Реферат: Проектирование радиолокационной станции для обнаружения надводных целей в пределах речного шлюза Усть-Каменогорской гидроэлектростанции

На этот раз результаты расчета удовлетворяют требованиям оконечного каскада к мощности, то есть реализация предоконечного каскада на основе транзистора 2Т3124А-2 возможна.

7  РАСЧЕТ ВЫХОДНОЙ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Выходная колебательная система необходима для фильтрации высших гармоник на выходе усилительного каскада перед подачей полезного сигнала в антенно-фидерную систему. Кроме того она обеспечивает согласование источника с нагрузкой, то есть трансформирует резистивную составляющую сопротивления нагрузки RА­ в RЭК с одновременной компенсацией реактивной составляющей XА.

Исходными данными для расчета выходной колебательной системы служат: сопротивление нагрузки RА=75 Ом; эквивалентное сопротивление нагрузки, известное из расчета усилительного каскада, RЭК=45,3 Ом; рабочая частота fр=7,5 ГГц; требуемое затухание высших гармоник aф=50 дБ (современные требования на фильтрацию 40…80 дБ). Расчет произведем по методике изложенной в [6].

Наиболее интенсивными являются вторая и третья гармоники, именно их надо ослаблять в выходной колебательной системе.

У фильтров Баттерворта и Чебышева минимальные потери, а следовательно максимальный КПД, достигаются при оптимальном числе звеньев (m=mопт), которое определяется только требуемым затуханием aф:

mопт=(0,05…0,1)aф=0,1·50=5

Рис 2.6.1 – Эквивалентная схема ВКС.

Рассчитаем сопротивления элементов цепи:

Рис. 2.6.2 - ВКС

цепочек, где Q=500 добротность катушек индуктивности.

Определяем нагруженные добротности первой и второй П-цепочек фильтра:

то есть полученный коэффициент фильтрации удовлетворяет требованию на мощность побочного излучения.

8 РАСЧЕТ АНТЕННО-ФИДЕРНОЙ СИСТЕМЫ

В данном разделе произведем более подробный расчет антенно-фидерной системы.

Радиолокационная станция имеет две одинаковые однозеркальные параболические антенны. Определим их геометрические размеры.

Для начала определим тип фидера его шумовую температуру и КПД.

В качестве линии передачи выбираем прямоугольный волновод с сечением 2,8´1,3 см и коэффициентом затухания α=0,0794 дБ/м

Тафу=67°alф=67°·0.0794·30=160˚.

где lф-длина фидерой линии (принимаем расстояние от технического здание до шлюза, с запасом)

Тафу=290°(1-КПД);  КПД=1-(Тафу /290°)=1-0,55=0,45

Вычисление шумовой температуры антенной системы выполняется по формулам

Та=Тафу+КПД·ТН.СР­+КПД·То(1-a1+a1·u)=

=160+0,45·10­+0,45·290(1-0,925+0,925·0,025)=177,3

Ta=177,3˚K

Т=Та­+Тпр

T=2277,3˚K

Определим диаметр раскрыва зеркала. Ширина диаграммы направленности в случае неравномерного возбуждения раскрыва зеркала определяется:

Q0,5Е = 1,3l / l1­­­

Q0,5H = 1,2l / l2­­­

где   2Q0,5Н ,2Q0,5E  – ширина ДН в плоскостях Н и Е соответственно, рад;

l - длина волны;

l1 и l2­ –­ горизонтальный и вертикальный размеры антенны;

­l1­=1.3 l/Q0,5E­­­=(1,3*3*108/7,5*109)/ 0,035=1,49 м

l2­=1.2 l/Q0,5H­­­=(1,2*3*108/7,5*109)/ 1,41=0,14 м

Определение угла раскрыва и фокусного расстояния зеркальной антенны.

С точки зрения оптимизации геометрии антенны по максимальному отношению сигнал/шум необходимо произвести следующий расчет:

Чувствительность g определяется формулой g=Sa2a3hg’

где первые четыре коэффициента не зависят от угла раскрыва Y0,а g’ вычисляется:

g’=ga1/(T1+КПД*Т0*(cosn+1Y0+u(1-cosn+1Y0)))

где Т1=Тпр+Т0(1-КПД)+КПД Тнср

Т0=290°К

u=(0.2-0.3)-коэффициент учитывающий “переливание” части мощности облучателя через края зеркала,

a1=1-cosn+1Y0

S=0,25pl1l2 - площадь апертуры зеркала

Строим график функции g(Y0) и по максимальному значению определяем угол раскрыва зеркала.

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

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

Диаграммы направленности рупорной антенны рассчитываются по формулам:

В Е плоскости (Рис 2.7.3 а)

Где β0=2π/λ – волновое число β0=2*3,14/(3*108/7,5*109)=157,1

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:

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)

Теперь рассчитаем пространственную диаграмму направленности и определим параметры параболической антенны.

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

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

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.

 
9 УТОЧНЕННЫЕ ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЛС

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.

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

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.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8