Вибір схеми захисту від пасивних завад



 

Показником якості функціонування системи захисту від пасивних завад є коефіцієнт поліпшення відношення сигнал/завада:

 

 (4.4)

 

де  та  - вихідне та вхідне відношення потужності сигналу до потужності пасивної завади, усереднене за усіма швидкостями цілей. Цей параметр враховує як послаблення завади в фільтрі системи захисту, так і середній виграш системи. Таким чином, коефіцієнт поліпшення є показником відгуку фільтра системи захисту на сигнали пасивної завади по відношенню до усередненого відгуку на сигнали від цілей.

Співвідношення (4.4) можна записати так:

 

, (4.5)

 

де  - реальний коефіцієнт придушення пасивної завади;

 - усереднений за усіма доплеровськими частотами коефіцієнт підсилення потужності сигналу.

При цьому передбачається, що сигнал від цілі має постійну амплітуду, а її радіальна швидкість рівноймовірна для всього діапазону значень.

Як випливає з визначення коефіцієнта поліпшення, для його обчислення необхідно знати потужність  залишків пасивної завади на виході системи захисту, на яку впливають нестабільності елементів системи, рух антени, вобуляція періоду та ін. Вплив кожного окремого фактора можна врахувати та оцінити через результуючий коефіцієнт поліпшення. Якщо перелічені фактори, які впливають на рівень залишків пасивної завади, статистично незалежні, то сумарна потужність залишків завади  дорівнює сумі потужностей залишків від окремих факторів:

 

,

 

де  - кількість факторів, які формують залишки після компенсації пасивної завади.

Тоді коефіцієнт поліпшення усієї системи (4.5) оцінюється через поодинокі коефіцієнти поліпшення за допомогою співвідношення [4]:

 

. (4.6)

 

Коефіцієнт поліпшення, що визначається формулою (4.6), враховує як зовнішні, так і внутрішні джерела, які сприяють формуванню залишків пасивної завади.

Якщо взяти значення сигналу як усереднене за усіма можливими швидкостями цілі та припустити, що енергія сигналу рівномірно розподілена за інтервалом частот , то середнє підсилення сигналу за потужністю фільтром системи захисту дорівнює підсиленню шуму за потужністю тим же фільтром [2]:

 

, (4.7)


де  - амплітудно-частотна характеристика фільтра системи захисту. Якщо основою системи захисту є пристрій ЧПК, то [3]:

 

,

 

де  - кратність пристрою ЧПК.

Як вже відмічалось, реальний коефіцієнт придушення пасивної завади залежить не тільки від статистичних властивостей завади, но і від багатьох інших факторів. Аналогічно коефіцієнту поліпшення, реальний коефіцієнт придушення пасивної завади  визначається з виразу

 

,

 

де  - коефіцієнт придушення пассивної завади, який залежить тільки від статистичних властивостей завади й називається потенційним коефіцієнтом придушення; він може бути визначений через коефіцієнт кореляції пасивної завади  [3]:

 

 

 - кількість факторів, які впливають на ступінь придушення пасивної завади;  - поодинокі коефіцієнти придушення.

Коефіцієнт кореляції пасивної завади однозначно визначається її спектром флуктуацій. Відповідно до форми спектра флуктуацій, завади поділяються на гауссові та резонансні. Коефіцієнти кореляції гауссової та резонансної завад описуються відповідно такими виразами [4]:

 

 та ,

 

де  - півширина спектра флуктуацій завади на рівні 0,1.

Фактори, які впливають на ефективність функціонування системи захисту від пасивних завад, можна поділити на дві групи. Першу групу складають фактори, вплив яких неможливо виключити ніякими технічними засобами, а другу - ті, вплив яких можна зменшити схемотехнічно. До першої групи належить, наприклад, вплив сканування антени, а до другої - динамічний діапазон використованої елементної бази, нестабільності частот генераторів гармонічних коливань, нестабільності періоду повторення, тривалості і амплітуди зондуючих імпульсів, ефекти квантування при використанні цифрової елементної бази та ін. У [5] наведений достатньо повний їхній перелік; нижче наведені деякі поодинокі коефіцієнти придушення.

Сканування антени. Для гауссової апроксимації ДН антени [5]

 

 

Використання цієї формули при інших видах апроксимації припустимо на етапі ескізного проектування.

Динамічний діапазон використованої аналогової елементної базі. Практика свідчить, що динамічний діапазон сигналів на вході РЛС може перевищувати 100 дБ. Проте динамічний діапазон ультразвукових ліній затримки (УЗЛЗ) суттєво нижчий за цю величину: . Тому коефіцієнт придушення пасивної завади в аналоговій системі СРЦ обмежений величиною .

Ефекти квантування при використанні цифрової елементної бази. Враховуючи наявність квадратурних каналів, а також (4.7), коефіцієнт придушення пасивної завади в цифровій системі обмежений величиною

 

,

 

де  - розрядність АЦП.

Нестабільності частот генераторів гармонічних коливань приводять до появи нескомпенсованих залишків від сигналу пасивної завади з середньоквадратичним значенням  і обмежують коефіцієнт поліпшення величиною [5]

 

.

 

Враховуючи, що зміни фаз коливань генераторів незалежні, отримаємо

 

,

 

де  - кількість генераторів гармонічних коливань в РЛС з середньоквадратичним значенням фази . Вважаючи, що на малих відрізках часу відхід частоти генератора можна з достатнім ступенем точності апроксимувати лінійним законом зі швидкістю зміни , знайдемо середньоквадратичне значення фазового зсуву


,

 

де  - тривалість активної роботі -го аналізованого генератора протягом  (для задавального генератора ЗГ схеми рис.4.4, а, стабільного генератора СГ та місцевого гетеродина схеми рис.4.4, б, когерентного КГ та місцевого МГ гетеродинів схеми рис.4.4, в , а для генератора високої частоти ГВЧ схеми рис.4.4, в ). Оскільки на роботу системи захисту від пасивної завади впливають відходи частоти за період повторення, то, запроваджуючи відповідні відносні нестабільності , остаточно отримаємо

 

.

 

Звичайно вважають, що кожний генератор однаково впливає на серед-ньоквадратичне значення випадкового фазового зсуву, тобто

 

.

Нестабільність періоду повторення зондуючих імпульсів  відносно часу затримки УЗЛЗ  спричиняється, в першу чергу, залежністю параметрів лінії від температури; вона обмежує коефіцієнт придушення пасивної завади величиною [15]

 

,

 

де  - щілинність зондуючих імпульсів.

Таким чином, вибір схеми системи завадозахисту від пасивних завад здійснюється шляхом пошуку такого варіанта, який приводить до коефіцієнта поліпшення відношення сигнал/завада не нижче заданого при вибраних характеристиках окремих блоків РЛС. При виконанні курсової роботи треба проаналізувати не менше трьох наборів значень поодиноких коефіцієнтів придушення .

З метою поліпшення експлуатаційних характеристик системи завадозахисту в умовах апріорної невизначеності застосовуються адаптивні системи.


Висновок

 

Згідно з технічним завданням на курсову роботу результаті виконання даної курсової роботи були розраховані технічні параметри імпульсної оглядової радіолокаційної станції.

А саме було розрахований сигнал, параметри сигналу, параметри антени, реальна розпізнавальна здатність за віддаллю та азимутом, потенційна та реальна точність виміру віддалі і азимуту.

Після виконання курсової роботи можна зробити висновок, що курсова робота відповідає всім вимогам технічного завдання.


Додатки

 

Додаток А

 

  Параметр Значення   Параметр Значення
1 , с 19
2 , с 20
3 , с 21 , м2
4 22 , м
5 23 , м
6 24 , Дж
7 25 , с
8 26 , м
9 27 ,%
10 28
11 29 , м
12 30 , м
13 31 , град
14 , м 32 , град
15 , дБ 33 , м
16 , Дж 34 , град
17 , Гц 35 , м
18 , Вт 36 , град

 

Вибір типу РЛС

Когерентно-імпульсні РЛС з СРЦ підрозділяються на дійсно когерентні та псевдокогерентні [5]. Неоднаковість цих систем полягає в способі побудови передавального пристрою та способі отримання опорної когерентної напруги.

 

 

На рис.5.1, а зображено варіант укрупненої структурної схеми дійсно когерентної РЛС. У цій системі передавач побудовано за багатокаскадним принципом. Гармонічні стабільні коливання зада-вального генератора ЗГ з частотою  пере-множуються за частотою в помножувачі ПЧ1 до величини, що дорівнює несучій частоті РЛС . Коливання частоти  надходять на підсилювач потужності ПП, де здійснюється імпульсна модуляція та підсилення коливань за потужністю. Модулятор керується від подільника частоти ДЧ з коефіцієнтом ділення , який шляхом ділення часто-ти ЗГ формує короткі імпульси з частотою повторення . Модулятор М формує імпульси тривалістю , які прямують з частотою . Прийнятий сигнал з виходу антенного перемикача АП подається на змішувач ЗМ, куди одночасно надходить коливання задавального генератора після помноження його частоти в помножувачах ПЧ2 та ПЧ3. Частота коливання з виходу ПЧ3 відрізняється від частоти  на величину проміжної частоти . Відбитий сигнал з виходу змішувача ЗМ потрапляє до лінійного радіопідсилювача РП, якого настроєно на проміжну частоту, і далі на когерентний детектор КД. Одночасно на детектор КД надходить опорний сигнал, який отримано шляхом помноження частоти задавального генератора в помножувачі ПЧ2 до значення . Сигнал з виходу детектора КД надходить до пристрою черезперіодної компенсації (ЧПК). Сигнали з виходу пристрою ЧПК після перетворення в однополярні потрапляють до відеопідсилювача ВП, а з нього - на пристрій виявлення та вимірювання координат цілей.

На рис.5.1, б зображена укрупнена структурна схема псевдокогерентної РЛС з СРЦ, у якій за передавач використовується підсилювач потужності ПП з імпульсною модуляцією, а опорний сигнал формується за допомогою стабільного генератора СГ гармонічних коливань з частотою . Сигнал генератора СГ подається на когерентний детектор КД як опорний. Він же надходить до змішувача ЗМ1, куди одночасно подається сигнал від місцевого гетеродина МГ, який генерує гармонічні коливання на частоті  або . Коливання з виходу ЗМ1 на частоті  надходить до підсилювача ПП, в якому здійснюється його підсилення та імпульсна модуляція. На виході підсилювача ПП утворюються радіочастотні імпульси потрібної потужності та тривалості, які прямують з частотою . Ці імпульси через антенний перемикач АП надходять до антени А. У режимі приймання сигнали з виходу перемикача АП надходять до змішувача ЗМ2, куди одночасно подається коливання від гетеродина МГ. Сигнали проміжної частоти з виходу змішувача ЗМ2 надходять до радіопідсилювача РП і далі до когерентного детектора КД. Подальше проходження сигналів не відрізняється від викладеного для дійсно когерентної схеми.

На рис 5.1, в наведено укрупнену структурну схему псевдокогерентної РЛС з однокаскадним передавачем на магнетроні. У цьому випадку генератор високочастотних коливань ГВЧ працює в режимі самозбудження при модуляції імпульсами з частотою повторення РЛС. Опорний когерентний сигнал формується когерентним гетеродином КГ, який генерує стабільні гармонічні коливання з частотою  та синхронізується за фазою імпульсами генератора ГВЧ, які перетворені на проміжну частоту. Схема керування СК призначена для зміни режиму роботи когерентного гетеродина перед початком фазування з метою підвищення його ефективності. Синхрогенератор СГ генерує послідовність відеоімпульсів з частотою повторення РЛС. По суті робота цієї схеми не відрізняється від роботи розглянутих раніше схем.

Для простих зондуючих сигналів ( ) можна використовувати як дійсно когерентну, так і псевдокогерентні схеми побудови РЛС. У цьому випадку вибір структурної схеми визначається тим, який з типів високочастотних ламп, що освоєні промисловістю, задовольняє вимоги проектованої РЛС за несучою частотою, потужністю, коефіцієнтом корисної дії, тривалістю (шириною спектра) зондуючого сигналу, вартістю та ін. РЛС зі складними сигналами реалізуються за дійсно когерентною схемою або псевдокогерентною з підсилювачем потужності.

 

Обираємо дійсно когерентну РЛС

 

Рис 5.2 Структурна схема когерентно-імпульсної РЛС

 

Огляд роботи РЛС УВД

 

РЛС управління повітряним рухом використовуються для управління рухом літаків у повітрі в районі аеродрому і на землі після посадки. Такі станції дозволяють виявляти літаки, що прибувають, здійснювати їх індивідуальне розпізнання, направляти літаки в зони очікування і контролювати рух в цих зонах, послідовно виводити літаки на посадочний курс і спостерігати за виконанням посадки. Стежити за пересуванням літаків і автотранспорту по льотному полю.

Основні тактичні вимоги до РЛС формулювалися на міжнародних конференціях з повітряної навігації [1] з урахуванням специфіки руху літаків у районі аеродрому. Вважається, що віддаль дії РЛС спостереження за повітряною обстановкою в районі аеродрому повинна бути 150-200 км. Така віддаль забезпечує можливість отримання необхідної інформації про виявлений літак за час його наближення до аеродрому. Одночасно вона дозволяє організувати зону очікування для досить великої кількості літаків.

Огляд по азимуту цими станціями повинен здійснюватися в межах 360°, огляд по куту місця - від 1-2° до 25-30°. Помилка у визначенні віддалі не повинна перевищувати 0,4 км. Припустима помилка вимірювання азимута складає 1°. Визначення висоти польоту літаків на відстані до 40 км,на висотах до 3000 м і при кутах місця від 2 до 25° повинно здійснюватися з точністю не гірше за 300 м. Роздільна здатність по віддалі повинна бути не гірше за400 м,а по азимуту - не гірше за 2°. Період огляду не повинен перевищувати 15 с. Дуже важливими є вимоги індивідуального розпізнавання цілей, автоматичного попередження аварійних ситуацій і забезпечення працездатності системи УВС у самих різних метеоумовах.

РЛС управління повітряним рухом призначені для вирішення приблизно тих же завдань, що і РЛС виявлення і наведення, тобто виявлення літаків і визначення їх координат. Тому природно, що структура РЛС обох типів має багато спільного. Зараз за кордоном вважається перспективним використання для цілей управління повітряним рухом (УПР) РЛС ППО. Проте для станцій вказаних типів характерні істотні відміни, обумовлені перш за все тим, що РЛС УПР взаємодіють зі своїми літаками. Після виявлення літака з ним встановлюється двосторонній радіозв'язок, який дозволяє одержати важливу інформацію про літак та його траекторію, включаючи відомості, наприклад, про висоту польоту. Таким чином, РЛС УПР може не вимірювати висоти цілей.

На своїх літаках можуть встановлюватися відповідачі для використання при спостереженні за цілями методом активної відповіді. Це дозволяє у декілька разів підвищити віддаль виявлення (тобто істотно знижуються вимоги до РЛС виявлення), дуже просто здійснити індивідуальне розпізнавання цілей (кодування сигналів відповідача), забезпечити надійну роботу системи в поганих метеоумовах, а також передавати з борту літака на землю додаткову інформацію (наприклад, про висоту польоту). Природно, що застосування активної відповіді створює деякі додаткові труднощі: потрібна спеціальна апаратура на борту літаків, необхідно боротися із запуском відповідачів по бічних пелюстках діаграми РЛС виявлення, потрібна спеціальна наземна апаратура для прийому й індикації сигналів бортових відповідачів.

Як правило, сучасні РЛС управління повітряним рухом є імпульсними і некогерентними. Вважається перспективним також застосування в них режимів когерентної роботи (при забезпеченні внутрішньої або зовнішньої когерентності), що дозволяє краще виділяти літаки на фоні гідрометеорів і місцевих предметів [2]. Випромінювані імпульси мають малу тривалість (  = 0,5-2 мкс); рекомендується застосовувати частотну модуляцію випромінюваних коливань з подальшим стиском сигналів у часі. Скорочення тривалості сигналів сприяє поліпшенню спостереження сигналів на фоні гідрометеорів. Для підвищення завадостійкості системи при запиті відповідачів передавачі РЛС випромінюють кодовані сигнали.

Робоча частота РЛС обирається не довільно, а в певних діапазонах згідно вимогам Міжнародного союзу електрозв’язку.

Для РЛС управління повітряним рухом довжина хвилі випромінюємих коливань частіше лежить в короткохвильовій частині сантиметрового діапазону (l » 3 см),що дозволяє забезпечити добре розрізняння по кутових координатах при обмежених розмірах антен; програш у віддалі дії через поглинання в атмосфері на середніх відстанях (30-50 км) не дуже великий, а велика віддаль забезпечується за рахунок використання бортових відповідачів.

На Міжнародній конференції із застосування електроніки в цивільній авіації наголошувалася доцільність використання для подібних РЛС і 10-сантиметрового діапазону хвиль.

Для зменшення інтенсивності сигналів, відбитих від гідрометеорів, прагнуть використовувати поляризаційну селекцію. Конструкція опромінювачів антен, наприклад, передбачає можливість дистанційної зміни поляризації випромінюваних хвиль (від лінійної до кругової) [4].

 

 

При прийомі сигналів використовуються поляризаційні фільтри.

Оскільки віддалі дії РЛС відносно малі, то і потужність випромінюваних коливань не дуже велика, імпульсна потужність складає 100-200 кВт. У РЛС використовуються або плоскі вертикальні промені "косекансної" форми (їх ширина в горизонтальній площині складає 1-2°), або вузькі голкоподібні промені (рис.1.1). Перевага першого рішення - це зменшення періоду огляду, а другого - можливість вимірювання висоти цілей і менша потужність передавача. Також існують РЛС з двома променями вказаної форми (відповідно два передавача і два приймача), в яких промінь косекансної форми використовується для спостереження за літаками на малих віддалях, а голкоподібний дозволяє виявляти літаки на великій віддалі.

Щоб виключити запит літакових відповідачів по бічних пелюстках діаграми спрямованості антени вживаються заходи для максимального придушення її бічних пелюстків. Вважається реальним зниження бічних пелюстків по потужності до 0,1% відносно основного.

Як вихідні пристрої в РЛС використовуються електронно-променеві індикатори кругового огляду (оцінка загальної обстановки), "віддаль-азимут" різних масштабів (високе розрізняння), "віддаль-висота". Застосування електронно-променевих трубок з великим післясвітінням дозволяє простежувати траєкторії літаків і коректувати їх відповідним чином. Зручно використовувати планшети, на яких нанесені межі зон очікування, положення злітно-посадочної смуги, що дозволяє вводити поточні дані про положення виявлених літаків.

 

Структурна схема РЛС

 

Рис 7.1 Структурна схема РЛС


Дата добавления: 2019-09-02; просмотров: 491; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!