Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết trình bày nghiên cứu thiết kế hệ thống mô phỏng một số chức năng gây nhiễu của thiết bị chế áp VTĐ. Mô hình được thực hiện trên phần mềm Matlab Simulink. Trong đó, các tín hiệu thu và phát được hiển thị trên miền thời gian và tần số để phân tích cơ chế hoạt động của thiết bị chế áp VTĐ và đánh giá tác động của các loại nhiễu đến việc thu tín hiệu của ra đa đối phương.
Thông tin khoa học công nghệ Nghiên cứu thiết kế phần mềm mô chức gây nhiễu thiết bị chế áp vô tuyến điện Bùi Thị Thanh Tâm1*, Vũ Lê Hà1, Phạm Văn Hòa1, Phạm Ngọc Sơn2, Đinh Thị Thùy Dương3 Viện Điện tử/Viện Khoa học Công nghệ quân sự; Phòng Kỹ thuật /Vùng Hải quân; Phịng Quản lý KH&CN/Viện Khoa học Cơng nghệ quân *Email: thanhtambui85@gmail.com Nhận ngày 15/10/2021; Hoàn thiện ngày 09/12/2021; Chấp nhận đăng ngày 14/02/2022 DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.77.2022.175-179 TĨM TẮT Nghiên cứu thiết kế mơ hình mơ hệ thống theo nguyên lý hoạt động thiết bị chế áp vô tuyến điện (VTĐ) cần thiết việc làm chủ giải pháp kỹ thuật, hỗ trợ huấn luyện kỹ thuật Bài báo trình bày nghiên cứu thiết kế hệ thống mô số chức gây nhiễu thiết bị chế áp VTĐ Mơ hình thực phần mềm Matlab Simulink Trong đó, tín hiệu thu phát hiển thị miền thời gian tần số để phân tích chế hoạt động thiết bị chế áp VTĐ đánh giá tác động loại nhiễu đến việc thu tín hiệu đa đối phương Từ khóa: Thiết bị chế áp vô tuyến điện; Chức gây nhiễu; Hệ thống mô MỞ ĐẦU Thiết bị chế áp VTĐ trang bị Tàu có chức chế áp nhiễu xung tích cực tới mục tiêu nguy hiểm nhằm bảo vệ Tàu trước trinh sát VTĐ đối phương đài đa trinh sát Thiết bị chế áp VTĐ cần xác định tần số, độ rộng xung, tần số lặp xung thời điểm xung đến mục tiêu Từ đó, tạo nhiễu xung tích cực có độ trễ khác nhiễu tạp có độ rộng phổ thay đổi, có cơng suất đủ lớn so với tín hiệu phản xạ máy thu đa, khiến cho đa đối phương xác định sai xác định tọa độ Tàu Nghiên cứu nguyên lý chức chế áp VTĐ thiết bị chế áp VTĐ có ý nghĩa quan trọng Trong đó, việc nghiên cứu thiết kế mơ hình mơ thiết bị chế áp VTĐ máy tính cần thiết, cơng cụ hữu ích để phân tích nguyên lý, chức hoạt động thiết bị chế áp, từ giúp cho cán kỹ thuật làm chủ giải pháp kỹ thuật thiết bị Tuy nhiên nước ta nay, chưa có cơng trình nghiên cứu cơng bố việc mô chức năng, chế hoạt động tín hiệu bên thiết bị chế áp VTĐ Các cơng trình [1-3] thực mơ cho hệ thống đa tình tác chiến bám mục tiêu di động, phân tích tác động nguồn nhiễu, Nghiên cứu [4] mô hệ thống đa sử dụng trải phổ trực tiếp, trình bày giải pháp thiết kế tín hiệu băng gốc, tuyến cao tần cho phần phát phần thu Tuy nhiên, nghiên cứu thực mô cho hệ thống đa Bài báo trình bày nghiên cứu thiết kế phần mềm mô số chức gây nhiễu thiết bị chế áp VTĐ sử dụng phần mềm Matlab simulink Trong đó, đài đa mục tiêu cho thiết bị chế áp VTĐ tạo tín hiệu thăm dị, thu phân tích tín hiệu phản xạ chế áp Khối mô thiết bị chế áp VTĐ tạo dạng tín hiệu chế áp băng tần Ku, rộng chu kỳ xung cỡ µs Tín hiệu mô hiển thị để phục vụ công việc nghiên cứu làm chủ, giúp kiểm tra, phân tích xử lý tình kỹ thuật THIẾT KẾ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB SIMULINK 2.1 Xây dựng mơ hình hệ thống mơ Hệ thống mơ chức gây nhiễu thiết bị chế áp VTĐ Tàu biểu diễn Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 77, 02 - 2022 175 Thông tin khoa học cơng nghệ hình 1, gồm phần chính: Ra đa đối phương, mơi trường truyền Thiết bị chế áp VTĐ Môi trường truyền tin mơ hình sử dụng mơi trường truyền sóng có tính tới ảnh hưởng suy hao lan truyền THIẾT BỊ CHẾ ÁP VTĐ RA ĐA ĐỐI PHƯƠNG Hiển thị xung So sánh xung phát thăm dị tín hiệu thu Mơ đun tái tạo xung Mơ đun thu RF MƠI TRƯỜNG TRUYỀN Hiển thị xung Mô đun tái tạo xung Mơ đun thu RF Mơ đun phát RF Tín hiệu phản xạ Mô đun tạo xung đa TUYẾN THU Hiển thị phổ Hiển thị phổ TUYẾN PHÁT CHẾ ÁP Hiển thị phổ Mơ đun tạo tín hiệu chế áp Mô đun phát RF Nhiễu tạo giả Nhiễu tạp Hình Sơ đồ khối hệ thống mô Hệ thống mô hoạt động theo nguyên tắc: thời điểm t đài đa phát xung thăm dò với mức cơng suất xạ hiệu dụng P1 , tín hiệu bị suy hao truyền dẫn LS đến Tàu có công suất P2 vào Tuyến thu Thiết bị chế áp VTĐ Đồng thời, tín hiệu thăm dị đến mục tiêu bị phản xạ với công suất P3 quay tuyến thu đài đa có cơng suất S khoảng thời gian trễ tính từ xung thăm dò phát đến phản xạ td Ở Tuyến thu Thiết bị chế áp, tín hiệu đa siêu cao tần trộn xuống dải trung tần chia thành đường tín hiệu Một đường tín hiệu đưa qua mơ đun tái tạo xung thăm dị để xác định tham số tín hiệu (độ rộng xung, tần số lặp xung) Đường tín hiệu thứ đưa vào khối Nhiễu tạo giả (TargetLike Jamming) để thay đổi tham số thời gian xung cách giữ trễ thời gian , td Khi phát tín hiệu chế áp, hệ thống lựa chọn chế độ Nhiễu tạo giả chế độ Nhiễu tạp (Noise Jamming) Tín hiệu chế áp điều chế lên dải siêu cao tần trùng với tần số sóng mang xung đa thăm dị phát đa với mức cơng suất PJ Tại tuyến thu đa, tín hiệu phản xạ tín hiệu chế áp tách sóng đường bao hiển thị Khi cơng suất tín hiệu chế áp đảm S , đa đối phương thu sai không thu xung phản xạ nhờ đánh lừa đối bảo J phương che giấu Tàu ta Hệ thống mô thực phần mềm Matlab simulink với thư viện RF blockset, DSP system toolbox, simulink 2.2 Thiết kế khối chức hệ thống Hình Cấu trúc mô đun phát cao tần RF Khối Pulse Generator simulink sử dụng làm Mô đun tạo xung đa với tham số đầu vào gồm: độ rộng xung (Pulse width), chu kỳ xung (Period) Mô đun phát RF thiết kế hình Bộ trộn S điều chế xung thăm dò băng gốc lên dải cao tần tín hiệu hạn băng lọc thông dải LC Pi, khuếch đại S-Parameter trước đưa ăng-ten phát 176 B T T Tâm, …, Đ T T Dương, “Nghiên cứu thiết kế phần mềm … chế áp vô tuyến điện.” Thông tin khoa học công nghệ Hình Cấu trúc mô đun thu cao tần RF Mô đun thu RF thiết kế dựa nghiên cứu [4] biểu diễn hình Tín hiệu thu khuếch đại tiền khuếch đại tạp âm thấp General Circuit Element, lọc hạn băng lọc thơng dải LC Tín hiệu thu sau lọc biến đổi từ dải cao tần RF xuống tín hiệu trung tần trộn xuống Down converter khuếch đại S-parameters Amplifier Mô đun tái tạo xung thực theo nguyên lý tách sóng đường bao tín hiệu đầu vào, tín hiệu xung thị tần đầu hiển thị osilo Hình Cấu trúc khối tạo nhiễu Mơ đun tạo tín hiệu chế áp bao gồm khối nhiễu tạo giả Nhiễu tạp thiết kế hình Khối Nhiễu tạo giả thực giữ trễ tín hiệu trung tần điều chỉnh công suất phát Khối tạo Nhiễu tạp thiết kế bao gồm nguồn tạp âm Gauss, lọc thông dải LC Pi xác định độ rộng phổ nhiễu chế áp KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Hệ thống thiết lập tốc độ lấy mẫu GHz, đơn vị thời gian cho mẫu ns Tham số độ rộng xung chu kỳ lặp tính theo số mẫu, ví dụ độ rộng xung 0,1 µs tương ứng cần 100 mẫu Tần số sóng mang siêu cao tần chọn tham số Frequency trộn lên Để đưa tín hiệu từ dải siêu cao tần xuống dải trung tần, trộn xuống thiết lập tham số LO frequency tần số sóng mang trừ tần số trung tần Hình Xung đa thăm dò Hình Xung tái tạo Các kết mơ trình bày thực với tham số đầu vào hệ thống gồm: độ rộng xung 20 µs, tần số lặp kHz, tần số sóng mang 15 GHz, tần số trung tần 1GHz Suy hao lan truyền 80 dB Thời gian chạy mơ 0,6 ms (3 chu kỳ xung) Hình 5, hình biểu diễn tín hiệu xung thăm dị đài đa xung tái tạo tuyến thu Thiết bị chế áp, xung tái tạo Thiết bị chế áp có độ rộng tần số lặp giống với tín hiệu thăm dị, nhiên xung bị méo qua lọc hạn băng LC Tín hiệu đa phát với cơng suất hiệu dụng P1 60 dBm Tín hiệu phản xạ lại, đồng thời vào tuyến thu Thiết bị chế áp có cơng suất [5]: P2 P1 LS 20 dBm Giả thiết, tín hiệu đa phản xạ lại với diện tích phản xạ hiệu dụng RCS m , ta có hệ số phản xạ hiệu dụng tính theo tài liệu [5]: Ga cơng suất tín hiệu phản xạ P3 47, dB , 27, dBm Để đánh giá tác động tín hiệu chế áp đến tín hiệu thu đài đa đối phương, công suất phát nhiễu chế áp thiết lập mức 27,5 dB; 37,5 dB; 42,5 dB tương ứng với J/S 0dB; 10 dB, 15 dB Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 77, 02 - 2022 177 Thông tin khoa học công nghệ Trong chế độ chế áp nhiễu tạo giả, phổ tín hiệu chế áp phát biểu diễn hình giả thiết thời gian trễ tín hiệu phản xạ td 2.5Tp , với Tp độ rộng xung thăm dò thời gian trễ tín hiệu chế áp 4Tp Hình so sánh xung thăm dò xung thu khối đa với mức J/S khác Thời gian tới xung chế áp đến sau tín hiệu phản xạ 0.5Tp , biên độ tín hiệu phản xạ nhỏ so với nhiễu tạo giả J/S đạt 10 dB, 15 dB Xung thăm dò Xung phản xạ Xung chế áp J/S = dB Xung chế áp Xung phản xạ J/S = 10 dB Xung chế áp Xung phản xạ J/S = 15 dB Hình Phổ xung chế áp RF Hình So sánh xung phát xung thu Thiết bị chế áp đài đa J/S=0, 10, 15 dB Khi hệ thống hoạt động chế độ chế áp nhiễu tạp, phát tạp tạo nguồn tạp có phổ hiển thị hình 9, nhiễu tạp có mức cơng suất đồng dải tần 200 MHz, tương ứng với dải tần lọc băng thông mô đun tạo tạp Hình 10 biểu diễn xung thăm dị tín hiệu thu khối đa miền thời gian J/S dB, 10 dB, 15 dB Khi công suất phát tạp tăng, xung phản xạ bị che lấp dần tạp Với tỷ lệ J/S = 15 dB, khơng cịn thấy xung phản xạ tín hiệu thu Xung thăm dị Xung phản xạ J/S = dB Xung phản xạ J/S = 10 dB J/S = 15 dB Hình Phổ tín hiệu nhiễu tạp Thiết bị chế áp Hình 10 So sánh xung phát tín hiệu thu đài đa J/S = 0, 10, 15 dB KẾT LUẬN Hệ thống mô trình truyền tín hiệu đài đa thiết bị chế áp VTĐ, chức chế áp Nhiễu tạo giả Nhiễu tạp Thiết bị chế áp VTĐ Đồng thời, hệ thống khảo sát, đánh giá tác động loại tín hiệu chế áp với mức cơng suất phát khác đến tín hiệu thu đài đa Mặc dù vậy, hệ thống mô chưa thực chế độ phát 178 B T T Tâm, …, Đ T T Dương, “Nghiên cứu thiết kế phần mềm … chế áp vô tuyến điện.” Thông tin khoa học công nghệ nhiễu khác thiết bị chế áp VTĐ Vì vậy, nghiên cứu tiếp theo, tiếp tục nghiên cứu, phát triển mơ hình thực nhiều chức hơn, đáp ứng nhu cầu huấn luyện cho lực lượng cán kỹ thuật nhằm làm chủ sâu nguyên tắc hoạt động thiết bị chế áp VTĐ Lời cảm ơn: Nhóm tác giả cảm ơn tài trợ kinh phí đề tài định hướng nghiên cứu cán trẻ năm 2021 Viện Điện tử TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] So Ryoung Park et al., "Modelling and Simulation for the Investigation of Radar Responses to Electronic Attacks in Electronic Warfare Environments," Security and Communication Networks, vol 2018, 2018 [2] https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/72890-ew-jammer-model [3] https://www.mathworks.com/help/phased/ug/simulating-a-bistatic-radar-with-two-targets.html [4] N Shirude, M Gofane, and M.S.Panse, "Design and Simulation of RADAR Transmitter and Receiver using Direct Sequence Spread Spectrum," IOSR Journal of Electronics and Communication Engineering, vol 9, no 3, pp 56-65, 2014 [5] D L Adamy, "Introduction to Electronic Warfare Modeling and Simulation" SciTech Publishing, Inc, 2006 ABSTRACT Researching and designing software simulates jamming functions of suppression devices Researching and designing system simulation models according to the operating principles of suppression devices are necessary for mastering technical solutions and supporting technical training In this paper, a simulation system that performs some jamming functions of the device equipped on the ship was presented The model is designed using Matlab Simulink software In which the received and transmitted signals are displayed in the time and frequency domain to analyze the operating mechanism of the radio suppression device and evaluate the impact of various types of jamming on the received signal of enemy radars Từ khóa: Radio suppression devices; Jamming functions; Simulation system Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 77, 02 - 2022 179 ... …, Đ T T Dương, ? ?Nghiên cứu thiết kế phần mềm … chế áp vô tuyến điện. ” Thông tin khoa học công nghệ nhiễu khác thiết bị chế áp VTĐ Vì vậy, nghiên cứu tiếp theo, tiếp tục nghiên cứu, phát triển... Tâm, …, Đ T T Dương, ? ?Nghiên cứu thiết kế phần mềm … chế áp vô tuyến điện. ” Thông tin khoa học công nghệ Hình Cấu trúc mô đun thu cao tần RF Mô đun thu RF thiết kế dựa nghiên cứu [4] biểu diễn hình... bị chế áp Hình 10 So sánh xung phát tín hiệu thu đài đa J/S = 0, 10, 15 dB KẾT LUẬN Hệ thống mô q trình truyền tín hiệu đài đa thiết bị chế áp VTĐ, chức chế áp Nhiễu tạo giả Nhiễu tạp Thiết bị