Вариант 20. Рассчитать тактико-технические характеристики первичной посадочной РЛС, предназначенной для работы в составе аэродромных АС УВД. Составить функциональную схему РЛС. Разработать структурную и электрическую схему цифрового устройства обнаружения сигналов от ВС и произвести его инженерный расчет.
Вариант 21. Рассчитать тактико-технические характеристики МНРЛС ВС с дальностью действия 200 км при вероятности правильного обнаружения равной 0,7, при вероятности ложной тревоги равной 10‾5. Составить функциональную схему РЛС. Разработать структурную и электрическую схему антенной системы, использующую фазовый метод обзора пространства в секторе ±45º по азимуту.
Вариант 22. Рассчитать тактико-технические характеристики первичной метеорологической РЛС, предназначенной для контроля метеоусловий. Составить функциональную схему РЛС. Разработать структурную и электрическую схему устройства выделения границ метеообразований.
Вариант 23. Рассчитать тактико-технические характеристики системы предупреждения столкновений ВС, удовлетворяющей требованиям ICAO. Составить функциональную схему СПС. Разработать структурную и электрическую схему передающего устройства, работающего в режиме адресного запроса.
Вариант 24. Рассчитать тактико-технические характеристики самолет-ного ответчика системы УВД, имеющего чувствительность Рпр.min=-104 Дб/Вт и допустимую погрешность измерения дальности δд =200 м. Составить функциональную схему ответчика. Разработать структурную и электрическую схему передающего устройства.
Вариант 25. Рассчитать тактико-технические характеристики первичной аэродромной РЛС, работающей в режиме СДЦ. Составить функциональную схему РЛС. Разработать структурную и электрическую схемы системы череспериодной компенсации сигналов от метеообразований.
Вариант 26. Рассчитать тактико-технические характеристики бортовой автономной системы предупреждения столкновений, имеющую дальность действия Dmax = 250 км, вероятность правильного обнаружения равную 0,8, вероятность ложной тревоги 10‾7 . Составить функциональную схему РЛС. Разработать структурную и электрическую схемы измерителя дальности и азимута.
Вариант 27. Рассчитать тактико-технические характеристики радио-локационной станции обзора летного поля, работающей как в режиме общего обзора, так и в режиме СДЦ. Составить функциональную схему РЛС. Разработать структурную и электрическую схему сканирующей фазирующей антенной решетки.
Вариант 28. Рассчитать тактико-технические характеристики первичной посадочной РЛС. Составить функциональную схему РЛС. Разработать структурную и электрическую схему системы отображения информации о глиссаде ВС.
Вариант 29. Рассчитать тактико-технические характеристики самолет-ной МНРЛС, обеспечивающей дальность действия равную 590 км при вероят-ности правильного обнаружения Р =0,7 и вероятности ложной тревоги Р = 10‾8 . Составить функциональную схему РЛС. Разработать структурную и электрическую схему системы встроенного контроля.
Вариант 30. Рассчитать тактико-технические характеристики вторичной РЛС, предназначенной для совместной работы с первичной РЛС в составе неавтоматизированной системы УВД. Составить функциональную схему РЛС. Разработать структурную и электрическую схемы канала формирования запросных кодов в системе трехимпульсного подавления запросов по боковым лепесткам ДНА.
3.2. Методические рекомендации по выполнению курсовой работы
3.2.1. Структура курсовой работы
Выполнение курсовой работы является завершающим этапом при изучении дисциплины «Радиолокационные системы» в рамках специальности 160905. Основная его задача состоит в развитии навыков самостоятельной работы с технической литературой и формирования умения использовать известные технические и схемные решения для реализации заданных тактических характеристик РЛС.
Введение содержит краткую технико-экономическую характеристику выбранного направления проектирования, оценку решаемой в работе задачи с точки зрения перспектив развития радиолокационного оборудования. Из содержания введения должна вытекать необходимость решения именно данной задачи.
Первый раздел содержит: расчет технических характеристик РЛС по заданным тактическим характеристикам.
При расчете технических характеристик следует по возможности учитывать влияние всех факторов на ту или иную величину, не упуская из вида удовлетворение заданным тактическим требованиям.
При выборе длины волны l необходимо учитывать влияние таких факторов, как:
- уровень потерь электромагнитной энергии при распространении;
- допустимые размеры антенны при данной ширине диаграммы направленности;
- обеспечение требуемой формы импульса;
- освоенность промышленностью данного диапазона.
При расчете длительности импульса обязательно учитывать влияние индикатора и исходить из требуемой разрешающей способности по дальности и угловым координатам. Реальная разрешающая способность может быть выражена через потенциальную способность радиолокатора и разрешающую способность индикатора. Скорость обзора по угловой координате должна рассчитываться с учетом ширины диаграммы направленности, полученной частоты повторения импульсов, требуемых для улучшения индикации с учетом времени послесвечения экрана индикатора.
Второй раздел посвящается разработке функциональной схемы радиолокатора и разработке отдельного узла (подсистемы) РЛС.
3.2.2. Выбор и расчет тактико-технических характеристик первичного радиолокатора
Одним из основных разделов курсовой работы является раздел, посвящённый расчёту и обоснованию тактико-технических характеристик разрабатываемой радиолокационной системы.
Расчёт этих характеристик начинается с определения тактических параметров и определения факторов, принципиально ограничивающих их величину. Основным из них является назначение радиолокационной системы и место её установки. Эта характеристика во многом определяет все остальные. В курсовой работе вместе с назначением системы указывается её дальность действия, являющаяся в некоторых случаях избыточной информацией, так как определяется назначением системы. Следует иметь в виду, что дальность зада-ется или определяется как характеристика статистическая, имеющая определён-ную вероятность правильного обнаружения Рпо и ложной тревоги Рлт. Обычно Рпо в системах ГА задаётся равной 0,9, а вероятность Рлт рассчитывается, исходя из возникновения ложной тревоги за определенное количество обзоров пространства.
Следует заметить, что содержание задания на курсовую работу составлено таким образом, чтобы дать возможность гибкого выбора некоторых характеристик РЛС с непременным их обоснованием и расчетом. Так, например, установка бортовой метеонавигационной РЛС в носовой части самолёта определенного типа ограничивает максимальные размеры антенной системы, что, в свою очередь, сказывается на возможности реализации разрешающей способности РЛС по угловым координатам на величину эффективной поверхности рассеяния цели, которой может быть, в зависимости от режима работы станции, поверхность земли или объём метеообразования.
Зона действия РЛС также определяется назначением станции. Для бортовой метеонавигационной станции (МНРЛС) зона обзора определяется маневренными возможностями самолета так, чтобы от времени поступления информации об опасных метеообразованиях до момента завершения маневра ВС было достаточное время для его совершения. Для большинства МНРЛС, установленных в носовой части самолета, сектор азимутального обзора не превышает ±100°, а для обзорных РЛС используется круговой обзор пространства.
Количество воспроизводимых РЛС координат и их точность определяется также назначением станции и должны быть обоснованы при проектировании, причем возможность реализации точностных характеристик должна быть увязана с энергетическим потенциалом станции, оценка которого может быть осуществлена в процессе расчета технических характеристик. При определении эксплуатационных характеристик метеонавигационной РЛС в основу обоснования разрешающей способности следует заложить качество воспроизводимого изображения. Хорошим естественным ориентиром для навигации являются большие реки, поэтому разрешающей способностью можно задаться, исходя из необходимости раздельного наблюдения берегов рек либо каких-то других ориентиров. При определении разрешающей способности необходимо сразу выбрать тип индикаторного устройства в соответствии с требуемой разрешающей способностью и возможностью размещения индикатора в месте его установки.
Тактические характеристики представляют совокупность параметров, определяющих возможности использования РЛС с точки зрения потребителя. К эксплуатационным характеристикам относят:
-
Назначение, место установки и условия работы БРЛС. -
Дальность действия (обнаружения) по объектам с определенной SЦ при заданной вероятности правильного обнаружения D=PПО и ложной тревоги F=PЛТ. -
Зону обзора РЛС, воспроизводимые и измеряемые координаты, а также их производные. -
Тип оконечного устройства. -
Число измеряемых координат. -
Разрешающую способность по воспроизводимым и измеряемым координатам. -
Точность измерения координат объектов при заданных D и F. -
Время обзора заданной зоны, периодичность обновления информации. -
Надежность, массу, габариты, контролепригодность и ремонто-пригодность. -
Помехоустойчивость и др.
Выбор и обоснование тактических характеристик РЛС
-
Место установки и назначение.
Место установки определяется типом самолета или возможностью размещения радиолокатора в зоне аэропорта. Применительно к метеонавигационным РЛС место установки определяет их класс. Целесообразно антенну устанавливать в носовой части самолета, а индикатор на пульте пилота.
2. Максимальная дальность является одним из важнейших параметров РЛС, который во многом определяется назначением станции. Т.к. на входе РЛС действуют шумы, то обнаружение сигнала есть процесс статистический, характеризующийся D=PПО и F=PЛТ. Эффективная площадь рассеяния определяет Dmax и поэтому в курсовой работе оговаривают объект обнаружения. Одним из основных объектов наблюдения БРЛС являются грозовые фронты, обнаружить которые необходимо на дальности, обеспечивающей маневр. Для самолетов со скоростью полета 
км/ч это расстояние составляет примерно 200 км. С ростом скоростей полета Dmax, например, для Ту-144 Dmax метеонавигационной РЛС должна быть больше в 3
4 раза и при V=2500 км/ч дальность РЛС составляет 
км.
3. Зона обзора для преодоления препятствий не велика, но для решения навигационных задач целесообразно использовать круговой обзор, повышающий также безопасность движения. При современных скоростях полета круговой обзор невозможен и поэтому используют обзор передней полусферы, устанавливая РЛС в носовой части ЛА. Зона обзора для РЛС ВС устанавливается в пределах 
, а для обзорных наземных РЛС используется круговой обзор.
4. Тип оконченного устройство РЛС является одной из важнейших характеристик, которая, в свою очередь, определяется воспроизводимыми координатами, точностями их измерения способом обработки и использования информации. До недавнего времени основным типом оконченного устройства метеонавигационных РЛС является визуальный индикатор кругового обзора ИКО или ИСО. С широким использованием БЦВМ оконченное устройство может изменять свое функциональное назначение. Основной задачей станет преобразование информации для ввода в БЦВМ.
5. Число измеряемых координат определяется также назначением станции.
Так как РЛС предназначена для обнаружения и измерения координат опасных для навигации объектов, то в процессе локации необходимо определять дальность, направление, ширину цели и другие ее параметры.
С точки зрения обеспечения ориентирования и безопасности навигации достаточно знать дальность и азимут целей. Обзор в вертикальной плоскости осуществляется за счет конечной ширины ДНА.
6. Разрешающая способность РЛС является характеристикой, определяющей возможности раздельного обнаружения близко расположенных целей. Хорошим естественным ориентиром для навигации могут быть большие реки, поэтому раздельно должны воспроизводиться ее берега. Поэтому для различения средних рек 
. Разрешающая способность по углу обеспечивается шириной ДНА 
.
7. Точность измерения координат задается допустимыми ошибками (с погрешностями) при их воспроизведении и измерении. Точность характеризует РЛС как измерительную систему.
8. Время обзора заданной зоны Тобз определяет время однократного осмотра лучом антенны заданной зоны. Принципиально, чем больше скорость ВС, тем меньше должно быть время Тобз , существенное влияние на которое оказывают данные визуального индикатора.
9. Вероятности D=PПО и F=PЛТ являются статистическими характеристиками РЛС. Вероятность D обычно задается равной 0,9, а F выбирается из условной удобства работы оператора.
Например, представляется допустимым возникновение одной ложной тревоги за 1000 обзоров (РЛТ =
= 10-3). Если один обзор происходит за 2 с, то это означает, что ложная тревога возникает один раз за 30 мин. Задаваясь меньшими значениями РЛТ, можно в течение рейса исключить ложную тревогу. Это требует увеличения потенциала станции. Если число элементов разрешения в одном обзоре 
,
где 
- число элементов разрешения по дальности;
- число элементов разрешения по азимуту,
то общая вероятность ложной тревоги 
,
где 
- вероятность ложной тревоги в одном элементе разрешения.
При этом:
, именно этой величиной задаются при расчетах технических характеристик РЛС.
10. Масса и габариты РЛС являются очень важными характеристиками, определяющими эффективность их использования. В настоящее время для радиолокационной аппаратуры выпущен ряд ГОСТов, определяющих габариты устройств и пультов управления. Габаритные и присоединительные размеры пультов управления определяются ГОСТом 17046-71. Типы и габаритные размеры блоков должны соответствовать ГОСТу 17045-71, присоединительные и установочные размеры блоков – ГОСТу 17413-72. Для РЛС гражданской авиации типоразмеры индикаторов на ЭЛТ устанавливаются ГОСТом 17732-72. Проявляется тенденция к уменьшению веса отдельных элементов в связи с совершенствованием элементной базы.
11. Контролепригодность и ремонтопригодность характеризуют приспособленность РЛС к данному виду эксплуатации.
Технические характеристики РЛС
Технические характеристики определяются теми инженерными решениями, которые используются для обеспечения тактических характеристик. Основными техническими характеристиками РЛС, подлежащими расчету, являются:
- рабочая длина волны
;
- тип и длительность зондирующего сигнала 
(метод модуляции);
-
период излучения зондирующего сигнала ТП; средняя (РСР) и импульсная (Ри) мощность РЛС; -
форма ДНА, GА – коэффициент направленного действия антенны и метод обзора заданной зоны (скорость обзора); -
коэффициенты шума (
) и полоса пропускания приемника (
), а также степень оптимизации приемника;
-
отношение сигнал/шум на выходе оптимального приемника (
);
-
энергетический потенциал станции (
);
-
масштабы воспроизведения информации, методы измерения координат и тип устройства для сопряжения РЛС и БЭВМ.
Обоснование, расчет и выбор технических характеристик РЛС
В основе расчета основных технических характеристик лежит их взаимосвязь с тактическими через основное уравнение радиолокации:
где Dmax - максимальная дальность действия РЛС; Pи - мощность излучения в импульсе; tи - длительность импульсного сигнала; nи - число импульсов, отраженных от цели; 
- среднее значение эффективной отражающей поверхности цели; SА — эффективная площадь антенны РЛС; h- коэффициент полезного действия трактов приема и передачи; - отношение сигнал-шум на выходе оптимального приемника (оптимального фильтра), определяемое заданными вероятностями правильного обнаружения D и ложной тревоги F;
к — постоянная Больцмана; Т — температура входа приемного тракта, K; xПРМ— коэффициент потерь в приемном тракте, зависящий от неоптимальности обработки; αкмз — коэффициент километрического затухания радиоволн в атмосфере, дБ/км;
- коэффициент шума приемника; 
- полоса пропускания приемного тракта.
Порядок расчета технических характеристик
1. Расчет оптимальной длины волны излучаемых сигналов
При расчете технических характеристик особые трудности вызывает определение оптимальной длины волны радиолокатора. Оптимальную длину волны следует определять для заданной в составе тактических характеристик дальности с учетом затухания волны в атмосфере. При заданных значениях величин, входящих в основное управление радиолокации, импульсная мощность Pи является функцией длины волны для конкретной дальности действия и условий распространения (αкмз):
Графическое решение данного уравнения приведено на рис. 3.1, из которого видно, что данная зависимость имеет экстремум (минимум), в соответствии с которым и может быть выбрана длина волны зондирующего сигнала, т.е. минимальной излучаемой мощности соответствует оптимальная длина волны
Для других интенсивностей осадков информацию о 
можно найти в [37].
Параметром кривых является дальность. Если требуемая в проекте дальность не соответствует приведенному в графике ряду или интенсивность осадков не равна используемой для построения графиков рис. 3.1, то расчет оптимальной длины волны производится студентом самостоятельно.
На выбор длины волны влияет также необходимость обеспечения выбранной разрешающей способности станции по угловым координатам, в которой ширина диаграммы направленности при ограниченной апертуре антенны может быть уменьшена только уменьшением длины волны.
Рис. 3.1. Зависимость изменения энергии передатчика от длины волны
в дожде с интенсивностью 4 мм/ч
Необходимо отметить, что несомненные преимущества миллиметрового диапазона на малых дальностях и дециметрового диапазона на больших не исключают появления в ближайшем будущем двухдиапозонных РЛС.
-
Расчет длительности зондирующего импульса
Как правило, тип зондирующего сигнала в РЛС принят импульсным с хорошей разрешающей способностью и высокой точностью измерения параметров. Длительность импульса определяется величиной разрешающей способности по дальности
и равна:
,
где 
- разрешающая способность РЛС задана тактическими характеристиками;
- потенциальная разрешющая способность, равная : 
;
- разрешающая способность индикатора определяется современ-ным уровнем индикаторных устройств и может быть определена как:
/Q
;
Ql/dП - добротность электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), как правило, не превышающая величины 300;
l
- диаметр экрана ЭЛТ; dП - диаметр пятна ЭЛТ.
Необходимо отметить, что требуемая разрешающая способность станции на масштабе ЭЛТ, соответствующем максимальной дальности, не всегда может быть обеспечена приемлемыми размерами трубки. Поэтому весь диапазон просматриваемых дальностей может быть разбит на поддиапазоны, в части из которых разрешающая способность может быть обеспечена на заданном уровне.
Параметры зондирующего сигнала , ТП и - определяются требуемой энергоемкостью, разрешающей способностью, точностью измерения.
-
Период следования зондирующих импульсов
Период следования зондирующих импульсов определяется из условия однозначного отсчета дальности и равна:
.
Период зондирования следует выбирать наименьшим из возможных так, как при этом возможно увеличить количество накапливаемых импульсов в приемнике, а также увеличить скорость обзора заданного пространства.