Bài giảng máy vô tuyến điện hàng hải phần 2

CHƢƠNG THÔNG SỐ CỦA RADAR Th ng số khai thác: 6.1 6.1.1 Tầm xa cực đại radar (tầm xa tác dụng) Dmax Tầm xa tác dụng radar khoảng cách lớn mà giới hạn radar phát đƣợc mục tiêu, tức ảnh mục tiêu xuất đủ để quan sát hình Mục tiêu xa, tín hiệu phản xạ trở yếu Mục tiêu xa mục tiêu có sóng phản xạ anten yếu mà thu radar cịn có khả khuếch đại lên đủ lớn thành tín hiệu mục tiêu  Tầm xa tác dụng radar kh ng có tác động m i trƣờng: Ở ta bỏ qua ảnh hƣởng yếu tố không khí, mặt nƣớc sóng thẳng từ radar tới gặp mục tiêu phản xạ trở Giả sử radar phát với công suất Px, khoảng cách từ radar tới mục tiêu D Nếu radar phát không định hƣớng mật độ cơng suất vị trí có khoảng cách D là: M  Px 4 D 4D2 diện tích mặt cầu tâm tàu ta, bán kính D Do anten phát có định hƣớng với hệ số định hƣớng Ga nên công suất mục tiêu là: P1  M * Ga  Px * Ga 4D Gọi S0 bề mặt hiệu dụng mục tiêu Công suất phát từ mục tiêu phản xạ trở lại anten là: P2  P1 * S  Px * Ga * S 4D Tại vị trí anten thu đƣợc cơng suất: P3  P2 * P *G * S  x 2a 4D 16 D Gọi A0 bề mặt hiệu dụng anten, đó: A0  G a * 2 4 Khi cơng suất đầu vào máy thu: 67 Pth  P3 * A0   D4 Px * Ga2 * S * 2 43 * * D Px * Ga2 * S * 2 *  * Pth Mục tiêu xa (D tăng) Pth nhỏ, tới lúc tƣơng ứng Pth.min (ứng với Dmax), cuối ta có tầm xa tác dụng radar khơng có tác dụng môi trƣờng là: Dmax  Px * Ga2 * S * 2 64 * Pth với Pth.min = N.q.f.k.T  Tầm xa tác dụng radar có tác dụng m i trƣờng: Ở xét sóng truyền từ anten tới mặt nƣớc, sau phản xạ tới mục tiêu với sóng truyền trực tiếp từ anten tới mục tiêu Gọi E0 cƣờng độ điện trƣờng thu đƣợc vị trí mục tiêu sóng truyền trực tiếp, Ep cƣờng độ điện trƣờng thu đƣợc vị trí mục tiêu phản xạ Ngƣời ta chứng minh đƣợc: Ep = .E0 Trong  hệ số phản xạ Khi điện trƣờng tổng cộng vị trí mục tiêu: ET = E0 + Ep = (1 + ).E0 Đặt +  =   ET = .E0 Với : hệ số giao thoa sóng truyền trực tiếp sóng phản xạ Tại vị trí mục tiêu, điện trƣờng tổng ET lớn tầm xa tác dụng radar lớn Nếu có điện trƣờng E0 tầm xa tác dụng Dmax Trong trƣờng hợp xét tới ảnh hƣởng môi trƣờng, điện trƣờng thu đƣợc vị trí mục tiêu ET Khi đó, ta có tầm xa tác dụng D‟max: D‟max = .Dmax Xác định  theo công thức:  4 * h1 * h2 '  * Dmax Do đó: 68 D ' max  4.Px S0 G 2a ( h1 h ) Pth 2 đó: Px – cơng suất phát xung radar Ga – hệ số phát định hƣớng radar (=4/n đ) S0 – bề mặt hiệu dụng mục tiêu h1, h2 – chiều cao anten mục tiêu Pth.min – độ nhạy máy thu  - bƣớc sóng Ta thấy tầm xa cực đại radar không phụ thuộc vào khoảng cách định sẵn ảnh mà phụ thuộc vào: - độ nhạy máy thu - công suất máy phát - điều kiện môi trƣờng - độ cao anten mục tiêu - kích thƣớc, hình dáng, cấu tạo mục tiêu Hai tƣợng ảnh hƣởng đến Dmax: (a) Đƣờng chân trời radar: Do bề mặt trái đất hình cầu nên với radar xuất hiện tƣợng đƣờng chân trời nhƣ thị giác (tuy nhiên điều kiện bình thƣờng, chân trời radar xa chân trời thị giác khoảng 6%) Nếu mục tiêu không cao đƣờng chân trời, sóng điện từ phát từ radar phản xạ từ mục tiêu trở Trong ta thấy mục tiêu thấp gần radar lại bắt đƣợc mục tiêu xa mà cao mặt nƣớc Hơn nữa, radar đƣợc lắp đặt cao tăng khả phát mục tiêu xa Tuy nhiên lắp đặt anten cao làm tăng nhiễu biển Cơng thức tính Dmax thực tế: Dmax  2.2( h1  h2 ) đó: Dmax – có đơn vị tính dặm h1, h2 – có đơn vị tính mét (b) Tính chất mục tiêu: 69 Nguyên tắc chung mục tiêu lớn dễ phát khoảng cách lớn Tuy nhiên mục tiêu lớn mà tính phản xạ lại yếu khó nhận biết mục tiêu nhỏ lại có tính phản xạ tốt Cấu tạo vỏ tàu mục tiêu có ảnh hƣởng đến tầm xa phát Một tàu có vỏ kim loại cho tín hiệu phản xạ tốt, ngƣợc lại vỏ tàu gỗ hay sợi thủy tinh cho tín hiệu phản xạ yếu Các mục tiêu thẳng đứng nhƣ vách núi, mục tiêu tốt Các bề mặt nằm ngang, phẳng nhƣ bãi bùn, bờ cát… mục tiêu xấu chúng làm khúc xạ sóng phản xạ sóng Những tín hiệu phản xạ từ cơng trình xây dựng, cầu cảng… tín hiệu mạnh phụ thuộc vào thay đổi hình dạng Chúng có mặt rộng, phẳng vng góc với nhau; ngƣời ta lợi dụng cách xếp phao radar để tăng khoảng cách nhận biết chúng 6.1.2 Tầm xa cực tiểu radar (vùng chết radar) Dmin: Tầm xa cực tiểu radar khoảng cách gần từ radar tới mục tiêu mà radar cịn có khả nhận biết đƣợc mục tiêu Đối với mục tiêu nằm khoảng cách gần hơn, radar khơng có khả phát Tầm xa cực tiểu radar phụ thuộc chiều dài xung phát, chiều cao anten đ (a) Theo chiều dài xung phát x: Theo nguyên lý phát xung radar, radar phát xung với chiều dài x xong, chờ sóng phản xạ trở phát xung thứ Nếu có mục tiêu gần radar, máy phát vừa phát xung xong tín hiệu phản xạ mục tiêu trở tới anten t =0 Nhƣ thời gian từ phát đến lúc thu xung x Với mục tiêu gần anten, t =  /2 xung thứ tới mục tiêu phản xạ t = anten mà phần tử cuối xung phát Sóng phản xạ chƣa rời khỏi anten, tức chƣa phát xong máy thu khơng thu đựơc chuyển mạch ngắt máy thu Mặt khác chuyển mạch, máy thu, chuyển động điện tử… để chuyển từ trạng thái sang trạng thái khác cần khoảng thời gian gọi thời gian ì i Nhƣ mục tiêu gần mà radar phát đƣợc có khoảng cách: 1 x x Dmin= ½ C.(x + I) Thông thƣờng: x = 0.3s i = 0.2s Do Dmin = 75 m 70 (b) Theo chiều cao anten đ Búp phát có góc mở đứng đ giới hạn, có vùng gần anten sóng điện từ khơng tới đƣợc nên khơng phát đƣợc mục tiêu h đ đ/2 Dmin = h * cotg ½ đ A 6.1.3 Độ phân giải theo khoảng cách: Độ phân giải theo khoảng cách khả phân biệt ảnh mục tiêu đứng gần trƣờng phƣơng vị, tức mục tiêu tách rời ảnh chúng không bị chập ảnh radar B C c a b  Điều kiện phân giải theo khoảng cách: Giả sử mục tiêu A B gần nhau, phần tử từ B phản xạ đến A mà phần tử cuối phản xạ từ A chƣa rời khỏi A sóng phản xạ mục tiêu nối tiếp anten gây nên vệt sáng mục tiêu báo, khơng phân biệt đƣợc ảnh mục tiêu Để ảnh mục tiêu khơng trùng hình khoảng cách d chúng phải là: d C * x Ngoài điểm sáng mặt máy có kích thƣớc nên độ phân giải theo khoảng cách phải đảm bảo: D  Trong đó: da: C * x d *D  a 0.5Dmax đường kính điểm sáng m t ch báo D: thang tầm xa Dmax: đường kính ảnh 71 6.1.4 Độ phân giải theo góc: Độ phân giải theo góc khả phân biệt ảnh mục tiêu đứng gần hình chúng có khoảng cách tới tâm (tức mục tiêu đứng gần nhau, có khoảng cách tới radar thực tế) Trƣờng hợp mục tiêu có khoảng cách tới radar nằm gần nhau, ảnh chúng hình bị chập làm  Điều kiện phân giải theo góc: Nếu mục tiêu có khoảng cách tới radar, góc k p chúng với radar  ng ảnh chúng vệt sáng nối liền tín hiệu phản xạ nhau, khơng phân biệt đƣợc Để ảnh mục tiêu không trùng góc k p chúng: 0 > ng Ngồi độ phân giải theo góc cịn phụ thuộc vào đƣờng kính điểm sáng khoảng cách từ tâm hình tới ảnh mục tiêu 0 > ng + 57.3da/D A A B B a ab b  > ng Th ng số kỹ thuật Radar: 6.2.1 Chiều dài bƣớc sóng : 6.2 Ngƣời ta chọn bƣớc sóng  (tƣơng ứng tần số f = C/) cho thỏa mãn yêu cầu: sóng truyền thẳng, tập trung lƣợng vào búp phát h p, có khả định hƣớng cao loại bỏ đƣợc ảnh hƣởng yếu tố khí tƣợng thủy văn Đồng thời sóng mang đủ lƣợng xa chiều dài xung phát x phải có từ 300 † 500 dao động tồn phần 72 Tuy nhiên để tăng độ phân giải theo khoảng cách phải giảm x tức giảm  (tăng f) Radar ngày dùng sóng có bƣớc sóng cm, truyền thẳng tồn mục tiêu lớn Thƣờng có loại bƣớc sóng:  = 10 cm  = 3.2 cm  = 0.8 cm Bƣớc sóng dài tầm tác dụng lớn song độ phân giải kém, trái lại bƣớc sóng ngắn có tầm tác dụng nhỏ nhƣng lại phân giải tốt Vì tùy loại radar mà chế tạo theo bƣớc sóng phù hợp Hiện radar dùng chủ yếu bƣớc sóng 3.2 cm tức có tần số 9400 Mhz 6.2.2 Chiều dài xung phát x: Với loại radar khác nhau, có x khác x lớn lƣợng xung tới mục tiêu lớn, tăng tầm xa tác dụng nhƣng giảm độ phân giải, tăng bán kính vùng chết Ngƣợc lại, x nhỏ, tầm xa tác dụng nhỏ, giảm bán kính vùng chết nhƣng độ phân giải tốt Ngày radar đƣợc sản xuất với chế độ xung dài ngắn, tùy thang tầm xa yêu cầu thực tế hàng hải mà chuyển chế độ xung phát cho phù hợp Ngƣời ta tạo công tắc chuyển đổi chế độ PULSE SWITCH với chế độ LONG SHORT (với số máy Nhật chế độ NORMAL NARROW) x = 0.01 ÷ s Thông thƣờng 6.2.3 Chu kỳ lập xung Tx Tần số lập xung Fx = 1/Tx: Chu kỳ lập xung khoảng thời gian lần phát xung kế tiếp, tần số lập xung lƣợng xung xuất đơn vị thời gian, phụ thuộc vào tốc độ quay anten Để thu đƣợc sóng phản xạ từ mục tiêu xa (ở thang cự li sử dụng) thời gian thu xung: Tx  2Dmax/C (do x di chuyển trỏ đến vị trí mục tiêu => nhấn EBL offset => theo dõi đến phút => dùng EBL control xoay đƣờng EBL qua vị trí mục tiêu => bật điều chỉnh VRM có tâm trùng với tâm tia quét tiếp tuyến với đƣờng EBL vừa xoay => đọc giá trị VRM hiển thị ta xác đinh đƣợc CPA mục tiêu cần đo Bật điều chỉnh VRM có tâm gốc đƣờng EBL => đo khoảng cách vị trí trƣớc đến vị trí (ví dụ giá trị A), đo khoảng cách đến vị trí tiếp tuyến (ví dụ giá trị B) =>TCPA = B/A * thời gian theo dõi  Với chức ARPA đƣợc trang bị riêng tích hợp radar, công tác đồ giải đƣợc tiến hành tự động bán tự động Tự động: thiết bị tự động theo dõi mục tiêu vào vùng cảnh giới báo động mục tiêu có nguy va chạm Bán tự động: công tác lựa chọn mục tiêu đƣợc thực tay, sỹ quan hàng hải lựa chọn Thao tác thực tế: hƣớng dẫn nhà sản xuất thiết bị 11.3.2Xác định độ dạt tàu radar Dƣới tác dụng yếu tố bên ngồi nhƣ thủy triều, dịng chảy, gió…tàu hành trình bị lệnh khỏi hƣớng lập Xác định hiệu chỉnh độ dạt trình hành hải điều bắt buộc sỹ quan Việc thực đƣợc mô ta nhƣ hinh bên dƣới: 130 - Chọn mục tiêu cố định, dễ nhận dạng Điều chỉnh radar để ảnh mục tiêu thể rõ nét hình Ví dụ: lúc 14.30‟ khoảng cách phƣơng vị đến mục tiêu vi trí A (290; 4.5nm) Sử dụng chức EBL offset tạo đƣờng MN song song với hƣớng tàu nhƣ hình vẽ Theo dõi sau 15 phút, đến 14.45‟, vị trí mục tiêu B, B không nằm đƣờng MN => tàu ta bị dạt Dùng EBL, VRM xác định phƣơng vị, độ lớn AB, so sánh với hƣớng tốc độ ta xác định đƣợc độ dạt tàu 11.4 C ng tác kiểm tra bảo dƣỡng: 11.4.1Kiểm tra tính hoạt động radar (Performance Test): Công suất máy phát, độ nhạy máy thu yếu tố quan trọng đảm bảo radar bạn hoạt động bình thƣờng Bên cạnh chức self test, life expectancy of magnetron, radar ngày thƣờng đƣợc lắp đặt thêm bo mạch để thực chức performance test để kiểm tra công suất máy phát độ nhạy máy thu Trong trình hành hải, trƣớc nhận ca Sỹ quan hàng hải cần đƣợc bàn giao kiểm tra lại chức radar 131 Thao tác đọc kết : thực theo hƣớng dẫn nhà sản xuất nêu catalogue cho thiết bị Ghi vào nhật ký radar (radar logbook) kết sau lần kiểm tra 11.4.2Những ý sử dụng bảo quản radar: Khi sử dụng, thực quy tình tắt mở, khơng tác dụng vật cứng (thƣớc kẻ, móng tay…) trực tiếp lên phím bấm Tuổi thọ đ n magnetron có giới hạn, nên tắt radar khơng cần thiết (tàu cập cầu…) Khi lắp đặt, giữ khoảng cách đến thiết bị có từ tính mạnh, kiểm sốt nguồn nhiệt xung quanh thiết bị, không sử dụng hóa chất để vệ sinh lau rửa, khơng sơn lên bề mặt xạ sóng, theo định kỳ bơi mỡ chủng loại lên cấu chuyển động …Tóm lại, thực theo hƣớng dẫn nhà sản xuất 11.4.3Cách xử lý kh c phục trục tr c thông thông Thực theo hƣớng dẫn nhà sản xuất nêu catalogue thiết bị CHƢƠNG 12 KHAI THÁC SỬ DỤNG MỘT SỐ RADAR 132 Phụ lục: CÁC ĐẶC TÍNH TIÊU CHUẨN THEO YÊU CẦU CỦA IMO VỀ RADAR ( Áp dụng cho radar lắp đặt sau 01/01/1999) Radar phải đảm bảo yêu cầu khai thác tron g điều kiện bình thƣờng, cung cấp ảnh vị trí phƣơng tiện nổi, chƣớng ngại nguy hiểm, phao tiêu, đƣờng bờ… nhƣ dấu hiệu hàng hải khác để định vị, dẫn tàu tránh va 1- Tầm hoạt động : Trong điều kiện bình thƣờng, anten radar đặt độ cao 15 m so với mặt biển phải bắt đƣợc ảnh rõ ràng mục tiêu sau: (a) Mép bờ : - Hbờ: = 60 m từ khoảng cách 20 Nm - Hbờ: = m từ khoảng cách Nm (b) Các mục tiêu nổi: - Tàu có trọng tải 5000 GRT từ khoảng cách Nm - Tàu có chiều dài 10 m từ khoảng cách Nm - Mục tiêu nhỏ, nhƣ phao tiêu hàng hải có bề mặt hiệu dụng 10 m2 từ khoảng cách Nm 2- Tầm cực tiểu: Các mục tiêu mục 1.b phải có hiển thị đƣợc rõ ràng cự li từ 50 m đến Nm tính từ vị trí anten mà khơng cần điều chỉnh thêm nút việc lựa chọn thang tầm xa 3- Màn ảnh radar: Radar phải có ảnh thỏa mãn: - Tàu có trọng tải 150 – 1000 GRT: đƣờng kính tối thiểu inches (180 mm) - Tàu có trọng tải 1000 – 10,000 GRT: đƣờng kính tối thiểu 12 inches (250 mm) - Tàu có trọng tải 10,000 GRT trở lên: đƣờng kính tối thiểu 16 inches (340 mm) 133 4- Thang tầm xa: Radar phải có mức thang tầm xa sau: 0.25, 0.5, 0.75, 1.5, 3, 6, 12, 24 Ngồi radar hiển thị thang tầm xa lớn nhỏ 5- Thang đo khoảng cách: - Giá trị thang tầm xa khoảng cách vòng cự li cố định RM phải đƣợc ghi rõ ràng - Ở thang tầm xa 0.25, 0.5, 0.75 Nm vòng cự li cố định RM phải có tối thiểu vịng tối đa vịng, cịn thang khác phải có vịng - Radar phải có vịng cự li di động VRM khoảng cách đƣợc báo số - Sai số đo khoảng cách VRM RM không đƣợc vƣợt 1% thang đo dùng hay 30 m, tùy theo giá trị lớn hơn, kể sử dụng chế độ lệch tâm - Phải thay đổi đƣợc độ sáng vòng VRM RM, tắt hẳn 6- Vạch dấu mũi tàu: - Radar phải thể đƣợc vạch dấu mũi tàu SHM có độ mảnh khơng đƣợc lớn 0.50 sai số < 10 - Có thể tắt tạm thời SHM nút ấn xoay, không đƣợc tắt hẳn 7- Đo hƣớng ng m tới mục tiêu: - Có thể đo hƣớng ngắm nhanh chóng với mục tiêu xuất hình đƣờng phƣơng vị điện tử EBL, sai số < 10 - Có thể tắt thay đổi độ sáng EBL - Có thể xoay EBL theo chiều thuận /ngƣợc chiều kim đồng hồ, nhịp thay đổi không vƣợt 0.20 8- Khả phân giải: - Phân giải theo khoảng cách: radar hoạt động thang tầm xa 1.5 Nm, ảnh mục tiêu xuất 50% bán kính hình mục tiêu riêng biệt có khoảng cách chúng 40 m nằm hƣớng, ảnh chúng phải thể riêng biệt 134 - Phân giải theo góc: thang đo 1.5 Nm, ảnh mục tiêu xuất ngồi bán kính hình, mục tiêu riêng biệt khoảng cách có góc k p chúng 2.50, ảnh chúng phải thể riêng biệt 9- Khả làm việc tàu nghiêng ho c chúi: Khi tàu bị lắc dọc hay ngang góc 100 tiêu chuẩn mục phải thực đƣợc 10- Anten: Phải quay thuận chiều kim đồng hồ, quay liên tục với góc 3600, tốc độ khơng nhỏ 20 vòng / phút, ổn định với vận tốc gió 100 knots 11- Ổn định phƣơng vị: - Yêu cầu cung cấp ảnh ổn định theo hƣớng la bàn, độ xác có sai số phạm vi 0.50 với tốc độ quay đĩa la bàn vòng / phút - Thiết bị radar phải làm việc bình thƣờng với cách hƣớng mũi tàu la bàn quay không hoạt động - Thời gian thay đổi chế độ hƣớng khoảng giây 12- Kiểm tra: Khi lắp ráp radar xuống tàu phải đƣợc kiểm tra trƣớc chạy biển cho thỏa mãn yêu cầu 13- Bộ phận khử nhiễu: Radar phải có phận khử nhiễu biển, mƣa… Yêu cầu kiểm tra tay khơng có tác dụng hết trái Có thể trang bị khử nhiễu tự động nhƣng phải có khả tắt 14- Thao tác: - Thao tác (khởi động) từ vị trí ảnh - Các núm nút phải dễ nhận dạng để sử dụng, yêu cầu theo qui định IMO - Sau bật cơng tắc nguồn, radar hoạt động với đầy đủ chức sau phút - Từ trạng thái Stand-by sang On khoảng 15 giây 135 15- Miscellaneous items: - Radar phải có chế độ báo chuyển động tƣơng đối có khả hỗ trợ hay phòng ngừa va chạm xảy biển - Theo SOLAS, lắp radar radar phải hoạt động độc lập, hoạt động đồng thời không phụ thuộc vào nhau, hoạt động bình thƣờng sử dụng nguồn cố Tài liệu học tập [1] Giáo PGS, TS Trần Cảnh Vinh, Dẫn đường hàng hải b ng vệ tinh, ĐH GTVT TP.HCM [2] S F Appleyard, Marintine electronic navigation, NXB nƣớc [3] G J Sonnenberg, Radar and electronic navigation, NXB nƣớc [4] S F Appleyard, Marintine electronic navigation, NXB nƣớc [5] Các hãng sản xuất, Hướng dẫn sử dụng máy, NXB nƣớc [6] Tài liệu, giảng có thƣ viện máy chủ Khoa Hàng hải 136