1 РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ІМПУЛЬСНОГО РАДІОВІДДАЛЕМІРА І РОЗРОБКА СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ



Необхідно розглянути принцип дії імпульсного далекоміра; вимірювання теоретично проводяться на індикаторі з амплітудною відміткою. Розрахувати реальні роздільну здатність і точність вимірювання для наступних початкових даних: максимальна дальність вимірювання Dmax = 40 км, мінімальна віддаль до об’єкту Dmin = 0.1 км, діаметр ЕПТ = 120 мм, діаметр променя ЕПТ = 0.5 мм.



1.1. Введення



За мету у даному розділі стоїть теоретична розробка і розрахунок парамет рів імпульсного радіодалекоміра, для його побудови застосуємо амплітудний метод вимірювання.

При амплітудному методі вимірювання визначається час запізнення харак терної зміни амплітуди радіолокаційного сигналу, що приймається. Із різноманіт них видів модуляції випромінюваних коливань частіше вживається імпульсна.

Метод виміру дальності за допомогою імпульсів, заснований на постійнос ті швидкості і прямолінійності розповсюдження радіохвиль. Вимірювання зво диться до фіксації моментів випромінювання зондуючого сигналу та приймання відображеного сигналу і вимірювання часового інтервалу між цими моментами, проілюстровано на рисунку 1.1.



Рис. 1.1 Вимірювання часового інтервалу

Визначивши час запізнення (tз ) і, знаючи швидкість розповсюдження ра діохвиль (), можемо розрахувати відстань між РЛС та ціллю (D), розрахунок проводимо за допомогою формули

(1.1)

Однак час запізнення відображених сигналів дуже малий (складає приблиз но тисячні, навіть мільйонні долі секунд), і звичайні часові механізми для його вимірювання непридатні. Одним з найбільш споживаних приладів для вимірю вання часу запізнювання є електроннопромінева трубка, на рисунку 1.2 зображено ескіз екрану осцилографу. Пляма відтворює огинаючи випроміненого і відобра женого імпульсів, відстань між якими пропорційна відстані виявленої цілі

(1.2)

де — швидкість руху плями по екрану індикатору.



Рис. 1.2 Екран електроннопроміневої трубки



По положенню відображеного сигналу на екрані можливо відраховувати дальність цілей. Можливі і інші технічні рішення при побудові імпульсного далекоміру. Однак при використані індикаторних пристроїв на ЕПТ роздільна здатність по дальності і точність вимірювання дальності істотно залежать від параметрів індикатору, що суттєво впливає на усі вимірювання.

1.2. Структурна схема і принцип роботи імпульсного радіодалекоміра



Визначення дальності до цілі при використанні імпульсної модуляції, як показалося вище, засноване на вимірюванні часу запізнення радіолокаційних сигналів. Для їх генерування використовуємо пристрій імпульсної віддалемірної РЛС, структурна схема якого зображена на рисунку 1.3. Передавач станції гене рує радіоімпульси тривалістю u з періодом повторення Tu (напруга U2 на рисун ку 1.4). Антенний перемикач під’єднує антенну до передавача на час генерації (u) та до приймача на весь останній час. Відображені імпульсні сигнали запіз нюють ся на час tз; на вхід приймача поступають коливання передавача і відобра женні сигнали (U3).



Рис. 1.3 Структурна схема імпульсного віддалеміру



До вертикально відхиляючих пластин трубки підводяться імпульси напру ги з виходу приймача (U4); до горизонтально відхиляючих пластин від спеціаль ної схеми підводиться пилкоподібна відхиляюча напруга. Передавач і схема створення пилкоподібної напруги запускаються одночасно імпульсами синхро ні зуючого пристрою (U5), тому одночасно з випромінюванням імпульсу переда вача починається горизонтальне переміщення променя по екрану трубки. Епюри імпульсів, що підводяться, зображені на рисунку 1.4.



Рис. 1.4 Епюри напруг у точках 1-5 схеми імпульсного віддалеміру



Як правило, такі РЛС мають вузьку ДСА в горизонтальній площині і ши року, що перекриває весь сектор по куту місця, у вертикальній площині. Такі станції дозволяють виявити цілі і визначити їх віддаль D і азимут в границях зони огляду, що визначається максимальною віддаллю і шириною ДСА у вертикальній площині . За азимутом ДСА обертається з постійною швидкі с тю, здійснюючи за час одного оберту коловий огляд. Прийняті відбиті сиг нали відтворюються на екрані електронно-променевої трубки (ЕПТ) . Момент випромінювання зондуючого імпульсу антеною А відповідає початку лінії роз гортки віддалі, а її азимутальне положення збігається з положенням осі ДСА. Відбитий від цілі сигнал після підсилення і детектування в приймач і модулює промінь ЕПТ по яскравості, висвітлюючи точку розгортки, що відповідає по ложенню цілі. Відбиті сигнали будуть прийматися, доки ціль буде залишатись в межах ширини ДСА (якщо розміри цілі малі, її можна вважати точковою), а протяжність по віддалі (вздовж лінії розгортки) – тривалістю прийнятого сиг налу. Механізм формування зображення на екрані ЕПТ зображений на рисун ку 1.5.



Рис. 1.5 Формування зображення на екрані ЕПТ



При обертанні антени, коли починається опромінювання цілі, напрямок 1, на радіусі розгортки під дією імпульсу цілі виникає яскрава крапка (амплітуда сигналу характеризується відрізками АВ і АС). На розгортці також мають міс це менш яскраві масштабні крапки. Обертання антени за часовою стрілкою дорів нює переміщенню цілі в іншому напрямку, так, що вона послідовно зай має напрямки 2` і 3`. Радіуси розгортки займають згідне положення 2 і 3 і на них виникають яскраві відмітки від цілі (амплітуди яких характеризуються відріз ками АС і AD).

Після повного оберту антени на екрані формуються масштабні кільця, а ціль буде мати вигляд невеликої дуги. Дальність до цілі вимірюється за допо могою масштабних кілець. Азимут відраховується по положенню середини її відмітки відносно будь-якого початкового напрямку, наприклад північного напрямку меридіана.

1.3. Розрахунок реальної роздільної здатності і точності вимірювання дальності



Початкові дані:

Dmin= 0.1 км;

Dmax=40 км;

діаметр ЕПТ= 120мм;

діаметр променя ЕПТ= 0,5 мм.

Розрахуємо здатність дальності

, (1.3)

де потенційна роздільна здатність, а роздільна здатність індикатора, які визначаються виразами

, (1.4)

, (1.5)

де діаметр проміння ЕПТ, а коефіцієнт, який зв’язує відстань у просторі та відстань на індикаторі і визначається виразом

. (1.6)

Таким чином, підставляємо вираз (1.6) у вираз (1.5) та отримаємо

. (1.7)

Підставляємо дані до формули 1.7 і розраховуємо роздільну здатність індика тора

. (1.8)

Для розрахунку потенційної роздільної дальності нам необхідно знайти тривалість зондуючого імпульсу. Вираз (1.9) описує залежність часу „мерт вої зони” від часу „паралізації” антенного перемикача та тривалості зондуючого імпульсу, де за час „паралізації” антенного перемикача візьмемо .

; (1.9)

виразивши ми отримуємо

, (1.10)

де час “мертвої” зони РЛС, який визначається мінімальною дальністю дії

, (1.11)

де швидкість світла. Тоді отримаємо

. (1.12)

Підставимо отримані дані у формулу 1.10 і отримаємо

. (1.13)

Визначивши тривалість зондуючого імпульсу, розрахуємо потенційну роз дільну здатність

(1.14)

і реальну роздільну здатність по дальності

. (1.15)

Розрахуємо похибку вимірювання. Реальна точність вимірювання дальнос ті визначається, наступним виразом

, (1.16)

де потенційна точність, яка визначається

(1.17)

приймемо - відношення сигнал/завада =10, тоді

, (1.18)

а точність вимірювання і вона визначається виразом

, (1.19)

де мінімальна відстань, яку можна відкласти на шкалі (візьмемо ); коефіцієнт пропорційності. Підставимо в формулу точність індикатора і отримаємо

. (1.20)

Всі розраховані величини підставляємо в формулу реальної точнос