Giải bài toán phát hiện tín hiệu ra đa dựa vào dấu hiệu phân cực

Giải bài toán phát hiện tín hiệu ra đa dựa vào dấu hiệu phân cực

bộ giáo dục và đào tạo Bộ quốc phòng HọC VIệN Kỹ THUậT QUÂN Sự Đặng Vũ Hồng GIảI BI TOáN PHáT HIệN TíN HIệU RAĐA DựA VO DấU HIệU PHÂN CựC Chuyên ngành: Kỹ thuật Rađa dẫn đờng Mã số : 62.52.72.01 tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật Hà nội - 2007 Công trình đợc hoàn thành tại: Học viện Kỹ thuật quân sự Ngời hớng dẫn khoa học: 1. Hớng dẫn thứ nhất: TS Trịnh Đình Cờng 2. Hớng dẫn thứ hai : TS Đỗ Quang Việt Phản biện 1: PGS.TSKH. Nguyễn Hồng Vũ Cục Tác chiến điện tử Bộ Quốc phòng Phản biện 2: TS. Tăng Chí Thành Trung tâm Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ Quân sự Phản biện 3: TS. Bạch Gia Dơng Đại học Quốc gia Hà Nội Luận án sẽ đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nớc họp tại: Học viện Kỹ thuật Quân sự Vào hồi 13 giờ 30 ngày 29 tháng 07 năm 2008 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Th viện Quốc gia - Th viện Học viện Kỹ thuật Quân sự DANH MụC CÔNG TRìNH của tác giả 1. Đặng Vũ Hồng, Nguyễn Thanh Hoàn (2005), Máy thu tối u phát hiện tín hiệu phân cực trên nền nhiễu thụ động, Tạp chí Kỹ thuật và Trang bị 54 (3), tr. 28-29. 2. Đặng Vũ Hồng, Hồ Tuấn Anh (2006), Bài toán phát hiện mục tiêu ra đa theo tham số góc lệch phân cực, Tạp chí Kỹ thuật và Trang bị 71 (8), tr. 27-29. 1 Mở Đầu Những đóng góp sớm nhất để tạo nên lý thuyết chung về sự phân cực của sóng vô tuyến nằm trong các sách chuyên khảo của Potechin và nhiều tác giả khác (1978), của Bogorodsky và nhiều tác giả khác (1981). Tuy nhiên, tất cả các nghiên cứu về tính chất phân cực của tín hiệu mục tiêu rađa mới chỉ dừng lại ở mức độ lý thuyết, cha đợc áp dụng vào bài toán phát hiện mục tiêu rađa với lý do hạn chế về kỹ thuật, công nghệ. Tính cấp thiết của vấn đề cần nghiên cứu là tối u bài toán phát hiện của rađa khi sử dụng dấu hiệu phân cực của tín hiệu mục tiêu. Tác giả đã chọn đề tài Giải bài toán phát hiện tín hiệu rađa dựa vào dấu hiệu phân cực. Mục tiêu của luận án nghiên cứu ma trận tán xạ của mục tiêu rađa, nhằm xây dựng bài toán phát hiện theo các tiêu chuẩn phát hiện của rađa, khi sử dụng dấu hiệu phân cực của tín hiệu mục tiêu. Xây dựng thuật toán phát hiện mục tiêu dựa vào dấu hiệu phân cực. Phạm vi và đối tợng nghiên cứu của luận án đợc giới hạn với đài rađa có tín hiệu phát phân cực cố định, thu tín hiệu phản xạ từ mục tiêu trở về có phân cực trong rađa thu hai kênh trực giao. Phơng pháp nghiên cứu và kỹ thuật sử dụng là giải bài toán lý thuyết kết hơp với khảo sát kết quả bằng phần mềm Matlab. Bố cục của luận án bao gồm 4 chơng: Chơng 1 Tổng quan về phơng pháp xử lý phân cực tín hiệu rađa. Tác giả đã thống kê một số phơng pháp xử lý phân cực trên thế giới. Qua đó hình thành hai dạng bài toán phát hiện của rađa. Chơng 2 Tính chất thống kê của tín hiệu phân cực một phần. Tác giả đã nghiên cứu tính chất thống kê của tín hiệu phân cực một phần, sử dụng trong hai thiết bị đo biên độ và pha của đài rađa. Chơng 3 Ma trận tán xạ của mục tiêu rađa. Tác giả nghiên cứu về mục tiêu, 2 làm rõ mối quan hệ của mục tiêu rađa với khả năng phân biệt của đài rađa. Chơng 4 Giải bài toán phát hiện tín hiệu mục tiêu dựa vào dấu hiệu phân cực. Tác giả đã xây dựng mô hình giải tích bài toán phát hiện tín hiệu phân cực từ mục tiêu. Xây dựng thuật toán phát hiện của đài rađa khi sử dụng dấu hiệu phân cực Chơng 1. TổNG QUAN Về PHƯƠNG PHáP Xử Lý PHÂN CựC TíN HIệU RAĐA 1.1. Lựa chọn tối u phân cc tín hiệu phát. Các tham số ( biên độ, pha) của tín hiệu là các tham số phân cực của mục tiêu. Quyết định về có mục tiêu hay không dựa trên qui tắc giải một tổ hợp tuyến tính các tham số phân cực. Ngỡng quyết định của qui tắc giải đợc xác định bằng tiêu chuẩn tỉ số hợp lý cực đại. Bài toán đợc chia thành hai trờng hợp, đó là xem xét hàm mật độ phân bố một tham số (biên độ) và hai tham số (biên độ và pha). Kết quả nhận đợc hàm tỉ số hợp lý là một hàm mũ, tăng đơn điệu. Từ đó xác định đợc ngỡng, so sánh với ngỡng ra quyết định có mục tiêu hay không. Hình 1.1. Quá trình phát hiện mục tiêu theo một tham số phân cực ( ) 22 0 ,WA H ( ) 22 1 ,WA H ( ) 22 ,lA 2 A 2 0 l ( ) 22 0 lnaA b c l ++= Hình 1.2. Minh họa q uá trình phát hiện mục tiêu theo hai tham số phân cực D ( ) 21 WA H ( ) 2 lA ( ) 20 WA H 0 l S D 2 ng A 2 A F 3 Để thực hiện qui tắc phát hiện theo tỉ số hợp lý, ta có sơ đồ giải nh hình vẽ 1.3 1.2. Phát hiện tối u dựa vầo dấu hiệu phân cực của tín hiệu phản xạ. Khi cố định phân cực phát, để thu đợc tín hiệu phản xạ có phân cực bất kỳ thì cấu trúc máy thu có hai kênh phân cực trực giao (Xem hình 1.4). ở đây, 22 12 22 12 z z q z z = + , nếu đặt 22 112 2 ;uzuz==thì 22 1212 ;zzuu == 22 1212 zzuu +=+= Lúc này, hàm mật độ phân bố có dạng () () () 12 12 12 0 22 2 2 2 2 12 1 2 11 11 , 41 1 21 UU UU k WUU exp I kk k =+ (1.1) Khi đổi biến có dạng Má y p há t Chuyển m ạ ch anten Khối cửa són g Má y thu Bộ q ua y p ha thứ nhất Bộ q ua y p ha thứ hai Tách sóng đỉnh Bộ lọc g iải 1 Bộ lọc g iải 2 Tách sóng biên đ ộ 1 Bộ tách són g p ha 1 Tách sóng biên độ 2 Bộ tách són g pha 2 Bộ nhân Bộ nhân Bộ nhân Bộ nhân Hiển thị Chuyển m ạ ch Bộ cộn g Bộ điều chế p hân c ự c ìa ìb ì e ì d U 1 U 2 Thiết bị g iải 2 4 Hình 1.3. Sơ đồ cấu trúc thực hiện quy tắc giải 1-18 Anten 4 () () () () 22 22 2 2 12 12 22 0 22 22 2 2 12 12 111 , 81 41 11 . 21 41 Wexp kk k exp I k k =ì ì (1.2) ở đây, K là hệ số tơng quan của các thành phần trực giao và nền. Biết đợc dạng phân bố sẽ xác định đợc ngỡng tối u 0 z , từ đó xác định đợc qui tắc giải 0 qz , thì có mục tiêu và ngợc lại. Kết luận chơng 1 1. Thuật toán phát hiện trong đài rađa hai kênh trực giao nhau chỉ mới xem xét ở mức độ tổng quát- cha khảo sát chi tiết các phần tử của ma trận tán xạ của mục tiêu, chỉ mới quan tâm đến thành phần biên độ của các phần tử của ma trận tán xạ và bỏ qua thành phần pha của chúng.2. Muốn thực hiện đợc thuật toán phát hiện theo phơng pháp điều chế phân cực thì cần phải biết các tham số phân cực của mục tiêu, đồng thời phải biết phân bố xác suất của chúng. Z 2 Z 1 Phần cao tần Tách sóng Tính Z 1 2 Bộ cộn g Mạch chia Thiết bị n g ỡn g Phần cao tần Tách sóng Tính Z 2 2 Bộ cộng Có mục tiêu Khôn g có mục tiêu Z 0 Anten 1 Anten 2 Hình 1.4. Sơ đồ cấu trúc bộ phát hiện máy thu hai kênh trực giao q 5 Chơng 2. TíNH CHấT THốNG KÊ CủA TíN HIệU PHÂN CựC MộT PHầN 2.1. Tính chất thống kê tín hiệu của mục tiêu thăng giáng, và tạp trong thiết bị biên độ của đài rađa. Giả sử tín hiệu tác động vào anten của đài ra đa có dạng: 11 2 2 3 4 ( cos sin ) ( cos sin ). tin ex t x t ex t x t =+++ r rr (2.1) Trong đó, các thành phần bậc hai của tín hiệu là các đại lợng ngẫu nhiên, có phân bố chuẩn với trung bình bằng không. Liên quan thống kê của tín hiệu m x đợc mô tả bằng mô men bậc hai: [ ] [ ] [ ] [ ] 13 31 24 42 , III M xx M xx M xx M xx r == == (2.2) Tạp chuẩn dừng tại cửa vào của hệ thống tuyến tính dải hẹp đợc biểu diễn: 12 () ( cos sin ). tap tap tap E tx tx t =+ (2.3) trong đó là hệ số liên quan công suất của thành phần chéo và thành phần chính của kênh. Tại cửa vào tách sóng của hệ thống nhận đợc ( 1 e r ) 11113 224 () ( )cos ( )sin tap tap texx x txx x t =++ +++ r r ở đây 34 ; x x là các thành phần bình phơng của tín hiệu ( 2 e r ) 31 1 3tap xxx x =+ + (2.4) Dễ dàng thấy rằng các đại lợng m x có phân bố chuẩn với trung bình bằng không. Quy luật phân bố này đợc xác định bằng một ma trận hiệp biến. Các phần tử nằm trên đờng chéo chính của ma trận này là phơng sai của tín hiệu mục tiêu thăng giáng. Đặc trng thống kê của tín hiệu mục tiêu và tạp trong hệ thống thu sẽ là: 6 [ ] [ ] [][ ] [][] [][] 2 13 14 2 13 24 2 31 3 2 2 31 3 2 0 0 0 0 I I I I Mxx Mxx M xx M xx Mxx Mxx Mxx Mxx (2.5) Ta sẽ nhận đợc qui luật phân bố đờng bao của tín hiệu ( 1 E ) và của tín hiệu+tạp ( 1 E ). Nh vậy, giá trị thăng giáng trung bình của đờng bao biên độ trong các kênh là: 2 2 2 1 22 121 2 tapI II II I III Er =+++ (2.6a) 2 2 2 2 22 121 2 tap I I II II II II II Er =+++ (2.6b) Qua đó đánh giá độ ổn định nhiễu của tín hiệu mục tiêu theo tỉ số phân cực nhiễu. 2.2.Tính chất thống kê tín hiệu mục tiêu thăng giáng và tạp trong thiết bị đo pha của đài ra đa. Việc đo pha tín hiệu giữa các thành phần trực giao của tín hiệu trong thiết bị đo pha đợc thực hiện bằng sơ đồ Hình 2.1. Mối quan hệ giữa các kênh đợc tính bằng các véctơ ; x yyx UU rr . Kết quả nghiên cứu thống kê về sai pha đối với tín hiệu tất định, thống kê độc lập về công suất giữa kênh tín hiệu và nhiễu là nh nhau. Việc sử dụng bộ trộn cân bằng trong thiết bị phân cực sẽ bảo đảm tính độc lập thống kê của tạp tại hệ thống thu trực giao. 7 Khi tín hiệu vào an ten là ngẫu nhiên, thì qui luật phân bố xác suất của công suất tức thời, theo quá trình ngẫu nhiên dừng, đối với tín hiệu yếu là: 2 1 1 1 22 () 1 cos cos2 2 2 qq qq q W ee + = + + (2.7) Còn đối với vùng tín hiệu mạnh: 2 2 1 () exp 2 2 W = (2.8) Kết luận chơng 2 1. Để phát hiện tín hiệu phân cực của mục tiêu, dùng rađa hai kênh thu phân cực trực giao, trong mỗi kênh thu sử dụng bộ đo biên độ và bộ đo pha có tính đến ảnh hởng của tạp. 2. Tín hiệu phân cực một phần của tín hiệu mục tiêu thăng giáng trong bộ biên độ đợc thể X 1 K p X 1 X tạp X tạp 3 K p X 3 X 3 tapx U X tạp 4 X tạp 2 K p K p X 4 yx U hxt E . tapx U xy U hxt E . ' xy U yx U tapy U tapy U hyt E . hyt E . ' x ' y ' X 2 y x 0 Kênh p hân c ự c Kênh p hân c ự c Hình 2.1. Biểu đồ véc tơ tín hiệu p hân cực khi khôn g có tạ p âm 8 hiện qua phơng sai thăng giáng phụ ( 2 E ). Giá trị trung bình bình phơng của sự thăng giáng biên độ (E) đợc sử dụng để đánh giá độ chính xác đặc trng thống kê của các tham số phân cực tín hiệu mục tiêu rađa, và độ ổn định nhiễu của đài rađa theo tỷ số phân cực của nhiễu. 3. Tín hiệu phân cực một phần trong thiết bị đo pha đợc biểu hiện theo quy luật phân bố của độ dịch pha phụ tức thời. Các giá trị trung bình của hiệu pha ( ) và phơng sai ( 2 ) dùng để xem xét tính chất thống kê của tín hiệu khi xảy ra phân cực và tạp trong hệ thống hai kênh pha. Chơng 3 các ma trận tán xạ sử dụng để phân loại mục tiêu rađa 3.1 Hiện tợng tán xạ và những đặc tính ảnh hởng đến DTTXHD của mục tiêu. Khi sóng tới đập vào mục tiêu, phát sinh bức xạ thứ cấp (tán xạ) theo mọi hớng. Thông thờng chỉ quan tâm đến sự tán xạ tuyến tính, trong đó diện tích tán xạ hiệu dụng (DTTXHD) của mục tiêu ( tg ) là đặc điểm quan trọng nhất, nó không phụ thuộc vào khoảng cách( R ) từ đài đến mục tiêu: 2 '' 2 2 lim4 lim4 lim4 rec rec rec tg RR R tg tg tg E RR E == = (3.1) Trong đó rec là mật độ công suất tại điểm thu. rec E là độ lớn của điện trờng tại điểm thu. Nh vậy, diện tích tán xạ trung bình của mục tiêu có dạng () ( ) ( ) () () 11 11 12 12 ,, 21 21 22 22 kl kl exp j exp j Aexpj exp j exp j == (3.2) 9 Để nhận đợc MTTX cần phải có các cơ sở phân cực chứa hai sóng phân cực trực giao, nói chung các sóng này có phân cực elip, mà các cơ sở điển hình là các cơ sở phân cực đứng và ngang của phân cực tròn. Thông thờng MTTX không phải là ma trận đòng chéo, với ra đa một vị trí có 5 tham số độc lập, các tham số nằm trên đờng chéo 12 21 12 11 21 11 ;; ; đặc trng cho sự biến đổi phân cực trong quá trình tán xạ. Nếu MTTX là ma trận đờng chéo thì sẽ không có sự biến đổi phân cực. Giá trị của DTTXHD trong điều kiện biến đổi phân cực do mục tiêu gây nên phụ thuộc vào MTTX. Từ cơ sở phân cực riêng của mục tiêu cho phép biểu diễn MTTX phân cực thông qua ma trận đờng chéo 1 2 0 0 M = (3.3) Các phần tử đờng chéo có dạng ( ) 111 exp arg M j = và ( ) 222 exp arg M j = chúng là các trị riêng của ma trận M, trong đó 12 ; M M là các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của MTTX. 3.2.Tổng quan về ma trận tán xạ. Đối với sóng phẳng, ma trận đặc trng cho tính chất mục tiêu là 111121 221222 p xtoi ESSE ESSE = (3.4) Sự phụ thuộc của MTTX mục tiêu vào cơ sở phân cực, vì vậy khi nó chuyển sang cơ sở phân cực mới sẽ có dạng mc SQSQ= % (3.5) Trong đó, , mc SS là MTTX tơng ứng với cơ sở phân cực mới và cũ, còn ,QQ % là ma trận Unita và liên hợp phức của nó. Khi muốn đa một ma trận về dạng chéo ta dùng phép biến đổi toàn đẳng, và bất cứ 10 một ma trận vuông S đều có thể chéo hoá đợc nhờ ma trận Unita. ý nghĩa của phép chéo hoá ma trận là khi chuyển từ cơ sở đồng pha sang cơ sở không đồng pha thì MTTX vẫn giữ nguyên tính chất chéo, mà cơ sở đồng pha gọi là cơ sở phân cực riêng của mục tiêu. Các phần tử khác không của MTTX là các trị riêng của ma trận. Nh vậy có thể tìm đợc các phần tử của MTTX mục tiêu trong cơ sở phân cực tuỳ ý. 1 2 0 0 SQ Q = % (3.6) () () 11 12 21 22 1 2 2 n SS Sexpi SS = (3.7) 3.2.1.Các tính chất của MTTX. Khi thay đổi cơ sở phân cực, thì không làm thay đổi tổng bình phơng mô đun của các phần tử ma trận tán xạ, đây là bất biến thứ nhất. 22 2 22 11 22 12 11 22 12 1 2 22AS S S = ++ =++==+ (3.8) Bất biến thứ hai của MTTX là định thức của nó, tức là tổng của tất cả các DTTXHD của mục tiêu (Diện tích toàn phần của mục tiêu ) là giá trị của MTTX ( ) 2 11 22 12 1 2 1 2 det 4B S s s s exp i === = (3.9) Tuy nhiên, có thể chọn một tổ hợp nào đó của Avà B để làm bất biến thứ hai: 22 2 12 222 12 14 B q A = = + (3.10) trong đó q là mức dị hớng phân cực. Từ đó cho phép tìm trị riêng 12 , của MTTX mục tiêu theo các giá trị đã biết trong một cơ sở phân cực nào đó 11 () () 22 1 22 2 4 1; 22 4 1 22 AA B q AA B q + ==+ == (3.11) 3.2.2.Phân loại mục tiêu ra đa theo MTTX. Căn cứ vào mức độ phân cực dị hớng q , ta có thể phân chia mục tiêu thành, mục tiêu đẳng hớng phân cực ( 0q = ), và mục tiêu suy biến ( 1q = ). Nh vậy điều kiện cần và đủ để có mục tiêu đẳng hớng phân cực là 11 0s và 12 0s , còn để có mục tiêu suy biến là định thức của MTTX phải bằng không. Trên cơ sở đó thiết lập đợc mối liên hệ về pha của các loại mục tiêu này. Mục tiêu đẳng hớng phân cực () 11 22 12 212n =+ = + (3.12) Mục tiêu suy biến 11 22 12 22n =+ = (3.13) 3.3.Ma trận năng lợng 3.3.1.Ma trận năng lợng tán xạ đều. Là ma trận Greivs (ký hiệu G) khi đã chéo hoá có dạng 2 1 0 2 2 0 0 G = (3.14) với các bất biến là () 2 22 2 12 22 2 22 1 2 11 22 12 det det 1 ; 4 2 GSq SpG s s s == = =+= + + = (3.15) Nh vậy, đối với mục tiêu đẳng hớng phân cực, thì ma trận này luôn là ma trận đơn vị. 3.3.2.MTTX thống kê. Khi tín hiệu phản xạ về đài rađa có sự thăng giáng, trong đó các phần tử của MTTX là các hàm ngẫu nhiên theo 12 thời gian. Lúc này các đặc trng thống kê của véctơ điện trờng (giá trị trung bình, phơng sai, hàm tơng quan ), thì MTTX thống kê ( ) St là đặc trng đầy đủ nhất đối với tín hiệu mục tiêu. Các phần tử của MTTX thống kê mang tính ngẫu nhiên nhng vẫn thể hiện sự phân loại nào đó đối với các mục tiêu thăng giáng theo MTTX-đó là mục tiêu chéo. () ( ) () 1 0,0 2 0 0 t t t = (3.16) Loại mục tiêu chéo luôn tồn tại một cặp phân cực không trực giao với nhau. Tuy nhiên khả năng trực tiếp phân loại mục tiêu thăng giáng theo MTTX của nó thấp hơn nhiều so với trờng hợp mục tiêu ổn định. 3.4. Phân lớp mục tiêu rađa theo MTTX. 3.4.1. Mục tiêu đối xứng. MTTX của các mục tiêu đợc ký hiệu là S, bao gồm: Mục tiêu cầu: 0 10 1 01 S == mục tiêu nhị diện; 10 01 S = ống kéo dài: 2 2 1 sin 2 2 1 sin 2 sin 2 a aa aa cos S = mục tiêu ống kéo dài nghiêng góc a so với phơng ngang. 2 22 0 0 i i e S tg e = mục tiêu đối xứng theo trục ngang. 3.4,2.Mục tiêu không đối xứng. 13 1 1 1 2 i S i = mục tiêu xoắn phải. 1 1 1 2 i S i = mục tiêu xoắn trái N ab S ba = Mục tiêu tổng (N mục tiêu) tạo thành mục tiêu phân bố 3.5.Khai triển ma trận tán xạ của mục tiêu ra đa. Có hai cách biểu diễn MTTX của mục tiêu. Dạng thứ nhất là tổng của hai ma trận sóng không phân cực hoàn toàn và sóng phân cực hoàn toàn, có dạng: () 2 0,5(1- ) 0 cos cos sin () 2 12 00 0,5(1- ) cos sin sin S =+ + 3.17) trong đó, 12 , là các trị riêng của MTTX S, còn )()( 2121 += là mức không đẳng hớng phân cực của mục tiêu. Khi khai triển sẽ có 4 hệ số tạo ra 4 vectơ Stock của mục tiêu ra đa là: 1; S cos 2 ; 01 S == Ssin2;S0 23 = =. Biểu diễn các vectơ này nhờ mặt cầu đơn vị trong không gian Stock (hình 3.1). Hình 3.1. Biểu diễn toán tử tán xạ của mục tiêu ra đa trên mặt cầu đơn vị Hình 3.2. Mục tiêu là các vật phản xạ dạng góc tam diện và góc nhị diện 14 Biểu diễn thứ hai trong trờng hợp mục tiêu có kích thớc hình học lớn hơn chiều dài bớc sóng (hình 3.2) ứng với các vật phản xạ góc tam diện và nhị diện. MTTX nửa sóng có dạng: () ( ) 1 0 cos2 sin2 12 01 sin2 -cos2 SP P yo =+ (3.18) với 11 P = và 22 P = . Nh vậy, MTTX tổng sẽ là: ( ) cos 2 sin 2 10 00 exp( ) 12 3 01 sin2 cos2 00 00 cos2(45)sin2(45) 00 exp( ) 00 34 sin2( 45) cos2( 45) 00 SL L j Lj = ++ ++ + + + (3.19) Các hệ số trọng số 22 2cos 13 34 4 L PPP P =+ + 22 cos 2 2 cos 23344 22 sin 2 2 cos 33344 L PPP P L PPP P = + + = + Kết luận chơng 3. 1. Ma trận tán xạ của mục tiêu rada là mô hình toán học đợc sử dụng trong kỹ thuật rada phân cực hiện đại, nó biểu diễn tính phân cực của tín hiệu phản xạ từ mục tiêu. Thông qua các phần tử của ma trận tán xạ có thể khai thác các thông tin về mục tiêu cần nghiên cứu. Trong từng trờng hợp cụ thể các tham số của tín hiệu có thể đợc coi là ẩn số (hoặc hằng số) là tuỳ thuộc vào ma trận tán xạ của mục tiêu, các trị riêng của ma trận tán xạ là nghiệm cần tìm đối với việc khảo 15 sát mức độ phân cực của tín hiệu phản xạ từ mục tiêu. 2. Trên cơ sở các phép toán về ma trận kết hợp với một số ma trận toán học có tính chất đặc biệt ( ma trận Unita, ma trận Hermit,) có thể đa ma trận tán xạ mục tiêu về các dạng đặc biệt ứng với các mô hình mục tiêu điển hình. Các phép biến đổi đã không làm thay đổi bản chất vật lý của mục tiêu, cũng nh tín hiệu phản xạ về từ mục tiêu đó. Từ đó tạo ra đợc các biểu thức giải tích thuận lợi cho việc xây dựng mô hình kỹ thuật của bộ phát hiện tín hiệu phân cực. Dựa vào ma trận tán xạ của mục tiêu sẽ phân loại đợc mục tiêu đối xứng, hay không đối xứng và các mục tiêu có dạng hình học đặc biệt (dạng cầu, góc phản xạ tam diện, góc phản xạ nhị diện,) Chơng 4 giải bi toán phát hiện tín hiệu mục tiêu dựa vo dấu hiệu phân cực. 4.1. Bài toán phát hiện tín hiệu phân cực từ mục tiêu ổn định. Thiết lập mối quan hệ giữa DTTXHD của mục tiêu với các tham số phân cực khác nhau ta có: 22 2 2 12 22 2 11 12 22 2 22 12 0,25 (1 1 cos 4 )sin 2 0,5 (1 cos 2 ) 0,5 (1 cos 2 ) q q q = =+ = (4.1) với DTTXHD toàn bộ là 222 2 11 22 12 2 =++ và mức dị hớng phân cực 222 12 /q = . Nh vậy dễ dàng chỉ ra khả năng cực đại của DTTXHD là: 22 11 x ()=0.5(1 ) ma q + và 222 12 x ()=0.25(11 ) ma q + . 16 222 11 22 12 222 SS S 22 11 22 22 SS = 2 11 2 S 2 12 2 S Hình 4.1. Sự phụ thuộc của DTTXHD của mục tiêu đẳng hớng (q=0) vào góc Hình 4.2. Sự phụ thuộc của DTTXHD của mục tiêu suy biến (q=1) vào góc Hình 4.3. Sự phụ thuộc giá trị X vào góc (q=0,5) Hình 4.1 khảo sát với mục tiêu phân cực đẳng hớng (q=0) cho thấy có một sóng phản xạ về có phân cực trùng với sóng phân cực phát. Hình 4.2 khảo sát sự phụ thuộc 2 11 , 2 22 khi mục tiêu phân cực suy biến (q=1), cho thấy sóng phản xạ về phân cực trực giao với sóng tới. Đối với q khác nhau (q=0,25; 0,5; 0,75) thì có sự phân cực của tín hiệu mục tiêu phụ thuộc vào diện tích phản xạ hiệu dụng của mục tiêu. Khảo sát tỷ số bình phơng mođun của các phần tử trong MTTX 22 2 11 12 12 222 22 11 22 ;;XYZ === cho thấy tọa độ xảy ra phân cực (90 0 , 1) (Hình 4.3). 4.2.Phát hiện mục tiêu ra đa theo tham số góc lệch phân cực. [...]... mục tiêu của bài toán Pearson đã làm tăng đợc xác suất phát hiện đúng của ra a với mục phát hiện, sẽ tìm ra đợc một tổ hợp dùng làm tham số phát hiện trong miền phân cực của tín hiệu để có xác suất phát hiện đúng lớn nhất 2 Bài toán phát hiện theo tham số góc lệch phân cực cho kết tiêu có DTTXHD nhỏ (khi giữ nguyên ngỡng phát hiện của ra a) Những ý kiến đề xuất: 1 thuật toán của bộ phát hiện mà tác... phản xạ từ mục tiêu 3 Sử dụng tính Khi phát hiện mục tiêu với một xác suất báo động lầm cho trớc, tiêu ngay cả khi tỷ số tín trên nhiễu nhỏ, và mức tơng quan phân cực thì đài ra a sử dụng tính chất phân cực của tín hiệu có thể phát hiện của tín hiệu và nhiễu càng lớn thì khả năng phát hiện mục tiêu càng đợc mục tiêu ngay cả khi tỉ số tín/ nhiễu nhỏ cao 4 Thuật toán phát hiện mục tiêu theo tiêu chuẩn... thể phát hiện mục tiêu ngay -9 F=1 0-9 1 Khi sử dụng ra a hai kênh thu phân cực trực giao với các bộ đo biên độ và pha sẽ phát hiện đợc sự phân cực của tín hiệu mục tiêu và tạp thông qua giá trị phơng sai thăng giáng phụ theo biên độ, và độ dịch pha phụ tức thời của tín hiệu 2 Ma trận tán xạ của mục tiêu rada là mô hình toán học đợc sử dụng trong kỹ thuật rada phân cực hiện đại, nó biểu diễn tính phân. .. biểu diễn tính phân cực của tín hiệu phản xạ từ mục tiêu cả khi tỉ số tín/ nhiễu khá bé tức là có khả năng phát hiện mục tiêu khi tín hiệu phản xạ về yếu Các trị riêng của ma trận tán xạ là nghiệm cần tìm đối với việc khảo Nhận xét: Từ các đồ thị đã khảo sát có thể đi đến kết luận nh sau: chất phân cực của tín hiệu phản xạ có thể phát hiện đợc tín hiệu mục sát mức độ phân cực của tín hiệu phản xạ từ mục... đối với đài ra a 556 và đài 113-3 ở Việt quả về sự thay đổi tơng quan giữa hàm mật độ phân bố xác suất của Nam 2 Đối với các ra a sóng mét nh P18, P15 trong trờng hợp nền (cho trớc) và phân bố tín hiệu mục tiêu khi xảy ra phân cực, vì này cũng có thể thu hai kênh trực giao nhng phải tìm giới hạn tiệm vậy tính chất phân cực của tín hiệu phản xạ cho phép phát hiện đợc cận để thu tốt nhất (bài toán xác suất)... phân biệt về phân cực (rời xa nhau nhất) của tín hiệu và nhiễu Đờng cong 2 ứng với trờng hợp tín hiệu và nhiễu không có phân cực Sự khác biệt về pha của tín hiệu và nhiễu là tham số đảm bảo cho khoảng cách giữa đờng cong 1 và 3 Khả năng phát hiện xấu nhất khi mà các sóng đồng pha nhau, còn tốt nhất là khi các sóng ngợc pha nhau Hiệu quả phát hiện chỉ phụ thuộc vào sự lệch pha 4.5 Thuật toán xử lý tín. .. Từ đó, có thể nhận đợc 2 2 2 1 1 q2 1 + 1 q2 2 ( 1 1 q 2 co s 4 ) phân cực 1 có các cực trị: 1 2 và 2 tiêu x0 là giao điểm của hai hàm phân bố mục tiêu (1) và 2 4 1 2 hớng 4.4 Mô hình giải tích bài toán phát hiện tín hiệu phân cực từ mục (2) Khi đó, góc lệch phân cực là: = với Wmax, Wmin bằng cách thay đổi phân cực phát xạ quan sát cùng bằng 0,5 ta có: x 1 0 1 P = W x, dx + W x, 2 dx 0 2... xác suất phát hiện đúng của ra a với mục tiêu có DTTXHD nhỏ (khi giữ nguyên ngỡng phát hiện của ra a) 0 F=10- Kết luận v kiến nghị Kết luận chung 3 F=10 các khả năng phát hiện khác nhau của đài Nhận xét: Hình 4.7 cho thấy với F=10-3 thì khi tỉ số tín/ nhiễu là Hình 4.9 Khảo sát khả năng phát ( =1) thì với = 0, 2 đã có thể hiện mục tiêu theo tỉ số tín/ nhiễu với các giá trị F khác nhau phát hiện đợc... xử lý tín hiệu sử dụng dấu hiệu phân cực Hàm phân bố xác suất của tham số thứ ba trong vectơ Stock liên quan đến hệ số elíp bởi phơng trình: S3 z = 1 Giả sử f0(x) là hàm +1 mật độ xác suất của tín hiệu nhận đợc với giả thiết x là phản xạ của bề mặt nền (phân bố chuẩn), còn f1(x) là mật độ xác suất của tín hiệu phản xạ tổng của mục tiêu và nền (phân bố Rayleigh-Raisa) Ta có xác suất phát hiện đúng... 1)! (4.4) Nhiều bài toán phân cực đợc xét đối với trờng hợp xử lý trờng bằng anten kinh điển Trong đó, ứng với n = 1 thuật toán phân biệt phân cực đợc thực hiện (khi n > 1 kết quả đợc thực hiện qua tích lũy), vì vậy trờng hợp n = 1 đợc quan tâm đặc biệt Trên hình vẽ 4.6 biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc xác suất phát hiện đúng theo tham số quan hệ về công suất giữa tín hiệu và nhiễu Đờng cong . cứu là tối u bài toán phát hiện của ra a khi sử dụng dấu hiệu phân cực của tín hiệu mục tiêu. Tác giả đã chọn đề tài Giải bài toán phát hiện tín hiệu ra a dựa vào dấu hiệu phân cực. Mục tiêu. tiêu ra a với khả năng phân biệt của đài ra a. Chơng 4 Giải bài toán phát hiện tín hiệu mục tiêu dựa vào dấu hiệu phân cực. Tác giả đã xây dựng mô hình giải tích bài toán phát hiện tín hiệu phân. tiêu ra a, nhằm xây dựng bài toán phát hiện theo các tiêu chuẩn phát hiện của ra a, khi sử dụng dấu hiệu phân cực của tín hiệu mục tiêu. Xây dựng thuật toán phát hiện mục tiêu dựa vào dấu hiệu