عنوان : مطالعه و شبیه سازی یک رادار مولتی PRF با فرکانس 50KHz برای برد 150Km

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب دانشکده تحصیلات تکمیلی

 

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد” ” M.SC مهندسی برق – الکترونیک

 

عنوان:

مطالعه و شبیه سازی یک رادار مولتی PRF با فرکانس 50KHz برای برد 150Km

استاد راهنما: پروفسور فرخ حجت کاشانی

تیر 1385

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

  فهرست مطالب    
عنوان   صفحه
       
چکیده………………………………………………………………….. I
مقدمه………………………………………………………………….. II
فصل اول    
مطالعه معادلات رادار    
مقدمه ………………………………………………………………….. ۱
۱-۱) حداقل سیگنال قابل آشکارسازی……………………………………… ۲
۱-۲) نویز گیرنده……………………………………………………….. ۴
۱-۳) نسبت سیگنال به نویز………………………………………………. ۷
۱-۴) جمع بندی پالسهای رادار………………………………………….. ۷۱
۱-۵) سطح مقطع راداری هدف………………………………………….. ۰۲
۱-۶) پارامترهای آنتن…………………………………………………… ۴۲
۱-۷) توان فرستنده……………………………………………………… ۶۲
فصل دوم    
مشخصات رادار پالسی    
مقدمه…………………………………………………………………… ۰۳
۲-۱) برد……………………………………………………………….. ۱۳
۲-۲) اندازه تفکیک پذیری………………………………………………… ۵۳
۲-۳) فرکانس داپلر………………………………………………………. ۸۳
۲-۴) معادلات رادار …………………………………………..Low PRF ۵۴
۲-۵) معادلات رادار…………………………………………..High PRF ۹۴
۲-۶) تلفات راداری………………………………………………………. ۱۵

 

عنوان     صفحه
فصل سوم    
رادارهای پالسی و ابهامات    
۳-۱) رادارهای پالسی و مقایسه بین انواع آن………………………………….   ۶۵
۳-۲) ابهامات در برد وداپلر…………………………………………………   ۷۶
۳-۳) رفع ابهام رنج…………………………………………………………   ۰۷
۳-۴) رفع ابهام داپلر………………………………………………………..   ۲۷
۳-۵) عملیاتی کردن تئوری………………………………………………….   ۵۷
۳-۵-۱) چگونگی آشکارسازی…………………………………………………..   ۷۷
۳-۵-۲) جمع پذیری………………………………………………………..   ۲۹
۳-۵-۳) الگوریتم دیجیتالی برای آشکارسازی برد هدف………………………. ۰۰۱
نتیجه گیری و پیشنهادات    
نتیجه گیری………………………………………………………………. ۰۱۱
پیوستها( برنامه های ………………………………………….(MATLAB ۲۱۱
منابع و مآخذ    
منابع فارسی………………………………………………………………. ۴۲۱
مانبع غیر فارسی………………………………………………………….. ۵۲۱
چکیده انگلیسی……………………………………………………………. ۶۲۱

 
فهرست جدول ها
 

عنوان   صفحه
       
جدول ۱-۱. نسبت سیگنال به نویز واحتمال آشکارسازی و احتمال خطاﺀ…………………. ۶۱
جدول ۱-۲. مثالی از سطح مقطعهای راداری در فرکانس ماکروویو…………………………… ۳۲
جدول ۳-۱. مقایسه رادارهای با PRFهای مختلف و ابهامات آنها……………………………… ۴۶
جدول ۳-۲. محاسبه داپلر واقعی از روی داپلرهای مبهم……………………………………… ۴۷
جدول ۳-۳. مقادیر بدست آمده از معادلات ۳-۶۱برای برد ……………………………70Km ۱۸
جدول ۳-۴. مقادیر بدست آمده از معادلات ۳-۶۱برای برد ……………………………20Km ۶۸
جدول۳-۵. مقایسه مدلهای مختلف TMSها از نظر سرعت و مقدار حافظه هایشان…………….. ۳۰۱
جدول۳-۶. حجم محاسبات برای یک بافر………………………………………………….. ۴۰۱

 
فهرست شکلها
 

عنوان   صفحه
       
شکل ۱-۱. سیگنال دریافتی در مجاورت نویز………………………………………………… ۳
شکل۱-۲. عیان ساز پوش…………………………………………………………………. ۸
شکل ۱-۳. پوش خروجی گیرنده برای تشریح آﮊیرهای غلط در اثر نویز………………………. ۰۱
شکل ۱-۴. زمان متوسط بین آﮊیرهای غلط بر حسب سطح آستانه V وپهنای باند گیرنده………. B ۱۱
شکل۱-۵. تابع چگالی احتمال برای نویز به تنهایی و سیگنال همراه با نویز…………………….. ۴۱
شکل ۱-۶. احتمال آشکارسازی یک سیگنال سینوسی آغشته به نویز……………………………. ۵۱
شکل۱-۷. تلفات جمع بندی بر حسب تعداد پالسها………………………………………………. ۸۱
شکل۱-۸. احتمال عیان سازی بر حسب سیگنال به نویز واحتمال خطاﺀ …………………..109 ۰۲
شکل۱-۹. سطح مقطع راداری کره ای به شعاع a و طول موج …………………………….. λ ۲۲
شکل۱-۰۱. نسبت سیگنال به نویز دریافتی بر حسب برد هدف…………………………………. ۳۲
شکل۱-۱۱. انعکاس با زمان حدود چند پریود وابهام در فاصله…………………………………. ۸۲
شکل۱-۲۱. مقدار نسبت سیگنال به نویزبر حسب برد هدف……………………………………. ۹۲
شکل ۲-۱. بلاک دیاگرام یک رادار پالسی ساده………………………………………………. ۲۳
شکل ۲-۲. قطار پالسهای ارسالی و دریافتی………………………………………………….. ۲۳
شکل ۲-۳. تبیین فاصله مبهم……………………………………………………………… ۴۳
شکل ۲-۴. تحلیل اهداف در راستای عمود و افق……………………………………………… ۵۳
شکل ۲-۵. .aدو هدف غیر قابل تفکیک .b دو هدف قابل تفکیک……………………………… ۷۳
شکل ۲-۶. تاثیر هدف متحرک در جبهه موج همفاز ارسالی…………………………………… ۹۳
شکل ۲-۷. تبیین چگونگی فشردگی یک هدف متحرک برای یک پالس تنها……………………… ۰۴
شکل ۲-۸. تبیین چگونگی تاثیرات هدف متحرک بر روی پالسهای رادار……………………….. ۱۴
شکل ۲-۹. فرکانس دریافتی یک رادار مربوط به اهداف دور و نزدیک شونده……………….. ….۳۴
شکل ۲-۰۱. نمایه سه هدف با سرعتهای برابر اما سرعتهای شعاعی متفاوت……………………. ۳۴
شکل ۲-۱۱. سرعت شعاعی متناسب می باشد با زاویه هدف در راستاهای عمود وافق………………… ۴۴
شکل ۲-۲۱. خروجی حاصله از برنامه lprf_req.m برای سه مقدار از ……………………… np ۷۴
شکل ۲-۳۱. نمودار نسبت سیگنال به نویز به ازاﺀ تعداد پالسهای همزمان……………………….. ۸۴
شکل ۲-۴۱. نمودار سیگنال به نویز بر حسب برد برای رادار ……………………… HighPRF ۰۵
شکل ۲-۵۱. شمای پترن یک آنتن بسیار ساده شده…………………………………………….. ۲۵
شکل ۲-۶۱. تلفات فروپاشی…………………………………………………………………. ۴۵
شکل ۳-۱. مقایسه فاصله هامونیکها در LPRF و ……………………………………HPRF ۹۵

 

عنوان   صفحه
       
شکل ۳-۲. مقایسه بین تعداد پاسهای دریافتی درLPRFو………………………………HPRF ۰۶
شکل ۳-۳. چگونگی تاثیر فیلترهای MTI بر روی کلاتر دریافتی………………………………… ۳۶
شکل ۳-۴. بلاک دیاگرام یک رادار پالسی………………………………………………….. ۵۶
شکل ۳-۵. نمودار توان بر حسب فرکانس برای قسمت های مختلف یک رادار…………………. ۶۶
شکل ۳-۶. پاسخ فرکانسی سیگنال ارسالی با مد نظر قرار دادن ………………………….PRF ۸۶
شکل ۳-۷. طیف فرکانسی سیگنالهای فرستاده شده و دریافتی و بانک فیلترها………………….. ۹۶
شکل ۳-۸. رفع ابهام در برد………………………………………………………………. ۱۷
شکل ۳-۹. برگشتیهای حاصل از PRF3 و PRF1 برای برد …………………………70Km ۲۸
شکل ۳-۰۱. نمایی از برگشتیها در خلال PRF1 برای برد ……………………………70Km ۲۸
شکل ۳-۱۱. مقاسیه پالسهای دریافتی در طول ارسال PRF برای برد …………………..70Km ۳۸
شکل ۳-۲۱. پالسهای دریافتی در طول PRFهای ارسالی و نتیجه نهایی……………………….. ۴۸
شکل ۳-۳۱. برگشتیهای حاصل در خلال ارسال PRF1 برای برد ……………………..20Km ۶۸
شکل ۳-۴۱. برگشتیها در خلالPRF1 و فاصله از آخرین پالس ارسالی در برد……………20Km ۷۸
شکل ۳-۵۱.  مقاسیه پالسهای دریافتی در طول ارسال ……………………………..PRF1,2,3 ۷۸
شکل ۳-۶۱. پالسهای دریافتی در طول PRFهای ارسالی و نتیجه نهایی مقایسه پالسها……………. ۸۸
شکل ۳-۷۱. چگونگی بهره گیری از توان بالای ارسالی و دریافتی دریک رادار…………………MPRF ۰۹
شکل ۳-۸۱. بهبود سیگنال به نویز با کمک تعداد زیاد پالسهای دریافتی………………………… ۱۹
شکل ۳-۹۱.  بهبود در پاسخ با بهره گیری از Integration به ازای۶ و ۲۱ بار تجمع……………… ۳۹
شکل ۳-۰۲. تاثیر جمع پذیری همفاز بر روی سیگنالهای برگشتی در۰۱ مرتبه جمع کردن……….. ۴۹
شکل ۳-۱۲. افزایش SNR با تجمع همفاز و بهره کامل ………………………………………….. ۵۹
شکل ۳-۲۲. کاهش اثر تجمع همفاز در اثر تغییر فاز سیگنالهای دریافتی……………………………….. ۶۹
شکل ۳-۳۲. ضریب بهبود عیان سازی برحسب تعداد پالسها…………………………………. ۸۹
شکل ۳-۴۲. نمای یک رادار مولتی PRF با قابلیت جمع پذیری……………………………….. ۰۰۱
شکل ۳-۵۲. چگونگی ارتباط TMS با سیستم مولد ……………………………………..PRF ۲۰۱
شکل ۳-۶۲. الگوریتم تعیین برد هدف برای یک رادار ……………………………….MPRF ۷۰۱

 
چکیده:
 
در رادارها پالسی، با بالا رفتن فرکانس تکرار پالس رادار، برد غیر مبهم کاهش می یابـد.
 
چنانکه در پروﮊه نیز دیده گردید، با افزایش فرکانس تکرار پالس از 1KHz به 50KHz  برد
 
غیر مبهم از 150Km به 3Km کاهش پیدا نمود اما در عوض توانستیم اهدافی با سرعت تـا
 
750m/s را آشکارسازی کنیم. این در حالی می باشد که به ازای فرکانس تکرار پالس اولیـه،
 
ما فقط قادر به عیان سازی صحیح اهداف با سرعتهای تا 15m/s بودیم! همچنین توانستیم
 
با کم کردن τ، متناسب با افزایش PRF ، قدرت تفکیک را از 3000m به 60m برسـانیم که یک پارامتر مناسب برای آشکارسازی اهداف نزدیک به هم می باشد. همچنـین نشـان دادیم با بالا بردن فرکانس تکرار پالس و افزایش در تعداد پالسهای ارسالی و دریـافتی در
 
طول ارسال یک PRF ، در مقایسه با رادارهای LPRF مقدار بسیار زیادی توان حاصـل گردید ، که با بهره گیری از روشی خاص ، از این پالسهای دریافتی برای بالا بردن نسبت سیگنال
 
به نویز تا 15dB وحتی بیشتر برای PRFهای بالاتر بهره گیری گردید که ایـن امـر مـا را در عیان سازی بهتر یاری خواهد داد. همچنین نشان دادیم که با تجمـع بـر روی پالسـهای
 
دریافتی در طول ارسال چند PRF می توان باز هم نسبت سیگنال به نویز را افـزایش داد.
 
و فرضا با در نظر داشتن زمان ارسال هر PRF اگر هدف ۰۳ برابر این زمان در پتـرن آنـتن
 
رادار ما قرار گیرد برای هر کدام از PRFها می توان تا 10dB نسبت سیگنال به نویز را افزایش داد. و در انتها بحث کلاترها که با بالا بردن فرکانس تکرار پالس می توان اثـرات
 
منفی آنها را بهبود بخشید، اما با بهره گیری از چند PRF قادر خواهیم بود تا اثرات آنرا بـه حداقل برسانیم و از طرفی همانطور که نشان داده گردید ، توانستیم برد واقعی هـدف را بـا
 
بهره گیری از PRF های مرتبط با هم از روی مقایسه دریافتیهایشان بدست آوریم.
 
مقدمه:
 
در این پروﮊه گردآوری و شبیه سازی روی رادارهای پالسی انجام شده می باشد. رادارهـای پالسی خود به چند گونه تقسیم می شوند که یکی از مهمترین آن تقسیمات ، مربوط به اندازه فرکانس تکرار پالس می باشد که به دو و یا سـه دسـته تقسـیم مـی شـوند. دسـته اول
 
LowPRF و دسته دوم Medium PRF و دسته سوم HighPRF ها. در حالت کلی و با در نظر گرفتن دسته اول و سوم ،در میابیم که هرکدام دارای مزایایی هسـتند. مهمتـرین مزیت رادارهای با فرکانس تکرار پالس کم ساده بودن طراحی و برد مبهم زیاد می باشد. اما در قبال این وضعیت ما دچار مشکلاتی در شناسایی فرکانس داپلر خواهیم بـود و ….. .
 
برای رادارهای با فرکانس تکرار پالس بالا در قبال برد مبهم کم ، ما به شناسایی بهتری از تغییر فرکانس داپلر دست خواهیم پیدا نمود . البته این سیستم پیچیده تر می باشد. اما با توجه بـه آنکه با بالا رفتن فرکانس تکرار پالس می توان چرخه کار را کاهش داد ، پس پدیده اخفـاﺀ کمتر پیش می آید از طرف دیگر چنانکه در فصل دوم هم نشان داده شـده ، بیشـینه بـرد رادار با توان میانگین نسبت مستقیم دارد که سبب می گردد به نسبت رادارهای LowPRF
 
، توان میانگین بیشتری در رادارهای HighPRF انتقال یابد و این خود سبب بـالا رفـتن نسبت سیگنال به نویز و برد عیان سازی رادار می گردد. اما برد مبهم کـم ایـن گونـه
 
رادارها این مزیت را از بین می برد. پس می توان با ترکیب چند (Multi PRF) PRF که نزدیک به هم هستند و بر هم قابل قسمت نیز نمی باشند ، برد مبهم رادار را افزایش داد که این کار سبب پیچیده تر شدن هرچه بیشتر رادار می گردد اما در قبال این پیچیدگی ما هـم قادر به آشکارسازی هرچه بهتر فرکانس داپلر هستیم ، برد مبهم رادار زیاد مـی شـود و
نسبت سیگنال به نویز نیز افزایش می یابد و …. . مقایسه کامل بین رادارهای LowPRF
 
وHighPRF در فصل ۳ ارائه شده می باشد.
 
 
فصل اول
 
مطالعه معادله رادار:
 
مقدمه:
 
به گونه کلی با بهره گیری از معادله رادار می توان حداکثر برد رادار را بدست آورد. حداکثر برد رادار بر حسب پارامترهای رادار به صورت زیر بدست می آید.

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد مهندسی برق مخابرات: بهنگام سازی ضرایب وزنی آنتن های هوشمند

14   P GA σ   Rmax  =  
۱-۱)   e t    
2 (4π)  
  Smin      

 
که در آن :
 
= Pt توان ارسالی بر حسب وات؛
 
= G بهره آنتن؛
 
= Ae سطح موثر آنتن بر حسب متر مربع؛
 
=σ سطح مقطع راداری هدف بر حسب متر مربع؛
 
= Smin حداقل توان سیگنال قابل عیان سازی بر حسب وات؛
 
از پارامترهای فوق تمام گزینه ها به غیر از سطح مقطع راداری هدف ، تقریبا دراختیار طراح رادار می باشد. معادله رادار نشان می دهد که برای بردهای زیاد ، توان ارسالی بایستی زیاد باشد
 
و انرﮊی تششع شده دریک شعاع باریک متمرکز باشد به معنی اینکه بهره آنتن زیاد باشد و گیرنده نسبت به سیگنالهای ضعیف حساس باشد.
 
در اقدام برد محاسبه شده از یک چنین معادله ای شاید به نصف هم نرسد! علت آن می باشد که پارامترها و تضعیفات بسیاری بر سر سیگنال چاپ گردیده قرار خواهند گرفت کـه مقـدار بسیاری از توان ارسالی را تلف خواهد نمود و ما در ادامه به این پارامترهاو پارامترهـای ارائه شده در فرمول فوق می پردازیم تا به یک مقدار توان مناسب بـرای ۰۵۱ کیلـومتر برای رادار موردنظر برسیم.
 
البته اگر تمام پارامترهای موثر در برد رادار معین بودند ، پیش بینی دقیـق از عملکـرد رادار امکان پذیر بود اما در واقع اکثر این مقادیر دارای ماهیت آماری می باشند و ایـن کار را برای یک طراح رادار بسیار سخت می کند. پس به ناچار همیشه یک مصالحه بین آن چیز که که بشر می خواهد و آن چیز که عملا با کوشش معقول می توان بدست آورد لازم اسـت، که این مطلب به گونه کامل در طول این فصل حس خواهد گردید.
 
البته اطلاعات کامل و مفصل در مورد این عوامل خارج از محدوده این پروﮊه می باشد .
 
پس ما به اندازه ای و نه عمیق بر بعضی از مهمترین این عوامل خـواهیم پرداخـت و در نهایت یک معادله را که شبیه به معادله ۱-۲ می باشد اما پارامترهای زیادی بـه آن اضـافه شده می باشد را ارائه خواهیم نمود که با بهره گیری از آن فرمول می توان مقـدار نهـایی تـوان ارسالی برای برد مورد نظر را محاسبه نمود.
 
۱۱) حداقل سیگنال قابل عیان سازی:
 
توانایی گیرنده رادار برای آشکارسازی یک سیگنال برگشتی ضعیف ، توسط انرﮊی نـویز موجود در باند فرکانسی انرﮊی سیگنال محدود می گردد. ضعیف ترین سیگنالی که گیرنـده
 
می تواند عیان نماید ، حداقل سیگنال قابل عیان سازی یا آسـتانه (Threshold) نامیـده
 
می گردد. تعیین مشخصه حداقل سیگنال قابل عیان سازی معمولا به علت ماهیت آماری آن و بخاطر فقدان معیاری بسیار مشکل می باشد.
 
عیان سازی بر اساس ایجاد یک سطح آستانه در خروجی گیرنده اسـت. اگـر خروجـی گیرنده بیشتر ازآستانه باشد ، فرض می گردد که سیگنال هست و اگر این طور نباشد سیگنال عیان نشده نویز می باشد. به این روش عیان سازی آستانه ای گویند. خروجـی یک رادار نمونه را برحسب زمان ، اگر به صورت شکل ۱-۱ در نظر بگیـریم ، پـوش سیگنال دارای تغییرات نامنظمی می باشد که در اثر تصادفی بودن نویز حاصل می گردد.
 
شکل ۱-۱) سیگنال دریافتی در مجاورت نویز
 
اگر در نقطه A در این شکل دامنه بزرگی داشته باشیم و این دامنه از پیکهـای نویزهـای مجاور بیشترباشد،می توان آنرا بر حسب دامنه عیان ساخت.اگر سطح عیان سـازی را بالا ببریم ممکن می باشد احتمال عیان سازی پایین بیاید کما اینکه در آینده نیز به این نتیجـه
 
خواهیم رسید. برای مثال اگر در نظر بگیرید که نقاط B وC نیز سیگنال ارسالی از یـک هدف واقعی باشند ، در این صورت ممکن می باشد بالا بردن سطح عیان سـازی مـانع از بدست آمدن اطلاعات درست گردد و اگر سطح عیان سازی را برای بالا بـردن احتمـال آشکارسازی پایین ببریم در این صورت احتمال خطا بالا می رود. یعنی ممکن می باشد جـایی
 
نویز بجای سیگنال واقعی عیان سازی گردد.انتخاب سطح آستانه مناسب یـک مصـالحه می باشد که بستگی به این موضوع دارد که اهمیت یک اشتباه در هر یک از موردها (۱) یعنی از دست دادن یک هدف که هست و یا (۲) نشان دادن اشتباهی یک هدف که وجـود ندارد ، چقدر می باشد.
 
فرض کنیم که پوش سیگنال شکل مورد نظر خروجی فیلتر تطبیق شده باشـد.یـک فیلتـر تطبیق شده به شکلی اقدام می کند که نسبت پیک سیگنال خروجی بـه متوسـط نـویز را حداکثر کند. فیلتر تطبیق شده ایده ال عملا موجود نیست اما می توان در اقدام تا حـدودی سیستم را به آن نزدیک نمود.این چنین فیلتری برای راداری که پـالس مسـتطیل شـکل را
 
ارسال می کند ، دارای پهنای باند B می باشد که برابر معکوس τ ، یا زمان ارسال سـیگنال در طول یک پریود ، می باشد. خروجی سیگنال از یک فیلتر تطبیقی دارای شـکل مـوج ورودی نمی باشد.
 
نسبت سیگنال به نویز لازم برای آشکارسازی مناسب، یکی از پارامترهای مهم اسـت کـه برای محاسبه حداقل سیگنال قابل آشکارسازی لازم می باشد مشخص گردد.به گونه کلی تصمیم گیری در این مورد بر اساس اندازه گیریهایی در خروجی ویدئو انجام می گردد ، اما ساده
 
تر می باشد حداکثر نسبت توان سیگنال به نویز در خروجی تقویت کننده IF مـد نظـر قـرار گیرد.
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
تعداد صفحه : 192
قیمت : چهارده هزار تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

دسته‌ها: مهندسی برق