МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ,
СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
(МИНЦИФРЫ РОССИИ)
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»
(СПБГУТ)
Кафедра радиосистем и обработки сигналов (РОС)
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Основы радиолокации и радионавигации»
Тема работы:
Радиолокационные и радионавигационные измерители угловых координат
Выполнил:
студент 3 курса
группы РТ-01
ХХХХХХХХ
Вариант: №433
Проверил: Поддубный С.С.
Оценка:______________
Подпись______________
Дата:______________
Санкт-Петербург
2022
АМПЛИТУДНЫЙ СУММАРНО-РАЗНОСТНЫЙ РАДИОЛОКАТОР Оглавление
0. Типовое задание. 3
1. Выбор структурных схем 4
2. Расчет длины волны и параметров ФАР 8
3. Расчет параметров сигнала 8
4. Выбор параметров устройств обработки сигналов 9
5. Расчет погрешностей 10
6. Расчет энергетических параметров 14
7. Расчет вспомогательных параметров 15
8. Заключение 16
0. Типовое задание.
1. Составить и описать структурные схемы РЛ и АК с цифровым устройством, вводимым для уменьшения аппаратурной погрешности ΔθА.
2. Определить параметры антенны; зондирующего сигнала; трактов формирования и обработки сигналов; устройства уменьшения ΔθА и выдаваемого АК двоичного кода рассогласования по азимуту. Рассчитать мощности передатчика РЛ. Считать, что доплеровский сдвиг частоты компенсируется с помощью АПЧ.
3. Выбрать дальность R0, для которой производится оптимизация следящей системы АК, используя оценки σΣ при R0 = RП и R0 = RМАХ. Построить зависимость относительной полной погрешности σП/φ от R/Rmax для этих вариантов.
4. Разработать технические требования к основным элементам АК, включая передатчик, достаточные для дальнейшего проектирования.
Исходные данные
Вариант 433
|
Параметры и условия |
Значения |
ЭПР цели |
|
10 |
Размер цели |
|
12 |
Скорость цели |
|
290 |
Максимальная высота полёта |
|
25 |
Разрешающая способность по дальности |
|
60 |
Разрешающая способность по азимуту |
|
2.4 |
Диаметр ФАР |
|
0.29 |
Погрешность измерения азимута |
|
10 |
Потеря энергии сигнала по высокой частоте |
|
8 |
Потеря энергии сигнала при обработке |
|
5 |
Неидентичность фазового сдвига в приемных трактах на высокой частоте |
|
12 |
Неидентичность фазового сдвига в приемных трактах на промежуточной частоте |
|
35 |
Неидентичность коэффициентов передачи до суммарно-разностного моста |
|
0.96 |
Протяжённость зоны осадков |
|
5 |
Интенсивность осадков |
|
0.5 |
1. Выбор структурных схем
Структурная схема РЛ. В соответствии с поставленными перед РЛ общими задачами он должен иметь канал обнаружения движущихся целей (ОДЦ) и четыре измерительных канала, служащих для определения азимута, угла места, скорости и дальности цели. Наличие ОДЦ и необходимость измерения скорости требуют применения когерентного зондирующего сигнала. Последний, как указывалось, должен быть импульсным. Упрощенная структурная схема такого РД представлена на рис. 1.
Рис. 1
Источником когерентных колебаний служит синтезатор частот СЧ. Основой СЧ является когерентный генератор частоты , из которой путем дробно-рациональных преобразований формируются частоты всех сигналов, необходимых для работы РЛ. Передатчик Прд представляет собой умножитель частоты выдаваемого СЧ сигнала ( - несущая частота) в k раз с последующим усилителем мощности, периодически отпирающимся при поступлении с СЧ синхронизирующих импульсов с частотой повторения (синхросигнал ОС). Полученный в Прд зондирующий сигнал через переключатель прием-передача ППП направляется к антенной системе АС.
Отличительной особенностью амплитудного суммарно-разностного радиолокатора является использование антенной системы (АС) с амплитудным угловым датчиком. Такая АС может состоять из приемно-передающей фазированной антенной решетки ФАР, включающей диаграммообразующую схему, и суммарно-разностного преобразователя СРП, подобного показанному на рис. 3. В режиме приема АС формирует суммарный сигнал и два разностных сигнала и , несущих информацию о углах рассогласования в азимутальной и угломестной плоскостях. При пеленгации в одной плоскости диаграмма направленности ФАР имеет вид, показанный на рис. 2. Равносигнальное направление РСН, от которого отсчитывается угол рассогласования , проходит через точку пересечения диаграмм и , максимумы которых сдвинуты на угол относительно РСН.
Рис. 2.
Структурная схема азимутального канала. Входящий в состав РЛ измеритель угловых координат должен определять азимут и угол места цели и содержит в связи с этим два идентичных по схеме канала: канал азимута и угломестный канал (УК).
Структурная схема азимутального канала показана на рис. 2. Предусмотрены два режима работы этого канала: рабочий, когда измеряется угол , и калибровочный, когда корректируются неидентичности трактов обработки сигналов.
Рис. 3.
В рабочем режиме коммутатор К соединяет выход углового дискриминатора с устройством управления диаграммой направленности УУДН. Кроме того, отключается генератор пилот-сигнала ГПС.
Угловой дискриминатор содержит два ПУТ и фазовый детектор ФД. Сигнал ФД преобразуется в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя АЦП. Устройство мгновенной автоматической регулировки усиления МАРУ служит для нормировки сигналов, с помощью которой уменьшается влияние амплитудных флуктуации входных сигналов на точность измерения угловых координат.
В идеальном амплитудном суммарно-разностном радиопеленгаторе (т.е. в радиопеленгаторе с идентичными характеристиками трактов приема и усиления сигналов) суммарный и разностный сигналы синфазны или противофазны (в зависимости от знака угла ). Такой же фазовый сдвиг имеют и сигналы и подаваемые на ФД. Поэтому в отличие от фазового суммарно-разностного радиопеленгатора дополнительный фазовращатель на в разностном канале здесь не требуется.
Информация о угле рассогласования содержится в амплитудах принимаемых по диаграммам и сигналов (см. рис. 3.1), которые при идентичных диаграммах, т.е. при , и малых углах имеют вид
; .
Разложение функций в степенной ряд дает
; ,
где - нормированная крутизна ДНА на РСН.
При одинаковых коэффициентах усиления ПУТ- и ПУТ- , т.е. при , суммарный и разностный сигналы на входе ФД будут
;
.
Таким образом в идеальном амплитудном суммарно-разностном моноимпульсном радиопеленгаторе на выходе углового дискриминатора (на выходе ФД) действует сигнал ошибки
(1)
где - коэффициент передачи фазового детектора, а наличие члена в знаменателе есть следствие работы схемы МАРУ, уменьшающей коэффициенты усиления ПУТ- и ПУТ- пропорционально значению .
Сигнал ошибки подается (в данном случае в цифровой форме) на устройство управления диаграммами направленности УУДН, вызывая такой поворот ДНА, при котором стремится к нулю.
Как следует из сказанного, после суммарно-разностного преобразования информация о угле содержится в амплитуде и фазе разностного сигнала, а сигнал используется как опорный при определении фазы сигнала .
Структурная схема устройства коррекции. В реальных амплитудных суммарно-разностных радиопеленгаторах тракты обработки сигналов обычно неидентичны, что приводит к появлению аппаратурной погрешности при определении угловых координат цели. Наибольшее влияние на аппаратурную погрешность оказывают:
- - неидентичность фазовых сдвигов сигналов и на высокой частоте (до СРП);
- - неидентичность коэффициентов передачи трактов прохождения этих сигналов до СРП;
- - неидентичность фазовых сдвигов суммарного и разностного сигналов в трактах усиления на промежуточной частоте (в ПУТ).
Сигнал на выходе углового дискриминатора (1) при неидентичных трактах приема и усиления сигналов принимает вид
. (2)
При нахождении цели на равносигнальном направлении РСН, когда , сигнал не равен нулю и ДНА продолжает свое движение до тех пор, пока за счет возникающего приращения амплитуд и не будет достигнуто условие . Как следует из векторной диаграммы, показанной на рис. 3.3,а, когда цель находится на РСН, разностный сигнал на выходе СРП не равен нулю и не ортогонален сигналу . В усилительном тракте к углу между и добавляется фазовый сдвиг и сигналы и оказываются сдвинутыми по фазе на угол υ= (рис. 3.3,б). Так как в общем случае υ , то и сигнал ошибки также не равен нулю. Движение ДНА будет продолжаться, пока не будет выполнено условие , что в рассматриваемой ситуации возможно только при υ .
Рис. 4
Таким образом при неидентичных трактах радиопеленгатора РСН в установившемся состоянии системы слежения за углом , когда , отличается от направления на цель на некоторый угол , который и является аппаратурной погрешностью радиопеленгатора. Приравнивая нулю значение в соотношении (2), можно получить формулу для расчета аппаратурной погрешности амплитудного суммарно-разностного радиопеленгатора:
.
Для уменьшения аппаратурной погрешности можно использовать также коррекцию неидентичностей трактов приема и усиления сигналов. На рис. 3 показан наиболее простой вариант устройства коррекции, основанный на введении дополнительного фазового сдвига в сигнал, усиливаемый в ПУТ- . Целесообразность применения этого варианта коррекции обоснована в § 2.1 данного пособия.