TIỂU LUẬN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN HÀNG KHÔNG ĐỀ TÀI ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG CHỐNG NHIỄU TIÊU CỰC CHO ĐÀI RADAR

Như vậy số bó chấn tử phản xạ trong thể tích xung ra đa, màkhi đó còn đảm bảo phát hiện được mục tiêu với chất lượng cho trước, có thể đặctrưng cho khả năng chống nhiễu tiêu cực của đài

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

TIỂU LUẬN HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ

TUYẾN HÀNG KHÔNG

TÊN ĐỀ TÀI:

ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG CHỐNG NHIỄU TIÊU

CỰC CHO ĐÀI RADAR

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PHẠM HỒNG DŨNG

SINH VIÊN: Nguyễn Hải Ngọc

MÃ SỐ SV: 2053020101

LỚP: 20ĐHĐT02

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT

NAM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2023

NHIỆM VỤ TIỂU LUẬN

HỌ VÀ TÊN: Nguyễn Hải Ngọc MSSV: 2053020101

LỚP: 20ĐHĐT02 NGÀNH: Công nghệ Kỹ thuật điện tử - viễn thông

Tên đề tài: ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG CHỐNG NHIỄU TIÊU CỰC CHO ĐÀI RADAR

1 Nhiệm vụ tiểu luận: Tìm hiểu về khả năng chống nhiễu tiêu cực cho đài

RADAR

2 Ngày giao đề tài tiểu luận: 03/11/2023

3 Ngày nộp tiểu luận:… /… /2023

4 Họ tên giáo viên hướng dẫn (ghi rõ: Học hàm, học vị): Ths Phạm Hồng

Dũng

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT

NAM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KẾ HOẠCH TIỂU LUẬN

HỌ VÀ TÊN: Nguyễn Hải Ngọc MSSV: 2053020101

LỚP: 20ĐHĐT02

1 Tên đề tài: ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG CHỐNG NHIỄU TIÊU

CỰC CHO ĐÀI RADAR

2 Họ tên giáo viên hướng dẫn (ghi rõ: Học hàm, học vị):

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học môn Hệ thống định vị vô tuyến hàng không

do thầy Dũng giảng dạy đã giúp em hiểu được về hệ thống định vị vô tuyến thực tế vận hành ra sao Những kiến thức trên là vô cùng bổ ích cho bản thân em để sau này có thể ứng dụng vào công việc thực tế.

Bên cạnh đó thầy còn cung cấp cho tụi em rất nhiều tài liệu về các thiết

bị trong ngành hàng không, giúp em có thêm nhiều kiến thức về ngành hành không.

Vì kiến thức còn hạn hẹp nên tiểu luận sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của thầy để em rút kinh nghiệm Em xin chân thành cảm ơn

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan tiểu luận này là công trình nghiên cứu của bản thân, được đúc kết từ quá trình học tập, nghiên cứu thực tiễn trong thời gian qua

và kết hợp tham khảo tài liệu Các thông tin và số liệu được sử dụng trong

đề tài thực tập tốt nghiệp này là hoàn toàn trung thực.

Thành phố Hồ Chí Minh - 2023

Người cam đoan

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TpHCM, ngày … tháng …… năm 2023

Giáo viên hướng dẫn

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TpHCM, ngày … tháng …… năm 2023

Giáo viên phản biện

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1

2 ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG CHỐNG NHIỄU TIÊU CỰC 2

2.1 Những khác biệt chủ yếu giữa mục tiêu và nhiễu tiêu cực, các phương pháp nâng cao khả năng chống nhiễu 2

2.2 Chọn cấu trúc tín hiệu phát xạ khi có nhiễu tiêu cực 3

2.3 Các phương pháp bảo đảm giá trị yêu cầu đối với tốc độ mù thứ nhất 6

2.4 Phân loại các hệ thống tách mục tiêu di động (HTTMTDĐ) 12

2.5 HTTMTDĐ tương can trong có thiết bị bù khử qua chu kỳ ở thị tần 13

2.6 Hệ thống tách mục tiêu di động tương can ngoài 22

2.7 Hệ thống tách mục tiêu di động trên cơ sở bộ tự bù khử 25

3 Kết luận 30

Mục lục ảnh

Hình 1:Giản đồ bất định của một số loại tín hiệu 4

Hình 2:Giản đồ bất định và thiết diện chính của vật thể bất định chùm xương tương can .5

Hình 3:Minh họa nguyên lý khắc phục đa trị đo cự ly khi sử dụng 2 tần số lặp lại 9

Hình 4:Chuỗi xung kích phát không đối xứng chu kỳ 2𝑇𝑙 100 Hình 5:Sơ đồ điện áp quá trình tạo chuỗi xung kích phát không đối xứng 10

Hình 6:Sơ đồ cấu trúc tổng quát HTTMTDĐ 12

Hình 7:Công thức xác định các đặc trưng cơ bản của HTTMTDĐ theo số lần bù khử .15

Hình 8: Tách sóng pha không cân bằng 15

Hình 9:Tách sóng pha cân bằng 16

Hình 10:Sơ đồ khối thiết bị tạo tín hiệu chuẩn 18

Hình 11Thiết bị bù khử qua chu kỳ 19

Hình 12:Đặc tuyến biên-tần của thiết bị bù khử qua chu kỳ 19

Hình 13:HTTMTDĐ có bù khử không tương can các tín hiệu nhiễu tiêu cực 21

Hình 14:Đặc tuyến biên độ của mạch KĐTT 21

Hình 15:HTTMTDĐ có dao động tương can được định pha từ nhiễu tiêu cực 22

Hình 16:Sơ đồ hình thành điện áp chuẩn 22

Hình 17:HTTMTDĐ tự bù khử qua chu kỳ một lần 24

Hình 18:Sơ đồ tương đương của HTTMTDĐ có TBK 1 lần 24

Hình 19:Đặc tuyến biên tần HTTMTDĐ có TBK 1 lần 25

là các chấn tử phản xạ, chúng thường được sử dụng dưới dạng các bó nhiễu tiêu chuẩnném ra từ máy bay gây nhiễu để tạo ra nền ngụy trang cho mục tiêu.

Mục tiêu không bị phát hiện trong đám mây nhiễu chấn tử nếu công suất tín hiệunhiễu phản xạ từ các chấn tử phân bố trong thể tích xung lớn hơn nhiều công suất tínhiệu phản xạ từ mục tiêu Như vậy số bó chấn tử phản xạ trong thể tích xung ra đa, màkhi đó còn đảm bảo phát hiện được mục tiêu với chất lượng cho trước, có thể đặctrưng cho khả năng chống nhiễu tiêu cực của đài radar Nhưng tiêu chuẩn ấy một mặtkhông cho phép so sánh khả năng chống nhiễu tiêu cực của các đài radar loại khácnhau, mặt khác còn gây khó khăn khi cần đề ra các yêu cầu về khả năng chống nhiễucho đài Vì thế để làm tiêu chuẩn thường dùng bó nhiễu rải trên quãng đường 100m

mà khi đó radar còn đảm bảo phát hiện được mục tiêu với chất lượng cho trước

Việc đề ra các yêu cầu về khả năng chống nhiễu của radar được căn cứ vào nhân

tố sau:

- Việc đánh giá định lượng tình huống nhiễu có thể tạo ra bởi kẻ địch, có tính đến

xu hướng phát triển các phương tiện chống trinh sát điện tử của đối phương

- Việc phân tích kỹ thuật thực hiện các phương pháp và thiết bị chống nhiễu dựatrên trình độ phát triển hiện tại của kỹ thuật

2 ĐẢM BẢO KHẢ NĂNG CHỐNG NHIỄU TIÊU CỰC

CHO ĐÀI RADAR

2.1 Những khác biệt chủ yếu giữa mục tiêu và nhiễu tiêu cực, các phương pháp nâng cao khả năng chống nhiễu

Các chiến lược loại bỏ nhiễu tiêu cực trong radar thường dựa vào những điểm khác biệtsau:

1 Nhiễu tiêu cực như đám mây nhiễu, hiện tượng khí tượng, địa hình, v.v., thường

là các mục tiêu rộng lớn, trong khi các mục tiêu thực tế cần được phát hiện như máy bay, tên lửa lại là các mục tiêu cụ thể và rõ ràng

2 Vận tốc của mục tiêu thực tế thường cao hơn nhiều so với nhiễu tiêu cực Do đó,

sự chênh lệch về tần số Doppler giữa tín hiệu phản xạ từ mục tiêu và từ nhiễu tiêu cực là rất lớn

3 Các hiện tượng khí tượng thường có hình dạng gần đối xứng, trong khi mục tiêu thực tế thường không đối xứng Vì vậy, tính chất phân cực của tín hiệu phản xạ

từ mục tiêu và từ các hiện tượng khí tượng là khác nhau

Tận dụng những điểm khác biệt này, có thể phát triển các phương pháp sau để loại bỏ nhiễu tiêu cực và phân biệt rõ ràng mục tiêu từ nhiễu:

a) Tinh chỉnh tín hiệu radar để giảm nhiễu:

 Thu hẹp kích thước xung radar để nó chỉ bao gồm mục tiêu, loại bỏ nhiễu xung quanh

 Sử dụng tính phân cực của anten phát và thu một cách khéo léo Phương pháp này hiệu quả nhất khi đặc điểm của các ellip phân cực giữa tín hiệu hữu ích và nhiễu rất khác biệt, như trong trường hợp của hiện tượng khí tượng hoặc bề mặtbiển

 Áp dụng chọn lọc góc nhìn: Tạo ra một 'khe lõm' trong mô hình thu sóng ở những hướng có địa hình lớn

Chọn lọc theo góc: Hình thành khe lõm trong giản đồ hướng thu ở hướng có địa vật lớn.

b) Chế áp nhiễu tiêu cực trong hệ thống xử lý tín hiệu thu dựa trên sự khác nhau về

Phân biệt tần số của tín hiệu phản xạ từ mục tiêu so với nhiễu dựa vào sự khác biệt về tốc độ Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống radar, tạo ra một hệ thống chống nhiễu tiêu cực hiệu quả, thường được gọi là hệ thống tách mục tiêu di động

 Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả chống nhiễu tiêu cực tối ưu cho các đài radar, việc kết hợp tất cả các phương pháp trên là cần thiết

2.2 Chọn cấu trúc tín hiệu phát xạ khi có nhiễu tiêu cực

Việc chọn lựa cấu trúc tín hiệu phát xạ phù hợp là bước then chốt để tăng cường khảnăng chống lại nhiễu tiêu cực trong hệ thống radar

Có hai yếu tố quan trọng cần xem xét để nâng cao hiệu quả chống nhiễu:

1 Phân biệt mục tiêu dựa vào tọa độ góc, bao gồm cả hướng và độ nghiêng

2 Phân biệt dựa trên khoảng cách và tốc độ hướng tâm, hoặc dựa trên tần sốDoppler

Sự phân biệt theo tọa độ góc chủ yếu phụ thuộc vào thiết kế của hệ thống anten vàbước sóng mà đài radar hoạt động Ngược lại, khả năng phân biệt theo cự ly và tốc độhướng tâm liên quan mật thiết đến cấu trúc của tín hiệu phản xạ Điều này có thể đượchiểu thông qua việc xem xét các dạng vật thể không xác định của tín hiệu phản xạ Ví

dụ về một số dạng phổ biến của tín hiệu không xác định có thể được mô tả như sau:

Hình 1:Giản đồ bất định của một số loại tín hiệu

1 Sử dụng tín hiệu xung đơn dải hẹp thì không đảm bảo khả năng phân biệt cao đồng thời theo cự ly(𝛿𝑅 và theo tốc độ hướng tâm( )) 𝛿𝑉 𝑟, vì có:

𝛿𝑅 ~𝜏𝑥 𝛿𝑓 ~1

𝜏 𝑥

2 Nếu phát xạ tín hiệu xung đơn dải rộng (giả tạp) độ rộng 𝜏𝑥 thì trong tuyến thucần có bộ lọc tối ưu để biến đổi tín hiệu phản xạ thu được thành xung hẹp có độrộng:

a) Tín hiệu dưới dạng chum tương can M xung đơn vô tuyến( có độ rộng 𝜏𝑥, chu

kỳ lặp T1) dải hẹp hoặc dải rộng khi độ rộng của chum MT1> 𝜏𝑛, đảm bảo khảnăng phân biệt rất cao đồng thời về cả cự ly và tần số Trong trường hợp này,khả năng phân biệt của radar theo cự ly quyết định bởi độ rộng xung đơn trongchùm (nếu xung dải rộng thì quyết định bởi độ rộng xung sau khi nén 𝜏𝑛 𝑛 é ),còn khả năng phân biệt của đài radar theo doppler quyết định bởi độ rộng của

cả chùm

 Ưu điểm của chùm xung tương can so với tín hiệu xung đơn dải rộng có độ lớn

là không có các bướu cạnh ở đầu ra bộ lọc khi chu kỳ lặp lại của các xung trongchùm (T1) lớn hơn 𝜏𝑛

 Khuyết điểm chính của việc ứng dụng tín hiệu dạng chùm xung tương can là

tính đa trị đo cự ly và tốc độ ( do vật thể bất định có nhiều đỉnh như hình dướiđây)

Hình 2:Giản đồ bất định và thiết diện chính của vật thể bất định chùm xương

tương can

Tính tương can của các xung trong chùm thường đảm bảo dưới các dạng sau:

- Tương can trong thực tế: Đài radar phát xạ dãy các xung vô tuyến tương can vớinhau

- Tương can trong tương đương: Đài radar phát xạ dãy các xung vô tuyến có phađầu ngẫu nhiên Pha đầu ngẫu nhiên đó của xung phát xạ được nhớ trong suốtthời gian bằng chu kỳ lặp lại của xung phát và bị loại trừ khi xử lý tín hiệu phản

xạ.

- Tương can ngoài: Tin tức về pha đầu ngẫu nhiên của xung phát được lấy ra từchính tín hiệu phản xạ và được tính đến, khi xử lý tín hiệu phản xạ (dùng ngàychính tín hiệu phản xạ để định pha cho tín hiệu chuẩn, sau đó pha của tín hiệuchuẩn với tín hiệu phản xạ đã được giữ chậm 1 khoảng thời gian bằng độ rộngxung tín hiệu 𝜏𝑥).

2.3 Các phương pháp bảo đảm giá trị yêu cầu đối với tốc độ

mù thứ nhất

Tính đa trị đo tần số khi phát xạ chùm xung tương can dẫn tới xuất hiện các tốc

độ mù Mục tiêu bay với tốc độ mù sẽ bị ra đa coi là nhiễu tiêu cực nếu trong radar đókhông có biện pháp chống tốc độ mù

Hiện tại để đảm bảo giá trị yêu cầu của tốc độ mù thứ nhất thường dùng các biệnpháp sau:

- Tăng bước sóng làm việc của dải

- Tâng tần số lặp lại của xung phát xạ

- Thay đổi tần số lặp lại của xung phát xạ trong quá trình chiếu xạ mục tiêu

- Sử dụng tín hiệu phát xạ nhiều tần số

2.3.1 Tăng bước sóng làm việc của dải

Giá trị tốc độ mù hướng tâm thứ nhất (𝑉𝑟𝑚 ù1) liên hệ với bước sóng làm việc (𝜆)của đài và tần số lặp lại của xung phát xạ (F1) theo công thức :

𝜆

𝑉𝑟𝑚 ù1 =

2 𝐹1Khi cho trước F1 có thể xác định giá trị 𝜆 yêu cầu để đảm bảo giá trị 𝑉𝑟𝑚 ù1đã

định:

2𝑉𝑟𝑚 ù1

𝜆𝑦𝑐= 𝐹1Cần lưu ý việc tăng bước sóng làm việc của đài ngoài việc dẫn tới làm tăng giá trị

𝑉𝑟𝑚 ù1ra còn ảnh hưởng tới :

a) Làm giảm độ chính xác do tốc độ hướng tâm ( hoặc doppler) của mục tiêu Chẳng hạn, đối với chùm xung tương can đường bao vuông, sai số

trung

bình bình phương giới hạn đo tốc độ hướng tâm bằng :

2

𝜆

2𝑀

𝑇1c) Làm giảm khả năng phân biệt theo tọa độ góc, vì:

𝜆

𝛿𝜃 = 𝐼𝑎 ( )𝑟𝑎𝑑d) Giảm độ phân tán trung bình bình phương tần số Doppler trong phổ tínhiệu phản xạ từ nguồn nhiễu tiêu cực, gây ra bởi sự dịch chuyển (xáođộng )vị trí đối với nhau của các phần tử phản xạ nguyên tố trong thể tíchxung:

f) Giảm tổn hao trong khí quyển

g) Giảm giá trị bề mặt phản xạ hiệu dụng của vật thể khí tượng

1

~(

𝜎 )4𝜆

 Ở đây 1- kích thước thẳng của vật thể khí tượng

h) Tăng giá trị bề mặt phản xạ hiệu dụng của mục tiêu do xuất hiện phản xạcộng hưởng từ các phần tử của mục tiêu mà kích thước của chúng so đượcvới bước song

i) Giảm cự ly phát hiện mục tiêu bay thấp khi lợi dụng phản xạ sóng điện từ

từ mặt đất

2.3.2 Phát xạ tuần tự các chùm xung có tần số lặp lại khác nhau

Khi cho trước giá trị bước sóng làm việc của đài có thể xác định được giá trị yêu cầu của tần số lặp lại để đảm bảo giá trị 𝑉𝑟𝑚 ù1đã địn

2𝑉𝑚 ù1

𝐹𝑙𝑦𝑐 =

𝜆Giá trị F1 thỏa mãn điều kiện đảm bảo giá trị yêu cầu tốc độ mù thứ nhất, tình theocông thức trên, thường không thỏa mãn điều kiện đảm bảo đo đơn trị cự ly, vì vậy cầnphải có biện pháp loại trừ tính đa trị cự ly Một trong những biện pháp đó là đài radarphát xạ tuần tự các chùm xung có tần số lặp lại khác nhau

Xét trường hợp sử dụng 2 tần số lặp lại 𝐹𝑙 1và 𝐹𝑙 2 𝐹𝑙 1 được chọn từ điều kiện đảmbảo giá trị yêu cầu đối với tốc độ mù thứ nhất

𝑟 𝑟

𝑟 𝑟

Hình 3:Minh họa nguyên lý khắc phục đa trị đo cự ly khi sử dụng 2 tần số lặp lại

Khi radar phát xạ xung với tần số 𝐹𝑙 1 thì thời gian giữ chậm thực của tín hiệu phản xạ bằng :

𝑡𝑟𝑡ℎự𝑐 = 𝑖𝑇𝑙1 + 𝑡′ , 𝑖 ≤ 𝑛Trong đó 𝑡′ - thời gian giữ chậm tín hiệu phản xạ so với thời điểm bức xạ xung phátmới nhất (hình 3a)

Tương tự, khi radar phát xạ xung với tần số lặp lại 𝐹𝑙 2 𝑡ℎì

𝑡𝑟𝑡ℎự𝑐 = 𝑘𝑇𝑙2 + 𝑡′′ , 𝑘 ≤ 𝑛 − 1Trong đó 𝑡′′- thời gian giữ chậm tín hiệu phản xạ so với thời điểm bức xạ xung phátmới nhất (hình3b)

Tín hiệu phản xạ thu được từ hai kênh (ứng với 𝐹𝑙 1 và 𝐹𝑙 2 )cần đưa tới sơ đồ trùng vớinhịp làm trùng đúng bằng 𝐹𝑙𝑡𝑑rồi tới hiện sóng nhìn vòng (xung kích phát đường quéthiện sóng nhìn vòng cũng với 𝐹𝑙𝑡𝑑− ℎì ℎ 𝑛 3 )𝑐

2.3.3 Thay đổi tần số lặp lại của xung phát xạ trong quá trình chiếu xạ mục

tiêu

Có thể đảm bảo giá trị yêu cầu của tốc độ mù thứ nhất bằng cách thay đổi tần sốlặp lại của xung phát xạ trong quá trình chiếu xạ mục tiêu, theo kiểu kích phát khôngđối xứng như hình

Hình 4:Chuỗi xung kích phát không đối xứng chu kỳ 2𝑇𝑙0

Hình trên là chuỗi xung kích phát tuần hoàn với chu kỳ 2𝑇𝑙 0, trong mỗi chu kỳbức xạ 2 xung cách nhau 1 khoảng thời gian bằng 𝑇𝑙 1 ≠ 𝑇𝑙 0 Có thể hình thành chuỗixung này bằng sơ đồ hình dưới đây

Hình 5:Sơ đồ điện áp quá trình tạo chuỗi xung kích phát không đối xứng

Trong đó: k và n là 2 số nguyên dương không có ước số chung.

Fđ1 vàFđ2 − lượng dịch tần doppler trong tín hiệu phản xạ tương ứng với 2 tần

𝑘 = 𝑓1, có thể chọn f1 và f2 sao cho k-n=1 khi đó ta có :

Biểu thức trên cho thấy, xét theo điều kiện xuất hiện tốc độ mù thì radar phát xạ tín hiệu 2 tần số tương đương như radar phát xạ 1 tần số mang ∆ = 1 − 2𝑓 𝑓 𝑓

Ngoài việc đảm bảo tăng giá trị tốc độ mù thứ nhất, việc phát xạ tín hiệu 2 tần số còn có ưu điểm:

- Giảm được tổn hao do thăng giáng khi phát hiện mục tiêu

- Tăng được khả năng chống nhiễu tích cực cho đài

2.4 Phân loại các hệ thống tách mục tiêu di động

(HTTMTDĐ)

Có thê phân loại các HTTMTDĐ theo các dấu hiệu sau:

1 Theo phương pháp đảm bảo tính tương can của các xung trong chùm:

- HTTMTDĐ tương can trong thật sự

- HTTMTDĐ tương can tương đương

- HTTMTDĐ tương can ngoài

2 Theo miền tần số, tại đó thực hiện lọc chặn nhiễu tiêu cực:

- HTTMTDĐ kiểu lọc- tương quan

4 Theo phương pháp xử lý tín hiệu

- HTTMTDĐ tương tự

- HTTMTDĐ số

- HTTMTDĐ tương tự - số

- HTTMTDĐ kiểu quang học