Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện tử: Ứng dụng lý thuyết nhiễu xạ hình học để xử lý tín hiệu Radar phân giải cao

TOM TAT CÔNG VIỆC THUC HIỆN L.VĂN TOT NGHIỆPLL] 2K ok ok ok ok Nội dung của luận văn nay là xu lý tín hiệu radar phan giải cao dựa trên lý thuyết nhiễu xạ hình học GTD'* ”Ì để nhận dạng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐÀO NGỌC AN

UNG DUNG LÝ THUYET NHIÊU XA HINH HỌC XU LÝ TÍN

HIEU RADAR PHAN GIAI CAO

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Tử

Mã số: 605270

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH, tháng 06 năm 2014

TRUONG ĐẠI HOC BACH KHOA —DHQG -HCMCán bộ hướng dẫn khoa hoc : PGS TS LE TIEN THUONG

Cán bộ cham nhận xét 1 : TS HA HOANG KHA

2 Phó Giáo sư Tiến sĩ Dang Thành Tín3 Tiến sĩ Hà Hoàng Kha

4 Tiến sĩ Võ Trung Dũng5 Tiến sĩ Vũ Phan TúXác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận Văn và Trưởng Khoa quản

lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HÔI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: ĐÀO NGỌC ẢN cccccccrceei MSHV: 12140001Ngày, tháng, năm sinh: 20/08/1971 5555 s<<<<*<<+2 Nơi sinh: Đồng Nai

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử - «<< << <2 Mã số: 605270

I TÊN DE TÀI: “UNG DỤNG LÝ THUYET NHIÊU XA HÌNH HỌC XỬ LÝTÍN HIEU RADAR PHAN GIẢI CAO”

H NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG- Nghiên cứu về kỹ thuật và tín hiệu radar phân giải cao,- Lý thuyết nhiễu xạ hình học GTD,

- Lý thuyết wavelets,- Phân tích đặc trưng của vật thé tàng hình và các vat liệu hấp thụ sóng điện từ,- Viết chương trình mô phỏng nhận dạng vật thể hiện hữu và tàng hình dùng mô

hình GTD trong hệ thông radar phân giải cao,- Đánh giá kết quả và viết luận văn tốt nghiệp.Ill NGÀY GIAO NHIỆM VU : 10/02/2014IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VU: 20/06/2014V CÁN BỘ HƯỚNG DÂN: PGS TS LÊ TIỀN THƯỜNG

Tp HCM, ngày 20 tháng 06 năm 2014

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS TS LE TIEN THƯỜNG TS HUYNH PHU MINH CUONG

TRUONG KHOA

TS DO HONG TUAN

trình thực hiện đề tải.Em cũng gửi lời cám ơn đến quý thầy cô bộ môn Điện tửviễn thông trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh đãtạo điều kiện để em có thể hoàn thành luận văn này.

Tôi xin gửi lời cám ơn đến vợ và hai con trai tôi đã sátcánh cùng tôi, luôn an ủi và động viên tôi trong suốt quá trình

thực hiện luận văn này.

Cuối cùng tôi xin gửi lời cám ơn đến các anh em đồngnghiệp bạn bè, sinh viên mọi người đã giúp đở tôi trong suốt

quá trình thực hiện luận văn.

TP Hỗ Chí Minh, Ngày 20 tháng 06 năm 2014

Học viên thực hiện

Tên tôi là Đào Ngọc Ấn là học viên Cao học khóa 2012, chuyên ngànhKỹ Thuật Điện Tử Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ "Ung dụng lý thuyếtnhiễu xạ hình học xử lý tín hiệu radar phân giải cao" là công trình nghiêncứu của riêng tôi, các kết quả mô phỏng thu được từ quá trình làm việc củabản thân và không hè sao chép.

Học viên

vit ——

ĐÀO NGOC AN

MỤC LỤC

8/9600 ÔỎ 1

TOM TAT CÔNG VIỆC THỰC HIỆN L.VAN TOT NGHIỆP - 5° 5° << se se =ses<eeese 4

5y ca 8

L.GIOL THIEUS 2 aa Ô 9

1.1 MỤC TIỂU CUA DE TAL ccccccccccsccscscsssesessssessesescscssusscssessssucsssvcsssesesucscsussssesucsssussssesesscscsusseaeeeess 91.2 HƯỚNG GIẢI QUYET CUA DBE TÀI -.- 2 - 22 E9 E S3 E1 3 1 1 111 11511151515111511501 110111111 ck 11PHAN I: 00007 13

LÝ THUYET CƠ BẢN LIEN QUAN DEN DE TAL cscssssssssssssssssscsessessssssecsnsssssossescesssescsecessesseseees 13

0:1090)0c5 1775 13

LÝ THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO) s- 5< 5° 5< 5£ s2 s2 44993999935 93595503503505505502502500360 13

1.1 GIỚI THIỆU -¿- - c2 SE 21925212115 121521 111121111111 11111 1111111111111 0111 111111111111 131.2 UNG DUNG PHƯƠNG TRINH RADAR CHO RADAR PHAN GIẢI CAO 141.3 DIỆN TICH HIỆU DUNG RADAR (RCS ) escscsscsssssssesessessesessssscsesscsesscscscsussessesesacsecasscseessaseneseees 15

N2) (0 nn 15

1.3.2 Các Nguồn Tan Xa Ngược về Hệ Thống Thu lÑddÏAFF 52552522 +EE£‡EvEE£Eexerrvereei 161.3.3 Diện Tích Hiệu Dung (RCS) Của Radar Phân Giải TNGD - 525cc 5e Se+escsceexerresree 16

1.3.4 Diện Tích Hiệu Dung (RCS) Của Radar Phán GiGi ( GO s5 5< <1 3 E93 KEESxkkssseeee 18

1.4 TON HAO TOAN HE THÓNGG 5-22 522221921 12122121211 1121211212111 1111111111121 01111111 re 191.5 SU SUY GIAM 00.79190052 ::1-1 191.6 DO NHAY MAY THU ioecccccccccscssscsssscsessescsscsesesscscsucscssucscsusscsessssesesusscssescsessacscsusasacsusscscessseseeecees 201.7 TL SO TÍN HIEU TREN NHIÊU CUA BO LOC THÍCH NGHI 2 2-5 252252 sz>scc+2 21IR 2903: 9097.00:719 10 :‹-t 23

L.B.1 DO PAGN GiGi CU nan ốốốố.e< ố ố 23U20 1.00) 1n 6n ốốốỐốỐốỐốỐốỐốẮ 25

1.8.3 D6 Phan GiGi Cur Ly — TOC D0 nnnn-ad 26

1.8.4 DO PRGN Gidi GOC nh he /aaga HH 27

1.9 CU LY PHAT HIEN CUA RADAR PHAN GIẢI CAO wieeececsccccsssscsessesesscsesessesescescscsssescessseseeesees 271.10 DANG SONG RADAR PHAN GIẢI CAO - 5-5: 22222 1222212111212111 1111112121111 11c 28

DLO Gi nnnậ ga HH 28

1.10.2 DANG SONG XUNG NGG nưngg.ổ.ố.ố.ốố.ố 28

1.10.3 NEN xung CHIP o0 Họ họ Họ Họ Họ ke 28

1.10.4 7g n1 san ng cố 31

MỤC LUG 1 HVTH:ĐẢO NGOC AN

0:1090)0c 71777 34

LÝ THUYET NHIÊU XA HÌNH HỌC TTD 2 << s° << £ SE 9£E2EE229e2se2sezsessve 34

2.1 GIỚI THIỆU - ¿6-5 E2 SSE2ESESE2E9E1 1152521925 1111121 111111111 111111 1111111101111 11 111111111 re 34"59 (09919:i28)0:005002 1007 ‹-21t 342.2.1 NhiỄM XC CẠHÏh 5-55 2 2E SE S3 SE S3 SE E211 11111 1 1111121 1111111111111 1o 342.2.2 NAIGU XC OC cescccssssesessssssssescssssesescsussesssssusssssssssuesesssssesssscsssescssssssssssususscssscscsueusscscseseeseseatseesesens 35?cNe.\(09e9i9.i0 009v -::+- 352.3.1 PHAN XA ME CGU ng 35

2.3.2 PHAN XO NAL ATU cccecccccccccccccccncenee eee eee eee eseeseseeessesseseeeeeeeeeseeeeeeeeeeeeeeaeeaaeaaaaaaaaaaaaaaessessssssssseeseseeees 36

2.3.3 PRAM XG ME PRGING 0808808 362.4 CAC HINH MINH HOA CÁC LOẠI NHIÊU XA VA TAN XA.neeccscscsscssssesessescssssesesseseseesesesnens 362.4.1 Hình nhiễu xạ bởi cạnh thắng cecceccccscesescsssscssesesssssssssesessssssusssssssessssucsesssusscsussesesecscsesussesessesesnees 362.4.3 Hình phản xạ bởi các ĐỀ IHẶT 5S ESSE SE SE E921 3 1911211111111 1111111111111 Tre 372.5 MÔ HINH LÝ THUYET NHIÊU XA HÌNH HỌC - 2-5 ¿522922 SE2E2EEEEEEEerrkrrrrsred 372.6 MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH TAM TAN XẠ - 5-52 2222121 22121111212111111111111101 11111111101 re 38

CHUONG c7 40

LY THUYET WAVELETS Tờn d3 42

°EiRc;9005:ii200 5 423.2 BIEN DOI FOURIER THỜI GIAN NGẮN (STTET)) 2 - +2 +E*EEeESEE SE xe rrưkg 42N10 108 10 1 nNnnNẺ 0 -:ää.)HĂ)) 423.2.2 Sự cân bằng CUC DO NOG E0070578586A 4413.3 BIEN DOI WAVELET LIÊN TỤC (CWT) VÀ CÁC TÍNH CHẤTT 2-5- 255 scscxcxeesesed 453.3.1 Bién AGi wavelet lien tUc (CWT) 0n 6 nhe 453.3.2 Các tính chất của biến đôi wavelet liÊH tUC.eccecessssessssesssscsssssesssessessssesssssssssseessssessssesessesesseseess 473.4 CAC HAM BAN TRUC GIAO VÀ KHÔNG TRUC GIAO -¿-5- 5+ E22 2xererxcrrrreeree 50

3.4.1 Các hàm wavelet Spline ĐÁP tru ((O c0 gu nh và 513.4.2.Cdc hàm wavelet KhÔng truc @l(O s0 nh và 52

CHUONG 707577 54

VAT THE TANG HÌNH VÀ CÁC KY THUAT CHÓNG - 5° << s° se se se sezsessessee 56

4.1 UNG DỤNG CÁC KỸ THUẬT TRONG VAT THE TANG HÌNH 5- ¿555525555552 564.2 VAT LIEU, CAU TRÚC HAP THU RADAR (RAM & RAS) S5 c5 S2 SE keererskd 614.3 HE THONG XÓA BO (TÍN HIEU) THU DONG VA CHU DONG uu ccccccsesesesssscscscscscscseseseeees 644.3.1 Hệ thong xoá bỏ (tín hiệu) that CONG cececcccccccscccccceccssssscescsssescssesssssssssscsescsssssscscscsvsssscscsssesesscseseees 644.3.2 Hệ thong xoá bỏ (tín hiệu) chủ AON vecccccccccccccccceccscssssesesssessssesessscssssesesssssscscscscsvsssscsesssesesscseasees 654.4 KỸ THUẬT TANG HÌNH SỬ DUNG CÔNG NGHE PLASMA 2 5552c2sccccceccee 67

MỤC LUG 2 HVTH:ĐẢO NGOC AN

4.4.1, PLASING VG I0 .1s 08nợ9®®/A/ựAA Ầ —ẦÊĂOOÔẴ G7

4.4.2 Hip thar vec XA EM 0t nnợngỹ ốốố 674.5 TANG HINH HONG NGOẠI ooeececscsscscscssssssesesscscsusscsesscscsusucsessescsesucscsseucsssesussesessssesesscscessseaeeesees 684 6 CONG NGHỆ CHONG MAY BAY TANG HÌNH 52 C22222 2222121112122 724.6.1 Hĩ thong LIDAR 0n na 724.6.2, Radlar 31) Ad BGG AGI 0Nnn o3 73

4.6.3 RAAAr MIMO 08886866 66 T 74

4.6.4 Câc biện phâp chống thụ AON ceccccccccscescsscsscssssesessssessssssssssessssssesssssussssesucsssesscsesessesesusseseescsesnees 74

4.6.5 Cellphone Radar (CELLDA Ì) c0 0 re 75

PHAN II 1 91

MO PHONG VA DANH GIÂ KET QUA cccscsssssssssssssssssseesssssssssesssssscsessenssesssccsscssssoscancesssesesessssessessees 91

5 LƯU DO VA GIẢI THUAT MO PHONG NHA DANG MỤC TIBU -. 2 5-52 25525255252 9]5.1 MO HINH HOA VAT THE HIỆN HỮU 525522222921 3232123521 212121 212121211 93_5.2 MO HINH HOA VAT THE TANG HÌNH: c.ccccscssssescssssessesesecsssesscsesecsesesucsescsscsesesssseeeseseeneaes 1086 KET LUẬN VA HUONG PHAT TRIEN CUA DE TALI: - 5-5-5 <2 se se =sesess=sesesses 122

6.1 T LU Novccccccsssscsssssssesssssssssssssssssssussesscsssscsussssucsesecsssscsussssucsesecsssucssisssassessssecsesucsesacsesacsecssescseees 123

6.2 HU NG PH TTRỊ NC DT Tiesccsessssessssessssesssssssessssesssscssssssesussessssssssucsssscsessssesassesseeneseees 124

ră 000)9000:7.90.8.4:7 00 126

MỤC LỤC 3 HVTH:ĐẢO NGOC AN

H NH CHƯƠNG 1

Hinh 1.1 83i)12i01 80001) 18.10:) 00006 14

Hình 1.2 Sự phát xa lại đắng hướng của sóng tới trên bề mặt cẦu -¿- ¿5+ 22s+c+cxcxcxcsersrered 15Hình 1.3 : Hệ thống thu có bộ lọc thích nghĩ ¬— cscaescasscescacssscesvscsescesvacssecessscaseceaacasececacaesesavacaeeevavacaees 23Hình 1.4 Độ phân giải với xung và phố hình chữ nhật ! "Ï 2-5 S222 E£E9EEEESEEEEEEEE2E E1 Eckrrrred 24Hình 1.5 Dap ứng [RF] tổng của 2 mục tiêu có phân cách gần Í Ï, - ¿ s+x+2x k+kE2E2EEEEckekrrrrerrred 25Hình 1.6: Độ phân giải Doppler với các mức không đổi ÌÍ "Ì ¿5 +56 St *£E£EEEESEEEEEEEEEEcEekerrrrerrred 26

Hình 1.7 Độ phân giải theo ĐÓC - - (G19 1 nọ HT ni 27

Hình 1.8 Generation of short pulses with a ringing filter ÌÍ Ì, -s- 5s s22 231212121211 errred 28Hình 1.9 Đường bao dang sóng truyền Chirp- pulse, tan sé tức thời và dạng sóng !"!Ì, -c«¿ 29Hình 1.10 Hệ thống nén xung và đáp ứng của một xung nến - ¿+ + 25+ z+E+EvEEcxexrxrrerered 29Hình 1.11 Đặc tuyến hệ thống nén xung và xung được nén Ì° !Ï, - + + +s+E+EEE+EEe£E£EvEEckexererrerered 30Hình 1.12 Step frequency waveform burst!” - - ¿+ +c+Sx+k+SEE SE SE2191521 2111212111 111111 2111111 1 1x rk 31

H NH CHƯƠNG 2

Hình 2.1 Nhiễu xạ bởi cạnh thắng 525522221921 SE2E92521211 112111121211 11211111 111121011111 11erre 3621198000110 37Hình 2.3 Phản xạ các bề mặt: Cau-Tru-Phang Ắ 37

DANH MỤC CAC HiNH 4 HVTH:ĐẢO NGOC AN

Hình 4.22: Các vòi phun động cơ của B-2 được giấu khi nhìn từ phía dưới F'”Ì ¿-s5s+sscs+ 71Hình 4.23: Động cơ F-22 Raptor có răng cưa, rộng va vòi phun hình phang dé giảm tín hiệu Radar và01.10 ‹‹:‹‹-1 71Hinh 4.24: Hé théng LADAR 1 73Hình 4.25: Hệ thông NEBO-M ÍŸŸÌ, G1 212121 1221212121111 11 21111011121 11201 211 11 1110 00g 732010 9118.10 108/00/0058 74Hình 4.27: Hệ thông Kolchuga va Vera 'F” :-+- + x22 3 19221211 1121111 1111 211111111111 111111011 11c dk 74Hình 4.28: Ý tưởng về Hệ thống Celldar ' Ì - - ¿c6 2S£S%‡E9SEE SE SE23E1521 231123212121 21111 21111111 1 1xx 75Hình 4.29: Sơ đô các thông số của trường tán xạ ngược tại Radar thu - + 222522 cxcsecszesrsred 76Hình 4.30: Mô hình thu-phát sóng Radar trên mặt phẳng - - ¿+ 2 2 S2 SE2E£Sz£E+EvEE£xexerxrrsrered 76Hình 4.31: Sự phản xạ trên bề mặt phẳng lý tưởng -. - ¿+5 2 S21 SE S2 2323921 32121215121 211.211 rkd 77Hình 4.32: Sự phản xạ trên bề mặt phẳng với lớp điện môi có độ dày d - 225 2 5s+x+zscsd 77Hình 4.33: Mô hình đo hệ số phan xạ dựa trên CST MICROWAVE STUDIO Ì - 2 555cc5scsa 79Hình 4.34: Sự phụ thuộc của hệ SỐ phản xạ vào 1 cesceseccessevscscescececscavecacsceavscaseceacecaceceers 79Hình 4.35: Các lớp điện môi được xếp chồng lên nhau Ì”ŸÏ ¿2 2+2 E2 EE£E£EE£EEESEEEEEEEEerxrrrrrre 80

Hình 4.36: Man điện trở giữa hai lớp điện mÔII - 5 2< E22 1118108 930 1931 91 1 91g vn vn vn 80

Hình 4.37: (a) Hệ số phan xa thông thường (sóng tới thing góc với mặt phắng) - esses 82Hình 4.38: Tia nhiễu xạ tai cạnh hình nêm G- G E6 SE E965 3 E5 2E 9v E983 1 98 5 1 5195195 91 31g can 83

Hình 4.39: So sánh sự khác nhau về hệ số nhiễu xạ với góc hình nêm là 90”và ø =45° f°1 85Hình 4.40: So sánh sự khác nhau vẻ hệ số nhiễu xa với góc hình nêm là 150”và ý =145” với sóng

phân cực TM và TTE Í?ÌÏ, - s St t2 1 1211215112111 1151111211111 11 111111511 111.0111111 11110111 T110 T011 11g r 85Hình 4.41: Các lớp khác nhau của FSS (Frequency Selective Surfaces) cho các ứng dụng EM P?Ì 86Hình 4.42: Các dạng hình học của Vat thé c.cccccccscscscssssesesscsessesescsscsesesssscssssesessescscescsestesssssusseseeessseneed 86Hình 4.43: Sử dụng các cấu trúc trên phi cơ ÍÌ -¿+5+ + x+k219E12192121111211210112111 1111151111211 11 Lee 86Hình 4.44: Mô hình 5 lớp điện môi phang PP ec cccccecceccssescsessesessescescssesessssesseseessseesssssseseseeseseeses 87

Hình 4.45: (a) Độ lớn hệ số phản xạ với tần số thay đôi (sóng tới thăng gdc VỚI bé mat); (b) Phan xạ đalớp với góc tới xiêng một góc 60”(mode TE); (e) Phản xạ đa lớp với góc tới xiêng một góc 60° (mode

— aã.::.¬:g:., dd 88

Hình 4.46: Một số cau trúc R AS 5c 5c+ 2+2 2 2 1 2211211221211 1 1 89Hình 4.47: Dap ứng của sự phan xa với sự thay đổi tan số và phương tới của sóng Radar với các cấu trúcI)8in18:9 84778171 ã000077 7 -:Ö:1l 90

HNHM PHONGHn 1: Mô phỏng nhận dạng các vật thể hiện hữu-tàng hình: - 2-5-5552 S222 cxcxzxersrered 91Hn 2: Xác định các góc dé cho sai số nhỏ nhat c.cccccccccsscsescesescsscsesesscscsscsesessescsessesesescscssseseeecscseeed 92

Hn 4: Tach cạnh và xác định toa độ các tâm tan Xạ - - - << << c5 22002102111 111 1111111111 1v vu 93Hn 4: Bức ảnh màu một may bay hiện hữU - - 5 5E 2 EE923011 930119910 1120 01g ke 94

Hn 5: Ảnh được chuyển sang dang trang đen - ¿2252522122123 1212152121111 21211111 re 94Hn 6: Ảnh sau khi tách cạnh Sobel còn Xấu c.cccccscccsecsssecesecsesscececsevscececsevsceeeccevscaceesecassceavacaseceaacacees 95Hn_ 7: Ảnh đã loại bỏ các cạnh không mong MUON c.cccccccsescesescsscseseesesesscsesessescsussesessescsesueseseeecssenesd 95Hon 8: Anh den én trang 8n 4L(Œ11T 96Hn 9: Ảnh trích tâm tan xạ theo các t0a dO cccccseccscssssesecesssssceceessvscsceesevscecsevevscaceavecassceavacaseceaacacees 96

Hñn 1 :Giao diện mô phỏng., - - << 5 5 23 181930589301 930v Họ gi 97

Hn 11:Giao diện nhập các thông số mô phong ccccccccscccseseesescsscsesesscscssssesessescsssesesesesssusseseeesscenesd 97Hn 12:Tín hiệu phan hỏi về radar dựa vào GTD (SNR=20dB) cecscsscsssscsssseseseescsesscseseesescsssseseeecscsnees 98

DANH MỤC CÁC HiNH 5 HVTH:ĐẢO NGOC AN

Hn 13:Tín hiệu được chuyển sang miễn cự ly tại góc ban đầu 22552 2+s+c+zxcxexecxzrsrered 99Hn 14: Biéu diễn range profile 3-D của dữ liệu đã biến đổi CWT, angle 0 . ¿55-5555 552 99Hn 15:Tín hiệu được chuyển sang miễn cự ly lệch di angle] ccccccececcccsesesesessesesseseseesessssseseeeees 100Hn 16:Biễu diễn range profile 3-D của dit liệu đã biến đổi CWT lệch anglel . - 101Hn 17:Trình bay multi-resolution của dit liệu đã biến đổi CWT lệch angle l -¿5-5- 101

Hn_ 18:Range profile da phân giải của dif liệu trong hình 12 - << «5< +21 *+ 3+ ssEssseess 102

Hn 19:Tách điểm cực đại địa phương của multi-resolution range profile - +5 s25s55+ 102Hn 2 :Tín hiệu được chuyển sang miễn cự ly lệch di angle2 - + 2555222 Sz+s+Evzxcxesersced 103Hn 21:Biễu diễn range profile 3-D của dit liệu đã biến đổi CWT lệch angle2 . - 103Hn 22:Trình bay multi-resolution của dit liệu đã biến đổi CWT lệch angle2 - ¿55-5+ 104

Hn 23:Multi-resolution range profile của dif liệu trong hình Ï2 5= «+ +s + +s£ssseess 104

Hn 24:Tach điểm local maxima của multi-resolution range profile c.ccccccccessesesessssessesesessesssseseseeeees 105

Hn 25 Range profile dựa vào CWT va local maxima góc aspect ( - 5s s2 sskrse 105Hn 26: Range profile dựa vào CWT và local maxima góc aspect Ì - «5525 <c+sscess 106Hn 27: Range profile dựa vào CWT va local maxima tại OC aspect 2 - « «<< c2 106

Hn 28: Kết quả phân bố tâm tán xạ lên không gian 3-ÏD - ¿+ 525625252 2E‡ESEE2EE2EeEerxrrrrersred 107

Hn 29: Tach cạnh Sobel và xác định toa độ tâm tan Xạạ - - - <5 << 2 G222 199 1313k kkeeeeeseee 109

Hn 3 :Ảnh vật thể tàng hình - 2 6-5-5522 2221925212113 215121 2115212111111 2111 111111111111 T1c1e re 109Hn 31 :Ảnh vật thé tàng hình dạng trắng đen - ¿5-5-5222 S221 E921 3212121211121 112111111 crre 110Hn 32:Ảnh vat thé tàng hình được tách cạnh theo Sobel - + + 11122113 99 111119811111 gr 110Hn 33 :Ảnh vat thé tang hinh duoc 1am Sach ou a- 111Hn 34: Anh được đổi sang nền trang c.cccccccccscscsssscssesesessescsscsesesscscssssesesscscsucscsessscscsucseseeesssensseseeeees 111

Hn 35: :Trinh bay các tâm được trich 2 eee eeeccecsnceeessceesseceessaceesssceesseceeesscecesacecesaeecesaeecesaeesesaees 112

Hn 36:Tín hiệu phản hỏi về radar dựa vào GTD (SNR=20dB) o.cececscccscscscccsesssscssscsessescsessscsseseseesees 113Hn 37:Tín hiệu được chuyển sang miễn cự ly tại góc ban đâầu ¿2-5-5522 se +e+eszxcresersred 113Hn 38:Biễu diễn range profile 3-D của dit liệu đã biến đổi CWT, angle 0 -5555¿ 114Hn 39:Tin hiệu được chuyển sang miễn cự ly lệch di angle L -¿- ¿25-55225252 2s+£vzscxesezsced 114Hn 4 :Biễu diễn range profile 3-D của dit liệu đã biến đổi CWT lệch anglel . - 115Hn 41:Trinh bay multi-resolution của dit liệu đã biến đổi CWT lệch anglel -5-5- 115

Hn 42: Range profile đa phân giải của dữ liệu trong hình 12 - << «5< +5 *£+ 3E Essseess 116

Hn 43:Tách điểm local maxima của multi-resolution range profile - 25 + 2 5s+£+zs+x+sezszsd 116Hn 44:Tin hiệu được chuyển sang miễn cự ly lệch đi angle2 - ¿2555222 Sz+z+£vzecxesersced 117Hn 45:Biéu diễn range profile 3-D của dit liệu đã biến đổi CWT lệch angle2 . - 118Hn 46:Trình bày da phân giải của dữ liệu đã biến đổi CWT lệch angle2 2555525255552 118

Hn 47:Range profile đa phân giải của dif liệu trong hình Ï2 - << «5< +2 +23 Essseeese 119

Hn 48:Tách điểm cực đại địa phương trùng khớp của range profile da phân giải 119

Hn 49 Range profile dựa vào CWT va local maxima góc aspect ( - 5s s2 skese 120Hn 5: Range profile dựa vào CWT và local maxima góc aspect Ì - «5+5 <<<+sseess 120Hn SI: Range profile dựa vào CWT và local maxima góc aSpect 2 - - s5 Ă S252 ess 121

Hn 52: Kết quả phân bố tâm tán xạ lên không gian 3-ÏD - ¿+ 52562525222 2EE2xeEerxrrrrersred 121

DANH MỤC CAC HiNH 6 HVTH:ĐẢO NGOC AN

DANH MỤC CAC BANG

Bang 1: RCS của một số dạng hình học lý tưởng!” Ï -¿- + 2 s+k+E£E*£E£EzEEErEeErkrrees 17Bảng 2: Dạng hình học ứng với các tâm tán xạ! — 38Bang 3: Các thông số của mô hình ÌŸÌÏ - 2 ¿+ E+E+E+EE£EEESEEEEEEEEEEEE221211121 122 Exe, 79Bang 4: Các thông số của mô hình đo hệ số nhiễu xạ Ì”ŸÏ - - 26 te 84Bang 5: Liệt kê các giá trị của thông số nhập Va0 ¿-2- 555 c2 E+s£E+Esrrxrerree 98Bang 6: Đánh giá sai số các tâm tán Xạ ¿- c2 2 221v 1 121111211151 101111111 107Bang 7: Trình bay các giá trị cần nhập vào mô phỏng cesses 112Bang 8: Đánh giá sai số các tâm tắn X@ cceccccscscessscscsessesescscsssscsessssssscsessssssseseseseenses 122Bảng 9:So sánh một số loại máy bay tàng hình ¿- ¿25522252 e+x+zcxcrerersrreee 125

DANH MỤC CÁC BANG 7 HVTH:ĐÄO NGOC AN

TOM TAT CÔNG VIỆC THUC HIỆN L.VĂN TOT NGHIỆP

LL]

2K ok ok ok ok

Nội dung của luận văn nay là xu lý tín hiệu radar phan giải cao dựa trên lý

thuyết nhiễu xạ hình học GTD'* ”Ì để nhận dạng các vật thể hiện hữu trong dândụng và vật thể tàng hình trong quốc phòng, mô hình GTD-Based là một mô hình

khá hay và liên quan chặt chẽ với vật lý tán xạ trường điện từ, tác giả sử dụng mô

hình GTD-Based cho dữ liệu mô phỏng, áp dụng mô hình không thông số cho vậtthé hiện hữu va tàng hình và cụ thé dung cong cu wavelets dé xử lý tín hiệu tan xangược về hệ thống thu radar Luận văn này thực hiện công việc phân tích một sốvật thể hiện hữu- tàng hình trong radar phân giải cao!'!! Viết chương trình môphỏng tín hiệu radar phân giải cao cho việc nhận dạng cả hai loại vật thể hiện hữuvà tàng hình, sau đó đúc kết đánh giá kết quả đạt được, kết luận và hướng pháttriển của dé tài

ABSTRACT

2K ok ok ok ok

The content of this thesis is to proccess high-resolution radar signals based on

geometrical theory of diffraction GTD'*" to identify visible objects in civil and

stealth objects in national defense, GID-based model is a model quite well andclosely related with the scattering physics of the electromagnetic field, the authoruses GTD-based model for data simulation and using an efficient backscattersignal processing wavelets tool that particularly is a non-parametric modelapplied to both visible objects and stealth objects The thesis is conducted withsimulations to model high resolution radar signals for both visible and invisibleobjects, then summarize evaluated results, conclusion and future development ofthe thesis.

T M TAT CÔNG VIỆC THUC HIỆN LUAN V N 8 HVTH:DAO NGOC AN

1.GIỚI THIỆU1.1 Mục ti u cia dé tài1.2 Hướng giải quyết của dé tài

Radar là một phương tiện dùng để thám sát sự di chuyển của vật thé từ xa Ké từ

lúc radar được khám phá ở thập niên 30, radar đóng một vai trò quan trọng trong

ngành hang không và hang hải, trong dân sự lẫn quốc phòng Radar là một thiết bi thuphát sóng có phố sóng điện từ có tần số của sóng vô tuyến trải dài đến sóng viba vàsóng milimet Đề định vi trí của một vật thé ở khoảng cách hang trăm hoặc hăng ngànkilomet, ta dùng thiết bị radar phát sóng điện từ ở các tần số khác nhau, từ megahertzđến gigahertz, tùy theo nhu cầu như giám sát, theo dõi, định vi, hay truy lùng mục tiêu.Khi sóng được phát ra từ nguồn phát chạm vào một vật thể thì sóng bật lại do sự phảnxạ Làn sóng phản xạ được ghi nhận bởi một đài thu sóng và từ đó ta có thể định vị vànhận dạng mục tiêu Trên màn hình radar ở trạm thu sóng, sóng phản xạ cho biết độlớn hay "tiết điện radar" (radar cross section) của mục tiêu Nếu mục tiêu là một vật thélàm từ vật liệu giống nhau thì đương nhiên độ lớn của vật thể càng to thì tiết diện radar

càng lớn.

Trong các ứng dụng dân sự, tiết diện radar to là điều kiện cần thiết để theo dõi và

giám sát máy bay hành khách hay tàu thuyén trên biển khơi Ngược lại, trong ứng

dụng quân sự de tránh sóng radar truy lùng của đối phương, chiên dau cơ và các chiến

ham phải có tiết diện radar càng nhỏ càng thuận lợi Từ nhu cầu lần tránh con mắt thanradar của phe địch, ngày khai sinh của radar hơn 60 năm trước cũng là ngày khai sinh

của kỹ thuật tàng hình như một chiêu thức hóa giải radar Kỹ thuật này bao gôm nhiều

nghiên cứu lý thuyết về tác động của sóng điện từ lên trên bé mặt vật chất nhằm tối ưu

hoá các vật liệu hấp thụ radar cũng như việc thiết kế bề mặt để vật thể có một tiết diệnngang radar cực nhỏ Khi diện tích hiệu dụng tiễn đến zero, thì vat thé sẽ tàng hình trênmản hình radar của đối phương

1.1 MỤC TI U CUA DE TÀIỞ các nước phát triển, việc phát triển radar hiện đại để có thể nhận dạng tốt cácchiến đấu cơ tàng hình như: Tiêm kích đa năng thế hệ 4++ sukhoi su-35 Nga, tiêmkích tàng hình J.20 của Trung Quốc, ATD-X của Nhật, hay tiêm kích đa năngF.I5SG của Mỹ, va một sô chiến ham như Gepark 3.9 415 hay 650 Admiral

Chabanenko của Nga Theo nguén Internet trên trang báo điện tử kienthuc.net.vn,

trích dẫn từ các bài báo trong và ngoải nước Do mang tính chất thời sự, nên đề tàiđược chọn để nâng cấp từ công trình trước đây chỉ liên quan đến vật thể hiện hữu,

GIỚI THIỆU 9 HVTH:ĐẢO NGOC AN

tuy nhiên trong tình hình phát triển của công nghệ cao từ vài thập niên qua cho đếnnay, van dé tàng hình là một bài toán hay cần được nhiều nhà nghiên cứu lao vào dégiải quyết và đó cũng là mục tiêu của tác giả.

Mục tiêu chính của dé tài là giải quyết van đề nhận dạng các vật thé hiện hữu vàtàng hình trong môi trường radar phân giải cao dựa trên cơ sở lý thuyết tán xạ hìnhhọc GTD [4, 7], và vật liệu hấp thụ sóng trường điện từ Có một số dé tài đi trướcliên quan như “nhận dạng vật thể có tâm tán xạ ba chiều ứng dụng trong xử lý tín

hiệu radar phân giải cao dùng wavelets” của tác gia Dao Trung Thanh [3], đã thực

hiện được việc nhận dạng vật thể hiện hữu trong dân dụng Tuy nhiên, vận đề hiện

nay đang có xu thế hướng đến các kỹ thuật tàng hình, một kỹ thuật mà rất nhiều nhànghiên cứu lĩnh vực radar nhất là trong lĩnh vực quân sự rất muốn lao vào dé tìm tòi

và nghiên cứu, đó cũng là hướng mới và hấp dẫn đã cuon hút tác gia nghiên cứu va

học hỏi Do vậy, dé tài đưa ra nhăm giải quyết hai van dé trọng tâm 1a: thứ nhất là

dựa trên mô hình lý thuyết tán xạ hình học GTD như tạo ra các góc, cạnh, hay đỉnhđể làm giảm bớt số các tâm tán xạ, thứ hai nghiên cứu cách dùng thêm các vật liệuhấp thụ sóng điện từ, phủ lên các hình học của vật thể như phủ lên các cạnh, góc, haycác bề mặt, nhăm làm thay đối hệ số hình học nham làm sai dạng hình vật thê

Đối với vật thể hiện hữu trong dân sự như các máy bay “Aircrafts”, hay các tàuthuyền “Ships”, thì thường có diện tích hiệu dụng radar RCS lớn, và thường chế tạotheo dạng tròn và sơn những lớp sơn không hấp thụ sóng radar, và sóng radar chạmvào vật thé hiện hữu thì thường sóng phản dội từ vật thé ngược lại hệ thống thu radar

là lớn, các đặc tính tán xạ trường điện từ của một mục tiêu radar được xem như là

một sự tong hợp nhất quán của các nguồn tán xạ trường điện từ trong một vài vị trícục bộ Các nguồn tán xạ trường điện từ này chính là các tâm tán xạ, phan chinhđược tao ra quanh các phân rời rạc của mục tiêu như: Các cạnh, các góc, các đỉnh, và

các đoạn cong Các tâm tán xạ nhận dạng các vị trí vật lý và các thông tin tán xạ liên

quan khác của mục tiêu radar như loại các nguồn tán xạ, và cường độ phản xạ củacác nguồn tán xạ Đặc biệt hơn là, việc trích lay cac thong số tâm tán xa dé nâng cao

khả năng phát hiện, và nhận dạng mục tiêu radar.

Đối với vật thé tang hình như chiến dau cơ “Aircraft fighter”, hay các chiến ham“Warships” thì ngược lại, thường giảm diện tích hiệu dung radar càng nhỏ cảng tốt,tạo ra những hình dạng góc, cạnh dé phân tán sóng radar theo hướng khác hướng đàithu radar, và sơn phủ lên bề mặt những chất hấp thụ sóng radar ngăn chặn sự phảnhồi để máy thu không nhận được hoặc nhận rat ít những luéng sóng radar Trên mànhình radar của ta sẽ không còn nhìn thay vật thể hoặc chi thay vật thé bị thu nhỏ rấtkhó phân biệt, vật thé đã bị tàng hình Kỹ thuật thiết kế bề mặt hay tạo hình dạng chomục tiêu dé sóng bị tán xạ không quay về nguồn quan sát Gần đây khái niệm “Siêuvật liệu” với hiệu ứng tàng hình là một dé tài nghiên cứu hap dẫn và không ít sự quantâm chú ý của nhiều nhà nghiên cứu trong lĩnh vực quân sự nói riêng và an ninh quốc

gia nói chung.GIỚI THIỆU 10 HVTH:ĐẢO NGOC AN

1.2 HƯỚNG GIẢI QUYẾT CUA DE TÀIDé giải quyết bai toán nhận dạng các vật thé hiện hữu trong dân sự như các máy

bay, hay các con tàu, và các vật thê tàng hình trong quân sự như các chiên dau CO,

hay cac chién ham Tac gia dura vào mo hinh ly thuyet tan xa hinh hoc GTD dé thực

hiện mo hinh hoa cac vat thé hiện hữu lân vật thê tàng hình Dùng mô GTD đê giảiquyết vật thê hiện hữu, còn đôi với vật thê tàng hình thì dùng mô hình GTD ket hopthêm một sô vật liệu hap thy phủ vào các cạnh, các góc, hay các bê mat vat the đêgiải quyết bài toán giảm kích thước hình học, hay giảm diện tích hiệu dụng radar tớimức càng gan zero càng tốt Sau khi đã thực hiện mô hình hoá các vật thể trên GTD,

ta có được một biéu thức tín hiệu echoes thu về tu sự tan xạ ngược của các vật the,

dùng công cu wavelets đê bien đôi hay khuêch đại những cho tin hiệu bi suy yêumạnh lên, đê dê dàng nhận dạng các tâm tán xạ từ các vật thê hiện hữu lân tàng hình.

Tác giả chọn đề tài này nhằm giải quyết bài toán xử lý tín hiệu phản dội từ các mụctiêu hiện hữu của radar phân giải cao dựa trên mô hình GTD của đề tài đi trước cóliên quan: “Nhận dang vat thé có tâm tán xa ba chiéu ứng dụng trong xứ lý tín hiệuradar có độ phân giải cao dùng wavelets” của tác giả Đào trung Thành PÌ!_ và kếthợp mô hình lý thuyết tán xạ GTD với một số vật liệu hấp thụ sóng radar để giảiquyết bài toán về vật thé tàng hình, tức giải quyết thêm van dé kết hợp các vật liệuhấp thụ hay phủ các siêu vật liệu vào các cạnh, các góc, hay bề mặt vật thể nhămgiảm các tâm tán xạ, và biên độ của tín hiệu echoes quay về hệ thong thu radar Dégiảm diện tích hiệu dung tâm tán xạ theo lý thuyết nhiều xạ hình học GTD như góc,cạnh, hay các bề mặt của vật thé, kết hợp thêm một số vật liệu hấp thụ điện từ vào délàm thay đổi các hệ số hình học z của mục tiêu, bên cạnh còn đưa ra một số kỹ thuậtnhận dạng mục tiêu tàng hình Đó là những lĩnh vực đã cuốn hút tác giả chọn đề tài“Ung dung lý thuyết nhiễu xạ hình học GTD xử L tín hiệu radar phân giải cao ” Đôivới vật thê hiện hữu, dé xử lý tín hiệu echoes thu về tại hệ thống thu radar sau khi tánxạ vào các mục tiêu dân dụng, tác giả đưa ra một số các mô hình trích lay cac tam tan

xạ được thành lập Cac mô hình tâm tan xa thông dụng là mô hình mũ

(damped/undumped), và mô hình lý thuyết nhiễu xạ hình học (GTD) Thường thì môhình mũ (damped/undamped) đạt tốt hơn về việc mô tả nhất quán cho các mục tiêutruyền thống chủ yếu được tạo thành từ các nguồn tán xạ gương (tán xạ ngược lại hệthống thu).Tuy nhiên khi phát triển công nghệ tàng hình, thì tán xạ gương của cácmục tiêu tàng hình đã bị triệt tiêu một cách mạnh mẽ (nghĩa là các vật thể tàng hìnhthiết kế các hình dạng, và phủ vật liệu lên các góc, cạnh, hay bề mặt nhăm triệt sóngradar quay về hệ thống thu, nhăm che mờ con mắt thần radar phân giải cao) Hơnnữa, các tâm phản xạ chính của các mục tiêu tàng hình này là kết quả của việc nhiễu

xạ cạnh Khác với mô hình damped, là mô hình GTD m6 tả được trường điện từ của

các mục tiêu tàng hình tần số cao như: Nhiễu xạ cạnh, nhiễu xạ góc, tán xạ điểm, vàphản xạ bê mặt cong Do ứng dụng lý thuyết nhiễu xạ hình học GTD hướng mô hìnhkhông thông số (Non-parametric model), dé giải quyết tiếp theo bài toán, tác giả đãdùng một công cụ rất mạnh và hữu hiệu trong việc xử lý tín hiệu radar phân giải cao

GIỚI THIỆU 11 HVTH:ĐẢO NGOC AN

đó là Wavelets Wavelets là một công cụ rất mạnh trong việc phân tích frequency, tat cả các công cụ trong phân tích time-frequency, cơ bản nhất là biến đổiFourier dùng để phân tích tần số trong toàn miễn thời gian, nhưng nó lại không bắtđược sự thay doi đáp ứng tần số tương ứng với thời gian Nên biến đổi Fourier thờigian ngắn (STFT) dùng hàm cửa số dé bat các thành phan tan số trong một khoảngthời gian, STFT dùng để quan sát thay đổi trong đáp ứng tan số với thời gian tươngứng, nhưng vẫn còn sặp vấn đề độ rộng của hàm cửa số có định, độ phân giải cũngcô định theo, nên dé khắc phục van dé này Theo nguyên lý bat định thì tích của độphân giải trong miễn thời gian với độ phân giải trong miễn tan số là không đối, nên tachỉ có độ phân giải thời gian cao khi quan sát thành phan tần số thấp, hoặc độ phângiải tan số cao khi quan sát thành phan tín hiệu tan số thấp Nên biến đổi waveletsdùng để giải quyết vấn đề đó, nghĩa là thay đối location và scaling của motherwavelets (hàm cửa số trong wavelets), có thé dùng khái niệm multi-resolution với độrộng cửa số thay đối, biến đôi wavelets có thé chụp cả khoảng thời gian ngăn, tan sốcao, và khoảng thời gian dài, thông tin tần số thấp cùng một lúc Nó rất mềm dẻo honso với biến đôi Fourier thời gian ngắn (STFT), và rất hữu hiệu dé phân tích các tínhiệu quá độ (transients), các tín hiệu không tuần hoàn (aperiodicity), và các tín hiệukhông dừng (non-stationary) Luận văn được tô chức thành hai phan: phan đầu trìnhbay các lý thuyết cơ sở liên quan đến đề tài, và phan thứ hai trình bày các kết quả môphỏng và giải thích cho các kết quả mô phỏng, và đánh giá kết quả đạt được vàhướng phát triển đề tài.

time-PHAN I: LY THUYET CƠ SỞCHUONG |: Trình bay lý thuyết radar phân giải caoCHƯƠNG 2: Trình bày lý thuyết nhiễu xạ hình học GTDCHƯƠNG 3: Trình bày lý thuyết wavelets

CHƯƠNG 4: Kỹ thuật tàng hình và cách phòng chống Trong chương này Tácgiả trình bày và phân tích lý thuyết về vật thể tàng hình trên cơ sở giảm diện tíchhiệu dung tâm tan xa theo mồ hình lý thuyết tán xạ hình học, tức làm giảm biên độcác tâm tán xạ của vật thé, kết hợp với một số vật liệu hấp thụ sóng điện từ dap vaocac canh, hay goc, lam giam hé số hình học dé hay sai lệch hình dạng thu được,và đưa ra các kỹ thuật chống tàng hình trong radar

PHẢNH:M PHONGCHƯƠNG 5: Viết chương trình mô phỏng nhận dạng các vật thể hiện hữu, và vậtthé tàng hình

CHƯƠNG 6: Đánh giá đúc kết các kết quả đạt được và đưa ra hướng phát triển

của luận văn.GIỚI THIỆU 12 HVTH:ĐẢO NGOC AN

PHAN I

LY THUYET CO BAN LIEN QUAN DEN DE TAI

CHUONG 1LY THUYET RADAR PHAN GIAI CAO

Radar (Radar detection and ranging) là một kỹ thuật dò tìm, và đo khoảng cách

mục tiêu mà năng lượng điện từ được phát ra từ anten rồi chạm vào mục tiêu vàquay lại hệ thống thu radar *! Christian Hulsmeyer đã minh hoạ trước tiên kỹthuật này trong thực tiễn vào năm 1903 bởi sự dò tìm các phản xạ vô tuyến từ cáccon tau [6] Các sóng điện từ tới chạm vào mục tiêu được tấn xạ và quay về antenthu một phân Các cơ chế vật lý của hiện tượng này được mô tả như sau: “Các điệntrường tới sinh ra các dòng điện trong một thé tích được bao bởi một vật thé dé sinhra các trường tán xạ, vẫn đề bị giới hạn bởi các điều kiện biên Các tính chất tán xạcủa mục tiêu được tạo ra bởi sự mô phỏng các trường được trích lay từ các tín hiệután xạ ngược về bộ thu radar BỊ,

Từ khi phát minh radar đã nâng cao tinh tinh tế cả kỹ thuật lẫn lý thuyết Sựphát triển nhanh chóng của radar cho yêu cầu phòng không cấp bách vào thế chiếnthứ hai Nhiều lợi thế trong kỹ thuật radar trong một khoảng thời gian tương đối

LÝ THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO 13 HVTH:ĐẢO NGOC AN

ngan Trong kỹ thuật radar, việc phat triển một số nguồn tần số vô tuyến dựa vàomột loạt các cầu hình cho các hệ thong radar được minh hoạ như các đèn klystrons,và đèn magnetrons công suất cao, độ lợi lớn, và băng thông rộng Klytrons được

được phát minh va báo cáo vào năm 1937 va 1939 do hai anh em trai Varian.

Magnetrons được pat minh vào năm 1939 do Boot va Randall ''”! Các nguồn nàyđược dùng trong các hệ thống radar suốt thế chiến thứ hai, tuy nhiên khoảng tần sốradar bị hạn chế tần số viba trong bang X gần 10GHz

Đề cải tiễn độ phân giải radar, nhiều nỗ lực tăng các tần số radar sang băng Kđể đạt được độ phân giải tốt hơn

1.2 UNG DỤNG PHƯƠNG TR NH RADAR CHO RADAR PHAN GIẢI CAO1.2.1.Nguy nl hoat dong: Radar buc xa mot burst tần số chạm vào mục tiêu sé

phản xạ lại hệ thông thu radar một phân theo cự ly R được xác định theo phươngtrình cơ bản radar (1.1).

Object R

Radar StationHình 1.1 Nguyên lý hoạt động cua radar

1.2.2.Phương tr nh cự ly toi da:!'"!

Công suat phát (P,); Độ lợi anten phát (G); Cự ly từ radar đến mục tiêu (R);

L-Tông tôn hao của toàn hệ thong; (S/N), - là ty sô công suât tín hiệu trên công

suất nhiễu tại ngõ vào hệ thống thu, /, bang thông của hệ thống, T nhiệt độ nhiễuhệ thống, Diện tích hiệu dụng Radar (0)

LÝ THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO 14 HVTH:ĐẢO NGOC AN

1.3 DIỆN TICH HIEU DUNG RADAR (RCS)

diện tích dội hiệu dụng của mục tiêu (hình 1.1) RCS của mục tiêu là một vung

tiết diện ngang trên bề mặt cầu được bức xạ trở lại đăng hướng tất cả công suấtsóng tới với cùng cường độ bức xạ (công suất trên đơn vị góc khối) khi mục tiêubức xạ về hướng thu của radar

RCS của mục tiêu thường được đo liên quan đến mặt cầu dẫn điện Một vậtdẫn có dạng cầu, có chu vi lớn sẽ bức xạ ngược trở lại radar với một cường độbức xạ tương đương với sự tán xạ đăng hướng của tất cả công suất được chặn bởiphân tiết diện ngang của nó

Một hình cầu với bán kính z>> 2 (4 -bước sóng) sẽ có RCS bằng với tiết

diện ngang của nó là za?.

Diện tích phản xạ hiệu dụng [o] được định nghĩa:!"!

radar (S.); Mat độ công suat tới (S;); Cường độ trường song tới (E¡); Cường độ

trường sóng dội (Es); Định nghĩa RCS đối với mục tiêu ở trường xa:!"!

LY THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO 15 HVTH:DAO NGOC AN

năng lượng tán xạ Thông thường một radar phát tại một vài sự phân cực đặc biệt

chăng hạn phân cực ngang hay phân cực đứng và việc thu phải cùng sự phân cựcnày RCS của một mục tiêu trong điều kiện này dựa vào thành phan phân cực

ngang, phân cực đứng của năng lượng được tán xạ trong hướng anten thu của

Radar Tong quat hon, tiết diện ngang tán xạ, dựa vào sự tán xạ lại các hướngphân cực Hầu hết năng lượng tán xạ đối với mục tiêu Radar điển hình là sự phâncực sóng tới dé RCS và tiết diện ngang tán xạ không khác nhau nhiễu

Khi anten phát và thu của hệ thống Radar được lắp đặt chung với nhau thì tiếtdiện ngang dựa vào sự tán xạ theo hướng về phía nguén radar gọi là tiết diệnngang đơn tĩnh (monostatic cross section) Trong radar nhị tĩnh (bistatic), nguồnphát và thu được tách biệt bởi góc nhị tĩnh đến mục tiêu, thì tiết điện ngang dựavào sự tán xạ theo hướng đến bộ thu

1.3.2 Các Nguôn Tan Xa Ngược về Hệ Thong Thu Radar

Khi tăng độ phân giải thì mục tiêu được theo dõi làm cho định nghĩa RCS

thay đối đáng kể, điều này xảy ra do mục tiêu của radar và tạp dội Các điểm phảnxạ được gọi là các bộ tán xạ, các nguồn tán xạ ngược hoặc các tâm tán xạ Tạimột hướng cho trước, mỗi điểm sẽ phản xạ năng lượng với biên độ và pha liênquan với những điểm phản xạ khác

Hầu hết các nguồn tán xạ ngược chủ yếu của mục tiêu tại bất kỳ hướng nào lànhững bề mặt phắng và những góc Những nguồn phan xạ khác cũng tôn tại Sựphản xạ sóng trường (creeping-wave) xảy ra khi năng lượng tới truyền dọc theobề mặt của mục tiêu hoặc một vài bộ phận của mục tiêu Các ảnh hưởng cộng

hưởng khác nhau cũng tạo nên sự phản xạ.

Pha tức thời của từng điểm phản xạ riêng biệt của mục tiêu được xác định bởi

cự ly tức thời của nó đôi với radar Do đó, trong khi biên độ phản xạ không thayđôi trong sự thay đôi nhỏ của hướng thì pha thay đôi một cách nhanh chóng tạitân sô viba Toc độ thay đôi của pha theo hướng sé tăng theo tân sô radar.

1.3.3 Diện Tích Hiệu Dụng (RCS) Của Radar Phân Giải ThấpCác nguồn tán xạ ngược đơn lẻ không phân giải với các radar phân giải thấp.Xét một dang sóng radar gồm một chuỗi các xung don, thời gian một xung là 7, =

10°

1 ws, thì cự ly r phải thỏa: rset 2 =3.10Ẻ =150 (m)

Đối với dạng sóng băng hẹp, năng lượng tán xạ ngược từ nhiều tâm tán xạ củamột mục tiêu phức tạp được sắp xếp lại để tạo ra tín hiệu dội Biên độ và pha của

LÝ THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO 16 HVTH:ĐẢO NGOC AN

tín hiệu đạt được rất nhạy với sự thay đôi nhỏ của khoảng cách giữa các tâm tán

xạ.

Các khoảng cách này sẽ thay doi đáng kế đối với sự thay đối hướng mục tiêunhỏ hoặc đối với sự dịch tần số radar nhỏ.

Biểu thức của RCS không có thành phan pha Dé khôi phục lại khái niệm về

pha, ta định nghĩa ham truyên dội của mục tiêu là quan hệ giữa tan xạ ngược vacường độ trường điện sóng tới tại một tân sô cho trước.

Dạng hình hoc | Kích thước RCS(A) | RCSmn(Ø )

Hình cau Bán kính a Ta Ta 1 1

Hinh tru I*bán kínha | 2.1.a 2na l/h xa/À 4.n

Đĩa phăng a.a a 4na`/ˆ 4ma ` ˆ 64.7Góc nhị diện aaa a? 2 xả /“ | Snar?V2 | 128.n/V2

Tam diện aaa 3a/2 | 12za1!A?| Sxat/ 2 128.1

Bang 1: RCS của một số dạng hình hoc lý tưởng!"Hàm truyền Echo của mục tiêu liên quan cường độ điện trường tới tại một tầnsố đã cho theo:!"

(1.5)

a Sits

Biên độ của ham truyền: |h| = (1.6)

v4z.RKích thước của mục tiêu thường đủ nhỏ so với cự ly radar, cự ly thay đổi

trong không gian giám sát thường đủ ngăn đê biên độ echo có thê xem độc lậpVỚI Cự ly.

Jes\4z.R_Với 0: Pha tín hiệu echo; o, Ô: La số thực thay đôi theo góc và tần sốDo đó: |h| = (1.7)

Tương tự mỗi tâm tán xạ của một mục tiêu phức tạp được quan sát tại cáchướng mục tiêu va tân sô radar, hàm truyén echo của từng tâm tan xạ cho bởi

dự là khoảng cách từ một điểm nào đó bên trong mục tiêu đến tâm tán xạ thứ

k Sự thay đôi của tân sô radar một ít cũng làm thay đôi pha giữa các tâm tán xạngược Do đó tạo ra sự thay đôi biên độ trong băng hẹp.

1.3.4 Diện Tích Hiệu Dung (RCS) Cua radar Phan Giải CaoRadar phân giải cao phan giải từng tâm tan xạ của mục tiêu Độ rộng của cácxung đơn phải cực ngăn Dé độ phân giải theo cự ly giữa các tâm tán xạ là 1m thì

độ rộng xung cực đại lait"

Dựa vào (1.8) nếu o, =o, với mọi k, thi RCS băng hẹp trung bình là:

Trong đó:

m: là số thành phan tán xạ ngược;ơ, : diện tích hiệu dụng cua mỗi yếu td.Ta có công thức như sau:l"1

Các phương trình trên cho thấy gần đúng với các kết quả trong thí nghiệm và

hữu dụng trong việc dự đoán cự ly cho các radar xác định ảnh mục tiêu Nó đượcthiết lập bởi tong của RCS của các yếu tố phân giải cao theo cự ly và Doppler củamột mục tiêu Nó bang với RCS băng hẹp của mục tiêu được lay trung bình trên

LÝ THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO 18 HVTH:ĐẢO NGOC AN

cùng góc phương vị, dữ liệu được xử lý để phát ảnh cự ly — Doppler (range —

1.5 SỰ SUY GIẢM THEO CỰ LYCông suất tín hiệu echo thu được chứa 1/R* nói lên công suất đội thu được suygiảm theo ham bậc 4 của cự ly Công suất thu được trong điều kiện hoạt động gầnbề mặt đất, trở nên phức tạp hơn với sự nhiễu xạ và sự khúc xạ do sự cong của tráiđất, đa đường và sự tan xạ 6 tang đối lưu Công suất P, được phát từ một Anten cóđộ lợi G, đến Anten thu khẩu độ A và độ lợi G„:!""

(4z) -R*-LTừ phương trình S = kết hợp với hai phương trình trên,Nếu G=G, = G, ta có:

Công suất đội (công suất thu) được tính:

LÝ THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO 19 HVTH:ĐẢO NGOC AN

S=PG 2 An

1.6 BO NHAY MAY THUCác tín hiệu đội thu được sẽ cạnh tranh với nhiễu của hệ thống thu, các tín hiệu

tạo nhiêu (Jamming), và các tín hiệu không mong muôn dội từ biên, đât liên và

mưa Độ nhạy hệ thông thu:

hao điện trở của anten, nó thường được bỏ qua.

Độ nhạy máy thu được viết lại như sau!!!

Bang thông nhiễu dùng để tính công suất nhiễu đạt được từ các đặc tính băng

thông của hệ thông thu Băng thông nhiêu trong các công thức trên được xác địnhnhư băng thông tương đương của hàm độ lợi có dạng hình chữ nhật Đáp ứng độ lợi

hình chữ nhật là độ lợi không doi œ( 7) từ Ø,/2 dén +,/2 và bang 0 ở nơi khác,f là tần số trung tâm của hệ thông thu Sự tương đương của công suất nhiễu ngõ rađối với những đáp ứng xung chữ nhật so với đáp ứng thực mô tả như sau

NG[7#)-8, = N{6( ƒ)ƒ (1.21)

Voi G(f) là hàm độ lợi thực cua hệ thống thu Băng thông nhiễu:

LÝ THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO 20 HVTH:ĐẢO NGOC AN

Tâm quan trọng của nhiễu ở tang tiên khuếch đại:Hệ số nhiễu của một bộ thu tại một tần số cho trước được định nghĩa:!""

dụng Từ phương trình (1.23) ta có:

T, =T,.(F, —1) (1.24)

Thông thường mạch tiền khuếch đại có độ lợi vừa đủ để các thành phần còn lại

của hệ thông thu của radar sau bộ tiên khuêch đại góp phân tạo nhiêu thêm vàokhông đáng kê Khi đó, nhiêu hệ thông radar là công suât anten cộng vào công suâtnhiêu hiệu dung của bộ tiên khuéch đại Khi đó nhiệt độ nhiêu của hệ thong radarlà:

T =T, +T,, Với T, là nhiệt độ anten.

1.7 TÍ SÓ TÍN HIỆU TREN NHIÊU CUA BO LOC THÍCH NGHISNR đỉnh tại ngõ ra của máy thu radar đạt cực đại nếu hệ thống thu radar tươngthích với tín hiệu thu Tỉ số tín hiệu trên nhiễu tại ngõ ra của bộ thu có bộ lọc thíchnghĩ:

(S/N) =2E/N, (1.25)

Với E la nang lượng tín hiệu thu được (J)

H, là công suất nhiễu (W/Hz), được xác định đối với phé đơn biên (công suấttrên Hz trong điều kiện phổ hai biên là N, /2)

(=) _ “Si (1.26)

Với S là công suất ngõ vào trung bình; T,: Thời khoảng một xung, N là công

suât nhiêu ngõ vào.

LÝ THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO 21 HVTH:ĐẢO NGOC AN

A AR L4 on A A AR xX ~ ` ` 11

Công suất tín hiệu trên công suất nhiễu ngõ vào là:!""1

(=) ! (S| (1.27)

N), 20.8, (N).,

Tin hiệu đỉnh của công suất tức thời S của tin hiệu xét trong dap ứng xung ngõ

ra bộ lọc thích nghĩ Khi các thành phân tần số của dang sóng bi hạn chế trong một

băng thông nhỏ hon tan số trung tâm IF thì công suất đỉnh tức thời tại một điểm bat

kỳ trên đường bao đáp ứng IF ngõ ra xấp xỉ hai lần công suất trung bình tại điểm

đó.

Công suất đỉnh tức thời của tách sóng cầu phương là hai lần công suất tín hiệu

trung bình của tông bình phương thành phân đông pha và vuông pha.

S/N ở day dé cap đến SNR trung bình tại đỉnh của đường bao đáp ứng ngõ ra

của hệ thông thu trước bat cứ sự tích hợp ảnh pulse-to-pulse SNR tại ngõ vào cua

ta luôn cỗ gang để tương thích với hệ thống thu để biết dạng sóng phát hơn làkhông biết đáp ứng dội từ mục tiêu

Hình 1.3 : Hệ thống thu có bộ lọc thích nghi |"!Tích số thời gian và băng thông

T,., trong (1.39) là tích số thời gian va băng thông của một tín hiệu hoặc mộtdạng sóng Tích số thời gian và băng thông của các xung riêng biệt có thé lớn hơn 1

băng cách mã hóa pha hoặc tân sô.

1 1

(S/M)„ 2(5/%)., 2S) (sin), 1.8,

(S7N), (SIN), (STN), `„(SIM mm

Việc xử lý nén xung trong bộ thu có bộ lọc thích nghi làm tương thích bang

cách giảm độ rộng dap ứng và tăng SNR tại đỉnh của đường bao ngõ ra.

Xét hệ thông thu trong hình 1.2 với (S/N) la SNR tại ngõ vào cua bộ thu và

cũng là SNR tại ngõ vào của bộ lọc thích nghi SNR được cải thiện như sau:[11]

1.8 DO PHAN GIAI RADAR

1.8.1 Độ Phan Giải Cự LyĐộ phan giải cự ly cua một radar là khả năng phân tích mục tiêu cua nó machúng được phân biệt theo cự ly tính từ radar Độ phân giải cự ly tương ứng với

độ phân giải trong miền thời gian (độ trễ-cự ly: range-delay) Một radar với độphân giải range-delay Ar có thé phân tích các mục tiêu là (c.Ar/2) trong không

(a) Hai xung we bang nhau phan giai theo Rayleigh

nghịch đảo của độ rộng băng thông xung Tổng của hai xung có dạng giống như

một xung đơn với đỉnh được mở rộng vùng chuan Rayleigh.

A

vV

-B/2 0 +0/2

(c) Phd xungHình 1.4 Độ phan giải với xung và phổ hình chữ nhật!"Tuy nhiên, nó không đơn giản đối với đáp ứng xung video từ mục tiêu củaradar Mỗi xung dội RF thu được sẽ đến ngõ vào của hệ thống tại tần số sóngmang của xung phát Đáp ứng video đạt được bằng cách hạ xuống trung trần IF,sau đó 1a quá trình tách sóng và lọc thông thấp dé loại bỏ sóng mang IF Tan sốsóng mang ở miễn RF va IF của một hệ thong điển hình sẽ lớn hơn bat cứ cácthành phần tần số nào của đường bao xung video

Độ phân giải được xác định chủ yếu bởi băng thông của đường bao xung nhưxác định ở trên Tín hiệu RF thu được từ hai mục tiêu điểm sẽ có xu thế phân biệtthành hai đỉnh như sự phân biệt mục tiêu tăng sau khi dùng chuẩn Rayleigh Tuy

nhiên, bởi sự giao thoa RF giữa hai mục tiêu cách nhau rất gần, nên đỉnh của các

tín hiệu dội RF thu được sẽ hủy bỏ và thêm vào một cách có chu kỳ khi sự phân

chia cự ly mục tiêu được mở rộng Khi sự phân biệt đạt đến chuẩn Rayleigh, cácđáp ứng đỉnh đơn và đỉnh kép sẽ tuần tự theo chu kỳ, với hai xung còn lại sau

LÝ THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO 24 HVTH:ĐẢO NGOC AN

cùng trong đáp ứng RF tổng cộng Đáp ứng anh sau đó sẽ hạ tần va được tách

sóng, khi đó nó là đường bao cua đáp ứng IF tông, sẽ phan xạ về cùng mot ketquả.

Hình 1.5 mô tả ảnh hưởng của tín hiệu dội từ hai mục tiêu, mỗi mục tiêu

„ tL) nF rs `

tương Ứng s(7) = ET với f =2.5 GHz và B =300MHz.

at

Tín hiệu dội thu được tu hai mục tiêu này là s(t+67/2)+S(T—6r/2), với dt

là sự phân cách cự ly-trễ (range-delay)

Biên độ tín hiệu dội thu được trong hình 1.5 được vẽ theo cự ly tại các phâncách cự ly rời rạc nhỏ hơn 4/2.

Trong thực té, các mục tiêu được đặt cách gân nhau hoặc trung tâm tán xạ của

mục tiêu sẽ xuât hiện đê kêt hợp và phân cách khi sự phần cách cự ly thay đôitheo bội sô của 4/2.

Biên độ tín hiệu Echo

Hình 1.5 Đáp ứng [RF] tổng của 2 mục tiêu có phân cách gần |"!

1.8.2 Độ Phan Giải Doppler

Độ phan giải radar cũng có thé duoc dé cập đến kha năng phân giải theo vậntốc hướng tâm của mục tiêu Thực tế, ảnh mục tiêu sẽ được giải thích trong điềukiện phân giải cự ly — tốc độ của các mục tiêu đa tán xạ, nó biểu diễn độ dốcDoppler đối với mục tiêu như là sự thay đối của góc nhìn

Tan số Doppler tạo mục tiêu don điểm tại vận tốc hướng tâm vy, là:

fy= 2V, _ 2.ƒ, (1.32)

A Cc

Với ƒ là tan sô sóng mang cua radar, 4: bước sóng, c van toc lan truyén, v,van toc hướng tam.

Độ phân giải Doppler liên quan đến thời gian của tích phân kết hop (coherent

integration) của tín hiệu dội vê Tích phân ket hợp có thê được thực hiện bangLY THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO 25 HVTH:DAO NGOC AN

nhiều cách Một bộ lọc thông dải đơn giản điều chỉnh tín hiệu dịch tần Doppler(điều này thuận lợi sau khi hạ tan) sẽ lay tích phân kết hợp tín hiệu trên một đoạnthời gian, nó xap xi bang nghịch dao của băng thông cua bộ lọc Ngày nay, dùng

phương pháp biến đổi Fourier rời rac (discrete Fourier transform: DFT) thườngđược thực hiện dùng biến đối Fourier nhanh (fast Fourier transform: FFT).

Độ phân giải Doppler, Af,

(b) Đường bao của phô

Hình 1.6: Độ phân giải Doppler với các mức không đổi |"!Mối quan hệ ar=1/ ø đối với phân giải cự ly-trễ (range-delay) có một giá trịtương tự như trong miền Doppler Hình 1.4 trình bay đường bao của tín hiệu dich

Doppler kêt hợp với tín hiệu dich Doppler mức không đôi trong thời gian 7 va có

phố của nó với 1/7<< ƒ#„<<ƒ Pho tần Doppler kết hợp với tín hiệu dịchDoppler mức không đổi trong thời gian T có băng thông /⁄7 tại các điểm2/z(-44B) Độ phân giải Rayleigh: Af, =LIT được thực hiện bởi biến đổiFourier đôi với tín hiệu dội mức không đổi trong thời gian T Tích phân toàn

phân là một bộ lọc và đặc tuyên thông dai lý tưởng trong hình 1.4b Quá trình lọcDoppler được thực hiện tai băng goc.

Ar, =c:-At/2=c/(2£) (1.35)

Độ phân giải tốc độ mục tiêu kết hợp độ phân giải Doppler (1.34) va (1.32)

LÝ THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO 26 HVTH:ĐẢO NGOC AN

Av = A-Af, /2=A/(2T) (1.36)

1.8.4 Độ Phan Giải GócĐộ phân giải góc của radar là độ rộng chùm tia của anten Độ phân giải -3 dB

là 0.882/đ Liên quan đến độ rộng chùm tia là khái niệm góc khối chùm tia:

@=4z/D (1.37)

D: Độ định hướng anten Độ phân giải theo góc (Cross-range) là góc nhỏ nhất

trong không gian (theo góc phương vị hay góc ngâng) mà góc đó còn quan sátđược hai mục tiêu ở cùng một cự ly.

Trong đó: À là bước sóng, d là kích cỡ anten Độ phân giải theo Cross-range Ar,

phụ thuộc trực tiếp vào độ phân giải theo góc phương vị, và cự ly đến mục tiêu R.Đối với băng thông nhỏ thì:

Ar = RO,,, (1.39)

1.9 CU LY PHAT HIEN CUA RADAR PHAN GIAI CAO

Cu ly phát hiện của radar phân giải cao được xác định trong (1.30), gia sử hệ

thống thu được tương thích với dạng tín hiệu trong thời gian T, Trong công thức

này không có độ phân giải radar hoặc băng thông của dạng sóng tín hiệu Tuy

nhiên, gia sử tiết diện ngang của mục tiêu là o để được phát hiện có một sự mởrộng cự ly-trễ là nhỏ so với độ phân giải cự ly Công suất tín hiệu dội được phát

hiện dội toàn mục tiêu.

Công suất phát P, của một xung là công suất phát trung bình trong thời gian T;của sóng được phát Công suất máy phát đối với một xung Doppler:

(Pr)ave =(công suất xung) M (1.40)

2

LY THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO 27 HVTH:DAO NGOC AN

Đối với một radar CW(?) „ là công suất trung bình của hàm sin.1.1 DẠNG SONG RADAR PHAN GIẢI CAO

xung RF cần truyền gan bang với đáp ứng xung của bộ lọc Độ phân giải đạt được

khoảng 3 inches Trong hệ thông noncoherent, bộ truyền dao động điện từ tắt và

mở liên tục với chu kỳ rất ngắn để tạo các xung với bề hẹp khoảng 50ns, ứng độphân giải khoảng 25-ft A

Xung RF ngan

^ Bộ lọc 7 \

BO tạo xung 2 Bandpass 2 >

Duong bao xung

Hình 1.8 Generation of short pulses with a ringing filter "1

1.10.3 Nén xung Chirp

Pules- compression radar: Phát một xung mã dài va xử lý tín hiệu phản hồi

trong đáp ứng phân giải cao ở máy thu nén xung Mã hóa analog tân sô được gọi làkỹ thuật Chirp.

Một dạng sóng Chirp- pulse được minh họa ở hình trên Hình 1.8 minh họa hoạtđộng của hệ thông nén xung dé nén tín hiệu thu được do đáp ứng của mục tiêu LàLÝ THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO 28 HVTH:ĐẢO NGOC AN

một kiêu trê của xung truyện, độ tré ngược với tân sô của một hệ thông nén xungđược biêu dién ở hình 1.9.

Biên độ tínhiệu

Hn_ 1.9 Đường bao dạng sóng truyền Chirp- pulse,

tần số tức thời và dang sóng !"Ì

Mạng nén xung

Tín hiệu Echo vào Xung nén đầu ra

Hn_ 1.1 Hệ thống nén xung va đáp ứng của một xung nénXung Chirp truyền có thé biéu diễn dudi dạng biểu thức phức:

Độ trễ mạng -3/A -2/A -1/A 9 1/A 2/A 3/ABiên độ tín hiệu

Thời gian

Hn_ 1.11 Đặc tuyến hệ thống nén xung và xung được nén |"Trong một xung có độ dài T¡, tần số tức thời thay đổi từ f-KT,⁄2 đến f+KT⁄2 Sự quét tan số tuyến tính, ký hiệu A, với một hệ số phân tán D=T/.A Với

D được gọi là tích thời gian với độ rộng băng thông.

Hàm truyền của hệ thống cần băng phase, được viết dưới dạng, giả sử biên độ

hàm truyên băng đơn vi:

Độ dài xung với độ phan giải Rayleigh 2/z là tị = 1/A.

Tỉ lệ công suất đỉnh trên biên đạt khoảng 13dB.Thực tế tín hiệu h(t) của bộ lọc matcher- filter phức tạp hơn nhiều vì trong tính

toán trên không thê đên giới hạn xung vuông của tin hiệu s(f) Khai triên phô của

s(t) chứa các ham Fresnel sin va cos Ti số SNR gia tăng nếu gia tăng hệ số D

LÝ THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO 30 HVTH:ĐẢO NGOC AN

1.10.4 Dạng sóng tan số bước

Các dạng sóng tan số bước được dùng trong các ứng dụng radar băng cực rộng, đòi hỏi

tích băng thông-thời gian rât lớn.Xét một tín hiệu LFM, với băng thông B,, và độ rộng xung 7;, và được xem như LFM

primary Chia xung dài thành N xung con, mỗi xung con có độ réngz,, để tạo ra mộtchuỗi các xung, ma PRI là chu kỳ lặp lại xung ký hiệu là T 7; =(n-1)T.

Định nghĩa tan số khởi đầu cho mỗi xung con [fp] bằng với giá trị đo từ LFM primarytại cạnh lên của mỗi xung con minh hoạ theo hình:

Trong đó: C là hằng số, va A(z)là độ trễ từ lúc phát đi cho đến khi nhận được làAŒ)=(®,—-v?)/(c/2): Với c là tốc độ ánh sáng, v-vận tốc bức xạ của mục tiêu Để bỏthừa số phase cầu phương, ta trộn tín hiệu đầu tiên với tín hiệu tham chiếu.

j 2z| poke)y,(t)=e »iT <t<iT +1, (1.54)Viéc thuc hién ké tiép dùng bộ loc thông thấp để trích lay cac thanh phan cau phuong.Chính xác hon, các thành phan cầu phương được xác định như sau:

X,=AeTM (1.57)Phương trình (18) trình bày các mẫu phan xa của mục tiêu, vì một burst đơn trongmiễn tan sé Thông tin nay được chuyén thành một chuỗi các giá trị phản xạ độ trễ cự lybăng cách dùng IDFT.

Cc Cc

= = (1.60)2.BW_ 2N-Af

Da trị cự ly liên quan với dang sóng tan số bước (SFW-Stepped Frequency Waveform)ở dang phase tương ứng với tán xạ điểm tai vị trí có cự ly R,:

A@+2NAf An 2Af

Va ctra s6 cu ly không da tri (unambiguities range window) là: R, = 2y

LÝ THUYET RADAR PHAN GIẢI CAO 33 HVTH:ĐẢO NGOC AN

CHƯƠNG 2

LÝ THUYÉT NHIÊU XẠ HÌNH HỌC GTD

2.1 Giới thiệu

2.2 Các cơ chế nhiễu xạ2.3 Các cơ chế phản xạ2.4 Các h nh minh hoạ cho nhiễu xa và tắn xạ2.5.M hnhi thuyết nhiễu xạ h nh học

2.6.M h nh xác định tâm tán xạ

2.1 GIỚI THIỆUMột ứng dụng mới để trích lẫy tâm tán xạ dựa vào một mô hình lý thuyết nhiễuxạ hình học GTD-based aor Sự đo đạc tần số bước tai các các tần số cao Mô hìnhGTD-based thích hợp hơn mô hình Prony (mô hình thông só)!'“Ì trong việc xử lýtán xạ vật lý hay các phương pháp biến đổi Fourier rời rạc Ngoài ra, mô hìnhGTD-based còn tách lẫy được nhiều dữ liệu vé các tâm tán xa, cho phép nhận

dạng hình học tâm tán xạ, xác định năng lượng, và khoảng cách down-range.

Việc xác định các điện trường tán xạ của các mục tiêu phức tạp là vấn đề quantâm trong thực tế Một mục tiêu hỗn hợp bao gom các bề mặt nhãn, các mặtphăng, các cạnh, các fins, và các hốc Các ứng dụng thường để phân tích bằngtong các tan xạ ngược nhận được cua các phần bộ phận của mục tiêu

2.2 CÁC CO CHE NHIÊU XAKhi dùng mô hình lý thuyết nhiễu xạ hình học tân số phụ thuộc vào: Cạnh và góc2.2.1 Nhiéu xạ cạnh (œ =—l/2)

Xét tán xạ ngược sóng phăng của một cạnh trong thân vật dẫn, nếu tác giả giớihạn điểm nguồn (điểm quan sát) tới một vùng không gian cách các biên shadowcủa các cạnh, phiên bản đồng dạng của GTD giảm tới dạng Keller Hệ số nhiễu

LÝ THUYET WAVELETS 34 HVTH:ĐẢO NGOC AN

xạ Keller được phân thành các thành phần phụ thuộc tần số và không gian củanó:

| | _

D(k,@,n) = ƒ\0.")=-==\(JÈ) 2 £W.n 2.1Trong đó: @ và n là các tham số mô tả hình học phụ thuộc tần số, sự phụ thuộctần số của một cạnh được mô tả bởi /Vik , hành vi tan xạ cạnh phù hợp chính

xác mô hình tác giả và ứng với trị œ=—]/2

2.2.2 Nhiễu xạ góc (a=-1)

Khi một sóng tới chạm vào một cạnh của Wedge, nó sẽ phản xạ lại hoàn toàn

Ol Theo ly thuyét nhiéu xa hinh hoc GTD, khi mot sóng cham vào một đỉnh cuanêm nó sẽ sinh ra các sóng nhiễu xạ theo tất cả các hướng như hình 2

Xét tán xạ ngược sóng phăng của góc trong một than vat dẫn mô tả bởi một hệsố nhiễu xạ sóc, tương tự như cạnh, hệ số nhiễu xạ góc được phân thành cácthành phan phụ thuộc tan số và không gian:

D(k.$.n) = mm f (dn) = —( jk) f (6.n) (2.2)

Công thức trên cho thay sự phụ thuộc 1/ jk rất phù hợp mô hình tác giả ứng vớigiá trị œ âm cho tán xạ góc, cả cạnh và góc đều có giá trịœ <0, nghĩa là khi tangtần số thì biên độ của cơ chế nhiễu xạ bị giảm

Tác giả không xét mô hình nhiễu xạ sóng trường biên độ của nhiễu xạ sóng

trường cho van dé tán xạ điện trường xa là nhỏ không đáng kể Khi tăng tan số,giả định này phù hợp hon, và rõ ràng cấu trúc không chứa các bề mặt cong thi

không có sóng trường.

2.3 CAC CƠ CHE PHAN XAXét co ché phan xa tir ba bé mat kinh dién, cdc bé mat nay duoc dinh nghia bangmột bán kính cong trong mặt phăng Dùng các giải pháp quang hình hoc (GO), vaquang vật lý (PO) để xác định sự phụ thuộc tần số của các tâm tán xạ này

Tat cả các phương trình đều được chuẩn hoá sang điện trường tới băng 1, và bỏ