bài giảng định vị và dẫn đường hàng hải

tài liệu tham khảo bài giảng định vị và dẫn đường hàng hải

ĐỊNH VỊ HÀNG HẢI

NGUYÊN LÝ CHUNG CỦA VÔ TUYẾN ĐỊNH VỊ

1.2 Hệ thống radar phát sóng liên tục

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

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

MÁY PHÁT RADAR

3.4 Thyristor và một số mạch điều chế xung

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

4.4 Anten và những đặc tính

5.3 Mạch khuếch đại trung tần

5.4 Tách sóng và khuếch đại thị tần

5.5 Nhiễu tạp và những phươngbpháp hạn chế

5.6 Tự động điều chỉnh tần số

5 5 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

Chương 6: Cơ cấu chỉ báo radar

6.1 Chức năng và phân loại

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

6.7 Chỉ báo góc phương vị

6.8 Radar chỉ báo chuyển động thực

DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH Chương 7: Những khái niệm chung

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 8: Các phương pháp xác định vị trí

8.2 chuẩn thời gian và thang đo

Chương 9: Hệ thống dẫn đường vệ tinh GPS

9.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động

9.5 DGPS – dạng vi sai của GPS

9.6 Các hệ thống dẫn đường vệ tinh khác

Nhiệm vụ của sinh viên: Lên lớp đầy đủ và chấp hành mọi quy định của Nhà trường

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

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 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

TS TR ẦN ĐỨC INH ĐỊNH VỊ & DẪN ĐƯỜNG

Hải Phòng, tháng 6 năm 2010 suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

MỤC LỤC NỘI DUNG Trang

PHẦN I: ĐỊNH VỊ HÀNG HẢI 4

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

1.2 HỆ THỐNG RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC 4

1.2.1 RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC KHÔNG ĐIỀU CHẾ 4

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

1.5 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

2.3 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

3.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MÁY PHÁT RADAR 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

3.3.2 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

4.2 PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG TRONG ĐƯỜNG TRUYỀN SÓNG 18

4.3.2 CHUYỂN MẠCH CÂN BẰNG HAY CHUYỂN MẠCH CẦU 19

4.4 ANTEN RADAR VÀ NHỮNG ĐẶC TÍNH 20

4.4.1 ĐẶC TÍNH CHUNG CỦA ANTEN RADAR 20

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

5.2.1 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

5.4.2 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

6.3 PHƯƠNG PHÁP TẠO QUÉT “BÁN KÍNH QUAY” 27

6.3.1 PHƯƠNG PHÁP “CUỘN QUÉT QUAY” 28

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

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

A Vận tốc vũ trụ cấp I 36

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

7.4 CẤU HÌNH HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH 39

Chương 8: PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ 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

Chương 9: HỆ THỐNG GPS – NAVSTAR 47

9.1 CẤU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 47

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

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

9.2.7 NHIỄU VÀ GÂY NHIỄU CỐ Ý 50

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

9.5 DGPS - DẠNG VI SAI CỦA HỆ THỐNG GPS 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

9.6.2 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

-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

Hình 1.1 mô tả sơ đồ khối của các hệ thống radar nói chung

1.2 HỆ THỐNG RADAR PHÁT SÓNG LIÊN TỤC

1.2.1 RADAR PHÁT SÓNG LIÊN T ỤC KH Ô NG ĐIỀ U CH Ế

Nguyên lý hoạt động của hệ thống này dựa trên hiện tượng Doppler Hệ thống radar này được mô tả trong hình 1.2

Hình 1.2 Hệ thống radar phát sóng liên tục không điều chế f 1 f 1 ± Δf

Máy phát Chỉ báo Máy thu

Hình 1.1 Các hệ thống định vị: thụ động (a), tích cực (b) a) Chỉ báo Máy thu

Máy phát Chỉ báo Máy thu b)

Nếu vận tốc được tính bằng Km/h, tần số bằng Hz, bước sóng bằng cm Chúng ta có:

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

Hình 1.3 Vận tốc hướng trạm

  (1.2) Để xác định khoảng cách tới mục tiêu, cần sử dụng hệ thống song song (Doppler) như hình 1.4 Khi đó: suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

Thông thường dụng cụ đo tần số Doppler F D trong biểu thức (1.3) là bộ đếm xung, có chu kỳ đếm T D 1/F D , N

1.3 RADAR PHÁT XUNG 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 Doppler (b) t b)

Hình 1.4 Hệ thống radar Doppler

Hệ thống phát sóng điều chế 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 P HƯƠNG 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 - ( )

U  Độ nhạy của phương pháp được đánh giá:

Sai số của phép đo:

   (1.5) 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

Hình 1.8 Xác định góc mạn bằng phương phápbiên độ cực đại (a) và góc mở của búp sóng anten (b) x

Hình 1.6 Nguyên lý chỉ báo của radar phát xung

Sơ đồ khối của trạm radar hàng hải được mô tả như trong hình 1.7

Hình 1.7 Sơ đồ khối của radar phát xung Điều chế

Chỉ báo Đồng bộ và nguồn

Bao gồm các khối chức năng sau: Khối đồng bộ và nguồn nuôi, Mạch điều chế xung, Mạch tạo dao động siêu cao tần, Cơ cấu chuyển mạch anten, Hệ thống Anten – Phiđơ, Máy thu và Cơ cấu chỉ báo, hiển thị điện tử suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

1.4.3 PHƯƠNG PHÁP PHA Để xác định tọa độ góc bằng phương pháp pha, cần dùng hai anten có độ định hướng cao đặt cách nhau một khoảng d như trong hình 1.9b Với góc  đủ nhỏ sin:  chúng ta có:

Thông qua việc đo sự lệch pha  của tín hiệu thu được từ hai anten ta có thể xác định được góc phương vị của mục tiêu (so với phương thẳng đứng – phương chuẩn)

1.5 TẦM QUAN SÁT KHÔNG GIAN

1.6 NHỮNG THÔNG SỐ KHAI THÁC VÀ KỸ THUẬT

1.6.1 CÁC THÔNG S Ố KHAI THÁC Đây là các thông số liên quan và xác định các chức năng bảo đảm nhiệm vụ dẫn dắt tàu thuyền tốt của các sỹ quan hàng hải Có thể liệt kê những thông số khai thác cơ bản sau:

1 Tầm xa cực đại: (được xác định tronbg chương 3)

2 Tầm xa cực tiểu: min1   x x / 2

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:

ANTEN VÀ 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

Với điều kiện các kích thước của cáp thoả mãn điều kiện: (Dd) / 2 / , các loại cáp đồng trục này có thể truyền được sóng ngang TEM, như hình 4.1,

Trong các dải sóng cm và mm, các đường truyền năng lượng siêu cao cơ bản là các ống dẫn sóng Trên thực tế, các ống dẫn sóng thiết diện hình chữ nhật được sử dụng rộng rãi nhất, với các loại sóng đơn giản như TE 10 hay H 10 như trên hình 4.2

 g h nên tối ưu nhất là chọn  g h / 3 Trong điều kiện không khí và khai thác bình thường :

- 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:

- Suy hao trong đường truyền sóng sẽ phụ thuộc vào độ dài bước sóng, kích thước ống dẫn sóng và vật liệu của thành ống

- Trở kháng sóng: của không khí  0 120, còn của ống dẫn sóng:

Các ống dẫn sóng hình trụ, tuy thua kém các ống dẫn sóng hình chữ nhật ở nhiều phương diện: kích cỡ, suy hao, độ ổn định truyền sóng, đơn giản tạo ra các phần tử đơn lẻ, nhưng hình dạng đồng trục

Hình 4.2 Mặt cắt ngang của ống dẫn sóng hình chữ nhật được kích thích sóng TE 10 và H 10

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 b a y x d D

Hình 4.1 Mặt cắt ngang của đường truyền đồng trục

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:

-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 hợp kiểu bậc thang như trong hình 4.5

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

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: vao L 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

Hình 4.4 Các cách khích thích sóng trong ống dẫn sóng hình chữ nhật

) b Hình 4.5 Phối hợp trở kháng trong đường truyền năng lượng: kiểu bậc thang (a) và kiểu hình côn (kiểu cái nêm) (b) a d

Hình 4.6 Các phần tử phối hợp trở kháng:

Dung kháng (b); Cả dung kháng lẫn cảm kháng (c) 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 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

4.3.1 CHUY ỂN M ẠCH CÔNG T ẮC

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 CHUY ỂN M ẠCH CÂN B ẰNG HAY CHUY ỂN M ẠCH C ẦU

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

D 1cách vòng xuyến một đoạn/ 4, như được mô tả trong hình 4.8 Máy phát được nối với cửa A 1 , máy thu được nối với cửa B 2 Tại cửa D 2 có đặt một tải giả và ngắn mạch đầu cuối Tuy nhiên khi phóng điện, trở kháng của các ống phóng không hoàn toàn bằng không toàn nên có một phần năng lượng bị rò rỉ sang mạch vòng L 2 và suy hao tại A 2

Hình 4.8 Sơ đồ chuuyển mạch cân bằng

Tới máy thu Đi anten a)

Hình 4.7 Chuyển mạch nối tiếp (a), song song (b) P 1,2 ống phóng chân không

Từ máy phát  B / 4 b) suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

Trong các chuyển mạch anten loại này người ta sử dụng các phần tử làm lệch pha 90 0 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 360 0

- 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]

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

 B  hay a và đầu cuối của đường truyền có dạng loa như hình 4.11

Hình 4.9 Chuyển mạch pha hay feryt

Hình 4.10 Đồ hình định hướng chuẩn của anten trong các hệ trục tọa độ khác nhau:Tọa độ vuông góc (a);Tọa độ cực (b)

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

R b y x a b Hình 4.11 Anten loa suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

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

CƠ CẤU CHỈ BÁO RADAR

DẪN ĐƯỜNG VỆTINH

KHÁI NIỆM CHUNG

7.1 NGUYÊN LÝ DẪN ĐƯỜNG VÔ TUYẾN ĐIỆN

Khái niệm dẫn đường được hiểu là quá trình xác định vị trí hay phương hướng hành trình của con người hay các các phương tiện đi đến một đích cụ thể nào đấy, trong một vùng địa lý hay một tuyến chuyển động nhất định Con người hay các phương tiện ở đây được gọi chung là chủ thể Các vật thể định hướng và có vị trí xác định được gọi là các mốc đạo hàng [1,5]

7.1.1 H Ệ THỐNG DẪN ĐƯỜNG MẶT ĐẤT

Các hệ thống dẫn đường mặt đất được hiểu là các hệ thống mà điểm mốc nằm trên bề mặt trái đất

A Hệ thống radio tìm phương Đây là dạng hệ thống dẫn đường đơn giản nhất, sử dụng rộng rãi nhất và cũng là cổ xưa nhất [1] Trong hệ thống này, hướng của máy phát (điểm mốc) có thể được xác định nhờ hai anten giống hệt nhau, đặt vuông vuông góc với nhau trong hình 7.1 Để loại trừ tính đa trị, người ta mắc thêm một anten cảm biến nữa như trong hình 7.1a và nguyên lý loại trừ được khắc phục nhờ đặc tính định hướng tổng hợp như trên hình 7.1b

B Các hệ thống dẫn đường hypecbole

Như chúng ta đã biết các đường hypecbol (h 7.2) là quỹ tích của các điểm mà hiệu khoảng cách từ các điểm này đến hai điểm cố định cho trước được gọi là các tiêu điểm là không đổi:

Bằng cách xây dựng các họ đường hipecbol rồi đưa lên hải đồ và xác định các đường đẳng pha, tàu thuyền có thể xác định được vị trí của điểm đo Để khắc phục tính đa trị (điểm

N trên hình 7.2a) người ta xây dựng ba họ các đường hypecbol khác nhau như hình 7.2b

Hình 7.1 Anten của radio tìm phương (a); Giản đồ định hướng của các antenvòng : A,B, anten cảm biến:C, tổ hợp anten: D=A+C-B (b)

Trạm phụ (lục) Trạm phụ (lam)

Hình 7.2 Các đường đẳng trị hypecbol (a); nguyên lý loại trừ tính trị trong hệ thống Decca(b)

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

7.1.2 H Ệ THỐNG DẪN ĐƯỜNG VỆ TINH Đây là các hệ thống dẫn đường, mà các điểm mốc NP là các vệ tính nhân tạo trái đất

A Đặc tính chung của dẫn đường vệ tinh

Các hệ thống này thỏa mãn đầy đủ nhất những yêu cầu hiện đại của công việc dẫn đường an toàn và thuận tiên cho con người và các phương tiện như:

- Phạm vi hoạt động dẫn đường toàn cầu

- Độ chính xác cao, ổn định và đồng đều ở mọi vùng biển công tác trên thế giới

- Cách chọn dạng quỹ đạo phù hợp, có thể giới hạn các vùng hoạt động của hệ thống

- Khả năng sử dụng hệ thống dẫn đường vệ tinh không phụ thuộc vào các điều kiện khí tượng thủy văn, thời điểm trong ngày, các mùa trong năm

- Bên cạnh nhiệm vụ dẫn đường hàng hải, còn các dịch vụ khác như khí tượng, thủy văn, trắc địa, khảo sát … thậm chí ngay cả các công tác bảo hiểm

- Ngoài các yêu cầu trên, hệ thống vệ tinh có thể được khai thác trong các mục đích khác như: thông tin liên lạc, điều hành hoạt động của các đội tầu, tìm kiếm cứu hộ …

B Nguyên lý xác định điểm đo Để xác định vị trí trong dẫn đường vệ tinh cần biết được vị trí của điểm mốc nào đấy và xác định mối quan hệ giữa điểm mốc này với vị trí cần xác định Điểm mốc dẫn đường hàng hải (NP- Navigation Point) chính là các điểm vật chất tự nhiên hay nhân tạo, có thể quan sát được từ tàu biển nhờ các phương tiện kỹ thuật nào đấy và tọa độ vị trí của các điểm mốc này phải được biết trước trong các hệ trục tham chiếu đã chọn, ít nhất tại thời điểm quan sát Trong dẫn đường vệ tinh, điểm mốc chính là các vệ tinh

Nếu điểm mốc đạo hàng NP nằm trên cùng một mặt phẳng với điểm đo, thì tọa độ của điểm đo

MP (Measuring Point - chế độ 2D), được xác định [6]:

Từ các biểu thức (7.2) cho thấy, quá trình quan sát hay xác định tọa độ điểm đo MP được tiến hành theo ba bước:

1 Xác định mối tương quan tương đối: (m MP m NP ) giữa điểm đo và điểm mốc

2 Xác định tọa độ vị trí của điểm mốc đạo hàng NP

3 Tính các giá trị tọa độ của điểm đo

Từ nguyên lý trên cho thấy cấu hình của hệ thống dẫn đường vệ tinh bao gồm:

1 Khâu vũ trụ bao gồm số lượng vệ tinh và quỹ đạo cần thiết

2 Khâu thuê bao, đó là người hay các phương tiện hành trình cần xác định vị trí

3 Các trạm mặt đất có nhiệm vụ theo dõi, kiểm tra, điều chỉnh mọi hoạt động hữu hiệu của các vệ tinh

7.2 VỆ TINH VÀ NHỮNG ĐẶC TÍNH

Vệ tinh nhân tạo trái đất gọi tắt là vệ tinh, là các vật thể do con người tạo ra được bắn lên quỹ đạo nhờ tên lửa đẩy với vận tốc quỹ đạo cấp I và chuyển động tự do trên các quỹ đạo

Vệ tinh dẫn đường là các vệ tinh nhân tạo trái đất, dùng trong các hệ thống dẫn đường Đó là các vệ tinh không người lái, sử dụng một lần Việc liên lạc hai phía Vệ tinh  Trái đất, do các thiết bị thu - phát vô tuyến đảm nhiệm, được cấp nguồn bằng các pin mặt trời

A V ận tốc vũ trụ cấp I Ở độ cao bằng 0, vật thể muốn vượt qua địa trường, chúng phải được bắn lên với vận tốc 7,912 km/s được gọi là vận tốc vũ trụ cấp I Vận tốc vũ trụ cấp I cũng sẽ giảm dần khi chiều cao quỹ đạo của vệ tinh càng lớn dần via dụ với 200 km là: 7,79 km/s, còn ở độ cao 20000 km vận tốc này chỉ là: 6,92 km/s suu tap boi : Camerahanoi.com vao muc download de tim luan van

Theo định luật I của Keplera, thì vệ tinh bay vòng quanh trái đất theo một đường cong là mặt cắt của khối hình nón, với các vật trung tâm (trái đất) nằm ở một trong 2 tâm điểm của quỹ đạo với bán kính dẫn:

/1 cos rP e  (7.5) ở đây,r-bán kính dẫn vệ tinh, P -thông số quỹ đạo cực, e -tâm sai,  - dị thường thực

Tâm sai của elip - Một đại lượng không đơn vị và được xác định:

Quỹ đạo vệ tinh sẽ là hình tròn nếu e0, elip nếu 0 e 1, parabol nếu e1 và hypebol nếu e1 Phương trình quỹ đạo vệ tinh dẫn đường, như được mô tả trên hình 7.4

7.2.2 Q ŨY ĐẠO V À CÁC THÔNG S Ố QUỸ ĐẠO

Các quỹ đạo của vệ tinh đặc trưng bởi 3 tham số cơ bản là: hình dạng quỹ đạo; khoảng cách tới bề mặt trái đất; góc nghiêng của quỹ đạo, đó là góc giữa mặt phẳng quỹ đạo cho trước so với mặt phẳng xích đạo và được ký hiệu là I$ Có thể phân chia chúng như sau:

+ Dựa trên góc lệch của mặt phẳng quỹ đạo I$, có thể chia ra thành: qũy đạo xích đạo I$0 0 ; quỹ đạo nghiêng 0 0 I$90 0 ; quỹ đạo cực I$90 0

+ Theo hình dạng quỹ đạo có thể là: Quỹ đạo tròn và quỹ đạo elip, các quỹ đạo khác như parabol, hypebol không được sử dụng trong thực tế nên ở các phần tiếp theo không đề cập tới

+ Dựa trên độ cao của quỹ đạo người ta chia chúng ra thành:

- Quỹ đạo tầm thấp LEO (Low Earth Orbit)

- Quỹ đạo tầm trung MEO (Medium Earth Orbit)

- Quỹ đạo trung bình ICO (Intermediate Circular Orbit)

- GEO (Geosynchronous Earth Orbit), còn được gọi là các quỹ đạo địa tĩnh

7.2.3 T ẦM NH ÌN C ỦA VỆ TINH

HỆ THỐNG GPS – NAVSTAR

Tiêu đề	Định vị & Dẫn đường hàng hải
Tác giả	Trần Đức Inh
Trường học	Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam
Chuyên ngành	Điện tử - Viễn thông
Thể loại	Bài giảng
Năm xuất bản	2010
Thành phố	Hải Phòng

Định dạng
Số trang	70
Dung lượng	1,91 MB