Мир Знаний

Проектирование радиолокационной станции для обнаружения надводных целей в пределах речного шлюза (стр. 8 из 14)


Рисунрк 8.1 – Зависимость отношения сигнал/шум от угла раскрыва

Из зависимости видно, что функция γ(Y0) достигает максимума при Y0=0,81 радиан (46˚).


Зная угол раскрыва и поперечные размеры можно найти фокусное расстояние зеркала:

Таким образом, основные геометрические размеры зеркала рассчитаны.

Рассчитаем геометрические и электродинамические характеристики облучателя.

Расчёт сводится к определению геометрических размеров облучателя, при которых уменьшение амплитуды поля на краю раскрыва зеркала происходит до одной трети амплитуды поля в центре раскрыва, и диаграммы направленности облучателя.

Рупор пирамидальный


Рисунок 8.2 – Облучатель. Пирамидальный рупор

Диаграммы направленности рупорной антенны рассчитываются по формулам:

В Е плоскости (Рис 2.7.3 а)


В Н плоскости (Рис 2.7.3 б)


Где β0=2π/λ – волновое число β0=2*3,14/(3*108/7,5*109)=157,1
а б
Рисунок 8.3 – ДН облучателя: а – в Е плоскости; б – в Н плоскости.

Множители ap и bp в уравнениях диаграмм направленности – поперечные размеры рупора выбираются из условия спадания поля на краю раскрыва до одной третей по отношению к полю в центре раскрыва. В данном случае ap=5,15 см и bp=3,76 см.

Для оптимального рупора (наибольший КНД) продольные и поперечные размеры связаны между собой соотношениями:


в Е плоскости

в Н плоскости

Распределение поля в апертуре зеркала.

Расчёт распределения поля в апертуре зеркала осуществляется по следующим формулам:


Где F0(Ψ) - диаграмма направленности облучателя

Ψ0 ­– угол раскрыва

Ψ – текущий угол

Таким образом, поле в апертуре зеркала распределено по следующим законам:

в Е плоскости (рисунке 8.4 а)


в Н плоскости (рисунке 8.4 б)


а б
Рисунок 8.4 – Распределение поля в апертуре зеркала: а – в Е плоскости; б – в Н плоскости.

Теперь рассчитаем пространственную диаграмму направленности и определим параметры параболической антенны.


Инженерный расчет пространственной диаграммы направленности параболической антенны часто сводится к определению диаграммы направленности идеальной круглой синфазной площадки с неравномерным распределением напряженности возбуждающего поля. В данном случае распределение напряженности возбуждающего поля в основном определяется диаграммой направленности облучателя в соответствующей плоскости. Выражение для нормированной ДН зеркальной параболической антенны при этом имеет вид:

где J1 и J2 – цилиндрические функции Бесселя первого и второго порядка;


k1крmax=cos20/2)Fобл0) – коэффициент, показывающий во сколько раз амплитуда возбуждающего поля, на краю раскрыва меньше амплитуды в центре раскрыва, в соответствующей плоскости с учётом различий расстояний от облучателя до центра и края зеркала.

Таким образом, пространственная ДН принимает вид в плоскости Е рисунок 8.5 а. и в плоскости Н рисунок 8.5 б.


Рисунок 8.5 а – ДН антенны в Е плоскости.

Рисунок 8.5 б - ДН антенны в Н плоскости.

Таким образом, реальная ширина диаграммы направленности составляет: в горизонтальной плоскости 0,034 радиана или 1,97˚;

в вертикальной плоскости 1,54 радиана или 88,2˚;

что вполне удовлетворяет требованиям.

В вышеприведенных пунктах дипломного проекта были рассчитаны основные тактико-технические характеристики радиолокационной станции обзора водной поверхности речного шлюза.

Теперь учтем влияние метеорологических условий среды на работу радиолокационной станции, а точнее, их влияния на характеристики обнаружения.

На пути распространения зондирующего и отраженного сигнала могут быть такие метеообразования как дождь или туман.

Из рисунков 5.6 и 5.7 [12] находим коэффициенты поглощения энергии радиоволн в различных средах. Зная длину волны l=4 см, зададимся наихудшими условиями: сильный дождь (16 мм/ч), туман с видимостью 30м и так же учтем затухание в кислороде. Поглощение энергии радиоволн с данной длиной волны в парах воды несущественно, поэтому его можно не учитывать.

В итоге суммарный коэффициент поглощения равен:


Общее затухание энергии на пути распространения, равном 2км (так как учитывается распространение сигнала от передающей антенны до цели и от цели до приемной антенны), составит 0,41 дБ или 1,01 раза.


Тогда мощность полезного эхо-сигнала на входе приемника составит:

где РSr – мощность сигнала на входе приемника без учета затухания при распространении, известно из главы 2.2; и отношение сигнал/шум составит:

где РNr – мощность шумов на входе приемника.

Зная отношение сигнал/шум и необходимую вероятность правильного обнаружения, находим из графика рис 4.3 [12] вероятность ложной тревоги, Рлт=1,1·10-4, что практически совпадает со значением в задании и не оказывает существенного влияния на параметры обнаружения.

Тактико-технические характеристики спроектированной радиолокационной станции сведены в таблицу 2.8.1.

Таблица 9.1 – Тактико-технические характеристики РЛС

Параметр Значение
Дальность действия, м 1000
Вероятность правильного обнаружения 0,95
Вероятность ложной тревоги 1,1·10-4
Мощность передатчика, мВт 122
Ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости, ˚ 88
Ширина диаграммы направленности в горизонталной плоскости, ˚ 1,97
Период обзора приемной антенны, с 1
Период обзора передающей антенны, с 45
Время обновления информации, с 45
Частота, ГГц 7,5
Раскрыв антенны в горизонтальной плоскости, м 1,4
Раскрыв антенны в вертикальной плоскости, м 0,04
Зона обзора по азимуту, ˚ 90
ЭПР целей, 5
Разрешение по угловой координате 2
Индикация цели Яркостная отметка, с цифровыми данными о скорости

Итак, спроектированная радиолокационная станция обнаружения надводных целей в речном шлюзе по своим параметрам удовлетворяет техническому заданию и выполняет возложенные на неё функции.

10 БИЗНЕС-ПЛАН

10.1 Сущность проекта.

Сущность проекта заключается в проектировании радиолокационной станции для обеспечения безопасности движения речного транспорта в шлюзовой камере. Для организации движения речного транспорта необходимо знать их расположение и характеристики движения. Но в речном шлюзе, представляющим собой узкий и глубокий канал, не всегда можно получить такую информацию с помощью лишь визуального наблюдения, как из-за характерных размеров шлюза, так и неблагоприятных метеорологических условий или времени суток. Можно было бы использовать видео наблюдение, но оно так же не дает полноценной оценки обстановки, а увеличение числа видеокамер ведет к большой трудоемкости в обслуживании и частым поломкам системы видеонаблюдения. В таком случае целесообразно применять радиолокацию.

Усть-Каменогорск является промышленным городом, располагающимся на реке Иртыш, и большое количество грузовых и пассажирских перевозок осуществляется по реке. То есть весь транспорт пользуется шлюзом для перехода из Усть-Каменогорского водохранилища в Иртыш.

10.2 Характеристика проекта

Проектирование производится для Усть-Каменогорской гидроэлектростанции, плотина которой имеет однокамерный шлюз длиной сто метров и шириной восемнадцать. Разность высот воды между водохранилищем и рекой составляет около сорока метров. шлюз однокамерный, а перепад уровней воды достаточно большой, что и приводит к трудностям слежения за происходящим при минимальном уровне воды в камере.