Курсовая работа - Московский авиационный институт
advertisement
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (национальный исследовательский университет)» филиал «Взлет» Экз №______ Нестеров С. В.. Радионавигационные системы Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию 1 Рекомендовано к использованию на заседании кафедры А – 21 (протокол №_____от__________2012 г.) Ахтубинск 2012 г. Введение Настоящее методическое пособие предназначено для оказания помощи студентам при выполнении курсовой работы по дисциплине «Радионавигационные системы». Оно может быть использовано при дипломном проектировании при расчете тактико-технических характеристик радионавигационных систем (РНС). Расчеты, выполненные по приведенным методикам, носят ориентировочный характер и могут уточняться при расширении базы исходных данных по курсовому (дипломному) проектированию. В результате выполнения курсовой работы студент должен оформить отчёт, который выполняется в печатном или рукописном виде. Отчет по курсовой работе должен содержать: - титульный лист в соответствии с формой, принятой в МАИ; 2 - бланк задания, подписанный преподавателем; - основные теоретические сведения о разрабатываемом устройстве; - результаты вычислений технических характеристик, - структурную схему разрабатываемого устройства и её описание. 1 Исходные данные по проектированию При проектировании РНС используются следующие исходные 3 данные: тип РНС – активная, пассивная, моноимпульсная или когерентная со сложным (широкополосным) зондирующим сигналом; размеры антенной системы РЛС в плоскости азимута d и угла места d; максимальная дальность действия РЛС при обнаружении с характеристиками обнаружения Рпо (вероятность правильного обнаружения), Рлт (вероятность ложной тревоги) воздушной цели средней эффективной площади отражения цели σ ц – не менее Д ; max разрешающая способность по дальности – не хуже δД; разрешающая способность по азимуту– не хуже δα; разрешающая способность по углу места - не хуже δβ; среднеквадратическая погрешность измерения дальности – не более σД; среднеквадратическая погрешность измерения угловых координат (азимута и угла места) – не более σα = σβ; среднеквадратическая погрешность измерения скорости цели – не более σv; размеры зон обзора по азимуту и углу места относительно продольной оси ±θα и ±θβ соответственно; период обзора заданного воздушного пространства – не более Т0.; другие параметры, необходимые для расчета характеристик РНС. 4 Отдельные параметры могут не задаваться в зависимости от типа РНС. Пример 1. Исходные данные для проектирования угломерной РНС на основе аплитудного метода измерения дальности: тип РНС – угломерная, пассивная; вид принимаемого сигнала – непрерывный, амплитудномодулированный; максимальная дальность обнаружения сигнала курсового радиомаяка средней мощностью 25 Вт и коэффициентом направленного действия антенны 20 дБ при вероятности правильного обнаружения не менее 0,96 и вероятности ложной тревоги не более 10-3 – не менее 50 км; разрешающая способность по курсу – не хуже 0,25º; размеры рабочей зоны по курсу - ±45º относительно продольной оси ЛА; максимальные допустимые размеры антенной системы, размещаемой в пределах фюзеляжа ЛА: по вертикали – не более 1 м, по горизонтали – не более 0,9 м; метеоусловия — любые. 2 Основные теоретические сведения о разрабатываемом РНС Основные теоретические сведения о разрабатываемом РНС излагаются в соответствии с материалом, приведённым в учебной и технической 5 литературе [1-6]. Пример 2. Описание принципа работы РЛС кругового обзора В РЛС кругового обзора для определения координат объекта используется комбинированный угломерно-дальномерный метод. Постоянство скорости и прямолинейность распространения радиоволн позволяют рассчитать дальность D от РЛС до объекта наблюдения путем измерения времени прохождения сигнала от РЛС до объекта и обратно τс D= 2 , где τ – время прохождения сигнала, с – скорость распространения сигнала. В зависимости от назначения РЛС измеряют наклонную дальность D, азимут α и угол места β (рис. 1) или только первые два параметра. Рис. 1 Координаты объекта в т. Ц относительно РЛС в т. О Поверхностью положения при дальномерном методе является поверхность шара радиусом D. Линией 6 положения в горизонтальной плоскости на поверхности Земли будет окружность радиусом D с центром в месте расположения РЛС. Азимутом называется истинный пеленг, т. е. угол между проекцией направления на объект на поверхности Земли и меридианом. Поверхностью положения точек с одинаковым азимутом является вертикальная полуплоскость, исходящая из места расположения РЛС в направлении прихода отраженного сигнала. Линия положения в горизонтальной плоскости на поверхности Земли - луч. Углом места называют угол между направлением на объект и горизонтальной плоскостью (поверхностью Земли). Поверхностью положения точек с одинаковым углом места является боковая поверхность конуса с вершиной в месте расположения РЛС, вертикальной осью и углом между образующей конуса и осью, дополняющим угол места до прямого угла. Линией положения в вертикальной плоскости (полуплоскости) будет луч. Таким образом, при комбинированном угломернодальномерном методе координаты объекта определяются: в пространстве пересечением поверхности положения (сферы) и линии положения (луча), на поверхности Земли – пересечением двух линий положения (окружности и луча). В РЛС кругового обзора 7 применяются антенны с диаграммой направленности, узкой (единицы градусов) в горизонтальной плоскости и довольно широкой (десятки градусов) в вертикальной (рис. 2). а) б) Рис. 2 Диаграммы направленности антенны РЛС кругового обзора в горизонтальной (а) и вертикальной (б) плоскостях в полярных координатах Такие РЛС являются двухкоординатными, в них измеряются наклонная дальность (проецируемая как дальность на поверхности Земли) и азимут. Методическая ошибка, связанная с тем, что наклонная дальность принимается за свою проекцию на поверхность Земли, не превышает инструментальной, связанной с точностью определения дальности по экрану ИКО. Зона действия двухкоординатных РЛС кругового обзора ограничена максимальной и минимальной дальностями обнаружения целей и шириной ДНА в вертикальной плоскости. По азимуту ДНА вращается с постоянной скоростью, осуществляя за время одного оборота Та круговой 8 обзор. Принятые отраженные сигналы воспроизводятся на экране ИКО в виде отметок цели (рис. 3, поз. 1), координаты целей определяются с помощью масштабных меток дальности (рис. 3, поз. 2) и азимута (рис. 3, поз. 3). Устройством, обеспечивающим согласованную во времени работу всех элементов РЛС, является синхронизатор (рис. 4). В состав синхронизатора входят высокостабильный опорный генератор (ОГ) и формирователь импульсов синхронизации (ФИС), создающие необходимой длительности и частоты повторения импульсы синхронизации (рис. 4, поз. 1; рис. 5, эп. 1) работы модулятора (М), радиальной развертки (РР) и формирователя масштабных меток (МД). Импульсы модулятора (М) (рис. 4, поз. 2; рис. 5, эп. 2) определяют длительность и и частоту повторения высокочастотных импульсов (рис. 4, поз. 3; рис. 5, эп. 3), генерируемых генератором высоких частот (ГВЧ). Через антенный переключатель (АП) эти импульсы поступают на антенну (А) и излучаются ею в направлении цели. По окончании излучения импульса и восстановления чувствительности приемного тракта РЛС готова к приему отраженных сигналов с помощью той же антенны [2, 3]. 9 Рис. 3 Вид индикатора кругового обзора Рис. 4 Структурная схема РЛС кругового обзора 10 Рис. 5 Эпюры сигналов РЛС Принятый радиосигнал (рис. 4, поз. 4; рис. 5, эп. 4) проходит через усилитель высокой частоты (УВЧ) приемника в смеситель (См), на который также поступает сигнал гетеродина (Гет), управляемого устройством автоматической подстройки частоты (АПЧ), и далее через усилитель промежуточной частоты (УПЧ) на детектор (Дет). В виде видеоимпульса (рис. 4, поз. 5; рис. 5, эп. 5), усиленного видеоусилителем (ВУ), сигнал поступает на модулирующий электрод электроннолучевой трубки (ЭЛТ). Сигналы радиальной развертки (рис. 4, поз. 6; рис. 5, эп. 6) формируются по приходу импульса синхронизации. Длительность развертки, включая время обратного хода, не должна превосходить период повторения зондирующих импульсов. Синхронное 11 вращение линии развертки с вращением ДНА достигается соответствующей модуляцией тока в отклоняющих катушках блока азимутальной развертки (РА), управляемого напряжением от датчика положения антенны (ДПА). Сигнал от датчика положения антенны поступает также на формирователь азимутальных меток (МА). Отображаемые на ИКО метки дальности (рис. 4, поз. 7; рис. 5, эп. 7) синхронизованы с импульсом синхронизации. Расстояние между метками дальности определяется периодом повторения импульсов масштаба, формируемых схемой меток. Отраженный от цели сигнал после усиления и детектирования модулирует луч ЭЛТ по яркости, подсвечивая точку развертки, соответствующую положению цели. Отраженные сигналы будут приниматься, пока цель остается в пределах ширины ДНА по азимуту. Максимальная дальность действия РЛС Dмакс связана с периодом повторения импульсов ТП соотношением Dмакс < Т Пс 2 . В противном случае отраженный импульс от цели, находящейся на максимальной дальности, придет позже, чем излучится следующий прямой импульс, и отметка от этой цели будет в области малых дальностей. Минимальная дальность действия 12 Dмин связана с длительностью импульса τи и временем восстановления τв приемного тракта Dмин τ и +τ в с 2 . Отраженные импульсы, приходящие от объектов, расположенных в пределах Dмин, сливаются с зондирующим импульсом, различение этих сигналов не обеспечивается. 3 Расчёт характеристик технических Технические характеристики РНС рассчитываются по исходным данным с использованием справочных материалов [5-11]. Для расчёта могут быть заданы следующие характеристики: рабочая (несущая) частота сигнала и соответствующая ей длина волны электромагнитного излучения f0 (λ0); вид внутриимпульсной модуляции сложного (широкополосного) сигнала; длительность импульса сложного зондирующего сигнала τс и длительность импульса на выходе системы обработки τи; период (частота) повторения зондирующих импульсов Тп (Fп); тип и параметры антенной системы: коэффициент направленного действия (КНД) G, коэффициент (КУ) KA, эффективная площадь антенны Sэ; тип приемного устройства и его параметры: чувствительность Рпр.min, ширина полосы пропускания Δfпр, 13 коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр (Тпр); суммарные потери в тракте обработки сигналов αп; суммарные потери в среде распространения ЭМВ δп; параметры обзора: время облучения воздушной цели Тобл, требуемое число накапливаемых импульсов Nи при заданных размерах зон обзора 2θα и 2θβ и периоде обзора Т0, рассчитанной α ширине ДНА по азимуту θ 0,5 и углу места β θ 0,5 ; импульсная (средняя) мощность передатчика РЛС Ри (Рср). По результатам расчетов выполняется анализ по возможности реализации технических характеристик РЛС, а также выбор и составление структурной схемы РЛС. 3.1 Определение длины волны (частоты сигнала) Рабочая длина волны λ0 и рабочая (несущая) частота f0 электромаг-нитных колебаний связаны известным соотношением [1, 2] λ 0= с f0 , (1) где для инженерных расчетов 8 -1 принимается с = 3∙10 м∙с – скорость распространения ЭМВ. При ограничении размеров апертуры антенной системы длина волны ЭМВ выбирается исходя из следующих условий [1 – 4]: 14 обеспечения заданной разрешающей способности по азимуту δα и углу места δβ, обеспечения заданной зоны излучения или приёма сигнала по азимуту δα и углу места δβ, обеспечения заданной точности измерения угла азимута точечного объекта σα и угла места σβ, обеспечения разделения сигналаов несущей и модулирующих частот в радиоприёмном устройстве РНС, соответствия рабочей длины волны рекомендованному Международным консультативным комитетом по радио (МККР) распределению частот между радиослужбами. Реальная разрешающая способность по азимуту δα и углу места δβ определяется шириной диаграммы направленности антенны (ДНА) по α β уровню половинной мощности θ 0,5 и θ 0,5 [1 – 5] β δ α =γ α θ α0,5 , δ β =γ β θ 0,5 (2) где γα и γ – коэффициенты ухудшения потенциальной разрешающей способα β ности по азимуту (δαпот = θ 0,5 , δпот = θ 0,5 ) в реальных РНС. Для большинства современных антенных систем γα, ≈ 1,1…1,5. Ширина ДНА, применяемых РНС антенных систем (зеркальные антенны и решетки излучателей), определяется соотношением длины волны λ0 к размерам апертуры антенны dα в плоскости азимута и dα в плоскости угла места [6] θ α0,5 =K α λ0 dα , β θ 0,5 =K β λ0 dβ (3) где Kα и K – коэффициенты, зависящие от 15 типа антенной системы и имеющие значения 1,2…1,5. Таким образом, для обеспечения заданной разрешающей способности по азимуту длина волны должна удовлетворять условию в соответствии с (2) и (3) λ≤ δα δβ d α и λ≤ d Kα γα Kβγβ β , (4) а для обеспечения заданной зоны излучения или приёма сигнала по азимуту δα и углу места δβ λ≥ δα δβ d α и λ≥ d Kα γα Kβγβ β . (5) Причём для коэффициентов Kα и Kв выражениях (4) необходимо брать максимальные значения, а в выражениях (5) — минимальные. Пример 3. При заданных разрешающей способности РЛС 3° (0,05 рад) и максимального размера антенны 0,8 м ограничение на длину волны в соответствии с (4) составляет λ≤ 0,05 0,8 =0,0178 (м)=1,78 (см). 1,5∗ 1,5 Пример 4. При заданных зоне действия РНС не менее 45° (0,79 рад) и максимального размера антенны 0,8 м ограничение на длину волны в соответствии с (5) составляет λ≥ 0,79 0,8 =0,49 (м)=49 (см). 1,2∗ 1,1 Пример 5. При заданной (рассчитанной) частоте девиации частотномодулированного сигнала РНС 40 МГц ограничение на несущую частоту излучения для обеспечения разделения в радиоприёмном устройстве сигналов несущей и модулирующих частот составляет fнес>10 *40=400 (Мгц). Среднеквадратические погрешности измерения азимута σα и угла места σβ определяются шириной диаграммы направленности по азимуту α β θ 0,5 и углу места θ 0,5 , а также требуемым отношением сигнал/шум (qтр), обеспечиваю-щим заданные 16 характеристики обнаружения Рпо и Рлт [1 – 4] σ α =ηα θ α0,5 πq тр , σ β =η β β θ 0,5 πq тр , (6) где ηα и η – коэффициенты ухудшения потенциальной точности в реальной РНС. Для современных систем ηα, = 1,01…1,5. Требуемое отношение сигнал/шум qтр определяется при условии приема сигнала с неизвестной фазой и медленно флюктуирующей амплитудой по характеристикам обнаружения [3, 7], либо с допустимой точностью по формуле [7] q тр = 2 ln1/P лт ln1/P по −1 , (7) где Рлт и Рпо – вероятности ложной тревоги и правильного обнаружения при-ёмного устройства соответственно. Пример 6. При заданных вероятностях ложной тревоги и правильного обнаружения сигнала, равных 10-3 и 0,9 соответственно, требуемое отношение сигнал/шум qтр в соответствии с (7) составляет q тр = 2 ln0,001 − 1 =129. ln0,9 Тогда для обеспечения заданной точности измерения угла азимута в соответствии с выражениями (3) и (6) длина волны λ должна удовлетворять условиям λ≤ σ α d α πq тр , К α ηα λ≤ σ β d β πq тр . Кβηβ (8) Из рассчитанных в соответствии с (4) и (8) значений длины волны следует выбрать меньшее, чтобы удовлетворить условиям по разрешению и по точности измерения как азимута, так и угла места. 17 Пример 7. При заданной точности измерения угла в РЛС 1° (0,018 рад) и максимального размера антенны 0,8 м и рассчитанного требуемого отношения сигнал/шум qтр, равного 100, ограничение на длину волны в соответствии с (8) составляет λ≤ 0,018∗ 0,8 3,14∗ 100 =0,11 (м)=11 (см). 1,5∗ 1,5 Кроме того, выбранная длина волны должна находиться в пределах рекомендуемых МККР поддиапазонах частот для радиолокационной службы. Пример 8. При рассчитанном ограничении на длину волны наземной авиационной РНС не менее 30 см ограничение на частоту сигнала в соответствии с (1) составляет не более 1 ГГц, что в сооветствии с [5] определяет диапазон сигнала от 582 до 600 МГц. 3.2 Выбор типа диаграммы направленности антенны радионавигационной системы и расчёт её параметров В РНС антенны применяются как направленные, так и ненаправленные антенны Конкретный тип антенны (антенной системы), её диагрммы направленности (ДНА) определяются назначением РНС, длиной волны (частотой) используемого сигнала, требуемыми энергетическими соотношениями, ограничениями по габаритам и массе. Основные типы направленных антенн могут быть показаны на примере двухкоординатных и трёхкоординатных РЛС обзора воздушного пространства. В двухкоординатных РЛС обзора воздушного пространства для получения равномерного 18 распределения плотности потока мощности отра-женного сигнала от наклонной дальности применяются антенные системы, формирующие ДНА, форма которой в вертикальной плоскости близка к форме кривой [6] F β= cosecβ cosecβ 0 , где β0 – угловое положение максимума ДНА. Ширина ДНА по углу места (рис. 6) β θ 0,5 =β 2− β 1 . Рис. 6 Форма ДНА в вертикальной (а) и горизонтальной (б) плоскостях ДНА в вертикальной плоскости формируется в ограниченном секторе углов от β1=3…10° до β2= 60…70°. Конкретное значение углов β1 и β2 определяется диапазоном высот ЛА и заданной максимальной дальностью действия РЛС. При этом должно выполняться условие Д П .В.≥ Д max , где ДП.В.– дальность прямой видимости, равная без учета рефракции ДП.В. = 3,57∙103 H и с учетом рефракции 19 ДП.В. = 4,12∙103 H , Н – высота полета ЛА. Ширина ДНА в горизонтальной плоскости определяется заданной разрешающей способностью по азимуту δα. В трёхкоординатных РЛС обзора воздушного пространства формируется остронаправленная в обоих плоскостях ДНА «игольчатого» типа, т.е. α β θ 0,5 = θ 0,5 . При обнаружении воздушных целей, как правило, осуществляется строчный (растровый) обзор пространства. Геометрия строчного обзора представлена на рис. 7. На рис. 7 обозначено: 1 – линия перемещения максимума ДНА при строчном обзоре; 2 – остронаправленная ДНА «игольчатого» типа; Lα, Lβ – линейные размеры зон обзора по азимуту и углу места; 2θα, 2θβ – угловые размеры зон обзора по азимуту и углу места; ОЦ – ось ДНА. Рис. 7 Геометрические параметры сектора обзора при строчном обзоре 20 В данных РЛС чаще всего применяются следующие типы антенных систем: параболические двухзеркальные антенны с моноимпульсным облучателем при механическом обзоре пространства; активные фазированные антенные решетки при электрическом или комбинированном (электрическом по азимуту и механическом по углу места) обзоре пространства. При выборе в качестве антенной системы в виде активной фазированной антенной решётки (АФАР) необходимо учитывать особенности обработки сложных сигналов с внутриимпульсной частотной или фазовой модуляцией при частотном или фазовом обзоре пространства [5, 11]. Ширина ДНА определяется выражением (3), коэффициент направленного действия (КНД) антенны определяется эмпирической формулой [7] G≈ 30000 .. . 35000 β , θ α0,5 θ 0,5 коэффициент усиления антенны, учитывающий потери в антенне, определяется эмпирической формулой [7] K≈ 25000. . . 28000 α β . θ 0,5 θ 0,5 Коэффициент усиления антенны связан с КНД выражением K=G η где η-коэффициент учитывающий потери в антенне, равный 0,8. Пример 9. При ширине ДНА по уровню половинной мощности, определяемой α β углами θ 0,5 и θ 0,5 , равными 30° и 45° соответственно, КНД составляет 21 G≈ 30000 .. . 35000 =22...26. 30∗ 45 3.3 Расчет энергетических параметров линии связи в радионавигационной системе Энергетические параметры линии связи в РНС (средняя и импульсная мощности передаваемого сигнала, реальная и предельная чувствительности, потери при распространении сигнала) определяют дальность действия РНС. Максимальная дальность действия РНС при односторонней линии связи (радиомаячные системы)определяется выражением D max= Рср G прд G прм λ 20 − 0,05 δ ⋅ 10 2 4π ⋅ P пр. min пд D max , (9) где Рср – средняя мощность передатчика РНС, Gпрд – коэффициент направленного действия антенны передатчика РНС , Gпрм – коэффициент направленного действия антенны приёмника РНС, λ0 – рабочая длина волны РНС, Рпр. min - реальная чувствительность приемника РНС, δпд — коэффициент поглощения в среде распространения, дБ/км [8]. Коэффициент поглощения δпд энергии ЭМВ в атмосфере выражается в дБ/км. В диапазоне миллиметровых и сантиметровых волн как правило, учитываются потери, обусловленные метеообразованиями (дождь, туман), поглощением в кислороде воздуха и парах воды. Эти потери зависят от 22 длины волны λ0 [8]. Пример 10. Для длины волны 1 см и при очень слабом дожде [8] коэффициент поглощения в среде распространения составляет 0,05 дБ/км. Если коэффициент поглощения в среде выражается в км-1, то выражение (9) записывается в виде Рср G прд G прм λ 20 − 0,5δ ⋅e 2 4π ⋅ P пр. min D max= пp D max , (10) где δпр— коэффициент поглощения в среде распространения, 1/км. Коэффициенты δпд и δпр связаны между собой δпр = 0,23 δпд или δпд = 4,3 δпр. Максимальная дальность действия РЛС (РНС с пассивным ответом) Дmax определяется техническими параметрами системы, характеристиками цели (объекта) и среды распространения ЭМВ как [1 – 5] Д max = 4 Д max= 4 Р ср G2 λ20 σ 0 − 0,05δ пд Д ⋅ 10 3 max 4π P пр. min (11) или Р ср G2 λ20 σ 0 3 − 0,5δ пp Д ⋅e 4π P пр. min max , (12) где σ 0 – средняя эффективная площадь отражения объекта, G – коэффициент направленного действия антенны РЛС. Реальная чувствительность приемника Рпр. min [1 – 5] определяется как: Рпр. min = αпqтрkТΣΔfш, (13) где αп - суммарные потери [5, 8] n α п= ∑ α пi , i=1 n – число элементов РНС, вносящие потери; αпi – потери в i-ом элементе [5, 8]; qтр – минимальное требуемое отношение 23 сигнал/шум; k = 1,38·10-23 Дж·К-1 – постоянная Больцмана; ТΣ - суммарная шумовая температура на входе приемника; Δfш – шумовая полоса приемника, определяемая как Δfш=1,1 Δfпрм, где Δfпрм — полоса пропускания приёмника. Потери в элементах имеют разную природу. Потери в антенне αпА, связанные с тем, что при перемещении ДНА не остается постоянной мощность принимаемого сигнала. Среднее значение αпА для ДН различной формы можно принять для инженерных (предварительных) расчетов равным 1,5 дБ. Потери в СВЧ тракте αп.ВСЧ, связанные с ослаблением мощности в антеннофидерном тракте. В среднем эти потери составляют 1,5 дБ. Потери αп.р, вызванные расстройкой частоты отраженного сигнала относительно средней частоты настройки приемника из-за нестабильности частот передатчика и гетеродина приемника, доплеровского эффекта. Эти потери для когерентных РЛС составляют 1,2…1,5 дБ, для некогерентных 1,5…2 дБ. Потери αп.с, вызванные тем, что ширина полосы пропускания Δfпр приемника согласуется с сигналом только по ширине его спектра (Δfпр ≈ Δfс), но не по форме спектральной функции. Значения αп.с достигают 2 дБ. 24 Потери на детектирование αп.д, характеризующие уменьшение отношения сигнал/шум на выходе детектора по сравнению с этим отношением на входе. Значения этих потерь, зависящие от отношения qтр и числа накапливаемых импульсов Nи могут быть определены [5]. Потери αп.н, вызываемые нелинейностью характеристики накопителя сигналов, составляют 1,2…1,3 дБ. Потери αп.мк, возникающие вследствие дробления энергии сигнала между соседними каналами многоканальной системы обработки. Среднее значение равно 1,2 дБ. Потери αп.к, возникающие при использовании цифрового обнаружителя из-за квантования сигналов, достигают 1,5…2 дБ. Имеются и другие источники потерь. Для ориентировочных расчетов можно принимать αп ≈ 10 дБ. В каждом конкретном случае нужно учитывать только те виды потерь, которые характеризуют выбранную систему обработки. Необходимо учитывать, что в справочниках потери даются в децибеллах, а в выражении (13) — в безразмерных величинах (разы). Пример 11. Для приёмника РНС, включающего в свой состав антенну, высокочастотный тракт, гетеродин, частотно-избирательное устройство (фильтр), детектор без накопления сигналов, одноканальную систему обработки, цифровой обнаружитель, 25 потери в соответствии с [8] составляют около 11 дБ (Потери в антенне - 1,5 дБ, потери в высокочас-тотном тракте — 1,5 дБ, потери из-за расстройки гетеродина отно-сительно передатчика — 2 дБ, потери из-за несовпадения спектральных функций фильтра и сигнала — 2 дБ, потери в детекторе без накопления сигналов — 0 дБ, потери из-за несовпадения полосы пропускания фильтра и полосы сигнала -2 дБ, потери из-за квантования сигнала — 2 дБ. Остальные виды потерь не учитываются). Суммарная шумовая температура на входе приемника складывается из следующих составляющих [4]: Т Σ =Т А +Т гал +Т рз +Т атм +Т з +Т 'тр +Т 'прм , (14) где ТА – собственная шумовая температура входного сопротивления антенны, зависимость которой от частоты можно ориентировочно определить [8]; Тгал, Трз, Татм, Тз – шумовая антенная температура галактики, радиозвезд, атмосферы и Земли, которые можно определить [5, 9]; Т 'тр – пересчитанная к антенне шумовая температура фидерного тракта, определяемая как Т 'тр =Т С 1− η тр ηтр , ТС = 290 К – стандартная абсолютная температу-ра среды; ηтр коэффициент передачи фидерного тракта; Т 'прм – пересчитанная к антенне шумовая температура приемника, определяемая по формуле 26 Т 'прм= Т прм η тр , где температуру шумов современных прием-ных устройств можно ориентировочно определить [9]. Пример 12. Определить шумовую температуру самолетной РНС, определяющей пеленг на радиомаяк, расположенной на земной поверхности. Рабочая частота приёмника составляет 1320 МГц. Первый каскад приёмника выполнен на лампах бегущей волны. Решение. В соответствии с (14) суммарная шумовая температура на входе приемника складывается из следующих составляющих [4]: ' ' ТΣ =ТА+Тз+ Т тр + Т прм , где ТА – собственная шумовая температура входного сопротивления антенны, величина которой на заданной частоте в соответствии с [9] составляет 200 К; Тз – шумовая антенная температура Земли, которые в соответствии с [5, 9] составляет 290 К (температуры галактики, звёзд и атмосферы в данном случае не учитываются, т. к. антенна направлена на Землю); Т 'тр – пересчитанная к антенне шумовая температура фидерного тракта, определяемая как Т 'тр =Т С 1− η тр ηтр и составляющая 32 К (ТС = 290 К – стандартная абсолютная температура среды; ηтр коэффициент передачи фидерного тракта, составляющий 0,8 при уровне потерь в тракте 2 дб); Т 'прм – пересчитанная к антенне шумовая температура приемника, опреде27 ляемая по формуле Т 'прм= Т прм η тр и составляющая 244 К (температура шумов данного приемного устройства в соответствии с [8] составляет 220 К). Таким образом, суммарная шумовая температура равна 766 К. Пример 13. Реальная чувствительность приёмника, если суммарные потери составляют 13 дБ, требуемое отношение сигнал/шум составляет 25 дБ, шумовая температура 1100 К, полоса пропускания приёмника -900 кГц в соответствии с (13) составит 0,95·10-11 Вт (децибеллы необходимо перевести в безразмерные отношения). Поскольку выражения (9), (10) и (11), (12) носят трансцендентный характер, то расчёт максимальной дальности проводится в два этапа. Сначала рассчитывается дальность действия в среде без потерь в соответствии с выражениями для односторонней линии D max= Рср G прд G прм λ 20 2 4π ⋅ P пр. min и для двухсторонней с пассивным ответом Д max= 4 Р ср G2 λ20 σ 0 3 4π P пр. min . (15) Затем с помощью алгоритма графического решения [6] по полученному значению коэффициента поглощения среды и максимальной дальности действия в среде без потерь определяется дальность действия в среде с потерями. Пример 14. Рассчитать максимальную дальность действия РЛС при мощности передатчика 40 кВт, КНД антенны 40 дБ, ЭПР цели не менее 15 м2, реальной чувствительности 10-12 Вт, длине волны 3 см, коэффициенте поглощения атмосферы 0,1 дБ/км. Решение. Максимальная дальность действия в среде без потерь в соответствии с (15) составляет 128 км. Тогда в соответствии с [6] максимальная дальность действия в среде с потерями составит около 100 км. Из выражений (9), (10) и (11), (12) определяется требуемая средняя мощность передатчика РНС. Для односторонней линии 28 2 Р ср= 4π Р пр. min D2max G прд Gпрм λ 20 10 -0,1δпд D max или 2 Р ср= 4π Р пр. min D 2max G прд Gпрм λ 20 e -δпp D max и для двухсторонней с пассивным ответом 3 Р ср= 4π Р пр. min Д 4max -0, 2δпд Д 2 2 G λ 0 σ 0 10 max (16) или 3 Р ср= 4π Р пр. min Д 4max -2δпp Д G2 λ20 σ 0 e max . Пример 15. Рассчитать требуемую мощность передатчика при тре-буемой дальности действия РЛС не менее 120 км, если КНД антенны сос-тавляет 40 дБ, реальная чувствительность - 10-12 Вт, длина волны - 25 см, ЭПР цели - 15 м2, коэффициент поглощения атмосферы - 0,1 дБ/км. Решение. Требуемая мощность передатчика в соответствии с (16) составляет не менее 48,5 кВт. 4 Разработка устройства структурной схемы В задании указывается вид разрабатываемого устройства: передающего или приемного (Приложение). На основании анализа литературы [3, 5] выбирается структурная схема. В состав схемы необходимо включать модули (блоки, узлы) питания, модули (блоки, узлы) управления, модули (блоки, узлы) сопряжения между каскадами и модулями (блоками, узлами) устройства, а также модули (блоки, узлы) сопряжения с другими устройствами радионавигационной системы. При разработке необходимо учитывать частотные и энергетические параметры системы, определяющие тип и количество усилительных и преобразовательных каскадов. Начинать разработку передающего устройства целесообразно с модулей (блоков, узлов), формирующих сигнал требуемого вида, с постепенным добавлением остальных модулей (блоков, узлов). Пример 16. Разработать передающее устройство, излучающее непрерывный амплитудно — модулированный сигнал на заданной несущей частоте с требуемой выходной мощностью. 29 Решение. 1-й шаг: Непрерывный амплитудно — модулированный с частотой 100 кГц сигнал на несущей частоте 500 МГц формируется с помощью схемы, состоящей из двух генераторов гармонических сигналов и амплитудного модулятора. 2-й шаг: Сигнал с выхода модулятора необходимо пропустить через полосовой фильтр, непропускающий побочные гармоники взаимодействия сигналов несущей и модулирующей частот. 3-й шаг: Полученный сигнал усиливается до требуемого уровняс помощью усилителя(ей). 4-й шаг: Усиленный сигнал через устройство согласования подключается к антенно-фидерному тракту (антенне). 5-й и последующие шаги: В схему подключаются преобразователи напряжения (ПН), источники питания (ИП), элементы управления, элементы сопряжения с индикаторным устройством и т. д. Количество тех или иных модулей (блоков, узлов), их характеристики обуславливаются техническими параметрами РНС. Начинать разработку приемного устройства целесообразно с модулей (блоков, узлов), определяющих алгоритм принятия решения по принимаемому сигнала, с постепенным добавлением остальных модулей (блоков, узлов). Пример 17. Разработать приемное устройство РНС, измеряющее дальность до объекта по разности фаз модулирующих гармонических напряжений принимаемого и переданного высокочастотных сигналов несущей частоты. 1-й шаг: Разность фаз двух гармонических напряжений определяется фазовым детектором, на один вход которого подается модулирующее напряжение переданного сигнала (с передатчика или синхронизированная копия), а на второй вход- модулирующее напряжение принятого сигнала. 2-й шаг: Модулирующее напряжение принятого сигнала поступает с выхода амплитудного детектора, на вход которого поступает принятый высокочастотный сигнал несущей или промежуточной частоты. 3-й шаг: Принятый высокочастотный сигнал несущей или промежуточной частоты перед амплитудным детектором подлежит усилению и в необходимых случаях преобразованию по частоте. Для преобразованиия по частоте (получение сигнала промежуточной частоты) требуются гетеродин, смеситель (умножитель), полосовой фильтр промежуточной частоты. 4-й шаг: Принятый высокочастотный сигнал несущей частоты на усилители (преобразователи частоты) поступает с антенны (антеннофидерного устройства) через широкополосный малошумящий усилитель (согласующее устройство). 5-й шаг: Сигнал с фазового детектора через низкочастотный фильтр, усилитель, согласующее устройство поступает на измеритель. 30 6-й и последующие шаги: В схему подключаются преобразователи напряжения (ПН), источники питания (ИП), элементы управления, элементы сопряжения с индикаторным устройством и т. д. Литература 1. П.А.Бакулев. Радиолокационные системы, – М.: Радиотехника, 2004, – 320 с. 2. П.А.Бакулев, А.А.Сосновский. Радионавигационные системы, – М.: Радиотехника, 2005, – 224 с. 3. Радиолокационные устройства (Теория и принципы построения)/Под ред. В.В.Григорина-Рябова, – М.: Сов. Радио, 1970, – 680 с. 4. А.С.Виницкий. Автономные радиосистемы, – М.: Радио и связь, 1986, – 336 с. 5. Справочник по радиоэлектронным системам. т.2/Под ред. Б.Х.Кривицкого, – М.: Энергия, 1977, – 368 с. 6. Радиотехнические системы: Под ред. Казаринова Ю.М. Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника». - М.; Высш.шк., 1990 7. Справочник по элементам радиоэлектронных устройств/Под ред. В.Н.Дулина, М.С.Муха, – М.: Энергия, 1977, – 576 с. 8. Справочник по теоретическим основам радиоэлектроники. т.2/Под ред. Б.Х.Кривицкого, 1977, – 472 с. 9. Проектирование радиоприемных устройств/Под ред. А.П.Сиверса, – М.: 31 Сов.радио, 1976, – 472 с. 10. Справочник по радиоэлектронным системам. т.1/Под ред. Б.Х.Кривицкого, – М.: Энергия, 1979, – 352 с. 11. Справочник по радиоэлектронным устройствам/Под ред. Д.П.Линде, – М.: Энергия, 1978, – 440 с. 12. Теоретические основы радиолокации/Под ред. Я.Д.Ширмона, – М.: Сов.радио, 1970, – 560 с. 13. Проектирование радиопередающих устройств/Под ред. В.В.Шахгильдена, – М.: Радио и связь, 1984, – 424 с. Приложение Типовые задания Студенту произвести разработку доплеровского измерителя угла сноса и скорости (ДИСС). 32 Исходные данные по проектированию: тип ДИСС – самолётный непрерывного излучения; максимальная высота Нmax обнаружения отраженного сигнала с вероятностью правильного обнаружения Рпо не менее 0,98 и вероятностью ложной тревоги Рлт не более 10-3 – не менее 15000 м; диапазон измерения угла сноса : от 0 максимального max, равного 50º; диапазон измерения путевой скорости V: от 0 максимальной Vmax, равной 400 м/с; максимальная погрешность измерения угла сноса - не более 0,5º; максимальная погрешность измерения путевой скорости V – не более ±1,0 м/с; метеоусловия работы – не хуже среднего дождя. 1. Рассчитать следующие технические характеристики высотомера: рабочую (среднюю) частоту сигнала и соответствующую им длину волн электромагнитных излучений fo (λо); типы и параметры приемного устройства: чувствительность Рпр. min, ширина полосы пропускания Δfпр, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр, (Тпр), промежуточную(ые) частоту(ы) fпр; типы и параметры приёмной и передающей антенн: коэффициенты направленного действия, коэффициенты усиления, эффективные площади антенн, ширина диаграммы направленности; суммарные потери в тракте обработки 33 сигналов αп; суммарные потери в среде распространения ЭМВ δп; средную мощность передатчика Рср.. 2. Выбрать и составить структурную схему передающей (приёмной) части ДИСС. Студенту произвести разработку высотомера на основе частотного метода измерения дальности. Исходные данные по проектированию: тип высотомера – непрерывного излучения с частотной модуляцией; максимальная высота Нmax обнаружения отраженного сигнала с вероятностью правильного обнаружения Рпо не менее 0,98 и вероятностью ложной тревоги Рлт не более 10-3 – не менее 1500 м; диапазон измерения высот: от 0 максимальной Нmax, равной 1500 м; диапазон измерения вертикальной скорости на высотах до 50 м: от 0 максимальной Vmax, равной 12,5 м/с; максимальная погрешность измерения высоты: в диапазоне 0…15 м – не более ±1,5 м, в диапазоне 15…1500 м – не более 10%; максимальная погрешность измерения вертикальной скорости – не более ±1,0 м/с; метеоусловия работы – не хуже среднего дождя. 1. Рассчитать следующие технические характеристики РНС: 34 рабочую (среднюю) частоту сигнала и соответствующую им длину волн электромагнитных излучений fo (λо); девиацию частоты f, другие параметры модуляции сигнала; типы и параметры приемного устройства: чувствительность Рпр. min, ширина полосы пропускания Δfпр, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр, (Тпр), промежуточную(ые) частоту(ы) fпр; типы и параметры приёмной и передающей антенн: коэффициенты направленного действия, коэффициенты усиления, эффективные площади антенн, ширина диаграммы направленности; суммарные потери в тракте обработки сигналов αп; суммарные потери в среде распространения ЭМВ δп; средную мощность передатчика Рср.. 2. Выбрать и составить структурную схему передающей (приёмной) части высотомера. Студенту произвести разработку двухкоординатной радиолокационной станции обзора воздушного пространства и измерения координат воздушных объектов. Исходные данные по проектированию: тип РЛС –с простым зондирующим сигналом; определяемые координаты – дальность 35 и угол азимута; размеры антенной системы РЛС в плоскости азимута d - не более 3 м и угла места d - не более 1,5 м; максимальная дальность действия РЛС Дmax не менее 200 км при обнаружении с вероятностью правильного обнаружения Рпо не менее 0,95 и вероятностью ложной тревоги Рлт не более 10-3 воздушной цели средней эффективной площади отражения цели σ ц не более 20 м2; диапазон высот обнаруживаемых целей Н - не менее 10 км на дальности не более 5 км и не менее 2 км на максимальной дальности; разрешающая способность по дальности δД – не хуже 200 м; разрешающая способность по азимуту δα – не хуже 2,5º; среднеквадратическая погрешность измерения дальности σД не более – 50 м; среднеквадратическая погрешность измерения азимута σα – не более 1º; метеоусловия работы – не хуже среднего дождя; размеры зоны обзора по азимуту ±θα - 360º; период обзора заданного воздушного пространства Т0 – не более 20 с. 1. Рассчитать следующие технические характеристики РЛС: рабочую частоту (длину волны) зондирующего сигнала f0 (λ0); длительность импульса сигнала τс; период (частоту) повторения зондирующих импульсов Тп (Fп); тип и параметры антенной системы: коэффициент направленного действия 36 G, коэффициент усиления KA, эффективную площадь антенны Sэ; тип приемного устройства РЛС и его параметры: чувствительность Рпр.min, ширину полосы пропускания Δfпр, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр (Тпр); суммарные потери в тракте обработки сигналов реальной РЛС αп; суммарные потери в среде распространения ЭМВ δп; параметры обзора: время облучения воздушной цели Тобл при заданном размере зоны обзора 2θα, периоде обзора Т0 и рассчитанной ширине ДНА по α азимуту θ 0,5 ; импульсную (средную) мощность передатчика РЛС Ри (Рср). 2. Выбрать и составить структурную схему передающей (приёмной) части РЛС. Студенту произвести разработку двухкоординатной радиолокационной станции обзора воздушного пространства и измерения координат воздушных объектов. Исходные данные по проектированию: тип РЛС –со сложным зондирующим сигналом; определяемые координаты – дальность и угол азимута; размеры антенной системы РЛС в плоскости азимута d - не более 3 м и угла места d - не более 1,5 м; максимальная дальность действия РЛС 37 Дmax не менее 200 км при обнаружении с вероятностью правильного обнаружения Рпо не менее 0,98 и вероятностью ложной тревоги Рлт не более 10-3 воздушной цели средней эффективной площади отражения цели σ ц не более 10 м2; диапазон высот обнаруживаемых целей Н - не менее 10 км на дальности не более 5 км и не менее 2 км на максимальной дальности; разрешающая способность по дальности δД – не хуже 200 м; разрешающая способность по азимуту δα – не хуже 2,5º; среднеквадратическая погрешность измерения дальности σД не более – 50 м; среднеквадратическая погрешность измерения азимута σα – не более 1º; метеоусловия работы – не хуже среднего дождя; размеры зоны обзора по азимуту ±θα - 360º; период обзора заданного воздушного пространства Т0 – не более 20 с. 1. Рассчитать следующие технические характеристики РЛС: рабочую частоту (длину волны) зондирующего сигнала f0 (λ0); длительность импульса сигнала τс; период (частоту) повторения зондирующих импульсов Тп (Fп); тип и параметры антенной системы: коэффициент направленного действия G, коэффициент усиления KA, эффективную площадь антенны Sэ; тип приемного устройства РЛС и его параметры: чувствительность Рпр.min, 38 ширину полосы пропускания Δfпр, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр (Тпр); суммарные потери в тракте обработки сигналов реальной РЛС αп; суммарные потери в среде распространения ЭМВ δп; параметры обзора: время облучения воздушной цели Тобл при заданном размере зоны обзора 2θα, периоде обзора Т0 и рассчитанной ширине ДНА по α азимуту θ 0,5 ; импульсную (средную) мощность передатчика РЛС Ри (Рср). 2. Выбрать и составить структурную схему передающей (приёмной) части РЛС. Студенту произвести разработку трёхкоординатной радиолокационной станции обзора воздушного пространства и измерения координат воздушных объектов. Исходные данные по проектированию: тип РЛС – с простым зондирующим сигналом; определяемые координаты – дальность, угол азимута и угол места; размеры антенной системы РЛС - в плоскости азимута d - не более 2 м и угла места d - не более 1 м; максимальная дальность действия РЛС Дmax - не менее 50 км при обнаружении с вероят-ностью правильного обнаружения Рпо не менее 0,95 и вероятностью ложной тревоги Рлт не 39 более 10-5 воздушной цели средней эффективной площади отражения цели σ ц не более 15 м2; диапазон высот обнаруживаемых целей Н - не менее 10 км на дальности не более 3 км и не менее 0,5 км на максимальной дальности; разрешающая способность по дальности δД – не хуже 100 м; разрешающая способность по азимуту δα и углу места δβ – не хуже 1,5º; среднеквадратическая погрешность измерения дальности σД не более – 40 м; среднеквадратическая погрешность измерения азимута σα и угла места σβ – не более 1º; метеоусловия работы – не хуже среднего дождя; размеры зоны поиска цели по азимуту ±θα и углу места ±θβ - 10º; время поиска цели в зоне поиска Т0 – не более 10 с. 1. Рассчитать следующие технические характеристики РЛС: рабочую частоту (длину волны) зондирующего сигнала f0 (λ0); длительность импульса сигнала τс; период (частоту) повторения зондирующих импульсов Тп (Fп); тип и параметры антенной системы: коэффициент направленного действия G, коэффициент усиления KA, эффективную площадь антенны Sэ; тип приемного устройства РЛС и его параметры: чувствительность Рпр.min, ширину полосы пропускания Δfпр, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр (Тпр); 40 суммарные потери в тракте обработки сигналов реальной РЛС αп; суммарные потери в среде распространения ЭМВ δп; параметры обзора: время облучения воздушной цели Тобл при заданном размере зоны обзора 2θα и 2θβ, периоде обзора Т0 и рассчитанной ширине ДНА по α азимуту θ 0,5 ; импульсную (средную) мощность передатчика РЛС Ри (Рср). 2. Выбрать и составить структурную схему передающей (приёмной) части РЛС. Студенту произвести разработку трёхкоординатной радиолокационной станции обзора воздушного пространства и измерения координат воздушных объектов. Исходные данные по проектированию: тип РЛС – со сложным зондирующим сигналом; определяемые координаты – дальность, угол азимута и угол места; размеры антенной системы РЛС - в плоскости азимута d - не более 2 м и угла места d - не более 1 м; максимальная дальность действия РЛС Дmax - не менее 50 км при обнаружении с вероят-ностью правильного обнаружения Рпо не менее 0,98 и вероятностью ложной тревоги Рлт не более 10-5 воздушной цели средней эффективной площади отражения цели σ ц не более 10 м2; 41 диапазон высот обнаруживаемых целей Н - не менее 10 км на дальности не более 3 км и не менее 0,5 км на максимальной дальности; разрешающая способность по дальности δД – не хуже 100 м; разрешающая способность по азимуту δα и углу места δβ – не хуже 1,5º; среднеквадратическая погрешность измерения дальности σД не более – 40 м; среднеквадратическая погрешность измерения азимута σα и угла места σβ – не более 1º; метеоусловия работы – не хуже среднего дождя; размеры зоны поиска цели по азимуту ±θα и углу места ±θβ - 10º; время поиска цели в зоне поиска Т0 – не более 10 с. 1. Рассчитать следующие технические характеристики РЛС: рабочую частоту (длину волны) зондирующего сигнала f0 (λ0); длительность импульса сигнала τс; период (частоту) повторения зондирующих импульсов Тп (Fп); тип и параметры антенной системы: коэффициент направленного действия G, коэффициент усиления KA, эффективную площадь антенны Sэ; тип приемного устройства РЛС и его параметры: чувствительность Рпр.min, ширину полосы пропускания Δfпр, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр (Тпр); суммарные потери в тракте обработки сигналов реальной РЛС αп; суммарные потери в среде 42 распространения ЭМВ δп; параметры обзора: время облучения воздушной цели Тобл при заданном размере зоны обзора 2θα и 2θβ, периоде обзора Т0 и рассчитанной ширине ДНА по α азимуту θ 0,5 ; импульсную (средную) мощность передатчика РЛС Ри (Рср). 2. Выбрать и составить структурную схему передающей (приёмной) части РЛС. Студенту произвести разработку угломерной РНС определения пеленга по углу места на основе аплитудного метода Исходные данные по проектированию: тип РНС – угломерная, пассивная; вид принимаемого сигнала – непрерывный, амплитудномодулированный; максимальная дальность Дmax обнаружения сигнала глиссадного радиомаяка средней мощностью Рср.о 25 Вт и коэффициентом направленного действия антенны Go 20 дБ при вероятности правильного обнаружения Рпо не менее 0,95 и вероятности ложной тревоги Рлт не более 10-5 – не менее 20 км; разрешающая способность по углу δα – не хуже 0,25º; размеры рабочей зоны по углу ±θα - ±45º относительно продольной оси ЛА; максимальные допустимые размеры антенной системы, размещаемой в 43 пределах фюзеляжа ЛА: по вертикали dв.max – не более 1 м, по горизонтали dг.max – не более 0,9 м; метеоусловия - любые. 1. Рассчитать (выбрать) следующие технические характеристики РНС: рабочую (среднюю) частоту сигнала и соответствующую им длину волн электромагнитных излучений fo (λо); тип антенной системы пеленгатора; тип и параметры приемного устройства: ширина полосы пропусания Δfпр, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр (Тпр), промежуточная частота fпр; суммарные потери в тракте обработки сигналов реальной РНС αп; суммарные потери в среде распространения ЭМВ δп; требуемую реальную чувствительность приемного устройства для обеспечения заданной максимальной дальности действия Дmax. 2. Выбрать и составить структурную схему передающей (приёмной) части РНС. Студенту произвести разработку разностно-дальномерной РНС на основе фазового метода измерения дальности. Исходные данные по проектированию: тип РНС – когерентная, непрерывного излучения с фазовой модуляцией; максимальная дальность Дmax з обнаружения запросного сигнала 44 приёмником ответчика с чувствительностью Рпр мин о 10 мкВт и коэффициентом направленного действия антенны ответчика Go 20 дБ с вероятностью правильного обнаружения Рпо не менее 0,98 и вероятностью ложной тревоги Рлт не -3 более 10 – не менее 400 км; максимальная дальность Дmax о обнаружения сигнала передатчика ответчика средней мощ-ностью Рср.о 20 кВт и коэффициентом направленного действия антенны ответчика Go 20 дБ с вероятностью правильного обнаружения Рпо не менее 0,98 и вероятностью ложной тревоги Рлт не более 10-3 – не менее 400 км; диапазон однозначного измерения дальности: от максимальной Дmax, равной 400 км, до минимальной Дmin, равной 0,5 км; максимальная погрешность измерения дальности: в диапазоне 100…400 км – не более 3σд1 = 5 км, в диапазоне 10…100 км – не более 3σд2 = 1 км, в диапазоне 0,5…10 км – не более 3σд2 = 0,05 км; метеоусловия работы – не хуже среднего дождя. 1. Рассчитать следующие технические характеристики РНС: рабочие (несущие) частоты запросного и ответного сигналов и соответствующие им длины волн электромагнитных излучений запросчика fз (λз) и ответчика fo (λо); масштабные частоты: точная Fт; промежуточная Fпр, грубая Fгр; типы и параметры приемного устройства запросчика: 45 чувствительность Рпр. ширина min з, полосы пропускания Δfпр.з, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр.з, (Тпр.з), промежуточную(ые) частоту(ы) fпр.з; типы и параметры приёмной и передающей антенн запросчика Аз: коэффициенты направленного действия, коэффициенты усиления, эффективные площади антенн; суммарные потери в тракте обработки сигналов реальной РНС αп; суммарные потери в среде распространения ЭМВ δп; средную мощность передатчика запросчика Рср.з. 2. Выбрать и составить структурную схему передающей (приёмной) части РНС. Студенту произвести разработку запросно-ответной дальномерной РНС Исходные данные по проектированию: тип РНС – с активным ответом; вид принимаемого сигнала – импульсный; максимальная дальность Дmax обнаружения ответного сигнала наземного радиомаяка средней мощностью Рср.о 2,5 кВт и коэффициентом направленного действия антенны Go 10 дБ при вероятности правильного обнаружения Рпо не менее 0,96 и вероятности ложной тревоги Рлт не более 10-3 – не менее 250 км; вероятность правильного обнаружения Рпо запросного сигнала 46 не менее 0,9 при вероятности ложной тревоги Рлт не более 10-3 на расстоянии не менее 250 км; размеры рабочей зоны по курсу ±θα - ±45º относительно продольной оси ЛА; максимальные допустимые размеры антенной системы, размещаемой в пределах фюзеляжа ЛА: по вертикали dв.max – не более 1 м, по горизонтали dг.max – не более 0,9 м; метеоусловия - любые. 1. Рассчитать (выбрать) следующие технические характеристики РНС: рабочую (среднюю) частоту сигнала и соответствующую им длину волн электромагнитных излучений fo (λо); тип антенной системы; тип и параметры приемного устройства: ширина полосы пропусания Δfпр, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр (Тпр), промежуточная частота fпр; суммарные потери в тракте обработки сигналов реальной РНС αп; суммарные потери в среде распространения ЭМВ δп; требуемую реальную чувствительность приемного устройства для обеспечения заданной максимальной дальности действия Дmax.: требуемую среднюю мощность излучения запросного сигнала. 2. Выбрать и составить структурную схему передающей (приёмной) части РНС. Студенту произвести разработку 47 угломерной РНС определения курса на основе аплитудного метода Исходные данные по проектированию: тип РНС – угломерная, пассивная; вид принимаемого сигнала – непрерывный, амплитудномодулированный; максимальная дальность Дmax обнаружения сигнала курсового радиомаяка (КРМ) средней мощностью Рср.о 25 Вт и коэффициентом направленного действия антенны Go 20 дБ при вероятности правильного обнаружения Рпо не менее 0,96 и вероятности ложной тревоги Рлт не более 10-3 – не менее 50 км; разрешающая способность по курсу δα – не хуже 0,25º; размеры рабочей зоны по курсу ±θα - ±45º относительно продольной оси ЛА; максимальные допустимые размеры антенной системы, размещаемой в пределах фюзеляжа ЛА: по вертикали dв.max – не более 1 м, по горизонтали dг.max – не более 0,9 м; метеоусловия - любые. 1. Рассчитать (выбрать) следующие технические характеристики РНС: рабочую (среднюю) частоту сигнала и соответствующую им длину волн электромагнитных излучений fo (λо); тип антенной системы пеленгатора; тип и параметры приемного устройства: ширина полосы пропусания Δfпр, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр (Тпр), промежуточная частота fпр; 48 суммарные потери в тракте обработки сигналов реальной РНС αп; суммарные потери в среде распространения ЭМВ δп; требуемую реальную чувствительность приемного устройства для обеспечения заданной максимальной дальности действия Дmax. 2. Выбрать и составить структурную схему передающей (приёмной) части РНС. Студенту произвести разработку маркерной РНС на основе амплитудного метода измерения угловых координат. Исходные данные по проектированию: тип РНС – угломерная, пассивная; вид принимаемого сигнала –с импульснокодовой модуляцией; максимальная дальность Дmax обнаружения сигнала маркерого радиомаяка (МРМ) средней мощностью Рср.о 25 Вт и коэффициентом направленного действия антенны Go 20 дБ при вероятности правильного обнаружения Рпо не менее 0,99 и вероятности ложной тревоги Рлт не более 10-5 – не менее 20 км; разрешающая способность по углу δα – не хуже 0,25º; размеры рабочей зоны по углуу ±θα - ±45º относительно продольной оси ЛА; максимальные допустимые размеры антенной системы, размещаемой в пределах фюзеляжа ЛА: по вертикали dв.max 49 – не более 1 м, по горизонтали dг.max – не более 0,9 м; метеоусловия - любые. 1. Рассчитать (выбрать) следующие технические характеристики РНС: рабочую (среднюю) частоту сигнала и соответствующую им длину волн электромагнитных излучений fo (λо); тип антенной системы; тип и параметры приемного устройства: ширина полосы пропусания Δfпр, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр (Тпр), промежуточная частота fпр; суммарные потери в тракте обработки сигналов реальной РНС αп; суммарные потери в среде распространения ЭМВ δп; требуемую реальную чувствительность приемного устройства для обеспечения заданной максимальной дальности действия Дmax. 2. Выбрать и составить структурную схему передающей (приёмной) части РНС. Студенту произвести разработку угломерной РНС определения пеленга на основе аплитудного метода измерения дальности . Исходные данные по проектированию: тип РНС – угломерная, пассивная; вид принимаемого сигнала – непрерывный, амплитудномодулированный; максимальная дальность Дmax 50 обнаружения сигнала курсового радиомаяка (КРМ) средней мощностью Рср.о 25 Вт и коэффициентом направленного действия антенны Go 20 дБ при вероятности правильного обнаружения Рпо не менее 0,96 и вероятности ложной тревоги Рлт не более 10-3 – не менее 50 км; разрешающая способность по курсу δα – не хуже 0,25º; размеры рабочей зоны по курсу ±θα - ±45º относительно продольной оси ЛА; максимальные допустимые размеры антенной системы, размещаемой в пределах фюзеляжа ЛА: по вертикали dв.max – не более 1 м, по горизонтали dг.max – не более 0,9 м; метеоусловия - любые. 1. Рассчитать (выбрать) следующие технические характеристики РНС: рабочую (среднюю) частоту сигнала и соответствующую им длину волн электромагнитных излучений fo (λо); тип антенной системы пеленгатора; тип и параметры приемного устройства: ширина полосы пропусания Δfпр, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр (Тпр), промежуточная частота fпр; суммарные потери в тракте обработки сигналов реальной РНС αп; суммарные потери в среде распространения ЭМВ δп; требуемую реальную чувствительность приемного устройства для обеспечения заданной максимальной дальности действия Дmax. 2. Выбрать и составить структурную 51 схему передающей (приёмной) части РНС. Студенту произвести разработку угломерной РНС на основе амплитуднофазового метода измерения угла. Исходные данные по проектированию: тип РНС – угломерная, пассивная; вид принимаемого сигнала – непрерывный; максимальная дальность Дmax обнаружения сигнала радиомаяка (РМ) средней мощностью Рср.о 2 кВт и коэффициентом направленного действия антенны Go 20 дБ при вероятности правильного обнаружения Рпо не менее 0,96 и вероятности ложной тревоги Рлт не более 10-3 – не менее 50 км; разрешающая способность по азимуту δα – не хуже 2º; среднеквадратическая погрешность измерения азимута σα – не более 1,5º; размеры рабочей зоны по азимуту ±θα ±15º, по углу места ±θβ - ±30º относительно продольной оси ЛА; максимальные допустимые размеры антенной системы, размещаемой в пределах фюзеляжа ЛА: по вертикали dв.max – не более 1 м, по горизонтали dг.max – не более 0,9 м; метеоусловия - любые. 1. Рассчитать (выбрать) следующие технические характеристики РНС: рабочую (среднюю) частоту сигнала и соответствующую им длину волн 52 электромагнитных излучений fo (λо); тип элементарных облучателей антенной системы пеленгатора; тип и параметры приемного устройства: ширина полосы пропусания Δfпр, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр (Тпр), промежуточная частота fпр; суммарные потери в тракте обработки сигналов реальной РНС αп; суммарные потери в среде распространения ЭМВ δп; требуемую реальную чувствительность приемного устройства для обеспечения заданной максимальной дальности действия Дmax. По результатам расчета производится анализ по возможности реализации технических характеристик радиосистемы, а также выбор и обоснование структурной схемы фазовой суммарно-разностной пеленгационной системы. 2. Выбрать и составить структурную схему передающей (приёмной) части РНС. Студенту произвести разработку угломерной РНС на основе фазового метода измерения дальности. Исходные данные по проектированию: тип РНС – угломерная, пассивная; вид принимаемого сигнала – непрерывный; максимальная дальность Дmax обнаружения сигнала радиомаяка (РМ) 53 средней мощностью Рср.о 2 кВт и коэффициентом направленного действия антенны Go 20 дБ при вероятности правильного обнаружения Рпо не менее 0,96 и вероятности ложной тревоги Рлт не более 10-3 – не менее 50 км; разрешающая способность по азимуту δα – не хуже 2º; среднеквадратическая погрешность измерения азимута σα – не более 1,5º; размеры рабочей зоны по азимуту ±θα ±15º, по углу места ±θβ - ±30º относительно продольной оси ЛА; максимальные допустимые размеры антенной системы, размещаемой в пределах фюзеляжа ЛА: по вертикали dв.max – не более 1 м, по горизонтали dг.max – не более 0,9 м; метеоусловия - любые. 1. Рассчитать (выбрать) следующие технические характеристики РНС: рабочую (среднюю) частоту сигнала и соответствующую им длину волн электромагнитных излучений fo (λо); тип элементарных облучателей антенной системы пеленгатора; тип и параметры приемного устройства: ширина полосы пропусания Δfпр, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр (Тпр), промежуточная частота fпр; суммарные потери в тракте обработки сигналов реальной РНС αп; суммарные потери в среде распространения ЭМВ δп; требуемую реальную чувствительность приемного 54 устройства для обеспечения заданной максимальной дальности действия Дmax. По результатам расчета производится анализ по возможности реализации технических характеристик радиосистемы, а также выбор и обоснование структурной схемы фазовой суммарно-разностной пеленгационной системы. 2. Выбрать и составить структурную схему передающей (приёмной) части РНС. Студенту произвести разработку аппаратуры потребителя спутниковой радионавигационной системы (СРНС). Исходные данные по проектированию: тип СРНС – импульсного фазоманипулированного излучения; общее число навигационных спутников (НС) – 24; число НС на орбите – 8; число орбит – 3; тип орбит – круговая; высота орбит – 19100 км; несущие частоты радионавигационных сигналов: сигнал пониженной точности (ПТ) 1602,5625…1615,5 МГц, сигнал высокой точности (ВТ) 1246,4375…1256,5 МГц; способ разделения сигналов НС – частотный; мощность сигнала НС – 64 Вт; коэффициент усиления антенны НС – 10 дБ (по центру диаграммы направленности) и 12 дБ (в углах ±15 от центра); вероятность правильного 55 обнаружения Рпо сигнала НС при вероятности ложной тревоги Рлт не -5 более 10 – не менее 0,98; период повторения дальномерного кода – 1 мс; тактовая частота дальномерного кода - 0,511 МГц; скорость передачи эфемеридной информации – 50 бит/с; ошибка по координатам в вертикальной плоскости – не более 12,5 м; ошибка по координатам в горизонтальной плоскости – не более 8,5 м; сферическая ошибка по координатам – не более 15 м; сферическая ошибка по скорости – не более 0,2 м/с 1. Рассчитать следующие технические характеристики аппаратуры потребителя СРНС: рабочие (средние) частоты сигналов и соответствующие им длины волн электромагнитных излучений fo (λо) НС; типы и параметры приемного устройства: чувствительность Рпр. min, ширина полосы пропускания Δfпр, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.пр, (Тпр), промежуточную(ые) частоту(ы) fпр; типы и параметры приёмной: коэффициент направленного действия, коэффициент усиления, эффективная площадь антенны, ширина диаграммы направленности; суммарные потери в тракте обработки сигналов αп; суммарные потери в среде 56 распространения ЭМВ δп;.. 2. Выбрать и составить структурную схему радиоприёмной части (схемы слежения за задержкой сигнала, схемы слежения за частотой сигнала) аппаратуры потребителя СРНС. Содержание стр Введение 2 1 Исходные данные по проектированию 3 2 Основные теоретические сведения о разрабатываемом РНС 3 3 Расчёт технических характеристик 8 3.1 Определение длины волны (частоты сигнала) 9 3.2 Выбор типа диаграммы 57 направленности антенны радионавигационной системы и расчёт её параметров 11 3.3 Расчет энергетических параметров линии связи в радионавигационной системе 14 4 Разработка структурной схемы устройства 18 Литература 20 Приложение 21 58
