Cùng với sự phát triển của kinh tế thì việc củng cố anninh quốc phòng quốc gia là vô cùng quan trọng, đặc biệt là sự ra đời của các loạivũ khí tối tân thì radar là một thiết b
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI HỌC VIỆN HÀNG KHÔNG VIỆT NAM TIỂU LUẬN MÔN HỌC (HỆ THỐNG ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN HÀNG KHÔNG) ĐỀ TÀI: ĐẶC ĐIỂM XÂY DỰNG ĐÀI RADAR ĐO 3 TỌA ĐỘ Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Hồng Dũng Học viên thực hiện: Nguyễn Trần Cẩm Tiên Lớp: 20ĐHĐT02 MSSV: 2053020105 TP Hồ Chí Minh, tháng 011 năm 2023 LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn Học viện Hàng không Việt Nam, khoa Điện – Điện tử đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất và tài liệu tốt nhất trong suốt quá trình học tập của lớp Chân thành cảm ơn thầy: Phạm Hồng Dũng đã tận tình hướng dẫn và truyền dạy những kiến thức quý báu trong chương trình học, chia sẻ kinh nghiệm của thầy cho bài tiểu luận của tôi hoàn thành được thuận lợi Cảm ơn các bạn trong lớp đã nhiệt tình trao đổi, đóng góp ý kiến và cung cấp tài liệu giúp cho bài tiểu luận hoàn thành đúng thời gian quy định Vì điều kiện thời gian tìm hiểu có giới hạn và sự kiện trong đề tài đã trải qua nhiều năm nên việc tìm kiếm thông tin còn gặp nhiều khó khăn, mặc dù đã cố gắng nhưng đề tài có thể còn nhiều thiếu sót, chưa đi sâu phân tích hết các khía cạnh, chi tiết có liên quan Kính mong Thầy cho ý kiến đóng góp thêm để đề tài được hoàn thiện hơn Hy vọng sau khi hoàn thành, đề tài có thể giúp góp một phần nào đó hoàn thiện nhận thức của mỗi cá nhân và nâng cao vốn hiểu biết của mình về đặc điểm xây dựng đài radar đo 3 tọa độ từ đó có thể vận dụng một cách hiệu quả cho quá trình học tập và làm việc sau này Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy và các bạn đã nhiệt tình hỗ trợ tôi hoàn thành bài tiểu luận NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1 2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .1 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1 4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ RADAR 2 1.1 Khái niệm về Radar .2 1.2 Nguyên lý hoạt động .2 1.3 Phân loại Radar 3 1.3.1 Theo yêu cầu chiến thuật 3 1.3.2 Theo yêu cầu kỹ thuật 3 1.4 Vai trò của radar trong thực tế .3 CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CỦA RADAR 3 2.1 Các phương pháp đo cự li 4 2.1.1 Phương pháp đo cự ly bằng pha .4 2.1.2 Phương pháp đo cự ly bằng tần số 6 2.1.3 Đo cự ly mục tiêu bằng phương pháp xung 7 2.2 Các phương pháp đo tọa độ góc (góc phương vị) trong radar xung 12 2.2.1 Đo tọa độ góc phương vị bằng phương pháp pha trong radar xung .13 2.2.2 Đo tọa độ góc phương vị bằng phương pháp biên độ trong radar xung 15 2.2.3 Đo tọa độ góc bằng phương pháp biên độ - pha trong radar xung .16 CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG ĐÀI RADAR ĐO 3 TỌA ĐỘ NHỜ QUÉT BÚP SÓNG THEO TẦN SỐ 18 3.1 Các phương pháp đo độ cao của radar 18 3.1.1 Phương pháp cánh sóng chữ V .18 3.1.2 Phương pháp ga-nhi-ô-met 19 3.1.3 Phương pháp dùng nhiều búp sóng thu song song trong mặt phẳng thẳng đứng 20 3.1.4 Phương pháp đo bằng đài radar có chúc ngẩng cơ khí búp sóng hẹp trong mặt phẳng thẳng đứng 20 3.1.5 Phương pháp điện tử điều khiển búp sóng trong mặt phẳng thẳng đứng .20 3.2 Nguyên lý hoạt động của đài radar điều khiển búp sóng theo tần số 21 3.3 Nguyên lý cấu tạo hệ thống anten đài radar quét búp sóng theo tần số .24 3.4 Hệ thống hình thành tín hiệu phát xạ của radar quét búp sóng theo tần số 26 3.5 Đặc điểm cầu tạo của hệ thống xử lý tín hiệu phản xạ 26 3.6 Đặc điểm hình thành vùng quan sát của radar quét búp sóng theo tần số 29 3.7 Những ưu nhược điểm cả radar quét búp sóng theo tần số 30 BÀI TẬP 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 33 MỞ ĐẦU 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Sự phát triển của ngành hàng không ở Việt Nam nói riêng cũng như ở trên Thế Giới nói chung đã diễn ra với tốc độ nhanh chóng, điều đó đã được minh chứng qua phát biểu của Nguyên Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải - ông Nguyễn Văn Thể tại buổi lễ kỷ niệm 40 năm ngày thành lập Học viện Hàng không Việt Nam “Giao thông là mạch máu của nền kinh tế, kinh tế phát triển thì đất nước mới vững mạnh Hàng không nước nhà là chiếc cầu nối giao lưu kinh tế, văn hóa, xã hội giữa các nước, các khu vực với nhau trở nên thuận tiện và nhanh chóng, là kim chỉ nam của ngành giao thông vận tải” Cùng với sự phát triển của kinh tế thì việc củng cố an ninh quốc phòng quốc gia là vô cùng quan trọng, đặc biệt là sự ra đời của các loại vũ khí tối tân thì radar là một thiết bị thiết yếu và không thể tách rời, với chức năng là một thiết bị dùng sóng vô tuyến để sử dụng trong việc liên lạc, đảm bảo nhận được tin tức từ những mục tiêu nhờ việc thu phát và phân tích sóng vô tuyến Đối với các loại radar thế hệ cũ thì có thể nhờ vào việc phân tích sóng vô tuyến của mục tiêu gửi về và xác định được 2 tọa độ phương vị và cự ly mà độ cao phải xác định bằng độ cao của chính đài đó Nhưng với sự tiến bộ vượt bật của công nghệ hiện đại thì nước ta áp dụng và cấp phép các đài radar xây dựng những đài radar xác định được 3 tọa độ Nhận thấy được sự ứng dụng rộng rãi và cũng như tầm quan trọng đối với đất nước nói chung và ngành hàng không nói riêng, học viên thực hiện tiểu luận đề tài: “Đặc điểm xây dựng đài radar đo 3 tọa độ” để nghiên cứu và phân tích rõ hơn những phương pháp đo các tọa độ và đặc điểm xây dựng đài radar đo 3 tọa độ, góp phần mở rộng thêm các thông tin, kiến thức và tính ứng dụng thực tế 2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Nâng cao nhận thức chung, nắm bắt rõ các đặc điểm xây dựng đài radar đo 3 tọa độ Từ đó học viên tích lũy được hệ thống kiến thức và áp dụng được vào thực tế trong quá trình học tập và công tác 3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Page | 1 Đối tượng nghiên cứu: Đề tài nghiên cứu đặc điểm xây dựng đài radar đo 3 tọa độ Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn ở đặc điểm xây dựng đài radar đo 3 tọa độ Đề tài không nghiên cứu các loại radar khác 4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Tiểu luận sử dụng kết hợp các phương pháp nghiên cứu như: phương pháp so sánh, phương pháp phân tích tổng hợp, kết hợp với việc thu thập và xử lý những tài liệu này giúp người nghiên cứu có cái nhìn tổng quát và đúng đắn hơn về vấn đề nghiên cứu CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ RADAR 1.1 Khái niệm về Radar - Radar là một loại phương tiện định vị dựa trên sự phản xạ của sóng điện từ khi gặp mục tiêu trên đường truyền nhằm phát hiện và đo khoảng cách, phương vị và độ cao của mục tiêu Được sử dụng phổ biến trong hàng hải, hàng không và quân sự - Mục tiêu của radar bao gồm tất cả những vật thể có khả năng phản xạ lại sóng điện từ mà radar phát đi trong không gian quan sát của hệ thống radar 1.2 Nguyên lý hoạt động - Radar sẽ phát 1 loại sóng vô tuyến (chứa tín hiệu hỏi) vào không gian trong vùng quan sát của radar, khi gặp các mục tiêu (máy bay) trên đường truyền và mục tiêu sẽ phản xạ lại 1 loại sóng vô tuyến (chứa tín hiệu trả lời) trong một khoảng thời gian quy định 1.3 Phân loại Radar 1.3.1 Theo yêu cầu chiến thuật - Radar phát hiện tầm xa - Radar dẫn đường - Radar phát hiện mục tiêu thấp - Radar chuyên dụng 1.3.2 Theo yêu cầu kỹ thuật - Phương pháp radar: + Radar chủ động trả lời chủ động + Radar chủ động trả lời thụ động + Radar thụ động - Phương pháp đo cự ly: + Radar bức xạ xung + Radar bức xạ liên tục 1.4 Vai trò của radar trong thực tế - Radar đóng vai trò quan trọng trong ngành hàng không, hàng hải và dẫn sự lẫn quốc phòng - Trong dự báo thời tiết: có thể dự báo được lượng mưa và sức gió - Ngoài ra radar còn có một số ứng dụng như: đo nhiệt độ, áp suất,… CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CỦA RADAR Hệ thống radar hoạt động dựa trên nguyên lý dao động và lan truyền của sóng điện từ, nhiệm vụ chính của đài radar là phát hiện và đo đạc các tham số của mục tiêu như cự ly, phương vị, độ cao, tốc độ, ngoài ra còn phân biệt được máy bay của ta hay máy bay lạ Các tham số này phụ thuộc rất nhiều vào địa hình, thời tiết, … Bởi sự ảnh hưởng của các yếu tố khách quan mà đôi khi các thông tin nhận được có sự sai số nhất định Vì vậy chúng ta có những phương pháp đo các tham số của mục tiêu một cách tối ưu nhất 2.1 Các phương pháp đo cự li Trong môi trường đồng nhất và đẳng hướng, sóng điện từ truyền theo đường thẳng với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng c Tín hiệu phản xạ về đài bị giữ chậm lại so với tín hiệu phát xạ một thời gian tr do truyền trên quãng đường 2r (từ đài đến mục tiêu và trở về) tr 2rr c Nếu trên mục tiêu có đặt máy trả lời, thời gian giữ chậm của tín hiệu trả lời: t r 2rr τ τ cc ( c : Thời gian chậm của tín hiệu trong mạch máy trả lời) Như vậy, thực chất của việc xác định cự ly bằng ra đa là đo thời gian giữ tr chậm Từ tr 2rc rctr Ta rút ra được công thức đo cự ly 2 Tuy nhiên do tính chất của môi trường truyền sóng như trong quỹ đạo truyền sóng sóng sẽ bị ảnh hưởng do độ cong mặt đất, do có sự phản xạ từ mặt đất, do ảnh hưởng của khí quyễn , và các biện pháp kỹ thuật của đài ra đa mà giá trị đo cự ly có một sai số nhất định Để có thể xác định sai số trong các phương pháp đo cự ly, trước hết phải chia cự ly phát hiện của đài radar thành từng phần rất nhỏ , hay nói cách khác là ta lấy vi phân toàn phần của cự ly đó, nghĩa là từ phương trình của hàm cự ly ctr : r 2 Trong thực tế để đo cự ly người ta đã sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để đo thời gian giữ chậm tr Căn cứ vào các phương pháp đo thời gian giữ chậm tr , người ta phân chia ra những phương pháp đo cự ly : đo cự ly bằng phương pháp pha, phương pháp tần số tần số và phương pháp xung xung 2.1.1 Phương pháp đo cự ly bằng pha Cự ly được xác định bởi hiệu pha sóng phát xạ và phản xạ Hình: Đo cự ly bằng phương pháp pha Trong phương pháp này việc đo cự ly của mục tiêu được tương ứng với việc đo độ dịch pha r = ωc c tr của dao động tín hiệu nhận được so với dao động của máy phát tần số chuẩn ωc c Mặt khác độ chính xác đo cự ly còn phụ thuộc vào tần số của dao động chuẩn nên khi giảm tần số chuẩn ωc c độ chính xác đo cự ly giảm (sai số pha kế giữ nguyên) Vì vậy trong các hệ thống pha người ta thường dùng một vài tần số chuẩn, tức là dùng phương pháp nhiều thang để thay đổi tần số chuẩn cho phù hợp Nghĩa là khi thay đổi một tần số chuẩn thì ta sẽ được một tần số hiệu khác nhau, làm cho việc đo cự ly sẽ có nhiều kết quả hơn dẫn đến xác suất đo sẽ chính xác hơn, đây chính là ưu điểm của việc đo cụ ly bằng phương pháp pha Nhược điểm của phương pháp pha: Hệ thống đo cự ly bằng phương pháp pha dùng bức xạ sóng điện từ liên tục nên sóng phản xạ trở về cũng liên tục, các tín hiệu của các mục tiêu ở các cự ly khác nhau đều phản xạ trở về chồng lên nhau tạo nên ở đầu vào máy thu một tín hiệu tổng hợp phức tạp không thể tách riêng thành từng tín hiệu triêng rẽ (trừ trường hợp có mục tiêu mà biên độ tín hiệu phản xạ trở về đầu vào máy thu đài radar lớn hơn hẳn các tín hiệu phản xạ khác) nên không thể phân biệt các mục tiêu này theo cự ly được Do đó để khắc phục nhược điểm này, trong phương pháp pha để phân biệt được tín hiệu của các mục tiêu di động so với đài người ta dựa vào hiệu ứng dopler, lúc này tần số của tín hiệu nhận được khác với tần số của sóng bức xạ một lượng dịch tần dopler, độ dịch tần này do mục tiêu