Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию Рекомендовано к использованию




Скачать 21.72 Kb.
НазваниеУчебно-методическое пособие по курсовому проектированию Рекомендовано к использованию
страница1/4
Дата04.02.2016
Размер21.72 Kb.
ТипУчебно-методическое пособие
  1   2   3   4


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


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;

- 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 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 – не менее Дmax;

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.

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 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

D = ,

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 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 угломерно-дальномерном 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 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 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].



Рис. 3 Вид индикатора кругового обзора




Рис. 4 Структурная схема РЛС кругового обзора



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 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 < .

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 Dмин связана с длительностью импульса τи и временем восстановления τв приемного тракта

Dмин .

Отраженные импульсы, приходящие от объектов, расположенных в пределах Dмин, сливаются с зондирующим импульсом, различение этих сигналов не обеспечивается.


3 Расчёт технических характеристик


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 f00);

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, коэффициент шума (шумовая температура) Kш.прпр);

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 ширине ДНА по азимуту и углу места ;

импульсная (средняя) мощность передатчика РЛС Риср).

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]

, (1)

где для инженерных расчетов принимается с = 3∙108 м∙с-1 – скорость распространения ЭМВ.

При ограничении размеров апертуры антенной системы длина волны ЭМВ выбирается исходя из следующих условий [1 – 4]:

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 уровню половинной мощности и [1 – 5]

, (2)

где γα и γ – коэффициенты ухудшения потенциальной разрешающей способ-ности по азимуту (δαпот = , δпот = ) 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]

, (3)

где Kα и K – коэффициенты, зависящие от 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)

и , (4)

а для обеспечения заданной зоны излучения или приёма сигнала по азимуту δα и углу места δβ

и . (5)

Причём для коэффициентов Kα и K в 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

=0,0178 (м)=1,78 (см).

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

=0,49 (м)=49 (см).

Пример 5. При заданной (рассчитанной) частоте девиации частотномо-дулированного 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 и углу места , а также требуемым отношением сигнал/шум (qтр), обеспечиваю-щим заданные характеристики обнаружения Рпо и Рлт [1 – 4]

, , (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]

, (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

=129.


Тогда для обеспечения заданной точности измерения угла азимута в соответствии с выражениями (3) и (6) длина волны λ должна удовлетворять условиям

, . (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.

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

=0,11 (м)=11 (см).

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.

  1   2   3   4

Похожие:

Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию Рекомендовано к использованию iconУчебно-методическое пособие по курсовому проектированию для студентов специальностей 110304 «Технология ремонта и обслуживания машин в апк» и190603 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования в сельском хозяйстве» Пермь 2008
...
Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию Рекомендовано к использованию iconУчебно-методическое пособие по дисциплине «Страхование»
Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с требованиями фгос впо по направлению 080100. 62 «Экономика»
Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию Рекомендовано к использованию iconУчебно-методическое пособие
...
Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию Рекомендовано к использованию iconУчебно-методическое пособие по дисциплине «пропедевтика внутренних болезней»
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов 3 курса медико-профилактического факультета кгму
Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию Рекомендовано к использованию iconУчебно-методическое пособие по выполнению курсовой работы по дисциплине «Теплотехника»
Учебно-методическое пособие предназначено для студентов специальности 190603. 65 Сервис транспортных и технологических машин и оборудования...
Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию Рекомендовано к использованию iconУчебно-методическое пособие. Мн., 2006 Оглавление
Процко Т. А. Психология школьника с интеллектуальной недостаточностью (умственной отсталостью): Учебно-методическое пособие. Мн.,...
Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию Рекомендовано к использованию iconМетодические рекомендации по подготовке и оформлению письменных работ учебно-методическое пособие для студентов и преподавателей брянск 2010 Учебно
«Государственное и муниципальное управление», «Менеджмент организации», «Финансы и кредит», «Юриспруденция» и рекомендовано к печати...
Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию Рекомендовано к использованию iconМетодические рекомендации по подготовке и оформлению письменных работ учебно-методическое пособие для студентов и преподавателей брянск 2010 Учебно
«Государственное и муниципальное управление», «Менеджмент организации», «Финансы и кредит», «Юриспруденция» и рекомендовано к печати...
Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию Рекомендовано к использованию iconУчебно-методическое пособие Красноярск сфу 2012 удк 504. 004. 4 (07) ббк 28. 0я73
Экологическая информатика: учебно-методическое пособие [Текст] / сост. М. А. Субботин. – Красноярск: Сиб федер ун-т, 2012. – 9 с
Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию Рекомендовано к использованию iconУчебно-методическое пособие для проведения лабораторных работ по курсу «Общая гидрология»
Учебно-методическое пособие разработано на кафедре океанологии профессором, доктором географических наук Л. А. Беспаловой и старшим...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница