Проектирование радиолокационной станции для обнаружения надводных целей в пределах речного шлюза Уст...

Тафу=67°alф=67°·0.0794·30=160˚.

где lф-длина фидерой линии (принимаем расстояние от технического здание до шлюза, с запасом)

Тафу=290°(1-КПД); КПД=1-(Тафу /290°)=1-0,55=0,45

Вычисление шумовой температуры антенной системы выполняется по формулам

Та=Тафу+КПД·ТН.СР+КПД·То(1-a1+a1·u)=

=160+0,45·10+0,45·290(1-0,925+0,925·0,025)=177,3

Ta=177,3˚K

Т=Та+Тпр

T=2277,3˚K

Определим диаметр раскрыва зеркала. Ширина диаграммы направленности в случае неравномерного возбуждения раскрыва зеркала определяется:

Q0,5Е = 1,3l / l1

Q0,5H = 1,2l / l2

где 2Q0,5Н ,2Q0,5E – ширина ДН в плоскостях Н и Е соответственно, рад;

l - длина волны;

l1 и l2 – горизонтальный и вертикальный размеры антенны;

l1=1.3 l/Q0,5E=(1,3*3*108/7,5*109)/ 0,035=1,49 м

l2=1.2 l/Q0,5H=(1,2*3*108/7,5*109)/ 1,41=0,14 м

Определение угла раскрыва и фокусного расстояния зеркальной антенны.

С точки зрения оптимизации геометрии антенны по максимальному отношению сигнал/шум необходимо произвести следующий расчет:

Чувствительность g определяется формулой g=Sa2a3hg’

где первые четыре коэффициента не зависят от угла раскрыва Y0,а g’ вычисляется:

g’=ga1/(T1+КПД*Т0*(cosn+1Y0+u(1-cosn+1Y0)))

где Т1=Тпр+Т0(1-КПД)+КПД Тнср

Т0=290°К

u=(0.2-0.3)-коэффициент учитывающий “переливание” части мощности облучателя через края зеркала,

a1=1-cosn+1Y0

S=0,25pl1l2 - площадь апертуры зеркала

n=6 – число характеризующее тип облучателя, в данном случае пирамидальный рупор.n=0.81;

Строим график функции g(Y0) и по максимальному значению определяем угол раскрыва зеркала.

Рисунрк 8.1 – Зависимость отношения сигнал/шум от угла раскрыва

Из зависимости видно, что функция γ(Y0) достигает максимума при Y0=0,81 радиан (46˚).

Зная угол раскрыва и поперечные размеры можно найти фокусное расстояние зеркала:

Таким образом, основные геометрические размеры зеркала рассчитаны.

Рассчитаем геометрические и электродинамические характеристики облучателя.

Расчёт сводится к определению геометрических размеров облучателя, при которых уменьшение амплитуды поля на краю раскрыва зеркала происходит до одной трети амплитуды поля в центре раскрыва, и диаграммы направленности облучателя.

Рупор пирамидальный

Рисунок 8.2 – Облучатель. Пирамидальный рупор

Диаграммы направленности рупорной антенны рассчитываются по формулам:

В Е плоскости (Рис 2.7.3 а)

В Н плоскости (Рис 2.7.3 б)

Где β0=2π/λ – волновое число β0=2*3,14/(3*108/7,5*109)=157,1

Рисунок 8.3 – ДН облучателя: а – в Е плоскости; б – в Н плоскости.

Множители ap и bp в уравнениях диаграмм направленности – поперечные размеры рупора выбираются из условия спадания поля на краю раскрыва до одной третей по отношению к полю в центре раскрыва. В данном случае ap=5,15 см и bp=3,76 см.

Для оптимального рупора (наибольший КНД) продольные и поперечные размеры связаны между собой соотношениями:

в Е плоскости

в Н плоскости

Распределение поля в апертуре зеркала.

Расчёт распределения поля в апертуре зеркала осуществляется по следующим формулам:

Где F0(Ψ) - диаграмма направленности облучателя

Ψ0 – угол раскрыва

Ψ – текущий угол

Таким образом, поле в апертуре зеркала распределено по следующим законам:

в Е плоскости (рисунке 8.4 а)

в Н плоскости (рисунке 8.4 б)

Рисунок 8.4 – Распределение поля в апертуре зеркала: а – в Е плоскости; б – в Н плоскости.

Теперь рассчитаем пространственную диаграмму направленности и определим параметры параболической антенны.

Инженерный расчет пространственной диаграммы направленности параболической антенны часто сводится к определению диаграммы направленности идеальной круглой синфазной площадки с неравномерным распределением напряженности возбуждающего поля. В данном случае распределение напряженности возбуждающего поля в основном определяется диаграммой направленности облучателя в соответствующей плоскости. Выражение для нормированной ДН зеркальной параболической антенны при этом имеет вид:

где J1 и J2 – цилиндрические функции Бесселя первого и второго порядка;

k1=Екр/Еmax=cos2(Ψ0/2)Fобл(Ψ0) – коэффициент, показывающий во сколько раз амплитуда возбуждающего поля, на краю раскрыва меньше амплитуды в центре раскрыва, в соответствующей плоскости с учётом различий расстояний от облучателя до центра и края зеркала.

Таким образом, пространственная ДН принимает вид в плоскости Е рисунок 8.5 а. и в плоскости Н рисунок 8.5 б.

Рисунок 8.5 а – ДН антенны в Е плоскости.

Рисунок 8.5 б - ДН антенны в Н плоскости.

Таким образом, реальная ширина диаграммы направленности составляет: в горизонтальной плоскости 0,034 радиана или 1,97˚;

в вертикальной плоскости 1,54 радиана или 88,2˚;

что вполне удовлетворяет требованиям.

9 УТОЧНЕННЫЕ ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЛС

В вышеприведенных пунктах дипломного проекта были рассчитаны основные тактико-технические характеристики радиолокационной станции обзора водной поверхности речного шлюза.

Теперь учтем влияние метеорологических условий среды на работу радиолокационной станции, а точнее, их влияния на характеристики обнаружения.

На пути распространения зондирующего и отраженного сигнала могут быть такие метеообразования как дождь или туман.

Из рисунков 5.6 и 5.7 [12] находим коэффициенты поглощения энергии радиоволн в различных средах. Зная длину волны l=4 см, зададимся наихудшими условиями: сильный дождь (16 мм/ч), туман с видимостью 30м и так же учтем затухание в кислороде. Поглощение энергии радиоволн с данной длиной волны в парах воды несущественно, поэтому его можно не учитывать.

В итоге суммарный коэффициент поглощения равен:

Общее затухание энергии на пути распространения, равном 2км (так как учитывается распространение сигнала от передающей антенны до цели и от цели до приемной антенны), составит 0,41 дБ или 1,01 раза.

Тогда мощность полезного эхо-сигнала на входе приемника составит:

где РSr – мощность сигнала на входе приемника без учета затухания при распространении, известно из главы 2.2; и отношение сигнал/шум составит:

где РNr – мощность шумов на входе приемника.

Зная отношение сигнал/шум и необходимую вероятность правильного обнаружения, находим из графика рис 4.3 [12] вероятность ложной тревоги, Рлт=1,1·10-4, что практически совпадает со значением в задании и не оказывает существенного влияния на параметры обнаружения.

Тактико-технические характеристики спроектированной радиолокационной станции сведены в таблицу 2.8.1.

Таблица 9.1 – Тактико-технические характеристики РЛС

Параметр

Значение

Дальность действия, м

1000

Вероятность правильного обнаружения

0,95

Вероятность ложной тревоги

1,1·10-4

Мощность передатчика, мВт

122