Выводы:
1.ВыбранаРЛС «Лис» так как наиболее соответствует параметрам задания, а именно по дальности обнаружения, и способна, при базирование на наземной платформе обнаруживать зонды, самолеты, вертолеты и другие цели.
2.Рассмотренные РЛС предназначены для обнаружения, сопровождения и определения координат надводных целей.
3.Представлены несколько прототипов РЛС надводных целей.
4.Наиболее приемлемой РЛС является судовая РЛС «Лис», поэтому она выбрана в качестве аналога для дальнейшего составления структурной схемы.
2. ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
2.1 Выбор антенной системы
Антенная система предназначена для трансляции СВЧ колебаний в режиме излучения от передатчика к антенне, а в режиме приема от антенны к приемнику. В момент излучения вход антенны должен быть закорочен и мощность передатчика не должна проникать на вход приемника. В качестве антенных переключателей широкое практическое применение в РЛС получили три схемы: ответвительный АП, балансный АП и ферритовый АП, а также разрядники: резонансные, полупроводниковые диодные выключатели и ограничители.
В зависимости от диапазона частот и излучаемой мощности в качестве линий СВЧ используются коаксиальные линии, волноводы или микрополосковые линии. В проектируемой РЛС необходимо транслировать СВЧ энергию с частотой 34 ГГц, мощностью 0,4 кВт, поэтому целесообразно использовать микрополосковые линии передачи.
Для формирования узкой диаграммы направленности в горизонтальной плоскости и широкой в вертикальной плоскости целесообразно использовать щелевую антенну. Причем антенна должна совершать вращение в азимутальной плоскости с помощью стабилизированного электропривода.
2.2 Разработка структурной схемы передатчика
Произведем разработку структурной схемы радиолокационной станции с учетом требований к ее функциональным обязанностям.
Радиолокационная станция работает в режиме непрерывного излучения. Передатчик РЛС излучает в пространство немодулированные колебания. В передатчике осуществляется генерация заданной частоты и усиление.
На такой большой частоте очень сложно реализовать генератор с необходимой стабильностью, поэтому необходимо генерировать меньшую частоту, а потом увеличивать ее в умножителях частоты до нужного значения. Для стабилизации частоты наиболее целесообразно применить кварцевый резонатор.
Затем полученные колебания умножаются и усиливаются в усилительном каскаде до нужного уровня мощности.
После усиления необходимо отфильтровать полученный сигнал от высших гармоник, появившихся в результате работы нелинейного элемента (транзистора) в усилительном каскаде. Эту функцию выполняет выходная колебательная система, выполненная в виде фильтра низких частот.
Кроме того, она обеспечивает согласование антенны с усилителем, то есть преобразовывает нагрузочное сопротивление антенны в эквивалентное сопротивление нагрузки оконечного каскада.
С выходной колебательной системы готовый радиолокационный сигнал поступает в антенну и излучается в пространство.
Структурная схема передатчика представлена в «Приложении А»
2.3 Разработка структурной схемы приемника
Приемный тракт проектируемой радиолокационной станции должен усилить принятые приемной антенной отраженные от цели сигналы, произвести их фильтрацию, при которой обеспечивается максимальное различение полезных эхо-сигналов и помех, и извлечь из него полезную информацию.
Радиолокатор должен измерять скорости движения целей, что реализовывается на основе эффекта Доплера.
Рис.2.1 - Блок-схема простого доплеровского измерителя скорости
На рис.2.1 приведена блок-схема приемника радиолокатора с непрерывным излучением, который работает на ненулевой промежуточной частоте. Вместо обычного местного гетеродина используется опорный сигнал, получаемый при смешении части сигнала передатчика и местного сигнала, частота которого равна промежуточной частоте приемника. Однако подобный приемник определяет только модуль скорости и не может определить направление.
Рис.2.2 - Блок-схема приемника определения направления радиальной скорости и ее значения.
Знак доплеровского сдвига частоты и, следовательно, направление движения цели можно определить, разделив принятый сигнал по двум каналам (рис.2.2). Принятый сигнал разветвляется по каналам А и В и подводится к отдельным смесителям. Часть сигнала передатчика подается непосредственно к смесителю канала А. В канале В опорный сигнал от передатчика претерпевает сдвиг на 90?. В результате между доплеровскими частотами, возникающими в обеих каналах, имеется сдвиг фазы на 90?. Знак фазового сдвига определяет направление движения цели.
Для определения знака фазового сдвига на 90? оба сигнала сначала усиливаются и ограничиваются. Сигнал от ограничителя В дифференцируется, кроме того изменяется его полярность. Выходной сигнал от ограничителя А и дифференцированный выходной сигнал от В сравниваются в схеме совпадения, обозначенной «верхний селектор». При положительных сигналах верхний селектор генерирует импульс, что указывает на удаление цели. При приближении цели схема совпадений верхнего селектора не дает выходного сигнала. Появление сигнала на выходе схемы совпадения «нижний селектор», возникающего при сравнении выходного сигнала ограничителя А с выходным сигналом инвертирующей схемы, указывает на приближение, а не на удаление цели. Подсчет импульсов от двух схем совпадения позволяет определить направление и величину доплеровского сдвига частоты.
Каждый из приемников имеет свои достоинства и недостатки, объединение первого и исключение второго, приводит к совмещению двух схем приемников. Кроме того, радиолокационная станция должна обнаруживать еще и неподвижные цели, то есть не имеющих доплеровского сдвига. Для этого вводится канал С, в котором производится усиление промежуточной частоты в усилителе УПЧ, после чего пороговое устройство принимает решение о наличии или отсутствии цели.
радиолокационный станция приемник импульс
3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТТХ РЛС
3.1 Выбор и обоснование тактических характеристик РЛС
Определение дальности до цели основано на измерении времени запаздывания принимаемого сигнала относительно зондирующего и возможного только с помощью активных РЭС и РЭС с активным ответом.
В зависимости от параметра сигнала, по которому определяется время запаздывания , различают три метода измерения дальности:
импульсный
фазовый;
частотный.
Импульсный метод.
Этот метод измерения Д основан на непосредственном измерении интервала времени между излучением и приемом радиоимпульса с помощью специального измерителя. Амплитудный метод измерения Д называется импульсным.
Одновременно с передатчиком осуществляется запуск измерителя (схемы развертки луча ЭЛТ), начало развертки будет соответствовать нулевой дальности. Схема развертки формирует линейно изменяющееся напряжение, т.о. на экране ЭЛТ образуется светящаяся линия: видеоимпульсы, задержанные относительно момента излучения на время подаются с выхода приемника на вертикально отклоняющие пластины, и смещают пятно по вертикали, образуя кратковременные выбросы (рис. 1.1).
Рисунок 1.1- импульсный метод
Т.к. скорость перемещения рисующего пятна постоянна, то расстояние выброса от начала развертки пропорционально Д и линия развертки может быть проградуирована в единицах дальности (рис.1.2).
Рисунок 1.2 - Развертка
3.1.1 Максимальная дальность обнаружения Dmax
Максимальная однозначно измеряемая дальность определяется периодом повторения импульсов:
Для однозначного измерения Д необходимо, чтобы импульс, отраженный целью на максимальной дальности, приходил бы раньше, чем будет сформирован очередной импульс передатчика:
При работе на одну антенну прием отраженных сигналов возможен только после излучения импульса. Используя импульсный метод, нельзя измерять расстояние от нуля до . При импульсном методе необходимо излучить сигналы с большими пиковыми мощностями.
Достоинство импульсного метода:
- простота практической реализации;
- возможность использования одной антенны для излучения и приема;
- возможность одновременного измерения дальности до нескольких целей.
Максимальная дальность действия РЛС задана в условии и равна:
Dmax = 250 км = 250·103 м.
Максимальная дальность действия является вероятностной характеристикой.
3.1.2 Минимальная дальность действия РЛС Dmin
Минимальная дальность действия РЛС соответствует следующему равенству:
м.
В данном случае пренебрегаем антенной системой, которая не вносит ограничений.
где:
фb- время восстановления антенного переключателя, tb = 0.2Чtu.
с - скорость распространения электромагнитной волны в вакууме, c = 3•108 мЧc-1.
3.1.3 Разрешающая способность РЛС по дальности Rp
Потенциальная разрешающая способность по дальности вычисляется по формуле:
где:
tu - время импульса, с.
Для определения реальной разрешающей способности по дальности необходимо учесть параметры ЭЛТ индикатора:
где:
L - длина развертки;
dэ - диаметр пятна.
Найдем диаметр пятная:
м.
где:
= 40 кв. м.
Найдем длину развертки:
м.
где:
Dэ - диаметр ЭЛТ, Dэ = 0.25 м.
В связи с тем, что будет рассматриваться секторная развертка с сектором обзора по азимуту Daобз = ±80°, то стоит сместить центр экрана вниз. Это увеличивает коэффициент использования экрана.
Таким образом, реальная разрешающая способность по дальности будет иметь вид:
м.
3.1.4 Разрешающая способность РЛС по азимуту на средней дальности
Разрешающая способность по азимуту определяется выражением:
где:
Dau - разрешающая способность по азимуту индикаторного устройства. Зависит от диаметра пятна ЭЛТ и линейного размера азимутальной развертки;
- ширина диаграммы направленности по половинной мощности в горизонтальной плоскости; по условию l = 3 о.
Разрешающая способность по азимуту индикаторного устройства:
о.
Таким образом,
о.
3.1.5 Период обзора Т
Периодом обзора РЛС определяется выражением:
где:
Fn - частота повторения зондирующих импульсов;
Daобз - сектор обзора в горизонтальной плоскости, Daобз = 80°;
Numin - минимальное число отраженных от цели импульсов, необходимых для обнаружения цели с заданной вероятностью;
- ширина диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости.
Частота повторения зондирующих импульсов определяется по формуле:
Гц.
где:
Кз - коэффициент запаса, учитывающий влияние индикатора, Кз = 1,2.
Подставим числовые значения:
с.
3.1.6 Секторы обзора по азимуту обз и по углу места обз
Сектор обзора по азимуту задан и равен:
Daобз = ±80°.
3.1.7 Точность определения координат по дальности Grn
Потенциальная точность измерения дальности РЛС:
=
где:
qmin - минимальное отношение сигнал-шум по напряжению, определяемое по характеристикам обнаружения (рис.1.3) qmin=4,3;
tu - длительность импульса.
Рисунок 1.3 - Характеристики обнаружения
Из-за отсутствия внутриимпульсной модуляции Ксж=1.
м.
3.1.8 Точность определения координат по азимуту Gan
Потенциальная ошибка измерения азимута определяется выражением:
3.1.9 Вероятность ложной тревоги F
Вероятность ложной тревоги задана в техническом задании и равна F = 10-4.
3.1.10 Вероятность правильного обнаружения D
Вероятность правильного обнаружения задана в техническом задании и равна = 0,7.
3.2 Выбор и обоснование технических характеристик РЛС
3.2.1 Режим работы РЛС
Сигнал - некогерентные прямоугольные импульсы.
Проектируемая радиолокационная станция работает в импульсном режиме.
3.2.2 Рабочая длина волны л
Выберем рабочую длину волны l=0.03 м.
3.2.3 Частота повторения зондирующих импульсов Fn
Для однозначного определения целей на заданных расстояниях:
=
где:
Кз=1,2 - коэффициент запаса.
Гц.
3.2.4 Длительность зондирующего импульса фu
Длительность зондирующего импульса приняли: tu = 1,5Ч10-6 c.
Чем меньше длительность импульсов, тем меньше эффективная площадь от распределенных объектов.
3.2.5 Форма и ширина диаграммы направленности
Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости:
q = 3°, в вертикальной плоскости косекансквадратная диаграмма направленности j=35°.
q0,5=q/1.5=2о.
3.2.6 Необходимый диаметр антенны
Диаметр антенны:
м.
Принимаем dА=0.96 м, и уточняем ширину луча.
рад.
3.2.7 КНД и усиления антенны, эффективная площадь антенны
КНД - коэффициент направленного действия антенны.
. 5215
0,448
Подставим числовые значения:
м2.
где:
GA= - коэффициент усиления антенны;
SА - эффективная площадь антенны;
з - КПД антенны.
3.2.8 Скорость вращения антенны Ща
Скорость вращения антенны определяется выражением:
Проверим условие, подставив числовые значения:
c.
=0,125 м/с
Подставим числовые значения:
град/c
3.2.9 Количество импульсов в пакете Nu
Количество импульсов определим по следующих:
3.2.10 Чувствительность приемника Pnmin