(TIỂU LUẬN) báo cáo đồ án i đề tài xây dựng phần mềm mô phỏng radar quân sự

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN & ĐIỆN TỬ Lớp ET-LUH64 - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN I : Đề tài: Xây dựng phần mềm mô radar quân Lớp sinh viên: ET-LUH01K64 Mã lớp: 716510 Giảng viên hướng dẫn: TS.Nguyễn Tiến Dũng Nhóm 2: Họ tên Hà Nội, ngày 11 tháng năm 2022 Đánh giá báo cáo Chọn mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo tiêu chí đây: (0): Khơng có, (1) có ít, (2) có vừa phải, (3) có nhiều, cịn lỗi (5) có nhiều, gần khơng có lỗi Có kết hợp lý thuyết thực hành (20) Nêu rõ tính cấp thiết quan trọng đề tài, vấn đề giả thuyết (bao gồm mục đích tính phù hợp) phạm vi ứng dụng đồ án Cập nhật kết nghiên cứu gần (trong nước/quốc tế) Nêu rõ chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải vấn đề Có mơ hình tốn, đánh giá thuật tốn, Có kết mơ phỏng/thưc nghiệm trình bày rõ ràng kết đạt Có khả phân tích đánh giá kết (15) Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu phương pháp thực dựa kết nghiên cứu lý thuyết cách có hệ thống Kết trình bày cách logic dễ hiểu, tất kết phân tích đánh giá thỏa đáng Trong phần kết luận, tác giả rõ khác biệt (nếu có) kết đạt mục tiêu ban đầu đề đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải thực tương lai Kỹ viết (10) 10 Đồ án trình bày mẫu quy định với cấu trúc chương logic đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, đánh số thứ tự giải thích hay đề cập đến đồ án, có lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo có trích dẫn quy định Kỹ viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic có sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) Điểm tổng Điểm tổng quy đổi thang 10 Nhận xét thêm Thầy/Cô (giảng viên hướng dẫn nhận xét thái độ tinh thần làm việc sinh viên) Ngày: / / Người nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM KẾT Đề tài chúng em tự thực dựa vào số tài liệu trước khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có từ trước LỜI CẢM ƠN Sau hoàn thành đề tài, lời nói nhóm em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc chân thành đến thầy Nguyễn Tiến Dũng dành hết tâm huyết giảng dạy, truyền đạt kinh nghiệm kiến thức quý báu cho chúng em suốt kì học vừa qua , tạo tiền đề để thực đề tài tạo tảng cho tương lai sau chúng em làm đề tài, Thầy tạo điều kiện hỗ trợ chúng em mình, đưa hướng đi, cách giải phù hợp để chúng em vượt qua khó khăn Một lần em xin chân thành cảm ơn Thầy Cuối chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân bạn bè giúp đỡ vật chất lẫn tinh thần để nhóm em hồn thành đề tài dễ dàng Xin cảm ơn người Trong trình tìm hiểu thực đề tài, thời gian kiến thức chúng em có giới hạn nên khơng thể có thiếu sót Vì vậy, nhóm chúng em mong nhận đóng góp quý báu Thầy để đề tài chúng em hồn thiện Tóm tắt Phần mềm mơ Radar quân thiết kế dựa tìm hiểu nhóm qua nguyên lý hoạt động số mẫu radar quân sự, qua tài liệu tìm qua mơ lại hoạt động radar sử dụng ngơn ngữ lập trình C# đẻ thực Abstract Military radar simulation software is designed based on the team's understanding of the operating principles of some military radar models, through the documents found, thereby simulating the operation of a basic radar using C# programming language to implement Mục lục Mục lục Chương Tổng quan đề tài Tổng quan chương: 1.1 Ý Tưởng Đề Tài 1.2 Thiết Kế 1.3 Mục Tiêu Tiến Độ Dự Kiến Và Thực Tế Chương Khái Niệm Radar 2.1 Khái Niệm 2.2 Nguyên tắc hoạt động Radar 2.3 Xung Của Radar 2.4 Cơ Sở Vật Lý Chương 2: Mục Tiêu Radar 3.1 Mục Tiêu 3.2 Tham số mục tiêu Radar hệ tọa đ 3.3 Tham số mục tiêu Radar hệ tọa đ 3.4 Phạm Vi Hoạt Động Của Radar 3.4.2 B - Scope 3.4.3 PPI Scope Chương 4: Xử Lý Tín Hiệu 4.1 Các Bước Xử Lý Tín Hiệu 4.2 Lưu đồ thuật toán khối mềm điều khiển Chương 5: Kết luận Sản Phẩm 19 5.1 Kết luận 19 5.2 Sản phẩm 19 Tài Liệu Tham Khảo 20 Chương Tổng quan đề tài Tổng quan chương: Chương đưa vấn đề, ý tưởng, phương pháp thực kề hoạch tổng quan thực đề tài 1.1 Ý Tưởng Đề Tài Xây dửng mơ hình mơ radar cảnh giới qn dựa tham khảo số radar thực tế có mặt FAR21x7, Score 3K , NSC 34và VRX Viettel 1.2 Thiết Kế phần chính: – Màn thuận tiên cho trình quan sát : hình quét chung , hình thể phương pháp quét , bảng hiển thị thơng số mục tiêu , phím điều khiển – Màn hình screen qt vịng với thang đo khoảng cách xác độ tin cậy cao – Thay đổi chiều quỹ đạo quét tốc độ quét – Mô quỹ đạo mục tiêu nhiều mục tiêu – Hệ thống làm việc chế độ quét nhiều mục tiêu mục tiêu – Tích hợp thêm kiểu quét xử dụng rộng rãi : quét thẳng quét vòng – Hệ thống tính tốn hiển thị thơng số mục tiêu hình nhỏ : Cự Ly , Góc , Phương Vị , Độ Cao Vận Tốc bảng thông số 1.3 STT Mục Tiêu Tiến Độ Dự Kiến Và Thực Tế Cơng việc Người thực hiên Tìm hiểu phương thức hoạt động Radar Xây Dựng hình qt Trịn , Thông tin thước đo cụ -Nguyễn Quang Vinh -Bùi Thị Thanh -Phạm Ngọc Thành - Đỗ Văn Duy -Phạm Ngọc Thành -Bùi Thị Thanh Tiến độ dự tính hồn thành 25/4-6/5 Tiến độ thực tế 6/5-15/5 Hồn Thành Hoàn Thành 11 ly Tính tốn cự ly, Mơ quỹ đạo mục tiêu, Nhận biết mục tiêu Thay đổi chiều quỹ đạo quét tốc độ quét Nghiên cứu tím hiểu kiểu qt thẳng trịn Thiết kế thêm đa mục tiêu Phạm Ngọc Thành Nguyễn Quang Vinh 6/5-15/5 Hoàn Thành Bùi Thị Thanh Nguyễn Quang Vinh 15/5-22/5 Hoàn Thành Bùi Thị Thanh Nguyễn Quang Vinh Phạm Ngọc Thành Đỗ Văn Duy 22/5-1/6 Phạm Ngọc Thành Nguyễn Quang Vinh Đỗ Văn Duy 1/6-8/6 Hoàn thành (Thay đổi kiểu quét Thẳng Thành quét Góc 1/4) Nguyễn Quang Vinh Bùi Thị Thanh 8/6-15/6 Phạm Ngọc Thành 15/6-21/6 Hoàn Thành Hoàn thành Tính tốn hiển thị thơng số mục tiêu hình nhỏ Tích hợp kiểu quét tím hiểu Phạm Ngọc Thành Nguyễn Quang Vinh 21/6 – 2/7 Hoàn thành Degisn , hoàn thiện sản phẩm Phạm Ngọc Thành Bùi Thị Thanh 2/7-11/7 Hoàn Thành Hoàn thành Báo Cáo Chương Khái Niệm Radar 2.1 Khái Niệm Radar kỹ thuật hệ thống thiết bị điện tử sử dụng sóng vơ tuyến để phát xác định vị trí vật thể, mục tiêu ưong vùng không gian quan sát Thuật ngữ Radar, viết tắt từ cụm từ Radio Detection And Ranging, với nghĩa tìm kiếm đo đạc sóng vơ tuyến điện,của đối tượng thơng qua việc thu, phát xử lý sóng điện từ Hình 1: Radar Principle Phân loại: • Chủ động (Active system): thực phát, thu xử lý sóng điện từ phản xạ từ mục tiêu radar • Bị động (Passive system): thu xử lý sóng điện từ xạ từ mục tiêu radar 2.2 Nguyên tắc hoạt động Radar Nguyên tắc điện tử mà radar hoạt động giống với nguyên tắc phản xạ sóng âm Nếu bạn hét hướng vật thể phản xạ âm (như hẻm núi đá hang động), bạn nghe thấy tiếng vang Nếu bạn biết tốc độ âm khơng khí, bạn ước tính khoảng cách hướng chung vật thể Thời gian cần thiết để tiếng vọng trở lại quy đổi gần thành khoảng cách tốc độ âm biết Radar sử dụng xung lượng điện từ theo cách tương tự, thể Hình Năng lượng tần số vơ tuyến (rf) truyền tới phản xạ từ đối tượng phản xạ Một phần nhỏ lượng phản xạ quay trở lại radar Năng lượng trả gọi ECHO, giống thuật ngữ âm Bộ radar sử dụng tiếng vang để xác định hướng khoảng cách vật thể phản xạ 2.3 Xung Của Radar • Độ rộng xung PW- Pulse Width – thời gian xạ tín hiệu chu kỳ xạ • Tần số lặp xung PRF - Pulse Repetition Frequency – Số xung phát giây • Thời gian lặp xung PRT - Pulse Repetition Time (PRT=1/PRF) • PW ảnh hưởng đến : – Phạm vi phát mục tiêu Radar – Cự ly tối thiểu tối đa phát mục tiêu • PRF xác định: – Cự ly tối đa phát mục tiêu 2.4 Cơ Sở Vật Lý Radar làm việc dựa tính chất sóng điện từ: Sóng điện từ lan truyền với vận tốc hữu hạn, khơng đổi c=3.108 (m/s) Sóng điện từ truyền thẳng Năng lượng sóng điện từ phản xạ gặp môi trường không đồng (mục tiêu) 10 Tần số thu trạm radar sai lệch so với tần số phát, gây nên sựchuyển động tương đối mục tiêu trạm radar xác định thông qua hiệu ứng doppler 11 12 Chương 2: Mục Tiêu Radar Mục tiêu radar tất đối tượng có khả phản xạ sóng điện từ nằm tầm phát trạm radar 3.1 Mục Tiêu Mục tiêu nhân tạo: Là mục tiêu tạo nhằm đánh lạc hường Radar Mục tiêu tự nhiên: Là khí cụ bay, tàu thủy, thiết bị vũ trụ, tên lửa tự hành, phương tiện giới, hình thái thời tiết địa hình Mục tiêu giả: Là đối tượng không cần quan sát xuất vùng phủ sóng trạm radar, gây nhiễu mục tiêu cần quan sát 3.2 Tham số mục tiêu Radar hệ tọa độ hai chiều Xét mặt phàng phương vị mặt phang nằm ngang tiếp xúc với bề mặt trái đât nơi đặt Radar Mặt phẳng phương vị chúa bốn phương Đông, Tây, Nam, Bắc tương ứng với bốn chữ viết tắt E (East), w (West), s (South), N (North) Vị trí toạ độ mục tiêu M mặt phang phương vị, xác định bời thông số: – Cự ly R: khoàng cách mục tiêu trạm Radar theo tầm nhìn thẳng LOS (Light Of Sight); – Góc phương vị cpM: góc tạo bỡi hướng mục tiêu hướng chuẩn hướng Bấc – Tọa độ mục tiêu Radar M tham chiếu với gốc o tương ứng với vị trí đặt trạm Radar xác định sau: 13 Sau đo đạc hai thông số ta xác định vị trí M mặt phang phương vị Mục tiêu M xác định hệ thống Radar Đất Đất, Biển - Biển sử dụng hệ toạ độ Decartes hai chiều Bộ tham số (R, Ọm) tham số toạ độ chưa xác định tính động mục tiêu Đe xác định tính động mục tiêu cần bổ sung thêm thơng số chuyển động vận tốc xuyên tâm Vxt 3.3 Tham số mục tiêu Radar hệ tọa độ ba chiều Mặt phẳng nằm ngang tiếp xúc với bề mặt đất chứa đài Radar gọi mặt phẳng phương vị, mặt phẳng phương vị trạm Radar đặt gốc O hướng chuẩn hướng Bắc (N) Các mặt phẳng vng góc với mặt phang phương vị gọi mặt phẳng tà (hay mặt phẳng đứng Toạ độ mục tiêu khơng gian ba chiều Vị trí hay toạ độ mục tiêu M xác định bời thông số sau : Cự ly (Range) R = OM : xác định khoảng cách từ trạm Radar đến mục tiêu M theo tầm nhìn thẳng Góc phương vị (azimuth angle): (Ọ° = NOM' góc hợp hướng mục tiêu hướng Bắc ưong mặt phẳng phương vị Góc tà (elevation angle): ß° = MÕM' góc hợp đường cự ly R hình chiếu đường cự ly mặt phẳng phương vị Bộ tham số (α °; ß°) gọi toạ độ góc hay hướng mục tiêu M Độ cao H = MM' = D.sin ß° 14 Nếu biết góc ngẩng ß° ta xác định độ cao H ngược lại Vậy vị trí mục tiêu xác định bời ba thơng số (D, α °,ß°) (H, α °; ß°) 3.4 Phạm Vi Hoạt Động Của Radar 3.4.1 A -Scope A -Scope A-display hình thức hiển thị đơn giản lâu đời radar Có thể so sánh với hình máy sóng, sử dụng gọi điều chế độ lệch Phạm vi A hiển thị khoảng cách mục tiêu kích thước tương đối tín hiệu tiếng vọng (trong trường hợp ngoại lệ, nhận dạng bổ sung) Nó hiển thị tín hiệu tiếng vang nhận từ hướng mà ăng-ten Vịng bi chí góc nâng phải trình bày dạng số đọc quay số kỹ thuật số tương ứng với vị trí thực tế ăng ten 3.4.2 B - Scope B - Scope cho thấy hình ảnh giống biểu đồ Descartes Nó cung cấp biểu diễn 2-D “từ xuống” khơng gian Trục hồnh ( abscissa ) thường đại diện cho phép đo phương vị (mang) trục tung ( tọa độ ) đại diện cho phép đo phạm vi Tín hiệu xuất dạng điểm sáng Hiển thị B-scope phổ biến radar điều khiển hỏa lực không năm 1950 60, quét học điện tử từ bên sang bên kia, lên xuống Trọng tâm ổ trục thường di chuyển thông qua bánh xe tay radar điều khiển hỏa lực Bàn xoay ăng- ten sau chuyển sang hướng Màn hình xác định hướng thu sóng ăng-ten thơng thường Khu vực chịu lực bao phủ thông qua phận lái tia điện điện tử Đôi ký hiệu sử dụng “phạm vi B” không rõ ràng Thuật ngữ đề cập đến hai loại phạm vi hoàn toàn khác Trong thiết bị radar khơng có phép đo góc phương vị, thuật ngữ "phạm vi B" sử dụng (ví 15 dụ: Radar xuyên đất ) Khi đó, abscissa thang đo thời gian mã hóa hiển thị lịch sử giai đoạn xung 3.4.3 PPI Scope PPI Scope hiển thị hình này, hình radar sử dụng nhiều Nó hình tọa độ cực khu vực xung quanh bệ radar Vị trí riêng biểu thị điểm gốc lượt quét, vị trí thường nằm trung tâm phạm vi bị lệch khỏi tâm số tập hợp PPI sử dụng phép quét hướng tâm xoay quanh tâm hình Quét quay hình nhanh ăng-ten radar Điều dẫn đến tranh giống đồ khu vực bao phủ chùm radar Màn hình tồn lâu dài sử dụng để mục tiêu nhìn thấy quét qua lần 16 Chương 4: Xử Lý Tín Hiệu 4.1 Các Bước Xử Lý Tín Hiệu Bước 1: Phát mục tiêu :( detection) Xác xuất phát nhầm: gây nên tín hiệu phản xạ từ đối tượng Bước 2: Đo đạc tham số:( Measurement ) Cự ly R Đo độ trễ -Đo góc (fi,β) vào hướng tính búp sóng radar -Đo vận tốc Xác định vị trí vẽ quỷ đạo mục tiêu Tính gia tốc M Bước 3: Phân biệt mục tiêu:( display) Bước 4: Nhận biết mục tiêu:( recorgnation) Chỉ thực với Radar chủ động thứ cấp: • Radar chủ động thứ cấp hệ thống radar có khả trao đổi thông tin ( truyền số liệu ) với đối tượng (mục tiêu) • Q trình trao đổi số liệu M RS thực M nằm lọt búp sóng radar 17 • Thời gian trao đổi số liệu phụ thuộc vào tốc độ quét cánh sóng kích thước búp sóng trạm Radar Radar thứ cấp truyền tín hiệu mã hóa đến phát đáp mục tiêu • Transponder phúc đáp tin mã hóa với thơng tin đối tượng ( airplane ) • Một transponder thiết lập tối đa khoảng 4096 mã nhận dạng identifying codes • Trong lĩnh vực quân , transponders gọi IFF (Identification, Friend or Foe) 4.2 Lưu đồ thuật toán khối mềm điều khiển 18 Chương 5: Kết luận Sản Phẩm 5.1 Kết luận Sau hồn thành đề tài, lời nói nhóm em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc chân thành đến thầy Nguyễn Tiến Dũng hộ trợ chúng em hồn thành đề tài mơ Radar qn Mặc dù chưa thể hoàn thiện tốt hạn chế kiến thức thông tin thực tế chúng em cố gắng hoàn thành nhờ giúp đỡ thầy Cuối chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân bạn bè giúp đỡ vật chất lẫn tinh thần để nhóm em hoàn thành đề tài dễ dàng Xin cảm ơn người Trong trình tìm hiểu thực đề tài, thời gian kiến thức chúng em có giới hạn nên khơng thể có thiếu sót Vì vậy, nhóm chúng em mong nhận đóng góp q báu Thầy, Cơ để đề tài chúng em hoàn thiện 5.2 Sản phẩm Link GitHub: https://github.com/Dcrown272/Radar 19 20 Tài Liệu Tham Khảo Tài liệu trích dẫn: [1]: https://www.radartutorial.eu/12.scopes/sc13.en.html [2]:http://tailieudientu.lrc.tnu.edu.vn/Upload/Collection/brief/ brief_49585_54403_TN201500351.pdf [3]:https://www.tutorialspoint.com/radar_systems/ radar_systems_tracking_radar.htm [4]: https://vc.airvectors.net/ttradar_2.html [5]: https://dyclassroom.com/csharp-project/how-to-create-a-simple-radarin-csharp-using-visual-studio 21 ... Cu? ?i chúng em xin g? ?i l? ?i cảm ơn đến gia đình, ngư? ?i thân bạn bè giúp đỡ vật chất lẫn tinh thần để nhóm em hoàn thành đề t? ?i dễ dàng Xin cảm ơn ngư? ?i Trong trình tìm hiểu thực đề t? ?i, th? ?i gian... / Ngư? ?i nhận xét (Ký ghi rõ họ tên) L? ?I CAM KẾT Đề t? ?i chúng em tự thực dựa vào số t? ?i liệu trước khơng chép từ t? ?i liệu hay cơng trình có từ trước L? ?I CẢM ƠN Sau hồn thành đề t? ?i, l? ?i n? ?i nhóm... t? ?i đa khoảng 4096 mã nhận dạng identifying codes • Trong lĩnh vực quân , transponders g? ?i IFF (Identification, Friend or Foe) 4.2 Lưu đồ thuật toán kh? ?i mềm ? ?i? ??u khiển 18 Chương 5: Kết luận Sản