Методы и устройства цифровой обработки сигналов в РЛС

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

__________________________________________________________________________

«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

Согласовано  ______________________ «___» _______________ 20__ г.

Утверждаю Директор ИПКП ____________________ «___» _______________ 20__ г.                                        учреждения

ПРОГРАММА ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ

Методы и устройства цифровой обработки сигналов в РЛС

       Москва, 2016 г.

Цель реализации программы

       Целью реализации данной программы является качественное изменение профессиональных компетенций, направленных на повышение профессионального уровня по принципам построения авиационных радиолокационных систем, их тактико–техническим характеристикам, особенностям функционирования в различных условиях боевого применения, а также практические навыки по оценке эффективности функционирования бортовых радиолокационных комплексов и систем, обоснованию их тактико–технических характеристик, особенностям построения существующих образцов бортовых радиолокационных комплексов и систем.

Требования к результатам обучения

В результате освоения программы слушатель должен приобрести следующие знания и умения, необходимые для качественного изменения компетенций, указанных в п.1:

слушатель должен:

1. Знать методы радиолокационных измерений

2. Знать основные характеристики радиолокационных объектов наблюдения

3. Знать основы теории построения устройств цифровой обработки радиолокационных сигналов

4. Знать методы расчета основных характеристик радиолокационных систем

5. Знать основные энергетические соотношения в радиолокации

6. Знать методы измерения основных характеристик радиолокационных систем

7. Знать принципы построения и особенности функционирования авиационных радиолокационных систем и основы их боевого применения

8. Знать тактико–технические характеристики авиационных радиолокационных комплексов и систем

9. Знать методику оценки функционального состояния радиолокационной системы по данным системы регистрации и контроля

10. Уметь использовать методику синтеза цифровых устройств обработки радиолокационных сигналов

11. Уметь использовать методику оценки эффективности функционирования радиолокационных систем

12. Иметь опыт расчета технических характеристик и параметров радиолокационных устройств и систем

13. Иметь опыт использования современной вычислительной техники для исследования радиолокационных устройств и систем

       Целью реализации данной программы является качественное изменение профессиональных компетенций, направленных на повышение профессионального уровня по принципам построения авиационных радиолокационных систем, их тактико–техническим характеристикам, особенностям функционирования в различных условиях боевого применения, а также практические навыки по оценке эффективности функционирования бортовых радиолокационных комплексов и систем, обоснованию их тактико–технических характеристик, особенностям построения существующих образцов бортовых радиолокационных комплексов и систем.

  Содержание программы

Учебный план

программы повышения квалификации

«Методы и устройства цифровой обработки сигналов в РЛС»

Категория слушателей - Сотрудники профильных предприятий.

Срок обучения - 34 часа(ов) 

Форма обучения - c частичным отрывом от работы

№ п/п	Наименование разделов	Всего, час.	В том числе
лекции	практич. занятия

1	Современное состояние теории  построения радиолокационных комплексов и систем	6	4	2
2	Цифровые устройства обнаружения радиолокационных сигналов	6	4	2
3	Измерение координат и сопровождение целей	6	4	2
4	Бортовые многофункциональные РЛС (режим «воздух-воздух»)	6	4	2
5	Бортовые многофункциональные РЛС (режим «воздух-поверхность»)	6	4	2
6	Работа РЛС в условиях помех	4	4	0
Итоговая аттестация	Собеседование

Учебно-тематический план

программы повышения квалификации

«Методы и устройства цифровой обработки сигналов в РЛС»

№ п/п	Наименование разделов и тем	Всего, час.	В том числе
лекции	практич. занятия

1	Современное состояние теории  построения радиолокационных комплексов и систем	6	4	2
1.1	Роль радиолокационных систем в решении задач современными авиационными комплексами. Методы измерения координат.	2	2	0
1.2	Характеристики радиолокационных целей	4	2	2
2	Цифровые устройства обнаружения радиолокационных сигналов	6	4	2
2.1	Принципы когерентной обработки сигналов. Обнаружение целей при известном (по форме) сигнале	2	2	0
2.2	Энергетические соотношения в радиолокации и формула максимальной дальности обнаружения целей.	4	2	2
3	Измерение координат и сопровождение целей	6	4	2
3.1	Измерение координат радиолокационных целей и параметров их движения.	2	2	0
3.2	Цифровые фильтры сопровождения целей	4	2	2
4	Бортовые многофункциональные РЛС (режим «воздух-воздух»)	6	4	2
4.1	Основные режимы работы РЛС. Спектры отраженных сигналов в режимах ВЧПИ и СЧПИ	2	2	0
4.2	Измерение координат воздушных целей, сопровождение целей, радиокоррекция ракет. Анализ систем контроля работы РЛС	4	2	2
5	Бортовые многофункциональные РЛС (режим «воздух-поверхность»)	6	4	2
5.1	Основные режимы работы РЛС. Режимы синтезирования апертуры	4	2	2
5.2	Режимы измерения скорости носителя, измерения дальности до земли, маловысотный полет	2	2	0
6	Работа РЛС в условиях помех	4	4	0
6.1	Характеристика РЭБ вероятного противника	2	2	0
6.2	Обнаружение помех. Адаптивные компенсаторы помех	2	2	0
Итого	34	24	10

Учебная программа

повышения квалификации

«Методы и устройства цифровой обработки сигналов в РЛС»

1.1. Роль радиолокационных систем в решении задач современными авиационными комплексами. Методы измерения координат. (2ч.)

Назначение и типы бортовых РЛС. Методы измерения дальности и угловых координат. Эффект Доплера в радиолокации как основа методов селекции целей по скорости и измерения скорости.

1.2. Характеристики радиолокационных целей (4ч.)

Эффективная площадь отражения точечных, простых и сложных целей. Распределенные цели и их эффективная площадь отражения. Время-частотные и поляризационные характеристики отражений от целей. Волновой фронт и пространственные характеристики отражений от целей. Шумы цели.

Практическое занятие: Моделирование сигнала, отраженного от вертолета

2.1. Принципы когерентной обработки сигналов. Обнаружение целей при известном (по форме) сигнале (2ч.)

Назначение основных элементов когерентно-импульсной РЛС. Анализ сигнала квадратурного фазового детектора. Требования к АЦП и памяти ЭВМ. Алгоритм оптимального приема сигнала при неизвестных параметрах сигнала.

2.2. Энергетические соотношения в радиолокации и формула максимальной дальности обнаружения целей.  (4ч.)

Основное уравнение радиолокации. Учет поглощения радиоволн в атмосфере при вычислении максимальной дальности. Дальность обнаружения целей при действии преднамеренных радиоэлектронных помех.

Практическое занятие: Расчет дальности действия РЛС.

3.1. Измерение координат радиолокационных целей и параметров их движения.  (2ч.)

Потенциальная и реальная точность измерения угловых координат, расстояния до цели и скорости движения. Радиолокационные дискриминаторы и их характеристики.

3.2. Цифровые фильтры сопровождения целей  (4ч.)

Цифровой фильтр Калмана. б-в - фильтры. Динамические и флуктуационные ошибки. Обнаружители маневра. Адаптивные фильтры.

Практическое занятие: Моделирование фильтра Калмана и многомодельного фильтра.

4.1. Основные режимы работы РЛС. Спектры отраженных сигналов в режимах ВЧПИ и СЧПИ (2ч.)

Назначение режимов контроля воздушного пространства, Основные характеристики режимов. Спектры сигналов. Выбор параметров зондирующих сигналов.

4.2. Измерение координат воздушных целей, сопровождение целей, радиокоррекция ракет. Анализ систем контроля работы РЛС  (4ч.)

Особенности измерения дальности при ВЧПИ. Алгоритмы измерения при ЛСМ сигнале и при смене частот повторения. Сопровождение целей «на проходе», дискретное, программируемое и непрерывное сопровождение

Практическое занятие: Модель «нониусного» метода измерения дальности

5.1. Основные режимы работы РЛС. Режимы синтезирования апертуры (4ч.)

Назначение режимов картографирования земной поверхности. Требования  к разрешающей способности. Выбор параметров зондирующего сигнала. Алгоритмы обработки сигналов в режимах реального луча, «доплеровского» обострения луча и фокусированной синтезированной апертуры.

Практическое занятие: Моделирование режима синтезирования апертуры.

5.2. Режимы измерения скорости носителя, измерения дальности до земли, маловысотный полет  (2ч.)

Назначение режимов. Выбор зондирующих сигналов, Алгоритмы обработки сигналов. Характеристики.

6.1. Характеристика РЭБ вероятного противника (2ч.)

Основные режимы - разведка параметров и формирование помех. Характеристики средств индивидуальной и групповой защиты. Принцип формирования помех на основе цифровой памяти. Современные и перспективные виды помех, их характеристики. 

6.2. Обнаружение помех. Адаптивные компенсаторы помех  (2ч.)

Энергетические соотношения при обнаружении источников излучения. Алгоритмы обнаружения помех. Компенсаторы помех по боковым лепесткам. Моделирование компенсаторов.

Перечень практических занятий

Номер темы (раздела)	Наименование практического занятия
1.2	Характеристики радиолокационных целей (2ч.)
2.2	Энергетические соотношения в радиолокации и формула максимальной дальности обнаружения целей.  (2ч.)
3.2	Цифровые фильтры сопровождения целей  (2ч.)
4.2	Измерение координат воздушных целей, сопровождение целей, радиокоррекция ракет. Анализ систем контроля работы РЛС  (2ч.)
5.1	Основные режимы работы РЛС. Режимы синтезирования апертуры (2ч.)

4.  Материально-технические условия реализации программы

Лекционные занятия проводятся в аудиториях, оснащенных компьютером, мультимедийным проектором и экраном.

Практические занятия со слушателями проводятся в специализированном классе, оборудованном учебными стендами  и компьютерами с предустановленным лицензионным программным обеспечением.

Учебно-методическое обеспечение программы

1. , , Янковский радиолокационные комплексы истребителей.– М.: Радиотехника, 2014г.- 236 с

2. , , Янковский системы радиовидения. – М.: Радиотехника 2015г. – 648с

3. Радиолокационные станции с цифровым синтезированием апертуры антенны / Под ред. .– М.: Радио и связь, 1988  -243с

Оценка качества освоения программы

К итоговой аттестации допускаются лица, выполнившие требования, предусмотренные программой, и успешно прошедшие все оценочные процедуры, предусмотренные программами профессиональных модулей.

Форма итоговой аттестации по программе курса в виде собеседования.

Составители программы

, д. т.н., заведующий кафедрой С-14 «Радиолокационные комплексы и системы» филиала "Стрела" МАИ

Приложение А

к программе повышения квалификации

«Методы и устройства цифровой обработки сигналов в РЛС»

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1..Физические свойства радиоволн, используемые в радиолокации.

2.Методы измерения дальности.

3.Методы измерения угловых координат

4.Эффект Доплера и методы измерения скорости сближения.

5.Основные радиолокационные характеристики цели.

6.Эффективная площадь отражения (ЭПО) цели.

7.ЭПО простой и сложной цели.

8. ЭПО распределенных целей.

9.Шумы цели.

10. Постановка задачи оптимальной обработки сигнала, отношение правдоподобия.

11.Алгоритмы и критерия обнаружения цели.

12. Обнаружение полностью известного сигнала.

13. Обнаружение сигнала со случайными амплитудой и фазой.

14. Обнаружение когерентной и некогерентной пачки импульсов.

15.Структурная схема цифровой когерентно-импульсной РЛС.

16. Дальность действия РЛС в свободном пространстве.

17. Дальность действия РЛС при действии помех.

18. Дальность действия РЛС с учетом потерь.

19.Энергетические соотношения при обзоре пространства.

20. Постановка задачи разрешения целей. Критерии разрешения.

21.Функция неопределенности (ФН) и ее свойства.

22. Сечение ФН по оси частот и задержки.

23. ФН прямоугольного импульса, импульса с ЛЧМ и ФКМ, пачки импульсов.

24.ФН по угловым координатам.

25. Потенциальная точность измерения координат.

26.Измеритель угловых координат со сканированием.

27. Моноимпульсный измеритель угловых координат.

28.Тактико-технические требования к РЛС перехвата и ударных комплексов.

29.Спектры отраженных сигналов при ВЧПИ и СЧПИ.

30.Измерение дальности при ВЧПИ и СЧПИ.  «Слепые» дальности и скорости.

31.Принцип синтезирования апертуры. Режимы работы.

32. Компенсаторы помех

Приложение Б

к программе повышения квалификации

«Методы и устройства цифровой обработки сигналов в РЛС»

ТЕСТОВЫЕ ВОПРОСЫ И ОТВЕТЫ

1.Отраженный от морской поверхности сигнал задержался на 1мкс. Какова высота полета самолета?

Ответы: 1) 1,5км;  2)  100м;  3) 150м ;  4)  500м;  5) 2000м.

2.В РЛС с несущей частотой излучения f=10ГГц, доплеровская частота отраженного сигнала составила 20кГц. Какая скорость сближения РЛС с целью?

Ответы: 1) 300км/час;  2) 300м/с;  3) 15000м/с;  4) 20м/с;  5) 200м/с.

3. Во сколько раз измениться доплеровская частота отраженного сигнала от неподвижной цели, лежащей по курсу полета, если вектор скорости самолета повернулся относительно неё на 60 градусов?

Ответы: 1) Не изменится;  2) увеличится в 2 раза;  3) уменьшится в 2 раза;  4) увеличится в раз;  5 )уменьшится  в раза.

4. Разность фаз колебаний, принятых в двух точках приема, с расстоянием между ними, равна 10є. Чему равно угловое положение цели относительно нормали к линии, соединяющей эти точки?

Ответы: 1) 1градус;  2) 1радиан;  3) 10градусов;  4) градусов;  5 ) 0,1градуса.

5.Частота повторения импульсов 10кГц. Чему равна однозначная дальность обнаружения целей?

Ответы: 1) 150м;  2) 1,5км;  3) 15км;  4) 150км;  5 ) 10км.

6.Частота повторения импульсов 200кГц. Длина волны излучения 3см. Чему равна однозначная скорость сближения самолета с целью?

Ответы: 1) 150м/с;  2) 600м/с;  3) 200м/с;  4) 6км/с;  5 ) 500м/с.

7. В каких единицах измеряется удельная площадь отражения взволнованной морской поверхности?

Ответы: 1)Балл;  2) м2;  3)1/м2;  4)м4;  5) Безразмерная.

8. Чему равна эффективная площадь отражения (ЭПО) плоской пластины размером 1мЧ1м для РЛС с длиной волны 1см?

Ответы: 1) 4р104м2;  2) 1м2;  3) 1см2;  4) 4р10-4м2;  5) 4р102м2.

9. В справочнике написано, что удельная ЭПО степи летом составляет -23дБ. Какова величина удельной ЭПО в абсолютных единицах?

Ответы:  1) 5·10-2м2/м2;  2) 5·10-6;  3) 5·10-2м2;  4) 5·102м2;  5) 2·102м2.

10. Какой фильтр наиболее целесообразно использовать для согласованной обработки сигнала в виде пачки из N=200 импульсов, длительностью импульса фи=1мкс, периодом повторения Ти=50мкс?

Ответы: 1) Низкочастотный фильтр с полосой 1 МГц;  2)Узкополосный фильтр с полосой пропускания 100 Гц  и центральной частотой 1 МГц;  3) Гребенчатый фильтр с полосой пропускания каждого гребня 20 кГци периодичностью гребней 1 МГц;  4) Гребенчатый фильтр с полосой пропускания каждого гребня 100 Гц  и периодичностью гребней 20 кГц; 5) Режекторный фильтр в полосе 1 МГц и согласованный фильтр с импульсом, длительностью 1 мкс.

11. По какой формуле определяется величина порога обнаружения сигнала со случайной амплитудой и начальной фазой, распределенными соответственно по закону Релею и равномерному, на фоне внутренних шумов с дисперсией для вероятности ложной тревоги Рлт?

Ответы: 1) ;  2) ;  3) ;  4) ;  5)  .

12. Может ли вероятность правильного обнаружения (РПО) флуктуирующего сигнала быть больше вероятности правильного обнаружения нефлуктуирующего сигнала?

Ответы: 1) Не может;  2)  Может, при малых РПО≤0,2;  3) Может, при больших РПО>0,8;  4) Может, при малых РЛТ<10-6;  5) Может, при больших РЛТ<10-2.

13. Чему равно время когерентного накопления сигнала, если его амплитуда флуктуирует в полосе 10Гц?

Ответы: 1) 100мкс;  2) 10мс;  3) 0,1с;  4) 1мс;  5 )с.

14. Во сколько раз необходимо изменить порог обнаружения сигнала со случайной амплитудой и начальной фазой, распределенными соответственно по закону Релею и равномерному, на фоне внутренних шумов, если дисперсия шумов увеличилась в 2 раза при сохранении вероятностей ложной тревоги и правильного обнаружения.

Ответы: 1) Увеличить в 2 раза;  2) Уменьшить в 2 раза;  3) Не изменять;  4) Увеличить в 4 раза;  5 ) Увеличить в раз.

15. Во сколько раз необходимо увеличить время когерентного накопления, чтобы дальность обнаружения нефлуктуирующего сигнала со случайной амплитудой и начальной фазой, распределенными соответственно по закону Релею и равномерному, на фоне внутренних шумов, увеличилась в 2 раза.

Ответы: 1)В 2 раза;  2) В 4 раза;  3) В 8 раз;  4) В 16 раз;  5 ) В раз.

16. В РЛС вместо прямоугольного импульса стали применять линейно-частотно модулированный сигнал (ЛЧМ-сигнал) с девиацией и той же длительностью фи (база сигнала ). Во сколько раз изменилась дальность обнаружения сигнала?

Ответы: 1) Увеличилась в 2 раза;  2) Уменьшилась в 2 раза;  3) Не изменилась;  4) Увеличилась в 4 раза;  5 ) Увеличить в 16 раз.

17. Диаметр приемо-передающей антенны уменьшили в 2 раза. Во сколько раз уменьшилась максимальная дальность действия РЛС?

Ответы: 1)В 2 раза;  2) В 4 раза;  3) В раз;  4) В 16 раз;  5 ) В раз.

18. На трассе распространения радиоволн у РЛС пошел сильный дождь с удельным поглощением радиоволн дпг=0,6дБ/км в полосе 10км. Во сколько раз уменьшилась дальность обнаружения целей?  Потери при обработке сигнала не учитывать.

Ответы: 1)В 2 раза;  2) В 4 раза;  3) В 8 раз;  4) В  раз;  5) В раз.

19. Чему равна разрешающая способность РЛС по дальности для монохроматического импульса, длительностью 1мкс?

Ответы: 1) 15м;  2) 600м;  3) 15см;  4) 150м;  5) 1500м.

20.Во сколько раз изменилась разрешающая способность РЛС по дальности, если ширину спектра зондирующего сигнала увеличили в 16 раз?

Ответы: 1) Стала лучше  в 2 раза;  2) Стала хуже  в 16 раз;  3) Не изменилась;  4) Стала лучше  в 4 раза;  5 ) Стала лучше  в 16 раз.

21. Пачку из N=2000 импульсов, длительность импульса 1мкс и периодом повторения 5 мкс,  увеличили до 4000импульсов того же периода и длительности. Во сколько раз изменилась разрешающая способность по скорости?

Ответы: 1) Стала лучше  в 2 раза;  2) Стала хуже  в 2 раза;  3) Не изменилась;  4) Стала лучше  в 4 раза;  5 ) Стала лучше  в  раз.

22. Пачку из N=2000 импульсов, длительность импульса 1мкс и периодом повторения 5 мкс,  увеличили до 4000импульсов того же периода и длительности. Во сколько раз изменилась разрешающая способность по дальности?

Ответы: 1) Стала лучше  в 2 раза;  2) Стала хуже  в 2 раза;  3) Не изменилась;  4) Стала хуже  в раз;  5 ) Стала лучше  в  раз.

23. Чему равна разрешающая способность РЛС по азимуту на дальности 50 км, если диаметр антенны равен 10 длин волн ()?

Ответы: 1)  50м;  2)  5км;  3)  150м;  4)  1,5км;  5 ) 10км.

24. Какой потенциальной разрешающей способностью по скорости обладает РЛС, у которой зондирующий сигнал представляет собой пачку из N=2000 импульсов, длительность импульса 1мкс и период повторения 5 мкс и несущей частоты 10ГГЦ (л=3см)?

Ответы: 1) 0,015м/с;  2) 10м/с;  3) 20м/с;  4) 1,5м/с;  5 ) 0,03м/с.

25. Какой потенциальной разрешающей способностью по дальности обладает РЛС, у которой зондирующий сигнал представляет собой пачку из N=2000 импульсов, длительность импульса 1мкс и период повторения 5 мкс и несущей частоты 10ГГЦ (л=3см)?

Ответы: 1) 150м;  2) 1,5км;  3) 15км;  4) 1,5м;  5 ) 15м.

26. На сколько децибел уменьшились ошибки измерения координат цели, если мощность передатчика уменьшилась в 4 раза?

Ответы: 1)  На 0дБ;  2)  На 4дБ;  3)  На 3дБ;  4)  На 6дБ;  5) На 10дБ

27. Во сколько раз изменилось среднеквадратичное значение ошибки измерения угловых координат, если диаметр антенны уменьшили в 2 раза?

Ответы: 1) Стала больше в 2 раза;  2) Стала больше  в раз;  3) Стала больше в 16 раз;  4) Стала больше в 4 раза;  5) Стала больше в  раз.

28. Какое минимальное среднеквадратичное значение ошибки измерения высоты в высотомере с ЛЧМ сигналом, длительностью 500мкс и девиацией частоты 150 МГц, при отношении сигнал/помеха 20дБ?

Ответы: 1) 0,1м;  2) 1,5м;  3) 0,015м;  4) 7,5 км;  5 ) 750м.

29. Среднеквадратичное значение ошибки измерения угловых координат цели составляет 0,01 радиан (около 36 угловых минут). Чему равен размер антенны d, если отношение сигнал/шум 20дБ?

Ответы: 1);  2) ;  3) ;  4) ;  5 ).

30. Какова потенциальная точность измерения дальности (среднеквадратичное значение ошибки) для фазо-кодо-манипулированного (ФКМ) сигнала с 13-разрядным кодом Баркера, длительностью 13 мкс, при отношении сигнал шум 40дБ

Ответы: 1) 150м;  2) 1,5м;  3) 30м;  4) 7,5м;  5 ) 3м.

31. Что такое характеристика обнаружения?

Ответы: 1) Зависимость вероятности правильного обнаружения от отношения сигнал/шум;

2)Зависимость вероятности правильного обнаружения от порога обнаружения;

3) Зависимость вероятности ложной тревоги от порога обнаружения

4) Зависимость вероятности правильного обнаружения от вероятности ложной тревоги;

5) Зависимость отношения сигнал/шум от рассогласованности полосы пропускания приемника и сигнала.

32. Частота биений излученного и отраженного ЛЧМ-сигналов на выходе смесителя РЛС 150 кГц. Девиация частоты составляет 150 МГц за 1 мс (крутизна ЛЧМ – 150 МГц/1 мс). Чему равна дальность до цели?

Ответы: 1) 150м;  2) 1,5м;  3) 30м;  4) 7,5 км;  5) 3 км.