2 ВИЗНАЧЕННЯ ЕНЕРГІЇ СИГНАЛУ, ЩО ВИПРОМІНЮЄТЬСЯ



Потужність передавача РЛС визначається з рівняння віддалі, що визначає відстань дії станції у вільному просторі :

(2.1)

де – спектральна щільність шуму ();

– відношення сигнал/шум на виході узгодженого з одним імпульсом фільтра, що забезпечує потрібну якість виявлення при заданій схемі обробки;

– кількість відбитих від цілі імпульсів, які приймаються РЛС за одне обертання антени;

– коефіцієнт підсилення антени;

– ефективна площа антени.

У вираз (2.1) безпосередньо входять тільки два параметри, що визначені вихідними даними – це ефективна відбиваюча поверхня цілі та втрати , а інші параметри підлягають визначенню.

У реальних умовах поширення радіохвиль в атмосфері відбувається поглинання їхньої енергії в газах (кисень, водна пара), розсіяння та послаблення опадами, що приводить до зменшення максимальної віддалі виявлення. Зв’язок між максимальними віддалями у вільному просторі on.3 HYPER14HYPER15 та в атмосфері визначається наступним виразом [8]

(2.2)

де ( коефіцієнт поглинання, який характеризує зменшення щільності потоку енергії радіохвилі, що поширюється ().

Залежність коефіцієнта поглинання від довжини хвилі (несучої частоти зондуючого сигналу) багатоекстремальна та випадкова. Її випадковість визначається випадковим характером метеоумов при експлуатації РЛС, а багатоекстремальність – вибірним характером поглинання електромагнітної енергії різними газами. Проте при проектуванні РЛС користуються усередненою залежністю коефіцієнта поглинання від несучої частоти [9], яку наведено на рисунку 2.1.

Спектральна щільність шуму на вході приймача визначається так:

(2.3)

де – стала Больцмана.

– стандартна температура;

– коефіцієнт шуму приймача.



Рис. 2.1 – Залежність коефіцієнта поглинання від несучої частоти зондуючого сигналу



У зв’язку з необхідністю значного підсилення вхідних сигналів низького рівня приймачі РЛС будуються за супергетеродинною схемою, вхідним пристроєм яких є малошумний підсилювач високої частоти (ПВЧ) або змішувач. За активний елемент ПВЧ з малим рівнем шуму частіш за все обирають малошумні транзистори, тунельні діоди, лампи рухомої (ЛРХ) або зворотної (ЛЗХ) хвилі. В якості малошумного змішувача оберемо напівпровідниковий змішувачі на діодах. Частотна залежність коефіцієнта шуму характеристик вхідних пристроїв радіолокаційних приймачів наведена на рисунку 2.2.



Риc. 2.2 – Частотна залежність коефіцієнта шуму характеристик вхідних пристроїв радіолокаційних приймачів:

1 ( напівпровідниковий змішувач, 2 (ПВЧ на електровакуумному тріоді, 3 ( ПВЧ на ЛРХ (ЛЗХ), 4 ( параметричний підсилювач



З графіка (рис. 2.1) бачимо, що коефіцієнт поглинання для несучої частоти (за завданням) дорівнює (або в разах). Таким чином, за формулою (2.2) максимальна віддаль у вільному просторі HYPER15 складає



Також бачимо з графіків (рис. 2.2), що для напівпровідникового змішувача (характеристика 1 на рисунку) коефіцієнт шуму становить (в разах ) при орієнтовній довжини хвилі ED Equation.3 HYPER14HYPER15 (несуча частота ). Таким чином спектральна щільність шуму на вході приймача відповідно до виразу (2.3) дорівнюватиме



Період повторення зондуючих імпульсів обирається з умови забезпечення однозначного визначення віддалі



(2.4)

де – максимальна віддаль однозначного вимірювання; - швидкість світла.

В нашому випадку



Верхня межа спектра флуктуації траєкторії руху цілі та ширина діаграми спрямованості (ДС) антени в азимутальній площині на рівні половинної потужності визначають час огляду РЛС, час опромінювання цілі та кількість відбитих від неї імпульсів , що приймаються РЛС за одне обертання антени

(2.5)

У загальному випадку роздільна здатність за азимутом та ширина ДС антени РЛС зв’язані досить складною залежністю. Однак можна показати, що при апроксимації ДС прямокутником з основою справедливо

(2.6)

Для ескізного проектування точність такої апроксимації цілком припустима. В нашому випадку вирази (2.5) будуть дорівнювати



Для визначення відношення сигнал/шум на виході узгодженого з одним імпульсом фільтра, що забезпечує потрібну якість виявлення, необхідно конкретизувати схему обробки радіолокаційного сигналу.

Як відзначалось при аналізі вихідних даних, в проектованій РЛС достатньо застосувати некогерентну обробку прийнятих сигналів, якість виявлення якої визначається [11]

(2.7)

де ( узагальнений поріг; ( ймовірність хибної тривоги в одному елементі розрізняння зони огляду, яка визначається формулами

(2.8)

Тоді



де



Шукане відношення сигнал/шум визначається з виразу для ймовірності вірного виявлення , куди підставляється значення узагальненого порога , яке знаходиться за ймовірністю хибної тривоги та кількістю імпульсів у пачці .

Значення узагальненого порога можна знайти, розв’язуючи друге інтегральне рівняння системи (2.7) відносно , або скориставшись даними таблиці, приведеної в методичних вказівках до виконання курсової роботи [11]. Через трансцендентність першого рівняння системи (2.7) визначення здійснюється числовим методом. При та бачимо, що максимальна кількість імпульсів () дає поріг . На графіку (рис. 2.3) представлена залежність , з якої видно, що при ймовірності вірного виявлення значення відношення сигнал/шум складає приблизно .



Рис. 2.3 – Графік залежності ймовірності вірного виявлення від відношення сигнал/шум



Забезпечити необхідний переріз зони огляду у вертикальній площині можна за допомогою антени з так званою косеканс-квадратною ДС. Легко довести, що коефіцієнт підсилення косеканс-квадратної антени визначається виразом

(2.9)

де .

Тоді знайдемо о



Значення , о,min, max у виразі (2.9) підставляємо в радіанах.

Ефективна площа антени відрізняється від фізичної площі її апертури:

(2.10)

де ( коефіцієнт використання апертури. Для рефлекторних антен з номінальним значенням . Вважаємо, що фізична площа апертури косеканс-квадратної антени являє собою прямокутник із сторонами

(2.11)

Тоді, підставляючи значення в (2.11), отримаємо







З виразу (2.10) отримаємо ефективну площу антени







З оглядом на представлений вище розрахунок, енергія сигналу, що випромінюється РЛС, відповідно до виразу (2.1) дорівнюватиме



















Змн.



Арк.



№ докум.



Підпис



Дата



Арк.



РТ61.090701.007ПЗ