Tăng khả năng phát hiện mục tiêu có kích thước nhỏ, phản xạ yếu chuyển động trên bề mặt nền bằng giải pháp phân cực - Doppler

Bài báo đi sâu vào xây dựng hàm đáp ứng Phân cực – Doppler của mục tiêu radar hỗn hợp và thực hiện việc đánh giá so sánh hiệu quả về năng lượng khi sử dụng hàm đáp ứng Phân cực – Doppler so với khi sử dụng phương pháp Doppler thông thường. Từ đó đề xuất giải pháp nâng cao khả năng phát hiện các mục tiêu có kích thước nhỏ, phản xạ yếu chuyển động trên bề mặt nền dựa trên hàm đáp ứng Phân cực – Doppler. Mời các bạn cùng tham khảo!

HộiHội Thảo Quốc Gia 2015 vàCông CôngNghệ Nghệ Thông (ECIT 2015) Thảo Quốc Gia 2015về vềĐiện Điện Tử, Tử,Truyền Truyền Thông Thông Thông TinTin (ECIT 2015) Tăng Khả Năng Phát Hiện Mục Tiêu Có Kích Thước Nhỏ, Phản Xạ Yếu Chuyển Động Trên Bề Mặt Nền Bằng Giải Pháp Phân Cực-Doppler Phạm Trọng Hùng Khoa Vô tuyến điện tử-Học viện Kỹ thuật quân Hà Nội, Việt Nam Email: hungpt1504@gmail.com phân cực Doppler để thấy khác biệt hàm phổ lượng mục tiêu hỗn hợp (bề mặt + mục tiêu kích thước nhỏ) trường hợp khơng có mục tiêu trường hợp có mục tiêu chuyển động bề mặt Cấu trúc báo sau: Phần II vào tính tốn xây dựng hàm đáp ứng Phân cực-Doppler dựa sở phân cực tròn Phần III so sánh hiệu mặt lượng sử dụng phương pháp xử lý Doppler thông thường phương pháp xử lý Phân cựcDoppler Phần IV kết luận Abstract - Bài báo sâu vào xây dựng hàm đáp ứng Phân cực – Doppler mục tiêu radar hỗn hợp thực việc đánh giá so sánh hiệu lượng sử dụng hàm đáp ứng Phân cực – Doppler so với sử dụng phương pháp Doppler thông thường Từ đề xuất giải pháp nâng cao khả phát mục tiêu có kích thước nhỏ, phản xạ yếu chuyển động bề mặt dựa hàm đáp ứng Phân cực – Doppler Keywords - Doppler radar, small-target detection on the sea, moving target detection, circular polarization II XÂY DỰNG HÀM ĐÁP ỨNG PHÂN CỰC – DOPPLER CỦA MỤC TIÊU RADAR HỖN HỢP TRÊN CƠ SỞ PHÂN CỰC TRỊN I ĐẶT VẤN ĐỀ Bài tốn phát mục tiêu chuyển động bề mặt (mặt đất, mặt biển…) thường thực cách xử lý tính tốn vận tốc Doppler Đó phương pháp kinh điển xử lý tín hiệu radar, phổ biến nhiều tài liệu Tuy nhiên mục tiêu có kích thước nhỏ khả phát mục tiêu bị hạn chế công suất tín hiệu phản xạ từ mục tiêu nhỏ chuyển động khơng đủ lớn để phát Các biện pháp xử lý tham số phân cực toán phát mục tiêu bề mặt (đặc biệt mục tiêu nhỏ) cho nhiều kết tốt, tăng khả phát [1,2] Trong trình tính tốn hàm tham số phân cực bề mặt mục tiêu thăng giáng [3] thấy rằng: tham số phân cực mục tiêu khơng cịn đại lượng bất biến mà thăng giáng thay đổi theo thời gian [4] Nguyên nhân thăng giáng xáo động mục tiêu (bề mặt mục tiêu) Do hàm tỷ số phân cực [4,5] sở phân cực tròn phụ thuộc vào thời gian nên sử dụng phép biến đổi hàm tham số phân cực miền thời gian sang miền tần số để khai thác thông tin độ dịch tần Doppler Phương pháp xử lý Doppler sau giống biện pháp xử lý Doppler thơng thường nên tạm gọi phương pháp Phân cực – Doppler Giải pháp tăng khả phát mục tiêu nhỏ chuyển động bề mặt Bài báo theo hướng nghiên cứu này: khai thác triệt để tham số phân cực mục tiêu, kết hợp giải pháp xử lý Doppler để tăng khả phát Cụ thể nghiên cứu hiệu mặt lượng thực xử lý phương pháp Phân cựcDoppler so với giải pháp xử lý phương pháp Doppler thông thường Sau thực biến đổi FFT hàm đáp ứng Giả sử mục tiêu radar hỗn hợp bao gồm bề mặt dàn trải mục tiêu có kích thước nhỏ (mục tiêu điểm) Mỗi mục tiêu đặc trưng ma trận tán xạ riêng Trong sở phân cực tròn, ma trận tán xạ (MTTX) có dạng [1,3]:   j 1 (t )  2 (t )  1 (t )  2 (t )  S rl (t )  nen j 1 (t )  2 (t )   1 (t )  2 (t )  (1)       j 1  2  1    S rl (t )  exp  j d t mt j 1  2   1  2      Trong ξ1, ξ2 trị riêng mục tiêu điểm chuyển động, λ1(t), λ2(t) trị riêng thăng giáng MTTX bề mặt nền; Ωd tần số Doppler ứng với vận tốc chuyển động mục tiêu V Giả sử véc tơ riêng mục tiêu trùng Khi MTTX mục tiêu hỗn hợp sở phân cực trịn viết dạng: S rl (t )  S rl (t )    S rl (t ) mt           j 1 (t )  2 (t )  (1  2 )exp  jt 1 (t )  2 (t )  (1   )exp  jt j 1 (t )  2 (t )  (1  2 )exp  jt  1 (t )  2 (t )  (1  2 )exp  jt  (2) 182 ISBN: 978-604-67-0635-9 nen 182 Thảo QuốcGia Gia2015 2015về vềĐiện Điện Tử, Tử,Truyền Truyền Thông Thông Thông TinTin (ECIT 2015) HộiHội Thảo Quốc vàCơng CơngNghệ Nghệ Thơng (ECIT 2015) Khi sóng phát có phân cực trịn phải E r (t ) px phản xạ từ mục tiêu hỗn hợp là: E l (t ) E r (t ) th  S rl (t )  r E (t ) px  rl  )  nen Prl (t )  j (1  zP (t )  a (t ).exp  j t Pmtrl (t )   [3], tín hiệu   rl j 1  a (t ).exp  j t  Pnen (t )  a (t ).exp  j t Pmtrl (t )    (8) Từ phương trình đề xuất phương pháp phát mục tiêu có phản xạ yếu bề mặt Khai triển biểu thức (8) lược bỏ thành phần phụ, kết hợp điều kiện (6) thu hàm đáp ứng Phân cực – Doppler dạng trình ngẫu nhiên dải hẹp rút gọn: (9)     j  1 (t )  2 (t )       exp  j  d t   (t )   (t )       exp  j  t 2 d    (3) Tỷ số phân cực trịn sóng phản xạ từ mục tiêu hỗn hợp có dạng: j (  1 (t )  2 (t )   1  2  exp  j d t) E r Prl (t )  l   E 1 (t )  2 (t )   1  2  exp  j d t S1 (t )  a (t ) cos t    (t )   a (t )  (4) Ta thấy rằng, tỷ số phân cực tròn tổng trung bình cộng hai thành phần mục tiêu gồm bề mặt mục tiêu điểm có kích thước nhỏ, phản xạ yếu chuyển động bề mặt nền: rl j ( 1 (t )  2 (t )  Pnen (t )  1  2  Pmtrl (t )exp  jt) Prl (t )   1 (t )  2 (t )   1  2  exp  jt (5)  (t )  2 (t )  rl rl , Pnen (t )  Trong đó: Pnen (t )  1  (t )   (t ) Với mục tiêu có kích thước nhỏ phản xạ yếu, a  (tín hiệu phản xạ từ mục tiêu nhở nhiều so với tín hiệu phản xạ từ bề mặt nền) Các mục tiêu có kích thước nhỏ thường có cấu trúc đơn giản nên xem chúng thuộc lớp mục tiêu đẳng hướng phân cực độ không đẳng hướng phân cực không (μmt = 0) Khi ta rút gọn biểu thức (9) thành: (10) S (t )  a (t )  (t ) cos t   (t )   (t )  Đặt a (t )  nen mt 1  2  tỷ số 1  2  mt 1  2 - ứng với tỷ số diện tích phản xạ hiệu 1 (t )  2 (t ) dụng (RCS) tiêu điểm có kích thước nhỏ diện tích phản xạ hiệu dụng bề mặt Ta viết lại biểu thức (5) dạng: (7) j ( P rl (t )  a (t ).exp  jt P rl (t )) Prl (t )  nen  a (t ).exp  jt nen   a  Điều thể thay đổi mà mục tiêu phản xạ yếu đưa vào tín hiệu phản xạ từ bề mặt Chúng xác định độ dịch tần Doppler nằm hàm đáp ứng Phân cực – Doppler mục tiêu hỗn hợp có dạng trình ngẫu nhiên hẹp Như với mục tiêu có kích thước nhỏ, phản xạ yếu chuyển động bề mặt phát phương pháp Doppler thơng thường, phát “vết phân cực” mục tiêu hàm đáp ứng Phân cực – Doppler Khi thực phân tích phổ hàm lượng σ(t) hàm đáp ứng Phân cực – Doppler S1(t) nhìn thấy khác biệt phổ lượng hàm Điều làm tăng hiệu toán phát mục tiêu có kích thước nhỏ phản xạ yếu, chuyển động bề mặt so với giải pháp xử lý Doppler truyền thống phân cực tròn sóng phản xạ từ bề mặt mục tiêu tương ứng Theo [4] đại lượng hệ số không đẳng hướng phân cực phức mục tiêu: (6) P rl (t )   (t ), P rl (t )   nen   mt   nen (t )  mt   nen (t ) III SO SÁNH HIỆU QUẢ VỀ NĂNG LƯỢNG CỦA GIẢI PHÁP PHÂN CỰC – DOPPLER SO VỚI CÁC HỆ THỐNG XỬ LÝ DOPPLER TRUYỀN THỐNG mt Ta viết mẫu số biểu thức (7) dạng:  với z   a(t ).exp  jt  a (t ).exp  jt   z Xét hai tín hiệu: U1 (t )  a1cos(1t  1 ) U (t )  a2 cos  (1  d )t  2  tín hiệu phản xạ từ bề mặt mục tiêu radar chuyển động bề mặt nền, với Ωd tần số Doppler mục tiêu chuyển động Có thể tính gần tín hiệu phản xạ tổng theo biểu thức: (11) U  (t )  U1 (t )  U (t )  Với điều kiện z  , khai triển được: N (1  z ) 1   ( 1)zn  n  z  z   z   ( 1) N z N n0 Ở sử dụng giải pháp khai triển giải tích hàm đáp ứng Phân cực-Doppler mục tiêu hỗn hợp (biểu thức 5) ứng với điều kiện z  (tức trường hợp tín hiệu phản xạ từ bề mặt   aa a12  a22    2 cosd t  cos 1t   (t )   a a   với điều kiện a2