Định vị và dẫn đường hàng hải

Định vị và dẫn đường hàng hải

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN

BỘ MÔN ĐIỆN TỬ – VIỄN THÔNG

BÀI GIẢNG ĐỊNH VỊ & DẪN ĐƯỜNG HÀNG HẢI

DÙNG CHO SV NGÀNH : ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

HẢI PHÒNG – 2010

suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

YÊU CẦU VÀ NỘI DUNG CHI TIẾT

Tên học phần: Định vị và dẫn đường hàng hải Loại học phần : III

Bộ môn phụ trách giảng dạy: Điện tử viễn thông Khoa phụ trách: Điện - ĐTTB

Mã học phần: 13230 Tổng số TC: 4

TS tiết Lý thuyết Thực hành/ Xemina Tự học Bài tập lớn Đồ án môn học

Điều kiện tiên quyết:

SV phải có cơ sở kiến thức về: vật lý điện từ, lý thuyết truyền tin, cấu kiện điện tử, mạch điện tử, kỹ thuật siêu cao tần, anten và truyền sóng,

Mục tiêu của học phần:

Cung cấp kiến thức cơ bản của các hệ thống và thiết bị định vị và dẫn đường hàng hải cho các SV Điện tử viễn thông

Nội dung chủ yếu:

Khái niệm về nguyên lý hoạt động, cấu trúc hệ thống, cấu trúc thiết bị và những kiến thức lý thuyết

và chuyên môn của các hệ thống

Nội dung chi tiết:

PHÂN PHỐI SỐ TIẾT TÊN CHƯƠNG MỤC

TS LT Xemina BT KT

VÔ TUYẾN ĐỊNH VỊ

Chương 1: Nguyên lý chung của vô tuyến định vị

1.1 Khái niệm chung

1.2 Hệ thống radar phát sóng liên tục

1.3 Radar phat xung

1.4 Phương pháp xác định góc phương vị

1.5 Tầm quan sát không gian

1.6 Những thông số khai thác và kỹ thuật

Chương 2: Tầm xa của radar hàng hải

2.1 Tầm xa của radar hàng hải trong không gian tự do

2.2 Nén xung trong radar hàng hải

2.3 Ảnh hưởng của khí quyển

2.4 Ảnh hưởng của bề mặt biển (mặt đất)

2.5 Ảnh hưởng của sóng biển

Chương 4: Anten và các đường truyền năng lượng

4.1 Các đường truyền năng lượng

4.2 Phối hợp trở kháng trong đường truyền năng lượng

4.3 Chuyển mạch anten

4.4 Anten và những đặc tính

8

8

Chương 5: Máy thu radar

Chương 6: Cơ cấu chỉ báo radar

6.1 Chức năng và phân loại

6.2 Monitor

6.3 Phương pháp tạo quét “bán kính quay”

6.4 Phương pháp tạo quét mành

6.5 Cơ cấu chỉ báo số

6.6 Phương pháp chỉ báo khoảng cách

7.1 Nguyên lý dẫn đường bằng vô tuyến điện

7.2 Vệ tinh nhân tạo và những đặc tính

7.3 Hệ tọa độ tham chiếu

7.4 Cấu hình hệ thống dẫn đường vệ tinh

Chương 9: Hệ thống dẫn đường vệ tinh GPS

9.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động

1 Vô tuyến định vị tầu biển A.M Bajrasevski NXB “Cydostrojenie” L.B.Nga 1993

2.Các hệ thống dẫn đường vệ tinh Hàng hải J Janusevski, Gdynia 2002

3.Các tổ hợp dẫn đường vệ tinh hàng hải NXB “Cydostrojenie” Moscova 1996

4 Vô tuyến định vị hàng hải Bài giảng chi tiết, Trần Đức Inh ĐHHH Việt nam,199 tr 2005 5.Dẫn đường vệ tinh Hàng hải Bài giảng chi tiết, Trần Đức Inh ĐHHH Việt nam,189 tr 2005

Hình thức và tiêu chuẩn đánh giá sinh viên:

- Thi viết hoặc thi vấn đáp

- Sinh viên phải bảo đảm các điều kiện theo Quy chế của Nhà trường và của Bộ

Thang điểm : Thang điểm chữ A,B,C,D,F

Điểm đánh giá học phần: Z=0,3X+0,7Y

Bài tập lớn:

I Tên các bài

1 - Khái quát chung về radar hàng hải đi sâu phân tích khối thu phát và bức xạ (Scanner Unit) của radar………

2 - Khái quát chung về radar hàng hải đi sâu phân tích cơ cấu chỉ báo số của radar …………

3 - Các phương pháp chỉ báo khoảng cách và góc phương vị trong radar, đi sâu phân tích

4 - Manhetron: cấu tạo, đặc điểm, phân loại và ứng dụng của nó trong các bộ tạo sóng siêu cao của radar hàng hải

5 - Thyristor và đường dây dài Nguyên lý cấu tạo, hoạt động và ứng dụng của chúng trong các mạch điều chế xung của radar Minh họa bằng cách phân tích một mạch điều chế xung cụ thể

6 – Các phương pháp chỉ báo trong radar hàng hải Đi sâu phan tích cơ cấu chỉ báo quét tròn trong radar JMA 625

7 – Những can nhiếu chủ yếu trong radar hàng hải Phân tíc các phương pháp hạn chế trong các thiết bị cụ thể

8 – Những đặc điểm của máy thu radar Đi sâu phân tích mạch đổi tần và chỉ báo dòng diode của suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

9 – Hệ thống dẫn đường vệ tinh GPS Đi sâu phân tích nguyên lý xác định điểm đo bằng phép đo khoảng cách giả định vệ tinh – thuê bao qua phép đo thời gian lan truyền của sóng

10 – Hệ thống dẫn đường vệ tinh vi sai Nguyên lý hoạt động và các phương pháp gửi trị hiệu chỉnh vi sai tromng các hệ thống hiện hành và tương lai

II Mục tiêu và Yêu cầu: Các bài tập lớn là những tiểu luận về một vấn đề đặt ra, giúp SV làm

quen dần với cách giải quyết những vấn đề đặt ra của đề tài, cách viết, cách phân tích, tổng hợp và cách đưa ra những nhận xét cần thiết Nhằm củng cố kiến thức và kỹ năng làm đồ án sau này

III Nội dung: Ở mỗi bài, SV phải đưa ra được hai nội dung: Phần phân tích lý thuyết và phần

phân

tích các mạch cụ thể

IV Hình thức đánh giá: Sinh viên bảo vệ và giáo viên đánh giá đồng thời đọc bài viết của SV

V Hình thức trình bày: Bài nộp có thể viết bằng tay hay chế bản vi tính, song phải đảm bảo các

yêu cầuvè kích cỡ, dạng chư dễ đọc và các tiêu chuẩn ấn loát khác Bìa ngoài cứng theo mẫu mã quy định

suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

1

MỤC LỤC

NỘI DUNG Trang

PHẦN I: ĐỊNH VỊ HÀNG HẢI 4

Chương 1: NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA VÔ TUYẾN ĐỊNH VỊ 4

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG 4

1.2 HỆ THỐNG RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC 4

1.2.1 RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC KHÔNG ĐIỀU CHẾ 4

1.3 RADAR PHÁT XUNG 5

1.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ GÓC 6

1.4.1 PHƯƠNG PHÁP BIÊN ĐỘ CỰC ĐẠI 6

1.4.2 PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG BIÊN ĐỘ 6

1.4.3 PHƯƠNG PHÁP PHA 7

1.5 TẦM QUAN SÁT KHÔNG GIAN 7

1.6 NHỮNG THÔNG SỐ KHAI THÁC VÀ KỸ THUẬT 7

1.6.1 CÁC THÔNG SỐ KHAI THÁC 7

1.6.2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT 8

Chương 2 : TẦM XA CỦA RADAR HÀNG HẢI 9

2.1 TẦM XA HOẠT ĐỘNG CỦA RADAR HÀNG HẢI TRONG KHÔNG GIAN TỰ DO 9

2.2 NÉN XUNG TRONG RADAR 9

2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ QUYỂN 10

2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA BỀ MẶT NƯỚC BIỂN (MẶT ĐẤT) 10

2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG BIỂN 11

Chương 3: MÁY PHÁT RADAR 12

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MÁY PHÁT RADAR 12

3.2 MANHETRON 12

3.2.1 CẤU TRÚC MANHETRON ĐỒNG BỘ 12

3.2.2 NGUYÊN LÝ TẠO VÀ DUY TRÌ DAO ĐỘNG 13

3.2.3 ĐẶC TÍNH CÔNG TÁC VÀ ĐẶC TÍNH TẢI 13

3.3 MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG 14

3.3.1 KHÁI NIỆM CHUNG 14

3.3.2 MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG TỤ 14

3.3.3 MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG ĐƯỜNG DÂY DÀI 15

3.4 THYRISTOR VÀ MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG ĐƯỜNG DÂY DÀI 15

3.4.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ THYRISTOR 15

3.4.2 THYRISTOR TRONG MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG RADAR 16

Chương 4: ANTEN VÀ ĐƯỜNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG 17

4.1 ĐƯỜNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG 17

4.1.1 CÁP ĐỒNG TRỤC 17

4.1.2 ỐNG DẪN SÓNG 17

4.2 PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG TRONG ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG 18

4.3 CHUYỂN MẠCH ANTEN 19

4.3.1 CHUYỂN MẠCH CÔNG TẮC 19

4.3.2 CHUYỂN MẠCH CÂN BẰNG HAY CHUYỂN MẠCH CẦU 19

4.3.3 CHUYỂN MẠCH PHA 20

4.4 ANTEN RADAR VÀ NHỮNG ĐẶC TÍNH 20

4.4.1 ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA ANTEN RADAR 20

4.4.2 ANTEN LOA 20

4.4.3 ANTEN KHE 21

Chương 5: MÁY THU RADAR 22

5.1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM 22

5.1.1 YÊU CẦU CHUNG 22 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

5.1.2 ĐỘ NHẠY VÀ ĐẶC TÍNH 22

5.2 MẠCH ĐỔI TẦN 22

5.2.1 MẠCH DAO ĐỘNG NỘI DÙNG DIODE GANN 23

5.3 MẠCH KHUẾCH ĐẠI TRUNG TẦN 23

5.4 TÁCH SÓNG VÀ KHUẾCH ĐẠI THỊ TẦN 24

5.4.1 MẠCH TÁCH SÓNG 24

5.4.2 MẠCH KHUẾCH ĐẠI THỊ TẦN 24

5.5 NHIỄU TẠP VÀ PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ 25

5.5.1 CÁC MẠCH TỰ ĐIỀU KHUYẾCH (AGC) 25

5.5.2 MẠCH CHỐNG NHIỄU MƯA VÀ SƯƠNG MÙ 26

5.6 TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ 26

Chương 6: CƠ CẤU CHỈ BÁO RADAR 27

6.1 CHỨC NĂNG VÀ PHÂN LOẠI 27

6.2 MONITOR 27

6.3 PHƯƠNG PHÁP TẠO QUÉT “BÁN KÍNH QUAY” 27

6.3.1 PHƯƠNG PHÁP “CUỘN QUÉT QUAY” 28

6.4 PHƯƠNG PHÁP QUÉT MÀNH 29

6.5 CƠ CẤU CHỈ BÁO SỐ 30

6.6 PHƯƠNG PHÁP CHỈ BÁO KHOẢNG CÁCH 31

6.7 PHƯƠNG PHÁP CHỈ BÁO GÓC PHƯƠNG 32

6 8 RADAR CHỈ BÁO CHUYỂN ĐỘNG THỰC 33

PHẦN II: DẪN ĐƯỜNG VỆTINH 35

Chương 7: KHÁI NIỆM CHUNG 35

7.1 NGUYÊN LÝ DẪN ĐƯỜNG VÔ TUYẾN ĐIỆN 35

7.1.1 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG MẶT ĐẤT 35

7.1.2 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH 36

7.2 VỆ TINH VÀ NHỮNG ĐẶC TÍNH 36

7.2.1 VỆ TINH DẪN ĐƯỜNG 36

A Vận tốc vũ trụ cấp I 36

B Định luật Kepler 37

7.2.2 QŨY ĐẠO VÀ CÁC THÔNG SỐ QUỸ ĐẠO 37

7.2.3 TẦM NHÌN CỦA VỆ TINH 37

7.3 HỆ TỌA ĐỘ THAM CHIẾU 38

7.3.1 PHÂN LOẠI 38

7.4 CẤU HÌNH HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH 39

7.4.1 KHÂU VŨ TRỤ 40

7.4.2 KHÂU MẶT ĐẤT 40

7.4.3 KHÂU THUÊ BAO 40

Chương 8: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ 42

8.1 NGUYÊN LÝ CHUNG 42

8.1.1 PHƯƠNG PHÁP DOPPLER 42

B Nguyên lý thu tích phân Doppler 42

8.1.2 PHÉP ĐO KHOẢNG THỜI GIAN 43

8.1.3 ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC VỊ TRÍ 43

8.2 CHUẨN THỜI GIAN VÀ THANG ĐO 45

8.2.1 MẪU CHUẨN THỜI GIAN VÀ TẦN SỐ 45

8.2.2 ĐỊNH NGHĨA ĐƠN VỊ THỜI GIAN 45

8.2.3 THANG ĐO THỜI GIAN 45

Chương 9: HỆ THỐNG GPS – NAVSTAR 47

9.1 CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 47

9.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 47

9.1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 47

9.2 KHÂU VŨ TRỤ 47 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

3

9.2.3 TẦN SỐ SÓNG MANG 48

9.2.4 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ 48

Phổ tần của các tín hiệu phát đi từ vệ tinh trên các tần số L1, L2, trong hệ thống GPS được minh họa trên hình 9.4 49

9.2.5 MÃ ĐIỀU CHẾ 49

9.2.6 THÔNG BÁO VŨ TRỤ 50

9.2.7 NHIỄU VÀ GÂY NHIỄU CỐ Ý 50

9.3 KHÂU MẶT ĐẤT 50

9.3.1 TRẠM DÕI THEO 51

9.3.2 TRẠM CHÍNH 51

9.3.3 TRẠM HIỆU CHỈNH 51

9.4 KHÂU THUÊ BAO 51

9.4.1 PHÉP ĐO KHOẢNG THỜI GIAN VÀ MỨC CHÍNH XÁC 52

9.4.2 MÁY THU DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH 52

A Nguyên lý hoạt động của máy thu hiện đại 52

B Anten của máy thu 52

9.5 DGPS - DẠNG VI SAI CỦA HỆ THỐNG GPS 55

9.5.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 55

9.5.2 DẪN ĐƯỜNG VI SAI TRONG HÀNG HẢI 55

9.5.4 MÁY THU DẪN ĐƯỜNG DGPS 56

9.5.5 PHIÊN BẢN MẠNG CỦA DGPS 57

9.5.6 ƯU, NHƯỢC ĐIỂM CỦA DGPS 57

9.6 CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH KHÁC 57

9.6.1 HỆ THỐNG GLONASS 57

9.6.2 HỆ THỐNG ĐƯỜNG TOÀN CẦU GNSS 57

9.6.3 HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH HỖ TRỢ 58

9.6.4 CÁC HỆ THỐNG VỆ TINH CHÂU ÂU 58 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

PHẦN I: ĐỊNH VỊ HÀNG HẢI

Chương 1: NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA VÔ TUYẾN ĐỊNH VỊ

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Các định nghĩa:

-Vô tuyến định vị là gì?

-Mục tiêu của định vì là gi?

- Trạm vô tuyến định vị (trạm radar) là gì?

Phân loại theo nguyên lý hoạt động chúng ta có:

- Vô tuyến định vị thụ động,

-Vô tuyến định vị tích cực,

- Tích cực với trả lời thụ động,

- Tích cực với trả lời tích cực

Phụ thuộc vào dạng của các sóng thăm dò

- Phát sóng liên tục: trong đó có điều chế hoặc không bị điều chế

1.2.1 RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC KHÔNG ĐIỀU CHẾ

Nguyên lý hoạt động của hệ thống này dựa trên hiện tượng Doppler Hệ thống radar này được mô

1

55, 6 r D

v F



 (1.1) Vận tốc hướng trạm của mục tiêu v r, được tính trên cơ sở

Đây là hệ thống được sử dụng rất rộng rãi và duy nhất trong radar hàng hải Radar phát xung, phát

đi các chùm sóng siêu cao tần có tính chu kỳ, được gọi là các chùm xung “thăm dò”, có độ rộng rất nhỏ

so với độ rỗng lớn Trong khoảng thời gian giữa 2 chùm xung ấy, máy thu của trạm thu nhận các chùm xung phản xạ từ mục tiêu trở về Mỗi một chùm xung đơn lẻ phản xạ từ mục tiêu trở về máy thu có độ trễ

tỷ lệ thuận với khoảng cách của mục

tiêu nơi sóng phản xạ trở về:  2D c/ Bằng phương pháp hiển thị điện tử, tạo quét tương ứng, chúng ta

có thể tái tạo được hình ảnh không gian quan sát của trạm và các thông số (khoảng cách và góc mạn) của mục tiêu như được mô tả trên hình 1.6

Hình 1.5 Điều chế theo quy luật

tuyến tính: Tần số phát (nét liền), phản xạ (nét đứt )-(a);Tần

số, có thể theo quy luật hàm sin hay quy

luật tuyến tính như trên hình 1.5

Khoảng cách đến mục tiêu trong

hệ thống được xác định:

suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

1.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ GÓC

Tọa độ góc của các mục tiêu được xác định dựa trên tính định hướng của anten Có hai phương

pháp xác định: biên độ hay phương pháp pha

1.4.1 PHƯƠNG PHÁP BIÊN ĐỘ CỰC ĐẠI

Nguyên lý hoạt đông được mô tả trong hình 1.8a, dựa vào đặc tính định hướng cao của anten -

Độ định hướng của anten được định nghĩa là góc giữa điểm (0,7) giá trị cực đại đối

với đặc tính biên độ và điểm (0,5) giá trị cực đại đối với đặc tính công suất như như được mô tả trên hình 1.8b

1.4.2 PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG BIÊN ĐỘ

Bằng cáh sử dụng hai anten có đặc tính định hướng giống hệt nhau và bị dịch đi một

góc  như hình 1.9a, có thể xác định chính xác góc phượng vị của mục tiêu

suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

Tầm xa cực tiểu còn bị giới hạn bởi “vùng chết” do điểm đặt của anten của radar gây nên

3 Khả năng phân giải của trạm:

3a Khả năng phân giải theo khoảng cách:

Để có thể phân biệt được hai mục tiêu khác nhau trong cơ cấu chỉ báo, điều kiện cần

và đủ là:

/ 2c x / 2c

 

  , (1.9)

3b Khả năng phân giải theo phương vị: Đó là góc phương vị nhỏ nhất giữa hai vật thể

kề cận khác nhau mà trạm có thể phân biệt được Khả năng phân biệt tiềm năng theo phương vị phụ thuộc hoàn toàn vào độ rộng và dạng của đặc tính định hướng anten trong mặt phẳng chân trời

4 Độ chính xác của phép đo khoảng cách: Đặc trưng bởi sai số nhận được kết quả xác định khoảng

cách bằng radar.Sai số phép đo khoảng cách, cũng như tất cả các sai số của các phép đo khác có thể phân

ra theo dấu hiệu quy luật xuất hiện thành sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống

Hình 1.10 Quan sát nối tiếp

tuyến tính quanh tâm của radar

Trong radar hàng hải người ta sử dụng dạng quan sát liên tiếp và đây là quan sát tuyến tính quanh tâm (vòng) như trên hình 1.10 Thời gian “rọi” mục tiêu phụ thuộc vào độ định hướng  H và vận tốc góc quay Ω của anten:

0

H d

4a Sai số ngẫu nhiên: Khi chế độ công tác của trạm radar thay đổi bởi các nhân tố khác nhau

không thể tiên đoán hay đề cập trước được

6 Tính chống nhiễu của trạm Khả năng đảm bảo được các thông số cơ bản của trạm trong phạm vi

xác định khi có tác dụng của nhiễu Về số lượng, tính chống nhiễu của trạm radar được đánh giá bởi tầm

xa hoạt động của trạm khi có tác động của nhiễu

1.6.2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT

Các thông số kỹ thuật của một trạm radar có thể kể ra như sau:

1 Độ dài bước sóng Bước sóng thường dùng nhất trong các trạm radar hàng hải thuộc dải sóng cm và

mm là: 8mm; 3,2mm và 10cm

2 Tần số lặp lại của xung thăm dò Tần số lặp lại này được chọn xuất phát từ yêu cầu xác định đơn trị

khoảng cách và sao cho chu kỳ lặp lại của các xung thăm dò lớn hơn thời gian quét thuận và quét ngược của chùm tia ở cơ cấu chỉ báo hiển thị Trong thực tế tần số xung lặp lại F x được chọn trong điều kiện:

F F F và nằm trong phạm vi 400 3200 xung /s

3 Công suất của máy phát Đây là thông số gây ảnh hưởng tới tầm xa hoạt động của trạm Có hai dạng

công suất khác nhau đó là công suất đỉnh (xung) và công suất trung bình, quan hệ giữa chúng được biểu diễn bằng biểu thức:

0

P  P T  P0P x.( x/T x)P x . x F x (1.10)

4 Độ nhạy và dải thông của máy thu Độ nhạy máy thu đặc trưng bởi khả năng thu được

các tín hiệu yếu khi tác động của tạp nhiễu và được xác định:

Câu 2.1: Có những hệ thống định vị nào? Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị

phát sóng liên tục không điều chế?

Câu 2.2: Có những hệ thống định vị nào? Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị

phát sóng liên tục có điều chế?

Câu 2.3: Có những hệ thống định vị nào? Trình bày nguyên lý hoạt động của hệ thống định vị

phát xung?

Câu 2.4: Liệt kê các thông số khai thác và kỹ thuật của hệ thống Radar hàng hải và nhận xét?

suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

9

2.1 TẦM XA HOẠT ĐỘNG CỦA RADAR HÀNG HẢI TRONG KHÔNG GIAN TỰ DO

Tầm xa cực đại của radar trong không gian tự do được gọi tắt là tầm xa của radar, nếu bỏ qua các

ảnh hưởng của môi trường, bề mặt của biển và trái đất, được xác định:

x x a e m

D    



trong đó, P x,G a-S a, , 1, 2,   x 1/f là các thông số kỹ thuật của radar

2.2 NÉN XUNG TRONG RADAR

Để tăng tầm xa cực đại của radar, người ta sử dụng phương pháp phương pháp “dãn – nén” xung được mô tả tron các sơ đồ và hình vẽ sau:

Nguyên lý “dãn - nén” xung được mô tả bằng các đồ thị thời gian như trên hình 2.2

Tỉ số độ rộng của xung đầu ra và xung đầu vào là:

3 Dây trễ

Biến đổi điện bằng piezo

Khuếch đại sửa sai

Điều chế tần số

Khuếch đại

suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA KHÍ QUYỂN

Ảnh hưởng đến tầm xa hoạt động của radar còn phải kể đến suy hao năng lượng của sóng điện từ, trong điều kiện hơi nước, độ mặn, các điều kiện khí tượng thủy văn khác… , được minh họa trên h 2.4

2.4 ẢNH HƯỞNG CỦA BỀ MẶT NƯỚC BIỂN (MẶT ĐẤT)

Nếu độ dài của bước sóng phát của trạm nhỏ hơn rất nhiều so với độ cao của anten h và vật phản 1

xạ h2, các xung phản xạ trở về bằng các đường khác nhau như trên hình 2.6

Kết quả là, năng lượng sóng phát tới mục tiêu và năng lượng của sóng phản xạ từ mục tiêu về trạm có thể là tổng của hai năng lượng từ hai đường khác nhau đó:

Hình 2.4 Đồ thị sự suy hao năng lượng điện từ trong khí quyển mặn (a1); Trong hơi

nước( a2) và quan hệ giữa suy hao do mưa rơi (đường liền),mây mù (đứt quãng) (b)

0., 0,05

suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

2

4 ( )

x a e max

2.5 ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG BIỂN

Sử dụng phương trình cơ bản của vô tuyến định vị (2.1), đề cập tới hiện tượng giao thoa giữa sóng trực tiếp và sóng phản xạ từ bề mặt biển có gợn sóng, công suất trung bình của tín hiệu phản xạ từ

Ảnh hưởng của mặt biển không bằng phẳng khi có sóng gió đối phản xạ sóng điện từ và với tầm

xa hoạt động cực đại của radar có thể minh họa bằng đường cong D f D( 0) trên hình 2.8 được đưa ra

từ công trình [5]

VẤN ĐỀ VÀ CÂU HỎI

Câu 2.1: Viết công thức xác định tầm xa cực đại của radar trong không gian tự do và nhận xét

những nhân tố ảnh hưởng đến tầm xa này

Radar

2

h

1

h R e Hình 2.7 Ảnh hưởng của đường cong

trái đất tới tầm hoạt động của radar

Hình 2.8 Ảnh hưởng của

phản xạ từ bề mặt gợn sóng của biển tới tầm

xa cực đại của radar:

Chương 3: MÁY PHÁT RADAR 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MÁY PHÁT RADAR

Máy phát của radar tàu biển bao gồm các phần tử cơ bản như trong hình 3.1

Trong dải sóng centimet và milimet người ta dùng một đèn điện tử chân không hai cực đặc biệt

Nguồn nuôi Hình 3.1 Sơ đồ khối của máy phát radar

Đi anten

Hình 3.2 Cấu trúc của manhetron đồng bộ: mặt cắt dọc B-B

Và mặt cắt ngang A-A: 1- khối anode, 2- các hốc cộng hưởng, 3-móc ghép cửa ra, 4- đường đồng trục,5 –katode, 6 -giá đỡ katode và dẫn điện sợi đốt , 7- mạch chặn trên katode, 8- vỏ bọc thủy tinh kín chân không cho katode,9 -đáy đèn, 10 –vỏ bọc thủy tinh kín chân không cho mạch ghép cửa ra, 11- vùng tương tác, 12- đáy katode, 13- vòng khuyên cân bằng, 14- mấu chỉnh dung kháng, 15- màng đàn hồi kín chân không, 16 – cơ cấu chỉnh dung kháng

Các hốc cộng hưởng của đèn, được ghép với nhau

Hình 3.3 Ghép từ tính giữa các hốc cộng hưởng (a) và sơ đồ tương đương (b)-(A); Cấu trúc

đường dẫn năng lượng siêu cao: Biến áp đồng trục (a); Biến áp khe (b)- (B)

A)

Lối ra

Lối ra

B) suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

13

3.2.2 NGUYÊN LÝ TẠO VÀ DUY TRÌ DAO ĐỘNG

Nguyên lý tạo dao động và duy trì dao động trong đèn được minh họa bằng sự hình thành các đám

mây điện tử hình sao biển và sơ đồ mạch điện tương đương như trên hình 3.4

Từ điều kiện pha giữa các hốc  n: N  n2n , n = 1,2,3,4, , có thể tính pha của hốc thứ n:

2c.(1-cos )

n

M c L



trong đó:01/ LC Với hệ thống đối xứng lý tưởng có N hốc, ta có N/ 2 tần số cộng hưởng khác

nhau, khi đó sự lệch pha của do động n= 

3.2.3 ĐẶC TÍNH CÔNG TÁC VÀ ĐẶC TÍNH TẢI

Đặc tính công tác của đèn là mối quan hệ giữa công suất hữu ích P , hiệu suất η, dòng anode I a

và tần số dao động với sự thay đổi của điện áp nuôi E a và độ cảm ứng từ B khi đèn được phối hợp tải và

được minh họa trên hình 3.6a Đặc tuyến tải của manhetron là quan hệ giữa công suất ra, tần số dao động

với tải không được phối hợp khi điện áp nuôi là cố định được xác định và được vẽ trên hệ trục tọa độ cực

(p, ) , như trong hình 3.6b

Hình 3.4 Chuyển động của điện tử trong đèn manhetron (a); Đám mây điện tử hình

sao biển trong đèn (b); Sơ đồ tương đương điện của manhetron (c)

a)

Katode Anode

Không gian tương tác

Tia và chùm tia điện tử

K

Ï

Ï 1

2

b)

K A

+5MHz

0MHz -5MHz -10MHz -15MHz

p

34kw 42kw



b) suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

3.3 MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG

3.3.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Mạch điều chế xung trong các máy phát radar có nhiệm vụ cung cấp các xung điện áp

hình vuông cho anode đèn manhetron Dạng thực tế của các xung, bằng các xung điều chế có dạng thực

Sơ đồ nguyên lí của mạch điều chế xung dùng tụ được mô tả trên hình 3.10a

Từ nguyên lý hoạt động của mạch, có thể xác định giá trị của điện dung C:

Phần

tử Sun

K

Bộ tạo sóng

C0 C

15

3.3.3 MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG ĐƯỜNG DÂY DÀI

Sơ đồ nguyên lý của mạch điều chế xung dùng đường dây dài về nguyên tắc được mô tả trong hình 3.11

Để thay đổi độ rộng của xung điều chế  x người ta có thể dùng các đoạn ống đơn, kép hai hay kép ba, song rất cồng kềnh Trong trường hợp đường dây dài nhân tạo, để thay đổi độ rộng của xung phát, người ta sử thay đổi số lượng mắt xích LC trong mạch như trong hình 3.12

Độ dài của các xung hình thành từ các mạch này được xác định:

2

ở đây, n - số lượng các mắt xích, LC - cảm kháng và dung kháng của các mắt lọc

Trở kháng sóng của các đường dây dài được xác định:

3.4 THYRISTOR VÀ MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG DÙNG ĐƯỜNG DÂY DÀI

3.4.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ THYRISTOR

Thyristor là một linh kiện bán dẫn có hai trạng thái ổn định, cấu tạo từ ba hoặcnhiều hơn ba tiếp giáp bán dẫn P-N, dụng cụ có thể chuyển từ trạng thái đóng sang mở và ngược lại [7] Cấu trúc và ký

hiệu của thyristor được mô tả trên hình 3.14 Có hai dạng thyristor là : dinistor (h 3.14a) và thyristor có điều khiển (h 3.145b)

Hình 3.14 Sơ đồ cấu trúc của:Dinistor (a);

Thyristor (b); Sơ đồ tương đương (c)

và ký hiệu của thyristor (d)

A

KGSCR

d)

c) A

K G

T1 T2

+ _

1J2

C3 C2

L3 L2 L1 L0

C1 C0

b)

L

C L

C L

C L

C

a)

suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

Nguyên lý hoạt động của dinistor và thyristor có thể tìm hiểu kỹ trong tài liệu [4] Đặc tuyến ampe của dinistor và thyristor được minh họa như hình 3.15

3.4.2 THYRISTOR TRONG MỘT SỐ MẠCH ĐIỀU CHẾ XUNG RADAR

Trong các mạch điều chế xung dùng đường dây dài thực tiễn [8] để có được các xung điều chế có dạng cũng như các thông số phù hợp với các thang đo khác nhau của trạm radar, người ta dùng các đường dây dài nhân tạo có số lượng các mắt xích có thể thay đổi được như trên hình 3.16, với các thyristor nối tiếp

VẤN ĐỀ VÀ CÂU HỎI

Câu 3.1: Vẽ và giải thích sơ đồ khối của máy phát radar hàng hải? Nguyên lý tạo dao động siêu

cao bằng đèn Manhetron và các đặc tính cơ bản của nó?

Câu 3.2: Vẽ và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch điều chế xung dùng tụ, những đặc tính

của mạch này?

Câu 3.3: Vẽ và giải thích sơ đồ khối của mạch điều chế xung dùng đường dây dài? Nguyên lý

hoạt động và những đặc tính của mạch này?

Tr

Hình 3.16 Sơ đồ mạch điều chế xung dùng đường dây dài ứng

với nhiều thang đo khác nhau, dùng hai thyristor mắc nối tiếp

SCR2 SCR1 D0

D2

D1

C0

C C C C

L L L L0

R Rg

R4

R3

R2 R1

17

Chương 4: ANTEN VÀ ĐƯỜNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG

4.1 ĐƯỜNG TRUYỀN NĂNG LƯỢNG

Trong các trạm radar tàu thủy, để truyền năng lượng siêu cao tần (truyền sóng) từ máy phát tới anten và từ anten tới máy thu người ta sử dụng cả các ống dẫn sóng lẫn các loại cáp đồng trục như các đường truyền năng lượng

- Bước sóng của sóng thực tế truyền trong ống dẫn sóng thường ngắn hơn so với sóng truyền

trong không gian tự do và được xác định:

2

Do bước sóng tới hạn  g h .2a, nên có thể chọn

a sao cho các sóng bậc cao hơn không được kích thích

trong ống Vì bước sóng công tác của đường truyền

Cũng như tất cả các đường truyền hai dây khác,

cáp đồng trục đặc trưng bởi các thông số cơ bản như:

w 138 lg(D d/ )[ ]

- Suy hao của đường truyền đồng trục:

1 ( / )0,172

-Công suất truyền cực đại:

suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

đối xứng lại rất thuận lợi cho việc chế tạo các phần tử quay tròn trong các cơ cấu ghép nối như trong hình 4.3

vuông, như trên hình 4.4

Ở chế độ quay tròn của anten radar rất cần có các cơ cấu dẫn năng lượng quay tròn, như hình 4.4 Khi cần phối hợp các ống dẫn sóng có kích thước khác nhau, người ta có thể sử dụng các đoạn phối

4.2 PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG TRONG ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG

Để phối hợp tải người ta có hai phương pháp: phương pháp biến áp và phương pháp bù

Phương pháp biến áp: Nhờ các cơ cấu biến áp thành phần tích cực của tổng trở tải đường truyền

sóng được biến đổi bằng trở kháng sóng của đường truyền bằng, nhờ một đoạn

đường truyền 1/4 bước sóng như hình 4.5a, khi đó

2 0/

vao B

Phương pháp bù: là đưa vào đường truyền một thành phần điện kháng cùng độ lớn nhưng trái dấu

Phần tử này có thể mắc song song hoặc nối tiếp với tải và đường truyền, trở kháng vào được xác định bởi biểu thức:

2 /

Phụ thuộc vào độ dài l mà trở kháng (4.10) có thể là thuần trở, cảm kháng hay dung kháng.Vì

vậy để điều chỉnh tính chất của tổng trở (4.10) người ta có thể thay đổi kích thước của đoạn ống phối

d

Bước sóng giới hạn trong các ống dẫn sóng loại này được xác định:

 g h .1.31d (4.8) Trong thực tế người ta thường sử dụng mối liên kết điện, thông qua dây dẫn trong của đường truyền đồng trục như một dipole trên thành tường rộng của ống dẫn sóng hình

Hình 4.3 Ống dẫn sóng hình trụ.

suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

19

hợp như độ dài l , các cạnh a, b của đoạn ống hay thậm chí các đinh vít kim loại nhúng sâu vào đoạn

ống phối hợp như trên hình 4.6

4.3 CHUYỂN MẠCH ANTEN

4.3.1 CHUYỂN MẠCH CÔNG TẮC

Chuyển mạch cống tắc có thể là nối tiếp hoặc song song Sơ đồ cấu trúc và sơ đồ điện tương đương được mô tả trên hình 4.7

Nguyên lý hoạt động của chuyển mạch dựa trên sự thay đổi trở kháng đầu vào của đoạn ống ngắn,

hở mạch đầu cuối được ghép nối vào điểm cần phối hợp trên đường truyền

4.3.2 CHUYỂN MẠCH CÂN BẰNG HAY CHUYỂN MẠCH CẦU

Gồm hai mạch phân nhánh cầu giống hệt nhau L và 1 L , các ống phóng 2 P ở cửa 1 B và 1 P ở cửa 2

4.3.3 CHUYỂN MẠCH PHA

Trong các chuyển mạch anten loại này người ta sử dụng các phần tử làm lệch pha 900

hoặc không đảo pha tùy theo hướng lan truyền của sóng khi đi qua phần tử đó, đây là các feryt Chuyển mạch pha anten được mô tả trên hình 4.9

4.4 ANTEN RADAR VÀ NHỮNG ĐẶC TÍNH

4.4.1 ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA ANTEN RADAR

Do những đặc điểm công tác riêng của các trạm radar hàng hải, anten radar phải thỏa mãn những yêu cầu riêng như sau :

- Có khả năng thu phát sóng theo góc phương vị là 3600

- Độ định hướng cao và có đặc tính định hướng theo yêu cầu cả trong mặt phẳng

ngang cũng như mặt phẳng đứng

- Dải thông tần đủ rộng

- Các búp phụ là tối thiểu cả về biên độ lẫn số lượng

- Độ bền vững cơ điện đảm bảo, kích thước trọng lượng và hướng cản gió là tối thiểu

Yêu cầu quay tròn là cần thiết để quan sát trạng thái xung quanh trong vùng hoạt động

của radar Độ định hướng của anten radar được minh họa trên hình 4.10 [13]

4.4.2 ANTEN LOA

Nếu một ống dẫn sóng hở một đầu thì năng lượng của sóng truyền trong ống sẽ bức xạ ra xung quanh và có một phần phản xạ ngược trở lại ống Tỷ lệ sóng bức xạ và phản xạ phụ thuộc vào việc phối hợp trở kháng sóng của ống và của môi trường xung quanh tại điểm hở đó Do trở kháng sóng của ống dẫn sóng hình chữ nhật được xác định là:  B 120 B/, nên để phối hợp trở kháng tốt,  c= B thì



2



TG 1

Nét mảnh ứng với P( ) và nét đậm ứng với ( E( )

21

4.4.3 ANTEN KHE

Anten khe hay còn gọi là anten nhiễu xạ có nguyên lý hoạt động như sau: Nếu trên bề mặt dẫn vô

hạn được khoét một khe hẹp, có độ dài  /2 và tại điểm giữa của khe được cấp áp từ một nguồn dao động siêu cao có tần số phù hợp, thì khe sẽ bức xạ sóng điện từ vào không gian như một chấn tử nửa bước sóng

Cấu trúc nguyên lý và sự hình thành anten khe được minh họa trên hình 4.12 Các loại anten khe

có thể hình thành trên cơ sở kỹ thuật ống dẫn sóng, vì các ống dẫn sóng (như đã được nghiên cứu phần trên) thường được khép kín bởi các mặt tường kim loại có độ dẫn điện rất tốt Phần tử bức xạ của tổ hợp của anten radar hàng hải là một đoạn ống dẫn sóng ngắn mạch đầu cuối có một dãy các khe bức xạ được cắt trên thành hẹp của đoạn ống, như minh họa trên hình 4.13

Toàn bộ hệ thống dàn anten được đặt trong một gương phản xạ đồng thời là hộp bảo vệ anten Vì

hệ số định hướng của anten theo phương ngang rất lớn cho nên độ dài của anten theo phương này cũng rất lớn

VẤN ĐỀ VÀ CÂU HỎI

Câu 4.1: Có những phần tử phân đường năng lượng nào được sử dụng trong radar hàng hải? mô tả

những đặc điểm chính của chúng?

Câu 4.2: Những đặc tính cơ bản của anten radar hàng hải? Có những loại anten nào? Trình bày

cấu tạo và đặc điểm của một loại đặc trưng?

Câu 4.3: Có những loại chuyển mạch anten nào được sử dụng trong radar hàng hải? Vẽ và giải

thích nguyên lý hoạt động của một mạch đặc trưng?

Hình 4.13 Sơ đồ kết cấu của tổ

hợp anten khe radar hàng hải

Chương 5: MÁY THU RADAR 5.1 NHỮNG ĐẶC ĐIỂM

5.1.1 YÊU CẦU CHUNG

Ở dải sóng centimét và milimét, máy thu radar hàng hải phải đảm bảo những yêu cầu sau:

- Độ nhạy cao, dải thông đủ rộng để thu không méo các tín hiệu cần thu thuộc dạng xung

- Hệ số khuếch đại đủ lớn để đảm bảo khả năng quan sát mục tiêu bằng chỉ báo hiển thị, chế độ công tác tin cậy và có khả năng tự động bám theo mục tiêu

- Thời gian phục hồi hệ số khuếch đại của máy thu phải đủ ngắn, đảm bảo thu được tín hiệu phản

xạ từ các mục tiêu ở gần trạm nhất

- Có chế độ tự động điều chỉnh tần số thu khi tần số phát có sai lệch

- Có khả năng chống nhiễu cao để có thể phát hiện được những mục tiêu khác nhau với xác suất đảm bảo, với độ chính xác cần thiết khi có tác động của nhiễu

- Có khả năng thay đổi hệ số khuếch đại, hằng số thời gian của các mạch điện để hạn chế được nhiễu mưa, nhiễu biển, đặc biệt khi phạm vi biến động biên độ tín hiệu phản xạ lớn

- Chế độ công tác phải ổn định trước những nhân tố bất ổn định của môi trường biển

Ngoài ra máy thu radar phải đảm bảo hàng loạt các yêu cầu khác do các đặc tính khai thác và kỹ thuật của trạm radar hàng hải đặt ra

Khuêch đại trung tần

Tách sóng

Khuếch đại thị tần

Dao động nội

Tự động điều chỉnh tần số

Chuyển

mạch anten

Tự điều khuếch

suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

minh họa trên hình 5.2 (radar JMA 625)

trong hình 5.3 Vì: I01I02I0 nên dòng điện ở cửa ra của mạch trộn:

Đây cũng chính là ưu điểm nổi trội của các mạch trộn cân bằng hay còn gọi là trộn đối xứng

Xuất phát từ những quan điểm thực tiễn, tần số trung gian của các máy thu radar được chọn trong phạm vi 15- 90 MHz, trong radar hàng hải, người ta chọn từ 30 -60 MHz Nếu như không có những yêu cầu quá cao cho độ chính xác xác định tọa độ mục tiêu, dải thông của mạch trung tần được chọn:

( x/ x) 2 k

f k  f

trong đó, k -là hệ số phụ thuộc vào dạng của xung điều chế, x  - phạm vi điều chỉnh tần số thu của mạch f k

tự động điều chỉnh tần số AFC Nếu đề cập cả hệ thống tự động điều chỉnh tần số AFC dải thông của mạch khuếch đại trung tần được xác định:

D2 D1

D là diode biến dung (varicap), để điều chỉnh tần

số dao động của mạch Với giải pháp này, tần số dao động nội có thể tự động thay đổi thông mạch tự động điều chỉnh tần số (AFC)

5.2.2 MẠCH TRỘN TẦN Mạch trộn dùng trong các máy thu radar thông thường là mạch trộn cầu hay cân bằng dùng 2 diode, sơ đồ mạch điện tương đương được mô tả suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

Số tầng trong các mạch khuếch đại trung tần thường từ 3 đến 5, hệ số khuếch đại có thể đạt được

từ 100-110 dB (> 1000 lần) Tải của mạch khuếch đại trung tần là các mạch cộng hưởng, có thể là đơn hay kép, đồng cộng hưởng hay lệch cộng hưởng như trong hình 5.4

5.4 TÁCH SÓNG VÀ KHUẾCH ĐẠI THỊ TẦN

5.4.1 MẠCH TÁCH SÓNG

Trong các máy thu radar, để biến đổi các chùm sóng phản xạ từ các mục tiêu trở về ở

tần số trung gian thành các xung thị tần, người ta thường dùng các mạch tách sóng điều biên với sự tham gia của các diode bán dẫn hoặc các transistor Để nâng cao hệ số truyền người ta có thể dùng một transistor trong mạch tách sóng, việc tách sóng biên độ được tiến hành nhờ tiếp giáp EB của transistor như trong hình 5.5

Hình 5.6 Méo dạng xung trong

R333 R332

L310 C341

C0 R0

25

5.5 NHIỄU TẠP VÀ PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ

Tác động chung của hai tác nhân này gọi chung là nhiễu tạp Nhiễu tạp thường gây méo biên độ

hoặc pha của tín hiệu phản hồi thu nhận được tại máy thu và hậu quả là gây rối loạn trong chỉ báo Để hạn chế các ảnh hưởng của nhiễu tạp biên độ, người ta thường dùng các mạch tự điều khuyếch AGC – Automatic Gain Control; còn để hạn chế ảnh hưởng của nhiễu dưới dạng tạp âm nền (mưa, mù) người ta

sử dụng các mạch lọc có hằng số thời gian thay đổi phù hợp với tín hiệu hữu ích và không phù hợp với nhiễu

5.5.1 CÁC MẠCH TỰ ĐIỀU KHUYẾCH (AGC)

Cường độ sóng phản xạ tại cửa vào của máy thu radar, thông thường thay đổi trong một giới hạn rất rộng, đại lượng đặc trưng cho sự biến động là dải động của tín hiệu và được

P

  dB - đối với công suất (5.8)

Trong các máy thu radar tàu biển, các mạch tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại theo thời gian

được sử dụng rất rộng rãi Đó là các mạch thay đổi hệ số khuếch đại theo quy luật hàm logarit – Mạch khuếch đại logarit Đặc tính điều chỉnh của các loại mạch này (dạng điện áp điều khiển) có dạng hàm mũ như hình 5.7

Đây là dạng tự điều khuếch theo thời gian TAGC- Time Automatic Gain Control Mặt khác, các mục tiêu trên biển, thường có kích thước cũng như bản chất phản xạ sóng điện từ rất đa dạng, nghĩa là dải động của các tín hiệu nay biến đổi trong phạm vi rất rộng Để phối hợp

với phạm vi động của cơ cấu chỉ báo, người ta sử dụng các mạch tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại có đặc tuyến điều chỉnh hoặc là tuyến tính nhẩy bậc, giảm tức thời, khi xuất hiện các xung phản xạ quá lớn – FAGC (Fast Automatic Gain Control) - AGC nhanh, như minh họa trên hình 5.8

Nếu các mạch FAGC áp dụng trong một tầng không đủ nhạy người ta có thể áp dụng ở một vài tầng mạch khuếch đại trung tần khác nhau

và xung điều khiển TAGC (b)

Hình 5.8 Nguyên lý hoạt động của

mạch FAGC:Khi không có nhiễu (a);Khi có nhiễu (b)

5.5.2 MẠCH CHỐNG NHIỄU MƯA VÀ SƯƠNG MÙ

Dưới tác dụng của nhiễu mưa, tại cơ cấu chỉ báo, chúng tạo nên trên màn ảnh chỉ báo một nền sáng mờ nhạt làm giảm độ tương phản của các mục tiêu Xung phản xạ tổng hợp này được coi như một quá trình biến đổi chậm so với các xung biến đổi nhanh phản xạ từ các mục tiêu cụ thể Vì vậy, để chống nhiễu loại này người ta sử dụng các mạch chống nhiễu mưa như hình 5.9

Khi có mưa, xuất hiện các xung phản xạ từ từng hạt mưa rơi, tích hợp lại thành một chùm xung có

độ rộng tổng khá lớn Đây là xung biến đổi chậm chỉ đi qua thành phần thuần trở đó là các diode

D D , cố độ dẫn thay đổi nhờ vị trí đặt trước của VR4003 Đây chính là cơ chế chống nhiễu mưa

và sương mù trong các hệ thống định vị hàng hải SAR- Sea Anticluti Rain

5.6 TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH TẦN SỐ

Có hai hệ thống tự động điều chỉnh tần số là ổn định vi sai và ổn định tuyệt đối

Hệ thống AFC (Automatic Frequency Control) tuyệt đối thường được sử dụng trong các máy thu tín hiệu

định vị đèn biển hay tín hiệu nhận dạng đèn biển AFC vi sai có thể chia ra đơn kênh hoặc đa kênh AFC

một kênh thật đơn giản nhưng chứa đựng những nhược điểm rất cơ bản Nhược điểm lớn nhất là ảnh hưởng của ống phóng bảo vệ cửa vào máy thu tới tính đồng bộ của hệ thống Để loại trừ nhược điểm này trong một số hệ thống định vị người ta sử dụng rộng rãi hệ thống AFC hai kênh

R536 R535

R534

R533 R532

C508

C507 C506

TR412

D438 D437

D436 D435

27

Chương 6: CƠ CẤU CHỈ BÁO RADAR

6.1 CHỨC NĂNG VÀ PHÂN LOẠI

Cơ cấu chỉ báo có nhiệm vụ biến đổi các tín hiệu phản xạ thu nhận được này thành dạng nhận biết thuận tiện cho người sử dụng Trên thực tế các cơ cấu chỉ báo hiển thị được sử dụng rộng rãi nhất Chúng

có các đặc tính sau:

- Quán tính rất nhỏ (hầu như không có trễ)

- Khả năng quan sát đồng thời rất nhiều mục tiêu, đặc biệt là trong chế độ bao quan sát quanh tâm của các loại radar

- Khả năng xác định đồng thời hai hay nhiều thông số tọa độ và trạng thái mục tiêu

- Khả năng thu nhận được nhiều thông tin của mục tiêu và kết hợp xử lý các thông tin ấy cùng với các thông số nội suy của trạm như chế độ ARPA … ; tích hợp các khả năng của trạm với các thiết

bị thông tin liên lạc, dẫn đường, la bàn, đo sâu, đo gió , thậm chí cả soạn thảo văn bản cũng như hòa mạng Internet, truyền hình quảng bá

Các cơ cấu chỉ báo điện quang có thể phân chia theo các dấu hiệu sau:

- Theo phương thức điều khiển chùm tia: Điện treường hay từ trường

- Theo phưong thức hiện ảnh: Nền ảnh sáng - mục tiêu đen hay ngược lại

- Theo quy luật điều khiển chùm tia quét: Quét tròn hay quét mành

- Theo phương thức chỉ báo mối tương quan mục tiêu - trạm: tương đối hay chuyển động thực

Trong các cơ cấu Quét mành, chùm tia điện tử được điều khiển và chuyển động theo quy luật “đọc sách”, từ trái sang phải và từ trên xuống dưới Trong các cơ cấu Quét tròn, chùm tia điện tử được điều

khiển và chuyển động theo quy luật từ tâm ra biên và xoay tròn đồng bộ với chuyển động của anten radar Chỉ báo hiển thị được mô tả như trong hình 6.1

6.2 MONITOR

Đối với một trạm radar thì phương tiện quan sát và kiểm tra đầy đủ nhất cho sĩ quan hành hải là màn hình kiểm tra – monitor Sơ đồ khối của một monitor có thể mô tả tổng quát như trong hình 6.2

6.3 PHƯƠNG PHÁP TẠO QUÉT “BÁN KÍNH QUAY”

Có hai phương pháp tạo ra từ trường quay xung quanh cổ đèn hình, đó là:

- Phương pháp “cuộn quét quay”, nghĩa là dùng một cuộn quét quay đồng bộ với chuyển động của anten tại cổ đèn hình

- Phương pháp cuộn quét bất động, nghĩa là sử dụng hoặc: hai cuộn quét bất động đặt

vuông góc với nhau, hoặc các cuộn quét đặt lệch pha nhau 120 (hình tam giác) và trong mỗi cuộn đều có các dòng điện hình răng cưa bị biến điệu biên độ theo quy luật chuyển động của anten chảy qua

6.3.1 PHƯƠNG PHÁP “CUỘN QUÉT QUAY”

Có hai phương pháp ghép: Đó là phương pháp ghép cơ khi và phương pháp ghép điện Phương

pháp cơ khí đơn giản, hiệu quả và tin cậy song rất khó thực hiện

Phương pháp điện – cơ, dùng hệ thống sensil thu – phát được sử dụng rộng rãi hơn Sơ đồ của hệ

thống được mô tả trên hình 6.3

Chúng ta cần tìm ra quy luật biến đổi của các dòng điện tạo quét

Nếu tâm của màn hình trùng với tâm của ống tia CRT, thì biên độ dòng điện chảy trong các cuộn dây có dạng:

,

,

/ sin/ os

,

,

/ sin/ os t

áp sin-cos, biến áp quay, mạch chia điện áp bằng dung kháng Có thể minh họa một trong những phương pháp kể trên qua sơ đồ khối được mô tả trên hình 6.6

Hình 6.4 Tạo từ trường quay

bằng hai cuộn quét bất động XY , đặt vuông góc với nhau

Hình 6.3 Hệ thống tạo từ trường quay,

đồng bộ với chuyển động của anten

Để tạo ra từ trường quay trong

cổ đèn hình có thể sử dụng hai cuộn quét

bất động đặt vuông góc với nhau và

được cấp áp sao cho trong chúng chảy

hai dòng điện hình răng cưa bị biến điệu

theo quy luật chuyển động của anten,

nhưng lệch pha nhau một góc bằng / 2

như trong hình 6.4 Để có được “bán

kính quay” trên màn ảnh, biên độ của các

dòng điện hình răng cưa trong các cuộn

dây kể trên phải biến đổi như thế nào?

suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

đầu đọc thông tin của mành thứ nhất từ các dòng lẻ, dòng đầu tiên là 1 kết thúc tại dòng 625 – điểm B; mành thứ hai, bắt đầu từ dòng số 2 (mành chẵn) và kết thúc tại dòng 624 rồi quay về điểm A của ảnh tiếp

theo như được minh họa trên hình 6.9b

Hình 6.9 Cách đọc (ghi) ảnh điểm trong các cơ cấu hiển thị quét mành: Đọc liên tiếp (a);

Đọc xen kẽ (b), Thời gian quét hết một mành (c); Thời gian quét hết một dòng (d).

625

2

624

D

Hình 6.8 Sơ đồ và đồ thị thời gian mô tả

mạch tạo quét “bán kính quay” với cuộn quét bất động đặt lệch pha 120 0

40V 80V 110V 220V

Biến áp quay (BAQ) tạo quét

Stator thứ cấp Rotor (sơ cấp)

Cuộn quét

Dòng điện trong cuộn sơ cấp của biến áp quay (BAQ) Một pha của dòng thứ cấp của BAQ

R571 R572

R574 R573

R578 R576

R575 R620

R4 R3 R2 R1

C571

C573

+ C4006

C572

TR4006 TR4005

CD572 CD571

D4

D3

D2 D1suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

6.5 CƠ CẤU CHỈ BÁO SỐ

Trên các trạm radar hàng hải, cơ cấu chỉ báo quét tròn được thay thế dần bằng cơ cấu chỉ báo quét mành thông qua việc xử lý số tín hiệu Ở đây, tín hiệu thị tần thu được chứa đựng các thông tin về hình ảnh không gian quanh tàu, được biến đổi từ liên tục sang dạng số, để trở thành các dữ liệu cho các thiết bị điện toán Thiết bị điện toán sẽ xử lý các dữ liệu và kết hợp với công nghệ đồ họa khống chế cách thể hiện thông tin trên màn hình Các điểm ảnh được ghi nhận trong tọa độ cực, được ghi nhớ lại rồi đọc

ra theo quy luật tọa độ trực giao (deccac) Quá trình biến đổi tương tự - số (chuyển đổi từ phương thức ghi lại hình ảnh trong tọa độ cực sang phương thức đọc ra theo phương thức trong tọa độ deccac) này gồm các bước sau:

1- Gián đoạn tín hiệu thị tần với tần số lấy mẫu F S 2f max, trong đó f max là tần số lớn

nhất trong phổ tần của tín hiệu hình ( : 6MHz)

2 - Quá trình lượng tử tín hiệu là quá trình gián đoạn biên độ các mẫu theo các mức xác định Trong radar hàng hải do chất lượng chỉ báo hình ảnh không cần cao cho nên thông thường người ta sử dụng 4 bit để lượng tử hóa các thông tin về mục tiêu là đủ, nghĩa là dải động của biên độ mẫu được chia thành 24 = 16 mức

3 - Mã hoá tín hiệu để ghi vào bộ nhớ (đặc biệt các thông tin về góc phương vị)

4 - Ghi nhớ hình ảnh thực sau một vòng quay của anten vào bộ nhớ trung gian Ở giai đoạn này toàn bộ thông tin về trạng thái thực (do tín hiệu thị tần mang lại) xung quanh trạm được ghi lần lượt trong

bộ nhớ địa chỉ toạ độ cực, tần số quét là tần số quay của anten Đây là bộ nhớ trung gian (Temporary memor) vì vận tốc quay của anten không trùng với tần số đọc ảnh của hệ thống quét mành

5 - Đọc ra các dữ liệu từ bộ nhớ theo tốc độ phù hợp với vận tốc quét của chùm tia

15.625 / 50

f  Hz Hz và f 15.750Hz/ 60Hz Các thông tin về hình ảnh thực, trạng thái quanh trạm được ghi theo các chuẩn thời gian của dữ liệu (radar frame)

6- Trộn các dữ liệu về hình ảnh, thông số của mục tiêu với các dữ liệu điều khiển đồ

họa từ kênh điều khiển chỉ báo đồ họa GDC – Graphic Display Control

7 – Tiếp sau đó là quá trình biến đổi các thông tin về hình ảnh dưới dạng các dữ liệu số thành các tín hiệu tương tự để khuyếch đại và kích thích cho đèn hình Quá trình này được gọi là biến đổi tương tự -

số (Digital - Analog -D/A) Quá trình chuyển đổi tín hiệu thị tần

trong các cơ cấu chỉ báo số của radar được minh họa trên hình 6.10

Hình 6.10 Sơ đồ khối chuyển đổi hình ảnh từ “quét tròn”

sang “quét mành” bằng xử lý số tín hiệu

Nhớ khung

dữ liệuRadar frame

Corr/ trail Nhớ

Tạo xung

đồng bộ (hồ)

Điều khiển đọc/ghi

Nhịp đọc

Đồng bộ ghi- đọc

Mạch trộn các tín hiệu

Kiểm tra đồng chỉnh

Chuyển đổi tọa độ góc phương

vị( ,R   X Y, )

Biến đổi D/A

suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van