Разработка структурной схемы системы местоопределения

Расчёт отношения сигнал/шум для 1-го и 2-го радиопеленгаторов:

;

,

где Эс Ї энергия принятого на пеленгаторе сигнала (Эс1, Эс2); N0 Ї спектральная плотность шума.

,

где Рс Ї мощность принятого на пеленгаторе сигнала (Рс1, Рс2); Т0 Ї длительность импульса источника излучения (по условию Т0=3 мкс).

,

где Ї постоянная Больцмана (=1.38*10-23Дж/К); Кш Ї коэффициент шума приёмника (по условию Кш=4); Тш Ї шумовая температура (Тш=300 К).

;

где Р0 Ї импульсная мощность сигнала источника излучения (по условию Р0=10-4Вт); GРПУ Ї коэффициент усиления передающей антенны; GРпрУ Ї коэффициент усиления приёмной антенны; Ї длина волны (по условию =1м); r Ї расстояние от пеленгаторов до источника излучения.

;

где ирпу Ї ширина ДНА источника излучения (ирпу=120); зрпу Ї средний уровень боковых лепестков передающей антенны (по условию зрпу, дБ=20); Переведём зрпу из дБ в разы, использовав следующею формулу:

.

Итак, расчёт отношения сигнал/шум для 1-го и 2-го радиопеленгаторов начнём с определения коэффициентов усиления передающей антенны, подставив в выражение данные из условия.

;

Вычислим расстояния от РП-ов до источника излучения (rа,rв):

;

где угол 400 угол наклона 1-ой линии положения к оси ОХ.

;

где угол 300 угол наклона 2-ой линии положения к оси ОХ.

Теперь определим мощность принятых на РП-ах сигналов (Рс1 и Рс2) по формуле:

Вт;

Вт.

На основе полученных данных рассчитаем энергию принятых на РП-ах сигналов, используя выражение:

=2.3?10-13?3?10-6=6.9?10-19 Вт?с.

=2,98?10-13?3?10-6=8,9?10-19 Вт?с.

Спектральная плотность шума имеет следующее численное значение:

=1,38?10-23?4?300=1,7?10-20 Вт?с.

Таким образом, для вычисления отношения сигнал/шум получены все численные значения. Тогда подставляя их в выражение получим:

;

.

Отношение сигнал/шум было найдено нами для того, чтобы в последствии определить среднеквадратическое отклонение (СКО) измерения пеленгов 1 и 2, и СКО измерения линии положения 1 и 2.

Но сначала определим характеристику радиопеленгаторов 1-го и 2-го Ї вероятность правильного обнаружения РП-ов 1 и 2 -D1 и D2:

.

.

А теперь вычислим уи1 и уи2 Ї СКО измерения пеленгов 1 и 2:

.

.

На основе полученных численных значений уи1 и уи2, найдём уl1 и уl2 Ї СКО измерения линий положения 1 и 2:

.

.

Теперь, непосредственно перейдём к расчёту параметров эллипса рассеивания в точке источника излучения:

Определим угол отклонения от биссектрисы из угла бм, который является углом пересечения линий положения х:

.

бм можно определить при помощи приведённого выше рисунка. Рассмотрим ДАМВ Ї образованный линиями положения 1 и 2 и осью ОХ. По теореме косинуса найдём бм:

.

Зная бм можем найти х, подставив значение бм в выражение:

Чтобы построить эллипс рассеивания нужно найти малую и большую полуоси, для этого воспользуемся следующими формулами:

.

;

Тогда:

.

.

Зная малую (в) и большую (а) полуоси построим эллипс рассеивания:

Рис. 3

Вывод.

Величина уl при постоянном значении уи пропорциональна дальности r от радиопеленгатора до источника радиоизлучения. Выражением уl=r·уи можно пользоваться при удалении источника излучения до 1500 км от РП-ра, а при удалении источника излучения до 5000 км от РП-ра ошибки в расчётах при использовании уl=r·уи за счёт сферичности земли не превышает 10 %.

Площадь круга с радиусом, равным среднеквадратической ошибки, всегда больше площади эллипса ошибок. Поэтому вероятность попадания в круг радиуса Rск при эллиптическом рассеивании будет отличаться от вероятности попадания в эллипс при равных значениях С. (при С1=1, Рм=0.394).

2.2 Разработка структурной схемы обнаружителя сигнала

Структурная схема обнаружителя при заданном способе обработки.

· Алгоритм работы обнаружителя.

Согласно условию, вид обработки - фильтровая обработка.

Таким образом, алгоритм работы фильтрового обнаружителя:

;

где y(t) - принятый сигнал, h(t-Tн) - импульсная характеристика оптимального фильтра, где Тн - время наблюдения.

· Схема обнаружителя при заданном способе обработке для сигнала со случайной начальной фазой и амплитудой.

Структурная схема фильтрового обнаружителя одиночного сигнала на радиочастоте приведена на рис. 3. На смесителе осуществляется перенос сигнала на промежуточную частоту и компенсация частоты Доплера ОС, сигнал на его выходе определяется выражением:

.

Рис. 4

Импульсная характеристика согласованного фильтра соответствует зеркальному отображению функции комплексно сопряженного закона модуляции ОС. На выходе фильтра в ответ на принятый сигнал формируется отклик, который аналитически представляется следующим образом:

где:

- корреляционная функция закона модуляции.

· Временные диаграммы, поясняющие принцип работы обнаружителя.

Максимальное значение отклика фильтра формируется в момент времени и пропорционально величине: (рис. 5).

Таким образом, на выходе оптимального фильтра формируется радиоимпульс, форма которого определяется формой корреляционной функции излученного сигнала, а задержка максимума отклика относительно излученного сигнала определяется временем прихода сигнала и временем задержки в фильтре , минимальное значение которого равно длительности сигнала . Действительно, после прихода сигнала максимум отклика фильтра может быть достигнут за счет энергии всего сигнала только в конце его длительности (рис. 5).

Длительность импульса на выходе оптимального фильтра равна удвоенному времени корреляции, т. е. обратна ширине спектра модуляции излученного сигнала:

.

Рис. 5

Отношение длительности входного сигнала к длительности выходного сигнала оптимального фильтра характеризует коэффициент сжатия, который оказывается равным произведению длительности (Т0) и ширины спектра модуляции () зондирующего сигнала, т. е. базе сигнала:

.

Таким образом, эффект временного сжатия сигнала на выходе оптимального фильтра относится лишь к сложным сигналам (рис. 5). Простые сигналы () эффекту сжатия не подвержены.

Фильтровая обработка обладает свойством инвариантности ко времени запаздывания: на любой принятый сигнал на выходе фильтра формируется отклик, положение которого определяется временем прихода сигнала .

Расчёт характеристик обнаружителя сигнала.

· Расчёт отношения сигнал/шум на выходе обнаружителя.

Обнаружителями являются радиопеленгаторы.

;.

· Расчёт вероятности правильного обнаружителя для сигнала со случайной начальной фазой и амплитудой.

.

.

Вывод.

Оба радиопеленгатора обладают достаточно высокими характеристиками обнаружения сигнала источника радиоизлучения. Это видно из полученных выше числовых значений g1 и g2 (обнаружение будет стабильным, так как высокие значения отношений сигнал/шум обоих РП-ов). Полученные значения для вероятностей правильного обнаружения, говорят о том, что в 89-и из 100-а произведённых попыток обнаружения Ї цель будет обнаружена.

2.3 Разработка структурной схемы измерителя координат

Структурная схема измерителя при заданном способе обработки

Согласно исходных данных, измерителем является квазиоптимальный дискриминатор АМС с суммарно-разностной обработкой с перемножением.

Алгоритм работы измерителя.

,

где:

z*+(t,иизм)=g+(Д)?z*(t);

z*-(t,иизм)=g-(Д)?z(t).

Схема измерителя координат.

Рис. 6

Принцип измерения координат.

Сигналы с выходов антенн должны поступать на устройство, образующее их сумму и разность. После фильтровой обработки в каналах дискриминатора с суммарный и разностный сигналы перемножаются в фазовом детекторе, выделяющем реальную часть произведения одного и комплексного сопряжённого другого сигнала в соответствии с алгоритмом формирования сигнала. Если цель находится на равносигнальном направлении (Д=и-и=0), то амплитуды сигналов с выходов антенны оказываются одинаковыми, а разностный сигнал равен нулю. Если равносигнальное направление антенной системы отклонилось от направления на цель (Д=и-и?0), то амплитуды принятых сигналов с выходов антенн оказываются неодинаковыми, появляется разностный сигнал, амплитуда которого определяется величиной рассогласования, а фаза совпадает или противоположна фазе суммарного сигнала зависимости от знака рассогласования. В результате формируется сигнал ошибки, величина и полярность которого определяется величиной и знаком рассогласования.

Расчёт ошибок измерения координат, обусловленных не идентичностью каналов приёма.

Расчёт произведём для обоих РП-ов по формуле:

,

где б Ї коэффициент не идентичности приёмных каналов по амплитуде. (б=0.9).

Тогда:

.

.

Расчёт ошибок измерения координат, обусловленных шумами.

Расчёт, как и в предыдущем пункте, будем производить для обоих РП-ов.

Используем формулу:

Тогда:

.

.

Расчёт суммарной ошибки измерения.

Для расчёта используем следующую формулу:

;

Тогда:

.

.

Вывод.

Ошибки возникают из-за не идентичности приёмных каналов по амплитуде и фазе. Коэффициент передачи горизонтального канала больше, чем вертикального.

2.4. Построение рабочей зоны системы местоопределения

Определение рабочей зоны системы местоопределения.

Район, в пределах которого линейная ошибка с определённой вероятностью не превышает допустимую величину (Rск?Rдоп) называется рабочей зоной.

Методика построения рабочей зоны системы местоопределения.

Для построения рабочей зоны угломерной системы местоопределения рассмотрим следующий алгоритм Ї порядок построения зон пеленгования:

По известным значениям базы системы В=2d и среднеквадратической ошибки измерения пеленга уи по формуле Rск min=0.032?d?уи0 определяется среднеквадратическая круговая ошибка.

По значению ошибки Rск min и заданному или допустимому значению Rск доп вычисляется нормированная среднеквадратическая ошибка:

На графике с=f(g,ц) по оси координат откладывается значение с из этой точки проводится линия параллельно оси абсцисс (g), позволяющая получить множество точек пересечения с левыми и правыми ветвями графика.

Последовательно из каждой точки пересечения на ось абсцисс опускается перпендикуляр и находится отношение g=ri/d, соответствующее определённому значению цi=i?Дц, i=1,N, Дц=90/N.

По найденному отношению g=ri/d и заданной величине d=B/2 определяются значения ri для углов цi, которые откладываются на лучах, проведённых из центра базы под углами цi=i?Дц, i=1,N, Дц=90/N.

Соединяем плавной кривой точки на лучах и получаем внешний и внутренний контуры зоны пеленгования.

Результаты расчёта рабочей зоны.

Определяем среднеквадратическую круговую ошибку:

,

где: d=B/2=30/2=15 км;

.

.

Вычисляем нормированную среднеквадратическую ошибку:

Табл. 1

Вид рабочей зоны системы местоопределения.

Рис. 7

угломерный фильтровой радиоизлучение спектральный

Вывод.

Данная система местоопределения не может измерять координаты близко находящихся источников радиоизлучения, так как имеется внутренний контур рабочей зоны.

Литература

1. Основы радиоперехвата и анализа радиоизлучений. Часть 1. Обнаружение и спектральный анализ радиоизлучений: Учебное пособие/ А.К. Федоров, В.В. Латушкин - Минск. Военная академия, 1997. - 166с.

2. Основы радиопеленгации. Часть 1. Системы местоопределения источников радиоизлучения. Учебное пособие / В.В. Латушкин, А.К. Федоров. Минск: Военная академия, 1997. - 91с.

3. Основы радиопеленгации. Часть 2. Радиопеленгаторы. Учебное пособие / В.В. Латушкин - Минск: Военная академия, 1999.- 199с.

Размещено на Allbest.ru