Định vị và dẫn đường điện tử ppt

Sai số phép đo tham số mục tiêu Radar... Sai số phép đo cự ly của trạm Radar?. Nhận xét- Diện tích phản xạ hiệu dụng có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn rất nhiều so với diện tích vật lý của mụ

Giảng viên: TS Đỗ Trọng Tuấn

Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Khoa Điện tử - Viễn thông

Định vị và dẫn đường điện tử

( Electronics Positioning and Navigation )

Nguyên lý và

hệ thống Radar

Radar Principles &Systems

ξ 4 Sai số phép đo tham số

mục tiêu Radar

Nhiễu nhiệt - Noise

FB KT

• K: hằng số Boltzman; k = 1,38*10-23 (J/0K)

• T0: nhiệt độ của hệ thống; T0 = 290 (0K)

• F: hệ số nhiễu nhiệt ( NF: Noise Figure); F = vài dB

• B: băng thông của hệ thống Radar [Hz]

• Tính theo dB

) (

) (

) lg(

10 )

Sai số phép đo tham số mục tiêu

• M: đại lượng cần đo → cự ly R, tần số

Doppler fD, vận tốc xuyên tâm vxt

• Đơn vị: theo đại lượng đo [m], [Hz], [m/s]

c SNR

2

δ

B

c R

2

=

• M → cự ly R

Ví dụ

Một trạm Radar bức xạ sóng điện từ với độ rộng xung là 1,5 µs và tỷ số SNR yêu cầu là

13 dB Hãy cho biết:

a Băng thông của trạm radar.

b Sai số phép đo cự ly của trạm Radar ?

c Sai số phép đo cự ly là bao nhiêu khi tăng độ

rộng xung lên hai lần Cho nhận xét.

Ví dụ

) (

67 ,

666 10

5 , 1

c SNR

2

δ

• Băng thông của hệ thống radar xung

) (

575 ,

10

1310

Sai số phép đo độ tần số Doppler

f

D D

1 1

δ

Understanding radar systems

[ ] s

Δf

Very roughly, the integration time needed to resolve two doppler frequencies seperated by Δfd

is given by

Thời gian nhận biết tần dịch tần Doppler t (sec):

Thời gian nhận biết tần dịch tần Doppler (integration

time)

(source: Understanding radar systems)

Sai số phép đo độ vận tốc xuyên tâm

Ví dụ

Một chiếc tàu chuyển động với vận tốc 5 m/s được giám sát bởi 2 hệ thống radar.

- Một trạm làm việc ở băng tần VHF tại tần số 138 MHz

- Một trạm làm việc ở băng tần S tại tần số 3 GHz

a Hãy xác định khoảng thời gian cần thiết để hai hệ

thống trên có thể phân biệt tín hiệu phản xạ từ con tàu

và từ đất liền.

b Giả thiết tỷ số SNR là 20 dB Hãy cho biết sai số phép

đo vận tốc

Ví dụ

) ( 17 ,

2 10

325 ,

0 100

2 217

, 0

1 2

1

Hz SNR

(sec) 217

,

0 6

, 4

) (

6 ,

4 17

, 2

5 2

) (

6 , 4 0

6 ,

4

) (

Ví dụ

Thời gian nhận biết tần dịch tần Doppler là t (sec):

) / (

705 ,

0 100

2 217

, 0

17 ,

,

0 6

, 4

ξ 5 Phương trình Radar

Diện tích phản xạ hiệu dụng RCS

Radar Cross Section.

Sp: diện tích bề mặt vật lý của mục tiêu được chiếu xạ

→Hình dạng , kích thước của mục tiêu

k S

RCS = δ = p × f × d

Ví dụXác định diện tích phản xạ hiệu dụng của tấm phẳng chữ nhật có độ dài cạnh là a = 0,093 m ; b = 1m khi được

chiếu xạ bởi tín hiệu từ trạm Radar có tần số làm việc là

1 GHz và 10 GHz ?

2

2 2

2 2

) (

207 ,

1 10

3

10 1

093 ,

0 14

, 3

2 8 2

2 9 2

817 ,

0 )

207 ,

1 lg(

Ví dụ

f = 10 GHz

) (

7 ,

120 10

3

10 1

093 ,

0 14

, 3

2 8 2

2 10 2

093 ,

0 1

093 ,

) (

817 ,

20 )

7 , 120 lg(

Nhận xét

- Diện tích phản xạ hiệu dụng có thể lớn hơn

hoặc nhỏ hơn rất nhiều so với diện tích vật lý của mục tiêu được chiếu xạ.

- Khi tần số tăng hoặc giảm thì diện tích phản xạ

hiệu dụng radar của cùng một mục tiêu sẽ tăng hoặc giảm

- RCS của mục tiêu hình cầu không phụ thuộc

vào tần số

Radar Cross Section

Experimental RCS

Diện tích hiệu dụng Radar của máy bay ném bom B26

tần số chiếu xạ: 3 GHz

RCS thay đổi theo

hướng chiếu xạ trên

mặt phẳng ngang

góc phương vị

25 dB

Diện tích phản xạ hiệu dụng radar của một số đối tượng điển hình

Stealth Fighter F117

Radar Cross Section 0.003m2

2 Mật độ công suất

1 khái niệm:

Khi 1 anten bức xạ vô hướng năng lượng có công suất P Tại cự ly D, mật độ công suất PD sẽ được xác định như sau:

] /

[ 4

2

2 W m D

- Anten vô hướng Công suất bức xạ hiệu dụng đẳng hướng EIRP→

- Anten định hướng Công suất bức xạ hiệu dụng ERP→

]

[W

Pt D (m)

) (

S = π

] /

PD

S = Diện tích mặt cầu bán kính D (m)

2 Mật độ công suất

-Anten vô hướng Công suất bức xạ hiệu dụng đẳng hướng →

Kí hiệu: EIRP - Effective Isotropic Radiated Power

đơn vị dBi

-Anten định hướng Công suất bức xạ hiệu dụng →

kí hiệu : ERP - Effective Radiated Power

đơn vị dB

]

[W

G P G

EIRP

] /

[ W m2

G P ERP

Hệ số khuếch đại của anten định hướng

- Anten định hướng Hệ số khuếch đại anten G →

a Mật độ công suất tại khoảng cách 100 feet.

b Công suất thu tại anten thu có hệ số khuếch đại 10 dB đặt tại vị trí đó

A e : diện tích hiệu dụng của anten A: diện tích góc mở vật lý của anten η: hiệu suất của anten.

với:

Ví dụ

( 100 0 , 304 ) 8 , 615 [ / ] 14

, 3 4

10

100 4

4

2 2

3 2

D

P D

G

) (

617 ,

0 07165

, 0 615

,

A P

( )

10 10

0716 ,

0 14

, 3 4

3 , 0

3 Phương trình radar chủ động sơ cấp

A P

D e

D r

3 Phương trình radar chủ động sơ cấp

P

e D

2

R

G G P

G R

λ π

3

2

m P

G G

P R

r

r t t

2

S

G G

Phương trình radar

Phương trình

cự ly radar

S = Pr min = độ nhạy thu

3 Phương trình radar chủ động sơ cấp

R R

G

P R

G G

1 4

λ

π λ

πδ λ

π π

δ λ

Biểu diễn theo đơn vị dB:

) (

) (

) (

) (

) (

1

4 lg 10

4 lg 10 )

3 Phương trình radar chủ động sơ cấp

10

4 lg

10 )

(

c

f dB

c dB

Bảng tra cứu thông số hệ số Gδ (dB)

Giản đồ công suất

t

Ví dụ

Một trạm radar làm việc tại tần số 10 GHz có công suất phát 75 dBm sử dụng chung anten thu phát có hệ số khuếch đại là 48 dB Suy hao đường truyền (cáp) từ máy thu, phát đến anten là 6 dB Một máy bay cách trạm radar 31 km có diện tích phản xạ hiệu dụng

trạm radar là bao nhiêu dBm Minh họa các thông số trên hình vẽ và giản đồ công suất ?

Ví dụ

)()

()

()

()

()

()

()

()

(dB P dB L dB G dB 1 dB G dB 1 dB G dB L dB

P r = t − t + t −α + δ −α + r − r

) (

28 , 142 )

31 lg(

20 )

10 lg(

20 45

) (

46 , 48 )

( 46 , 48 )

( 28 , 142 2

) ( 48 )

( 6 ) (

75 )

Giản đồ công suất