Бортовая радиолокационная система обнаружения, страница 3

Структурная схема разрабатываемой РЛС приведена на рис. 3. Возбуждение усилителя (УС) осуществляется  от задающего генератора (ЗГ) который состоит из высокостабильных кварцевых резонаторов (Кв. Рез.), обеспечивающих требуемую стабильность частоты. На выходе ЗГ присутствуют колебания с частотой F, который поступают на усилитель и смеситель соответственно. На выходе модулируемого усилителя получаем пачку радиоимпульсов, которая излучается в пространство. Отражённый сигнал через антенный переключатель (АП), обеспечивающий использование общей антенны, поступает на малошумящий усилитель высокой частоты (УВЧ); смеситель (СМ), для перевода на промежуточную частоту; усилитель промежуточной частоты (УПЧ) и подави-

тель импульсов передатчика. Далее сигнал поступает на селекторы дальности (СД), это усилители со стробированием по дальности, которые позволяют осуществлять обработку сигнала раздельно в каждом канале дальности, их число равно наибольшей скважности излучения.  В каждом канале дальности включён полосовой фильтр (ПФ) с полосой, несколько меньшей F_п/2 , и режекторный фильтр подавления (ФП) отражений по главному лепестку антенны, превращающие импульсный сигнал непрерывный. После преобразования сигнала с помощью смесителя и гетеродина на вторую промежуточную частоту в каждом канале дальности  он подаётся на фильтровую систему, состоящую из доплеровских фильтров, после которых включены детекторы (Д), интеграторы, пороговые устройства (ПУ) и селекторы дальности (СД).  Выходные сигналы всех каналов скорости и дальности суммируются и подаются на индикатор.

В каждом канале дальности имеется много канальный измеритель дальности (МИД). Принцип его работы заключается в том, что сигнал с каждого доплеровского фильтра подаётся на частотный дискриминатор, где и выделяются колебания частоты модуляции из отражённого сигнала. Затем эти колебания сравниваются по фазе на фазовых детекторах с опорным сигналом частоты модуляции, поступающим из хронизатора. Выходные напряжения фазовых детекторов пропорциональны дальности целей, отселектированных по скорости.

Перевод системы на автосопровождение цели осуществляется после захвата цели по скорости с помощью системы АСС. Первоначально производится поиск по скорости в заданном диапазоне скоростей или доплеровских частот. После захвата цели осуществляется её сопровождение с использованием сигнала ошибки, полученного с частотного дискриминатора системы АСС. С выхода АСС сигнал на частоте модуляции подаётся на АСД, где следящий фазометр определяет разность фаз на частоте модуляции отражённого и опорного сигналов.

При использовании конического сканирования для АСН напряжения, поступающего  на АСС, модулировано по амплитуде частой сканирования. Эта модуляция сохраняется и на выходе системы АСС, а в системе АСН с помощью детектора огибающей и фильтра частоты сканирования из него выделяется сигнал ошибки на частоте сканирования, который сравнивается на фазовом детекторе с опорным сигналом генератора опорных напряжений.

 

ПУ

ПУ

                                                                                            R

 

Рисунок 3. Структурная схема РЛС.

Расчёт основных технических характеристик системы

Среднюю мощность излучения можно рассчитать по формуле:

 , где:

k = 1,23 10²³ Вт гр./   — постоянная Больцмана;

Т — абсолютная температура;

N — коэффициент шума приёмника;

Df_э — полоса пропускания приёмника;

L_s — величина потерь в системе;

R_макс — максимальная дальность обнаружения; 

G — коэффициент усиления антенны;

A_e — эффективная площадь антенны;

s — эффективная площадь цели;

N = 2 дБ;

Т₀ = 300⁰ К;

q_пор= 20 раз для вероятностей правильного обнаружения D=0.9 и ложной тревоги F=10^-6;

L_s= 2дБ;  s = 0,6 м²;

Df,t_и =0,72 - для прямоугольного импульса (см. 2, стр. 23).

  Для пачки импульсов при некогерентной обработке  - где n число импульсов в пачке. Q_пор.n= q_пор /

Пусть l = 6 см, тогда частота повторения импульсов:

F_п= 2(V_н + V_ц) / l = 2 · 1111,1 / 6 · 10^-2 = 37 кГц.

Коэффициент усиления антенны по мощности:

-   - ширина луча по точкам половинной мощности в плоскостях азимута и угла места соответственно (a₀₅ = 1,5⁰; b₀₅ = 10⁰);

-    - ширина косеканс – квадратной диаграммы направленности,

-   - КПД антенны.

Эффективная площадь или эффективный раскрыв антенны связан с коэффициентом усиления и находится по формуле:

A_e = G·l² / 4p·h , где:

 h_э - коэффициент использования площади раскрыва.

 Пусть h_э= 0,95, тогда:

A_e = 1685·0,06² / 4p·0,95 = 0,508

Число импульсов  в пачке равно:

n = q·F_п·T₀ / q₀ = 1,5·37000·3 / 360 = 463, где:

Т₀ = 3 сек (так как антенна совершает 20 оборотов в минуту),

Средняя мощность передатчика:

 кВт.

Скважность импульсов и их длительность:

Q = 1/ F_пt_и , где:

t_и = 2dR / c = 2·140 / 3·10⁸ = 8·10^-7 сек, тогда:

Q = 1 / 37000·8·10^-7 = 33,75.

Число селекторов дальности равно:

n = 1 / F_пt_и = 1 / 37000·8·10^-7 = 34;

Импульсная мощность передатчика определяется по формуле:

P_имп= Q·P_ср = 33,75·54200 = 1,8 МВт

Заключение.

Спроектированная РЛС удовлетворяет всем поставленным в техническом задании условиям.

В настоящее время разработаны ЛБВ, которые способны обеспечить требуемую (рассчитанную) мощность излучения.

Размеры антенной системы удовлетворяют условиям её размещения на борту летательного аппарата, кроме того, она должна обеспечивать переключение (при обнаружении цели) с косеканс-квадратной на узкую коническую диаграмму направленности.

Особенностью разработки бортовых РЛС является необходимость компенсации скорости носителя и учёт его особенностей движения по определённой плоской или пространственной траектории относительно подстилающеё поверхностей, облака метеообразований, дипольных полях или ионизированных частиц. Также необходимо связывать форму зондирующего сигнала с кинематикой цели и источника помех, а так же с формой ДНА.

Литература.

1. Проектирование радиолокационных систем / Рязан. гос. радиотехн. акад.; Сост.: Д. И. Попов. Рязань, 1972.

2. Основы системного проектирования радиолокационных систем и устройств: Методические указания по курсовому проектированию по дисциплине «Основы теории радиотехнических систем»  / Рязан. гос. радиотехн. акад.; Сост.: В. И. Кошелев, В. А. Фёдоров, Н. Д. Шестаков. Рязань, 1995. 60 стр.

3. Бакулев П. А., Степин В. М., Методы и устройства селекции движущихся целей.— М.: Радио  и связь, 1986. — 288 с., ил.

4. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Нью-Йорк, 1970: Пер. с англ. (в четырёх томах) / Под общей ред. К. Н. Трофимова; Том 3. Радиолокационные устройства и системы  / Под ред. А. С. Виницкого . — М.: Сов. радио, 1978, 528 с., с ил.