PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG RADAR ANTEN và hệ THỐNG điều KHIỂN ANTEN của RADAR TRẠM cà MAU

... HỆ THỐNG RADAR THỨ CẤP TRẠM CÀ MAU 3.1 Sơ đồ tổng qt hệ thống Radar trạm Cà Mau Hình 3.1 Sơ đồ tổng qt hệ thống Radar Cà Mau 3.2 Chức khối  Khối CMS: CMS: có vai trò giám sát điều khiển hệ thống. .. lí hoạt động đài Radar, chia radar làm loại radar sơ cấp (radar chủ động trả lời thụ động) radar thứ cấp (radar chủ động trả lời chủ động) 2.1.2 Phân biệt radar sơ cấp radar thứ cấp: • Radar sơ... gian thực tập trạm radar Cà Mau quan trọng, cần thiết bổ ích em, giúp em có điều kiện áp dụng kiến thức học vào thực tế giám sát, điều khiển hệ thống Đề tài thực tập trạm radar Cà Mau nhiều, thời

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG RADAR ANTEN VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU

KHIỂN ANTEN CỦA RADAR TRẠM CÀ MAU

TP Hồ Chí Minh – 2014

Trước khi vào nội dung bài báo cáo, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Quý Thầy Cô giáo học viện Hàng Không Việt Nam, em xin cảm ơn

thầy NGUYỄN MINH TÙNG đã tận tình hướng dẫn em thực hiện bài báo

cáo thực tập này

Em xin cảm ơn ban lãnh đạo và các anh chị trong Công ty Quản lí bay miền Nam nói chung và Trạm radar thông tin Cà Mau nói riêng đã tạo điều kiện thuận lợi cho em được thực tập tại trạm, được tiếp xúc thực tế Và em xin

gửi lời cảm ơn sâu sắc đến kĩ sư TRẦN VĂN HÓA đã giải đáp những thắc

mắc, giúp em thêm hiểu biết về công việc thực tế và cách áp dụng những kiến thức đã học vào công việc cụ thể

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

TRẦN XUÂN GIANG

Tôi cam đoan rằng báo cáo thực tập này là do chính tôi thực hiện, các số liệu thu thập và kết quả phân tích trong báo cáo là trung thực, không sao chép

từ bất cứ đề tài nghiên cứu khoa học nào

Ngày 03 tháng 03 năm 2014 Sinh viên thực hiện

TRẦN XUÂN GIANG

Ngày … tháng … năm 2014 Thủ trưởng đơn vị

(ký tên và đóng dấu)

Ngày … tháng … năm 2014 Giáo viên hướng dẫn

NGUYỄN MINH TÙNG

Ngày … tháng … năm 2014 Giáo viên phản biện

(ký và ghi họ tên)

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ RADAR 12

2.1.3 Sơ đồ khối tổng quát của đài radar thứ cấp : 15

Chương 3: HỆ THỐNG RADAR THỨ CẤP TRẠM CÀ MAU 26

KẾT LUẬN 43

định hàng khôngAIS (Airtraffic Information System) : Hệ thống tin tức hàng không

AMDU (Antenna Motor Driver Unit) : Hệ thống điều khiển anten

ATCC (Air Trafic Control Center) : Trung tâm điều hành bay

CMS (Control and Monitoring System) : Hệ thống giám sát và điều khiển

EDR (Encoder Driver Receiver)

FRUIT (False Replíe Unsynchronised In Time) : Tín hiệu trả lời không đồng bộ trong cùng một lúc

ICAO (International Civil Aviation Organization) : Tổ chức Hàng Không dân dụng

quốc tếISLS (Interrogation Side Lobe Suppression): Triệt tín hiệu hỏi từ búp sóng phụMTI (Moving Taget Indicator) : Tách mục tiêu di động

NRP (North Reference Pulse) : Xung chuẩn phương Bắc

NM (Nautical Mile) : Dặm radar

PRF (Pulse Repeat Frequency) : Tần số lặp lại xung

PRT (Pulse Repeat Frequency) : Chu kì lặp lại tín hiệu

PRI (Pulse Repetition Interval) : Khoảng lặp lại xung

PSR (Primary Surveillance Radar) : Radar giám sát sơ cấp

STC (Sensitivity Time Control) : Điều khiển độ nhạy theo thời gian

SLS (Side Lobe Suppression) : Chế áp búp sóng cạnh

SSR (Secondary Surveillance Radar) : Radar giám sát thứ cấp

RF (Radio Frequency) : Tần số vô tuyến (cao tần)

RHP (Radar Head Processor) : Trung tâm xử lý dữ liệu radar

RMM (Radar Maintenance Monitor) : Hệ thống giám sát bảo trì radar

RSLS (Reception Side Lobe Suppression): Triệt tín hiệu thu ở búp sóng phụ

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐƠN VỊ

1.1 Cơ cấu nhân sự.

Hình 1.1 Cơ cấu nhân sự đài kiểm soát không lưu Cà Mau

TỔ RADAR THÔNG TIN

TỔ ĐIỆN NGUỒN

NHÂN SỰ

CHỨC NĂNG NHIỆM VỤ

TỔ BẢO VỆ VÀ TẠP VỤ

TRẠM RADAR ĐÀI CHỈ

HUY

1.2.1 Đài chỉ huy

Điều khiển cất, hạ cánh những chuyến bay đến và đi từ sân bay Cà Mau

Hình 1.2 Mô hình hoạt động của đài chỉ huy tại sân bay Cà Mau

phi công bay trong vùng trời phía Nam từ Hồ Chí Minh đến Cà Mau (kể cả phần biển Đông và biển Tây)

Hình 1.4 Mô hình hoạt động của trạm radar Cà Mau

+ Radar thứ cấp đơn xung Alennia – Ý: có chức năng định vị,giám sát và xác định quỹ đạo tàu bay

+ VHF: gồm 2 thiết bị VHF

- VHF làm việc với tần số 120.9 Mhz có chức năng liên lạc giữa mặt đất

và phi công

- VHF làm việc với tần số 121.5 Mhz là kênh tần số khẩn nguy

+ Vệ tinh VSAT: có chức năng truyền thông tin từ trạm radar Cà Mau đến trạm kiểm soát không lưu Miền Nam (ATCC Hồ Chí Minh)

+ Cáp quang Megplex 2104: có chức năng truyền thông tin từ trạm radar Cà Mau đến trạm kiểm soát không lưu miền Nam (ATCC Hồ Chí Minh)

+ Cáp quang Viettel: có chức năng truyền thông tin từ trạm radar Cà Mau đến

trung tâm ATCC Hồ Chí Minh (Dự phòng cho vệ tinh VSAT)

+ Nguồn: cung cấp nguồn điện áp phù hợp cho tất cả các thiết bị máy móc trong

hệ thống

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ RADAR

2.1 Nguyên lí Radar :

2.1.1 Radar (Radar radio detection and ranging):

Nghĩa là dò tìm và định vị bằng sóng vô tuyến, là tên gọi chung cho những thiết bị Vô tuyến điện bảo đảm nhận những tin tức từ mục tiêu nhờ việc thu và phân tích năng lượng điện từ phát ra hoặc phản xạ trực tiếp từ những mục tiêu đó

Hình 2.1 Sơ đồ khối của một radar sơ cấp xung

• Máy phát Radar tạo nên một xung cao tần hẹp, công suất lớn

• Duplexer (chuyển mạch anten) chuyển mạch luân phiên để nối máy phát hoặc máy thu tới Anten Khi phát, nó ngắt đường vào máy thu, còn khi thu

nó ngắt đường vào máy phát

• Anten biến đổi năng lượng của máy phát thành tín hiệu trong không gian với

sự phân bố và hiệu suất được yêu cầu

• Các xung phát được bức xạ vào không gian bởi Anten như một sóng điện từ Sóng này truyền thẳng với tốc độ không đổi là 300000 km/s và sẽ phản xạ bởi mục tiêu.

• Anten thu tín hiệu sóng dội

• Tín hiệu sóng dội (rất yếu) qua chuyển mạch anten đưa vào máy thu

• Máy thu độ nhạy cao khuếch đại và biến đổi tín hiệu cao tần thu được thành các tín hiệu video ở đầu ra của nó

• Thiết bị chỉ thị (Display) trình bày cho người xem toàn cảnh không gian Radar, rất dễ hiểu về vị trí của các mục tiêu

• Tất cả các mục tiêu đều tạo nên sự phản xạ khuếch tán (phản xạ về mọi hướng) hay còn gọi là sự tán xạ

• Các tín hiệu sóng về của radar có thể được thể hiện trên màn hình loại cổ điển hay trên các màn hình kỹ thuật số

Dựa vào nguyên lí hoạt động của đài Radar, có thể chia radar làm 2 loại là radar sơ cấp (radar chủ động trả lời thụ động) và radar thứ cấp (radar chủ động trả lời chủ động)

2.1.2 Phân biệt giữa radar sơ cấp và radar thứ cấp:

• Radar sơ cấp có đặc điểm chính là nó làm việc với tín hiệu sóng về thụ động (Tín hiệu của nó phát đi, gặp máy bay phản xạ về)

• Radar thứ cấp lại làm việc với tín hiệu sóng về chủ động Nó phát tín hiệu đi song lại nhận tín hiệu về là của một máy phát khác, có tần số mang khác

Do hai radar làm việc theo hai nguyên lý khác nhau nên mỗi loại Radar có một

ưu điểm, nhược điểm riêng:

• Radar sơ cấp do không cần đến ai khác cho nên chủ động trong mọi tình huống, áp dụng trong nhiều lĩnh vực Còn radar thứ cấp chỉ hoạt động được khi trên mục tiêu có trang bị máy trả lời hoạt động ở cùng một hệ thống code, nếu có máy trả lời mà không biết code ở thời điểm đó thì cũng không thể trả lời được

•Radar sơ cấp có thể biết được các tham số của mục tiêu như góc phương vị, khoảng cách từ radar đến mục tiêu, độ cao của mục tiêu so với mặt đất còn radar thứ cấp còn có thể cung cấp thêm các thông tin như tín hiệu nhận dạng, độ cao so với mặt biển…

•Cùng một cự ly hoạt động thì radar thứ cấp chỉ cần một công suất phát nhỏ hơn rất nhiều so với radar sơ cấp Đó là do tín hiệu trong radar thứ cấp chỉ đi một lần quãng đường R để đến mục tiêu (lượt về là tín hiệu của máy trả lời), còn trong radar sơ cấp, tín hiệu quay về máy thu phải đi hai lần quãng đường R, tức là

PtxPSR ~ R4 còn PtxSSR ~ R2

•Do không cần công suất phát lớn nên máy phát radar thứ cấp đơn giản hơn, nhỏ gọn hơn Máy thu cũng đơn giản hơn do không cần có độ nhạy cao (do tín hiệu trả lời có công suất phát lớn hơn tín hiệu phản xạ nhiều lần), vì tần số tín hiệu hỏi và tần số trả lời khác nhau lại được mã hóa, do vậy không có nhiễu nên không cần có hệ thống lọc mục tiêu di động MTI

2.1.3 Sơ đồ khối tổng quát của đài radar thứ cấp :

Hình 2.3 Sơ đồ tổng quát Radar thứ cấp

Sơ đồ khối gồm hai bộ phận: máy hỏi và máy trả lời

- Máy hỏi gồm: khối đồng bộ, bộ mã hóa, máy phát, chuyển mạch anten, máy thu, bộ giải mã, khối phối hợp, khối điều khiển anten, máy kiểm tra tuyển thu

- Máy trả lời gồm: anten, chuyển mạch anten, máy thu, bộ giải mã, bộ

mã hóa và máy phát

2.2 Kỹ thuật đơn xung.

Mục đích chính của kỹ thuật đơn xung là để đạt được thông tin chính xác về phương vị của mục tiêu từ việc xử lý một xung trả lời duy nhất, trong khi các radar

cổ điển thường cần ít nhất từ 6 đến 8 xung trả lời mới có thể biết được phương vị của mục tiêu Kỹ thuật đơn xung là một bước nhảy vọt trong việc nâng cao độ chính xác về phương vị của mục tiêu đối với hệ thống radar thứ cấp

Kỹ thuật đơn xung sử dụng kênh tổng (Σ) và kênh hiệu (∆), bao gồm cả thông tin về pha của chúng để biết được độ lệch của mục tiêu so với vị trí thực của búp sóng chính Tín hiệu OBA (Off Boresight Angle) được tính toán dựa trên sự xem xét thông tin từ cả hai tín hiệu Σ và ∆ thu được tại cùng một thời điểm

Hình 2.4 Giản đồ tín hiệu OBA trong mặt phẳng ngang

Nhờ vậy, chỉ cần dựa vào một xung thu được, vị trí chính xác của mục tiêu

so với vị trí của antenna có thể tính toán được Tín hiệu OBA đưa ra độ lệch về góc

và dấu của pha (+ hoặc -) sẽ cho ta biết sự lệch là bên phải hay bên trái so với trục chính của antenna

Việc sử dụng kỹ thuật đơn xung có khá nhiều ưu điểm so với radar thứ cấp thông thường – nơi việc tính toán phương vị phải dựa vào tập hợp một số xung trả lời Một số ưu điểm là:

• Tăng khả năng phát hiện trong những vùng mà số lượng xung trả lời thu được rất ít Radar thứ cấp thông thường rất dễ dàng mất đi một số xung trả lời trong vòng quét của nó Vì vậy số lượng xung trả lời thu được đôi khi không đủ cho việc tính toán phương vị Radar thứ cấp đơn xung sẽ tránh được hiện tượng này Một số nguyên nhân có thể làm mất xung trả lời là: Do địa hình phức tạp, do thời tiết xấu, do máy phát đáp của máy bay đang trả lời xung hỏi từ một đài radar thứ cấp khác, v.v…

• Giảm thiểu hiện tượng FRUIT (False Replies Unsynchronized In

Time) Do chỉ cần một vài xung trả lời cho mỗi vòng quét nên có thể giảm tần số xung lặp lại PRF (Pulse Repetition Frequently) một cách đáng kể Kết quả là chỉ một số ít FRUIT từ các đài lân cận ảnh hưởng lên hệ thống

Hình 2.5 Sự xuất hiện của tín hiệu trả lời không đồng bộ (FRUIT)

• Hiệu quả trong việc xử lý hiện tượng garbling (hiện tượng hai mục

tiêu chồng lên nhau) Do vị trí chính xác của mục tiêu có thể tính toán được bằng cách chỉ dựa vào một xung duy nhất nên việc tách cạnh trước và sau của các xung trả lời bị chồng lên nhau là tương đối dễ dàng Từ đó việc tách các xung trả lời bị chồng lên nhau để xử lý khá hiệu quả

2.3 Các mode và đặc trưng của các tín hiệu hỏi – đáp :

Trong mỗi chu kỳ phát xạ, tín hiệu hỏi gồm 1 cặp xung khung P1,P3 Khoảng cách giữa hai xung này quy định mode hỏi

Hình 2.6 Các mode hỏi đặc trưng

Ngoài ra còn có mode S: trao đổi thông tin 2 chiều giữa kiểm soát viên

• Đặc trưng của tín hiệu hỏi.

- Tần số sĩng mang: 1030 MHZ±0,2 MHz

- Tính chất phân cực sĩng mang: Phân cực đứng

- Dạng điều chế: điều chế xung

• Đặc trưng của tín hiệu trả lời:

- Tần số sĩng mang : 1090 MHz± 3MHz

- Phân cực đứng

- Dạng điều chế : Điều chế xung

- Các mã trả lời: Tổ hợp mã theo số xung của tín hiệu trả lời

Mã trả lời do máy trả lời phát để trả lời tín hiệu hỏi ở mode 3/A là tín hiệu bao gồm hai xung khung và các xung thông tin được đặt ở giữa chúng Xung hay xung khung bắt đầu và kết thúc luôn có mặt trong bất kỳ sự sắp xếp nhóm mã nào và khoảng cách giữa chúng là 20,3 µs trong mọi mã

Mỗi đài Radar thứ cấp chỉ cĩ 1 tần số lặp lại nhất định PRF

Hình 2.7 Đặc trưng của xung tín hiệu trả lời

Tổ hợp mã trả lời khi giải mã được xắp xếp 4 tổ hợp con {A},{B},{C},{D} Mỗi tổ hợp con được xắp xếp là tổ hợp 3 bít nhị phân: {A1A2A4}, {B1B2B4}, {C1C2C4}, {D1D2D4} Như vậy mỗi tổ hợp nhị phân thuộc khoảng {000,111} khi chuyển sang hệ thập phân sẽ tương ứng một số nguyên nằm trong khoảng ( 0,7)

Như vậy từ 12 vị trí sẽ tạo được 2¹² = 4096 tổ hợp mã

Một số tổ hợp mã đặc biệt:

7700 – Emergency

7600 - Communication fails

7500 - Máy bay bị không tặc.

2.4 Các giải pháp kỹ thuật điển hình trong hệ thống radar thứ cấp.

2.4.1 Khắc phục hiện tượng đa trị do đo nhầm cự li.

Radar thứ cấp làm việc ở chế độ xung nên khi phát hỏi ở chu kỳ nào thì tín hiệu trả lời từ máy bay phải về máy thu trong chu kỳ đó Nếu như chu kỳ lặp của tín hiệu hỏi (PRT) nhỏ hơn thời gian trễ của tín hiệu trả lời sẽ gây ra hiện tượng đo nhầm cự ly: cự ly thực tế của máy bay là R nhưng cự ly đo được lại là R1=R-Rmax

Hình 2.8 Hiện tượng đa trị đo nhằm cự li

Để khắc phục hiện tượng này có thể cho PRT thay đổi nhanh (“lắc”) theo một quy luật đã biết Khi đó R1 cũng thay đổi theo cùng quy luật và tín hiệu trả lời

từ mục tiêu có thời gian trễ lớn hơn PRT trở thành tín hiệu trả lời không đồng bộ.Chúng có thể được khử bỏ nhờ mạch lọc nhiễu không đồng bộ

Hình 2.9 Chùm xung kích hỏi

2.4.2 Khắc phục hiện tượng đa trị theo phương vị.

Anten máy hỏi luôn tồn tại búp sóng phụ, vì vậy máy trả lời có thể được kích hoạt từ búp sóng phụ và sẽ tạo nên hiện tượng đa trị ở hướng búp sóng phụ trên màn hình hiển thị

a Phương pháp STC (sensitivity time control): (dùng để khử tính hiệu trả lời

nhầm ở máy hỏi) điều khiển độ nhạy máy thu theo thời gian, nguyên tắc là giảm giả tạo độ nhạy máy thu ở vùng cự li gần

Hình 2.10 Dạng điện áp STC

Dùng mạch tạo điện áp như hình vẽ để điều khiển độ nhạy máy thu, chọn mức STC sao cho tín hiệu trả lời nhầm không qua được máy thu, tín hiệu trả lời của cánh sóng chính ở vùng cự li gần vẫn qua được máy thu vì độ nhạy giảm nhưng tín hiệu vào rất lớn

b Phương pháp chế áp búp sóng cạnh khi thu RSLS (Received side lobe suppression): Khử tín hiệu trả lời thu từ búp sóng phụ của anten máy hỏi, phương

pháp này cần có thêm anten chế áp, kênh thu phụ, mạch so sánh

Hình 2.11 Sơ đồ khối phương pháp khử búp sóng phụ

Giả sử U1 là mức tín hiệu lớn nhất của tín hiệu trả lời thu từ búp sóng phụ của tuyến thu chính, U2 là mức tín hiệu thu từ anten chế áp tuyến thu phụ.Qua mạch

so sánh tín hiệu ở cánh sóng phụ sẽ bị khử hết nếu ta điều chỉnh U1=U2

Hình 2.12 Giản đồ hướng của các kênh Σ, Δ, Ω

c Phương pháp chế áp búp sóng cạnh khi phát ISLS (Interrogation side lobe suppression):chế áp hỏi theo hướng búp sóng phụ.

 Tín hiệu hỏi từ búp sóng phụ có thể kích hoạt máy trả lời trên máy bay Để tránh hiện tượng này ta sử dụng thêm anten chế áp có giản đồ toàn hướng phát xung P2 trễ sau xung P1 khoảng thời gian 2±0.15μs

 Điều chỉnh công suất phát sao cho ngoài vùng búp sóng chính thì P1=P3<P2 - máy trả lời trên máy bay không bị kích hoạt, còn trong vùng búp sóng chính thì P1=P3>P2 ,khi đó máy trả lời sẽ bị kích hoạt

Hình 2.13 Tín hiệu kênh chính và kênh chế áp

Hình 2.14 Giản đồ bức xạ của kênh chính và kênh chế áp

Máy trả lời có thể bị kích hoạt khi tín hiệu từ búp sóng chính đến địa vật phản xạ rồi đến máy bay

Hình 2.15 Tia phản xạ của búp sóng chính

Để khắc phục hiện tượng này máy hỏi phát thêm xung P1chế áp trùng với thời điểm P1 của kênh chính, P1chế áp phải thấp hơn P2 chế áp

 Khi máy bay nằm trong búp sóng chính thì sẽ thu được xung P1chế áp và P1 cùng một thời điểm với biên độ lớn hơn P2 nên kích hoạt máy trả lời.

 Khi máy bay không nằm trong búp sóng chính thì sẽ thu được xung P1chế áp và P2 trước,còn xung P1 của kênh chính đến chậm hơn tùy thuộc vào đường đi của tia phản xạ, máy trả lời sẽ so sánh P1chế áp và P1 không đến cùng thời điểm nên không kích hoạt máy trả lời

Giải pháp này làm hoàn thiện hơn việc chế áp búp sóng phụ nên gọi là phương pháp IISLS(Improved Interrogation Side Lobe Supression)

Hình 2.16 Dạng xung và đường đi của kênh chính và kênh chế áp