 | Кафедра радіотехнічних систем |
[RE-59] Основи теорії радіолокаційних систем
Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)
Реквізити навчальної дисципліни
| Рівень вищої освіти | Перший (бакалаврський) |
| Галузь знань | - |
| Спеціальність | |
| Освітня програма | Всі ОП |
| Статус дисципліни | Вибіркова (Ф-каталог) |
| Форма здобуття вищої освіти | Очна |
| Рік підготовки, семестр | Доступно для вибору починаючи з 4-го курсу, весняний семестр |
| Обсяг дисципліни | 4 кред. (Лекц. 18 год, Практ. год, Лаб. 36 год, СРС. 66 год ) |
| Семестровий контроль/контрольні заходи | Залік |
| Розклад занять | https://rozklad.kpi.ua |
| Мова викладання | Українська |
| Інформація про керівника курсу / викладачів | Лекц.: Чмельов В. О., Лаб.: Чмельов В. О., |
| Розміщення курсу |
Програма навчальної дисципліни
1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання
Метою дисципліни є: навчити студентів за заданими тактико-технічними характеристиками радіолокаційної системи (РЛС), яку вони проектують, вибирати принципи створення РЛС та її структуру: формулювати вимоги та технічні характеристики до пристроїв, приладів, які входять до складу заданої РЛС; проводити оцінку ефективності прийнятих технічних рішень.
Основні завдання є :
Згідно з вимогами програми навчальної дисципліни студенти після засвоєння навчального матеріалу мають продемонструвати такі результати навчання:
знання:
- сучасні тенденції розвитку РЛС та перспективи їх використання в різних галузях науки і техніки;
- способи радіолокації рухомих цілей;
- основні методи аналізу та синтезу пристроїв для виявлення та обробки радіолокаційних сигналів та вимірювання їх параметрів;
- принципи створення систем визначення параметрів руху виявленої цілі.
уміння:
- провести розрахунок основних технічних характеристик РЛС:
- дальності дії різних типів РЛС;
- рівня порогового сигналу;
- робочої характеристики тракту виявлення сигналу;
- імовірність правильного виявлення сигналу та імовірність хибної тривоги;
- тривалості та ширини смуги зондуючого сигналу;
- амплітудного та фазового спектру зондуючого сигналу;
- автокореляційної та взаємокореляційної функції зондуючого сигналу;
- діаграми невизначеності зондуючого сигналу;
- потенційної роздільної здатності зондуючого сигналу з дальності, швидкості, пеленгу;
- похибки вимірювання дальності, швидкості, пеленгу цілі;
досвід:
- застосування набутих знань для виконання вимірювань:
- осцилограми зондуючого сигналу та сигналів, що приймаються;
- амплітудного та фазового спектру зондуючого сигналу;
- автокореляційної та взаємокореляційної функції;
- потенційної роздільної здатності по дальності, швидкості, пеленгу цілі;
- рівня шумів підсилювача сигналу;
- рівня співвідношення сигнал/завада на вході та виході тракту обробки радіолокаційного сигналу;
2. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)
Для якісного опанування навчальним матеріалом дисципліни студент повинен вивчити інші дисципліни: “Вища математика”, “Аналогові електронні пристрої”, “Цифрові пристрої”, “Сигнали та процеси в радіотехніці”, “Електродинаміка та поширення радіохвиль”, “Пристрої НВЧ та антени”, “Генерування та формування сигналів”, “Антенні системи”, “Приймання та оброблення сигналів”, “Основи теорії передачі радіотехнічної інформації.
3. Зміст навчальної дисципліни
|
Назви тем
|
Кількість годин |
||||
|
у тому числі |
|||||
|
Всього
|
Лекції |
Практичні (семінарські) |
Лабораторні (комп’ютерний практикум) |
СРС |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
|||||
|
1. Загальна характеристика РЛС. Класифікація. Діапазони частот. |
3 |
2 |
- |
- |
1 |
|
2. Основні показники якості РЛС. |
3 |
2 |
- |
- |
1 |
|
3. Характеристики цілей. Ефективна площа розсіювання цілей. Дальність дії РЛС. |
9 |
2 |
|
6 |
1 |
|
4. Основи теорії виявлення сигналів. Моделі сигналів і завад. |
7 |
2 |
- |
4 |
1 |
|
5. Статистичні критерії виявлення сигналів. Алгоритм виявлення. |
3 |
2 |
- |
- |
1 |
|
6. Оптимальна фільтрація. Кореляційний прийом. Характеристики виявлення. |
3 |
2 |
- |
- |
1 |
|
7. Розділення сигналів. Складні сигнали. Сумісне розділення сигналів за часом запізнення та частотою. |
7 |
2 |
|
4 |
1 |
|
8. Принцип невизначеності в радіолокації. ЛЧМ та складні сигнали з бінарною фазовою маніпуляцією. |
9 |
2 |
|
2 |
1 |
|
9. Основи теорії вимірювання параметрів сигналів РЕС. |
7 |
2 |
|
4 |
1 |
|
10. Потенційна точність вимірювання. |
3 |
2 |
- |
- |
1 |
|
11. Імпульсний метод вимірювання дальності |
7 |
2 |
- |
4 |
1 |
|
12. Фазовий метод вимірювання дальності. |
7 |
2 |
- |
4 |
1 |
|
13. Частотний метод вимірювання по дальності. |
7 |
2 |
- |
4 |
1 |
|
14. Методи огляду простору, мінімальний та відносний період огляду. |
3 |
2 |
- |
- |
1 |
|
15. Методи вимірювання кутових координат. |
3 |
2 |
- |
- |
1 |
|
16. Фазовий, амплітудний, амплітудно-фазовий методи вимірювання кутових координат. |
3 |
2 |
- |
- |
1 |
|
17. Вимірювання швидкості цілі. |
3 |
2 |
- |
- |
1 |
|
18. Пасивна радіолокація. Дальність дії радіометрів. Модуляційна, кореляційна та компенсаційна схеми радіометрів |
3 |
2 |
- |
- |
1 |
|
Підготовка до лабораторних робіт |
10 |
- |
- |
- |
10 |
|
Підготовка до практичних робіт |
8 |
- |
- |
- |
8 |
|
Підготовка до модульного контролю |
9 |
- |
- |
- |
9 |
|
Виконання РГР |
16 |
- |
- |
- |
16 |
|
Підготовка до екзамену |
16 |
- |
- |
- |
16 |
|
Екзамен |
1 |
- |
- |
- |
1 |
|
Всього |
150 |
18 |
|
36 |
66 |
4. Навчальні матеріали та ресурси
Базова література
-
Теорія радіолокаційних систем (видання друге):підручник/ Б.Ф. Бондаренко, В.В. Вишнівський, В.П. Долгушин та іню; за заг.ред. С.В. Лєнкова. – К. Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2011.- 383с.
- Теорія радіолокаційних та радіонавігаційних систем : навч. посіб. для студ. внз за напрямком "Радіотехніка" / Я. І. Лепіх ; Одеська нац. морська акад. Одеса : Екологія, 2008. -224 с.
- Прокопенко І.Г. Статистична обробка сигналів: навч. посіб. МОНУ/ І.Г. Прокопенко. — К.: НАУ, 2011. — 220 с.
- Основи теорії радіотехнічних систем: Навч. посібник. – Львів: Видавництво Національного Університету Львівська політехніка, 2005. -240 с.: іл. ISBN 966-553-439-4.
- Методи та засоби обробки сигналів. Навчальний посібник./ Г. Д. Братченко, Б. В. Перелигін , О. В. Банзак, Н. Ф. Казакова, Д. В. Григор’єв — Одеса: Типографія-видавництво «Плутон», 2014. — 452 с.
- Методи безпечної обробки інформації у багатопозиційних системах радіолокації монографія / Ігор Пархомей, Валерій Козловский, Сергій Гнатюк, Мирослав Рябий ; Національний авіаційний університет., Київ: Центр учбової літератури, 2018. - 230 с.
Інформаційні ресурси
- Науково-технічна бібліотека НТУУ «КПІ» ім. Г.І.Денисенка. Доступ з мережі університету: http://servict.library.ntu-kpi.ua/documents/E041/doc
- Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут». Каталог інформаційних ресурсів НТУУ «КПІ». Доступ з мережі університету: http://direktori.kpi.ua/author/3398
Навчальний контент
5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Лекційні заняття
|
№ з/п |
Назва теми лекції та перелік основних питань |
||||
|
1 |
Загальна характеристика РЛС. Класифікація. Діапазони частот. |
||||
|
2 |
Основні показники якості РЛЕС. |
||||
|
3 |
Характеристики цілей. Ефективна площа розсіювання цілей. Дальність дії РЛС. |
||||
|
4 |
Основи теорії виявлення сигналів. Моделі сигналів і завад. |
||||
|
5 |
Статистичні критерії виявлення сигналів. Алгоритм виявлення. |
||||
|
6 |
Оптимальна фільтрація. Кореляційний прийом. Характеристики виявлення. |
||||
|
7 |
Розділення сигналів. Складні сигнали. Сумісне розділення сигналів за часом запізнення та частотою. |
||||
|
8 |
Принцип невизначеності в радіолокації. ЛЧМ та фазоманіпульовані сигнали. |
||||
|
9 |
Основи теорії вимірювання параметрів сигналів РЛС. |
||||
|
10 |
Потенційна точність вимірювання. |
||||
|
11 |
Імпульсний метод вимірювання дальності |
||||
|
12 |
Фазовий метод вимірювання дальності. |
||||
|
13 |
Частотний метод вимірювання по дальності. |
|
|||
|
14 |
Методи огляду простору, мінімальний та відносний період огляду. |
|
|||
|
15 |
Методи вимірювання кутових координат. |
|
|||
|
16 |
Фазовий, амплітудний, амплітудно-фазовий методи вимірювання кутових координат. |
|
|||
|
17 |
Вимірювання швидкості цілі. |
|
|||
|
18 |
Пасивна радіолокація. Дальність дії радіометрів. Модуляційна, кореляційна та компенсаційна схеми радіометрів. |
|
|||
Лабораторні заняття
Навчальною програмою передбачено проведення лабораторних робіт. Метою лабораторних робіт є набуття практичних навичок вимірювання та/або дослідження:
- формування та оптимальної обробки осцилограми зондуючого сигналу;
- амплітудного та фазового спектру зондуючого сигналу
- автокореляційної та взаємокореляційної функції;
- потенційної роздільної здатності по дальності, швидкості, пеленгу цілі;
- співвідношення сигнал/завада на вході та виході тракту обробки радіолокаційного сигналу;
- методів визначення напрямку на ціль;
- методів накопичування.
|
№ з/п |
Назва лабораторної роботи (комп’ютерного практикуму) |
Кількість ауд. годин |
|
1 |
Дослідження властивостей фазоманіпульованого сигналу. |
2 |
|
2 |
Дослідження методів одержання радіолокаційної інформації (ультразвуковий полігон). |
4 |
|
3 |
Дослідження залежності виявлення радіолокаціного сигналу від співвідношення сигнал-шум та параметрів сигналу. |
4 |
|
4 |
Дослідження амплітудних методів визначення напрямку на ціль. |
4 |
|
5 |
Дослідження залежності порогового сигналу від кількості імпульсів при лінійному та експоненціальному накопиченні |
4 |
6. Самостійна робота студента
...
|
№ з/п |
Назва теми, що виноситься на самостійне опрацювання |
Кількість годин СРС |
|
1 |
Загальна характеристика РЕС. Класифікація. Діапазони частот. |
1 |
|
2 |
Основні показники якості РЕС. |
1 |
|
3 |
Характеристики цілей. Ефективна площа розсіювання цілей. Дальність дії РЛС. |
1 |
|
4 |
Основи теорії виявлення сигналів. Моделі сигналів і завад. |
1 |
|
5 |
Статистичні критерії виявлення сигналів. Алгоритм виявлення. |
1 |
|
6 |
Оптимальна фільтрація. Кореляційний прийом. Характеристики виявлення. |
1 |
|
7 |
Розділення сигналів. Складні сигнали. Сумісне розділення сигналів за часом запізнення та частотою. |
1 |
|
8 |
Принцип невизначеності в радіолокації. ЛЧМ та фазоманіпульовані сигнали. |
1 |
|
9 |
Основи теорії вимірювання параметрів сигналів РЕС. |
1 |
|
10 |
Потенційна точність вимірювання. |
1 |
|
11 |
Імпульсний метод вимірювання дальності |
1 |
|
12 |
Фазовий метод вимірювання дальності. |
1 |
|
13 |
Частотний метод вимірювання по дальності. |
1 |
|
14 |
Методи огляду простору, мінімальний та відносний період огляду. |
1 |
|
15 |
Методи вимірювання кутових координат. |
1 |
|
16 |
Фазовий, амплітудний, амплітудно-фазовий методи вимірювання кутових координат. |
1 |
|
17 |
Вимірювання швидкості цілі. |
1 |
|
18 |
Пасивна радіолокація. Дальність дії радіометрів. Модуляційна, кореляційна та компенсаційна схеми радіометрів. |
1 |
Індивідуальні завдання
Робочою навчальною програмою передбачено виконання роботи «Розрахунок характеристик радіолокаційної системи».
Метою є аналіз точності апроксимації теоретичних формул для розрахунку робочих характеристик трактів виявлення радіолокаційних сигналів наближеними формулами.
Завданням розрахункової роботи є розрахунок робочих характеристик виявлення радіолокаційних сигналів по теоретичним та наближеним формулам
Розрахунку підлягають наступні варіанти для:
- детермінованого сигналу;
- сигналу з випадковою початковою фазою;
- сигналу з випадковою амплітудою та випадковою початковою фазою.
Для кожного студента викладач визначає діапазон значень що змінюються.
Розрахункова робота складається з трьох пунктів:
- Розрахувати основні параметри РЛС та побудувати структурну схему.
- Розрахувати та побудувати оптимального фільтра (залежність ймовірності правильного виявлення PПВ від співвідношення 2Е/N0 при ймовірності хибної тривоги РХТ = const), при використанні табульованих значень інтеграла ймовірності.
- Розрахувати рівень потрібної потужності імпульсної РЛС, якщо задані всі складові основного рівняння радіолокації.
Конкретне значення складових основного рівняння радіолокації: 
G – коефіцієнт підсилення антени;
SA – ефективна площа антени в м2;
Sцілі – ефективна площа поверхні розсіювання цілі;
Kш – коефіцієнт шуму радіолокаційного приймача;
KБ – постійна Больцмана;
T0К – абсолютна температура радіоприймача в К;
КР - коефіцієнт розпізнавання
- енергія зондую чого сигналу;
- імпульсна потужність РЛС;
- довжина зондуючого імпульса.
Варіанти РГР та конкретне значення складових задається викладачем.
Політика та контроль
7. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)
Стовідсоткове відвідування лекцій.
В семестрі виконуються 4 практичних заняття.
Експрес-контроль перед виконанням практичного заняття:
- повна відповідь - 1 бал
- повна відповідь з неістотними помилками - 0,75 бала
- повна відповідь з істотними помилками - 0,5 бали
- неправильна відповідь - 0 балів.
Сума балів за експрес-контроль – 4 бали
В семестрі виконуються 5 лабораторних робіт.
Експрес-контроль перед виконанням лабораторної роботи:
- повна відповідь - 1 бал
- повна відповідь з неістотними помилками - 0,75 бала
- повна відповідь з істотними помилками - 0,5 бали
- неправильна відповідь - 0 балів.
Сума балів за експрес-контроль – 4 бали.
Модульний контроль МКР має 2 питання.
За кожне питання враховуються бали:
- повна відповідь - 3 бали
- повна відповідь з неістотними помилками - 2,5 бала
- повна відповідь з істотними помилками - 2,0 бали
- неповна відповідь - 1 бал.
8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)
...
Система оцінювання результатів навчання
Рейтингова оцінка з дисципліни RD (тобто екзаменаційна оцінка за семестр) формується як сума балів поточної успішності навчання та екзаменаційних балів. RD розраховується за 100 бальною шкалою, як RD = RC + RE
Рейтинг студента з дисципліни складається з балів, які він отримує за:
1. Стовідсоткове відвідування лекцій.
2. Експрес-контроля з практичних занять.
3. Виконання та захист чотирьох практичних занять.
4. Експрес-контроля з лабораторних робіт.
5. Виконання та захист чотирьох лабораторних робіт.
6. Виконання РГР.
7. Виконання МКР
8. Відповіді на екзамені.
Пункти 1-7 складають суму балів поточної успішності навчання і є стартовим рейтингом з дисципліни RC.
Система рейтингових балів та критерії оцінювання
1. Стовідсоткове відвідування 18 лекцій – 9 балів
2. Виконання РГР – 10 балів
3. В семестрі виконуються 4 практичних заняття. Сума балів за експрес-контроль – 4 бали . Виконання та захист чотирьох практичних занять – 12 бала
4. В семестрі виконуються 5 лабораторних робіт. Сума балів за експрес-контроль – 4 бали. Виконання та захист п’яти лабораторних робіт – 15 балів
5. Модульний контроль МКР має 2 питання. Сума балів за два питання МКР – 6 балів
Розрахунок шкали рейтингу
Сума максимально можливих балів контрольних заходів (позиції 1-6) протягом семестру складає:
Rсем = 9 + 10 + 4 + 12+4+15+6 = 60 балів
Умовою допуску до екзамену є сума не менша 30 балів.
1. Студентам, які мають Rсем менше 30 балів, до початку сесії та в період після сесії в терміни, визначені деканатом, надається можливість підвищити рейтинг та скласти екзамен.
2. Студенти, які набрали 54-60 балів, не складають екзамен і можуть отримати оцінки за згодою студента «В» і «С».
3. Студенти, які за рейтинговим оцінюванням набрали менше 54 балів, складають екзамен і можуть отримати на екзамені оцінки А, В, С, D, E, F, FX.
4. Відповідь на екзамені.
На екзамені студенти дають відповіді запитання білета.
Система оцінювання відповіді на питання:
- «відмінно», повна відповідь (не менше 90% потрібної інформації) – 35-40 балів;
- «добре», достатньо повна відповідь (не менше 75% потрібної інформації, або незначні неточності) – 15-34 балів;
- «задовільно», неповна відповідь (не менше 60% потрібної інформації та деякі помилки) – 5-14 балів;
- «незадовільно», незадовільна відповідь – 0-4 бали.
Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою
| Кількість балів | Оцінка |
|---|---|
| 100-95 | Відмінно |
| 94-85 | Дуже добре |
| 84-75 | Добре |
| 74-65 | Задовільно |
| 64-60 | Достатньо |
| Менше 60 | Незадовільно |
| Не виконані умови допуску | Не допущено |
9. Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)
...
Перелік питань для контролю якості засвоєння курсу дисципліни
- Як формулюється задача виявлення радіолокаційних сигналів?
- Які сигнали називаються складними, навести приклад?
- Як оцінюється якість розрізнення сигналів?
- Розрахуйте відношення сигнал/шум на виході приймача необхідне для забезпечення заданої імовурності виявлення 0.9 та хибної тривоги 0.0001
- Поясніть причину неоднакової завадостійкості сигналів з амплітудною, частотною та фазовою маніпуляцією.
7. Як визначається коефіцієнт взаємокореляції між двома сигналами?
8. Якої величини може бути коефіцієнт взаємокореляції?
9. Який вид маніпуляції сигналів забезпечує найбільшу завадостійкість?
- У скільки разів можна зменшити енергію кожного з двох детермінованих сигналів з різними видами модуляції для забезпечення однакових показників яковсті виявлення сигналу від цілі?
- В яких РЛС задача виявлення сигналу на фоні шумів вирішується біль ефективно?
12. Чи можна зміною форми сигналу впливати на величину ефективності РЛС?.
13. Що собою представляє характеристика затухання радіолокаційного сигнала в атмосфері?
14. Що таке ЕПР та як вона визначається в різних випадках?
15. Частотна характеристика узгодженого фільтру для прямокутного радіоімпульсу
16. Які методи зменшення та підвищення ЕПР цілі є?
17. Яким чином дальність дії РЛС залежить від довжини хвилі?
18. Визначити дальність дії РЛС трьох сантиметрового діапазону в умовах дощу інтенсивністю I=10 мм/год (коефіцієнт затухання дБ/км). Дальність дії РЛС у вільному просторі км.
19. Які основні причини ослаблення радіолокаційних сигналів у разі їх розповсюдження?
20. РЛС працює на частоті 1,35 ГГц і має параболічну антену з раскривом діаметром 8 м, що робить при коловому огляді один оберт за 10 с. Визначити число імпульсів у пачці відбитих імпульсів на рівні половинної потужності.
21. Який вплив на РЛС виявлення оказує вибір смуги пропускання приймача?
22. Який сенс має функція невизначеності?
23. Чому в класі складних сигналів досягаються показники сумісного розрізнення по часу запізнення та частоті, які недоступні для простих сигналів?
24. Яка довжина основної пелюстки стиснутого імпульсу на виході фільтру стиснення, якщо на його вхід подається 32-розрядна послідовність ФМ імпульсів загальною довжиною 5 мкс. Яке розрізнення за дальністю при цьому можливе?
25. Доплерівський прилад визначення швидкості автомобіля, що наближається, працює на хвилі 3 см. Визначити частоту Доплера для швидкості з точністю 3,6 км/год, 60 км/год?
26. Визначити час огляду сектора 60 градусів при послідовному огляді, якщо РЛС має симетричну ДНА шириною 5 градусів і швидкість обертання 6 об/хвилину.
27. Які шляхи зниження часу огляду заданої робочої зони РЛС?
28. В чому полягає принцип СРЦ?
29. Переваги цифрових фільтрів подавлення пасивних завад.
30. Визначите значення «сліпих» швидкостей для РЛС з СРЦ що працює на хвилі 3 см з періодом повторення імпульсів 2 мс.
Лаборатона база - аудиторія 204 навчальний корпус 17
Для забезпечення практичних занять з цифрового оброблення радіолокаційних сигналів та розрахунку параметрів систем радіокерування в лабораторії організовано 8 навчальних місць для роботи на ПЕОМ. Усі ПЕОМ включені у єдину інформаційну мережу з доступом до Інтернету. Студенти на ПЕОМ здійснюють математичне моделювання роботи окремих підсистем вузлів та елементів зазначених радіотехнічних систем.
для проведення лабораторних робіт в аудиторії розгорнуту 7 лабораторних стендів окремих підсистем радарів. Розташованій апаратний комплекс бортового метеорадару «ГРОЗА-40», діючий макет ультразвукового гідролокатора «ПОЛІГОН» та моноімпульсний пеленгатор джерел електромагнітного випромінювання. Зазначене обладнання забезпечує ґрунтовне дослідження і вивчення студентами принципів роботи радіотехнічних систем. Так, на макеті гідролокатора «ПОЛІГОН» вивчаються принципи локації, методи визначення відстані до цілі, азимут на ціль, вивчаються різноманітні характеристики об’єктів локації. На моноімпульсному пеленгаторі досліджуються різноманітні підходи у визначенні пеленгу на ціль: метод максимуму, сумарно-різницевий метод та інші. За допомогою лабораторних стендів студенти вивчають принципи кореляційної обробки радіолокаційних сигналів, виявленні сигналів на фоні шумів та в умовах дії перешкод роботі радіолокаційній системі.
Опис матеріально-технічного та інформаційного забезпечення дисципліни
Лабораторія для проведення практичних занять та досліджень основних положень теорії радіолокаційних систем розташована в аудиторії № 204 навчального корпусу №17.
В аудиторії розгорнуті лабораторні макети для дослідження способів визначення координат радіолокаційних об’єктів у просторі, методів підвищення імовірності виявлення сигналів на фоні радіоперешкод, складних радіолокаційних сигналів, принципі роботи гідроакустичного локатора.
Функціонує комп’ютерна лабораторія для математичного моделювання роботи та розрахунків основних параметрів радіолокаційних систем.
Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено
Чмельов В. О.;
Ухвалено кафедрою РТС (протокол № 061/23 від 22.06.2023 )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № ______ від ______)