LÝ THUYẾT CHUNG
Giới thiệu chung về Radar
Radar (Radio Detection and Ranging) là một hệ thống công nghệ sử dụng sóng điện từ để phát hiện và xác định vị trí của các đối tượng Qua quá trình thu thập, phát và xử lý sóng, radar có khả năng cung cấp thông tin chính xác về vị trí và khoảng cách của các vật thể trong môi trường xung quanh.
Hệ thống Radar sơ cấp (Radar mode P) hoạt động bằng cách phát sóng định hướng tới mục tiêu và nhận tín hiệu phản xạ từ mục tiêu đó Qua việc xử lý hai loại tín hiệu: tín hiệu phát bức xạ và tín hiệu phản xạ, Radar có khả năng đo đạc các thông số về tọa độ và vị trí của mục tiêu Các thông số này, bao gồm tọa độ và thông tin chuyển động, được gọi là tin tức về mục tiêu.
Hệ thống Radar thứ cấp (Mode S) hoạt động bằng cách phát tín hiệu hỏi theo mã quy ước đến mục tiêu, nơi có thiết bị thu và phát để trả lời lại Qua việc phân tích tín hiệu hỏi và tín hiệu trả lời, Radar có khả năng xác định tọa độ, chuyển động và nhiều thông tin khác về mục tiêu.
3 Phân loại Radar a Phân loại theo phương pháp định vị
Hệ thống Radar thụ động (Passive Radar) hoạt động bằng cách thu nhận và xử lý tín hiệu sóng điện từ được bức xạ từ các mục tiêu Loại radar này thường được sử dụng cho mục đích cảnh giới và canh gác từ xa, đặc biệt trong lĩnh vực an ninh và quốc phòng Ngoài ra, radar thụ động còn được phân loại dựa trên cách phân bố anten thu phát.
- Hệ thống Radar tập trung.
- Hệ thống Radar phân bố. c Phân loại theo nguyên tắc bức xạ tín hiệu
- Radar liên tục (CW Radar) (Continuous Wave)
- Mục tiêu của Radar là tất cả các đối tượng có khả năng phản xạ sóng điện từ nằm trong tầm phát hiện của trạm Radar.
Radar có khả năng phát hiện nhiều loại mục tiêu bay như máy bay, tên lửa, vệ tinh và đầu đạn hạt nhân Ngoài ra, radar còn có thể theo dõi các mục tiêu mặt đất và dưới nước, bao gồm xe tăng, tàu, thuyền và tàu ngầm, giúp nâng cao khả năng giám sát và bảo vệ an ninh.
- Mục tiêu quan sát: + Mục tiêu nhân tạo.
Mục tiêu giả là những đối tượng không cần được theo dõi nhưng vẫn xuất hiện trong vùng phủ sóng của trạm Radar, gây ra sự nhiễu loạn cho các mục tiêu thực sự cần quan sát.
- Tham số xác định vị trí:
- Quỹ đạo mục tiêu: tập hợp các vị trí của mục tiêu theo thời gian.
5 Nguyên lý cơ bản của xung Radar ĐTVT-K35-Nhóm4 Page 5
• Độ rộng xung PW- Pulse Width
– Thời gian bức xạ tín hiệu trong một chu kỳ bức xạ.
• Tần số lặp xung PRF - Pulse Repetition Frequency
– Số xung phát trong một giây.
• Thời gian lặp xung PRT - Pulse Repetition Time (PRT=1/PRF)
– Phạm vi phát hiện mục tiêu của Radar.
– Cự ly tối thiểu và tối đa có thể phát hiện mục tiêu.
– Cự ly tối đa phát hiện mục tiêu.
Tại trạm Radar, sóng điện từ được phát ra với phạm vi giám sát phụ thuộc vào công suất máy phát Khi sóng gặp vật thể lạ, một phần sẽ bị hấp thụ và một phần phản xạ trở lại trạm Tín hiệu thu được sẽ được xử lý để xác định chính xác tọa độ và vị trí của vật thể trong không gian.
Các tham số cần xác định:
II Nguyên Tắc Nhận Tin Tức Về Mục Tiêu:
1 Hai nguyên tắc chủ động và thụ động:
- Hệ thống Radar chủ động gồm có Radar sơ cấp và Radar thứ cấp.
Tin tức về mục tiêu là tin tức vị trí mục tiêu :( D, , H hay β, V xt ) hoặc ( D, , V xt ).
2 Các tính chất sau của sóng điện từ để Radar có thể nhận biết được mục tiêu:
- Trong môi trường đồng nhất, đẳng hướng sóng điện từ truyền thẳng, truyền với một vận tốc trung bình là 3.10 8 m/s.
Khi sóng điện từ truyền qua môi trường và gặp phải một môi trường khác không đồng nhất, hiện tượng tán xạ và phản xạ sóng điện từ sẽ xảy ra tại biên giới giữa hai môi trường Chỉ một phần diện tích bề mặt của mục tiêu ĐTVT-K35-Nhóm4 gây ra hiện tượng phản xạ, được gọi là diện tích phản xạ hiệu dụng Năng lượng phản xạ này giúp Radar phát hiện mục tiêu một cách hiệu quả.
Khi sóng điện từ chiếu vào một mục tiêu chuyển động, hiện tượng Doppler sẽ xuất hiện Hiệu ứng Doppler là sự thay đổi tần số của tín hiệu phản xạ so với tần số của sóng chiếu xạ, dẫn đến sự dịch tần số f.
Trong đó: ΔF gọi là tần số Doppler.
Dấu + khi mục tiêu tiến tới gần nguồn chiếu xạ
Dấu – khi mục tiêu tiến ra xa nguồn chiếu xạ.
3 Bốn bước của quá trình nhận biết tin tức về mục tiêu:
Bước đầu tiên trong quy trình phát hiện mục tiêu là quét không gian bằng cách quay anten radar để tìm kiếm mục tiêu trong một vùng quan sát cụ thể Radar sẽ xác định xem có hay không có mục tiêu trong vùng không gian đó với một xác suất phát hiện đúng cao hơn nhiều so với xác suất phát hiện sai.
Bước 2: Đo đạc tham số bao gồm việc đo tọa độ và thông số chuyển động Đo Dm được thực hiện qua khoảng thời gian đo nhờ Radar bức xạ xung chủ động, cho phép đo chính xác trong khoảng cách ngắn với một mục tiêu duy nhất bằng cách đo độ di tần Δf và độ di pha Δ Để định hướng, góc quay của Radar được đo trong mặt phẳng ngang so với phương chính bắc cho tới khi trục sóng chiếu xạ vào mục tiêu Ngoài ra, việc đo góc và β không sử dụng Radar có thể thực hiện qua các phương pháp đo pha, biên độ hoặc biên độ pha, trong đó phương pháp đo pha cho phép đo đồng thời cả hai thông số khi có hệ thống đo với hai đường đáy Cuối cùng, việc đo chiều cao H cũng được thực hiện trong quy trình này.
Từ radar sơ cấp, chúng ta có thể tính độ cao H bằng công thức H = D sinβ, trong đó D là khoảng cách và β là góc Ngoài ra, độ cao H cũng có thể được đo bằng áp kế, thiết bị đo áp suất không khí trên 1 cm² gắn trên máy bay Việc xác định áp suất không khí cho phép suy ra độ cao một cách chính xác.
H còn được xác định bằng máy thu GPS. d Đo vận tốc V xt :
Mà: F doppler = (2*F chxa V xt )/C do đó, đo được F doppler sẽ tính được V xt :
Bước 3: Phân biệt mục tiêu (Display): ĐTVT-K35-Nhóm4 Page 9
Bước 4: Nhận biết mục tiêu:
- Chỉ thực hiện được với Radar chủ động thứ cấp.
- Radar chủ động thứ cấp là hệ thống Radar có khả năng trao đổi thông tin (truyền số liệu) với đối tượng (mục tiêu).
- Quá trình trao đổi số liệu giữa M và RS được thực hiện khi M nằm lọt trong búp sóng Radar.
- Thời gian trao đổi số liệu phụ thuộc vào tốc độ quét cánh sóng và kích
Radar thứ cấp truyền các tín hiệu được mã hóa đến bộ phát đáp của mục tiêu
- Transponder phúc đáp bằng bản tin được mã hóa với các thông tin của đối tượng ( Airplane )
- Một Transponder có thể thiết lập tối đa khoảng 4096 mã nhận dạng - Identifying Codes
- Trong lĩnh vực quân sự, các Transponders được gọi là IFF(Identification, Friend or Foe).
Tính năng kỹ thuật – chiến thuật của Radar
- Nguyên tắc xây dựng đài Radar: phương pháp nhận tín hiệu Radar, dạng dao động bức xạ, phương pháp gia công tín hiệu trong máy thu.
- Tần số sóng mang của dao động bức xạ hay bước sóng λ.
- Quy luật điều chế dao động bức xạ.
- Công suất bức xạ trung bình Ptb và công suất đỉnh Pd.
- Dạng và độ rộng của giản đồ anten.
- Độ nhạy của máy thu theo công suất Ptmin hay năng lượng.
Radar thực hiện nhiệm vụ quan sát mục tiêu trong vùng quan sát, được xác định bởi cự ly cực đại Dmax và cực tiểu Dmin, cùng với các góc quan sát trong mặt phẳng ngang và đứng.
- Chu kỳ quét Tq: là thời gian để Radar quét hết vùng quan sát một lần.
- Các tọa độ được đo.
- Độ chính xác đo các tọa độ và tốc độ mục tiêu.
Độ tin cậy sử dụng của đài phát thanh thể hiện khả năng hoàn thành các chức năng trong một khoảng thời gian nhất định Thông thường, độ tin cậy được đo bằng xác suất mà đài có thể hoạt động hiệu quả trong khoảng thời gian đã xác định.
- Khả năng chống nhiễu: là khả năng duy trì được các chỉ tiêu kỹ thuật của đài Radar trong điều khiển có nhiễu tác động ĐTVT-K35-Nhóm4 Page 11
Tính năng chiến thuật đôi của đài được xác định bởi nhiều yếu tố quan trọng như tính chất của mục tiêu, điều kiện thời tiết và vị trí triển khai Những điều kiện này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động của đài trong các tình huống chiến thuật.
- Các tính năng chiến thuật của đài Radar xác định bởi tính năng kỹ thuật của nó.
IV Các hệ thống Radar
Dạng tín hiệu bức xạ của Radar liên tục:
Sơ đồ khối của hệ thống Radar liên tục:
Dạng tín hiệu bức xạ của Radar xung:
Sơ đồ khối hệ thống Radar xung: ĐTVT-K35-Nhóm4 Page 13
Các thành phần chính của hệ thống radar xung bao gồm:
– The Transmitter: bao gồm 1 bộ tạo dao động và 1 bộ điều chế xung.
– The Antenna system: nhiệm vụ phát năng lượng sóng điện từ từ máy phát tới môi trường truyền dẫn và nhận tín hiệu phản xạ từ phía mục tiêu.
– The receiver: khuếch đại tín hiệu nhận được bởi và xác định mục tiêu.
– Interfaces: hiển thị giao diện của hệ thống điện tử.
Giới thiệu kỹ thuật Target Tracking
Radar được sử dụng để đo lường mối quan hệ giữa phạm vi (Range), góc phương vị, góc ngẩng và vận tốc Thông qua các thông số đo được, Radar có thể cung cấp các giá trị chính xác và hữu ích cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Target Tracking rất quan trọng với các hệ thống Radar dùng trong quân sự, cũng như đối với các hệ thống Radar dùng trong dân sự.
• Kĩ thuật tracking được chia làm 2 loại:
- Tracking phạm vi và vận tốc
• Những giới hạn của hệ radar quét dùng cơ khí:
- Thay đổi vị trí của anten chậm
- Thời gian tương tác bị giảm
- Xuất hiện vùng mù không quan sát được mục tiêu trong vùng này.
- Xảy ra lỗi cơ khi nếu hệ thống không được bảo trì sau một quá trình hoạt động.
- Tăng tốc độ dữ liệu.
- Thay đổi vị trí búp sóng ngay lập tức.
- Loại trừ được lỗi cơ khí xảy ra trong khi hệ thống hoạt động.
- Hoạt động ở nhiều chế độ.
Hệ thống radar cần sử dụng anten thông minh và linh động, chẳng hạn như mảng đồng pha (phased array), để có khả năng quan sát và bám theo nhiều mục tiêu cùng lúc.
• Kiến trúc Phased Array: ĐTVT-K35-Nhóm4 Page 15
Khái niệm tổng quát của
Mẫu Array là sự kết hợp của các phần tử điện để tạo ra búp sóng Radar với hướng cụ thể Hệ thống Anten sử dụng các phần tử dịch pha nhằm điều khiển hướng búp sóng hiệu quả.
Radar hoạt động bằng cách quét các sector được chỉ định thông qua nguồn sóng vô tuyến tạo ra dạng sóng của Radar, được chia thành các kênh nguyên tố riêng biệt Mỗi kênh chứa một phần tử dịch pha và một bộ khuêch đại, cho phép tạo ra mẫu bức xạ lý tưởng từ một phần tử Anten đơn Khi các phần tử dịch pha của mảng được sắp xếp thẳng hàng, mảng sẽ tạo ra một búp sóng chính theo hướng quét mong muốn, với độ mạnh tín hiệu giảm mạnh khi di chuyển ra ngoài sector đó.
Ví dụ mảng tuyến tính của K phần tử:
Các ứng dụng Phased Array cho phép chuyển đổi nhanh chóng giữa các mục tiêu khác nhau và thực hiện dò tìm hiệu quả trong chế độ bám mục tiêu.
• Các nguyên tắc bám mục tiêu:
Năng lượng sóng phản xạ quay trở lại từ mục tiêu mạnh nhất nằm trên trục của búp sóng, đồng thời giảm dần khi cách xa khỏi trục Nguyên lý này là cơ bản và quan trọng trong việc hiểu cách thức hoạt động của sóng.
1 Sequential Lobing ĐTVT-K35-Nhóm4 Page 17
2 Concial Scan (Quét dạng nón )
- Hệ thống Radar Monopulse nói chung là giống với hệ thống quét nón.
- Điểm khác là sử dụng 4 búp sóng.
MT Hiển thị MT cần bắt
Hiển thị tất cả các
XÂY DỰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG RADAR
Lưu đồ thuật toán
Code chương trình mô phỏng hiển thị mục tiêu Radar trên màn hình PC
This article outlines a series of function declarations for graphical programming, including initialization and drawing functions Key functions include `void khoitaodh()` for initializing graphics, `void frame(int x1, int y1, x2, y2, int b, int put, int mau_nen)` for creating frames, and `void button(int i, int j)` for drawing buttons Additional functions such as `void vehinhtron(int Xt, int Yt, int Radius, int mau)` and `void quettron(int ox, int oy)` focus on drawing circles and screen elements The article also details mouse interaction functions like `int click()`, `int getX()`, and `void showmouse()` to enhance user interaction Other functions, including `void thongso()` and `void message(int i, int j)`, are designed to display information and parameters on the screen Overall, the content serves as a comprehensive guide for implementing graphical elements and mouse functionality in programming.
The code snippet initializes several variables for a program, including integers for counters and limits (int ht=0, bt=0, dem1=0), as well as dimensions for matrices (double Mt[7][5], mttruoc[7][5]) It also sets up control variables (int stop=0, chan=0) and defines movement parameters (int ax, ay, chieu=1, sovong=6) Additionally, it includes unsigned long integers for timing (unsigned long int t_tr, t_ht) and character arrays for string storage (char st[7][5][9]) Overall, the code prepares the necessary elements for a structured program execution.
// -Chuong trinh chinh -// void main(void)
{ khoitaodh(); loadmouse(); gioithieu(); thuc_hien_cht(); ĐTVT-K35-Nhóm4 Page 21
// -Ham khoi tao do hoa -// void khoitaodh()
{ int graphdriver = DETECT, graphmode; initgraph(&graphdriver, &graphmode, " c:\\tc\\bgi ");
/* Dung ngat 0x33 */ int loadmouse(void)
{ struct REGPACK reg; reg.r_ax = 0x0000 ; intr(0x33, ®); if (reg.r_ax==0xFFFF) return 1; else return 0;
{ struct REGPACK reg; reg.r_ax = 0x0001 ; intr(0x33, ®);
{ struct REGPACK reg; reg.r_ax = 0x0002; intr(0x33, ®);
{ struct REGPACK reg; int i=0; do { reg.r_ax = 0x0003; intr(0x33, ®); if (((reg.r_bx&1)==1)||((reg.r_bx&2)==2)) i=1; else i=0;
{ struct REGPACK reg; reg.r_ax = 0x0003; intr(0x33, ®); return reg.r_dx;
{ struct REGPACK reg; reg.r_ax = 0x0003; intr(0x33, ®); if ((reg.r_bx&2)==2) return 1; else return 0;
{ struct REGPACK reg; reg.r_ax = 0x0003; intr(0x33, ®); if ((reg.r_bx&1)==1) return 1; else return 0;
} int mousein(int x1,int y1,int x2,int y2)
{ if(getX()x1&&y1
