10. Помехоустойчивость и др.
5.2.1 Выбор и обоснование тактических характеристик РЛС
1. Место установки и назначение.
Место установки определяется типом самолета или возможностью размещения радиолокатора в зоне аэропорта. Применительно к метеонавигационным РЛС место установки определяет их класс. Целесообразно антенну устанавливать в носовой части самолета, а индикатор на пульте пилота.
2. Максимальная дальность - является одним из важнейших параметров РЛС, который во многом определяется назначением станции. Т.к. на входе приемника РЛС присутствуют шумы, то обнаружение сигнала является статистическим процессом, характеризующимся D=PП.О и F=PЛ.Т. Эффективная площадь рассеяния определяет максимальную дальность Dmax и поэтому при расчете характеристик РЛС оговаривают объект обнаружения. Обычно задаются величиной вероятности правильного обнаружения от0.7 до0,9 при данной высоте полета и эффективной отражающей поверхности. Одним из основных объектов наблюдения БРЛС являются грозовые фронты, обнаружить которые надо на дальности, обеспечивающей маневр. Задание необходимой дальности обнаружения зависит также от типа ВС. Так для самолетов со скоростью полета 800 км/ч это расстояние может составлять
200 км. С ростом скоростей полета, например, для Ту-144, скорость полета которого составляет V=2500 км/ч дальность обнаружения должна быть существенно больше - порядка 500 км.
3. Зона обзора для преодоления препятствий не велика, но для решения навигационных задач целесообразно использовать круговой обзор, повышающий также безопасность полетов. При современных скоростях круговой обзор не возможен и используют обзор передней полусферы устанавливая РЛС в носовой части ЛА. Поэтому зона обзора для летательных аппаратов устанавливается в пределах 100°, а для обзорных наземных РЛС используется круговой обзор.
4. Тип оконченного устройство РЛС является одной из важнейших характеристик, которая, в свою очередь определяется количеством воспроизводимых координат, точностями их измерения, способом обработки и использования информации. До недавнего времени основным типом оконченного устройства РЛС являлся визуальный индикатор ИКО или ИСО. С широким использованием БЦВМ оконченное устройство РЛС может изменять свое функциональное назначение, когда основной задачей станет преобразование информации для ввода в БЦВМ.
5. Число измеряемых координат зависит от назначения радиолокатора.
Так для метеонавигационной БРЛС в режиме обзора земли достаточно измерение двух координат - дальности и азимута, а в режиме обзора метеообразований и предупреждения столкновений необходимо измерять три координаты т.е. еще и высоту цели (угол места).
6. Разрешающая способность РЛС является характеристикой, определяющей возможности раздельно обнаружение близко расположенных целей. Хорошим естественным ориентиром для навигации могут быть большие реки, поэтому раздельно должны воспроизводиться ее берега. Учитывая это обстоятельство для различения средних рек принимают разрешающую способность равной от 500 до 1500 м. Разрешающая способность по углу обеспечивается шириной ДНА и так же определяется назначением станции.
7. Точность измерения координат задается допустимыми ошибками (с погрешностями) при их воспроизведении и измерении. Точность характеризует РЛС как измерительную систему.
8. Время обзора заданной зоны Тобз определяет время однократного осмотра лучом заданной зоны - время обновления информации. Чем больше скорость ВС, тем меньше должно быть время Тобз , существенное влияние на которое оказывает период следования зондирующих сигналов.
9. Вероятности правильного обнаружения D=PП.О и ложной тревоги F=PЛ.Т являются важными статистическими характеристиками РЛС. Вероятность D в ГА обычно задается равной 0,8, а F выбирается из условной удобства работы оператора. Ложная тревога индицируется, как светящаяся точка аналогичная цели, которую оператор может принять за настоящую цаль. Свести на нет F нельзя, но ее берут минимальной. Например, представляется допустимым возникновение одной ложной тревоги за 1000 обзоров (РЛ.Т=10-3). Если один обзор происходит за 2 с, то это означает, что ложная тревога возникает в течение 30 мин. Задаваясь меньшими значениями РЛ.Т, можно в течение рейса исключить ложную тревогу. Это требует увеличения потенциала станции и отношения сигнал/шум. Если число элементов разрешения в одном обзоре
,
где - число элементов разрешения по дальности;
- число элементов разрешения по азимуту,
то общая вероятность ложной тревоги ,
где - вероятность ложной тревоги в одном элементе разрешения.
Тогда вероятность ложной тревоги в одном элементе разрешения составит величину:
Именно этой величиной задаются при расчетах технические характеристик РЛС.
10. Масса и габариты РЛС являются очень важными характеристиками, определяющими эффективность их использования. В настоящее время для радиолокационной аппаратуры выпущен ряд ГОСТов, определяющих габариты устройств и пультов управления. Габаритные и присоединительные размеры пультов управления определяются ГОСТ 17046-71. Типы и габаритные размеры блоков должны соответствовать ГОСТ 17045-71, присоединительные и установочные размеры блоков - ГОСТ 17413-72. Для РЛС гражданской авиации типоразмеры индикаторов на ЭЛТ устанавливаются ГОСТ 17732-72. Проявляется тенденция к уменьшению веса отдельных элементов в связи с совершенствованием элементной базы.
11. Контролепригодность и ремонтопригодность характеризуют приспособленность РЛС к данному виду эксплуатации.
Технические характеристики РЛС
Технические характеристики определяются теми инженерными решениями, которые используются для обеспечения тактических характеристик. Основными техническими характеристиками РЛС, подлежащими расчету, являются:
- рабочая длина волны;
- тип и длительность зондирующего сигнала (метод модуляции);
- период следования зондирующего сигнала ТП;
- средняя и импульсная мощность излучения РСР и Ри РЛС;
- форма ДНА;
- GА - коэффициент направленного действия антенны и метод обзора заданной зоны (скорость обзора);
- коэффициенты шума () и полоса пропускания () приемника, а также степень оптимизации приемника;
- отношение сигнал/шум на выходе оптимального приемника (Q);
- энергетический потенциал станции ();
- масштабы воспроизведения информации;
- методы измерения координат и тип устройства для воспроизведения информации и сопряжения РЛС и БЭВМ;
Обоснование, расчет и выбор технических характеристик РЛС.
В основе расчета основных технических характеристик лежит их взаимосвязь с тактическими характеристиками РЛС через основное уравнение радиолокации:
(1.1)
,
где Dmax - максимальная дальность действия РЛС; Pи - мощность излучения в импульсе; и - длительность импульсного сигнала; nи, - число импульсов, отраженных от цели; GА - коэффициент направленного действия антенны;
- среднее значение эффективной отражающей поверхности цели;
SА - эффективная площадь антенны РЛС; - коэффициент полезного действия трактов приема и передачи; Q - отношение сигнал-шум на выходе достаточного приемника (оптимального фильтра), определяемое заданными вероятностями правильного обнаружения D и ложной тревоги F ;
к - постоянная Больцмана; Т - температура входа приемного тракта, K; ПРМ- коэффициент потерь в приемном тракте, зависящий от неоптимальности частотной характеристики приемника и потерь в накопительном устройстве; бКМЗ„ - коэффициент километрического затухания радиоволн в атмосфере, дБ/км; - коэффициент шума приемника; - полоса пропускания приемного тракта.
Порядок расчета технических характеристик
1. Расчет оптимальной длины волны излучаемых сигналов
При расчете технических характеристик особые трудности вызывает определение оптимальной длины волны радиолокатора. Оптимальную длину волны следует определять для заданной в составе тактических характеристик дальности с учетом затухания волны в атмосфере. При заданных значениях величин, входящих в основное управление радиолокации, импульсная мощность Pи является функцией длины волны, для конкретной дальности действия и условий распространения (бКМЗ):
Из этого уравнения следует, что импульсная мощность. при заданной дальности, является функцией только длины волны зондирующего сигнала и имеет экстремум. Таким образом имеется значение длины волны для которой импульсная мощность минимальна. Эта длина волны является оптимальной для заданной дальности и конкретных условий распространения. Для корректного нахождения оптимальной длины волны последнее уравнение следует продифференцировать по л, дифференциал приравнять нулю и из полученного выражения определить оптимальную длину волны минимизирующую мощность зондирующего сигнала. Эту задачу можно решить подставляя значения л по точкам.
Графическое решение данного уравнения приведено на рис. 5.1, из которого видно, что данная зависимость имеет экстремум (минимум), в соответствии с которым и может быть выбрана длина волны зондирующего сигнала .
Для других интенсивностей осадков информацию об можно найти в [41].
Параметром кривых является дальность. Если требуемая в проекте дальность не соответствует приведенному в графике ряду или интенсивность осадков не равна используемой для построения графиков рис.5.1, то расчет оптимальной длины волны производится студентом самостоятельно.
Рис. 5.1 Зависимость изменения энергии передатчика от длины волны вдожде с интенсивностью 4 мм/ч
На выбор длины волны влияет также необходимость обеспечения выбранной разрешающей способности станции по угловым координатам, потенциальная составляющая которой зависит от длины волны и апертуры антенны (где = 65л/da, da-величина апертуры параболической антенны). Отсюда следует, что ширина диаграммы направленности при ограниченной апертуре антенны может быть уменьшена только уменьшением длины волны. Если длина волны, определяемая величиной угловой разрешающей способности, меньше , то она определяется исходя из необходимости обеспечения заданной разрешающей способности по углу.
Необходимо, однако, отметить что несомненные преимущества мм диапазона на малых дальностях и 10 см диапазона на больших не исключают появления в ближайшем будущем 2 диапозонных РЛС и уже имеется прецедент их создания фирмой Колинз.
2. Расчет длительности зондирующего импульса
Как правило, тип зондирующего сигнала в РЛС принят импульсным с хорошей разрешающей способностью и высокой точностью измерения параметров. Длительность импульса определяется величиной разрешающей способности по дальности и равна:
где - разрешающая способность РЛС заданная тактическими характеристиками;
- потенциальная разрешающая способность, равная : ;
- разрешающая способность индикатора определяется современным уровнем индикаторных устройств и может быть определена как:
/Q;
Ql/dП - добротность электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), как правило, не превышающая величины 300;
l - диаметр экрана ЭЛТ; dП - диаметр пятна ЭЛТ.
Необходимо отметить, что требуемая разрешающая способность станции на масштабе ЭЛТ, соответствующем максимальной дальности, не всегда может быть обеспечена приемлемыми размерами трубки. Поэтому весь диапазон просматриваемых дальностей может быть разбит на поддиапазоны, в части из которых разрешающая способность обеспечивается на заданном уровне.
Параметры зондирующего сигнала , ТП и - определяются требуемой энергоемкостью, разрешающей способностью и точностью измерения.
3. Период следования зондирующих сигналов
Период следования зондирующих импульсов определяется из условия однозначного отсчета дальности и равна:
,
где tmax - максимальное время задержки сигнала, соответствующее Dmax..
Период следования нужно выбирать наименьшим из возможных так, как при этом можно увеличить количество накапливаемых импульсов в приемнике при заданном времени обзора, а также увеличить скорость обзора заданного пространства.
4. Ширина диаграммы направленности и разрешающая способность по угловым координатам
Ширина диаграммы направленности определяется с помощью величины разрешающей способности по угловой координате , выбранной в ходе обоснования тактических характеристик
0,7+ dП /2рr
где r- радиус на экране индикатора кругового обзора (ИКО), на котором находится цель. Отсюда следует, что на дальностях, близких к центру экрана, разрешающая способность по углу крайне низка. Лишенным этого недостатка является индикатор телевизионного типа, угловая разрешающая способность которого равна: 0,7+dП/l,
где - сектор обзора, выбранный в ходе обоснования тактических характеристик (для кругового обзора равный ).
5. Количество накапливаемых в приемнике импульсов и скорость вращения антенного устройства
Количество накапливаемых импульсов
,
где КА - коэффициент, учитывающий форму ДНА, для конического луча равный 0,9;
- время обзора цели диаграммой направленности антенны
шириной ;
- угловая скорость обзора пространства;
- ширина диаграммы направленности антенны.
Метод обзора пространства так же, как скорость обзора, определяет количество накапливаемых импульсов в приемнике, т.е. количество импульсов в пачке.