Федеральное агентство по образованию 
 
ГОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ – УПИ» 

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ – РТФ 
 
КАФЕДРА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 
 
 

      Оценка  работы  _______________

      Преподаватель  _______________

                                           / Марков Ю.В./ 
 
 
 

Проектирование  РАДИОЛОКАЦИОННОГО  ПРИЕМНИКА 

КУРСОВАЯ  РАБОТА  

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 
 

075600 000000 002 ПЗ 
 
 

             Подпись Дата Ф.И.О. 

Руководитель                                                        Марков Ю.В. 

Студент                                                        Бакланов М.В.

 
Группа Р-43072 

Номер зачетной книжки 09372601 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург 2007

 

Задание на курсовое проектирование

 

Назначение приемника:  радиолокационный

Рабочая частота:  f = 6 ГГц

Чувствительность:   Вт

Длительность  импульса:  t_и = 1,6 мкс

Время установления импульса: t_уст = 0,4 мкс

Коэффициент различимости (требуемое

      отношение сигнал / шум):  1,3

Диапазон рабочих  температур: – 50° до 50° С  

 

Содержание

 

Введение

 

      Радиолокационный  приемник является частью радиолокационной станции (РЛС) и работает от общей с передатчиком приемопередающей антенны. Различают РЛС непрерывного и импульсного излучения. Обработка сигнала в приемнике предусматривает обнаружение сигнала, отраженного от цели, и (или) определение его параметров. Функции обнаружения сигнала и измерения его параметров могут быть расчленены.

      Оптимальный приемник простого импульсного сигнала (с базой порядка единицы) состоит из двух частей: широкополосной линейной части и оптимального обнаружителя или измерителя. В широкополосном линейном тракте производится усиление сигнала до уровня, необходимого для нормальной работы обнаружителя или измерителя, а также предварительная фильтрация сигнала. На первом этапе приемное устройство РЛС работает в режиме обнаружения сигнала. На втором решается задача измерения его параметров. Мы ограничимся задачей обнаружения.

      Математически задача обнаружения сигнала на фоне флуктуационной помехи сводится к вычислению корреляционного интеграла и его сравнения с заданным порогом обнаружения. Для сигнала u(t), форма которого считается известной, формируется опорный сигнал u₀(t), отличающийся от него только произвольным фазовым сдвигом и уровнем. Корреляционным интегралом называют результат интегрирования их произведения

      

.

      При φ = 0 и t_з = 0 корреляционный интеграл принимает наибольшее значение и обеспечивается наивысшее достижимое отношение сигнал/шум. Это обеспечивает наилучшие характеристики обнаружения.

 

1. Выбор и обоснование структурной схемы приемника

 

      Радиолокационный  приемник предназначен для усиления отраженных от целей сигналов и их дальнейшей обработки для выделения  полезной информации. На вход приемника поступает смесь полезных сигналов и помех. Для полного использования полезной информации необходимо применять оптимальные алгоритмы обработки. При проектировании структурной схемы РПУ необходимо предусмотреть устройства, реализующие операции оптимального алгоритма принимаемых сигналов. 

 

1. Ф_О – фильтр, согласованный одиночным радиоимпульсом пакета;
2. Ф_В – дискретный сумматор на скользящем интервале;
3. КД – квадратичный детектор;
4. пороговое устройство.

 

      Эту структурную схему алгоритма  необходимо преобразовать в структурную схему устройства, технически реализующий данный алгоритм. Для этого требуется заменить все логические операции  техническими устройствами, которые реализуют соответствующие логические операции.

      В качестве фильтров, согласованных с  одиночным радиоимпульсом применяют  линейные фильтры, построенные на пассивных элементах. Технически проще реализовать этот фильтр на промежуточной частоте (ПЧ). Для этого в схему РПУ перед фильтром вводят преобразователь частоты, содержащий смеситель и гетеродин (СМ) и (Г). В качестве квадратичного детектора (КД) применяют амплитудный детектор (АД). Пороговое устройство (ПУ) заменяют  решающим устройством, а пороговое напряжение U_П задают исходя из вида критерия обнаружения. Для обеспечения работы РПУ в реальных условиях, когда параметры сигнала изменяются, в состав структурной схемы вводят такие устройства, как устройства автоматической подстройки частоты (УАПЧ), автоматическую регулировку усиления (АРУ) и т.д.

      Так как используется одна антенна на прием и передачу сигналов, необходимо ввести в схему антенный переключатель (АП).

      Для увеличения чувствительности и избирательности  по зеркальному каналу перед смесителем включен усилитель высокой частоты (УВЧ) и входная цепь (ВЦ). Для обеспечения работы в динамическом диапазоне входных сигналов  в состав РПУ включают устройство временной автоматической регулировки порога (АРП). Для частотной автоподстройки в схему вводят смеситель (СМ2) и усилитель промежуточной частоты (УПЧ2), различитель (РЗ) и управитель (У). Сигнал от передатчика (ПРД) через делитель мощности подают на СМ2. В схему вводят АП.

      Сигналы с выхода КД подают на видеоусилитель (ВУ), а затем на индикатор (ИНД), с помощью которого оператор РЛС осуществляет визуальное наблюдение. Общую синхронизацию осуществляют с помощью синхронизатора импульсов (СИ), которые запускают ПРД, ИНД и схему ИАРУ. 

 
 
 

 

2. Расчёт  и определение  параметров структурной  схемы РПрУ

2.1. Расчет полосы пропускания линейного тракта РПрУ

 

      Полоса  пропускания высокочастотного тракта приемника П определяется шириной спектра сигналов Δf_c, доплеровского смещения частоты и запаса полосы, требуемого для учета  нестабильностей частот  настройки узлов приемопередающего тракта Δf_н. 

П = Δf_c + 2Δf_д + Δf_н 

    Для импульсных сигналов полоса пропускания  приемника выбирается исходя из получения максимального отношения сигнал/шум на выходе радиотракта. Такая полоса называется оптимальной и определяется как: 

П_с= (0,8...1,4)/t_уст @ 1/0,4 мкс = 2,5 МГц 

      Рассчитаем  доплеровское  смещение:

      Возьмем скорость цели равной 400 м/с 

Df_д = 2f_сV_ц / с = 2×6×10⁹×400 / 3×10⁸ = 16 кГц, где 

      где V_ц – скорость цели относительно антенны РЛС;

с – скорость света в вакууме. 

Запас  полосы  для  учёта  нестабильностей: 

, 

      где – относительная нестабильность несущей частоты принимаемого сигнала; при использовании в передатчике кварцевой стабилизации частоты несущей можно получить = (10^-5...10^-6);

        – относительная нестабильность частоты гетеродина, которую на данном этапе можно оценить лишь приблизительно, используя данные таблицы 2.1 [3]. Выбрав транзисторный однокаскадный гетеродин с кварцевой стабилизацией, можно получить = 10^-6;

        – относительная погрешность и нестабильность настройки контуров тракта промежуточной частоты, принимаем = (0,0003...0,003);

        – относительная нестабильность частоты, вызванная неточностью настройки контуров гетеродина, = (0,001...0,01).

      Для лучшего воспроизведения формы  импульсных сигналов, а также сохранения их длительности, выберем f_пч, исходя из следующих условий: 

f_пр>(10...20)/t_и 

      С другой стороны, промежуточная частота должна выбираться как можно более низкой:

• более высокое устойчивое усиление можно получить на один каскад;
• меньше зависимость усиления пи полосы пропускания от разброса и изменения параметров ламп и транзисторов;
• меньший коэффициент шума можно реализовать в каскадах усиления промежуточной частоты.

      Итак, получим: 

 

      В РЛП миллиметрового и сантиметрового диапазонов промежуточная частота  равна либо 30, либо 60 МГц [4]. Выберем  промежуточную частоту из стандартного ряда: 

 

Частота гетеродина: 

 

  

      При расчете имеем Δf_н > (1,2...1,5)×Δf_c, следовательно придётся использовать частотную автоматическую  подстройку  частоты  (ЧАПЧ)  или фазовую автоподстройку частоты (ФАПЧ).

      Для обеспечения устойчивости работы выбираем коэффициент частотной автоподстройки К_ЧАПЧ  = 35 и находим полосу пропускания приемника: 

П_ЧАПЧ= Δf_с + (2Df_д + Δf_н) / К_чапч=2,5×10⁶ + (32∙10³ + 120×10⁶) / 35 @ 9,929 МГц. 

      Рассчитаем  полосу пропускания приемника: 

П = П_с + 2Df_д + П_нс = 2,5∙10⁶ + 2∙16∙10³ + 120∙10⁶ = 122,532 МГц 
 
 

2.2 Выбор первых каскадов приемника

2.2.1 Расчет предельно допустимого коэффициента шума

 

, 

где

К_р.ф. @ 0,8 – коэффициент передачи фидера по мощности;

П_ш = 1,1×П = 1,1×9,929 = 10,9219 МГц;

К – постоянная  Больцмана К = 1,38×10^-23 Дж/К. 

      Проектируемый радиолокационный приемник имеет настроенную  антенну, т.е. её сопротивление чисто активно и равно сопротивлению фидера. Примем сопротивление фидера равным 75 Ом, тогда: 

Z_А = R_А = R_ф = 75 Ом 

      Относительная шумовая температура антенны: 

t_a=T_A/T₀,