Nghiên cứu thiết kế chế tạo mẫu thử nghiệm ra đa phân cực giám sát mặt biển excsr p

PAN uY BAN NSAN rnir.uiii{6 H6 gri sO xuo.L Hec il rmN.rue P cAC^HQI vrnnr KH9A HQC ve rY rHUAr v41-Nav aONCNCHp yIEN cONc NGHE o$N rtl BAo cAo roNG HgP DE TAT NGIIINN CUU, THIET KE, CHE TAO N4AU ryT NCTUEMRADAP^HAN CUC GIAM SAT MAT BIEN EXCSR-P cHU NHIEM ot, rAr: TSKIT DAo cnf Iri Noi,2018 rn'lNu uY BAN usAN oAN rHANH pu6 ud csi MINH so xnoa Hec v,l cONc NGHE rrcN HIEP cAc ttOI rY rHUAT vIET NAM vIpN c0xc NGHE EIPN rr] KHoA HQC ve BAo cAo roNGHgP DE TAI lHr NGHInX CUu, THrET KE, cHE TAO VIAU NGHIEM RA DA PHAN CUC GIAM SAT MAT BIEN EXCSR.P cHU NHIEM OB rAr (Ki'tCn) TSKII Diro Chi Thinh co euAx cnu rni pn6 vIEN TRIIoI{G HA Noi,2018 SỞ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO KHOA HỌC ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MẪU THỬ NGHIỆM RA ĐA PHÂN CỰC GIÁM SÁT MẶT BIỂN EXCSR-P” Cơ quan chủ trì đề tài/dự án: Viện Công nghệ Điện tử – Liên hiệp Hội KH&KT Việt Nam Chủ nhiệm đề tài/dự án: TSKH Đào Chí Thành Người thực hiện: TS Nguyễn Đơn Nhân MỤC LỤC MỤC LỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ 10 MỞ ĐẦU 14 CÁC CƠ SỞ KHOA HỌC ĐỂ THIẾT KẾ CHẾ TẠO TÍCH HỢP RA ĐA EXCSR-P 16 1.1 Các tham số bất biến phân cực toán phát mục tiêu đa phân cực 16 1.2 Các kết thực nghiệm phát mục tiêu đa mặt đất, mặt biển 19 1.3 So sánh đa phân cực với đa truyền thống 19 1.4 Kết luận 20 TỔNG QUAN VỀ RA ĐA EXCSR-P 21 2.1 Sơ đồ tổng quát mô tả hoạt động đa EXCSR-P 21 2.2 Nguyên tắc hoạt động đài đa phân cực EXCSR-P 22 2.3 Các tiêu chiến kỹ thuật đa EXCSR-P: 23 THIẾT KẾ HỆ THỐNG, KỸ THUẬT, CẤU TRÚC CÁC HỆ THỐNG CHỨC NĂNG RA ĐA EXCSR-P XÁC ĐỊNH THAM SỐ KỸ THUẬT CỦA CÁC HỆ THỐNG VÀ KHỐI CHỨC NĂNG 25 3.1 Xác định thành phần chủ yếu bổ trợ đa EXCSR-P 25 3.1.1 Các thành phần đài đa xung cảnh giới: 25 3.1.2 Sơ đồ tổng quát đài đa cảnh giới 26 3.1.3 Các giải pháp kỹ thuật - công nghệ đa cảnh giới đại 27 3.2 Nghiên cứu khai thác đa FAR - 2117 28 3.2.1 Thông tin chung đa FAR - 2117 28 3.2.2 Khảo sát cấu tạo FAR - 2117 29 3.2.3 Phương án cải tạo đa FAR-2117 thành đa EXCSR-P 35 3.3 Các thành phần đa EXCSR-P 41 3.4 Nhiệm vụ hệ thống đa EXCSR-P 45 3.4.1 Hệ thống anten-fide 45 3.4.1.1 Anten phân cực tròn kép 45 3.4.1.2 Tuyến SCT thu-phát 45 3.4.2 Hệ thống hình thành tín hiệu phát phân cực tròn 46 3.4.3 Hệ thống phát 46 3.4.4 Hệ thống thu kênh phân cực tròn trái phân cực tròn phải 47 3.4.5 Hệ thống xử lý, tính tốn tham số RCS K(α) 47 3.4.6 Hệ thống hiển thị 2D thông tin phân cực – lượng thông tin đa 48 3.4.7 Hệ thống xử lý số DSP thông tin đa 48 3.4.8 Hệ thống hiển thị thông tin đa 49 3.4.9 Các hệ thống điều khiển đồng 49 3.4.10 Hệ thống nguồn sơ cấp thứ cấp 50 3.5 Tham số kỹ thuật hệ thống đa EXCSR-P 50 3.5.1 Các tham số kỹ thuật đa FAR-2117 50 3.5.2 Xác định tham số kỹ thuật hệ thống 51 3.5.2.1 Tham số kỹ thuật hệ thống phát 51 2.5.2.2 Tham số kỹ thuật hệ thống điều khiển -đồng 52 3.5.2.3 Hệ thống thu: 52 3.5.2.4 Hệ thống anten 53 3.5.2.5 Hệ thống tạo tín hiệu phát phân cực trịn 53 3.5.2.6 Hệ thống quay anten 53 3.5.2.7 Các hệ thống xử lý thơng tin đa xử lý tính toán tham số phân cực (RCS, K(α)) 54 3.5.2.8 Hệ thống hiển thị 55 3.5.2.9 Hệ thống nguồn 56 3.6 Thiết kế hệ thống khối chức 57 3.6.1 Hệ thống anten-fide 57 3.6.1.1 Anten phân cực tròn kép 57 3.6.1.2 Tuyến fide 66 3.6.2 Hệ thống thu 71 3.6.2.1 Thành phần hệ thống thu 71 3.6.2.2 Xác định tham số 71 3.6.2.3 Thiết kế thành phần hệ thống thu 72 3.6.2.4 Thiết kế kỹ thuật chế tạo 89 3.6.3 Hệ thống xử lý, tính tốn tham số phân cực 92 3.6.3.1 Tổng quan đa phân cực xử lý tham số phân cực 92 3.6.3.2 Thiết kế cấu trúc hệ thống xử lý tính tốn tham số RCS 93 3.6.3.3 Thiết kế tổng quát hệ thống xử lý, tính tốn tham số K(α) 99 3.6.3.4 Nghiên cứu thiết kế tổng quát mã hoá tham số phân cực theo 32 gam màu 105 3.6.3.5 Nghiên cứu thiết kế tổng quát modun lưu trữ thông tin phân cực mục tiêu 107 3.6.3.6 Nghiên cứu thiết kế tổng quát modun phối hợp thông tin phân cực-năng lượng mục tiêu 109 3.6.4 Thiết kế hệ thống mã hóa, hiển thị thơng tin phân cực 111 3.6.5 Thiết kế hệ thống xử lý thông tin đa 117 3.6.5.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống xử lý số (sơ cấp) thông tin đa DSP 117 3.6.5.2 Nguyên tắc xây dựng, nhiệm vụ XLC1 120 3.6.5.3 Thiết bị thu tương tự-số 121 3.6.5.4 Bộ lọc phối hợp 122 3.6.5.5 Bộ phát mục tiêu di động 123 3.6.5.6 Bộ tích luỹ khơng tương can 124 3.6.5.7 Bộ phát hiện, lập đồ địa vật 125 3.6.5.8 Bộ xử lý liệu phương vị anten 131 3.6.5.9 Đặc điểm cấu trúc công nghệ việc xây dựng thiết bị xử lý cấp tin tức đa 132 3.6.5.10 Tham số kỹ thuật hệ thống xử lý số DSP 135 3.6.6 Thiết kế hệ thống điều khiển 136 3.6.6.1 Nhiệm vụ hệ thống điều khiển 136 3.6.6.2 Thành phần thiết bị điều khiển 137 3.6.6.3 Chương trình điều khiển toàn đài 137 3.6.6.4 Tham số kỹ thuật hệ thống điều khiển 139 3.6.6.5 Các thiết bị phần cứng hệ thống tạo hiển thị lệnh điều khiển 139 3.6.6.6 Phần mềm hệ thống tạo hiển thị lệnh điều khiển 142 3.6.6.7 Thiết kế bo mạch điều khiển động secvo 153 3.6.6.8 Thiết kế hệ thống đồng thời gian 155 3.6.6.9 Sơ đồ kết nối hệ thống xử lý-điều khiển truyền liệu đa EXCSR-P 162 3.6.7 Hệ thống nguồn 164 3.7 Thiết kế chi tiết khí 170 ĐO KIỂM VÀ THỬ NGHIỆM 170 4.1 Kết đo kiểm 170 4.2 Thử nghiệm 171 KẾT LUẬN CHUNG 179 TÀI LIỆU THAM KHẢO 180 KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt ADC ADCT AGC ALU BXLPV CDPA Tiếng Việt Biến đổi tương tự - số (Thiết bị) thu tương tự - số Tự động điều chỉnh khuếch đại Bộ số học-logic Bộ xử lý phương vị Độ không đẳng hướng phân cực phức CFAR Ổn định xác suất báo động nhầm CFARE Ổn định xác suất báo động nhầm theo lượng CFARV Ổn định xác suất báo động nhầm theo vận tốc hướng tâm CKT Chiến-Kỹ thuật CLK Xung nhịp CLS Xung lấy mẫu CMA Chuyển mạch Anten CS Công suất CPU Bộ xử lý trung tâm DAC Biến đổi số - tương tự DC Điện áp chiều DDS Tổng hợp tín hiệu số DSP Bộ xử lý số tín hiệu ĐTTT Điều tần tuyến tính FPGA Mảng cổng lập trình dạng trường GĐH Giản đồ hướng HDMI Giao diện đa phương tiện độ phân giải cao HT Hệ thống IC Vi mạch IF Tần số trung tần KCB , VSWR Hệ số sóng đứng KĐ Khuếch đại KĐTT Khuếch đại trung tần LCD Màn hình tinh thể lỏng LAN Mạng máy tính cục LNA Khuếch đại cao tần tạp thấp LNS Lọc nén số LO, NS Bộ dao động chỗ (ngoại sai) MCU Vi điều khiển OSC Bộ phát dao động Tiếng Anh Analog Digital Conversion Analog Digital Receiver Auto Gain Control Arithmetic Logic Unit Bearing Processor Complex Degree of Polarization Anisotropy Constant Fault Alarm Rate Constant Fault Alarm Rate of Energy Constant Fault Alarm Rate of Radial Speed Tactical Technical (Parameters) Clock Sample Clock Circulator Power Central Processing Unit Digital Analog Converter Direct Current Direct Digital Synthesis Digital Signal Processing Linear Frequency Modulation Field Programmable Gate Array Pattern (of antenna) High Definition Multimedia Interface System Intergral Circuit Intermediate frequency voltage standing wave ratio Amplifier Intermediate-Frequency amplifier Liquid Crystal Display Local Area Network Low Noise Amplifier Digital Compression Filter Local Oscillator Micro Cotroller Unit Oscillator PC PCTP PCTT PLL PROM PHXĐ RAM RCS RF RGB ROM SCT SRAM STC XLPC VCO VGA XLC1 3D Máy tính cá nhân Phân cực trịn phải Phân cực trịn trái Vịng khóa pha Chip nhớ đọc lập trình Phất xung đơn Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên Diện tích phản xạ hiệu dụng Tần số vơ tuyến Đỏ - Xanh – Xanh biển Bộ nhớ đọc Siêu cao tần Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh Tự động điều chỉnh khuếch đại theo thời gian Xử lý phân cực (Bộ) dao động điều khiển điện áp Card đồ họa Xử lý cấp chiều Personal Computer Right Circular Polarization Left Circular Polarization Phase Look Loop Programmable Read Only Memory Random Access Memory Radar Cross Section Radio Frequency Red-Green-Blue Read-Only Memory Very High Frequency Static Random Access Memory Sensitivity Time Control Polarization Processing Voltage Controlled Oscilator Video Graphics Adaptor Dimensions Điện áp cấp qua giao liên lên phần động vào nguồn thứ cấp Bộ nguồn thứ cấp dùng biến đổi DC/DC có điện áp vào +24V, điện áp ±12V, +15V, +8V Nguồn thứ cấp DC/DC (các hình 3.112-3.114) tạo điện áp sau: +25V/5A; 125W + 15V/10A; 150W +12V/5A; 60W +8V/5A; 40W +5V/5A; 25W Công suất tổng cộng: 400W + 48W = 448W 166 Hình 3.112 Sơ đồ nguyên lý khối nguồn sơ cấp 167 Hình 3.113 Bản vẽ bố trí linh kiện khối nguồn thứ cấp DC/DC 168 a/ b/ Hình 3.114 Bản vẽ mạch in (a-mặt trên; b- mặt dưới) khối nguồn thứ cấp DC/DC 169 3.7 Thiết kế chi tiết khí Thiết kế khí bao gồm: - Giá chân bệ đỡ đa; - Mâm phần động; - Giá đỡ anten; - Cơ cấu chúc ngẫng; - Các hộp kín chứa: + Bộ nguồn thứ cấp; + Phần siêu cao tần (hệ thống thu cao tần, ngoại sai 1, ); + Hệ thống xử lý cấp xử lý phân cực ĐO KIỂM VÀ THỬ NGHIỆM 4.1.Kết đo kiểm 1/ Hệ thống thu Bảng 4.1 Kết đo tham số hệ thống thu Tham số Giá trị yêu cầu Giá trị đo Độ nhạy, dBm ≤ -90 ≤ -94 Dải động tức thời, dB ≥ 50 54 Dải thông, MHz 19±1 20 Đánh giá chung: Các tham số kỹ thuật hệ thống thu đa EXCSR-P gồm độ nhạy, dải động, dải thông đạt yêu cầu 2/ Giản đồ hướng hệ thống anten khe phân cực tròn kép Bảng 4.2 Kết đo tham số hệ thống anten Tham số Dải tần, MHz Giá trị yêu cầu 9380 - 9440 Giá trị đo 9380 - 9440 Hê số sóng đứng đầu vào ≤ 1,5 ≤ 1,24 VSWR Hê số sóng đứng đầu vào ≤ 1,5 ≤ 1,38 VSWR 170 Độ cách ly đầu vào, dB ≥ 35 ≥ 36,5 Độ rộng búp sóng, độ 1,1  0,2 1,14 Mức cánh sóng phụ, dB -18 -19,84 Kết luận: Các tham số kỹ thuật hệ thống anten khe phân cực tròn kép đa EXCSR-P đạt vượt yêu cầu kỹ thuật đề 4.2 Thử nghiệm Đề tài đưa đa thử nghiệm nhiều lần điểm: 1- Tầng thượng nhà 15 tầng Cung Trí thức Hà Nội (số Tôn Thất Thuyết, Cầu Giấy, Hà Nội); 2- Khu vực đình Chèm, Hà Nội; 3- Đoạn sơng Lạch Tray chảy qua sở thử nghiệm Viện Kỹ thuật Hải quân; 4- Trạm thử nghiệm vũ khí - khí tài, Viện Kỹ thuật Hải quân Đồ Sơn, Hải Phòng Kết - Chế độ xử lý hiển thị phân cực hình màu hoạt động bình thường; - Chế độ chọn lọc phân cực hoạt động; - Hiển thị phân cực có kết phát nhiều mục tiêu xa hiển thị truyền thống + Tại điểm 1: Phát mục tiêu địa vật cự ly 1-4 Km, cần cẩu cự ly khác đến Km + Tại điểm 2: Phát mục tiêu cầu Thăng Long khoảng cách 2,0 Km, cột điện; xà lan sông cự ly khác từ 1,5 đến Km Phát dấu mục tiêu nhân tạo dạng cọc kim loại có diện tích phản xạ cỡ 0,5 m2: dựng lên (mất dấu dấu cọc đi); + Tại điểm 3: cột thu phát viễn thông; xà lan sông cầu dẫn đường sân bay Cát bi … cự ly khác từ 2,5 Km đến Km; + Tại điểm 4: xà lan hút cát (bãi sau) cự ly từ 2,5 đến Km Dải địa vật mũi 171 Đồ Sơn rõ; + Đối với mục tiêu nhân tạo diện tích phản xạ nhỏ khoảng m2 có quan sát thấy dấu mục tiêu không ổn định Chưa phát / khơng có mục tiêu có DTPXHD lớn cự ly đến 30 Km Do vị trí đặt đa thấp nên không phát mục tiêu cự ly Km đến 30 Km Một số ảnh hình truyền thống hình phân cực EXCSR-P – hình 4.1 – 4.10 Kết luận: Chế độ xử lý phân cực hoạt động bình thường độ nhạy đa chưa tốt nên phát mục tiêu nhỏ không ổn định, chưa phát mục tiêu xa đến 30 Km Hình 4.1 Màn hiển thị truyền thống 172 Cần cẩu xây dựng km Cự ly 5.6 Km, phương vị 20O Dải địa vật cự ly 1km-4km Cự ly Km, phương vị 19O Hình 4.2 Màn hiển thị phân cực (24.10.2018, tầng 16 Cung Trí thức) Hình 4.3 Màn hiển thị truyền thống 173 Cự ly 1.2 km, phương vị 20o Dãy cột điện Cự ly 1.2 km, phương vị 90o Cầu thăng long Sà lan hút cát Cự ly 3.5 km, phương vị 315o Cự ly 1.2 km, phương vị 20o Dãy cột điện Cầu thăng long Cự ly 1.2 km, phương vị 90o Sà lan hút cát Cự ly 3.5 km, phương vị 315o Hình 4.4 Màn hiển thị phân cực (Đình Chèm) 174 Hình 4.5 Màn hiển thị chế độ chọn lọc phân cực (Đình Chèm) Dấu cọc nhựa bọc kim a/ 175 Mất dấu cọc nhựa bọc kim b/ Hình 4.6 Phát cọc nhựa bọc kim (a), vết cọc giấu (b)- Đình Chèm Cột viễn thơng Cự ly: 2Km, phương vị 25O Xà lan sông Cự ly: 500 m, phương vị 185O Cầu dẫn đường sân bay Cát Bi Cự ly: 1.6 Km, phương vị 170O Hình 4.7 Màn hiển thị phân cực – Lạch Tray, HP 176 Cột viễn thông Cự ly: 2Km, phương vị 25O Xà lan sông Cầu sắt gần sân bay Cát Bi Cự ly: 500 m, phương vị 185O Cự ly: 1.6 Km, phương vị 170O Hình 4.8 Màn hiển thị phân cực đồ (Lạch Tray, HP) Xà lan hút cát Hình 4.9 Màn hiển thị truyền thống( Đồ Sơn-Hải Phòng) 177 Mục tiêu nhỏ m2 Cự ly: km, phương vị 168O Xà lan hút cát Dải địa vật Cự ly: km, phương vị 175O Cự ly: km, phương vị 155O Hình Màn hiển thị phân cực Hình 4.10 Màn hiển thị phân cực (Đồ Sơn-Hải Phòng) 178 KẾT LUẬN CHUNG Báo cáo tổng hợp kết thực đề tài “Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mẫu thử nghiệm đa phân cực giám sát mặt biển EXCSR-P” xây dựng tiêu tính CKT đài, xác định sơ đồ cấu trúc đa nhiệm vụ hệ thống đài Báo cáo tổng hợp kết lập thiết kế tổng quát, thiết kế kỹ thuật, chế tạo hệ thống đa, đo kiểm thử nghiệm mẫu đa EXCSR-P Theo ý kiến hội đồng cấp sở, kiểm tra lại đèn phát FAR2117 công suất phát có 10,471 W kết luận đèn hỏng Đề tài thay đèn phát có cơng suất phát 10KW (tương đương với đèn FAR2117) Kết thử nghiệm với đèn phát phát mục tiêu nhỏ cự ly xa 30km đảm bảo yêu cầu đề Như kết đề tài đạt yêu cầu theo hợp đồng ký 179 TÀI LIỆU THAM KHẢO http://www.ra đatutorial.eu/08.transmitters/Fully%20Coherent%20Ra đa.en html PGS.TS Hoàng Thọ Tu (2002) Cơ sở xây dựng đài đa cảnh giới Nhà XB Quân đội nhân dân, Hà Nội http://www.antenna-theory.com/antennas/patches/antenna.php Сазонов Д.М Агтенны и устройства СВЧ : Yчеб Для радиотехнич Спец.вузов.- М.: Высш.шк., 1988.- 432с Nai-Shuo Cheng Pengeheng Jia A 120W X-band spatially combined solidstate amplifier IEEEMTT-S 1999, 12PP2557-2561 M Knox 400W X-band GaAsMMIC CW amplifier IEEEMTT-S.1995(3) PP1605-1608 Bộ tài liệu giới thiệu mô đun khuếch đại công suất cao 300W đa Score 3000 Vineent, J.B A 16W solid state MMIC X-band amplifier for TWT replacement IEEE Voll 2.1996 PP749-752 FAR21x7 28x7 Operator's Manual P 4-8-11.pdf 10.Справочник по радиолокации/Под ред М Сколник Нью-йорк 1970: Пер С англ (В четырех томах)/ Под общей ред К.Н.Трофимова М.: Сов Радио, 1978 11 Васин В.В., Степанов Б.М Справочник – задачник по радиолокации М., «Сов Радио», 1977, 320 с 180