96324

Проектирование и расчет РПрУ РЛС визуального определения объектов

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Для извлечения информации используется зондирование пространства радиосигналами с последующим приемом отражённой от целей электромагнитной энергии причем информация о целях может содержаться в изменении во времени амплитуды и частоты сигналов. В радиолокации под приемным устройством понимают цепи расположенные между выходами...

Русский

2015-10-05

92.12 KB

30 чел.

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Саратовский государственный технический университет
имени Гагарина Ю. А.

Кафедра «Радиоэлектроники и телекоммуникации»

КУРСОВАЯРАБОТА

"Проектирование и расчет РПрУ РЛС визуального определения объектов "

По дисциплине:

«Радиоприемные устройства СМС»

выполнил :студент гр. ИКТС-41

Иванин В.В.

№ зач. книжки 111183

Проверил преподаватель:
Скворцов А.А

Саратов 2015 г.


Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

Исходные данные…………………………………………………………………4

Выбор и обоснование структурной схемы приемника…………………………4

Определение эквивалентных параметров антенны……………………………..5

Расчет полосы  пропускания  линейного  тракта РПрУ………………………..5

Определение  структуры  радиотракта…………………………………………..9

Обеспечение необходимого усиления трактом ВЧ……………………………..9

Обеспечение необходимого усиления трактом НЧ……………………………10

Окончательная структурная схема приёмника………………………………...10

Заключение ………………………………………………………………………11

Список литературы ……………………………………………………………...12


Введение

Радиолокационный  приёмник   является  составной  частью  радиолокационных станций, предназначенных для обнаружения, определения координат и параметров движения удаленных объектов (радиолокационных целей). Для извлечения информации используется зондирование пространства радиосигналами, с последующим приемом отражённой от целей электромагнитной энергии, причем информация о целях может содержаться в изменении во времени амплитуды  и частоты сигналов. Такой способ носит название активной радиолокации с пассивным ответом. Передатчик и приёмник в таких системах, как правило, работают на общую  антенну.

РЛС облучают объект (самолет, корабль и т.д.) радиоволнами и определяют его параметры, принимая отраженную от объекта энергию радиоволн. Поэтому радиолокационный приемник является частью РЛС и работает от общей с передатчиком приемопередающей антенны. Различают РЛС непрерывного и импульсного излучения. Сейчас наиболее широко используются импульсные РЛС.

Радиоприемное устройство состоит из антенны, собственно приемника и оконечного устройства. В радиолокации под приемным устройством понимают цепи, расположенные между выходами антенны и оконечного устройства, принимающего решение об обнаружении сигнала или оценки его параметров. Обработка сигнала в приемнике предусматривает обнаружение сигнала, отраженного от цели, и определение его параметров. Функции обнаружения сигнала и измерения его параметров могут быть расчленены.

В радиолокации при работе на сверхвысоких частотах (СВЧ) колебания усиливаются параметрическими и квантовыми парамагнитными усилителями. Узлы СВЧ проектируют с помощью интегральной технологии (полосковая техника). На более низких и видеочастотах в усилителях в качестве элементной базы используют транзисторы и устройства микроэлектронной (интегральной) аналоговой техники.


Выбор и обоснование структурной схемы приёмника

Существенное улучшение всех показателей РПрУ достигается на основе принципа преобразования частоты принимаемого сигнала - переноса  его в частотную  область, где он может быть обработан с наибольшей эффективностью. Самое широкое распространение во всех радиодиапазонах получила построенная на  этом принципе схема супергетеродинного приемника.  Эта схема в настоящее время наиболее совершенна.

Приемники супергетеродинного типа позволяют успешно решать задачи получения требуемой фильтрации принимаемого сигнала, обеспечение заданного усиления, решение проблемы селективности, простоты перестройки, которая обеспечивается с помощью простых колебательных систем преселектора.

Широкополостность приемников импульсных сигналов позволяет, как правило, строить такие приемники с однократным преобразованием частоты.

Из выше сказанного можно сделать вывод, что построение проектируемого РПрУ целесообразно выполнять по супергетеродинной схеме, наилучшим образом удовлетворяющей заданным техническим требованиям.

Амплитуда сигналов, поступающих на вход радиолокационного РПрУ, изменяется в широких пределах, т.к. мощность отраженных от цели сигналов обратно пропорциональна четвертой степени расстояния до цели (которое может меняться) и, кроме того, зависит от типа цели и её эффективной поверхности рассеивания. Работа РЛС в реальных условиях сопровождается действием разного рода активных и пассивных нестационарных помех естественного и искусственного происхождения, уровень мощности которых зачастую значительно (на 20..60 дБ) превышает уровень полезного сигнала, а параметры априорно неизвестны. Воздействие помех еще больше расширяет диапазон изменения сигналов, поступающих в антенну РЛС.

рис.1

Структурная схема приемника с однократным преобразованием частоты представлена (рис.1):

  1.  АФТ – антенно-фидерное устройство;
  2.  ВЦ - входная цепь; СМ - смеситель;
  3.  Г - гетеродин;
  4.  ДМ - демодулятор;
  5.  Н - нагрузка;
  6.  АРУ - автоматическая регулировка усиления;
  7.  АПЧГ - автоматическая подстройка частоты гетеродина;
  8.  ПРД – передатчик.

Определение эквивалентных параметров антенны

Проектируемый радиолокационный приемник имеет настроенную антенну, т.е. её сопротивление чисто активно и равно сопротивлению фидера:

Относительная  шумовая  температура  антенны:

где,

- стандартная  температура  приёмника  =290 0 К ;

- абсолютная шумовая температура антенны.

Для нашей приемной антенны примем:   =140 0 К.

                            

Расчет полосы  пропускания  линейного  тракта РПрУ

Для импульсных сигналов полоса пропускания приемника выбирается исходя из получения максимального отношения сигнал/шум на выходе радиотракта. Вычисляем ширину спектра радиочастот, принимаемых сигналов:

Подсчитываем полосу пропускания преселектора. Ширина полосы пропускания линейного тракта П складывается из ширины спектра принимаемого сигнала , доплеровского смещения частоты сигнала  и запаса полосы, требуемого для учета нестабильностей и неточностей настроек приемника :

Доплеровское  смещение:

где

с - скорость света в вакууме.

Определяем запас полосы пропускания, необходимый для приема сигналов с учетом нестабильностей:

,

где

бс - относительная нестабильность несущей частоты  принимаемого  сигнала; при использовании в передатчике кварцевой стабилизации частоты несущей можно получить бс =(10-5...10-6);

бг- относительная нестабильность  частоты гетеродина, которую на данном этапе  можно оценить лишь приблизительно.  Выбрав   транзисторный   однокаскадный   гетеродин   с кварцевой  стабилизацией, получаембг=10-6;

бпр- относительная погрешность и  нестабильность настройки контуров тракта промежуточной  частоты, принимаем бпр=(0,0003...0,003);

бн- относительная нестабильность частоты, вызванная неточностью настройки контуров гетеродина,  бн =  (0,001...0,01);

Промежуточная частота выбирается исходя из  условий:

где

Sзкз - заданное ослабление зеркального канала, которое принимаем равным 25 дБ (320 раз);

n - число колебательных систем в преселекторе,  n=2,

Qк – добротность резонансного контура в ППФ в радиотракте, для обеспечения требований избирательности по зеркальному каналу.

В РЛП миллиметрового и сантиметрового диапазонов промежуточная частота равна либо 30, либо 60 МГц. Выберем  промежуточную  частоту  из  стандартного  ряда:

Частота  гетеродина:    

Для обеспечения устойчивости работы выбираем коэффициент частотной автоподстройки и находим полосу пропускания линейного тракта:

При использовании ЧАПЧ с  Кчапч=10 полоса пропускания приемника:

При использовании ФАПЧ  полоса пропускания приемника:

ПФАПЧ получилась уже, чем ПЧАПЧ, поэтому будем использовать ЧАПЧ.

Полоса пропускания:

Отношение сигнал/шум связано с флуктуационной ошибкой соотношением:

,      

где

полоса Fэ =(5..10)/2 2

Необходимо учитывать потери в отношении  сигнал/шум, возникающие из-за следующих причин:

  1.  потери при распространении радиоволн 1 = 1...3 дБ
  2.  потери в антенно-фидерном тракте  2 = 1 дБ
  3.  потери при амплитудном детектировании  3 = 1...5 дБ
  4.  потери на квантование  4 = 2 дБ ( при  двухуровневом квантовании )

Суммарный коэффициент потерь: = i = 5...10 дБ.

Примем  = 10 [дБ] = 3,16 [раз]

Отношение сигнал/шум с учетом потерь:

Расчет предельно допустимого коэффициента шума:

где:

Кр.ф. 0,8 - коэффициент  передачи  фидера  по  мощности.

Пш = 1,1П = 1,1130=143 МГц.

К - постоянная  Больцмана  К=1,3810-23 Дж/К.

Определение  структуры  радиотракта

АФТ представляет из себя волновод соединяющий антенну с последующими каскадами. Оценим коэффициент шума линейного тракта РПрУ, после чего решим вопрос о включении или невключении  УРЧ в состав радиотракта.

Также в радиотракте следует установить устройство защиты УЗ, которое защитит приёмник от протикающей через антенный переключатель из передатчика ПРД 1% мощности излучаемого сигнала (≈10Вт). УЗ представляет из себя полупроводниковый диодный ограничитель.

Коэффициент шума радиотракта  без  использования  усилителя радиочастоты:

Все  коэффициенты  шума  ориентировочно:

Швц=1,3         Квц=0,8 коэффициент передачи входной цепи

Шпч=5            Кпч=8  (при  использовании  транзисторного  ПЧ)

Шупч=10  КФ=0,8 коэффициент передачи фильтра

 

 

Обеспечение необходимого усиления трактом ВЧ

Обеспечение достаточного усиления радиосигнала трактом ВЧ необходимо для нормальной работы детектора, а так же получения низкого уровня шума. Основное усиление обеспечивается в тракте ПЧ. Основными требованиями к усилительным каскадам линейного тракта являются их достаточная устойчивость (возможно меньшее число каскадов) и построение на основе наиболее экономичной и современной электронной базы.

Коэффициент усиления линейного тракта:

,

где,

RА - активное сопротивление антенны;

Uпр - амплитуда сигнала на выходе УПЧ;

Требуемая амплитуда сигнала на выходе УПЧ определяется амплитудой напряжения, необходимой для нормальной работы детектора: Uвых=1В.

Расчет коэффициента усиления линейного тракта:

Обеспечение необходимого усиления трактом НЧ

Коэффициент передачи диодного детектора KД примем равным 0,7. Следовательно, коэффициент усиления видеоусилителя КВУ будет равен:

Окончательная структурная схема приёмника

рис.2


Заключение

В процессе проектирования, мы получили практические знания и навыки в области проектирования радиоприёмных устройств. Пробовали и применяли различные способы подхода к выбору структурных схем блоков, узлов и радиоприёмника в целом. Рассчитывали отдельный блок приёмника, что позволило более точно понять работу этого блока, и его вклад в общую работу схемы. Изучили особенности работы радиолокационного приёмника.


Список литературы

  1.  Методические указания по проектированию радиоприёмных устройств. - Бакалов В.П., Белоусов Н.Н., Выборный В.Г (под редакцией Протопопова А.С.) Москва1999г
  2.  Проектирование РПУ.   Под редакцией Сиверса. 1976г.
  3.  Расчет радиоприемников.  Бобров Н.В. и др. 1971г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

35984. Этапы развития PR в США 44.5 KB
  Общепринято выделять два основных этапа развития PR в США – до конца 19 века и 20 век. Начало 17 века – 10е годы 19 века. 10е годы 19 века – конец 19 века. Начало 20 века – середина 40х годов 20 века.
35985. Абстрактный экспрессионизм 44.38 KB
  Портрет и мечта Portrit nd Drem 1953 Пасха и тотем Ester nd the Totem 1953 Серость океана Ocen Greyness 1953 Глубина The Deep Марк Ротко Эмиграция в США Глава семейства Ротковичей опасаясь того что детей заберут на службу в царскую армию решил эмигрировать в США следуя примеру многочисленных еврейских семей бежавших от погромов. В Америку уже уехали двое братьев Якова Ротковича которые обосновались в Портленде штат Орегон и занялись производством одежды. Раннее творчество...
35987. Гидросфера: строение, физические свойства и химический состав. Мировой океан. Пресные воды 44 KB
  Пресные воды Гидросфера – прерывистая водная оболочка Земли располагающаяся между атмосферой и твердой земной корой и представляющая собой совокупность вод Мирового океана и поверхностных вод суши. В общем виде принято деление гидросферы на Мировой океан континентальные воды и подземные воды. Большая часть воды сосредоточена в океане значительно меньше в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере в виде облаков и водяного пара.
35988. Понятия биогеоценоза и ландшафта. Биогеохимический круговорот веществ и энергии 44 KB
  Биогеохимический круговорот веществ и энергии Биогеоценозы природные образования с четкими границами состоящие из совокупности живых существ биоценозов занимающих определенное место. Экосистема представляет собой систему которая обеспечивает круговорот любого ранга а биогеоценоз это экосистема в конкретных условиях ландшафта с учетом свойств почвы рельефа составляющих ее компонентов. Совокупности однотипных БГЦ образуют ландшафты Биогеохимический круговорот веществ и энергии Биогеохимический круговорот веществ это повторяющиеся...
35990. Международный договор: понятие, признаки. классификация международных договоров. форма международного договора: язык, структура, наименование 44 KB
  форма международного договора: язык структура наименование. Признаки: явно выраженное волеизъявление сторон; исполнение договора обеспечивается санкциями; подпадает под регулирующее действие международного права; юридически обязателен только для его участников. Форма договора: письменная устная. Структура договора: это его составные части: название договора преамбула основная и заключительная части подписи сторон.
35991. Основные направления и методы снижения экологического риска от загрязнения окружающей среды 43.5 KB
  Различают следующие методы анализа риска Вероятностно-статистические методы анализа риска предполагают как оценку вероятности возникновения аварии так и расчет относительных вероятностей того или иного пути развития процессов. Кроме того применение упрощенных расчетных схем снижает достоверность получаемых оценок риска для тяжелых аварий.