ứng dụng kỹ thuật nén xung trong hệ thống radar theo dõi mục tiêu

NGUYỄN TRUNG HIẾU Trang 4 LỜI CAM ĐOANTôi cam đoan đề án thạc sĩ kỹ thuật “ỨNG DỤNG KỸ THUẬT NÉN XUNGTRONG HỆ THỐNG RADAR THEO DÕI MỤC TIÊU” do tơi nghiên cứu, tổng hợp vàthực hiện.Tồn

Lê Xuân Thành

ỨNG DỤNG KỸ THUẬT NÉN XUNG TRONG HỆ THỐNG

RADAR THEO DÕI MỤC TIÊU

ĐỀ ÁN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KỸ THUẬT

(Theo định hướng ứng dụng)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-Lê Xuân Thành

ỨNG DỤNG KỸ THUẬT NÉN XUNG TRONG HỆ THỐNG

RADAR THEO DÕI MỤC TIÊU

CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đề án thạc sĩ kỹ thuật “ỨNG DỤNG KỸ THUẬT NÉN XUNGTRONG HỆ THỐNG RADAR THEO DÕI MỤC TIÊU” do tôi nghiên cứu, tổng hợp vàthực hiện

Toàn bộ nội dung trong đề án tốt nghiệp, những điều được trình bày là của chính cánhân tôi hoặc là được tham khảo, tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau Tất cả các tàiliệu tham khảo, tổng hợp được trích xuất với nguồn gốc rõ ràng Các số liệu, kết quả nêutrong đề án tốt nghiệp là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trìnhnào khác

Hà Nội, ngày 15 tháng 05 năm 2024

Học viên thực hiện đề án

Lê Xuân Thành

MỤC LỤC

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC CÁC BẢNG iv

DANH MỤC CÁC HÌNH v

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU DẢI RỘNG 2

1.1 Tổng quan hệ thống radar 2

1.1.1 Phân loại radar và các thành phần cơ bản của radar 2

1.1.2 Cự ly phát hiện (R) 4

1.1.3 Độ phân biệt cự ly (DR) 6

1.1.4 Tần số doppler 7

1.2 Đặc trưng cơ bản của tín hiệu dải rộng 8

1.3 Các dạng tín hiệu dải rộng sử dụng trong radar xung 9

1.3.1 Tín hiệu xung đơn 9

1.3.2 Tín hiệu điều tần tuyến tính (LFM) 12

1.3.3 Tín hiệu mã hai pha 15

1.3.4 Lựa chọn tín hiệu 19

Chương 2: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NÉN XUNG 21

2.1 Các giải pháp nén tín hiệu dải rộng 21

2.1.1 Nén tín hiệu dải rộng theo thời gian 21

2.1.2 Nén tín hiệu dải rộng theo tần số 22

2.2 Các phương pháp xử lý tín hiệu dải rộng trong radar 23

2.2.1 Xử lý bằng bộ lọc phối hợp tín hiệu radar 23

2.2.2 Xử lý bằng bộ tương quan nhiều kênh 27

2.3 Ưu nhược điểm của các phương pháp xử lý 30

Chương 3: MÔ PHỎNG VÀ TRIỂN KHAI THỰC TẾ 31

3.1 Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống radar sử dụng phát tín hiệu dải rộng và thu xử lý nén xung 31

3.2 Triển khai thực tế khối xử lý nén xung 35

3.2.1 Khối nén xung 35

3.2.2 Kiểm tra khối nén xung 37

3.3 Đánh giá kết quả và các giải pháp cải thiện hệ thống 41

KẾT LUẬN 44

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

PHỤ LỤC 46

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT

IP CORE Intellectual Property Core Khối chức năng xây dựng trên FPGA được đóng gói và tái sử

dụng

TCP/IP Transmission Control Protocol/ Internet Protocol Giao thức truyền dữ liệu giữa cácthiết bị mạng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1: So sánh đặc tính các loại tín hiệu 27

Bảng 2: So sánh ưu nhược điểm các phương pháp nén xung 36

Bảng 3: Mô tả tín hiệu vào, ra khối nén xung 41

Bảng 4: Kết quả đo đạc các chỉ tiêu sau nén xung 46

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1 Một số loại Radar trên mặt đất 10

Hình 2 Phân loại radar theo các phương pháp phát hiện mục tiêu 11

Hình 3 Phân loại các mục tiêu radar 11

Hình 4 Sơ đồ khối radar xung đơn giản 12

Hình 5 Dãy xung phát và thu radar 13

Hình 6 (a) Không phân biệt được mục tiêu (b) Phân biệt được mục tiêu 14

Hình 7 Minh họa tác động mục tiêu chuyển động lên các xung 15

Hình 8 Phổ của tín hiệu thu 16

Hình 9 Tín hiệu xung đơn 17

Hình 10 Vật thể bất định 3D của xung đơn có độ rộng τ’ = 2s 18

Hình 11 Hàm bất định xung đơn theo lát cắt ngang 18

Hình 12 Hàm bất định xung đơn lát cắt theo trục tần số doppler (zero delay) 18

Hình 13 Hàm bất định xung đơn lát cắt theo trục thời gian (zero dopper) 19

Hình 14 Dạng tín hiệu LFM (a) Tăng tần, (b) giảm tần 20

Hình 15 Vật thể bất định 3D của tín hiệu LFM có độ rộng τ’ = 1s và băng thông 10 Hz .21 Hình 16 Hàm bất định của tín hiệu LFM theo lát cắt ngang 21

Hình 17 Hàm bất định của tín hiệu LFM lát cắt theo trục thời gian (zero Doppler) 21

Hình 18 Hàm bất định của tín hiệu LFM lát cắt theo trục tần số doppler (zero delay) 22

Hình 19 Phổ của tín hiệu LFM 22

Hình 20 Tín hiệu mã Baker 13 vị trí và đầu ra bộ nén xung 23

Hình 21 Vật thể bất định 3D của mã Baker 13 24

Hình 22 Hàm bất định của mã B13 theo lát cắt ngang 24

Hình 23 Hàm bất định của mã B13 lát cắt theo trục tần số doppler (zero delay) 24

Hình 24 Hàm bất định của mã B13 lát cắt theo trục thời gian (zero Doppler) 25

Hình 25 Danh sách 07 bộ mã Baker 25

Hình 26 Sơ đồ mạch tạo chuỗi mã M 26

Hình 27 Tín hiệu mã M 15 vị trí 26

Hình 28 (a) tín hiệu phức tạp u(t) độ rộng T 28

Hình 29 Tín hiệu đầu vào Uin 29

Hình 30 (a) bộ xử lý nén xung trên miền thời gian 30

Hình 31 Biểu diễn tín hiệu nén xung trên miền thời gian và tần số 30

Hình 32 Dạng tín hiệu và đặc tuyến xung cần có của BLPH 32

Hình 33 Bộ lọc dùng cho tín hiệu có pha ban đầu và biên độ ngẫu nhiên 32

Hình 34 Dạng đặc tuyến biên độ-tần số (a) và đặc tuyến pha-tần số của BLPH (b) 33

Hình 35 Sơ đồ máy thu nhiều kênh 34

Hình 36 Sơ đồ máy thu tương quan sử dụng FFT 34

Hình 37 Đầu ra của bộ xử lý tương quan khi dùng liên hợp phức FFT 35

Hình 38 Bộ nén xung tín hiệu LFM 37

Hình 39 Tín hiệu phát LFM 38

Hình 40 Tín hiệu mục tiêu phản hồi 38

Hình 41 Tín hiệu sau khối nén xung của 4 mục tiêu 39

Hình 42 Công suất các tín hiệu sau nén 39

Hình 43 Các đặc tính của các hàm cửa sổ thông dụng 40

Hình 44 Các IO khối nén xung 40

Hình 45 Sơ đồ khối nén xung triển khai thực tế trên DSP Buider 40

Hình 46 Mô tả khối nén xung 41

Hình 47 Sơ đồ ghép nối kiểm tra khối nén xung trên kit DE4 42

Hình 48 Mô hình kiểm tra đánh giá khối nén xung 42

Hình 49 Giao diện phần mềm điều khiển, giám sát trên PC 43

Hình 50 Các Block RAM lưu trữ dữ liệu đầu vào 44

Hình 51 Khối decode dữ liệu đầu vào 44

Hình 52 Khối lưu và nhận dữ liệu trên SignalTap xây dựng trên DSP Builder 45

Hình 53 Các tín hiệu data in khối nén xung 46

Hình 54 Các tín hiệu data ref khối nén xung 46

Hình 55 Kết quả sau nén xung 46

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật công nghệ, một loạtcác phương tiện bay với các kích cỡ khác nhau ra đời Vì vậy đòi hỏi các hệ thốngradar phải được phát triển, áp dụng những nguyên lý kỹ thuật hiện đại để có khảnăng phát hiện được mục tiêu trong các điều kiện có nhiễu tự nhiên và nhiễu nhântạo Một trong các giải pháp đã và đang được áp dụng phát triển hiện nay là sử dụngđài radar phát - thu tín hiệu dải rộng hay tín hiệu giả tạp và xử lý nén xung

Việc sử dụng tín hiệu dải rộng có rất nhiều những ưu điểm so với tín hiệu đơngiản như tăng nguồn năng lượng phát nhưng không tăng công suất xung do đó tăng

cự ly phát hiện Sử dụng kỹ thuật thu nén xung làm tăng khả năng phân biệt, điềunày dẫn tới tăng khả năng chống nhiễu tiêu cực dạng phân bố, ngoài ra dùng tínhiệu dải rộng sẽ làm tăng đáng kể khả năng hoạt động của đài radar trong điều kiện

có nhiễu tích cực, với các ưu việt trên đối với các hệ thống radar hiện đại đều đượcthiết kế chế tạo trên cơ sở áp dụng tín hiệu phát xạ dải rộng và thu xử lý nén xung

Do đó em chọn đề “Ứng dụng kỹ thuật nén xung trong hệ thống radar theo dõi mụctiêu”

Đề án tập trung giải quyết vấn đề nghiên cứu cơ sở lý thuyết về tín hiệu dảirộng và kỹ thuật nén xung, triển khai khối nén xung trên nền tảng FPGA, sau đókiểm chứng hiệu quả nén với trường hợp có nhiễu và không có nhiễu, đánh giá hiệusuất nén, mức búp phụ trong xung nén và đề xuất các giải pháp cải thiện hiệu quảnén xung

Em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Trung Hiếu, Khoa Kỹ thuật Điện tử 1,Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã tận tình hướng dẫn giúp em hoànthành đề án này

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ TÍN HIỆU DẢI RỘNG

1.1. Tổng quan hệ thống radar

1.1.1 Phân loại radar và các thành phần cơ bản của radar

Radar là tên viết tắt của RAdio Detection And Ranging (sự phát hiện và đo đạcbằng sóng vô tuyến) Các hệ thống radar sử dụng dạng sóng điều chế và anten địnhhướng phát năng lượng điện từ vào trong không gian để tìm kiếm mục tiêu Mụctiêu sẽ phản xạ một phần năng lượng này trở lại đài radar Các tín hiệu phản xạ nàyđược radar thu và xử lý để lấy ra thông tin về mục tiêu được phát hiện như cự ly,vận tốc, tọa độ góc và các đặc điểm nhận dạng khác của mục tiêu

Radar có thể phân loại theo chức năng và nhiệm vụ gồm: Radar khí tượng,radar cảnh giới, radar bám mục tiêu, radar điều khiển hoả lực, radar tránh địa vật …

và cũng có thể phân loại theo vị trí: Radar mặt đất, radar trên máy bay, radar vệ tinhhoặc các hệ thống radar trên tàu biển

Radar cảnh giới AN/TPS-75 Radar điều khiển vũ khí AN/TPQ-53

Radar giám sát sân bay ASR-9 Radar khí tượng WSR-88D

Hình 1 Một số loại Radar trên mặt đất

Radar cũng có thể được phân loại theo những đặc trưng riêng của radar, nhưdải tần số, kiểu loại anten và dạng sóng sử dụng, phương pháp phát hiện mục tiêu.

Phương pháp phát hiện mục tiêu radar

Phương pháp sử

dụng phản hồi

chủ động

Phương pháp phát thụ động mục tiêu radar

Các hệ thống đáp

ứng chủ động

Phương pháp phát chủ động mục tiêu radar

Phương pháp sử dụng cảm biến Các hệ thống IFF

Radar xung doppler

Radar sóng liên lục

Phương pháp sử dụng đặc tính tín hiệu thu

Hình 2 Phân loại radar theo các phương pháp phát hiện mục tiêu

Mục tiêu radar

Mục tiêu điểm

Mục tiêu phân bố

Mục tiêu

nhóm

Mục tiêu đơn

Dạng khối (đám mây điện từ nhân tạo)

Bề mặt (nước, rừng, cánh đồng« )

Các loại máy bay

cánh bằng

Các loại máy bay trực thăng

Các loại tên lửa có cánh

Các phương tiện mặt đất

Mục tiêu trên biển

Hình 3 Phân loại các mục tiêu radar

Hình 4 đưa ra sơ đồ khối của một radar xung đơn giản Thành phần của radarxung bao gồm:

- Khối đồng bộ: Tạo tín hiệu đồng bộ, tín hiệu kích phát đồng bộ bảo đảm liên

tục cho hệ thống

- Khối phát: Bộ tạo dạng sóng điều chế, bộ khuếch đại công suất cao đảm bảo

tạo tín hiệu công suất lớn theo yêu cầu

- Khối chuyển mạch anten: đảm bảo cho phép một anten sử dụng đồng thời 2

chế độ phát và thu Khi phát nó dẫn năng lượng điện từ của radar hướng vào anten,khi thu nó đưa tín hiệu về của radar vào máy thu

- Khối thu: gồm các bộ khuếch đại máy thu, các bộ lọc đảm bảo hệ số khuếch

đại, hệ số chọn lọc theo yêu cầu

- Khối xử lý, hiển thị: xử lý các tín hiệu phản hồi và tách hiệu mục tiêu trên

nền nhiễu, hiển thị các thông tin tín hiệu video, và các thông số mục tiêu (cự ly,phương vị, vận tốc…) trên màn hình

Khối tạo mã

Khối đồng bộ

Khối khuếch đại công suất

Khối xử lý tín hiệu Khối máy thu

Bộ chuyển

Khối hiển thị

Hình 4 Sơ đồ khối radar xung đơn giản

Các thông số đo đạc cơ bản của radar bao gồm: thông tin về góc mục tiêu (gócphương vị, góc tà), thông tin về cự ly, thông tin về vận tốc hướng tâm (tần sốdoppler), thông tin về khả năng phân biệt (theo góc, theo cự ly và theo vận tốchướng tâm) Trong đề án này, chỉ tập trung vào các thông số đo đạc về cự ly pháthiện, độ phân biệt theo cự ly và tần số doppler

t(R) Xung thu 2

Hình 5 Dãy xung phát và thu radar

Trong mỗi chu kỳ lặp radar chỉ phát năng lượng ở τ giây và chờ tín hiệu trở

về từ mục tiêu trong thời gian còn lại của chu kỳ lặp Hệ số công suất phát trong

một chu kỳ là dp được xác định bởi tỷ số dp =

τ

T Công suất phát trung bình của

radar là:

Ptb = Pddp (1.2)Trong đó: Pd ký hiệu là công suất đỉnh

Năng lượng xung là Ex = Pdτ = P

tbT = Ptb/ Fl (1.3)Sóng về 1 từ mục tiêu ở cự ly R1 =

tiêu xa nhất trước khi xung tiếp theo được phát đi Do đó cự ly đơn trị lớn nhất phảiứng với 1 chu kỳ lặp.

4 , t là độ rộng xung Trong trường hợp này,

khi sườn sau của xung chạm mục tiêu 2 sườn trước sẽ di chuyển trễ một khoảng ct

và xung trở về tạo thành từ sự trở về của 2 mục tiêu được đưa ra trên hình 6-a Tuy

nhiên nếu 2 mục tiêu cách nhau ít nhất một lượng

cΔtτ

2 thì sườn sau của xung

chạm vào mục tiêu thứ nhất, sườn trước sẽ bắt đầu trở về từ mục tiêu thứ 2 và 2xung phân biệt đã được tạo ra như minh hoạ ở hình 6-b

4ct

tc23

Mt 2 về

Mt 1 về

Mt 2 về

Mt 1 về

ct

ct ct

Do đó độ phân biệt theo cự ly được xác định như sau:

DR=

cΔtτ

2 = 2 B cΔt (1.7)Với B là băng thông tín hiệu, theo công thức trên để đạt được độ phân biệt cự

ly tốt nhất thì độ rộng xung phải nhỏ nhất Tuy nhiên điều này dẫn tới làm giảmcông suất phát trung bình và tăng dải thông hoạt động Để phân biệt cự ly tốt nhất

mà vẫn duy trì đủ công suất phát trung bình có thể đạt được nhờ kỹ thuật nén xung

1.1.4 Tần số doppler

Radar sử dụng tần số doppler để trích xuất vận tốc xuyên tâm của mục tiêu,cũng như để phân biệt giữa các mục tiêu hoặc vật thể chuyển động và đứng yên nhưnhiễu Hiệu ứng doppler mô tả sự dịch chuyển tần số trung tâm của dạng sóng tới

do chuyển động của mục tiêu so với nguồn bức xạ

LE: Sườn trước của xung TE: Sườn sau của xung.

F / c d

Fl/c

ح LE

TE TE

TE

Hình 7 Minh họa tác động mục tiêu chuyển động lên các xung

Xét một xung phát độ rộng τ , mục tiêu di chuyển hướng vào đài với vận tốc

v, xung trả về có độ rộng τ ’, tần số lặp Fl’ ta có các liên hệ như sau:

v c

v c

'

(1.9)Tuy nhiên khi số chu kỳ không đổi thì tần số của tín hiệu phản xạ sẽ tăng lênvới hệ số như nhau Ký hiệu tần số mới là :

(1.10)

ở đây: f0 là tần số mang của tín hiệu phát Tần số doppler fd được định nghĩa làhiệu của -f0 Chính xác hơn:

(1.11)Khi v nhỏ hơn c rất nhiều thì:

(1.12)Công thức (1.12) chỉ ra rằng độ dịch tần Doppler tỷ lệ với vận tốc mục tiêu

Hình 8 Phổ của tín hiệu thu

1.2. Đặc trưng cơ bản của tín hiệu dải rộng

Để đặc trưng cho tính chất “đơn giản” hay “phức tạp” của tín hiệu thường

v c F







' 0

v c f

0 0

' 0

v c

v 2 f

f v c

v c f f

v 2

B là hệ số nén xung hay đáy của tín hiệu.

Tín hiệu đơn giản gọi là tín hiệu dải hẹp được định nghĩa là tín hiệu có đáy

xấp xỉ đơn vị B  fth* tx  1.

Tín hiệu dải rộng được định nghĩa là tín hiệu có đáy rất lớn hơn đơn vị Như

vậy tín hiệu dải rộng là tín hiệu có độ rộng phổ  fth rất lớn hơn đại lượng 1/ tx.

Các tín hiệu dải rộng có đặc điểm nổi bật là khả năng nén chúng về độ rộngxung trong các máy thu tối ưu, các máy thu tối ưu đều cho ở đầu ra nó điện áp hàm

tự tương quan của tín hiệu vào Mà hàm tự tương quan của tín hiệu thường có dạngxung, có độ rộng gần bằng thời gian tương quan t0 Theo lý thuyết của quá trình

1.3. Các dạng tín hiệu dải rộng sử dụng trong radar xung.

Khi đánh giá các đặc trưng tín hiệu radar ta xem xét các yếu tố sau:

- Phương trình biểu diễn toán học tín hiệu

- Phổ tín hiệu

- Hàm tương quan (Đáp ứng nén tín hiệu sau bộ lọc phối hợp)

- Hàm bất định và vật thể bất định của tín hiệu

- Luật điều chế trong xung

Ta xem xét tín hiệu đơn giản (tín hiệu xung đơn) và tín hiệu dải rộng (tínhiệu điều tần tuyến tính và tín hiệu điều pha) để đánh giá hiệu quả nén xung giữa tínhiệu dải rộng và tín hiệu đơn giản và giữa 2 loại điều chế tín hiệu trong tín hiệu dảirộng

1.3.1 Tín hiệu xung đơn

χ(0, f d)=|sin (π∗f d∗τ '

)

π∗f d∗τ ' |2 với |τ|<τ ' (1.20)

Hình 10 Vật thể bất định 3D của xung đơn có độ rộng τ’ = 2s

Hình 11 Hàm bất định xung đơn theo lát cắt ngang

Hình 12 Hàm bất định xung đơn lát cắt theo trục tần số doppler (zero delay)

Hình 13 Hàm bất định xung đơn lát cắt theo trục thời gian (zero dopper)

Theo lát cắt trục tần số doppler có giá trị điểm không đầu tiên tại f d¿= 1/τ ', do

đó độ phân giải tần số là 1/τ’ Với τ’ = 2, thì độ phân giải tần số bằng 0,5 Hz

Theo lát cắt trục thời gian có giá trị điểm không đầu tiên tại τ= τ '

, do đó độphân giải theo thời gian giữ chậm là τ’ Với τ’ = 2, thì độ phân giải theo thời giangiữ chậm bằng 2s

Nhận xét tín hiệu xung đơn:

- Đối với xung đơn độ phân biệt cự ly và độ phân biệt tần số doppler là giới

hạn bằng xung có độ rộng τ '

- Biên độ tín hiệu có dạng có dạng tam giác, muốn đạt biên độ mong muốn

phải tăng công suất phát làm số công suất phát trung bình bị tăng và bị hạn chế bởicông suất phát của máy phát

1.3.2 Tín hiệu điều tần tuyến tính (LFM)

Hình 14 Dạng tín hiệu LFM (a) Tăng tần, (b) giảm tần

Dạng tín hiệu phát:

f(t)=ARecΔtt(t τ) cos(2 π f0t+ μ

2t (t−τ )+ϕ0) (1.22)Biểu diễn phức của dạng tín hiệu phát:

f(t)= 1

√τ RecΔtt(t τ)× e jπ f0t ×e(jπkt2 )

(1.23)Hàm bao ngoài biểu diễn phức:

f’(t)= 1

√τ RecΔtt(t τ)× e(jπkt2 )

với k=B τ (1.24)Phổ tín hiệu :

χ(τ , f d)=¿ ¿ với |τ|<τ ' (1.27)với điều tần tuyến tính tăng

χ(τ , f d)=¿ ¿ với |τ|<τ ' (1.28)với điều tần tuyến tính giảm

Giản đồ bất định của tín hiệu điều tần tuyến tính

χ (τ , 0)=¿ ¿ với f d=0 (1.29)

χ(0, f d)=¿ ¿ với τ=0 (1.30)

Hình 15 Vật thể bất định 3D của tín hiệu LFM có độ rộng τ’ = 1s và băng thông 10 Hz

Hình 16 Hàm bất định của tín hiệu LFM theo lát cắt ngang

Hình 17 Hàm bất định của tín hiệu LFM lát cắt theo trục thời gian (zero Doppler)

Hình 18 Hàm bất định của tín hiệu LFM lát cắt theo trục tần số doppler (zero delay)

Hình 19 Phổ của tín hiệu LFM

Theo lát cắt trục tần số doppler của tín hiệu LFM có giá trị điểm không đầutiên tại fd_1st_null = 1/τ’, với τ’ = 1s độ phân giải theo tần số doppler bằng 1 Hz

Theo lát cắt trục thời gian có giá trị điểm không đầu tiên tại τ1st_null= 0,1 do đó

độ phân giải theo thời gian giữ chậm bằng 0,1s Hệ số nén tín hiệu

Nhận xét tín hiệu LFM:

- Khả năng chống nhiễu tích cực tốt do phổ tín hiệu có độ rộng lớn.

- Khả năng phân biệt về cự ly tốt hơn xung đơn Cụ thể để đạt được khả năng

phân biệt của tín hiệu điều tần tuyến tính trong trường hợp kể trên thì xung đơn phải

có độ rộng bằng 1/10 độ rộng xung điều tần tuyến tính

- Khả năng phân biệt theo tần số doppler tương đương như xung đơn.

- Nhược điểm: Có sự ràng buộc giữa cự ly và độ dịch tần Doppler dẫn tới sai

số đo cự ly khi không biết vận tốc của mục tiêu và ngược lại Lượng dịch tần

Doppler trong tín hiệu phản xạ gây ra sự dịch chuyển xung tại đầu ra bộ lọc néntheo thời gian một lượng:

Δt = (Fđ/∆ f x).τ =2Vr.τ/∆ f x.λ (1.31)

- Điều này tạo thêm một lượng sai số đo cự ly:

Δr = Vts.Δt/2 = Vts.2Vr.τ/∆ f x.λ (1.32)Với: ∆ f x là độ rộng phổ của tín hiệu xung LFM, Vts là vận tốc truyền lansóng điện từ (xấp xỉ tốc độ sóng ánh sáng) và Vr là tốc độ hướng tâm của mục tiêu

1.3.3 Tín hiệu mã hai pha

Phương trình tín hiệu:

Xét 1 xung có thời gian tồn tại xung là τ Xung được chia thành M bit có thờigian bằng nhau tb=τ/M Mỗi bit được gán 1 giá trị pha riêng Dạng đường bao phứccủa tín hiệu mã pha này có dạng:

Hình 20 Tín hiệu mã Baker 13 vị trí và đầu ra bộ nén xung

Hình 21 Vật thể bất định 3D của mã Baker 13

Hình 22 Hàm bất định của mã B13 theo lát cắt ngang

Hình 23 Hàm bất định của mã B13 lát cắt theo trục tần số doppler (zero delay)

Hình 24 Hàm bất định của mã B13 lát cắt theo trục thời gian (zero Doppler)

Hình 25 Danh sách 07 bộ mã Baker

Nhận xét mã Barker :

- Tín hiệu mã Barker hạn chế về chiều dài xung phát (chiều dài tối đa là 13),

biên độ tín hiệu sau bộ nén xung tỉ lệ với chiều dài mã do đó hạn chế về công suấtphát trung bình, giảm khả năng phát hiện khi ở cự ly lớn

- Tín hiệu mã Barker có khả năng phân biệt về cự ly tốt hơn xung đơn, khả

năng phân biệt theo tần số doppler kém hơn

- Khả năng chống nhiễu kém do biết trước bộ mã.

Mã M:

Do độ dài mã Baker hạn chế (cho đến nay người ta vẫn chưa tìm thấy một

mã Barker nào có độ dài N>13) nên độ lợi tỷ số tín/tạp bị hạn chế, điều này làmgiảm đặc tính phát hiện của radar Mặt khác, khi muốn tăng cự ly phát hiện thì phảităng độ rộng của các xung con, điều này sẽ làm giảm khả năng phân biệt theo cự lykéo theo đó là độ chính xác đo cự ly sẽ bị giảm Do một số hạn chế của các dạng tínhiệu nêu trên nên người ta mong muốn tìm được một dạng tín hiệu khác tốt hơn đểthay thế, và dạng tín hiệu có cấu trúc theo dãy mã M (chuỗi M)

Chuỗi M (hay chuỗi mã nhị phân giả ngẫu nhiên độ dài cực đại) được xâydựng dựa trên các chuỗi nhị phân hồi quy tuyến tính Chuỗi này được tạo ra bằngmạch ghi dịch cơ số hai có hồi tiếp, trạng thái của thanh ghi dịch thay đổi theo điềukiện hồi quy và được xác định bởi một đa thức tạo mã g(x) bậc m >0 Như vậy,chuỗi M thực chất là một chuỗi thanh ghi dịch cơ số hai tuyến tính, với chu kỳ N=2m

-1, trong đó m là số phần tử nhớ trong mạch hay bậc của đa thức tạo mã Độ dài củachuỗi là N=2m-1 Tổng số M các chuỗi có thể có được xác định theo công thức: M=

N

m∏

mọii

p i) với pi là các ước số nguyên tố của N, i =1, ,m

Hình 26 Sơ đồ mạch tạo chuỗi mã M

Hình 27 Tín hiệu mã M 15 vị trí

Nhận xét mã M :

- Biên độ tín hiệu sau bộ nén xung tỉ lệ với chiều dài mã, tăng khả năng phát

hiện khi ở cự ly lớn Tuy nhiên khi phát hiện vùng gần, với tín hiệu là địa vật (nhàcao tầng, đồi núi…) sẽ gây radar trị bởi các thùy phụ sau nén xung

- Tín hiệu mã M có khả năng phân biệt về cự ly tốt hơn xung đơn, khả năng

phân biệt theo tần số doppler kém hơn

Tín hiệu LFM

Tín hiệu mã Baker

Tín hiệu mã M

Linh hoạt thay

Theo quy luật

N=2m-1

Biên độ tín hiệu Bằng biên độ Tỉ lệ với Tỉ lệ với chiều Tỉ lệ với chiều

Tín hiệu

Tham số

Tín hiệu xung đơn

Tín hiệu LFM

Tín hiệu mã Baker

Tín hiệu mã M