ВКР. Расчетнотеоретический раздел системный анализ
 Скачать 1.96 Mb.
|
|
Уточнение параметров РЛС Проверим точность определения местоположения по дальности и в азимутальной плоскости. По ТЗ точность определения местоположения по дальности  , а расчетное значение  , соответственно корректировка данного значения не требуется. Точность определения координат в азимутальной плоскости по ТЗ  , а расчетное значение  , соответственно требуется корректировка полученного значения.Потенциальная среднеквадратическая ошибка измерения угловой координаты в азимутальной плоскости при аппроксимации огибающей пачки эхо-сигналов гауссовой кривой определяется по формуле[1]:
На основании полученного значения из формулы (1.29) можно сделать вывод, что незначительное ухудшение разрешающей способности в азимутальной плоскости по сравнению с потенциальной, не приведет к существенному ухудшению определения координат Разработка структурной схемы бортовой РЛС Структурная схема бортовой РЛС строится по схеме классической импульсной РЛС. Передатчик вырабатывает сложные импульсы на основе псевдослучайно последовательности, на выходе передатчика формируются импульсы заданной частоты. С передатчика через антенный переключатель сформированные импульсы поступают антенну и излучаются в пространство. Излученные импульсы отражаются от объектов и улавливаются антенной. С антенны через антенный переключатель в приемник поступают импульсы, приблизительно такой же длительности, что и излучаемые. Так как для обнаружения цели необходимо фиксированное количество принимаемых импульсов, в приемнике так же происходит их накопление. После накопления нужного количество импульсов, вырабатывается аналоговый сигнал, который с выхода приемника поступает в АЦП, в котором формируются сигнал удобный для обработки в процессоре данных. В процессоре данных цифровой сигнал подвергается обработке, в результате которой формируется отметка об обнаружении цели, которая отображается на ИО. Для обеспечения развертки на индикаторе отображения целей и для синхронизации частей структурной между собой используется синхронизатор. Управление обзором осуществляется с помощью механизма, который осуществляет возвратно-поступательные движения антенны в горизонтальной плоскости.  Рисунок 1.6. Структурная схема бортовой РЛС Разработка принципиальной схемы высокочастотной части приемного устройства Приемное устройство бортовой РЛС будет построено по схеме супергетеродинного приемника. По ТЗ необходимо разработать принципиальную схему высокочастотной части приемного устройства, которая состоит из следующих основных элементов: усилитель высокой частоты; смеситель частот; умножитель частоты; синтезатор частот. Принципиальная схема приведена на рисунке 1.7.  Рисунок 1.7. Принципиальная схема высокочастотной части приемного устройства Усилитель высокой частоты предназначен для усиления мощности принимаемого сигнала, чтобы полезный сигнал можно было выделить из смеси сигнала и шума. С УВЧ сигнал поступает на смеситель частот, который осуществляет перенос из области высоких частот в область низких частот, для упрощения обработки принимаемого сигнала. Так же на смеситель частот поступает сигнал с синтезатора частоты (гетеродина), предварительного пропущенного через умножитель частоты с коэффициентом умножения равным 3. Таким образом в смесителе формируется разность двух частот, которая называется промежуточной частотой. Для соединения компонентов между собой применяется коаксиальный кабель, так как по обычным паяным соединениям не представляется возможности передавать сигналы с частотой порядка 40 ГГЦ. Выводы по расчетно-теоретическому разделу Результатом выполнения системотехнического проектирования стал расчет и определение основных функциональных модулей бортового радиолокатора обеспечения спасательных операций, проводимых с помощью летательных аппаратов. Расчет бортового радиолокатора показал, что проектируемый локатор полностью удовлетворяет требованиям технического задания в части обеспечиваемой им разрешающей способности по азимуту, минимальной и максимальной дальности обнаружения наземных целей, а также возможность различения целей на фоне подстилающей поверхности. Для выполнения требуемых в ТЗ ТТХ необходимо использовать: сложный (с базой сжатия не менее 3) сигнал; когерентный метод приема с полосой   ;период повторения излучаемых импульсов  ;длительность сжатого импульса  ;диаграмму направленности антенны с шириной луча: в горизонтальной плоскости -  ;в вертикальной плоскости -  .Точность определения местоположения: по дальности: расчетное значение  , а по ТЗ задано  ;по азимуту: по ТЗ задано  , а расчетное значение  (проведена корректировка п.1.2.3.).КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ Информационно-патентный поиск Бортовая радиолокационная система кругового обзора большой дальности Бортовая радиолокационная станция на базе цифровой АФАР миллиметрового диапазона длин волн обнаружения – вертолетная система кругового обзора, предназначенная для обеспечения поиска и обнаружения искусственных объектов: автомобилей, судов, катеров и лодок, а также людей в сложных метеоусловиях. БРЛС КО БДО обладает высоким пространственным разрешением и обеспечивает: дальний и ближний поиск искусственных неподвижных и движущихся объектов: автомобилей (до 120 км), судов (до 300 км), катеров и лодок, а также людей – в реальном масштабе времени; обнаружение опасных метеообразований; автономное всепогодное обнаружение и получение достоверной информации высокой точности о взаимном расположении воздушных летательных аппаратов (до 100...150 км). Основные характеристики БРЛС КО БДО приведены в таблице 2.1
Таблица 2.1. Тактико-технические характеристики системы БРЛС КО БДО Бортовая радиолокационная система панорамного обзора «Осьминог ПС-32» Бортовая радиолокационная станция на базе цифровой АФАР 3-х сантиметрового диапазона длин волн обнаружения – вертолетная система кругового обзора, предназначенная для обзора водной и земной поверхностей, поиска, обнаружения и определения координат надводных объектов, оценки общей ледовой обстановки, решения задач навигации, обнаружения мощнокучевой облачности. БРЛС предназначена для дальнего обнаружения и обеспечивает дальность обнаружения с высоты полета 100-500 м при волнении моря до 3-х баллов надводных целей.
Таблица 2.2. Тактико-технические характеристики системы «Осьминог ПС-32» Техническое задание на разработку высокочастотной части приемного устройства Разрабатываемая система предназначена для обнаружения наземных целей на фоне различной подстилающей поверхности. Данная система представляет собой импульсный радиолокатор, имеющий малые габариты, расположенный на борту вертолета. Он обеспечивает обнаружение различных, включая цели малых размеров (человек). Одним из основных функциональных блоков бортовой РЛС является ВЧ-тракт приемного устройства. Данный блок по схеме супергетеродинного приемника. Принципиальная схема устройства усилитель радиочастоты, смесителя частот, гетеродина, усилителя промежуточной частоты и детектора. Напряжение питания микросхем составляет 5 В. Проектируемый блок должен обеспечивать усиление принимаемых радиочастот, перенос их на более низкую частоту и преобразовать полученные данные в формат удобный для восприятия человеком. Предельные значения параметров окружающей среды, воздействующие на конструкцию РЭА в зависимости от группы, к которой она относится, установлены в ГОСТ РВ 2039.304-98. Согласно поставленному техническому заданию, разрабатываемый печатный узел должен использоваться в бортовой РЭА, при нормальных условиях эксплуатации. Исходя из этого, воздействующие не проектируемую РЭА внешние факторы принимают значения, приведенные в таблице 2.3.
Таблица 2.3. Значения внешних воздействующих на РЭА факторов Так как, в соответствии с ТЗ данная плата устанавливается в бортовой РЭА, а значит подвергается условиям сотрясения, механической нагрузки, повышенной влажности, воздействию температур и резкому изменению давления, по [8] изделию следует присвоить первую группу жесткости.
Таблица 2.4. Значения воздействующих на РЭА факторов в соответствии с выбранной группой жесткости Поскольку проектируемая аппаратура не предназначена для бытового применения, при ее изготовлении допустимо использование свинцовосодержащего припоя, обеспечивающего повышенную надежность и долговечность работы устройства в сравнении с бессвинцовым типом монтажа. Разработка конструкции печатного узла Выбор элементной базы Синтезатор частоты: Для разрабатываемой схемы выбран синтезатор частот ADF5610 производства фирмы Analog Devices. Синтезатор частот предназначен для генерации сигнала с низким уровнем фазовых шумов в широкой полосе частот от 55 МГц до 15 ГГц. Синтезатор содержит программируемый блок управления, а также внешний параллельный интерфейс. Основные технические данные синтезатора частот ADF5610:
Таблица 2.5. Основные технические параметры синтезатора частот ADF5610 Схема подключения и типоразмеры синтезатора частот приведены на рисунке.   Рисунок 2.1. К определению параметров и размеров синтезатора частот ADF5610 Усилитель высокой частоты: В качестве усилителя высокой частоты будем использовать микросхему HMC930A производства фирмы Analog Devices. Усилитель предназначен для усиления мощности входного сигнала (до 13 дБ). Основные технические данные усилителя высокой частоты HMC930A:
Таблица 2.6. Основные технические параметры усилителя высокой частоты HMC930A Схема подключения и типоразмеры усилителя высокой частоты приведены на рисунке.   Рисунок 2.2. К определению параметров и размеров усилителя высокой частоты HMC930A Смеситель частот: В качестве смесителя частот будем использовать микросхему HMC-MDB171 производства фирмы Analog Devices. Смеситель предназначен для перемножения частот двух входных сигналов на выходе которого формируется сигнал равный разности частот между входным сигналом и сигналом гетеродина. В смесителе предусмотрена возможность подавления зеркального канала, за счет использования схема двойного балансного смесителя. Основные технические данные смесителя частот HMC-MDB171:
Таблица 2.7. Основные технические параметры смесителя частот HMC-MDB171 Схема подключения и типоразмеры смесителя частоты приведены на рисунке.   Рисунок 2.3. К определению параметров и размеров смесителя частот HMC-MDB171 Умножитель частоты: В качестве умножителя частоты будем использовать микросхему HMC1105 производства фирмы Analog Devices. Умножитель предназначен для умножения частоты входного сигнала в N раз, данный умножитель обеспечивает увеличение входной частоты в 3 раза. Основные технические данные умножителя частот HMC1105:
Таблица 2.8. Основные технические параметры умножителя частоты HMC1105 Схема подключения и типоразмеры умножиителя частоты приведены на рисунке.   Рисунок 2.4. К определению параметров и размеров умножителя частот HMC1105 Конденсаторы: С2=0,01 мкФ C3=100 пФ C4=0,01 мкФ C5=100 пФ C7=100 пФ C8=0,01 мкФ C9=4,7 мкФ C10=100 пФ C11=0,01 мкФ Для монтажа выбраны ЧИП керамические конденсаторы производства компании Murata Manufacturing. Тип конденсаторов (диэлектрика): В(JIS) Полное обозначение конденсаторов: С2: GRM18X5R103K10TR C3: GRM18X5R10K10TR C4: GRM18X5R103K10TR C5: GRM18X5R10K10TR C7: GRM18X5R10K10TR C8: GRM18X5R103K10TR C9: GRM18X5R472K10TR C10: GRM18X5R10K10TR C11: GRM18X5R103K10TR Расшифровка обозначения: GRM – тип компонента: керамический ЧИП конденсатор; 18 – типоразмер: 0603; X5R – тип диэлектрика; 102;103;472 – первые две цифры: значение емкости в пФ; третья цифра – множитель (степень числа 10); К – допуск (±10%); 10 – рабочее напряжение в вольтах; TR – код упаковки.
Таблица 2.9. Основные технические характеристики конденсатора Определение внешнего вида и размеров элементов:   Рисунок 2.5. К определению внешнего вида чип-конденсатора
Таблица 2.10. Геометрические размеры конденсаторов Электролитический конденсатор: C1=4,7 мкФ C6=4,7 мкФ C12=4,7 мкФ Для монтажа используется чип конденсатор производства фирмы «EPCOS» (Англия). Конденсаторы выполнены в виде алюминиевого цилиндрического корпуса, установленного в монтажный вывод. Имеют полярный тип конструкции, что подразумевает соблюдение полярности при подключении конденсаторов в схему. Основные технические характеристики конденсаторов (конденсаторы в корпусе типа B (4x5,4 мм)):
Таблица 2.11. Технические параметры электролитического конденсатора Определение внешнего вида и размера элементов:
Таблица 2.12. К определению размеров электролитического конденсатора   Рисунок 2.6. К определению внешнего вида электролитического конденсатора Коаксиальный кабель: Для соединения высокочастотных устройств между собой будет использоваться коаксиальный кабель производства фирмы «Радиолэб» (Россия). Кабель состоит из центрального проводника и экрана, расположенных соосно и разделённых изоляционным материалом или воздушным промежутком. Основные технические характеристики коаксиального кабеля:
Таблица 2.13. Технические параметры электролитического конденсатора Конструктив кабеля: 1 – центральный проводник (омедненная сталь покрытая серебром); 2 – диэлектрик (фторопласт); 3 – оплетка (луженая медь); FEP – оболочка из тефлона;  Рисунок 2.7. К определению внешнего вида радиочастотного кабеля Выбор и обоснование типа печатной платы В зависимости от условий эксплуатации определяется группа жесткости по ГОСТ 23752-79, обуславливающая требования к конструкции платы, материалу основания и проводящего рисунка и необходимости защиты от климатических, механических и других воздействий. Исходя из ТЗ на изделие, в которое входит печатный узел можно сделать вывод о том, что по условиям эксплуатации (нормальные) печатный узел изготавливается по 1 группе жесткости. Поскольку одной из основных задач является минимизация печатного узла, а также необходимо обеспечить простоту исполнения, надежность эксплуатации и низкую стоимость получаемого изделия, выбирается второй класс точности печатной платы [6]. Исходя из вышеперечисленного, в качестве метода получения проводящего рисунка, выбран комбинированный негативный метод (разновидность субтрактивного метода). Данный метод позволяет металлизировать не все отверстия. По сравнению с позитивным методом он более простой, но характеристики изготавливаемой печатной платы хуже, а потому, печатные платы, изготовленные по комбинированному негативному методу, используются в менее жестких условиях, чем печатные платы, изготовленные по позитивному методу. В соответствии с выбранным классом точности проектируемой платы, номинальные размеры основных параметров элементов конструкции печатной платы приведены в таблице 2.14, а габаритные размеры и конфигурация печатной платы, в соответствии с ГОСТ 10317-79, приведены в таблице 2.15.
Таблица 2.14. Номинальные размеры элементов конструкции ПП
Таблица 2.15. Габаритные размеры и конфигурация ПП Поскольку разрабатываемый печатный узел принадлежит к 1-ой группе жесткости, то в качестве материала основания рекомендуется применять стеклотекстолит FR4. Стеклотекстолит типа FR4 - это диэлектрик на основе нескольких слоев стеклоткани пропитанных эпоксидной смолой и имеющий степень горючести равную нулю (V - 0). Для него характерны хорошие диэлектрические свойства, стабильность характеристик и размеров и высокая устойчивость к воздействию неблагоприятных климатических условий. Поскольку проектируемая плата не монтируется по бессвинцовой технологии, особые требования к стеклотекстолиту не предъявляются, а потому его можно выбирать с температурой стеклования в пределах от 135 до 170оС, толщиной фольги 35 мкм, толщина материала с фольгой 1,5 мм. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
