Расчет некогерентной радиолокационной измерительной системы кругового обзора 
 
Оглавление
Задание 
Исходные данные (вариант № 16) 
Расчет тактических показателей РЛС кругового обзора 
1. Расчет максимальной дальности действия с учётом поглощения. 
2. Расчет реальной разрешающей способности по дальности и азимуту. 
3. Расчет реальной точности измерения дальности и азимута 
Функциональная схема 
Литература
 
Задание
1. Требуется рассчитать тактические показатели РЛС кругового обзора: 
а) максимальную дальность с учётом поглощения; 
б) реальную разрешающую способность по дальности и азимуту; 
в) реальную точность измерения дальности и азимута. 
2. Составить функциональную схему РЛС с кратким описанием процессов, протекающих в РЛС при её работе. 
Исходные данные (вариант № 16) 
1. Длина волны l, [см]............................................................................................................... 8   
2. Импульсная мощность Ри, [кВт]........................................................................................... 700   
3. Длительность импульсов tи, [мкс]....................................................................................... 2,8   
4. Частота посылок импульсов Fи, [Гц]................................................................................... 700   
5. Горизонтальный размер зеркала антенны dаг [м]............................................................... 7   
6. Вертикальный размер зеркала антенны dав, [м].................................................................. 2,5   
7. Период обзора Тобз, [с]........................................................................................................... 5   
8. Коэффициент шума приёмника kш....................................................................................... 5   
9. Вероятность правильного обнаружения Wпо....................................................................... 0,8     
10. Вероятность ложной тревоги Wлт....................................................................................... 10-5     
11. Диаметр экрана индикатора кругового обзора dэ, [мм].................................................... 400     
12. Эффективная отражающая площадь цели Sэфо, [м2].......................................................... 30     
13. Качество фокусировки Qф.................................................................................................... 400     
14. Предельное значение шкалы дальности Dшк1, [км]............................................................ 50 
Dшк2, [км]............................................................ 400     
15. Измерительные метки дальности DD, [км]......................................................................... 15     
16. Измерительные метки азимута Dj, [град].......................................................................... 4
Расчет тактических показателей РЛС кругового обзора
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: 
Eизл - энергия, излучаемая в одном импульсе, 
Еизл=Риtи=7001032,810-6=1,96 Дж 
Sа - эффективная площадь антенны, 
Sа= dагdав= 72,5=8,75 м2 
Sэфо - эффективная отражающая площадь цели; 
l - длина волны; 
kр - коэффициент различимости (отношение энергий сигнал/шум на входе приемника, при котором обеспечивается прием сигналов с заданными Wпо и Wлт) kр=kр. т. , где 
kр. т. - теоретический коэффициент различимости, 
kр. т. = , q0 - параметр обнаружения, 101,2 
N - количество импульсов, принимаемых от цели, 
N=tоблFи , где tобл , 
Fи - частота посылок импульсов. 
Qa0,5 - ширина диаграммы направленности антенны на уровне 0,5 по мощности, 0,74 град; - угловая скорость вращения антенны, = 72 град/с; Подставляя полученные значения, будем иметь: tобл= 0,01 с, N = 7 импульсов и kр. т. = 7,2. 
Пусть =10, тогда kP=72. 
Еш - энергия шумов, действующих при приёме. 
Eш=kkшT, где 
T - температура приемника в градусах Кельвина (примем T=300К) ; 
k=1,3810-23 Дж/град постоянная Больцмана; 
kш - коэффициент шума приемника. 
Eш=kkшT =1,3810-235300=2,0710-20 Дж 
Подставляя все полученные значения в (1) , находим 440,3 км 
Теперь определим максимальную дальность действия РЛС с учетом поглощения энергии радиоволн. 
, где (2) 
dосл - коэффициент ослабления, а DD - ширина ослабляющего слоя. 
Значение dосл находим по графикам. Для l=8 см dосл 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 [1] для dосл = 0,01 дБ/км и Dмакс= 440,3 км рассчитываем Dмакс. осл= 309 км. 
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) = d(D) пот+d(D) инд, где 
d(D) пот потенциальная разрешающая способность по дальности. Для сигнала в виде некогерентной пачки прямоугольных импульсов 0,42 км. 
d(D) инд - разрешающая способность индикатора по дальности вычисляется по формуле, где 
Dшк - предельное значение шкалы дальности, 
kэ= 0,4 - коэффициент использования экрана, 
Qф - качество фокусировки трубки. 
Для Dшк1=50 км d(D) инд1=0,31 км. 
Для Dшк2=400 км d(D) инд2=2,50 км. 
Реальная разрешающая способность по дальности: 
для Dшк1=50 км d(D) 1=d(D) пот+d(D) инд1 =0,42+0,31=0,73 км; 
для Dшк2=400 км d(D) 2=d(D) пот+d(D) инд2 =0,42+2,50=2,92 км. 
Реальную разрешающую способность по азимуту рассчитаем по формуле: 
d(jаз) =d(jаз) пот+d(jаз) инд , где 
d(jаз) пот - потенциальная разрешающая способность по азимуту при аппроксимации диаграммы направленности гауссовой кривой; 
d(jаз) пот =1,3Qa0,5=0,962 град d(jаз) инд - разрешающая способность индикатора по азимуту d(jаз) инд =dnMf, где 
dn - диаметр пятна электронно-лучевой трубки 
Mf =360 / 2pr - масштаб шкалы, r удаление отметки от центра экрана. 
Принимая r=kэdэ / 2, (отметка на краю экрана) , получим 0,717 град 
Реальная разрешающая способность по азимуту: d(jаз) =0,962+0,717=1,679 град
3. Расчет реальной точности измерения дальности и азимута
Точность характеризуется ошибкой измерения. Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения дальности рассчитаем по формуле:, где s(D) пот - потенциальная ошибка измерения дальности. 
, где q0 - удвоенное отношение сигнал/шум 26,47 s(D) пот =0,046 км 
Ошибкой из-за непрямолинейности распространения s(D) распр пренебрегаем. Аппаратурные ошибки s(D) апп сводятся к ошибкам отсчета по шкале индикатора s(D) инд. Принимаем метод отсчета по электронным меткам (масштабным кольцам) на экране индикатора кругового обзора. 
s(D) инд =0,1DD=1,5 км, где 
DD - цена деления шкалы. 
s(D) =1,5 км
Результирующую среднеквадратическую ошибку измерения азимута определим аналогично. 
0,04 s(jаз) инд=0,1Dj=0,4 s(jаз) =0,4
 
Функциональная схема РЛС
РЛС кругового обзора предназначена для обнаружения объектов и измерения их координат. 
Сбор информации об объекте осуществляется путем их облучения и приема отраженных от них сигналов. Колебания, вырабатываемые передатчиком, с помощью антенны излучаются в пространство и при достижении объекта отражаются от него. Часть отраженной энергии попадает обратно в антенное устройство РЛС, усиливается в приемнике и фиксируется в выходном устройстве. Появление сигналов на выходе РЛС говорит о наличии объекта в пространстве. 
Дальность до объекта определяется импульсным методом. Формирователь импульсов запуска вырабатывает импульсы, следующие с заданной частотой посылок Fи. Эти импульсы используются для запуска передатчика и синхронизации выходного устройства. В состав передатчика входит импульсный модулятор, формирующий импульсы длительностью tи и мощностью Pи, управляющие генератором высокой частоты. Радиоимпульсы, вырабатываемые генератором, проходят через антенный переключатель и излучаются с помощью антенны в пространство. Отраженные сигналы в виде таких же радиоимпульсов, только меньшей мощности и запаздывающие относительно излучаемых на время tD=2D/с, принимаются той же антенной и через антенный переключатель проходят в приемник, где усиливаются и детектируются. Продетектированные сигналы поступают в выходное устройство РЛС, где осуществляется измерение времени запаздывания. 
Угловые координаты объекта определяются по направлению прихода. Антенная система с узкой диаграммой направленности осуществляет последовательный обзор пространства. Сигнал цели, принимаемый антенной системой, усиливается в приемнике и поступает в выходное устройство, где отмечается текущий угол поворота диаграммы направленности. 
В качестве выходного устройства РЛС используется индикатор кругового обзора. Отклоняющая катушка вращается вокруг горловины трубки синхронно с вращением антенны и питается пилообразным током от схемы развертки. При соответствующем начальном ориентировании отклоняющей катушки и оси антенны, на экране трубки будет видна радиальная линия, прочерчиваемая электронным лучом, которая в каждый момент времени будет указывать положение оси диаграммы направленности в пространстве. 
Сигналы с выхода приемника подаются на управляющий электрод трубки и увеличивают в момент прихода яркость линии развертки. За время облучения цели на экране будет засвечена отметка цели в виде дужки. Длина радиуса в масштабе представляет дальность цели, а угол между отчетным направлением и радиусом даст ее азимут. Для сохранения картины расположения целей на время, равное периоду обзора, экран трубки выполняется с послесвечением. 
Литература
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.