Tổng quan về hệ định vị vô tuyến

Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN 1.1 ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN VÀ CÁC LOẠI HÌNH CỦA NÓ Định vị vô tuyến (radar) tên gọi lĩnh vực vô tuyến , mà lĩnh vực sử dụng phản xạ, xạ qua lại, xạ riêng sóng điện từ để phát mục tiêu khác nhau, đồng thời còn để đo tọa độ tham số chuyển động mục tiêu Mục tiêu định vị vô tuyến mục tiêu vật chất mà phát , đo vị trí phương pháp định vị vô tuyến Tuỳ theo phương pháp định vị vô tuyến người ta phân loại chúng thành loại hình sau: Loại 1: Định vị vô tuyến chủ động việc chiếu sáng mục tiêu lượng điện từ , mà lượng xạ anten trạm phát radar hấp thụ lượng phản xạ từ mục tiêu Loai 2: Định vị vô tuyến chủ động với trả lời chủ động , khác với loại hình thứ chỗ mục tiêu có đặt máy đáp vô tuyến, thiết bị phát nhận, nhận trả lời tín hiệu radar Loại 3: Định vị vô tuyến bán chủ động, khác với loại hình chủ động chỗ mục tiêu chiếu sáng trạm radar thu thu phát tín hiệu phản xạ từ mục tiêu thực đối tượng khác Loại 4: Định vị vô tuyến thụ động thực băng cách thu lượng xạ mục tiêu Vấn đề phát mục tiêu xét theo quan điểm kỹ thuật vô tuyến dẫn đến phát tín hiệu, mà xạ qua lại mục tiêu loại nhiễu khác Mục tiêu radar chiếu sáng trở thành nguồn sáng thứ cấp Công suất xạ thứ cấp phụ thuộc vào hàng loạt yếu tố : cường độ từ trường mà tạo bở máy radar gắn mục tiêu , tham số mục tiêu, vị trí mục tiêu so với radar , phân cực từ trường sơ cấp độ dài sóng Vv Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Định vị vô tuyến thụ động hình thành tượng xạ lượng điện từ vật thể Vật thể mà nhiệt độ lớn không độ tuyệt đối xạ lượng điện từ Tất mục tiêu thỏa mãn điều kiện , có phát mục tiêu mà không cần chiếu sáng ban đầu Định vị vô tuyến hình thành tính chất sóng vô tuyến lan truyền môi trường đồng với vận tốc không đổi, tính chất cho phép xác định hướng tới mục tiêu độ dài quỹ đạo truyền sóng chúng Người ta chia nhỏ định vị vô tuyến tương ứng thành đo khoảng cách vô tuyến tìm phương vô tuyến Đo khoảng cách vô tuyến xác định khoảng cách tới mục tiêu cách đo độ dải quỹ đạo lan truyền sóng vô tuyến tới mục tiêu ngược lại Tìm phương vô tuyến xác định hướng tới mục tiêu, tức đo tọa độ góc mục tiêu cách xác định hướng đến sóng vô tuyến phản xạ phát từ mục tiêu 1.2 PHƯƠNG PHÁP ĐO KHOẢNG CÁCH BẰNG XUNG VÔ TUYẾN Khi xác định khoảng cách đến mục tiêu ( D ) , người ta đo thời gian trễ tín hiệu phản xạ tới xung thăm dò Xung thăm dò xung có tần số cao, công suất lớn, xung hình thành máy phát xạ vào không gian nhờ anten Thời điểm xạ xung thăm dò đưa vào đếm thời gian sóng vô tuyến lan truyền Tín hiệu phản xạ từ mục tiêu thu trực tiếp máy thu Khoảng thời gian thời điểm xạ xung thăm dò thời điểm thu xung phản xạ gọi thời gian trễ tín hiệu phản xạ Ta có : t z= 2D c (1.1.3a) Do D= Nguyễn Huy Tùng thông c.t z (1.1.3b) Khoa Điện tử viễn Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Trong D khoảng cách máy radar mục tiêu, c vận tốc truyền sóng vô tuyến Môi trường thực môi trường đồng hoàn toàn, quỹ đạo truyền sóng không hoàn toàn đường thẳng , vận tốc truyền sóng không hoàn toàn không đổi tất đường truyền Tuy nhiên tỷ số dẫn với môi trường thực c vận tốc truyền sóng trung bình khoảng cách D Tùy theo phương pháp đo khoảng cách thời gian t , người ta chia thành phương pháp đo khoảng cách vô tuyến sau : xung, tần số , pha xung tần số tương ứng người ta chia phương pháp định vị vô tuyến thành xung, tần số, pha xung tần số 1.3 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ BẰNG XUNG VÔ TUYẾN Nguyên tắc hoạt động máy radar xung sơ đồ khối rút gọn sau : Hình Sơ đồ hệ vị vô tuyến Máy phát Thiết bị chuyển mạch antenn Máy phát Máy thu 1.1: khối định Bộ đồng Máy thu Bộ phận hiển thị Bộ đồng phương pháp nén xung Máy phát máy đo khoảng cách vô tuyến xạ dao động tần số siêu cao dạng xung thăm dò lặp lại theo chu kỳ khoảng thời gian xung thăm dò diễn thu xung phản xạ Từ lối máy thu, xung thu đưa vào thiết bị báo, thiết bị cho phép đo khoảng thời gian lục bắt đầu xạ xung thăm dò lúc bắt đầu thu xung phản xạ Vì ta xác định khoảng cách đến mục tiêu theo công thức (1.1.3b ) Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Ở phận báo tỷ lệ tia quét (l) khoảng đo D liên hệ theo công thức l =v r t z = v r 2D = M D c Trong v r l vận tốc quét không đổi M= 2v c tỷ lệ quét tuyến tính Để máy thu radar làm việc bình thường cần có đồng máy phát xung với báo , nghĩa thời điểm xạ xung thăm lúc bắt đầu quét báo cần trùng hoàn toàn 1.4 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỬ DỤNG SỰ NÉN XUNG Hình 1.2 giản đồ thời gian việc phát xung radar xung radar gủi xung sóng vô tuyến khoảng thời gian nhỏ T0 sau ngừng gửi khoảng thời gian T1 hình trên, chu kỳ T0 + T1 , tần số f = 1/(T0 + T1) Trong truyền hoạt động gửi tín hiệu thời gian T0 nhận ngừng việc nhân tín hiệu, sau khoảng thời gian T0 truyền ngừng truyền cho phép nhận cảm nhận tín hiệu phản hồi từ mục tiêu khoảng thời gian T0 nguồn máy phát phải đảm bảo tín hiệu truyền đi, đập vào mục tiêu quay trỏ lại nhận truờng hợp tín hiệu vọng phát lượng cần phải lớn Điều thực nhờ tăng nguồn lượng phát tăng thòi gian phát T0 Việc phát sử dụng lượng lớn xuất vấn đề phải đòi hỏi điên cỡ KV điều gây nguy hiêm, tốn Việc lựa chọn giải pháp không khả thi, ta lựa chọn cách thứ tăng khoảng thời gian truyền T0, tăng thời gian T0 lại mâu thuẫn với độ phân giải cư ly, độ phân giải cự ly có nghĩa khoảng cách xa mà tín Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 10 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến hiệu phản hồi phải tách dời tín hiệu dội nhìn giống xung riêng rẽ Do cần phải tăng T0 để tăng lượng truyền nhận xung hẹp để cải thiện độ phân giải cự ly Điều dẫn đến việc nén xung Nén xung việc gửi xung dài để tăng lượng truyền nén đến xung hẹp nhận để tăng cao độ phân giải cự ly Độ phân giải cự ly = T0/2r , r dải mục tiêu, độ phân giải mục tiêu = (1/2r)*(1/BW) BW = 1/ t0 băng thông xung truyền tăng băng thông xung truyền độ phân giải cự ly đuợc cải thiện 1.4.1 Định vị sử dụng phương pháp xung - tần số Sơ đồ khối đơn giản radar với điều biến tần số tuyến tính xung mô tả hình 1.1.5 Thiết bị truyền Thiết bị chuyển mạch anten Bộ đồng Máy thu Bộ lọc nén Thiết bị Bộ tách sóng Hình 1.3 Sơ đồ khối máy radar với điều biến tần số tuyến tính xung Thiết bị truyền phát xung vô tuyến rộng t1 Tần số xung thay đổi theo quy luật tuyến tính : f = f0 – at ( 1.1.5 ) Trong a vận tốc thay đổi tần số Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 11 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Dạng xung vô tuyến quy luật biến đổi tần số mô tả hình 1.1.5a,b Tín hiệu phản xạ mục tiêu thu máy thu trạm đến lọc nén đặc biệt nén người ta sử dụng đường trễ mà thời gian trễ phụ thuộc tuyến tính vào tần số ( hình 1.1.5c ) Với lọc tần số xung cao đến sớm trễ nhiều hơn, tần số thấp đến muộn bi trễ Kết tất thành phần tần số xung bị dịch chuyển thời gian trước hết xung, nghĩa xung bị nén khoảng thời gian Mức đôj nén xung hoàn toàn xác định theo giới hạn thay đổi tần số xung ( theo độ lệch tần số ) F0 = a τ in Bộ nén xung Hình 1.4: Nguyên lý nén xung : a) Dạng xung lối vào lối lọc b) Vùng thay đổi tần số xung c) Sự phụ thuộc thời gian trễ lọc vào tần số Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 12 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Độ rộng xung lối lọc tic=1/fD ( 1.1.5a1 ) Hệ số nén xung : k = ti/tic = fD.ti ( 1.1.5b1) Công suất xung lối lọc nén tăng lên k lần , nghĩa : Pi ra=k.Pi vµo ( 1.1.5c1 ) Chảng hạn, để nén xung băng thời gian 500.10^-6 s lên 100 lần, độ lệch tần số xung fD = 200 KHz , vận tốc thay đổi tần số a = 400MHz/s Khi công suất xung lối vào Pi vao = 10 ^-6 w công suất xung lối lọc P i = 100 10^-6 w 1.4.2 Định vị sử dụng điều biến pha ng Bộ khuyếch đại với pha Bộ tạo xung tần só cao Bộ khuyếch đại công suât Bộ chuyển mạch anten Bô khuyếch đại với pha Máy thu Khối tạo dạng mã Bộ lọc nén Bộ đồng Bộ lọc thích ứng Thiết bị Bộ tách sóng Hình 1.5 Sơ đồ khối hệ thống radar sử dụng phương pháp điều biến pha xung Thiết bị hình thành xung thăm dò có tần số không đổi độ rộng t1 Xung phân thành đoạn nhau, khoảng mã r k Trong phạm vi khoảng mã có pha ban đầu dao động tần số cao Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 13 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Uc(t) y y U2 U1 y U3 -y U4 -y U5 y -y U6 U7 Bô lấy tổng Bộ lọc thích ứng với Lèi Hình 1.6 Sơ đồ xử lý tối ưu xung điều biến pha Độ rộng khoảng mã rk xác định độ phân giải máy Trong đài rađa sử dụng mã barker mà pha ban đầu khoảng mã lân cận 180 độ số khoảng mã xung 3,4,5,7,11,13 UC( t) a) - + 1 - 1 + + 1 + Uε ( t) b ) 1 t t Uϕ ( t) c) t Hình 1.7 Sự biến đổi xung điều biến pha Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 14 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Trên hình 1.1.5.2 sơ đồ đơn giản sử lý tối ưu pha xung Trên hình 1.1.5.2a thể tín hiệu mã gồm khoảng mã ( n=7 ) , khoảng mã có pha ban đầu ( +1 ) khoảng mã có pha ban đầu 180 độ (1) 1.5 ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHẤP TẦN SỐ Định vị vô tuyến sử dụng phương pháp tần số có sơ đồ khối biểu diễn hình 1.9 Nguyên tắc hoạt động sau Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 15 Khoá luận tốt nghiệp đại học Bộ tạo sóng Bộ điều biến tần số Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Bộ tạo sóng tần số cao Bộ tách sóng Thiết bị đo tần số Bộ khuyếch đại âm tần Hình 1.8 Sơ đồ khối máy rađa tần số Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 16 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Tính chất máy rađa với điều biến tạp âm :  Tín hiệu tạp âm khác với tín hiệu điều chỉnh có chu kì, cho phép xác định cách đơn trị khoảng cách tới mục tiêu  Sự áp dụng điều biến tạp âm, đặc biệt điều chế pha làm tăng công suất trung bình tín hiệu so với chế xung rađa với xạ liên tục thuộc loại khác  Được sử dụng rađa có công suất không lớn, điều làm đơn giản kết cấu máy phát hệ thống angten Tín hiệu tạp âm rađa, đặc biệt điều chế biên độ tương tự tạp âm bên máy thu, điều cho phép rađa làm việc bí mật 1.9.PHÁT HIỆN CÁC TÍN HIỆU ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN: Phát mục tiêu vô tuyến có giúp đỡ trạm rađa trình nhận lời giải có mặt vắng mặt mục tiêu vùng không gian phương pháp nhận xử lí tín hiệu rađa Việc nhận tín hiệu diễn nhiễu Trong dải sóng mà vô tuyến định vị sử dụng dạng nhiễu tự nhiênlà: tạp nhiệt, tạp âm vũ trụ, tạp nội máy thu Sự có mặt nhiễu dẫn đến tín hiệu bị sai lệch xuất lỗi việc đánh giá xử lí Việc thu nhận giải đáp có mặt hay vắng mặt mục tiêu xảy điều kiện loại trừ: -Mục tiêu thực tế có -Mục tiêu thực tế Khi lựa chọn lời giải điều kiện trước Một hai điều kiện tương ứng với lời giải: - “ có mục tiêu” - “ mục tiêu” Như phát có khả lựa chọn : điều kiện mục tiêu thực tế có lời giải “có mục tiêu” phát đúng, lời giải “không có mục tiêu ” gọi bỏ sót mục tiêu; điều kiện mục tiêu thực tế không có, lời Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 27 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến giải “không có mục tiêu” không phát đúng, lời giải “có mục tiêu” gọi báo động nhầm Bỏ sót mục tiêu báo động nhầm sai sót phát mục tiêu Nói chung tín hiệu vô tuyến định vị hàm ngẫu nhiên thời gian, việc nhận lời giải hay lời giải khác mang tính chất ngẫu nhiên Khả xuất tình đặc trưng xác suất lời giải lời giải sai, ta kí hiệu:  Xác suất phát Pno  Xác suất không phát Pnh  Xác suất bỏ sót mục tiêu Pnp  Xác suất báo động nhầm Plt Khi có mặt mục tiêu thực tế phát bỏ sót mục tiêu tạo thành nhóm đủ kiện độc lập , vậy: Pno + Pnp = (1.26) Báo động nhầm không phát tạo thành nhóm đầy đủ kiện độc lập mục tiêu và: Plt + Pnh =1 (1.27) Từ công thức (1.26) (1.27) ta thấy có số xác suất kể không phụ thuộc vào Thông thường dựa vào tính chất với đặc tính dụng cụ phát người ta sử dụng xác suất phát xác suất báo động nhầm Thiết bị xử lí thông tin vô tuyến định vị phải thoả mãn yêu cầu trái ngược Để tránh bỏ sót mục tiêu, người ta thường dùng lời giải có mặt chí trường hợp tín hiệu từ mục tiêu sai lệch nhiễu khẳng định xác có mục tiêu Khi xác suất báo động nhầm tăng lên Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 28 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Ngược lại xác suất báo động nhầm giảm cần phải nhận lời giải có mặt mục tiêu tín hiệu vượt rõ nhiễu Khi xác suất bỏ sót mục tiêu tăng lên Bởi phải xem xét cách hợp lí tiêu chuẩn trái ngược lựa chọn phương thức tối ưu xử lí thông tin Để nhận định chất lượng hoạt động thiết bị phát cần phải sử dụng tiêu chuẩn để so sánh thiết bị với thiết bị khác.Thiết bị tối ưu thiết bị cho phép nhận giá trị tốt (khi so sánh với thiết bị khác) theo tiêu chuẩn lựa chọn điều kiện tương tự khác Thông thường hay sử dụng nhiều vô tuyến định vị tiêu chuẩn Hengman-Pico Theo tiêu chuẩn này, thiết bị phát tối ưu cần phải đảm bảo xác suất phát Pno lớn cho trước giá trị xác suất báo động nhầm Plt Trong thiết bị thu tối ưu, phát tín hiệu vô tuyến định vị thực xác định xác suất hậu nghiệm thông tin khác (ví dụ thông tin có mục tiêu, thông tin vắng mặt mục tiêu) đưa lời giải thông tin mà xác suất lớn thông tin lại, xác định tỉ số chắn thông tin truyền Tín hiệu lối máy thu u(t) điều kiện mục tiêu thực tế có, tổng trình ngẫu nhiên: u(t) = uc(t) + un(t) (1.28) Trong đó: uc(t) tín hiệu mục tiêu un(t) tín hiệu tạp âm Nếu mục tiêu thì: u(t) =un(t) (1.29) Cũng trình ngẫu nhiên bất kì, tín hiệu u(t) hoàn toàn mô tả mật độ phân bố xác suất đường bao ω (u ) pha ω (ϕ ) Dạng phân bố xác suất trường hợp (1.28) (1.29) hình (1.18) Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 29 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Pno Pnp Pno Plt u U0 Hình1.18.Mật độ phân bố xác suất đường bao tạp âm tín hiệu với tạp âm Khi biết mật độ phân bố xác suất ω (u ) giá trị giới hạn U , tính xác suất lời giải sai theo biểu thức sau : ∞ Pno = ∫ ω c ,n (u )du (1.30) U0 U0 Pnh = ∫ ω n (u )du (1.31) U0 Pnp = ∫ ω c ,n (u )du (1.32) ∞ Plt = ∫ ω n (u )du (1.33) U0 Trong đó: ω c ,n (u ) mật độ phân bố xác suất đường bao tín hiệu tạp âm ω n (u ) mật độ phân bố xác suất đường bao tạp âm U0 điện áp ngưỡng , vượt qua giá trị nhận lời giải có mặt tín hiệu Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 30 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Tỉ số chắn xác định theo biểu thức: λ= ω c ,n (u ) ω n (u ) (1.34) Theo tiêu chuẩn Hengman_Pico lời giải có mặt mục tiêu nhận tỉ số chắn vượt qua giới hạn λ nop cho, tức λ > λ nop Giá trị λ nop chọn cho xác suất báo động nhầm P lt không vượt giá trị cho phép λ lt0 Thực tế rađa làm việc chế độ quan sát không gian tín hiệu mục tiêu nhóm xung Số lượng xung nhóm xác định theo công thức : N i = Fi ϕ 0,5 6n A (1.35) Trong đó: Fi tần lặp lại xung ϕ 0,5 độ rộng biểu đồ định hướng mức độ nửa công suất nA vận tốc quay anten (vòng/phút) Việc tính toán xác suất phát mục tiêu báo động nhầm dạng tổng quát khó Tuy nhiên trường hợp tín hiệu nhỏ (trường hợp có ý nghĩa lớn thực tế) , xác suất đưa tính theo công thức: Pno =  Ni ln λ nop 1 1 + Φ v −  2 v 2Ni   Plt =  ln λ nop 1 1 − Φ  v 2N 2 i           (1.36) (1.37) Trong đó: Φ (x) tích phân xác suất v= Pc tỉ số công suất tín hiệu công suất tạp âm lối Pn máy thu Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 31 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến λ nop giá trị giới hạn tỉ số chắn Nc số xung xử lí mục tiêu Xác suất phát cho trước xác suất báo động nhầm mà lớn tỉ số tín/tạp lối phần tử tuyến tính máy thu lớn số xung xử lí lớn Trên hình (1.19) đưa phụ thuộc xác suất phát mục tiêu P no (khi cho trước xác suất báo động nhầm P lt ) vào độ lớn tỉ số tín/tạp số xung xử lí Ni Đồ thị phụ thuộc gọi đặc trưng phát (đặc trưng làm việc dụng cụ đo) cho ta biểu diễn rõ ràng tín hiệu vô tuyến định vị Từ đặc tính tìm giá trị giới hạn v nop với xác suất Pno Plt cho trước xử lí tối ưu tín hiệu: v nop = x( Pno , Plt ) Ni (1.38) Trong đó: x(Pno,Plt) hoành độ điểm đặc trưng ứng với xác suất P no Plt cho trước Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 32 Khoá luận tốt nghiệp đại học Pno Plt= 0,9 0,8 Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến 10-4 10-6 10-8 10-10 10-12 10 x(Pno,Plt) 0,6 0,4 0,2 Hình 1.19.Đặc trưng phát trường hợp tín hiệu yếu với biên độ không đổi Thông thường người ta cho Pno từ 0,5 đến 0,9 Plt từ 10-10 đến 10-6 Thiết bị thu dùng để phát tín hiệu, cần phải tính toán tỉ số chắn λ = ω c ,n (u ) Nếu tỉ số ω n (u ) chắn lớn khả có mặt tín hiệu lớn Khi tính toán tỉ số chắn tín hiệu với toàn tham số biết, người ta đến kết luận thiết bị thu phải có cấu tạo tích phân so sánh với mức (giới hạn) Khi phép toán tương đương với việc tính toán tỉ số chắn, so sánh với giá trị giới hạn Biểu thức (1.39) sau có tên gọi tích phân tương quan : q= ωt TH ∫ u (t ).u ' (t )dt (1.39) Trong đó: ω t lượng tạp âm, trị số mật độ phổ u’(t) tín hiệu biết u(t) tín hiệu lối vào máy thu Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 33 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến TH thời gian quan sát Thiết bị thu thực công việc với tín hiệu nhận được, gọi thiết bị thu tối ưu có cấu trúc sau: tương quan thiết bị thực phép tính nhân tín hiệu lối vào u(t) với tín hiệu chuẩn u on(t), mà tín hiệu với toàn tham số biết u’(t), kết hợp thời gian tín hiệu nhận lấy tích phân (phép lấy tổng) theo thời gian Trong thiết bị giới hạn tích phân tương quan sau tín toán so sánh với giới hạn α , vượt qua giới hạn lời giải có mặt mục tiêu tiếp nhận Máy thu loại gọi máy thu tương quan u(t) Bộ tương quan Thiết bị giới hạn (phép nhân& cộng) Lối α u on (t ) Hình 1.20.Sơ đồ khối máy thu tương quan Để xử lí tín hiệu máy thu tối ưu không sử dụng tương quan, mà sử dụng lọc thích ứng với tín hiệu (hay lọc tối ưu) Bộ lọc tối ưu lọc mà đặc trưng tần số liên hợp phức phổ tín hiệu : • K ont (ω ) = ce − jωt •∗ S (ω ) (1.40) Nếu phổ tín hiệu : • S (ω ) = S (ω )e jϕ c (ω ) (1.41) Thì đặc trưng lọc : • (1.42) K ont (ω ) = K ont (ω )e jϕ ont (ω ) = cS (ω )e − jϕ c (ω ) e jωt0 Trong đó: K ont (ω ) đặc trưng tần số – biên độ lọc Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 34 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến ϕ ont đặc trưng tần số – pha lọc S (ω ) phổ tần số – biên độ tín hiệu ϕ c (ω ) phổ tần số – pha tín hiệu t thời gian trễ lọc Rõ ràng từ biểu thức (1.42) , đặc trưng tần số biên độ lọc tối ưu K ont (ω ) tỉ lệ với phổ tần số – biên độ tín hiệu S (ω ) , tức dạng đặc trưng số lọc trùng với dạng phổ số tín hiệu Bộ lọc tối ưu cho truyền qua thành phần phổ mà biểu lớn phổ tín hiệu, thành phần yếu tín hiệu bị khử lọc Cùng với thành phần phổ yếu tín hiệu, thành phần tạp âm bị khử Đặc trưng tần số – pha ϕ ont lọc tối ưu tỉ lệ với đặc trưng pha- tần số ϕ c (ω ) tín hiệu ngược dấu, tức là: ϕ ont (ω ) = −ϕ c (ω ) + ωt (1.43) Như độ lệch pha thành phần phổ tín hiệu bù lọc tồn tại thời điểm t0 (thời gian trễ lọc), lúc tất thành phần phổ có pha cộng lại theo đại số, lối lọc thời điểm hình thành đỉnh điện áp tín hiệu (hình 1.21), tạp âm điều không xảy Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 35 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến u1 t u2 t u3 t u1+u2+u3 t t=tz+t0 Hình 1.21.Sự chồng chập lớn thành phần sóng điều hoà tín hiệu có ích lối lọc đặc trưng tần số – pha tối ưu Bộ lọc tối ưu cho tỉ số tín/tạp lối tốt so với lọc loại khác: v0 = 2ω c G (1.44) Trong đó: ω c lượng tín hiệu G mật độ phổ tạp âm Tỉ số tín/tạp lọc tối ưu xác định lượng tín hiệu lối vào lọc mật độ phổ tạp âm không phụ thuộc vào dạng tín hiệu Dạng tín hiệu xác định cấu trúc lọc Để xử lí tín hiệu sử dụng lọc thích ứng với tín hiệu theo độ rộng dải thông Trên hình (1.22) mô tả phụ thuộc tỉ số v / v0 vào tích số ∆F τ i Trong đó: v tỉ số tín/tạp lối lọc không tối ưu v tỉ số tín/tạp lối lọc tối ưu Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 36 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến τ i độ rộng xung ∆F dải thông lọc 1.0 0.2 0.8 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Hình 1.22 Sự phụ thuộc tỉ số tín/tạp vào 0.6 0.4 0.2 Từ hình (1.22) ta nhận thấy tồn giá trị tích số ( ∆F τ i ) ont = 1,375 tỉ số v / v0 lớn , tức dải thông tối ưu: ∆Font = 1,37 τi mà v / v0 = 0,825 (1.45) Sự hao hụt tỉ số tín/tạp lọc so với lọc tối ưu khoảng 17% Bộ lọc tối ưu chế tạo để xử lí chùm xung đơn lẻ chùm xung Bộ lọc xung đơn lẻ đơn giản chùm xung Khi xử lí tối ưu chùm xung lời giải toán phát thường dẫn đến thao tác sau: - Lựa chọn xung chùm xung - Tách sóng biên độ - Tích phân đồng tín hiệu thị tần - Kiểm nghiệm tín hiệu tổng giới hạn Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 37 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Hai thao tác đầu thường thiết bị thu thực hiện, thao tác lại thiết bị rađa thực Thao tác lấy tích phân đồng diễn với giúp đỡ thiết bị cộng tín hiệu tương ứng khoảng chu kì lặp lại khác Để thực thao tác cần thiết bị nhớ tín hiệu (ví dụ đường trễ) Sơ đồ khối tích phân đồng với chùm gồm xung đồ thị hình (1.23) giải thích thêm trình tích phân đồng Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 38 Khoá luận tốt nghiệp đại học Bộ tách sóng biên độ u1 Bộ lọc tối ưu xung đơn lẻ u2 Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Bộ tích phân đồng Đường trễ u3 τi τi u4 τi u5 u6 u7 u1 t u2 t u3 t u4 t u5 t u6 t u7 Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn t Hình 1.23 Xử lí tối ưu tín hiệu 39 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Từ việc áp dụng xử lí tối ưu tín hiệu làm giảm công suất giới hạn.Công suất giới hạn Pnop tín hiệu rađa công suất nhỏ tín hiệu lối vào thiết bị thu , mà xác suất phát mục tiêu báo động giả đảm bảo Trị số công suất tới hạn phụ thuộc vào giá trị xác suất phát mục tiêu báo động nhầm, tham số tín hiệu rađa, thời gian quan sát dạng xử lí tín hiệu rađa Đối với trường hợp lọc tối ưu xung tần số cao đơn lẻ hình chữ nhật thì: Pnop = v nop NkT0 τi (1.46) Trong : N hệ số tạp âm máy thu k số Bonzman T0 nhiệt độ Kenvin T0=3000K v nop tỉ số tín/tạp (xác định theo đặc trưng phát biểu diễn hình 1.19 theo xác suất cho trước Pno Plt ) Khi hệ thống thực lọc không tối ưu để đảm bảo xác suất phát mục tiêu báo động nhầm giống lọc tối ưu công suất giới hạn cần tăng lên Tỉ số tín/tạp lọc không tối ưu nhỏ lọc tối ưu ( v0 / v ) lần, với v0 = 2ω c G tỉ số tín/tạp lối lọc tối ưu, v tỉ số tín/tạp lối máy thu lọc không tối ưu Do công suất giới hạn lọc không tối ưu là: ' Pnop = Nguyễn Huy Tùng thông v0 NkT0 NkT0 v nop =ϕp = v p Pt v τi τi (1.47) Khoa Điện tử viễn 40 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương Tổng quan hệ định vị vô tuyến Hệ số v p gọi hệ số phân biệt (hệ số phân biệt cho biết công suất tín hiệu thu nhỏ cần phải lớn công suất tạp nội máy thu lần, để phát tín hiệu từ mục tiêu với xác suất phát báo động nhầm cho trước) Đối với máy thu mà dải thông tối ưu tỉ số v0 = 1,2 v v p = 1,2v nop Công suất giới hạn độ nhậy thực máy thu Pnp , công thức (1.47) cho = ∆F Pnp = v p Pnp' τi ' Trong Pnp = NkT0 ∆F = Pn độ nhậy giới hạn máy thu Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 41 [...]... Điện tử viễn 20 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương 1 Tổng quan về hệ định vị vô tuyến 1.6 ĐỊNH VỊ VÔ TUYẾN SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHA Sơ đồ khối của máy đo khoảng cách vô tuyến sử dụng phương pháp pha được biểu diễn trên hình (1.13) Bộ tạo sóng tần số tỉ lệ Bộ tạo sóng tần số cao u1 Ph a u kế Mục tiêu Máy thu u2 Hình 1.13 Sơ đồ khối máy đo khoảng cách vô tuyến bằng phương pháp pha Nguyên tắc hoạt động của... Bộ tách sóng biên độ u1 Bộ lọc tối ưu đối với xung đơn lẻ u2 Chương 1 Tổng quan về hệ định vị vô tuyến Bộ tích phân đồng bộ Đường trễ u3 τi τi u4 τi u5 u6 u7 u1 t u2 t u3 t u4 t u5 t u6 t u7 Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn t Hình 1.23 Xử lí tối ưu tín hiệu 39 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương 1 Tổng quan về hệ định vị vô tuyến Từ việc áp dụng xử lí tối ưu tín hiệu sẽ làm giảm được công suất... ràng về tín hiệu vô tuyến định vị Từ đặc tính này có thể tìm được giá trị giới hạn v nop với xác suất Pno và Plt cho trước khi xử lí tối ưu các tín hiệu: v nop = x( Pno , Plt ) Ni (1.38) Trong đó: x(Pno,Plt) là hoành độ điểm trên đặc trưng ứng với xác suất P no và Plt cho trước Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 32 Khoá luận tốt nghiệp đại học 1 Pno Plt= 0,9 0,8 Chương 1 Tổng quan về hệ định vị vô. .. Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 27 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương 1 Tổng quan về hệ định vị vô tuyến giải “không có mục tiêu” là sự không phát hiện đúng, còn lời giải “có mục tiêu” được gọi là báo động nhầm Bỏ sót mục tiêu và báo động nhầm là những sai sót khi phát hiện mục tiêu Nói chung tín hiệu vô tuyến định vị là những hàm ngẫu nhiên của thời gian, vì vậy việc nhận lời giải này hay lời... (1.39) sau đây có tên gọi là tích phân tương quan : q= 2 ωt TH ∫ u (t ).u ' (t )dt (1.39) 0 Trong đó: ω t là năng lượng của tạp âm, về trị số bằng mật độ phổ của nó u’(t) là tín hiệu đã biết u(t) là tín hiệu ở lối vào của máy thu Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 33 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương 1 Tổng quan về hệ định vị vô tuyến TH là thời gian quan sát Thiết bị thu thực hiện những công... tạp âm U0 là điện áp ngưỡng , khi vượt qua giá trị này nhận được lời giải về sự có mặt của tín hiệu Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 30 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương 1 Tổng quan về hệ định vị vô tuyến Tỉ số chắc chắn được xác định theo biểu thức: λ= ω c ,n (u ) ω n (u ) (1.34) Theo tiêu chuẩn Hengman_Pico lời giải về sự có mặt của mục tiêu nhận được nếu như tỉ số chắc chắn vượt qua giới... hạn khi lọc không tối ưu là: ' Pnop = Nguyễn Huy Tùng thông v0 NkT0 NkT0 v nop =ϕp = v p Pt v τi τi (1.47) Khoa Điện tử viễn 40 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương 1 Tổng quan về hệ định vị vô tuyến Hệ số v p được gọi là hệ số phân biệt (hệ số phân biệt cho biết công suất của tín hiệu thu nhỏ nhất cần phải lớn hơn công suất tạp nội của máy thu bao nhiêu lần, để phát hiện được tín hiệu từ mục tiêu với... vô tuyến định vị còn phải thoả mãn các yêu cầu trái ngược nhau Để tránh bỏ sót mục tiêu, người ta thường dùng lời giải về sự có mặt của nó thậm chí cả trong trường hợp khi tín hiệu từ mục tiêu rất sai lệch bởi nhiễu và không thể khẳng định được chính xác có mục tiêu Khi đó xác suất báo động nhầm tăng lên Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 28 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương 1 Tổng quan về hệ. .. trong vô tuyến định vị là tiêu chuẩn Hengman-Pico Theo tiêu chuẩn này, thiết bị phát hiện tối ưu cần phải đảm bảo xác suất phát hiện đúng Pno là lớn nhất khi đã cho trước giá trị xác suất của báo động nhầm Plt Trong thiết bị thu tối ưu, phát hiện tín hiệu vô tuyến định vị được thực hiện hoặc là xác định xác suất hậu nghiệm của những thông tin khác nhau (ví dụ thông tin có mục tiêu, thông tin về sự... động thay đổi theo mã đã được xác định Chu kì lặp lại T i được lựa chọn ứng với kgoảng cách lựa chọn của trạm.Chu kì này được phân thành các khoảng thời gian τ k (khoảng thời gian τ k được lựa chọn theo khả năng cho phép của máy rađa) Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 23 Khoá luận tốt nghiệp đại học Chương 1 Tổng quan về hệ định vị vô tuyến t Ti Hình 1.15.Ví dụ về điều biến mã pha của tín hiệu ... tuyến 10 -4 10 -6 10 -8 10 -10 10 -12 10 x(Pno,Plt) 0,6 0,4 0,2 Hình 1. 19.Đặc trưng phát trường hợp tín hiệu yếu với biên độ không đổi Thông thường người ta cho Pno từ 0,5 đến 0,9 Plt từ 10 -10 đến 10 -6... tic =1/ fD ( 1. 1.5a1 ) Hệ số nén xung : k = ti/tic = fD.ti ( 1. 1.5b1) Công suất xung lối lọc nén tăng lên k lần , nghĩa : Pi ra=k.Pi vµo ( 1. 1.5c1 ) Chảng hạn, để nén xung băng thời gian 500 .10 ^-6... lân cận 18 0 độ số khoảng mã xung 3,4,5,7 ,11 ,13 UC( t) a) - + 1 - 1 + + 1 + Uε ( t) b ) 1 t t Uϕ ( t) c) t Hình 1. 7 Sự biến đổi xung điều biến pha Nguyễn Huy Tùng thông Khoa Điện tử viễn 14 Khoá