Зміст та обсяг курсової роботи

Задачі курсової роботи

Заключним етапом вивчення курсу "Теорія локаційних систем" є курсова робота. Виконання курсової роботи дозволяє студенту закріпити, розширити та узагальнити отримані теоретичні знання, а також набути навичок практичного використання методики вибору та розрахунку тактико-технічних характеристик локаційних станцій (ЛС) і здобути навички самостійного розв’язання поставлених інженерних задач.

В процесі виконання курсової роботи закріплюються такі основні питання, як співвідношення між параметрами і принципи побудови ЛС, які використовують в цивільній авіації, вплив окремих параметрів та завадових факторів (завад, умов поширення радіохвиль) на показники якості функціонування ЛС.

 

2. Тематика та особливості завдання

на курсову роботу

Тематика курсової роботи визначається програмою курсу "Теорія локаційних систем" та розробляється викладачами кафедри. Формулювання теми курсової роботи проводиться для кожного студента індивідуально. У разі участі студента у виконанні науково-дослідної роботи кафедри допускається при формулюванні теми враховувати тематику наукової роботи і результати цієї роботи, отримані студентом, якщо вони відповідають програмі дисципліни. Крім того, бажано, щоб тема і результати курсової роботи з дисципліни „Теорія локаційних систем” склали в майбутньому основу одного з розділів дипломної роботи. Тому, у випадку, коли напрямок випускної (дипломної) роботи або проекту уже визначений і пов’язаний з локаційними системами або їх застосуванням, тема курсової роботи може формулюватися з урахуванням потреб випускної роботи і узгоджуватися з керівником дипломного проекту (роботи).

В завданні на курсову роботу даються назва теми, технічні умови, обсяг роботи та список рекомендованої літератури.

Зазвичай одним з розділів курсової роботи є обґрунтування, розрахунки та вибір основних параметрів локаційної станції. В технічних умовах можуть бути задані не всі необхідні вихідні дані. В цьому разі студент, крім вибору та розрахунку технічних параметрів, повинен обґрунтувати вибір вихідних даних (тактичних характеристик), яких не вистачає в технічних умовах, спираючись на норми та рекомендації ІКАО, рекомендації Arinc, стандарти, а також, на типові дані, відомі з літератури і практики конструювання, виробництва і експлуатації радіолокаційної апаратури відповідного призначення. Таким чином, перше, що студент має зробити, отримавши завдання, це з’ясувати функціональне призначення локаційної станції, яка є об’єктом подальшої розробки або дослідження, і виходити з цього протягом всієї роботи, намагатися максимально задовольнити відповідні вимоги.

 

 

Зміст та обсяг курсової роботи

Курсова робота повинна мати розрахунково-пояснювальну записку, що включає в себе:

титульний аркуш;

завдання;

анотацію;

зміст;

вступ;

обґрунтування, вибір і розрахунок тактико-технічних характеристик ЛС;

розробку та обґрунтування структурної схеми ЛС;

висновки;

список використаної літератури;

додатки (при необхідності).

Пояснювальна записка розрахунково-графічних матеріалів виконується відповідно до вимог Єдиної системи конструкторської документації (ЄСКД) та Єдиної системи технічної документації (ЄСТД). Загальний обсяг пояснювальної записки має бути 15-25 сторінок формату А4 (297x210). Зміст пояснювальної записки розбивається на розділи, підрозділи, пункти та підпункти за ГОСТ 2.105-79.

 

Методичні рекомендації для виконання

Курсової роботи

ДЕЯКІ ПОЛОЖЕННЯ

КРЕДИТНО-МОДУЛЬНОЇ СИСТЕМИ

ЩОДО ВИКОНАННЯ ТА ЗАХИСТУ КУРСОВОЇ РОБОТИ

 

Однією з необхідних умов організації навчального процесу за кредитно-модульною системою є виконання всіх видів навчальної роботи у відповідності з робочою навчальною програмою з дисципліни «Теорія локаційних систем», розробленою на модульно-рейтингових засадах. Однією з основних частин такої програми є відповідний модуль і необхідна інформація про оцінку курсової роботи.

1. Рейтингова система оцінювання передбачає визначення якості виконаних студентом усіх видів навчальної роботи, включаючи і курсову роботу. Зазвичай курсова робота складає окремий модуль (М3). Рівень набутих студентом знань та вмінь оцінюється в балах з наступним переведенням в оцінки за традиційною національною шкалою та шкалою ECTS (European Credit Transfer System).

2. Модульна рейтингова оцінка по курсовій роботі входить до складу підсумкової семестрової рейтингової оцінки. Розрахунок трудомісткості засвоєння модуля курсової роботи і максимальної оцінки за виконання і захист курсової роботи з урахуванням передбаченого бюджету часу поданий в табл.5.1.

3. Виконання курсової роботи зараховується студенту, якщо він отримав за неї позитивну оцінку за національною шкалою відповідно до табл. 5.2.

4. Якщо студент виконав та захистив курсову роботу з позитивною оцінкою за національною шкалою у встановлений термін, то до його поточної модульної рейтингової оцінки може додаватися ще один заохочувальний бал.

 

Таблиця 5.1

Модуль навчальної дисципліни	Обсяг модуля (годин)	Загальний обсяг дисципліни (години)	Розрахунок часового коефіцієнта модуля	Максимальна підсумкова семестрова модульна рейтингова оцінка в балах за національною шкалою	Розрахунок максимальної оцінки (бали)
М3 (курсова робота)			36:216=0,17		88×0,17=15

 

Таблиця 5.2

Виконання та захист курсової роботи	Оцінка за національною шкалою
14-15	Відмінно
12-13	Добре
9-11	Задовільно
Менше 9	Незадовільно

 

5. Якщо студент виконав та захистив курсову роботу поза встановлений термін без поважних причин, то максимальна величина рейтингової оцінки в балах, яку може отримати студент за результатами захисту, дорівнює 13 (оцінка «Добре» за національною шкалою), тобто зменшується на два бали у порівнянні з наведеною в табл. 5.2.

6. Не дозволяється перездавати позитивну рейтингову оцінку з метою її підвищення.

7. Підсумкова рейтингова оцінка, отримана студентом за результатами захисту курсової роботи, окрім відомості модульного контролю, заноситься до навчальної картки та залікової книжки студента, наприклад, так: 14/Відм, 13/Добре, 11/Задов.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации.- М: Радио и связь, 1983. – 536 с.

2. Современная радиолокация (Анализ, расчет и проектирование систем) / Под ред. Ю.Б. Кобзарева. – М: Сов. радио, 1969. – 704 с.

3. Теоретические основы радиолокации / Под ред. В.Е. Дулевича. – М: Сов. радио, 1978. – 608 с. 

4. Теоретические основы радиолокации / Под ред. Я.Д. Ширмана. – М: Сов. радио, 1970. – 560 с.

5. Васин В.В., Степанов Б.М. Справочник- задачник по радиолокации. – М: Сов. радио, 1977. – 318 с.

6. Радиолокационные системы аэропортов / Под ред. Л.Т. Превезенцева – М: Транспорт, 1981. – 384 с.

7. Яновский Ф.И. Бортовые метеонавигационные радиолокаторы. Физические основы, основные параметры и принципы построения. – К.: КИИГА, 1982. – 82 с.

8. Яновський Ф.Й. Метеонавігаційні радіолокаційні системи повітряних суден. – К.: Видавництво НАУ, 2003. – 302 с.

9. Качан В.К. Перевезенцев Л.Т. Сокол В.В. Радиооборудование автоматизированных систем управления воздушным движением. – К.: Высш. шк., 1984. – 312 с.

10. Радиолокационные устройства. Теория и принципы построения / Под ред. В.В. Григорина-Рябова. – М: Сов. радио, 1970. – 680 с.

11. Методические рекомендации по оформлению материалов для студентов КМУЦА. - К.: КМУЦА, 1985. – 44 с.

12. Справочник по радиолокации / Под ред. М. Сколника. Перевод с англ.- М: Сов. радио, 1976. – Т 1. – 456 с.

13. Харченко В.П. Теоретические основы радиолокации. Методические указания. – К.: КИИГА, 1990. –56 с.

14. Яновский Ф.И. Методические указания по обоснованию и расчету тактических и технических характеристик бортових радиолокационных систем. – К: КМУГА, 1981. – 52 с.

15. Яновский Ф.И. Бортовые метеонавигационные радиолокаторы. Структура системы и особенности построения передающих устройств. – К.: КИИГА, 1987. – 80 с.

16. Радиоэлектронные системы: основы построения и теория. Справочник / Ширман Я. Д., Лосев Ю.И., Минервин Н.Н., Москвитин С.В., Горшков С.А, Леховицкий Д.И., Левченко Л.С. / Под ред. Я.Д. Ширмана. – М.: ЗАО «МАКВИС», 1998. – 828 с.

ДОДАТКИ

 

Додаток1

 

ЗРАЗОК тиТУЛЬНОГО АРКУША

для курсової роботи

 

Додаток 2

 

ДЕЯКІ РЕКОМЕНДАЦІЇ

ЩОДО ВИБОРУ ОСНОВНИХ ПАРАМЕТРІВ ЛС

 

Радіолокаційні станції характеризуються тактичними та технічними параметрами. Перша група параметрів дає відомості про призначення ЛС, можливості та умови її використання. Друга група параметрів дає уяву про всю станцію та її складові елементи з технічної точки зору.

Зазвичай спочатку вибирають і обґрунтовують загальні (тактичні) вимоги до станції. Потім на основі тактичних вимог розраховують технічні параметри ЛС. Основні тактичні характеристики:

- межа роботи ЛС по дальності;

- межа роботи ЛС по кутових координатах;

- період огляду;

- роздільна здатність ЛС;

- точність визначення координат;

- завадозахищеність ЛС;

- імовірність правильного виявлення;

- імовірність хибної тривоги.

Максимальна дальність

Межі роботи ЛС по дальності визначаються максимальною R _max та мінімальною R _min дальністю.

Максимальна дальність дії задається тактичними вимогами і залежить від багатьох технічних характеристик ЛС, умов поширення радіохвиль та характеристик цілей, які в реальних умовах використання ЛС схильні до випадкових змін. Тому максимальна дальність дії є імовірнісною характеристикою.

Зазвичай указується значення максимальної дальності по цілі певного типу (наприклад, літака), при якій ціль виявляється із заданою імовірністю.

Мінімальна дальність

Відомо, що для імпульсної ЛС мінімальна дальність дії R _min залежить від тривалості імпульсу τ _і, часу відновлення антенного

Продовження дод.2

 

перемикача τ _в та роздільної здатності ∆ R _інд індикаторного пристрою.

Мінімальна дальність дії R _min станції наземного базування залежить також від меж роботи антенної системи по куту місця β з урахуванням впливу земної поверхні на діаграму направленості антени. Мінімальна дальність може бути різною для різних висот і саме вона на практиці визначає величину мертвої зони.

Для косекансної діаграми направленості:

,

де β_min – граничний верхній кут місця.

В наземних ЛС при малих кутах місця реальне значення R _min обмежується впливом місцевих предметів, які визначають кути закриття і обмежують можливість спостереження цілей, що рухаються на малих висотах.

Якщо антенна система не вносить обмежень, то

R _min= c /2(τ_i + τ_в)+∆ R _інд,

де с – швидкість світла.

Межі роботи ЛС по азимуту

Межі роботи ЛС по азимуту ∆ α _огл визначаються типом та призначенням ЛС, які можуть працювати як в режимі кругового (від 0 до 360°), так і секторного огляду. Так, наприклад, посадкові радіолокатори працюють в секторному режимі, а трасові та аеродромні ЛС – в режимі кругового огляду.

Період огляду

Періодом огляду ЛС Т _огл називається інтервал часу, необхідний для опромінення всіх точок зони огляду станції. Він визначається з виразу

,

де N _{і min} – мінімальна кількість відбитих імпульсів, необхідна для виявлення цілі з заданою імовірністю; ∆α_огл, ∆β_огл – сектор огляду відповідно в горизонтальній та вертикальній площинах; F _п – частота повторення зондувальних імпульсів; θ, φ - ширина діаграми направленості антени відповідно в горизонтальній та вертикальній площинах.

В ЛС виявлення та цілевказування, коли ∆β_огл= φ,

.

В станціях з круговим оглядом простору період дорівнює часу повного оберту антенної системи, тобто Т _огл = 60/ n _А , де n _А – кількість обертів антени за хвилину.

Вибір довжини хвилі

Діапазон хвиль, що використовується в радіолокаційній техніці, лежить в області метрових, дециметрових, сантиметрових та міліметрових хвиль. Від довжини хвиль ЛС залежать розміри антенної системи при необхідних значеннях ширини діаграми направленості та коефіцієнта направленої дії антени. Використання більш коротких хвиль при тих же розмірах антени дозволяє покращити роздільну здатність і точність відліку кутових координат. При виборі довжини хвилі необхідно враховувати поглинальні та розсіювальні властивості гідрометеорів і атмосфери, можливість отримання необхідної потужності від передавача і забезпечення необхідної чутливості приймача.

У діапазонах сантиметрових і особливо міліметрових хвиль інтенсивне поглинання електромагнітних коливань викликає небажане зменшення дальності дії станції. Крім того, гідрометеори в цих діапазонах можуть бути джерелами інтенсивного відбиття, що перешкоджає або навіть повністю унеможливлює спостереження цілей.

При виборі довжини хвилі слід враховувати, що період високочастотних коливань повинен бути в 50–100 разів меншим за тривалість імпульсу. Таким чином, вибір робочої довжини хвилі повинен проводитись з урахуванням особливостей ЛС і впливу довжини хвилі на її тактичні характеристики. Наприклад, ЛС дальнього спостереження, від якої не вимагається дуже високої роздільної здатності і великої точності вимірювання кутових координат, може працювати в діапазоні дециметрових або навіть метрових хвиль, в той час, коли для ЛС ближньої дії, як правило, важливі високі точність відліку кутових координат та роздільна

Продовження дод. 2

 

здатність. В таких випадках слушно використовувати сантиметрові, а інколи і міліметрові хвилі, оскільки при загальному невеликому радіусі дальності дії станції затухання електромагнітних хвиль в атмосфері буде впливати ще не дуже сильно.

В багатьох випадках робоча частота станції визначається прийнятими міжнародними нормами і державними стандартами згідно затвердженого розподілу частот. Тому після обґрунтування необхідного частотного діапазону, виходячи із фізичних міркувань, необхідно узгодити прийняте рішення про довжину хвилі з існуючими нормами на радіолокаційну систему даного призначення.

Потужність передавача

Під імпульсною потужністю передавача Р _пер розуміють середню за час дії імпульсу потужність, що віддається передавачем до фідерної системи. Випромінювана потужність Р _вип і потужність передавача зв’язані між собою співвідношенням Р _вип = ηР _пер, де η – ККД антенно-фідерної системи.

Залежно від призначення станції потужність випромінюваних імпульсів вибирають від одиниць кіловат до тисяч кіловат. Потужність випромінювання розраховують відповідно з основним рівнянням радіолокації. Методика розрахунку імпульсної потужності наведена в працях [10 ], [13], [14].

Імпульсна потужність зв’язана з середньою потужністю передавача за період слідування імпульсу Р _ср виразом:

.

Величина середньої потужності відносно невелика.

Чутливість приймача

Приймальний пристрій здійснює виявлення сигналів. Виявлення сигналів при узгодженій фільтрації некогерентного пакету імпульсів може бути зведене до таких операцій:

- оптимальна фільтрація кожного імпульсу пакета;

- амплітудне детектування;

- синхронне інтегрування відеоімпульсів;

Продовження дод. 2

 

- випробування сумарного сигналу на поріг.

Перші дві операції виконує приймальний пристрій, а решта може бути реалізована у приймальному пристрої, процесорі або у вихідному пристрої. Застосування оптимальної обробки сигналів дозволяє зменшити порогову потужність, тобто підвищити чутливість приймача. Під пороговою потужністю Р _пор радіолокаційного приймача розуміють мінімальну потужність сигналу на його вході, при якій забезпечується прийом та виявлення відбитих сигналів із зданими ймовірностями правильного виявлення цілі D та хибної тривоги F. Порогова потужність по суті є реальною чутливістю приймача Р _{пр min}. Вона залежить від необхідного відношення сигнал-шум на виході приймача - виявляча, часу спостереження, шумових властивостей та смуги пропускання приймача, а також особливостей обробки сигналів і втрат у різних елементах локаційної системи. Чутливість радіолокаційного приймача розраховується за формулою

,

де N _ш – коефіцієнт шуму приймача;

k – стала Больцмана, k = 1,37·10^-23 Дж/град;

Т ₀ – температура (при розрахунках можна задати Т ₀ = 300 К);

– коефіцієнт розрізнення, який показує співвідношення між і потужністю власного шуму приймача = ;

– смуга пропускання приймача.

Найбільш відповідальним етапом розрахунку чутливості є визначення необхідного коефіцієнта розрізнення . Теоретичне значення порогового відношення сигнал-шум визначається сумарною енергією сигналу (наприклад, пакету імпульсів) і спектральною потужністю шуму , а завжди визначається відносно одиничного сигналу (одного імпульсу з пакету). Крім того, характеризує теоретично необхідне відношення сигнал-шум без урахування недосконалості реальної

 

Продовження дод. 2

 

апаратури, а коефіцієнт розрізнення повинен визначатися з урахуванням реальних втрат у системі.

Для визначення можна використовувати таку методику.

Спочатку знаходимо необхідне відношення сигнал-шум яке залежить від заданих імовірностей правильного виявлення і хибної тривоги . Для цього можна скористатися характеристиками виявлення для відповідної моделі сигналу. Якщо мова іде, наприклад, про виявлення пакету некогерентних імпульсів, то доцільно користуватися моделлю сигналу з випадковими початковою фазою і амплітудою. Графіки характеристик виявлення наведені в [4], с. 162. Вони дозволяють знайти для низки величин і заданого . Але розрахунки можна виконати і аналітично. Сучасні прикладні програми, наприклад MathCad, дають можливість легко розраховувати потрібні величини для будь-яких вихідних даних. Зокрема, для указаної моделі сигналу робочі характеристики виявлення можна виразити у вигляді рівняння

,

яке легко розв’язати відносно .

Далі необхідно визначити кількість імпульсів у пакеті N _і. Вона залежить для ЛС кругового огляду від ширини діаграми направленості в горизонтальній площині θ, швидкості обертання антени Ω та частоти слідування зондувальних імпульсів F _п, а саме:

.

При некогерентному накопиченні імпульсів пакету зв’язок між і можна записати у вигляді

,

Продовження дод. 2

 

де коефіцієнти враховують різні види втрат, які зменшують реальне відношення сигнал-шум і які необхідно компенсувати шляхом підвищення коефіцієнту розрізнення порівняно до теоретичного значення . Якщо немає точних відомостей про втрати в різних елементах локаційної системи , то можна при орієнтовних розрахунках прийняти загальні втрати =10.

При неоптимальній або квазіоптимальній фільтрації для забезпечення тих же ймовірностей D і F, що і при використанні узгодженого фільтра, порогова потужність зростає.

Відношення сигнал-шум при квазіоптимальній фільтрації в разів менше, ніж при узгодженій (оптимальній) фільтрації, де – відношення сигнал-шум на виході оптимального фільтра. Для приймача, що приймає прямокутні імпульси і має смуговий фільтр, смуга пропускання якого оптимальна за Сіфоровим (), відношення » 1,2, тобто коефіцієнт розрізнення має бути у 1,2 рази більше ніж при використанні узгодженого фільтра. Зазвичай втрати через відмінності АЧХ фільтра від ідеального узгодженого фільтра враховуються одним із коефіцієнтів = у формулі для .

З наведеного вище виразу бачимо, що чутливість приймача погіршується із збільшенням смуги пропускання Δ f через збільшення потужності шумів Р _ш.

Чутливість приймача може виражатися як у ватах, так і у децибелах відносно опорної потужності Р₀:

.

За відліковий рівень зазвичай приймають Р₀ = 10^-3 Вт=1 мВт.

Наприклад, Р _{пр min} = 10^-13 Вт відповідає 100 дБ відносно 1мВт.

Продовження дод. 2

Вибір тривалості імпульсів

Основним принципом вибору тривалості імпульсів (за виключенням деяких випадків ЛС дальнього виявлення) є забезпечення роздільної здатності по дальності з урахуванням того, що:

.

Від тривалості імпульсу залежить також і мінімальна дальність дії R _min. Зменшення тривалості імпульсу зменшує ефективну площу відбитків від розподілених об’єктів, таких як хмари, опади та земна поверхня.

У сантиметровому діапазоні хвиль тривалості зондувальних імпульсів зазвичай лежать в межах від 0,1 до 2 мкс, в міліметровому діапазоні тривалість імпульсів може бути значно меншою – до сотих і навіть тисячних часток мікросекунди.

Швидкість обертання антени

Швидкість обертання антени n_A вибирають з урахуванням вимог у відношенні скорочення часу огляду і надійністю спостереження сигналів на екрані індикатора.

При заданих значеннях ширини діаграми направленості, частоті повторення зондувальних імпульсів F _п і сектора огляду Δ α _огл кількість обертів антени за одиницю часу не повинна перевищувати:

.

Для ЛС з круговим оглядом, коли Δ α _огл=360˚,

.

Задачі курсової роботи

Заключним етапом вивчення курсу "Теорія локаційних систем" є курсова робота. Виконання курсової роботи дозволяє студенту закріпити, розширити та узагальнити отримані теоретичні знання, а також набути навичок практичного використання методики вибору та розрахунку тактико-технічних характеристик локаційних станцій (ЛС) і здобути навички самостійного розв’язання поставлених інженерних задач.

В процесі виконання курсової роботи закріплюються такі основні питання, як співвідношення між параметрами і принципи побудови ЛС, які використовують в цивільній авіації, вплив окремих параметрів та завадових факторів (завад, умов поширення радіохвиль) на показники якості функціонування ЛС.

 

2. Тематика та особливості завдання

на курсову роботу

Тематика курсової роботи визначається програмою курсу "Теорія локаційних систем" та розробляється викладачами кафедри. Формулювання теми курсової роботи проводиться для кожного студента індивідуально. У разі участі студента у виконанні науково-дослідної роботи кафедри допускається при формулюванні теми враховувати тематику наукової роботи і результати цієї роботи, отримані студентом, якщо вони відповідають програмі дисципліни. Крім того, бажано, щоб тема і результати курсової роботи з дисципліни „Теорія локаційних систем” склали в майбутньому основу одного з розділів дипломної роботи. Тому, у випадку, коли напрямок випускної (дипломної) роботи або проекту уже визначений і пов’язаний з локаційними системами або їх застосуванням, тема курсової роботи може формулюватися з урахуванням потреб випускної роботи і узгоджуватися з керівником дипломного проекту (роботи).

В завданні на курсову роботу даються назва теми, технічні умови, обсяг роботи та список рекомендованої літератури.

Зазвичай одним з розділів курсової роботи є обґрунтування, розрахунки та вибір основних параметрів локаційної станції. В технічних умовах можуть бути задані не всі необхідні вихідні дані. В цьому разі студент, крім вибору та розрахунку технічних параметрів, повинен обґрунтувати вибір вихідних даних (тактичних характеристик), яких не вистачає в технічних умовах, спираючись на норми та рекомендації ІКАО, рекомендації Arinc, стандарти, а також, на типові дані, відомі з літератури і практики конструювання, виробництва і експлуатації радіолокаційної апаратури відповідного призначення. Таким чином, перше, що студент має зробити, отримавши завдання, це з’ясувати функціональне призначення локаційної станції, яка є об’єктом подальшої розробки або дослідження, і виходити з цього протягом всієї роботи, намагатися максимально задовольнити відповідні вимоги.

 

 

Зміст та обсяг курсової роботи

Курсова робота повинна мати розрахунково-пояснювальну записку, що включає в себе:

титульний аркуш;

завдання;

анотацію;

зміст;

вступ;

обґрунтування, вибір і розрахунок тактико-технічних характеристик ЛС;

розробку та обґрунтування структурної схеми ЛС;

висновки;

список використаної літератури;

додатки (при необхідності).

Пояснювальна записка розрахунково-графічних матеріалів виконується відповідно до вимог Єдиної системи конструкторської документації (ЄСКД) та Єдиної системи технічної документації (ЄСТД). Загальний обсяг пояснювальної записки має бути 15-25 сторінок формату А4 (297x210). Зміст пояснювальної записки розбивається на розділи, підрозділи, пункти та підпункти за ГОСТ 2.105-79.