Проектирование радиолокационной станции для обнаружения надводных целей в пределах речного шлюза (стр. 2 из 14)
РЛСО предназначена для обеспечения охраны как границ охраняемой территории, так и подступов к ней и всей площади территории от проникновения и перемещения по ней нарушителей. РЛСО обеспечивает автоматическое обнаружение нарушителей, измерение их координат и наглядную индикацию с привязкой к конфигурации охраняемой территории. РЛСО обеспечивает обнаружение движущихся людей и автотранспорта в любое время года и суток, при дожде с интенсивностью 10 мм/час, в тумане с видимостью 10 метров и в дыму. Площадь охраняемой территории 1-1,5 км2. Границы зоны охраны могут оперативно изменяться при изменении конфигурации охраняемой территории. РЛСО позволяет классифицировать тип обнаруженных нарушителей (одиночный человек, группа людей, автотранспорт, животное) по звуковой индикации доплеровских сигналов и позволяет исключить ложные цели. РЛСО работает в миллиметровом диапазоне длин волн, что позволяет эффективнее решать задачи обнаружения движущихся объектов и обладает рядом преимуществ: малая масса и габариты, экологическая чистота из-за малой глубины проникновения излучений миллиметрового диапазона в организм человека, невосприимчивость к помехам, создаваемым техническими средствами, отсутствие помех для технических средств, работающих вблизи от охраняемой территории.
РЛСО состоит из стационарной РЛС, обеспечивающей автоматическое обнаружение нарушителей, и патрульной мини-РЛС, обеспечивающей допоиск нарушителей патрулем, оперативно выехавшим на место нарушения. Стационарная РЛС состоит из информационного модуля и вынесенного пульта управления, связь между которыми обеспечивается по радиоканалу до удаления 3 км. Модификации стационарной РЛС могут монтироваться на автотранспорте. Комплектующие РЛСО РЛС являются автоматическими миллиметровыми когерентно-доплеровскими гомодинными РЛС с аналоговыми фильтрами подавления помех от подстилающей поверхности, адаптивным цифровым обнаружителем, работающим с учетом измерения уровня помех в каждом элементе пространства и с автоматическим измерением координации.
Таблица 1.2 – Тактико-технические характеристики РЛСО
| Параметр | Стационарная РЛС | Патрульная РЛС |
| Дальность обнаружения: | ||
| - человека | 1,2 | 0,6 |
| - автотранспорта | 2 | 1 |
| Разрешающая способность: | ||
| - по азимуту | 4˚ | 8˚ |
Продолжение таблицы 1.2
| Параметр | Стационарная РЛС | Патрульная РЛС |
| - по дальности | 20 м | 20 м |
| Излучаемая мощность: | 25 мВт | 25 мВт |
| Потребляемая мощность: | 100 Вт | 25 Вт |
| Масса | 20 кг | 6 кг |
Вышеприведенные радиолокационные системы сходны с той, что разрабатывается в дипломном проекте по назначению, основным функциям и техническим характеристикам. Проектируемая РЛС так же предназначена для наблюдения за целями на земной или водной поверхности и характеризуется схожими техническими параметрами, такими как дальность действия, излучаемая мощность, разрешающая способность и время обзора. То есть существование подобных станций не исключает возможности реализации подобного проекта.
2 ВЫБОР ВИДА ОБЗОРА
Как уже говорилось, в дипломном проекте требуется разработать радиолокационную станцию обнаружения надводных целей, чему и будет посвящена основная часть.
 |
На рисунке 2.1 приведена карта-схема усть-каменогорской ГЭС, на которой видно размещение шлюза, его размеры и разность уровней воды.
Рисунок 2.1- Усть-Каменогорска ГЭС
Одним из первых вопросов, на которые нужно ответить, приступая к проектированию станции, является вопрос о виде излучаемых колебаний: непрерывные или импульсные. РЛС с непрерывным излучением характеризуются (по сравнению с импульсными) более низкой чувствительностью, трудностями измерения и разрешения по дальности; их достоинствами являются относительно низкая мощность излучаемых колебаний и лучшее качество селекции целей по скорости. Так как нет потребности в высокой чувствительности на подобных расстояниях; разрешение по дальности на малых расстояниях требует импульсов длительностью порядка нескольких наносекунд, что очень сложно реализовать, то целесообразно реализовать радиолокационную станцию с непрерывным излучением. А разрешение по дальности обеспечим с помощью двухпозиционной системы.
Для наилучшего обзора всего шлюза приемную и передающую антенны лучше расположить у ворот входа или выхода шлюза, и на некотором возвышении, чтобы они не мешали проплывающему транспорту. Удобно разместить их на здании, в котором находятся установки по подъему ворот.
Для лучшего разрешения по дальности необходимо достаточно большое расстояние (базис) между антеннами, однако, по понятным причинам, для полноценного обзора базис не должен превышать ширину шлюзовой камеры, которая составляет 18 м.
 |
Рисунок 2.2 – Схема размещения антенн на речном шлюзе
На рисунке 2.2 приведена схема размещения приемной и передающей антенн на шлюзе, где: 1 – ворота шлюза; 2 – здание-арка; 3 – приемная и передающая антенны; 4 – шлюзовая камера; 5 – водохранилище гидроэлектростанции; 6 – элемент разрешения РЛС.
3 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАССЧЕТ
3.1 Расчет основных тактико-технических РЛС
Произведем расчет основных тактико-технических характеристик проектируемой РЛС с учетом предъявляемых к ней требований и выполняемых функций.
Длина волны и геометрические размеры антенны определяют ширину диаграммы направленности антенны РЛС. Для наиболее распространенных в настоящее время зеркальных антенн справедливо соотношение:
(2.1.1)
где θ0,5 – ширина диаграммы направленности по половинной мощности;
dа – размер раскрыва антенны в соответствующей плоскости;
λ – длина волны.
При заданном максимальном размере антенны реализовать значение ширины луча, требуемое для обеспечения желаемого разрешения, можно вариацией длины волны. Так как реальная разрешающая способность по угловой координате:
где γφ – коэффициент ухудшения потенциальной разрешающей способности, то для обеспечения требуемого разрешения длина волны с учетом (2.1.1) должна быть равна:
(2.1.2)
Для большинства существующих радиолокационных станций значение γφ=1…1,5. Формула (2.1.2) определяет значение длины волны, при котором обеспечивается требуемая разрешающая способность по угловой координате.
 |
Зададимся γφ=1,25, размер антенны dа=1,5м. и ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости θE0,5=2˚ , тогда длина волны:
Вертикальный размер антенны определяется шириной диаграммы направленности в вертикальной плоскости, которую выбираем исходя из необходимости облучать сразу всю зону обзора по дальности. Зона обзора по дальности есть длина шлюзовой камеры.
 |
Так как длина шлюза составляет 100 м, а высота подвеса сканирующей антенны 15 м, то:
 |
Уже зная длину волны и ширину диаграммы направленности в вертикальной плоскости, из формулы (2.1) найдем вертикальный размер антенны:
На практике при определении длины волны РЛС, как правило, приходится исходить из требований, связанных с выбором энергетических показателей станции, определяющих дальность действия РЛС.
 |
На рисунке 2.1.1 приведены графики, иллюстрирующие зависимость требуемой энергии передатчика от длины волны. При построения графиков энергия излучения на волне l=25 см (Е25) принималась за единицу и определялось отношение Еl/Е25 с учетом поглощения энергии в дожде интенсивностью 4 мм/ч и в кислороде на всей дальности действия. Из рисунка1 видно, что для каждой дальности действия Rmax существует оптимальное значение длины волны lпри котором требуемая энергия излучаемых колебаний достигает минимума. Если длину волны брать больше оптимальной, то необходимая энергия излучения увеличивается относительно медленно, но при уменьшении длины волны по сравнению с l необходимая энергия излучения возрастает очень быстро.
Рисунок 3.1 – Зависимость излучаемой энергии от длины волны