R/Rmax рекомендуется брать кратными 0,1. Желательно сопроводить графики таблицами числовых значений величин, используемых для построения соответствующих кривых.

                                                      (4.35)

                                              (4.36)

                                                        (4.37)

                                                (4.38)

Этап 4

                                             (4.39)

                                                       (4.40)

                                               (4.41)

Полученные данные занесем в таблицу 4.2:

Таблица 4.2

N

R0

R

q

Gэ ,      []

ΔFи , [Гц]

σфл , [м]

ΔRд , [м]

σΣ , [м]

1

R0= R1

R1=Rп

20.286

0.032

15.122

0.984

0.492

1.1

2

R2=Rmax

1.268

1.304

15.122

6.28

0.492

6.299

3

R0= R2

R2= Rmax

1.268

1.304

7.205

4.335

2.167

4.846

4

R1= Rп

20.286

0.032

7.205

0.679

2.167

2.271

Проиллюстрируем расчеты графиками:

Рис. 4.7

Выводы: В данном разделе мы рассчитали погрешности импульсного следящего дальномера, для дальностей R0 = R1 = Rп и R0 = R2 = Rmax и выбрали тот вариант оптимизации и соответствующую ему полосу пропускания ΔFи, при которых достигается максимальная точность на заданной дальности.

Оптимизация измерителя производится на основе критерия минимума дисперсии суммарной погрешности σΣ, т.е. минимума суммы дисперсий флуктуационной  σ и динамической ΔRд погрешностей:

Т.о. оптимальным будем считать измеритель №1 из таблицы 4.2, т.к его суммарная погрешность при заданной полосе пропускания ΔFи принимает наименьшее значение.

Полоса пропускания ΔFи = 15. 122 Гц обеспечивает наибольшую точность следящего дальномера, по сравнению с полосой ΔFи = 7. 205 Гц

4.5. Расчет энергетических параметров

Под энергетическими параметрами в данном разделе понимаются минимальное значение принимаемой мощности Р2 min, при котором обеспечивается заданная или расчетная точность ИРД, и соответствующее Р2 min значение мощности передатчика Р1.

Минимальная мощность принимаемого сигнала определяется известным соотношением, в котором вместо порогового отношения мощностей сигнала и шума qпор, обеспечивающего заданное качество обнаружения сигнала, используется значение             q = qmin, при котором достигается требуемая точность:

                                                                                                        (4.42)

где qmin - значение отношения мощностей сигнала и шума на дальности Rmax, равное округленному до ближайшего большего целого числа значению q2; kT˚= 4.1*10-21 Вт/Гц  - произведение постоянной Больцмана на стандартную температуру (в градусах Кельвина), при которой определяются шумовые параметры приемного тракта ИРД; ΔFф - шумовая полоса пропускания тракта обработки сигнала, равная в рассматриваемом ИРД полосе пропускания Δfпут приемно-усилительного тракта; Nш - коэффициент шутила приемника; ζΣ - коэффициент потерь энергии сигнала при обработке.

Требуемая мощность передатчика ИРД рассчитывается по формуле:

                                                                                               (4.43)

где LΣ - коэффициент потерь энергии во всех высокочастотных элементах РЛ, кроме антенн, потери в которых учтены ранее коэффициентом полезного действия ηα; S0 - эффективная площадь рассеяния (ЭПР) цели;  ν - удельный коэффициент затухания в осадках; Rос - протяженность зоны осадков. Значения ν берутся из графиков, подобных показанным на рис. 4.8 для конкретной интенсивности осадков Q, выраженной в мм/ч (в некоторых литературных источниках интенсивность осадков обозначается I), и полученной при расчетах длине волны зондирующего сигнала.

- наибольшее целое число

- дано по условию

                                                                            (4.44)

                                                                           (4.45)

   (4.46)

Найдем значение удельного коэффициента затухания в осадках из графика:

Рис. 4.8

Получаем

Итак:

5. Заключение

В данной работе был разработан импульсный следящий радиодальномер. Были рассчитаны основные характеристики системы: длина волны и параметры ФАР, длительность зондирующего импульса, его частота повторения и период. Найдено число импульсов в пачке принимаемых РЛ при обзоре сигналов.

Рассчитаны параметры устройства обработки сигналов: скорость поиска, время поиска, а так же полоса пропускания приемно-усилительного тракта.

При проектировании импульсного следящего радиодальномера была учтена среднеквадратическая погрешность, влияющая на точность импульсного радиодальномера. На основании расчетов был выбран тот вариант следящего ИРД и соответствующая ему полоса пропускания, при которых достигается максимальная точность на заданной дальности.

В заключительной части курсовой работы были найдены минимальное значение принимаемой мощности Р2 min, при котором обеспечивается заданная или расчетная точность ИРД, и соответствующее Р2 min значение мощности передатчика Р1.

6. Список литературы

1. А.А Сосновский, Радиолокационные и радионавигационные

измерители дальности: Учебное пособие к курсовому проектированию. – М.:МАИ.

2. Бакулев П.А, Сосновский Α.А. Радиолокационные и радионавигационные системы: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1994·

3. Бакулев П.А. Радиолокационные системы: Учебное пособие. -М.: МАИ, 1984.

4. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации: Учебное пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 1992.

5. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации: Учебник для вузов.  –М: Радио и связь, 1983.

6. Г.Б. Белоцерковский, Основы радиолокации и радиолокационные устройства. –М.: Сов. радио – 1975.

7.  Радиолокационные устройства, под ред. В.В. Григорина-Рябова. – М.: Сов. радио – 1970.

8. Теор. основы радиолокации, под ред. В.Е. Дулевича. – М.: Сов. радио – 1978.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15840. Пути профилактики и коррекции социально-педагогической запущенности 29 KB
  Пути профилактики и коррекции социальнопедагогической запущенности Современная социальная ситуация сопровождается увеличением количества детей с девиантным поведением. Особое место занимает группа детей с выраженной социальнопедагогической запущенностью ко...
15841. АБСТРАКТНОЕ КИНО И СВЕТОМУЗЫКА 38 KB
  АБСТРАКТНОЕ КИНО И СВЕТОМУЗЫКА Галеев Б.М. Абстрактное кино специфическая область кинематографа; явление пограничное и экспериментальное по отношению к самому киноискусству изобразительному в своей основе связано с ним не столько по художественной специфике язы...
15842. ПЯТЬ ГОЛЛАНДСКИХ ФИЛЬМОВ, ПОСТАВЛЕННЫХ В ВООБРАЖЕНИИ 170 KB
  Питер Гринуэй ПЯТЬ ГОЛЛАНДСКИХ ФИЛЬМОВ ПОСТАВЛЕННЫХ В ВООБРАЖЕНИИ Фрагменты лекции Питера Гринуэя прочитанной на семинаре Воинствующее кино Утрехт Нидерланды 25 сентября 1988 года. Кино слишком богатое возможностями средство коммуник...
15843. ДОКУМЕНТАЛЬНОЕ КИНО - ИСКУССТВО СЛЕДУЮЩЕГО ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ 51.5 KB
  Д. Луньков Л. Джулай ДОКУМЕНТАЛЬНОЕ КИНО ИСКУССТВО СЛЕДУЮЩЕГО ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ Постфестивальные диалоги Дмитрий Алексеевич Луньков режиссер и сценарист теоретик и популяризатор документального кино. Мы знакомы так давно что я и запамятовала когда и где состо
15844. Условия интерференционного максимума и минимума. Оптическая разность хода 66 KB
  Для получения когерентных световых волн применяют метод разделения волны на 2 части, которые после прохождения разных оптических путей накладываются друг на друга и наблюдается интерференционная картина.
15845. Сочинение фильма 137.5 KB
  Отар Иоселиани СОЧИНЕНИЕ ФИЛЬМА1 Беседу ведет Татьяна Иенсен Искусство кино №4 1993г. Татьяна Иенсен. В одном из интервью вы обмолвились что снимая фильмы задаетесь целью не рассказать зрителю некую историю а показать. Отар Иоселиани. Ну что такое не расска...
15846. Кино и семиотика реальности 126.5 KB
  Имманентная биография Кино и семиотика реальности Пьера Паоло Пазолини €œДавайте внимательно просмотрим шестнадцатимиллиметровую пленку на которой заснят момент убийства президента Кеннеди. Эта пленка есть типичнейший планэпизод. Самый типичный из всех возможн...
15847. Эйзенштейн сегодня 93.5 KB
  Н.Клейман О.Косолапов Н.Сиривля ЭЙЗЕНШТЕЙН СЕГОДНЯ1 Наталья Сиривля. Со дня смерти Эйзенштейна прошло уже почти пятьдесят лет но мы до сих пор не в состоянии освоить его наследие. Отношение к нему все время меняется: мы то низвергаем его то вновь водружаем на пьеде
15848. Проблема постмодерна и фильм Питера Гринауэя «Брюхо архитектора» 154.5 KB
  Г. С. Кнабе Проблема постмодерна и фильм Питера Гринауэя Брюхо архитектора Кнабе Г.С. Древо познания древо жизни. М.: РГГУ 2006 с. 331344 Предметом настоящих заметок будет духовная и социокультурная ситуация в которой сегодня находится большая ч