Проектирование радиотехнических систем

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-технологическая академия

В.А. Алехин, В.Т. Лобач, М.В. Потипак

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ 

СИСТЕМ

Учебное пособие

Ростов-на-Дону – Таганрог

Издательство Южного федерального университета

2016

УДК 621.396.969
ББК 32.95

А49

Печатается по решению редакционно-издательского совета Южного 

федерального университета 

Рецензенты:

доктор технических наук, зам. начальника тематического отдела 

ФГУП «РНИИРС» по науке, А.О. Касьянов;

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры 

«Радиотехнических и телекоммуникационных систем» института 

Радиотехнических систем и управления, Южный федеральный 

университет, А.П. Дятлов.

Алехин, В.А.

А49 
Проектирование радиотехнических систем : учебное пособие /

В.А. Алехин, В.Т. Лобач, М.В. Потипак ; Южный федеральный 
университет. – Ростов-на-Дону – Таганрог : Издательство 
Южного федерального университета, 2016. – 218 с.

ISBN 978-5-9275-2363-4

В пособии рассматриваются основные этапы проектирования 

радиотехнических систем от замысла до серийного производства в 
связи с этапами проектирования в аттестационных работах. Этапы 
технического предложения, эскизного проектирования рассмотрены на 
примере проектирования радиолокационной системы.

Пособие 
предназначено 
для 
студентов 
и 
магистрантов, 

готовящих выпускные аттестационные работы, а также для студентов, 
обучающихся по индивидуальным учебным программам.

УДК 621.396.969

ББК 32.95

ISBN 978-5-9275-2363-4

Южный федеральный университет, 2016
Алехин В.А., Лобач В.Т., Потипак М.В., 2016

Предисловие

Настоящее учебное пособие предназначено для студентов

радиотехнических 
специальностей 
11.05.01
и
11.05.02,

завершающих этап теоретической и практической подготовки в 
вузе и готовящихся к подготовке выпускной квалификационной 
работы, а также для магистрантов и студентов, обучающихся по 
индивидуальным планам.

В пособии рассмотрена общая методика проектирования 

сложных радиотехнических систем начиная от замысла и 
завершая снятием системы с эксплуатации как морально или 
физически 
устаревшей. 
При 
этом 
наиболее 
подробно 

рассмотрены первые этапы проектирования технического 
предложения 
и 
эскизного 
проектирования, 
частично 

расшифровывая этап технического проектирования, черты 
которых носит дипломный проект.

На 
примере 
проектирования, 
конкретной 

радиолокационной станции (РЛС) предметно рассматриваются 
системотехнические 
расчеты,
позволяющие 
определить 

внешние характеристики структурных узлов, достаточные для 
составления технического задания (ТЗ) на проектирование 
конкретного структурного узла узкими специалистами. Расчеты 
доведены 
до 
количественных 
результатов. 
Наряду 
с 

методическим руководством по дипломному проектированию 
данное учебное пособие способствует высокому качеству
выполнения 
дипломных 
проектов. 
Общие 
вопросы 

проектирования 
сложных 
систем, 
в 
том 
числе 
и 

радиотехнических, изложены в многочисленной технической 
литературе, например [1-7].

Определение радиотехнической системы

Радиотехнической 
системой 
(РТС) 
называется 

совокупность 
средств 
и 
приборов, 
среди 
которых 

радиотехнические выполняют основные или одну из основных 
функций, соединенных между собой для целенаправленного 
выполнения единой задачи или ряда задач, связанных с 
преобразованием информации. 

Например, система спутниковой связи. Она состоит из 

космического, наземного и пользовательского сегментов. Так, 
входящие в
состав космического сегмента, искусстевнные 

спутники Земли (ИСЗ)
содержат ретрансляторы, которые 

являются радиотехническими узлами, тогда как сам ИСЗ, 
включающий 
в 
себя, 
кроме 
ретранслятора, 
комплекс 

оборудования 
ориентации 
спутника, 
системы 

термостатирования, системы ориентации антенн и солнечных 
батарей 
и 
т.д., 
не 
предназначены 
для 
преобразования 

информации и к радиотехническим не относятся. Таким 
образом, несмотря на то, что подавляющее большинство систем, 
входящих в комплекс оборудования ИСЗ, не относятся к 
радиотехническим, тем не менее
основные тактические и 

технические 
характеристики 
определяются 
назначением 

системы в целом. Аналогичная ситуация имеет место в 
наземном и пользовательском сегментах. 

Другим 
примером 
РТС 
может 
служить 
система 

управления воздушным движением в районе аэропорта, которая 
включает в себя
целый комплекс РЛС (диспетчерский, 

посадочный, трассовый локаторы). Кроме этого, в состав этой 
системы входят бортовое оборудование самолетов, причем как 
радиотехническое, так и не радиотехническое. 

1. Классификация радиотехнических систем по 

информационному признаку

По информационному признаку радиотехнические 

системы можно разделить на три основных класса:

1)
РТС передачи информации (РТСПИ);

2)
РТС извлечения информации (РТСИИ);

3)
РТС разрушения информации (РТСРИ).

РТС передачи информации (РТСПИ) предназначены для 

передачи информации из одной точки пространства в другую, от 
источника 
сообщения 
к 
получателю. 
Признаком 

принадлежности РТС к этому классу принято считать наличие 
полезной для получателя информации в излучаемом сигнале. К 

таким системам относятся системы радио- и телевещания, 
передачи телефонных сообщений, спутниковые системы связи.

Признаком принадлежности РТС к классу РТС извлечения 

информации (РТСИИ)
является отсутствие информации в 

излучаемом сигнале. Информация появляется в сигнале в 
процессе его распространения по трассе, отражения от объектов 
или переизлучения ими. К системам этого класса относятся 
системы 
слежения 
за 
орбитами 
космических 
аппаратов 

(измерение дальности по запаздыванию сигнала), все РЛС (в 
излучаемом сигнале не содержится никакой информации, а в 
процессе распространения в принятом сигнале появляется 
информация о дальности до цели –
по запаздыванию 

отраженного сигнала, о радиальной скорости
цели –
по 

доплеровскому смещению частоты отраженного сигнала, о 
угловых координатах – по направлению прихода отраженного 
сигнала). Метеорологические РЛС по длительности, мощности, 
поляризации 
отраженного 
сигнала
позволяют
судить 
о 

характере 
метеообразований
–
водности 
облаков
и 
их 

протяженности, 
координатах
грозовых 
центров 
и 
т.д.

Ионосферные системы предназначены для изучения состояния 
ионосферы и прогнозирования сверхдальнего распространения 
радиоволн и т.д. 

РТС разрушения информации (РТСРИ) предназначены

для целенаправленного нарушения нормальной работы РТС 
первых 
двух 
классов. 
РТСРИ 
могут 
быть 
эффективно 

использованы только в том случае, если достоверно известна 
структура сигнала, несущего информацию, предназначенную 
для разрушения. Таким образом, РТСРИ должны работать 
совместно с РТСИИ (системы радиоразведки). Совокупность 
этих систем называют средствами радиоэлектронной борьбы 
(СРБ). 

Структурная схема РТСПИ представлена на следующем 

рисунке.

ИС
Передающая 
аппаратура

Приемная 
аппаратура
ПС
Среда 

передачи

Рис. 1

РТСПИ решают задачу передачи сообщений от источника 

к получателю в заданное время с заданной скоростью и с 
заданной достоверностью. 

РТС извлечения информации могут иметь различные 

структурные схемы.

1. Активная РТСИИ с пассивным ответом (активная РЛС).

Приемо
передатчик
э

Рис. 2

В одной точке пространства расположен "запросный"

приемопередатчик. В другой точке имеется некоторый 
объект, характеризуемый эффективной площадью рассеяния 
(ЭПР) 
э и некоторыми пространственными координатами. 

Антенна 
приемопередатчика 
излучает 
зондирующие 

колебания в направлении объекта, поверхность которого 
отражает падающую волну в разных направлениях, в том 
числе и в обратном. 

В таких РТСИИ решаются задачи измерения расстояния 

до объекта r, угловых координат α и β, а также радиальной 
скорости
rV . 

2. Активная РТСИИ с активным ответом.

Приемо
передатчик

Приемо
передатчик

«Запросчик»
«Ответчик»
«Запрос»

«Ответ»

Рис. 3

В таких РТС, помимо "запросного" приемопередатчика, 

предполагается наличие на борту объекта "ответчика", т.е. 
приемопередатчика. 

Запросчик 
излучает 
запросный 
сигнал, 
который 

принимается ответчиком и переизлучается им в обратном 
направлении в виде ответного сигнала. 

В таких РТСИИ решаются задачи измерения расстояния 

до объекта r, угловых координат α и β, а также радиальной 
скорости
rV .

Примерами использования таких РТС являются системы 

опознавания "Свой – Чужой", радиомаячные навигационные 
системы и т.д. 

3. Полуактивная РТСИИ. 

Передатчик

э

Приемник

Рис. 4

В данном случае передатчик и приемник разнесены в 

пространстве. Сигнал, излученный антенной передатчика, 
отражается в разных направлениях от некоторого объекта с 
ЭПР 
э . При этом часть отраженной энергии приходит в 

направлении приемника. 

Примером 
такой 
системы 
является 
система 

радиоуправления ракетами. В этом случае приемником 
является головка самонаведения
ракеты, а передатчик 

является источником "подсветки", освещающим цель.

4. Пассивная РТСИИ.

Приемник

Рис. 5

Эта РТС состоит только из приемника с антенной 

системой, управляемой по углу места и азимуту. Такой 
однопозиционный 
приемник 
может 
работать 
по 

естественному излучению объекта (например, определение 
координат 
работающей 
РЛС, 
радиопеленгация, 

радиотеплолокация и т.п.).

Задачи, решаемые РТС извлечения информации

1. Задача обнаружения. Она состоит в установлении факта 

наличия интересующего объекта в заданной точке пространства. 
Качество 
выполнения 
этой 
задачи 
характеризуется 

вероятностями правильного обнаружения 
по
Р
и ложной тревоги 

лт
Р
. Таким образом, для решения этой задачи необходимо 

обеспечить обнаружение объекта (цели) в заданной области 
пространства с вероятностью правильного обнаружения 
по
Р , не 

хуже заданного значения, при определенной вероятности 
ложного обнаружения 
лт
Р
. 

2. Задача измерения. Она состоит в определении координат 

и параметров движения обнаруженных объектов. Качество 
выполнения 
данной 
задачи 
характеризуется 

среднеквадратической погрешностью измерений. Так при 
измеренных основных параметров – дальности r, азимута α, угла 
места β и радиальной скорости 
rV будем иметь погрешности:

r – среднеквадратическая 
погрешность 
измерения 

дальности;

– среднеквадратическая 
погрешность 
измерения 

азимута;

– среднеквадратическая погрешность измерения угла 

места;

r
V – среднеквадратическая 
погрешность 
измерения 

радиальной скорости.

Кроме того, в зависимости от назначения станции, 

качество 
еѐ 
работы 
может 
оцениваться 
рядом 
других 

параметров. Так,
например, у
метеорологической станции 

такими характеристиками могут быть среднеквадратические 
погрешности 
насыщенности 
паров, 
водности 
облака, 

интенсивности дождя. 

Рассмотренные 
погрешности 
являются 
реальными 

погрешностями, задаваемыми в техническом задании на 
проектирование 
измерительной 
станции, 
т.е.
это 

потребительские характеристики. 

Реальная погрешность любого измеряемого параметра 

представляет собой совокупность многих независящих друг от 
друга составляющих. Причем, в силу независимости этих 
составляющих, реальная погрешность может быть определена 
путем суммирования всех составляющих погрешности по 
мощности, т.е.
суммирования дисперсий. Например, для 

реальной погрешности измерения дальности можем записать

2
2
2
2
2

r
r пот
r распр
r отр
r оу ,

где

2
r пот – потенциальная 
среднеквадратическая 

погрешность, которая определяется параметрами сигнала и 
отношением сигнал/шум на входе измерителя;

2
r распр – среднеквадратическая 
погрешность, 

обусловленная 
распространением 
радиоволн 
(изменение 

скорости распространения радиоволн в среде). Эта погрешность 
достаточно мала и в ряде задач ею можно пренебречь;

2
r отр – среднеквадратическая погрешность отражения, 

которая может быть существенной. Она связана с флуктуациями 
центра отражения реального объекта;

2
r оу – среднеквадратическая 
погрешность 
оконечного 

устройства.

Таким образом, в общем виде можем записать

2

r
r i

i

.

Среднеквадратические погрешности 
2
r распр
и 
2
r отр
от 

проектировщика не зависят. 

Аналогично определяются погрешности измерения и для 

других измеряемых величин (α, β и 
rV ).

Предположим, что РЛС по отраженному сигналу измеряет 

расстояние до судна, идущего по курсу на РЛС. При этом сигнал 
будет отражаться от различных элементов корабля (и от носовой 
части, и от надстройки, и от мачт, и от кормы), в зависимости от
неизвестного ракурса. Поэтому принято считать, что центр 
отражения равновероятно может быть расположен в любой 
точке корабля. Тогда, в соответствии с равномерным законом 
распределения, будет определяться и
среднеквадратическая

погрешность отражения

2 3

r отр


,

где  – длина объекта в направлении облучения. 

То есть полагается, что центр отражения флуктуирует со 

среднеквадратическим отклонением 
r отр
от расположения 

центра корабля. 

Следует заметить, что выбранная модель флуктуаций 

чаще всего дает избыточную погрешность.

3. Задача разрешения состоит в решении первых двух задач 

по каждому из наблюдаемых объектов в группе объектов,
близко расположенных по измеряемым параметрам. При этом 
понимается не только пространственная близость, но и близость 
по радиальной скорости. То есть различные объекты могут 
находиться в пределах одного элемента разрешения по 
дальности и угловым координатам, но будут иметь разные 
скорости, что дает возможность определить, сколько объектов 
находится в элементе пространственного разрешения.