Анализ атмосферных искажений сигнала радиолокационной станции

Скачать

Модель электрофизических параметров атмосферы. Расчет фазовых искажений сигнала при прохождении через тропосферную радиолинию. Применение линейной частотной модуляции при зондировании. Моделирование параметров радиосигнала после прохождения атмосферы.

Размер: 1,5 M
Тип: дипломная работа
Категория: Коммуникации и связь
Скачать

Другие файлы:

Основы устройства радиолокационной станции
Пособие «Основы устройства радиолокационной станции» предназначено для молодежи, проходящей обучение на учебных пунктах по Программе «подготовки по сп...

Эскизная разработка радиолокационной станции
Определение основных параметров радиолокационной станции, ее оптимизация по минимуму излучаемой мощности и коэффициенту шума УВЧ приемника в диапазоне...

Расчет дальности действия радиолокационной станции в различных условиях помеховой обстановки
Расчет требуемого отношения сигнал-шум на выходе радиолокационной станции. Определение значения множителя Земли и дальности прямой видимости цели. Рас...

Основные параметры радиолокационной станции боевого режима, устройства защиты от активно-шумовых помех
Анализ тактики применения помех и преодоления системы ПВО. Ударный и эшелон прорыв. Длина волны как важный параметр РЛС. Выбор коэффициента шума, мето...

Четвертая зубчатая передача редуктора радиолокационной станции
Кинематический, геометрический и силовой расчёт, определение передаточного отношения четвертой зубчатой передачи редуктора радиолокационной станции. Р...


Краткое сожержание материала:

Размещено на

Анализ атмосферных искажений сигнала радиолокационной станции

Введение

Прохождение радиоволн в атмосфере характеризуется их ослаблением.

Ослабление излучения в атмосфере обусловлено не только его поглощением, но и рассеянием. Вследствие оптической неоднородности атмосферы возникают преломление, отражение и дифракция электромагнитных колебаний на этих неоднородностях. Если размеры частиц, взвешенных в атмосфере, малы по сравнению с длиной волны колебаний, то происходит молекулярное рассеяние, которое подчиняется закону Релея. Согласно этому закону интенсивность рассеяния излучения обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени. Молекулярное рассеяние значительно в видимой и инфракрасной областях спектра. Ослабление излучения в результате релеевского рассеяния может быть во много раз больше, чем молекулярное поглощение. При размерах частиц, соизмеримых с длиной волны излучения, наблюдается дифракционное рассеяние. Этот вид рассеяния является несимметричным: вперед рассеивается больше энергии излучения, чем назад. Если размеры частиц много больше длины волны, то происходит геометрическое рассеяние, которое проявляется главным образом в инфракрасной области спектра оптических излучений. В реальной атмосфере имеют место все три вида рассеяния, поскольку в ней присутствуют частицы почти всех указанных размеров. Наибольшее рассеяние лучистых потоков наблюдается на небольших высотах (до 1000 м) в городах, где дым промышленных предприятий и пыль сильно замутняют атмосферу.

Селективный характер поглощения и рассеяния сигналов РЛС атмосферой обусловливает наличие в ней «окон прозрачности», которые наиболее выражены в диапазонах волн 0,38--0,9 и 9--13 мкм.

Концентрация водяного пара в атмосфере зависит от географического положения района, времени года, высоты слоя атмосферы, местных метеоусловий и колеблется по объему от 0,001 до 4%. Основное количество водяного пара сосредоточено в нижнем пятикилометровом слое и резко уменьшается с дальнейшим увеличением высоты.

Дальность действия локатора в условиях земной атмосферы ограничивается особенностями распространения ЛЧМ сигналов (зондирующих и отраженных) на трассе локации. Обычно атмосфера (особенно тропосфера) имеет локально неоднородную структуру (пыль, тепловые флуктуации ее параметров, загрязнения воздуха и т.п.), что приводит к поглощению и рассеянию, т.е. к ослаблению ЛЧМ излучения при его распространении. При работе РЛС[1] в атмосфере поле на оси пучка первичного излучения при достаточно большом удалении от передатчика локатора почти полностью определяется рассеянной компонентой излучения. Кроме того, наличие неоднородностей среды вызывает значительную пространственную диффузию энергии ЛЧМ излучения в направлении от оси излучения: ЛЧМ сигнал по мере удаления от источника излучения расплывается в пространстве. Это приводит к дополнительному ослаблению излучения на оси пучка, что, в свою очередь, обусловливает дополнительное уменьшение дальности действия, а также угловой точности и разрешающей способности РЛС.

Для приближенных расчетов оптические среды, в которых распространяется поток монохроматического излучения, считают однородными (изотропными). При этом зависимость ослабления от потока монохроматического излучения атмосферой за счет поглощения и рассеяния.

Следовательно, ослабление излучения РЛС за счет рассеяния примерно на два порядка больше, чем за счет поглощения, что в основном справедливо и для других «окон прозрачности» атмосферы.

Рассмотрим основные факторы, определяющие величину ослабления (затухания) излучения РЛС в атмосфере Земли. Такими факторами являются селективное молекулярное поглощение и рассеяние, а также селективное рассеяние на частицах (аэрозолях). Как известно, атмосфера Земли представляет собой оптическую среду, состоящую из смеси газов и водяного пара со взвешенными в ней посторонними твердыми и жидкими частицами -- аэрозолями (капельки воды, появляющиеся при конденсации водяного пара, пылинки, частицы дыма и т. п.), размер которых колеблется от 5·10-6 до 5·10- Зсм. Азот (78%) и кислород (21%) являются основными постоянными компонентами приземного слоя атмосферы. На долю других газов (углекислый газ, водород, озон, аргон, ксенон и др.) приходится менее одного процента объема. На оптические свойства (прозрачность) атмосферы в основном влияют вода в газовой и жидкой фазах, углекислый газ, озон, а также аэрозоли. Содержание их в атмосфере Земли различно на разных высотах, в разных географических районах и зависит от метеорологических условий. Кроме того, состав атмосферы непрерывно меняется из-за турбулентности, т. е. хаотических вихревых движений слоев атмосферы.

В данной дипломной работе необходимо выяснить, как влияют помехи на сигнал РЛС, какие помехи бывают в атмосфере и чем они обусловлены.

1. Анализ технического задания

Темой данной дипломной работы является анализ атмосферных искажений сигнала РЛС.

Исходные данные:

1 Параметры РЛС: дальность действия 50 км, в пределах трапосферы.

2 Сигнал РЛС - ЛЧМ импульсы с изменяющейся несущей частотой;

3 Полоса изменения несущей частоты от 9-10 ГГц;

4 Девиация частоты ЛЧМ импульса 10 МГц;

5 Состояние атмосферы:

- безоблачная;

- дождь;

- снег.

В данной дипломном необходимо выполнить следующие задачи:

Рассмотреть модели электрофизических параметров атмосферы.

При прохождении широкополосного сигнала через тропосферную радиолинию возникают фазовые искажения сигнала. Искажения сигнала в тропосфере определяется частотной зависимостью коэффициента преломления тропосферы. Искажение широкополосного сигнала возникает в результате влияния сезонных вариаций, угла подъёма излучения, неоднородности атмосферы.

В тропосфере давление и влажность в среднем убывают с высотой по экспоненциальному, а температура по линейному закону, поэтому средний высотный профиль коэффициента преломления можно аппроксимировать экспоненциальной зависимостью. В полосе частот от 9ГГц до 10 ГГц относительное изменение фазы за счет сезонных вариаций коэффициента преломления показывает достаточно сильное изменение фазы в полосе частот с возможной неоднозначностью ее определения. Сигнала с более узкой полосой частот 10 МГц имеет незначительное изменение фазы.

Сканирование РЛС пространства в вертикальной плоскости в секторе от 0° до 90° будет приводить к изменению коэффициента преломления в связи с его профильной зависимостью от высоты подъема линии зондирования. Изменение коэффициента преломления с высотой подъема линии зондирования эквивалентно линейному изменению фазы сигнала в широких пределах. При изменении угла высоты радиолинии от нуля (приповерхностное зондирование) до 90°, при зондировании сигналом с более широкой полосой от 9ГГц до 10 ГГц происходит сильное изменении фазы, чем при зондировании сигналом с полосой частот 10 МГц.

При условии распространения сигнала РЛС в неоднородной атмосфере наблюдаются нерегулярные вариации его фазы и амплитуды . Если протяженность трассы распространения радиоволн , а атмосфера имеет зернистую структуру с размером неоднородностей , то общее число неоднородностей на пути распространения равно .При этом результирующая среднеквадратическая ошибка пропорциональна квадратному корню из числа неоднородностей.

Смоделировать параметры сигнала РЛС

К широкополосным радиосигналам относятся: радиосигналы ЧМ с большим индексом модуляции; радиосигналы с ФИМ; радиосигналы с ИКМ; радиосигналы с дельта-модуляцией (Д -модуляцией).

Все без исключения широкополосные сигналы обеспечивают высокую помехозащищённость системы передачи информации, и чем шире спектр частот занимаемый радиосигналом, тем выше помехозащищённость

радиосистемы передачи информации.

Широкополосные радиосигналы используются в УКВ диапазоне, который имеет большую частотную ёмкость.

При зондировании пространства радиолокационной станцией принимаемый сигнал может отличаться от ожидаемого сигнала. В частности, возможны постоянная расстройка по частоте дf и отклонение частотной девиации д (Дf) от своего номинала. Поэтому к параметрам широкополосных сигналов предъявляются требования к стабильности закона частотной модуляции. А именно постоянная расстройка по частоте дf не должна превышать 10%, а отклонение частотной девиации д (Дf) от своего номинала не должна превышать двух, так как при дальнейшем увеличении отклонения частотной девиации приводит к значительному спаду амплитуды сигнала и расширению по частоте.

Оценить искажения сигнала РЛС атмосферой

После прохождения сигнала РЛС атмосферы происходят фазовые сдвиги сигнала, обусловленные различными неоднородностями, углом зондирования и различными сезонами распространения сигнала. Данные фазовые искажения необходимо учитывать так как они могут привести к полной потере сигнала.

В радиолокации часто используются импульсные сигналы, частота которых изменяется в пределах импульса по линейному закону (импульсные ЛЧМ сигналы), и импульсные или непрерывные сигналы, фаза высокочастотного заполнения которых манипулируется в дискретные моменты времени (фазоманипулированые сигналы). Использование таких сигналов объясняется рядом преимуществ:

При обычном методе работы импульсных радиолокаторов повышение разрешающей способности связано с принципиальной трудностью. Для...