Разработка структурной схемы местоопределения

Разработка структурной схемы местоопределения

Курсовая работа

по дисциплине: Основы радиопеленгации и радиоперехвата

тема: Разработка структурной схемы местоопределения

Минск, 2009

1. Задание на курсовую работу

.1 Исходные данные

1.      Метод определения местоположения - угломерно-разностно-дальномерный.

.        Координаты приемных позиций по оси X :_a , км=-25_в , км=25

.        Координаты приемных позиций по оси Y :

Y_a , км=0

.        Пеленг из точки А на источник излучения : Θ_a^o=45 .

.        Пеленг из точки B на источник излучения : Θ_в^o=---.

.        Коэффициент шума приемника: K_ш =4.4.

.        Условная вероятность ложной тревоги: F =10^-6.

.        Импульсная мощность сигнала источника излучения:P₀ ,мВт =2.

.        Длительность импульса источника излучения: T₀ , мкс =3.

.        Вид обработки: корреляционный РЧ.

.        Измеритель: Квазиоптимальный дискриминатор ФМС с суммарно-разностной обработкой.

.        Круговая среднеквадратическая ошибка: Rск_доп , км =1.

.        Коэффициент неидентичностей приемных каналов по амплитуде: a=0.9.

.        Неидентичность приемных каналов по фазе: ∆φ⁰ ,=4.

.        Ширина ДНА источника излучения:∆Θ_рпу⁰ =10.

.        Средний уровень боковых лепестков ДНА по мощности источника излучения: ŋ_рпу , дБ=23 .

.        Длинна волны λ,м=0.3.

.        Ширина ДНА приёмной антенны ∆Θ_РПрУ⁰,град=30.

19.    Время разности хода_АВ,мс=0.03

2. Выполнение курсовой работы

.1 Разработка структурной схемы местоопределения

.1.1 Принцип определения координат при заданном методе местоопределения

• Построение на местности приемных позиций.

Местоопределение источника излучения при угломерно-разностно-дальномерном способе определения находится как точка пересечения двух линий пересечения: прямой линии и гиперболы.

Система местоопределения, реализующая данный способ состоит из нескольких (в нашем случае двух) территориально разнесенных на местности радиопеленгационных пунктов, имеющих в своём составе радиопеленгатор в точке А и измеряющего направление Θ и двух приёмных станций соответственно в точках А и В и измеряющих разность расстояний от источника до приёмных пунктов, узлы и средства связи, средства сбора пеленгов, средства вычисления и отображения координат пеленгуемых источников радиоизлучения.

Данная радиопеленгаторная сеть состоит из двух радиопеленгаторов, координаты которых в прямоугольной системе координат XOY: РП1 (в точке А) - (-25;0), РП2 (в точке В) - (25;0).Первый радиопеленгатор (РП1) пеленгует источник излучения под углом Θa⁰=45⁰, радиопеленгатор (РП1) совместно с (РП2)определяют разность расстояний - с временем разности хода_АВ, =0.03 мс. Положение источника излучения (точка М) определяется как точка пересечения линии положения и гиперболы проведенной на карте (Рис.1) под углом Θa⁰ из точки расположения РП1 и совместной работы РП1 с РП2 по определению разности расстояния соответственно.

• Расчёт координат источника радиоизлучения.

Итак, координаты источника радиоизлучения (точка М) могут быть найдены по формулам:

X_м==19.3км

Y_м=ctgΘa⁰(X_м+ d/2)=ctg45•(19.3+25)=44.3км

где 2a=r_p=(r_a-r_b)=C∙_АВ∙2=3•10⁸3•10^-5•2=18км_p- разность расстояний

Таким образом: М(19.3;44.3)

.1.2 Структурная схема системы местоопределения

• Структурная схема системы местоопределения.

В пункте 2.1.1. мы уже изобразили приёмную позицию, структурная схема системы местоопределения для рис.1 имеет следующий вид:

Назначение основных элементов системы.

Распишем назначение основных элементов приведенной выше структурной схемы системы местоопределения:

.Радиопеленгаторы (измерители) 1 и 2 - на основе измерения параметров электромагнитной волны определяют радиопеленгационные параметры, значения которых поступают в счетно-решающее устройство.

. Вычислительное (счётно-решающее) устройство - определяет координаты источника радиоизлучения в той или иной системе координат (в нашем случае в прямоугольной системе координат X0Y), в результате обработки данных, поступающих с радиопеленгаторов.

2.1.3 Расчёт ошибок определения координат источника радиоизлучения

• Расчёт параметров эллипса рассеивания в точке источника радиоизлучения.

Расчёт отношения сигнал/шум для первого и второго радиопеленгаторов:

 (1)

 (2)

где - энергия принятого на пеленгаторе сигнала ();

- спектральная плотность шума.

, (3)

где -мощность принятого на пеленгаторе сигнала ();

-длительность импульса источника излучения (по условию =3 мкс).

, (4)

где к- постоянная Больцмана

(к=1.38);

-коэффициент шума приемника  (по условию =4.4);

- шумовая температура (=300К)

; (5)

где -импульсная мощность сигнала источника излучения (по условию );

-коэффициент усиления передающей антенны;

- коэффициент усиления приемной антенны;

- длина волны (по условию=0.3м);

r- расстояние от пеленгаторов до источника излучения.

местоположение координата радиоизлучение обнаружитель

; (6)

где - ширина ДНА источника излучения ;

Переведем  из дБ в разы, использовав следующею формулу:

=  (7)

Итак, расчет отношения сигнал/шум для 1-го и 2-го радиопеленгаторов начнем с определения коэффициентов усиления передающей антенны, подставив в выражение (6) данные из условия.

  =2.004раз; (8)

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

= 62.6км; (9)

где угол 45-угол наклона 1-ой линии положения к оси ОХ.

   =44.6км (10)

 Теперь определим мощность принятых на РП-ах сигналов ( и ) по формуле (5):

=  =5.835•10^-14Вт;

=  =1.149•10^-13Вт

На основе полученных данных рассчитаем энергию принятых на РП-ах сигналов, используя выражение (3):

= 5.835∙10^-14•3•10^-6=17.5∙10^-20 Втc

=1.149∙10^-13•3•10^-6=34.5∙10^-20 Втc

Спектральная плотность шума имеет следующее численное значение:

= 1.38•10^-23•4.4•300=1.8∙10^-20 Втc

 Таким образом, для вычисления отношения сигнал/шум получены все численные значения. Тогда, подставляя их в выражение (2), получим:

= =3.1 ;

= =4.35 ;

Отношение сигнал/шум было найдено нами для того, чтобы в последствии определить среднеквадратическое отклонения (СКО)

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

= ;

= ;

А теперь вычислим - СКО измерения пеленга и СК значение погрешности измерения разности времён запаздывания:

= ;

 C∙ ==3∙10⁸3∙10^-5•1.8∙10^-20/34.5•10^-20=0.47км;

= = 1.56c;

Ψ=arcsin((d∙sinΘ)/)=arcsin((50sin45)/44.6)=52.4⁰

На основе полученных численных значений  и найдем  и ―СКО измерения линий положения 1 и 2:

=r_a=62.6км =169•10^-2км

=/(2∙sin(ψ/2))= (0.47)/(2∙sin(52.4/2))=53.2•10^-2 км

Теперь непосредственно перейдем к расчету параметров эллипса.

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

V=arctg (11)

можно определить при помощи приведенного выше рисунка.

= Ψ/2=52.4⁰/2=26.2⁰

Зная , можем найти v ,подставив значение в выражение (11)

V= arctg=10.9⁰     

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

a=

b=;

Тогда:

a=4км b=0.51км

Зная малую (b) и большую(a) полуоси построим эллипс рассеивания:

2.2 Разработка структурной схемы обнаружителя сигнала

.2.1 Структурная схема обнаружителя при заданном способе обработки

·        Алгоритм работы обнаружителя.

Согласно условию,вид обработки-корреляционная обработка на радиочастоте. Таким образом,алгоритм работы фильтрового обнаружителя:

где -функция обратная функции .

 Э- энергия сигнала No- энергия шума. Схема обнаружителя при заданном способе обработки для сигнала со случайной начальной фазой и амплитудой.

Для сигнала со случайной начальной фазой необходимо вычислить модуль корреляционного интеграла и сравнить с порогом .

Этот обнаружитель с двумя корреляционными каналами-их наличие обуславливается неизвестной начальной фазой сигнала. Если опорный сигнал оказывается сдвинутым по фазе в одном из каналов на 90 градусов, то в этом канале приращение напряжения на выходе интегратора не будет. Соответственно будет в другом канале устройства и максимальное. В результате на выходе результат обработки квадратурных каналов не будет зависеть от начальной фазы сигнала.

Временные диаграммы поясняющие принцип работы обнаружителя

.2.2 Расчет характеристик обнаружителя сигнала

·        Расчет отношения сигнал/шум на выходе обнаружителя.

Обнаружителями являются радиопеленгаторы .Таким образом расчёт отношения сигнал/шум произведён ранее в пункте 2.1.3

= =3.1 ;

= =4.35 ;

Расчёт вероятности правильного обнаружения для сигнала со случайной начальной фазе и амплитуде. Расчёт вероятности правильного обнаружения для 1-го и 2-го РП-ов как и отношение сигнал/шум был выполнен ранее в пункте 2.1.3.

= ;

= ;

Оба пеленгатора обладают невысокими характеристиками обнаружения сигнала источника радиоизлучения. По результатам расчётов для 1-го РП из 27-мь из 100-та а для 2-го РП 50 из 100-та произведённых попыток обнаружения будет успешной.

.3 Разработка структурной схемы измерителя координат

.3.1 Структурная схема измерителя при заданном способе обработки

Согласно исходным данным, измерителем является квазиоптимальный дискриминатор ФМС с суммарно-разностной обработкой.

•Алгоритм работы измерителя

Dфмс(t,∆)= Im{Z^*₊(t,Θ_изм)|-|Z _-(t,Θ_изм)}

Z₊(t,Θ_изм)=А(∆)(е^iФ1(∆)+е^iФ2(∆))∙Z(t) ;

Z _-(t,Θ_изм)=А(∆)(е^iФ1(∆)-е^iФ2(∆))∙Z(t) ;

•Схема измерителя координат.

•Принцип измерения координат. После обработки в каналах дискриминатора суммарный и разностный сигналы перемножаются в фазовом детекторе выделяющем(с учётом сдвига опорного сигнала в одном из каналов на п/2 радиан)мнимую часть произведения разностного и комплексно-сопряжённого суммарного сигнала в соответствии с алгоритмом формирования сигнала ошибки.

•Расчет ошибок измерения координат, обусловленных не идентичностью каналов приёма.

-коэффициент не идентичности приёмных каналов по амплитуде(α=0.9)

 Расчёт произведём для 1- го РП-ра по формуле:

 ;

2.4 Построение рабочей зоны системы местоопределения

·        Определение рабочей зоны системы местоопределения.

Район, в пределах которого линейная ошибка с определенной вероятностью не превышает допустимую величину (R_ск ≤R_доп) называется рабочей зоной.

·        Методика построения рабочей зоны системы местоопределения.

Для построения рабочей зоны угломерно-разностно-дальномерной системы местоопределения рассмотрим следующий алгоритм - порядок построения зон пеленгования:

.        По известным значениям среднеквадратической ошибки измерения разности времён запаздывания  по формуле R_скmin=с• определяется среднеквадратическая круговая ошибка.

2.      По значению ошибки R_{ск min} и заданному или допустимому значению R_{ск доп} вычисляется нормированная среднеквадратическая ошибка

3.      На графике ρ=f(g,φ) (по рис.5.14 и рис.5.21 приведенных в литературе [2]) по оси координат откладывается значение ρ из этой точки, проводится линия параллельно оси абсцисс (g), позволяющая получить множество точек пересечения с ветвями графика.

.        Последовательно из каждой точки пересечения на ось абсцисс опускается перпендикуляр и находится отношение g=r_ί/d, соответствующее определенному значению φ_i.

.        По найденному отношению g=r_ί/d и заданной величине d определяются значения r_ί для углов φ_ί, которые откладываются на лучах, проведенных из центра базы под углами φ_i .

.        Соединяем плавной кривой точки на лучах и получаем линию равной точности в пределах площади ограниченной этой кривой сохраняется условие . R_ск ≤Rск_доп

·        Результаты расчета рабочей зоны.

Определяем среднеквадратическую круговую ошибку:

R_{ск min}=С• =0.47км/2=0.235км

Вычисляем нормированную среднеквадратическую ошибку:

=

Расчет ошибок измерения координат, обусловленных шумами.

 Расчет, как и в предыдущем пункте, будем производить для 1-го РП-ра.

Используем формулу:

Тогда:

 ;

·        Расчет суммарной ошибки измерения.

Для расчета используем следующую формулу:

Δ_∑=Δ_α+ Δ_φ

Тогда

Δ_∑=Δ_α1+ Δ_φ1=  ;

Ошибки возникают из-за не идентичности приемных каналов по амплитуде и фазе.

Вид рабочей системы местоопределения

Данная система местоопределения не может измерять координаты близко находящихся источников радиоизлучения, так как иметься 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.

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

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

. Конспект лекций