Курсовая работа готовая

1.

Курсовая работа
по дисциплине: УСТРОЙСТВА ПРИЁМА И
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ
Тема: Выбор и обоснование технических параметров, структуры и
характеристик устройства приема и обработки сигналов
корабельной 3-х координатной РЛС .
Выполнили курсанты учебных групп 4141-42:
м-с Прокопенко А.А.
старшина 2 статьи Острянин А.О.
м-с Редькин А.А.
м-с Зарилов И.М.

2.

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время радиолокационные станции применяются повсеместно на кораблях
ВМФ и гражданских судах. Они применяются как для обеспечения безопасности плавания, так и
для решения боевых задач обеспечения информации боевых контуров кораблей ВМФ.
Проблематичность дальнейшего развития этой области техники заключается в том, что при
проектировании разработчики сталкиваются с крайне жесткими требованиями и
многочисленными противоречиями в требованиях на конструкцию той или иной РЛС. Таким
образом основной их задачей является принятие компромиссного решения на основе заранее
оговоренного назначения радиолокационной станции, при этом универсальность подчас идет в
ущерб тактическим характеристикам и ее предпочитают избегать. Проектирование УПОС является
частью проектирования РЛС в целом и производится в условиях действия ряда ограничивающих
факторов, среди которых наиболее значимыми являются:
экономические условия, т.е. возможности по уровню затрат на проектирование и
производство РЭС;
уровень развития теории построения радиоприемных устройств;
уровень развития технологии приема и обработки сигналов. Под этим подразумевается с
одной стороны – уровень развития методов обработки, а с другой стороны – уровень развития
технологии производства конкретных устройств приема, усиления и обработки сигналов;
требования к уровню тактических характеристик РЛС;
условия размещения РЛС на корабле и морские условия ее применения и эксплуатации.
Успешность или качество проектирования во многом определяется качеством разрешения
всех возможных противоречий, возникающих в процессе проектирования. При этом в каждом
отдельном случае, для каждого конкретного противоречия можно ввести соответствующий
показатель качества, сформулировать критерий и предложить метод оптимального разрешения
данного противоречия, установления компромисса между противоречивыми вариантами выбора.
Противоречивость некоторых требований можно решить путем совершенствования
элементной базы и изысканиями в области оптимальной обработкой при приеме.
2

3.

ГЛАВА I
Расчет и обоснование технических характеристик УПОС 3-х координатной РЛС ОВНЦ
3
Полоса пропускания
Полоса пропускания должна быть такой, чтобы обеспечить прием импульсов на всех частотах, излученн
Число лучей ДНА: Nлуч.=25
Длительность импульса:
Несущая частота первого луча:
Гц
Полоса пропускания для всех 25 лучей:
Гц

4.

ГЛАВА I
Расчет и обоснование технических характеристик УПОС 3-х координатной РЛС ОВНЦ
Чувствительность
Предельная чувствительность приемника определяется собственным уровнем шумов устройства:
Реальная
чувствительность
определяется
величиной
мощности сигнала на входе приёмника, при которой на выходе
обеспечивается мощность полезного сигнала, превышающее
мощность собственных шумов приемника в заданное число раз.
q2min=20
4

5.

ГЛАВА I
Расчет и обоснование технических характеристик УПОС 3-х координатной РЛС ОВНЦ
5
Динамический диапазон
Динамический диапазон – отношение максимального входного
сигнала (Uвх макс, Рвх макс), прием которого происходит ещё с
допустимыми нелинейными искажениями, к предельной
чувствительности приемника (Uвх мин, Рвх мин ), определяемой
мощностью внутренних шумов.
Динамический диапазон по входной мощности определяется
следующим образом:
Максимальная входная мощность для данной курсовой работы (ПКР
):
,
,
(Дмакс=Драдиогоризонта=4,12
, т.к. это максимальная дистанция для данной высоты полета цели и высоты установки антенны)
Соответственно динамический диапазон равен:

6.

ГЛАВА I
Расчет и обоснование технических характеристик УПОС 3-х координатной РЛС ОВНЦ
6
Нестабильность частоты сигнала
С учетом того что в качестве генератора используются высокоста-бильные кварцы (кварцевый
резонатор на ПАВ 916,5 МГц ТО39) с нестабильностью частоты
Гц, умножение частоты с коэффициентом 4 приведет к увеличению нестабильности до 366,6 Гц)
Промежуточная частота
Для лучшего воспроизведения формы огибающей импульса, период промежуточной частоты должен
составлять не более
с, что соответствует
Гц
Низкая промежуточная частота обеспечивает повышенную устойчивость УПЧ, позволяет уменьшать
коэффициент шума, но требует более совершенной системы автоподстройки частоты.
Большая избирательность по зеркальному каналу обеспечивается при выборе более высокой
промежуточной частоты.
Промежуточную частоту выбирают в интервале 30-120 МГц. Для разрабатываемого приемника
устройства выберем промежуточную частоту равной:
МГц

7.

ГЛАВА I
Расчет и обоснование технических характеристик УПОС 3-х координатной РЛС ОВНЦ
7
Коэффициент усиления
В приемниках сантиметровых волн усиление принятых сигналов до детектора осуществляется последовательно двумя трактами:
входным УВЧ и УПЧ. Прохождение сигналов по первому трату удобнее характеризовать коэффициентом передачи по мощности, а
прохождение по второму тракту – коэффициентом усиления напряжения.
Принимая во внимание соотношение между мощностью и напряжением при согласованной нагрузке P=U2/4R, можно оценить
напряжение сигнала (эффективное значение) на входе первого каскада:
где
KУВЧ – коэффициент усиления УВЧ по мощности. В условиях данной курсовой работы примем его равным 10, т.к. при более
высоких его значениях УВЧ может перейти в режим возбуждения;
R11 – входное сопротивление транзистора первого каскада УПЧ, которое согласовано с выходным сопротивлением смесителя.
Для транзисторов, используемых в современных УПЧ это сопротивление находится в диапазоне 200-300 Ом.
Таким образом, напряжение на входе 1го каскада УПЧ равно:
В
Определяем необходимый коэффициент усиления по напряжению до входа детектора:
Uвх. Д – напряжение на входе детектора (0,5-1В).
Учитывая необходимый запас усиления в 2-4 раза,
окончательно получим:
Для увеличения динамического диапазона возьмем логарифмический УПЧ, число каскадов для которого будет равно:
т.е число каскадов равно 3.

8.

ГЛАВА I
Расчет и обоснование технических характеристик УПОС 3-х координатной РЛС ОВНЦ
8
Управление диаграммой направленности
Главная задача данной курсовой работы – разработка УПОС РЛС обеспечивающей обнаружение малоразмерной низколетящей
цели, с заданными параметрами:
hц =10м
σ = 4 м2
- нечетные лучи
Dмин =10000м
3-й луч
- четные лучи
1-й луч
φц=arcsin
º
0.001⁰
φц
10000
м
10м
Рис.1 Положение цели в ДНА
Сканирование
25-й луч
Т.о. до минимального расстояния обнаружения цель все время находится в пределах 1-го луча
диаграммы направленности антенны.
Соответственно для качественного обнаружения цели в 1-м луче необходимо излучать больше
энергии (за время одного сканинга, в соответствии с заданием необходимо излучить не менее 39
импульсов, чтобы добиться заданного качества обнаружения), а значит составить программу
сканирования соответствующим образом.
ДНА: Θг=2.5 º; Θв=5º.
Время сканирования должно быть меньше tΘ - времени смещения антенны по курсовому углу на
ширину Θг.
Nлучей=25
nвращ.=12 об/мин Тобз.=5с
tΘ
Рис.2 Сканирование ДНА
t Θ=
2-й луч
с

9.

ГЛАВА I
Расчет и обоснование технических характеристик УПОС 3-х координатной РЛС ОВНЦ
9
Управление диаграммой направленности
Зона выше 1-го луча не является приоритетной для условия данной курсовой работы. Программа сканирования с учетом
вышеперечисленных требований и двух периодов повторения T1=10-4с и T2=10-5с будет выглядеть следующим образом:
Таким образом, за время одного сканинга в 1-м луче излучается 9 импульсов, а в каждом из вышерасположенных по 1. Из расчета,
что tΘ=0,035с, а время одного сканинга 32·10-5с получаем:
NΘг=
≈109 сканингов
что соответствует приблизительно 803 импульса в первом луче и 291 в каждом из верхних. Таким образом, даже при сильных
активных или пассивных помехах мы получим достаточное количество отраженных импульсов, т.к. вычисленное число значительно
превосходит требуемое.

10.

ГЛАВА II
Разработка структурной схемы УПОС РЛС ОВНЦ
10
Обобщенная структурная схема УПОС РЛС с когерентной обработкой сигнала включает в себя следующие структурные
элементы:
1.
Входная цепь (ВЦ) – предназначена для осуществления связи между антенно-волноводным устройством и первым каскадом
усиления принимаемых сигналов, для их предварительной частотной селекции от помех и защиты чувствительных устройств
приемника от мощных сигналов во время излучения зондирующего импульса.
2.
УВЧ – предназначен для усиления принято слабого сигнала до уровня при котором возможно детектирование. Кроме того, УВЧ в
совокупности с ВЦ обеспечивают необходимую избирательность приемника.
3.
ПЧ – состоит из гетеродина и смесителя СМ. Предназначен для переноса спектра отраженного сигнала на промежуточную
частоту для дальнейшей обработки.
4.
УПЧ – предназначен для усиления на промежуточной частоте, а также для автоматического регулирования усиления(РУ) для
увеличения динамического диапазона ПРУ, то есть для предотвращения перегрузки приемника мощными сигналами.
5.
Коммутатор осуществляет переключение между штатным режим работы (и отображения информации) и режимом селекции
движущихся целей(и измерения радиальной скорости).
6.
Схема СДЦ и измерения радиальной скорости предназначена для выделения движущихся целей на фоне пассивных помех
методом череспериодного вычитания, а также измерения радиальной скорости движения этих целей.
7.
Д – на детектор поступают все отселектированные оптимальным образом полезные сигналы. В детекторе осуществляется
выделение огибающей радиоимпульсов.
8. ВУ – предназначен для усиления продетектированного сигнала до уровня, необходимого для нормальной работы оконечных
устройств.
9.
Схема оптимальной обработки сигналов представляет собой гребенчатый фильтр. Существуют различные способы реализации
гребенчатого фильтра накопления энергии импульсов пачки:
весовое или равновесное аналоговое суммирование амплитуд;
весовое или равновесное цифровое суммирование амплитуд;
адаптивная последовательная процедура обработки импульсов;
весовое или равновесное суммирование числа бинарно-квантованных импульсов;
программная обработка двоично-квантованных импульсов.
10. ИУ – индикаторное устройство предназначено для анализа помеховой обстановки, контроля работы станции по отметкам от
целей на экране, измерения пеленга, дистанции и угла места до обнаруженных объектов.

11.

ГЛАВА II
Разработка структурной схемы УПОС РЛС ОВНЦ
11

12.

ГЛАВА III
Разработка функциональной схемы УПОС РЛС ОВНЦ
12
Входная цепь УПОС
Отраженные СВЧ – импульсы принимаются антенным устройством и через антенный переключатель поступают на входную цепь
приемного устройства, которая предназначена для связи антенного устройства и волноводного тракта РЛС с первым каскадом усиления
предварительной селекции по частоте и представляет собой секцию с разрядниками и ограничителем для защиты приемного устройства
от мощных импульсов передатчика РЛС.
Напряжение шума, развиваемое во входном контуре, определяется его резонансным сопротивлением. При связи, близкой к
оптимальной, при которой обеспечивается режим согласования антенной цепи со входным контуром, напряжение полезного сигнала
становится максимальным, а напряжение шумов остается почти неизменным. Для достижения оптимальной связи вносимое в контур
из антенны активное сопротивление должно быть равно собственному сопротивлению контура, нагруженного входным сопротивлением
усилительного прибора.
Усилитель высокой частоты
Вследствие отсутствия необходимости осуществления селекции движущихся целей в верхних лучах,
уровень шумов усилителя в них не настолько значителен как в первом. Таким образом построим УВЧ
двумя каналами:
1-й – для усиления сигнала принятого в первом луче. Он должен быть как можно более
малошумным и достаточным коэффициентом усиления. Наиболее для этого подходит параметрический
УВЧ.
2-й – для усиления в остальных лучах. Для этого можно использовать УВЧ на полевых транзисторах.
Чтобы обеспечить необходимый коэффициент усиления(с возможностью его регулировки) используется
каскадное включение элементов:

13.

ГЛАВА III
Разработка функциональной схемы УПОС РЛС ОВНЦ
Таким образом общая структурная схема УВЧ будет выглядеть следующим образом:
Преобразователь частоты
Для нормальной обработки принимаемых сигналов необходимо перейти
на более низкую промежуточную частоту. Эту задачу решает преобразователь
частоты (ПЧ) в состав которого входят смеситель (СМ) и синтезатор частот,
выполняющий роль гетеродина.
Синтезатор частот построен по аналогу синтезатора в передающем устройстве
с той разницей, что каждый кварцевый генератор, подключаясь к смесителю
через умножитель, имеет частоту отличную от значения генерируемой кварцами
в передатчике на величину промежуточной частоты 60 МГц.
13

14.

ГЛАВА III
Разработка функциональной схемы УПОС РЛС ОВНЦ
14
Усилитель промежуточной частоты
Для обеспечения усиления отраженного сигнала до уровня, необходимого для эффективной работы устройств РЛС, в состав схемы
УПОС после преобразователя частоты необходимо включить усилитель промежуточной частоты. Кроме того, для обеспечения
постоянной величины полезных сигналов по амплитуде в состав УПЧ включены схемы регулировок усиления. Как было сказано в главе
1, для увеличения динамического диапазона используется логарифмический 3-х каскадный УПЧ с общим коэффициентом усиления
31000. Логарифмическую амплитудную характеристику получают методом кусочной аппроксимации. С этой целью в состав УПЧ (рис.
9) включено 4 усилительных каскадов, столько же ограничителей и детекторов. Выходы детекторов соединены со схемами временной
задержки СВЗ1,…СВЗ4, предназначенными для компенсации временных запаздываний при прохождении сигналов в усилительных
каскадах.
Согласованный фильтр
Далее сигналы поступают на схему широкополосного усиления ограничения сжатия (ШОС), где осуществляется оптимальная
обработка сигналов и умножение их длительностей, то есть сжатие в Ксж – раз.
Схема ШОС защищает приемный тракт от широкополосных импульсных помех, она состоит:

15.

ГЛАВА III
Разработка функциональной схемы УПОС РЛС ОВНЦ
15
Детектор
Для детектирования импульсных радиолокационных сигналов применяют импульсные и пиковые детекторы; в доплеровских
системах и системах с частичной модуляцией используют частотные детекторы; в системах с когерентно-импулсным методом
применяют фазовые детекторы. Функции нелинейного элемента детекторов выполняют полупроводниковые диоды. При импульсном
детектировании импульсного радиолокационного сигнала в виде последовательности прямоугольных радиоимпульсов на выходе
необходимо воспроизводить огибающую каждого поступающего на детектор радиоимпульса. Таким образом, импульсный детектор
преобразует радиоимпульсы в видеоимпульсы.
Видеоусилитель
Видеоусилителями называются устройства, предназначенные для усиления сигналов, спектр частот которых находится в пределах
от звуковых частот до частоты в несколько мегагерц.
Амплитуда сигнала на выходе детектора составляет 1В. С учетом того, что амплитуда напряжения видеосигнала на входе ЭЛТ
должна быть порядка 60-80В, коэффициент усиления видеоусилителя по напряжению должен в среднем составлять:
КВУ U =

16.

ГЛАВА IV
Расчет технических характеристик и разработка функциональной схемы
селекции движущихся целей
16
Схема СДЦ предназначена для обнаружения движущихся целей на фоне пассивных помех. Она построена на принципе
однократного череспериодного вычитания.
Особенностью неподвижной цели является то, что отраженный от нее сигнал не будет смещен в частотной области на некоторую
частоту (доплеровское смещение), пропорциональную скорости цели. Если из сигнала принятого на предыдущем зондировании вычесть
сигнал, принятый на текущем, то сигнал от неподвижной цели должен быть подавлен в автокомпенсаторе. Условием данной работы не
определено, что носитель РЛС подвижен, а значит у нас нет необходимости вводить поправки на его движение.
Существующие в данной РСЛ 2 периода Т1 и Т2 обеспечивают однозначное измерение расстояния и радиальной скорости. Суммарная
частотная характеристика схемы череспериодного вычитания для данных периодов будет выглядеть следующим образом:
Таким образом для схемы СДЦ будем использовать период Т2, т.к первая его слепая скорость равна 600 м/с(что больше чем T1, но
меньше чем скорость современных ЛА).
Элемент разрешения по радиальной скорости равен:
м/с, что соответствует FД
Гц

17.

ГЛАВА IV
Расчет технических характеристик и разработка функциональной схемы
селекции движущихся целей
Диапазон интересующих скоростей: 0-600м/с, следовательно:
Гц,
17
21951 Гц
Отсюда число доплеровских фильтров в «гребенке» равно: nФ= FД max FД min 21951 180
FД
122
Когда величина радиальной скорости приводит к выработке ФД сигнала с частотой FД попадающей в какой-либо элемент «гребенки»
доплеровских фильтров, с данной «гребенки» схемой нумерации интервалов снимается номер фильтра в который попала данная
доплеровская частота. Этот номер однозначно переводится в значение величины радиальной скорости

18.

ГЛАВА IV
Расчет технических характеристик и разработка функциональной схемы
селекции движущихся целей
18
Работа схемы СДЦ
В штатном режиме работы сигнал из УПЧ через коммутатор К1 поступает на детектор, который переводит его на видеочастоту,
далее он усиливается в видеоусилителе до величины, необходимой для управления электронно-лучевой трубкой.
При перекоммутации сигнала на схему СДЦ и измерения радиальной скорости он одновременно подается на обе
вышеперечисленные схемы, в которых установлены коммутаторы К2 и К3, выделяющие из сигнала необходимые периоды: для схемы
СДЦ – длинный период ТИ1(для отсутствия слепых скоростей) и три импульса с коротким периодом ТИ2 для схемы измерения
радиальной скорости.
Далее идет объединение данных от двух каналов: в момент, когда в канале СДЦ присутствует сигнал от цели (выделенный из
пассивной помехи), открывается коммутатор К4 и со схемы измерения радиальной скорости поступает отсчет ее величины. Кроме этого
сигнал пришедший со схемы СДЦ обеспечивает увеличение числа, запомненного в счетчике на 1. Данные счетчика используются в
качестве порядкового номера для отсчета радиальной скорости. Данные о номере отсчета и величине радиальной скорости поступают в
ОЗУ, где записываются в виде массива данных (объем
ОЗУ определяется максимальным ожидаемым количеством подвижных целей). Выборка из ОЗУ осуществляется по команде
оператора (он задает номер интересующей цели, а схема выборки выдает величину соответствующей номеру запроса радиальной
скорости цели). Если число целей превышает значение, которое может быть запомнено в ОЗУ производится обнуление счетчика и
стирание данных ОЗУ (эта операция также может производиться принудительно оператором).
Т.к. в схеме измерения радиальной скорости используются тройки импульсов с периодом ТИ2, то возникает вероятность попадания
радиальной скорости в «слепой» интервал. Чтобы предотвратить это схема построена на основе 2-х квадратурных каналов: если в 1-м
канале присутствует слепая скорость, то во втором, где фаза сигнала изменена на п/2, ее не будет.
На рис.15 представлена обобщенная функциональная схема УПОС 3-х координатной РЛС, обеспечивающей режим СДЦ с
измерением радиальной скорости обнаруженных подвижных целей.

19.

ГЛАВА IV
Расчет технических характеристик и разработка функциональной схемы
селекции движущихся целей
Схема СДЦ
19

20.

Заключение
20
В данной курсовой работе была разработана структурная и функциональная схема УПОС, а также функциональная схема
селекции движущихся целей и измерения радиальной скорости. Была разработана схема управления выборкой значений радиальной
скорости, запомненных величин радиальной скорости. Особенностью данной разработки является ее узкая направленность на решение
одной конкретной задачи: обнаружение низколетящей малоразмерной цели в условиях пассивных помех на заданной дистанции с
заданным качеством.
В качестве генерирующих элементов были применены линейки кварцевых генераторов в схемах преобразования частоты и
создания опорного напряжения для синхронных детекторов в квадратурных каналах схемы измерения радиальной скорости , что
позволило отказаться от использования автоматической подстройки частоты, вследствие высокой частотной стабильности кварцев.
Конструктивной особенностью данного УПОС также является его УВЧ, который построен по многоканальной схеме: каждый луч
усиливается своим транзисторным усилителем, а 1-й – параметрическим, что обеспечивает минимизацию шумов.

21.

Список использованной литературы
1. Бакулев П.А. – Радиолокационные системы. - М. «Радиотехника».- 2004
2. Баркан В.Ф. – Радиоприемные устройства. - М. «Советское радио».- 1978
3. Богденко Ю.В. – Руководство по курсовому проектированию. – Петродворец.-1970
4. Сиверс Н.К. – Проектирование радиоприемных устройств. - М.-1989
5. Теоретические основы радиолокации. Под редакцией Я.Д. Ширмана – М. «Советское радио».- 1970
6. Чистяков Н.И. – Справочная книга радиолюбителя-конструктора. – М. «Радио и связь». - 1990
21

22.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..2
ГЛАВА I
Расчет и обоснование технических характеристик
УПОС 3-х координатной РЛС ОВНЦ……………………………………………3-9
Полоса пропускания………………………………………………………....……3
Чувствительность…………………………………………………………………4
Динамический диапазон………………………………………………………….5
Нестабильность частоты сигнала……………………………………………..….6
Промежуточная частота…………………………………………………………..6
Коэффициент усиления …………………………………………………………..7
Управление диаграммой направленности……………………………………….8-9
ГЛАВА II
Разработка структурной схемы УПОС РЛС ОВНЦ…………………………..10-11
ГЛАВА III
Разработка функциональной схемы УПОС РЛС ОВНЦ………………….…..12-15
Входная цепь УПОС………………………………………………………….…12
Усилитель высокой частоты……………………………………………………12
Преобразователь частоты………………………………………………….…..13
Усилитель промежуточной частоты…………………………………………..14
Согласованный фильтр…………………………………………………………14
Детектор…………………………………………………………………………15
Видеоусилитель…………………………………………………………………15
ГЛАВА IV
Расчет технических характеристик и разработка ……..…………………………16-19
функциональной схемы селекции движущихся целей…………….................16-18
Работа схемы СДЦ………………………………………………………………18-19
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….20
Список использованной литературы…………………………………………. 21
22

23.

Доклад окончен
Тема: Выбор и обоснование технических
параметров, структуры и характеристик устройства
приема и обработки сигналов корабельной 3-х
координатной РЛС.
Выполнили курсанты учебных групп 4141-42:
м-с Прокопенко А.А.
старшина 2 статьи Острянин А.О.
м-с Редькин А.А.
м-с Зарилов И.М