3697 РАСЧЕТ СИСТЕМНЫХ ПАРАМЕТРОВ РЛС

Цель работы: изучение взаимосвязи основных системо-технических параметров и характеристик при проектировании РЛС.

 

1. Теоретическое введение

Проектирование РЛС базируется на принципах системного подхода, которые состоят в задании критериев эффективности (целевой функции), решении оптимизационных задач и сравнении вариантов реализации систем. Учитывая сложность задачи, многовариантность получаемых решений, добиться качественного результата удается только при многократном просчете вариантов, т.е. процесс проектирования носит итерационный характер и весьма сложен с вычислительной точки зрения. Применение компьютерных систем автоматизированного проектирования позволяет «методом последовательных приближений» спроектировать систему с близкими к оптимальным техническими и эксплуатационными характеристиками, что достигается возможностью многократного пересчета вариантов при варьировании параметров системы. При этом удается, расчленяя общую задачу проектирования, постоянно контролировать взаимосвязь подсистем и изменение системных характеристик.

Первым этапом проектирования является синтез РЛС в общем виде, позволяющий осуществить комплексный учет параметров радиосистемы, подсистем первичной обработки сигналов, а также их совместную оптимизацию.

Ряд параметров, определяющих эффективность функционирования РЛС, может служить критерием оптимизации. Например, максимум вероятности правильного обнаружения D или непосредственно связанный с ней коэффициент улучшения отношения сигнал-(помеха+шум) μ. Технические параметры РЛС можно разделить на внешние, определяемые свойствами среды, и внутренние, определяющие структуру РЛС в общем виде. С учетом того, что вектор внешних параметров h обусловлен свойствами зондируемой среды, на которые процесс РЛС не оказывает воздействия [[i]], оптимизация целевой функции F(h,u,) может производиться только по вектору внутренних параметров u: .

1.1. Выбор зондирующего сигнала РЛС

Потенциальная точность измерения всех координат цели определяется энергией импульса, т.к. зависит от отношения 2Ec/N0, где Ec – энергия сигнала, N0 – энергия белого гауссовского шума. Вместе с тем рост энергии импульса EиСтроительство сетей канализации за счет увеличения длительности импульса τ уменьшает ширину спектра, что приводит к ухудшению потенциальной точности измерения дальности. Однако при этом повышается точность и разрешающая способность в измерении скорости цели. Таким образом, увеличение длительности обычного импульса (при постоянной центральной частоте сигнала) позволяет увеличить дальность действия, точность и разрешающую способность по скорости, точность измерения угловых координат, но снижает разрешающую способность и точность измерения по дальности. Это противоречие можно разрешить путем применения сложных сигналов.

Сложными сигналами называются такие сигналы, база которых удовлетворяет условию ΔfcTc>>1, где Δfc – ширина спектра зондирующего сигнала, Tc – длительность сигнала. Для прямоугольного импульса длительностью τ ширина спектра определяется первым нулем и примерно равна Δfc =1/Tc, а величина Δfcτ=1.

Разрешающая способность РЛС по дальности ΔR и по радиальной скорости ΔV определяется выражениями:

, ,

где c – скорость света, λ – длина волны, – предельный интервал задержки одного сигнала относительно другого, при котором они различаются, – ширина спектра, определяющая разрешение по частоте Доплера, R(·) – нормированная АКФ.

 

1.2. Расчет основных параметров приемопередающего тракта РЛС

В традиционных методиках расчет параметров РЛС не учитывает влияния помех, рассмотрение которых переносится на последующие этапы синтеза системы обработки. В этой связи использовано выражение, которое в явном виде учитывает свойства коррелированных (пассивных) и некоррелированных (активных) помех при расчете основных технических параметров РЛС, обеспечивающих решение задачи обнаружения эхо-сигналов [[ii]].

На основании известного выражения для расчета отраженной мощности на входе приемника РЛС можно записать выражения для мощности сигнала Pc и помехи Pп на входе радиосистемы:

Pс=KSс, Pп=KSп,

где Sс, Sп – эффективные площади рассеяния цели и помехи;

K=,

где Pp – мощность передатчика РЛС;

G – коэффициент направленного действия антенны;

l – длина волны;

R – дальность до объекта рассеяния.

Для обнаружения сигнала необходимо обеспечить выполнение следующего условия:

>qskp,

где Pш – мощность некоррелированного шума на входе приемника;

kr – коэффициент потерь приема;

kp – коэффициент потерь обработки;

qс – пороговое отношение сигнал-(помеха+шум);

Величина qс выражается через вероятностные характеристики РЛС:

qс=,

где F – вероятность ложной тревоги;

D – вероятность правильного обнаружения;

m – коэффициент улучшения отношения сигнал-(помеха+шум);

Пороговое отношение с учетом потерь имеет вид:

Q=.

Отношение сигнал-(помеха+шум) по мощности на выходе можно представить в виде:

P0=,

где kс, kп – коэффициенты передачи сигнала и помехи (соответственно) по мощности.

Коэффициент улучшения m представляет собой отношение P0 к входной мощности сигнал-(помеха+шум):

μ=.

Для оптимальной с учетом коэффициента улучшения m системы, осуществляющей когерентное накопление сигнала и подавление коррелированных помех до уровня шумов, коэффициенты kс и kп могут быть представлены следующими тождествами:

kс=N; kп=Pш/Pп,

где N – число импульсов в пачке.

С учетом приведенных соотношений выражение для необходимой для обнаружения мощности РЛС принимает вид [Ошибка! Закладка не определена.]:

Pp=.

(1)

Пороговое отношение Q определяет необходимое качество обработки сигналов, определяемое коэффициентом улучшения m. Оно является одним из ключевых параметров системы и связано с вероятностными характеристиками обнаружения соотношением:

.

(2)

Приведенные соотношения позволяют отразить зависимость энергетических и вероятностных параметров радиоэлектронной системы, что дает основу для создания программного пакета, адекватно отражающего взаимное влияние различных параметров РЛС.

 

2. Домашнее задание

1. Изучить теоретическое введение к лабораторной работе.

2. Используя формулу (1), рассчитать и построить зависимость энергетической дальности обнаружения R от мощности передатчика Pp при следующих значениях параметров: Pш=10-14 Вт, G=10000, λ=3 см, Sс=10 м2, kс=4096, Q=-20 дБ, Sп=1000 м2, kп = 10.

3. Используя формулу (2), рассчитать и построить вероятностную характеристику D(Q) при μ=100.



 
данной системы есть