Радиолокация. Радиолокационные цели. ЭПР

m=  
Wog= 1010610 = 0.081,  
Wog= 1010210 = 201 ;  
16)По графикам (рис.6.6) стр.287[2]) определяем коэффициент передачи ФСИ для n= 2, = 0.2  
Кпф= 0.65.  
17)Рассчитаем коэффициент усиления каскада с ФСИ:  
Коф= 0.5m mWoКпф  
Коф= 0.510.20301010100.65 = 20.  
Для требуемого усиления (140000) необходимо 4каскада. Тогда коэффициент усиления составит 160000. Превышением можно пренебречь.  
18) Рассчитываем элементы, образующие звенья ФСИ.  
Где m- соответствует коэффициенту трансформации m, - коэффициент связи (0.7-0.9).  
7. Проектирование детектора широкоимпульсного сигнала с линейной частотной модуляцией.  
Устройство, предназначенное для выделения огибающей процесса называется детектором. При Uм?0.3-0.5В диодный детектор работает в квадратичном режиме. Операцию получения квадрата огибающей выполняют в два приема: сначала с помощью линейного детектора выделяют огибающую, напряжение которой затем подают квадратор. Квадратор относится к устройствам , реализующим операцию умножения процесса на процесс. Наиболее совершенные перемножители - умножители компенсационного типа.  
Рис.14. Умножитель компенсационного типа.  
При подаче на вход 1 (U) напряжения U реализуется операция возведения в квадрат. Умножитель компенсационного типа состоит из двух перемножителей прямого действия. Простейшим умножителем является избирательный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления. Так же в состав умножителя компенсационного типа входит операционный усилитель (ОУ). Амплитудный линейный детектор (АД) выполняют на полупроводниковых диодах или транзисторах. Диодные полупроводниковые детекторы могут иметь как последовательные, так и параллельные схемы включения.  
Рис.15. Последовательная схема включения АД.  
Источником сигнала является колебательный контур Lк, Ск , индуктивно связанный с выходом резонансного усилительного каскада. К нему подключен детектор , образованный диодом Д и нагрузкой RC. Фильтр (Lф и его паразитная емкость Сф) - уменьшает высокочастотные пульсации выходного напряжения.  
Перед детектированием импульсы, принимаемые РЛ приемным устройством, согласно структурной схеме, проходят фильтровую обработку. Фо - представляет собой согласованный фильтр. Фильтр Фв - весовой сумматор на скользящем интервале.  
Рис.16.Весовой сумматор на скользящем интервале.  
Итак, коэффициенты устройств, входящих в структурную схему (до АД):  
Капч= 0.95, Кузп= 0.9, Кувч= 5.5, Купзк= 0.92, Кпч= 0.5, Купч= 1,6 , Кф= 0.1; после СФ (т.к. он ослабляет сигнал), необходимо ввести в схему усилитель с коэффициентом передачи: Кус= 10.  
Введем каскад с ОЭ.  
8.Проектирование АПЧ.  
Для автоподстройки частоты гетеродина можно использовать частотный детектор приемника и управитель частоты (УЧАП), который должен работать при относительно медленном изменении частоты, вызванном нестабильностью передатчика и гетеродина приемника.  
Рис.16. Принципиальная схема АПЧ.  
В системе АПЧ используется частотный детектор. Его подключаем к каскаду УПЧ , выполненному на интегральной микросхеме К224УС3. Частотный детектор выполнен на расстроенных контурах с последовательным резонансом. (Д1, Д2, С1- С4,L1, L2, R1, R2).  
Чтобы последующие цепи не шунтировали нагрузку ЧД, на его выход ставим эммиттерный повторитель, в качестве которого использовали микросхему К2УЭ182 . Коэффициент передачи ЭП - Кэп= 0.9. Учитывая , что уровни сигналов на входе на выходе ЧД велики, видеоимпульсы после ЭП необходимо усиливать в разных каналах.

Пиковые детекторы (на Д3 и Д4) - для формирования регулирующих напряжений, которые складываются после  пиковых детекторов для получения  результирующей характеристики частотного детектора.  
Видеоусилители, к которым должны присоединятся пиковые детекторы построены на микросхемах К218УИ1 (импульсный усилитель на положительную полярность) и К218УИ2 (импульсный усилитель на отрицательную полярность), имеющие основные характеристики: Кву3, Riву= 100 ом.  
Истоковый повторитель на полевом транзисторе КП102Л, служит для исключения шунтирования нагрузок пиковых детекторов.  
10.Проектирование системы АРУ (автоматической регулирования усиления).  
Исходные данные:  
Тип АРУ: ИАРУ  
Dвх =50 дб,  
Dвых =10 дб.  
Так как динамический диапазон входных выходных сигналов составляют 50 и 10дб, то требуемое изменение усиления УПЧ при максимальном ИАРУ составит раз.  
Количество регулируемых каскадов:  
n=, где - изменение усиления одного каскада.  
Охватывая АРУ 3 каскада, регулировку усиления на выходной каскад УПЧ не вводят. Получаем требуемое изменение усиления одного каскада.  
n= n=4/3 =1.33  
= 22 - коэффициент передачи каждого из трех каскадов должен меняться в пределах : 0.23-5  
Рис. 17 Принципиальная схема ИАРУ.  
11.Проектирование видеоусилителя.  
В видеоусилителях на транзисторах применяют схемы с общим эммитером , так как они обеспечивают наибольшее усиление.  
Исходными данными для рассчета являются:  
- необходимый коэффициент усиления : Кву =146.  
- время установления импульса tуст.=0,4 мкс.( т.к. импульс- прямоугольный ).  
- длительность импульсного сигнала ? = 1.83 мкс.  
- спад вершины =0.1.  
- выброс вых. напряжения = 0.1.  
-сопротивление источника сигнала =20 кОм.  
- Rн =18 кОм. Сн =25 пФ.  
1) Выбираем транзистор:  
(1.4/)  
6.2Мгц - граничная частота 60 Кгц.  
Выбираем транзистор ГТ309А:  
= 100-300.  
2)Так как параметры выходного устройства R=18 Ком, С= 25 пф, то нагрузка имеет емкостной характер, то используем схему с общим эмиттером. Для необходимого коэффициента усиления ВУ, необходимо поставить два каскада с ОЭ.  
Рис.18. Принципиальная схема видеоусилителя.  
12. Конструкция приемника.  
Основной задачей конструирования приемника является обеспечение работоспособности устройства с параметрами заложенными в его электронный расчет.  
Необходимо добиться такого взаимного расположения каскадов и узлов на печатной плате, чтобы минимизировать паразитные связи; обеспечить жесткость конструкции, корозийной и стойкости устройства; обеспечить удобство управления, контроля, ремонта и транспортировки; уменьшить габаритные размеры и массу; согласовать конструктивно приемник с аппаратурой, с которой он работает.  
Для уменьшения паразитных связей необходимо тщательно продумать размещение каскадов. Используют размещение схемы ‘в линейку’, либо ‘по периметру’.  
Для обеспечения жесткости конструкции печатные платы крепятся на прочном основании. В профессиональных устройствах, имеющих блочную конструкцию такие рамы в виде кассет вставляются в кожухи.  
При использовании приемника в тяжелых климатических условиях отдельные элементы и блоки помещают в специальные герметические кожухи.

При работе приемника необходим отвод тепла  через естественную конвенцию воздуха.  
Проектирование внешнего вида приемника является одной из важнейших задач и должно производиться в содружестве с художником. Форма и расположение ручек управления влияет на работоспособность оператора.  
13. Заключение.  
Расчет чувствительности РПУ определяем по фомуле:  
РА=КТоПш, Nп-коэффициент шума приемника; Nп =3.  
Тогда РАр = 1.38=5вт.  
Ослабление по зеркальному каналу - 30дб.  
Ослабление по соседнему каналу - 29дб.

Радиолокация  как научно-техническое направление  в радиотехнике зародилась в 30-х  годах. Достижения авиационной техники  обусловили необходимость разработки новых средств обнаружения самолетов, обладающих высокими характеристиками (дальностью, точностью). Такими средствами оказались радиолокационные системы. 
Выдающийся вклад в развитие радиолокации внесли советские ученые и инженеры П. К. Ощепков, М. М. Лобанов, Ю. К. Коровин, Б. К. Шембель. В Советском Союзе первые успешные эксперименты обнаружения самолетов с помощью радиолокационных устройств были проведены еще в 1934/36 гг. В 1939 г. на вооружении войск ПВО поступили первые серийные отечественные радиолокаторы. Существенным шагом в развитии радиолокации было создание в 1940/41 гг. под руководством Ю. Б. Кобзарева импульсного радиолокатора. В настоящее время радиолокация одна из наиболее прогрессирующих областей радиотехники. 
Получение информации в радиолокации сопряжено с наблюдением некоторой области пространства. Технические средства, с помощью которых ведется радиолокационное наблюдение, называются радиолокационными станциями (РЛС) или радиолокаторами; а наблюдаемые объекты — радиолокационными целями. Типичными целями являются самолеты, ракеты, корабли, наземные инженерные сооружения и т. п. 
В радиолокации наиболее часто измеряются дальность между целью и РЛС, угловые координаты (азимут, угол места) и радиальная, относительно радиолокатора, составляющая скорости движения. (Азимут - это угол между направлением на цель и северным направлением, измеренный в горизонтальной плоскости. Угол места измеряется между вектором наклонной дальности и его проекцией на горизонтальную плоскость.) В задачу радиолокационного наблюдения в некоторых случаях входит также идентификация (распознавание) целей. 
Понятие «система радиолокации» объединяет РЛС и другие связанные с ними технические средства, операторов, наблюдаемые цели и пространство, в котором ведется наблюдение. 
Системы радиолокации практически всегда входит в состав более сложных суперсистем. Эти суперсистемы имеют важное военное и народнохозяйственное значение и находят разнообразное применение: для управления воздушным движением, в навигации самолетов, кораблей, в геофизических и астрофизических исследованиях и др. 
Системы радиолокации составляют информационную часть таких суперсистем и функционируют совместно и во взаимной связи с другими подсистемами суперсистемы (радионавигации, радиоуправления, передачи информации). 
Методы радиолокации. 
Носителем информации в радиолокации является радиолокационный сигнал — электромагнитная волна, излучаемая целью. Это излучение может иметь различную природу; вторичное излучение (отражение), или собственное излучение радиоволн. В зависимости от способа образования радиолокационного сигнала различают активный, активный с активным "ответом” и пассивный методы радиолокации... 
В активной радиолокации передатчик РЛС излучает в направлении на цель мощный зондирующий сигнал. При облучении цели электромагнитной волной часть энергии волны поглощается, а остальная - отражается. Приемник радиолокатора улавливает слабый отраженный сигнал. Обнаружение отраженного сигнала свидетельствует о наличии цели. Анализ принятого сигнала и сравнение его с излученным позволяет получить информацию о пространственном положении и движении цели относительно РЛС. 
В активной радиолокации с активным ответом радиолокационный сигнал создается путем переизлучения зондирующего сигнала специальным радиоответчиком, установленным на цели. Системы, использующие такой метод, применяются для наблюдения самолетов, космических аппаратов, имеющих ретранслятор сигналов на борту. 
Системы активной радиолокации могут быть совмещенными и разделенными. В первом случае приемная и передающая части РЛС совмещаются в едином устройстве; во втором — приемное и передающее устройства размещаются в различных точках пространства, на удалении друг от друга. 
В пассивной радиолокации в качестве сигналов используется самопроизвольное электромагнитное излучение целей: собственное тепловое радиоизлучение физических тел или излучение радиотехнических устройств, установленных на цели. Пассивная РЛС имеет только приемное устройство, с помощью которого производится обнаружение целей и измерение их угловых координат. 
На современном этапе развития техники часто оказывается затруднительным построение пассивных РЛС с высокими техническими характеристиками, использующими тепловое радиоизлучение, вследствие малой его интенсивности. Поэтому такие РЛС нашли ограниченное применение. Большое значение имеют специальные пассивные РЛС, предназначенные для радиоразведки.

Классификация систем радиолокации 
В основу классификации систем радиолокации могут быть положены различные признаки. Для систем радиолокации, осуществляющих выделение, обработку и накопление информации о радиолокационных целях, наиболее существенными являются информационные признаки, а именно: назначение и характер получаемой информации. Однако для практики такая классификация часто оказывается недостаточной. Поэтому дополнительно вводят классификацию по способу формирования и обработки сигналов, по месту (объекту) размещения аппаратуры, по диапазону используемых радиоволн. 
Элементом системы радиолокации, определяющим ее назначение, основные свойства, возможности практического использования, являются РЛС. В зависимости от назначения и характера получаемой информации можно выделить три класса РЛС. 
1. РЛС обзорного типа. Назначение этих радиолокаторов— поиск, обнаружение целей и относительно грубое измерение их координат. Такие РЛС обеспечивают получение информации о многих целях одновременно. Отличительный признак этих РЛС — работа в режиме периодического обзора некоторой зоны пространства. Обзорные РЛС используются для наблюдения воздушного пространства, земной или водной поверхности. 
2. РЛС следящего типа. Назначение таких РЛС — точное измерение и непрерывная выдача информации о значениях координат целей. РЛС следящего типа осуществляют слежение за одной или несколькими целями. В частности, РЛС следящего типа применяются для управления оружием, слежения за самолетами в системах УВД. 
3. Специализированные измерители и РЛС ближнего действия. К этому типу отнесем устройства, выполняющие некоторую частную задачу. Как правило, такие устройства измеряют один параметр положения или движения цели (объекта) и работают по

заведомо  одной цели. По назначению рассматриваемые  устройства обладают большим разнообразием. В качестве примера укажем на РЛС, используемые как навигационные  измерители — самолетный радиовысотомер, доплеровский измеритель вектора скорости самолета. 
Существуют также комбинированные и многофункциональные РЛС. В комбинированной системе совмещаются обзорная и следящая РЛС. Наиболее совершенными являются многофункциональные РЛС. Такие РЛС могут одновременно совершать обзор пространства и слежение за целями. 
Схемно-техническое построение и конструкция РЛС в существенной мере зависят от места (объекта) размещения, от способа формирования и обработки сигналов. По месту установки РЛС подразделяются на наземные (стационарные и передвижные) и бортовые: самолетные, космические, корабельные. 
По способу формирования и обработки сигналов различают РЛС импульсные и с непрерывным излучением, когерентные и некогерентные, одноканальные и многоканальные. 
Характеристики и параметры систем радиолокации принято подразделять на тактические и технические. Первые из них определяют возможности практического использования системы. 
Перечислим основные тактические характеристики и параметры. 
1. Зона действия (рабочая зона) — область пространства, в которой РЛС выполняет свои функции, определенные ее назначением. 
2. Измеряемые координаты и точности их измерения. Измеряемые координаты определяются назначением РЛС. Существуют одно-, двух- и трехкоординатные РЛС. Измерение координат сопровождается погрешностями, которые ограничивают возможности тактического использования РЛС. Чрезмерное увеличение точности приводит к усложнению конструкции и к неоправданному повышению стоимости системы. 
Разрешающая способность РЛС характеризует возможность раздельного наблюдения целей и измерения их параметров при малом отличии этих параметров. Различают разрешение по дальности, по направлению и по скорости. Цели, не разрешаемые ни по дальности, ни по направлению, ни по скорости, воспринимаются радиолокатором как одна цель. Во многих случаях тактического применения РЛС разрешающая способность является характеристикой первостепенной важности, определяющей саму возможность практического использования РЛС. 
4. Помехозащищенность характеризуется способностью РЛС выполнять свои функции в условиях воздействия различного рода помех, естественных и организованных. 
5. Пропускная способность определяется плотностью случайного потока целей, информация о которых обрабатывается радиолокатором и выдается с заданной точностью. 
6. Время развертывания (приведения в рабочее состояние). Этот параметр характеризует возможность использования РЛС в условиях скоротечно изменяющейся обстановки. 
7. Надежность. Понятие надежности является общим для РТС различного назначения. Сущность надежности определена выше. 
Значения тактических характеристик обеспечиваются техническими параметрами РЛС. К основным техническим параметрам относятся: 
•способ обзора рабочей зоны; 
• вид модуляции зондирующих колебаний и способ обработки сигналов в приемнике; 
•способы измерения координат; 
•несущая частота излучаемых колебаний; 
•мощность передатчика, чувствительность приемника; 
•форма и ширина ДН антенны; 
•габариты, масса аппаратуры; 
•энергия, потребляемая от первичного источника. 
В определенных условиях некоторые технические параметры могут переходить в разряд тактических и наоборот. Например, при размещении РЛС на КА масса

габариты, потребление энергии определяют возможность использования системы  и поэтому должны рассматриваться  как тактические параметры. 
Исключительно важной характеристикой систем радиолокации являются экономические затраты на их производство и эксплуатацию. Аппаратура РТС, в которых существенный удельный вес имеют системы радиолокации, обладают большой стоимостью. Трудоемкость изготовления, экономические затраты часто определяют возможность и целесообразность производства аппаратуры. 
3.Сигналы и цели в радиолокации 
Общая характеристика радиолокационных сигналов. В активной радиолокации информация о целях образуется в результате взаимодействия зондирующего сигнала с целью и заключена в самом факте наличия отраженного сигнала и в его параметрах. Цель «модулирует» отраженный сигнал. Эта модуляция имеет разносторонний характер. С одной стороны, параметры сигнала приобретают регулярную зависимость от параметров положения и движения цели. Это, прежде всего, направление распространения фронта отраженной волны, характеризующее пространственное положение (угловые координаты) цели; запаздывание отраженного сигнала, возникающее при распространении электромагнитной волны от РЛС до цели и обратно и определяющее дальность до цели; доплеровское смещение частоты отраженного сигнала, характеризующее радиальную составляющую скорости движения цели относительно РЛС. Очевидно, что время запаздывания сигнала ф пропорционально дальности: 
ф =2д/с

(1) 
В свою очередь, доплеровское смещение частоты связано с радиальной скоростью цели соотношением: 
f=2fv/c

(2) 
С другой стороны, на структуру отраженного сигнала влияют случайный характер отражения электромагнитных волн от реальных целей, а также случайные изменения условий распространения  электромагнитных волн, нестабильность параметров аппаратуры. Поэтому параметры отраженного (принимаемого) сигнала флуктуируют случайным образом относительно своих средних значений. Эти флуктуации, как правило, понижают эффективность устройств обнаружения целей и измерения их координат. 
Существенно, что возмущающие факторы являются медленно изменяющимися процессами. На отрезке времени, меньшем интервала корреляции флуктуации, помеховая модуляция слабо влияет на характер связей, имеющихся в сигнале. Например, при когерентном зондирующем сигнале в отраженном сигнале на этом интервале также сохраняется когерентность. (Напомним, что под когерентностью понимают наличие жесткой связи между фазами сигнала в различные моменты времени). На больших интервалах времени такие связи в сигнале разрушаются. 
Извлечение полезной информации о целях состоит в обнаружении отраженного сигнала и измерении средних значений его случайных параметров. Иногда удается извлечь также информацию из средних статистических характеристик флуктуации. Например, известны системы, в которых спектральные характеристики флуктуации используются для идентификации (классификации) воздушных целей—самолетов. 
Общая характеристика зондирующих сигналов. 
Зондирующие сигналы, естественно, не несут какой-либо информации о радиолокационных целях. Эти сигналы играют подчиненную роль. Однако, как показано ниже, структура зондирующего сигнала, способ его модуляции имеют важное значение. Выделение принятого сигнала из шума и измерение его параметров предполагает наличие некоторой зависимости между отраженным и зондирующим сигналами. Обнаружение и измерение осуществляется путем сопоставления принятого сигнала с ожидаемым, который формируется из зондирующего сигнала или «фиксируется» в согласованном  фильтре приемника путем соответствующего выбора его характеристик. 
К зондирующим сигналам предъявляются различные требования. Они должны обладать энергией, достаточной для обнаружения целей в шумах; обеспечивать возможность измерения координат, разрешения целей, подавления пассивных помех (сигналов, отраженных объектами, не являющимися целями); иметь «хорошую» практическую реализуемость. 
При выборе зондирующего сигнала в радиолокации особое внимание уделяется обеспечению разрешающей способности по времени (дальности) и по частоте (радиальной скорости). (Разрешающая способность по угловым координатам в основном зависит от направленных свойств антенны.) Заметим, что под разрешающей способностью по времени понимают минимальный сдвиг сигналов во времени, при котором их запаздывание может быть измерено раздельно. Аналогично разрешающая способность по частоте равна минимальному частотному сдвигу, при котором воз можно раздельное измерение частоты сигналов. 
В большинстве практических случаев в пределах рабочей зоны РЛС находятся большое количество целей или цели и объекты, создающие пассивную помеху. Благодаря разрешению возникает возможность выделения полезных сигналов и ослабления воздействия помех. Некоторые РЛС предназначены для получения изображения (например, радиолокационной карты местности), качество которого полностью зависит от разрешающей способности РЛС. Кроме того, высокое разрешение всегда сочетается с высокой точностью измерения соответствующей координаты (обратное утверждение, в общем случае, не справедливо: существуют точные методы измерения параметров сигналов, при которых разрешение не обеспечивается). Поэтому разрешающая способность является од ним из важнейших параметров РЛС. 
Определим параметры сигналов, влияющие на разрешение. В теории сигналов доказывается, что разрешающая способность по времени обратно пропорциональна ширине спектра сигнала. 
Для получения разрешения по времени (дальности) необходимо, чтобы зондирующие (и отраженные) сигналы обладали достаточно широким спектром. Сигналы, имеющие бесконечно узкий спектр, например непрерывное гармоническое колебание, разрешением по времени не обладают. Убедиться в этом можно из физических представлений. Для обеспечения разрешения необходимо, чтобы на интервале времени структура сигнала претерпевала существенные изменения, позволяющие отличить этот сигнал от другого сигнала. Такие изменения происходят, например, в импульсном сигнале за время его длительности или в случайном непрерывном процессе за время его корреляции. Эти процессы имеют спектр конечной ширины, причем длительность импульса и время корреляции случайного процесса обратно пропорциональны ширине спектра. Таким образом, «быстро изменяемость» сигнала во времени характеризуется шириной его спектра. 
Подобным образом, разрешающая способность по частоте (радиальной скорости) зависит от длительности сигнала и составляет величину, обратно пропорциональную длительности. Физическая суть этого свойства состоит в следующем. Из определения частоты колебания, как числа его полных периодов в единицу времени, следует, что частота некоторого колебания может быть зарегистрирована при времени наблюдения, длительность которого не меньше одного периода этого колебания. Аналогично, чтобы зафиксировать различие частот двух колебаний, необходима длительность сигнала не меньшая периода разностной частоты. 
Физическая сущность явления отражения радиоволн. В изотропной среде электромагнитные волны распространяются прямолинейно и с постоянной скоростью.