HỆ THỐNG VÔ TUYẾN DẪN ĐƯỜNG

1 Chơng I: Phần I: Hệ thống vô tuyến dẫn đờng Quá trình phát triển hệ thống vô tuyến dẫn đờng 1) Sóng điện từ truyền lan không gian 2) Quá trình phát triển hệ thống VTDĐ 3) Hệ thống Loran A 3.1 Giới thiệu hệ thống 3.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống 3.3 Chơng trình phát hệ thống 3.4 Đặc điểm hệ thống 3.1 Giới thiệu hệ thống 3.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống: 3.3 Chơng trình phát tín hiệu hệ thống Loran A Các trạm phát Loran phát tín hiệu theo tần số lặp xung định (PRF pulse repetion frequency) (PRR Pulse Repetition Rate - chu kỳ lặp xung định) Chơng trình phát hệ thống Loran A Trong hệ thống Loran A sử dụng cặp trạm phát (1 trạm trạm phụ) đồng thời phát tín hiệu tần số phát tần số lặp xung M S M S M Do dùng máy thu vị trí khu vực bao phủ hệ thống Loran A ta xác định đợc hệ thống đờng hypecpol hiệu thời gian Sử dụng với cặp trạm đồng thời ta xác định đợc vị trí tàu Nhng hệ thống mang tính lỡng trị đờng hypecpol đối xứng qua đờng trung trực Do hệ thống phải xây dựng chơng trình phát để đảm bảo loại trừ đợc tính lỡng trị Đầu tiên trạm M phát tín hiệu xung, tín hiệu đài tới đài phụ đài phụ giữ chậm lại khoảng thời gian phát tín hiệu Khi tín hiệu đài phụ đến đài đài giữ lại khoảng thời gian phát tín hiệu thứ - Giả sử có trạm M,S cách nơi thu R khoảng tơng ứng D1, D2 - Thời gian xung từ M đến R tM = D1/c - Thời gian xung từ M đến R tS = D2/c gọi S thời gian từ M phát đến máy thu R thu đợc tín hiệu trạm phụ S Hiệu thời gian t = S - tM Trong đó: S = tMS + tG.C + tS tMS : thời gian sóng từ trạm đến trạm phụ tG.C : thời gian giữ chậm tG.C = Tx/2 + C Tx: chu kỳ lặp xung tín hiệu phát C : thời gian chậm mã (bí mật ngời xây dựng hệ thống) Do hệ thống Loran A xung phát giống hệt , tần số lặp xung nhng xung trạm phụ chậm trạm lợng (tMS + tGC) T M1 M2 Trạm A S1 T S2 t chậm Trạm B M1 S1 M2 t Tính toán chu kỳ lặp xung Ngời ta thiết kế Tx phải thoả mãn giá trị sau: 1) Sóng trời sóng đất truyền từ trạm phụ không đợc chồng chéo lên nơi phạm vi bao phủ hệ thống Để thoả mãn điều kiện thi Txmin = 2(tMS + tg) Trong : tg thời gian sóng trời đến chậm sóng đất (Loran A sử dụng sóng đất) Giải thích: Khi trạm phát xung đến trạm phụ, trạm phụ giữ lại khoảng thời gian tg phát xung, xung đến trạm chính, trạm giữ lại khoảng thời gian tg phát Do nơi phạm vi bao phủ hệ thống phân biệt đợc tín hiệu đài đài phụ 2) Tại nơi tín hiệu đài đài phụ phân biệt đợc Để thoả mãn điều xung trạm trạm phụ chu trình phải > Tx/2 : tGC = Tx/2 + C Do tg 9900às GRI- 9900às - Hiệu thời gian lớn có giá trị GRI TDmzx< GRI - 9900às TDM min>10900às X Y Z M > 9900às Do bố trí chơng trình phát nh máy báo xuất lần lợt tín hiệu đài đài phụ 2.5)Cách phân biệt cụm đài hệ thống Để phân biệt cụm đài hệ thống Loran C ngời ta sử dụng tần số lặp xung Trong hệ thống Loran C ngời ta chia làm tần số lặp xung SH: slow high SL: slow low SS: slow special Mỗi nhóm tần số lặp xung lại chia thành nhóm tần số lặp riêng biệt đánh số từ - Tên gọi cụm loran C đợc gọi theo tần số lặp xung : Chain 5990 (SH1) ý nghĩa: ơng SH5 5990 x10 = 59900às biểu thị GRI cụm hay tần số lặp xung tơng đ- SH: tần số lặp xung 5: tần số lặp xung riêng biệt 2.6) Nguyên tắc đo hiệu thời gian máy thu loran C Trong hệ thống loran C để tăng thêm độ xác việc xác định hiệu thời gian ngời ta sử dụng phơng pháp làm trùng đờng bao tín hiệu (pulse matching) trùng pha tín hiệu (cycle matching) Phơng pháp làm trùng đờng bao tín hiệu Là phơng pháp đo hiệu thời gian giống nh hệ thống loran A Hình dáng đờng bao tín hiệu trạm chủ phụ đợc tách sóng khuếch đại đợc cung cấp cho đo thời gian trễ Phơng pháp làm trùng pha tín hiệu Là phơng pháp làm đồng pha tín hiệu Trong hệ thống Loran C sử dụng tần số phát 100khz hay chu kỳ T=10às Chiều dài xung 250às nên xung có 25 chu kỳ Để so sánh pha tín hiệu máy phát hệ thống loran C đợc trang bị dao động nguyên tử để tạo dao động có tần số ổn định đồng pha Thông thờng chu kỳ đầu tín hiệu yếu máy thu thờng loại bỏ sử dụng chu kỳ thứ Trong máy thu loran C việc đo hiệu thời gian tiến hành thông qua bớc - Đo thô: Đo sơ hiệu thời gian cách làm trùng đờng bao để xác định đợc phần nT - Đo tinh: tiến hành đo pha dao động Hiệu thời gian đợc xác định nh sau: hiệu thời gian xác định trùng đờng bao tín hiệu 52700às hiệu thời gian xác định đo pha 4.3às hiệu thời gian 52704.3às 2.7) Một số nguyên nhân gây sai số hệ thống loran C 1) Sóng trời sóng đất: Bởi xung loran C có chiều dài 250às nên sóng trời sóng đất xung trùng lên Tuy nhiên hiệu thời gian sóng trời sóng đất >30às hệ thống vị trí Do việc sử dụng 30às xung để xác định hiệu thời gian loại bỏ đợc ảnh hởng khoảng cách > 1000 hải lý tầm với sóng đất sóng trời sử dụng nhng phải hiệu chỉnh 2) ảnh hởng môi trờng truyền sóng Vận tốc truyền sóng loran C phụ thuộc vào môi trờng mà truyền qua Sự thay đổi vận tốc truyền sóng gây sai khác hiệu thời gian Sự sai lệch đợc gọi AFS (additional secondary factor) Tuy nhiên không cần phải hiệu chỉnh hải đồ Loran vùng Bắc Mỹ thiết kế ngời ta cho thêm lợng hiệu chỉnh vào đờng đẳng trị 2.8 Phạm vi bao phủ hệ thống Loran C - Biểu đồ phạm vi bao phủ hệ thống Loran C đợc chuẩn bị xuất US Defense Mapping Agency, biểu đồ phân bố phạm vi bao phủ mắt xích Loran C khu vực đợc bao phủ sóng trời sóng đất - Phạm vi hoạt động hệ thống Loran C vùng bắc bán cầu - Tuyến đờng Bắc Mỹ, Châu â, đông đợc bao phủ Loran C 2.9 Hải đồ Loran C Hải đồ Loran C hải đồ hàng hải có in đờng đẳng trị hypecpol hiệu thời gian Các kiện hàng hải nh độ sâu đèn biển đợc in hải đồ Các hải đồ thờng đợc sử dụng để xác định vị trí tàu nhng không đợc sử dụng làm hải đồ hàng hải Các hải đồ loran C đợc xuất - Cục khảo sát đại dơng quốc gia Mỹ (US National Ocean Survey) cho hải đồ ven biển Mỹ - US Defense Mapping Agency Cho hải đồ toàn cầu - Canadian Hydro graphic Service cho hải đồ vùng biển Canada - Bristish Hydrographer of the Navy Anh cho hải đồ ven biển Anh Không phải tất đờng đẳng trị hiệu thời gian đợc in hải đồ nà đờng đẳng trị có hiệu thời gian cách 10às đợc in hải đồ Khi xác định vị trí tàu hải đồ Loran C ta phải ý số điểm sau: - Hiệu chỉnh sai số AFS - Hiệu chỉnh sai số dùng sóng trời Việc hiệu chỉnh sai số AFS cần thiết ta trờng hợp ta cần chuyển đổi vị trí từ thiết bị điện tử sang toạ độ địa lý Ví dụ: - Trong trờng hợp xác định đợc hiệu thời gian cho cặp 9960 - W 12153.31às cặp 9960- Y 44451.83às, máy tính máy báo tính cho ta biết vị trí tàu 44015.1N, 67025.1W Ta tra vào bảng phụ lục cho phần W với phần kinh vĩ độ gần với kinh vĩ độ vừa xác định W TD 12153.31 Y TD 44451.83 AFS correction +1.5 AFS correction +2.7 Corrected TD 12154.81 Corrected TD 44454.53 Sau tiến hành tính toán ta lại nhập lại số hiệu chỉnh vào máy thu lúc vị trí tàu 44015.4N , 67026.4W 2.10) Sử dụng bảng loran C để lập đờng đẳng trị Các bảng Loran C cung cấp toạ độ dùng để thiết lập đờng thẳng thay cho đờng đẳng trị Hypecpol Mỗi bảng dùng cho cặp trạm mắt xích đợc xác định số xuất số Ví dụ Pub.221 (2016) cho cặp 5990 ã Y mắt xích phía tây vùng biển Canada Ví dụ: vào lúc 15h30 phút vị trí tàu 48035N, 30017W Hớng tàu 700, vận tốc 30 hải lý Đo hiệu thời gian máy thu loran C xác định nh sau 15h30 7930 ã X Tg 29523.8 15h30 7930 ã Z Tg 48635.7 Tìm vị trí xác định bảng loran C Tiến hành Ta tìm bảng tra cho cặp trạm vị trí có hiệu thời gian T có giá trị kinh vĩ độ gần với hiệu thời gian Tg kinh vĩ độ dự đoán Ta xác định đợc giá trị nh sau Lat Tabulated Longitude Long Change Nội suy T 29520 480 30024.3W +22 +3.8x22 30025.1W Tg 29523.8 490 30021.5W +21 +3.8x21 30022.3W Tg -T +3.8 - Tiến hành với cặp trạm Z tơng tự Sau ta dựng đờng vị trí qua toạ độ vừa xác định ta xác định đợc vị trí tàu Chơng III Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) 3.1 Khái niệm vệ tinh nhân tạo hệ thống GPS: Vệ tinh nhân tạo ngày đợc sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Các ứng dụng chủ yếu vệ tinh nhân tạo bao gồm: +) Thăm dò khí tợng, nghiên cứu khoa học +) Thông tin liên lạc +) Các mục đích quân +) Xác định vị trí tàu, vị trí máy thu mặt đất Vệ tinh nhân tạo thiên thể, chuyển động quĩ đạo quanh Trái đất theo chu kỳ định tuân theo định luật Kêple Độ cao qũi đạo định tốc độ vệ tinh chu kỳ quĩ đạo Có thể phân loại vệ tinh nhân tạo theo số phơng pháp nh sau: +) Theo góc nghiêng mặt phẳng quĩ đạo mặt phẳng xích đạo Trái đất (i) Nếu i = 0o, ta có quĩ đạo xích đạo Nếu i = 90o, ta có quĩ đạo cực Nếu 0o < i < 90o, ta có quĩ đạo nghiêng Trong hệ thống GPS, góc i 55o +) Theo độ cao quĩ đạo so với bề mặt Trái đất (h) Nếu h < 5000 km: ta gọi vệ tinh bay thấp Nếu h > 5000 km: ta gọi vệ tinh bay cao Nếu độ cao thấp chu kỳ bay quanh quĩ đạo vệ tinh nhỏ Trong hệ GPS, h = 20200 km Nếu vệ tinh có độ cao 35780 km chu kỳ vệ tinh ngày 23 h56m4s vùng nhìn thấy vệ tinh bề mặt Trái đất 162 o Nếu vệ tinh có quĩ đạo xích đạo ngời quan sát bề mặt Trái đất nhìn thấy vệ tinh gần nh cố định vị trí bầu trời với độ cao phơng vị không đổi Vệ tinh gọi vệ tinh địa tĩnh (geo-stationary satellite) thờng dùng thông tin liên lạc Nếu mặt phẳng quĩ đạo vệ tinh lệch với mặt phẳng xích đạo góc nhỏ ngời quan sát trái đất nhìn thấy vệ tinh vẽ thành hình số 8, hình parabol Các vệ tinh (8-orbit satellite) đợc sử dụng để định vị phạm vi hẹp bề mặt Trái đất Nếu vệ tinh có độ cao khoảng 1100 km chu kỳ 103 mi, tốc độ 7,3 km/s, vùng nhìn thấy khoảng 60o Vệ tinh gọi vệ tinh chuyển dịch nhanh, sử dụng hệ thống hàng hải vệ tinh cũ Transit (NNSS) Hệ GPS sử dụng vệ tinh bay cao có h = 20200 km Chiều cao đợc lựa chọn cho vệ tinh có chu kỳ 1/2 ngày (11h57m57,26s) Tốc độ vệ tinh khoảng 3,9 km/s Do bay cao nên vệ tinh bị ảnh hởng lớp vật chất gần Trái đất Để xác định vị trí tàu vệ tinh có phơng pháp sau: +) Phơng pháp đo độ cao phơng vị vệ tinh tơng tự nh thiên văn Phơng pháp không sử dụng +) Phơng pháp đo độ dịch tần số Doppler, từ suy hiệu khoảng cách từ tàu đến hai vị trí định vệ tinh Phơng pháp sử dụng hệ thống Transit cũ 10 +) Phơng pháp đo khoảng cách tới vệ tinh, sử dụng hệ thống GPS Trong hệ thống hàng hải vệ tinh, vấn đề phải xác định đợc xác toạ độ vệ tinh không gian chiều thời điểm Công việc máy tính đảm nhiệm Ngoài yêu cầu độ ổn định đo thời gian xác Hệ thống GPS hệ thống xác định vị trí tàu cách đo khoảng cách từ tàu đến vệ tinh Đo thời gian truyền tín hiệu từ vệ tinh đến máy thu, nhân Satellite với tốc độ truyền sóng đợc khoảng cách đợc vòng tròn vị trí I Kết hợp với vệ tinh thứ cho ta vòng tròn vị trí II vòng giao D1 bề mặt Trái đất cho ta vị trí tàu P Để thực việc đo khoảng cách đợc xác cần giải đợc vấn đề sau: +) Xác định đợc mối quan hệ đồng hồ máy thu đồng hồ I vệ tinh, cụ thể phải xác định đợc sai số đồng hồ máy thu so với P II đồng hồ vệ tinh Giả sử hai đồng hồ sai khác micrô giây khoảng cách đo đợc chịu sai số 300 mét +) Đo thời gian truyền sóng với độ xác cao Máy thu phải sử dụng ph ơng pháp đặc biệt để đo thời gian truyền sóng 3.2 Cu to ca h thng GPS: H thng GPS, hay bt k mt h thng vụ tuyn dn ng no, u phi bao gm b phn: Phn phỏt tớn hiu, phn iu khin v phn mỏy thu H GPS bao gm: +) Khõu v tinh gm cỏc v tinh khụng gian +) Khõu iu khin nm trờn mt t +) Khõu mỏy thu l nhng i tng s dng mỏy thu GPS xỏc nh v trớ Khõu v tinh: Theo thit k ban u, chựm v tinh GPS s cú 21 v tinh hot ng v v tinh d tr cú th a vo hot ng bt c lỳc no nh iu khin t mt t Nhng hin ti tng s v tinh ang trờn qu o l 28 ( nm 1999 ) Cỏc v tinh cú cao 20200 km, chu k khong 12 h v chia lm mt phng qu o, bỏn kớnh qu o 26560 km Gúc nghiờng ca mt phng qu o vi mt phng xớch o l 55o Cỏc im nỳt lờn v nỳt xung ca cỏc mt phng qu o lch 60o Cỏc v tinh cú mt h thng y trỡ v trớ trờn qu o v iu chnh cho n nh Nh vy, bt c thi im no t an ten Satellite D2 72 - Đèn Magnetron: tạo dao dộng siêu cao tần có chiều rộng x đa chuyển mạch 3.2.3) Cấu tạo nguyên lý hoạt động điều chế xung Sơ đồ: Bộ điều chế xung (Pulse forming network - PRN) có nhiệm vụ tạo xung có chiều dài x để đa tới đèn magnetron Bộ điều chế xung coi nh bể chứa lợng điện, bể chứa tích lợng suốt khoảng thời gian lặp xung Tx phóng nhanh với khoảng thời gian có chiều dài x Ví dụ: radar có tần số lặp xung 1000às, x = 1às Thì bể tích tích lợng suốt khoảng thời gian 999às phóng lợng khoảng thời gian 1às Bộ điều chế có công tắc cho phép việc phóng lợng lu trữ điều chế Thiết bị phù hợp để làm công tắc đợc gọi SCR - silincon controled rectifier - giồng 73 nh điốt, cho phép dòng điện qua theo chiều Tuy nhiên, đồi với SCR dòng điện đợc phép qua có xung khởi động đặt vào cực điều khiển 4) Đèn magnetron Cấu tạo nguyên lý hoạt động Đèn magnetron đợc phát minh kỹ s ngới Anh năm 1939 đợc sử dụng radar hàng hải nh thiết bị dùng để tạo xung siêu cao tần cực ngắn Đèn magnetron có cấu tạo gồm: - Anot (cực +) khối hình trụ tròn có khoét lỗ có kích thớc xac - Catot (cực -) khối hình trụ đợc đặt dọc theo trục anot Cả anot catot đợc đặt từ trờng mạnh, từ trờng có tác dụng dọc theo suốt chiều dọc anot Trong trờng hợp tác dụng từ trờng hạt điện tử sinh từ catot chuyển động thẳng từ catot sang anot Dới tác động từ trờng hạt điện tử không chuyển động theo quỹ đạo thẳng Sự chuyển động điện tử dới tác dụng từ trờng thẳng tới anot khỏi anot chí quay trở lại catot Rất nhiều hạt điện tử chạm vào anot sau thực quãng đợc với dao động phức tạp Tốc độ dịch chuyển chuyển hạt điện tử phức tạp nhng thay đổi tốc độ liên tục đặn hình thành nên dao động đèn ta sử dụng dao động phát không gian Để lấy dao động không gian ngời ta sử dụng mạch ghép nối đợc đặt hốc cộng hởng Trong suốt trình hoạt động đèn, đèn magnetron bị nung nóng cách nhanh chóng Để giúp cho đèn không bị h hỏng nhanh thay đổi nhiệt độ Khi đèn không hoạt đợc giữ ấm thiết bị nung Khi khởi động radar radar cần khoảng thời gian Stand by để sởi ấm đén 4) Máy thu radar hàng hải Nhiệm vụ máy thu radar hàng hải khuếch đại tín hiệu mục tiêu yếu thu đợc bới anten radar chuyển đổi thành tín hiệu xung ảnh cấp cho máy báo Sơ đồ khối 74 Do tín hiệu quay trở anten có tần số nằm dải X-band S-band Do vậy, thực tế linh kiện sử dụng việc khuếch đại tín hiệu dải Vì vậy, điều cần thiết phải làm giảm bớt tần số xuống tới mức mà sử dụng linh kiện để khuếch đại Chức khối sơ đồ 1) Bộ trộn: Nhận sóng siêu cao tần từ chuyển mạch tín hiệu siêu cao tần từ dao động nội để đa tần số trung tần 2) Bộ khuếch đại trung tần: Nhận tín hiệu từ trộn với mức độ cờng độ thấp để khuếch đại lên thành tín hiệu trung tần có biên độ lớn cấp cho tách sóng 3) Bộ tách sóng: có nhiệm vụ loại bỏ dao động có tần số cao lấy đơng bao tín hiệu để cung cấp cho mạch khuếch đại xung ảnh 4) Bộ dao động nội: Tạo dao động siêu cao tần có tần số lớn tần số máy phát khoảng 60MHZ FL.O = FM.F + FTT Bộ dao động nội sử dụng điốt GUNN Cấu tạo: Gồm chất bán dẫn Gali-Asen đầu đợc phủ tạp chất bán dẫn N+ N++ bên phủ kim loại để làm điện cực 75 - Cấp nguồn vào đầu điện cực Ban đầu dòng điện tăng lên tỷ lệ với điện trờng ngoài, sau ta tiếp tục tăng điện trờng ta thấy dòng điện không tăng mà có xu hớng giảm xuống sau lại đạt giá trị cực đại - Giải thích: Khi ta đặt vào đầu điện áp hạt điện tử lớp N++ khuếch tán sang lớp N+ làm cho dòng điện điốt tăng lên Nếu tiếp tục tăng điện trờng đến giá trị hạt điện tử tập trung mặt tiếp giáp N++ lớp Gali-Asen tạo thành khoảng không gian tích điện làm cho dòng điện giảm xuống, sau lớp không gian di chuyển hết N+ làm cho dòng điện tăng lên đột ngột Sau lại hình thành trình tạo khoảng không gian tích điện Quá trình tiếp tục nh điốt hình thành dao động T= L V T: khoảng thời gian lớp không gian tích điện di chuyển từ mặt tiếp giáp N++ sang N+ L: chiều dài lớp Gali-Asen V: vận tốc lớp không gian T chu kỳ lặp xung dao động Nh để thay đổi chu ky lặp xung ta cần thay đổi điện áp Bộ trộn: 1) nhiệm vụ yêu cầu: Nhiệm vụ: Nhận tín hiệu dao động siêu cao tần để trộn với tín hiệu từ dao động nội để lấy tần số trung gian FL.O = FM.F + FTT Yêu cầu: phải có khả giảm nhiễu, tạp âm dao động nội Phải có kết cấu gọn nhẹ, dễ lắp đặt, sửa chữa thay Hiện ngời ta thờng dùng trộn kiểu cần đối xứng 76 1) Cấu tạo: Bộ trộn gồm đoạn ống dẫn sóng phân nhánh hỗn hợp đoạn phân nhánh theo điện trờng đợc nối chuyển mạch anten Đoạn phân nhánh theo từ trờng đợc nối với máy thu 77 2.6 Máy báo Chức máy báo Radar hàng hải hiển thị rõ nét hình ảnh mục tiêu phản xạ để ngời quan sát quan sát đợc mục tiêu đo đợc khoảng cách phơng vị đến mục tiêu hớng di chuyển mục tiêu Cho đến thời điểm hình ảnh radar đợc hiển thị hình ống phóng tia điện tử tiếp tục nh cho nhiều năm sau Trong ống phóng tia điện tử đợc trì vị trí trung tâm máy báo qua nhiều năm cách mà hình ảnh đợc hiển thị hình trải qua giai đoạn phát triển thời điểm Sự phát triển việc thay đổi từ A-scan sang PPI Từ năm 1970 việc thay đổi hình ảnh real time sang hình ảnh nhân tạo (synthetic picture) loại radial - scan PPI đợc trì Từ năm 1980 loại máy báo raster - scan PPI xuất thay cho loại radial - scan(quét tròn) hệ Radar sau sử dụng loại Radar tính u việt 2.6.2 ống phóng tia điện tử ống phóng tia điện tử viết tắt CRT (Cathode Ray Tube ) ống hẹp làm kính đợc rút hết không khí katốt Lới Chùm tia điện tử Dây đốt Lớp phốtpho Anốt Cuộn gây lệch Các eletron đợc phát từ đầu hẹp ống hình thành chùm tia hẹp, chùm tia đập vào hình bên đầu lại ống tạo điểm sáng hình mà độ sáng, kích thớc vị trí điều khiển đợc Cấu tạo ống phóng tia điện tử gồm số phần chính: Súng bắn tia điện tử dùng để tạo chùm tia điện tử Màn hình đợc phủ chất liệu đặc biệt phát sáng có tia điện tử đập vào Hệ thống làm lệch điều khiển vị trí mà chùm tia đập vào hình 2.6.1.1 súng phóng tia điện tử Súng phóng tia điện tử có thành phần cấu thành đợc xếp có dạng hình trụ làm kim loại thờng đợc gọi điện cực (electrodes) Các điện cực đợc đặt dọc theo trục ống chức làm tăng tốc hội tụ điện tử thành chùm tia nhỏ để bắn vào hình Điện cực tạo điện tử gọi cathode(cực âm) Điện cực lại dùng để hút điện tử gọi cực dơng (anode), điện cực có điện dơng cathode nhiều để 78 hút điện tử làm cho chúng đạt vận tốc hàng nghìn km giây Cờng độ chùm tia điện tử đợc điều khiển điện cực gọi lới điện tử (grid) Cathode có dạng hình trụ kim loại đợc đóng kín đầu bên đợc bao phủ lớp oxyd để không bị nóng lên phát tia điện tử Các điện tử đợc tạo cách đặt dòng điện chạy qua sợi dây đốt kim loại (wire filament) đợc đặt bên điện cực Sợi dây bị nung nóng làm cho điện tử đợc phát hình thành đám mây điện tử, đám mây điện tử hình thành làm cho dây đốt bị điện tích âm làm cho cathode trở nên dơng so với đám mây điện tích này; số điện tích có xu hớng bị hút trở lại Tuy nhiên tợng xẩy phạm vi định đạt tới trạng thái cân số lợng điện tử thoát trở nên ổn định tập trung khu vực cuối cathode Các electron bị hút qua lới điện tử đợc gia tốc với vận tốc lớn để tới đập vào hình Các tín hiệu phản hồi có dạng xung âm sau khuếch đại đợc đa vào cathode ống phóng tia điện tử làm tăng số lợng điện tích âm làm cho chấm điện tử sáng lên Lới điện tử có dạng hình trụ với đầu đòng gần hết để lại lỗ nhỏ cho phép chùm tia điện tử phía gần trục ống qua hình thành nên chùm tia hội tụ Lới đợc đặt anode cathode nhng phía gần cathode hơn(hình vẽ) Điện lới đợc điều chỉnh ngời sử dụng cách chỉnh vào nút chỉnh độ sáng điện vào khoảng vài chục vôn âm, lới điện tử việc làm hình thành nên chùm tia hội tụ có tác dụng làm tăng hay giảm lực hút cho anode làm điều khiển đợc độ sáng chấm sáng, nhiên mặt lý thuyết ta điều chỉnh độ sáng anode nhng tốt ta nên điều chỉnh lới cần điện áp vài chục vôn phải sử dụng đến vài trăm vôn điện áp (ví dụ để làm giảm độ sáng ta phải làm giảm cờng độ tia điện tử ta tạo điện áp cản lới ngợc lại) Ngời ta đa vào lới tín hiệu điện áp tự động, tín hiệu điện áp không hoạt động mà chấm điện tử thực đờng quét thuận(từ tâm biên) nhng hoạt động tia quét chạy từ biên trở tâm Tín hiệu hoạt động trừơng hợp thay đổi thang tầm xa Thông thờng có khoảng từ điện cực anode trở lên súng phóng tia điện tử có thay đổi đáng kể việc chế tạo chi tiết ví dụ nh khác kích thớc hình dáng chiều dài Hơn nữa, hai đầu mở bị đóng kín đầu để lỗ hổng nhỏ gần trùng với trục ống Các điện cực anode có điện áp dơng cathode vài trăm vôn rõ ràng điện tử đợc tạo từ cathode bị chịu lực hút mạnh từ anode đợc gia tốc vận tốc lớn, chùm điện tử đến bề mặt anode lúc có vận tốc lớn qua lỗ anode hình thình chùm tia điện tử có vận tốc lớn bắn thẳng đến hình bên ống phóng tia điện tử (CRT), lớp phủ bên ống phóng tia điện tử đóng vai trò điện cực cuối có điện áp dơng tới vài nghìn vôn so vói cathode gia tốc chùm tia điện tử lần để chùm tia bắn thẳng tới hình Do chùm tia điện tử liên tục đợc bắn tới hình xảy tợng d thừa điện tử tự để giải vấn đề ngời ta cho nối điện cực cuối lớp phủ bề mặt ống phóng với nguồn, điện tử tự bị hút hết qua nguồn trở dây đốt hình thành nên nguồn điện khép kín 79 Ngời ta coi chấm sáng chùm tia điện tử nh đầu bút chì vẽ dó nh chấm sáng đợc sắc nét nhỏ cho hình ảnh sắc nét nhỏ dẫn đến yêu cầu chùm tia điện tử phải hội tụ điểm hình Trong hệ thống Radar làm đợc điều cho điện áp anode thứ dơng anode thứ ít,điều có tác dụng lại cho điện tử không bị bay ngợc lại điện tử lạc khỏi quỹ đạo bay trở lại trục làm tăng thêm vận tốc tia điện tử điện cực anode thứ đóng vai trò nh thấu kính hội tụ Điện khác điện cực anode đợc điều khiển nút Focus, Radar việc điều chỉnh nút Focus không quan trọng đợc đặt bên Tín hiệu quay từ anten máy báo đợc chỉnh lắp đặt chuyên CRT gia 2.6.1.2 Màn hình Radar Chức hình Radar phản ứng với chùm tia điện tử để hình thành chấm sáng nhỏ vị trí mà chùm tia điện tử đập vào, điều thực đợc nhờ vào chất liệu phủ bên hình ống phóng điện tử phốtpho, chất có tác dụng có điện tử đập vào phát sáng d huy sau khoảng thời gian định sau độ sáng chấm điện tử phụ thuộc vào cờng độ nó.Ngời ta có nhiều cách khác để chế tạo hợp chất phốtpho tuỳ thuộc Mạch đồngvào Cuộn gây radial lệch scan(quét dọc theo đồng pha mục đích ứngMạch dụng Trong trờng hợp loại Radar bán kính) tạo thời việc chọngian lựa quét hợp chất cho lu ảnh hình vòng quay, việc giúp cho việc quan sát chuyển động tàu khác nh ng phải thận trọng việc quan sát, nhng có nhợc điểm ta thay đổi thang tầm xa làm cho có tợng nhoè ảnh ta thay đổi chế độ định hớng, tuổi thọ hợp chất phốtpho có giới hạn liên tục chịu công phá tia điện tử, cuối không độ nhậy, tợng gọi CRT burn điều tránh khỏi làm giảm chúng cách sử dụng cách hợp lý nút điều khiển Hiện tợng CRT burn làm cho khu vực mà phốt bị Mạch có điều khiển Mạch tạođiều vòngnày cự h hỏng không khả ảnh dẫn đến phát mục tiêu, độ sáng li cố định nguy hiểm ta sử dụng chuyển động thật Sơ đồ khối máy báo Mạch dập tia quét ngợc Mạch khuếch đại xung ảnh Mach tạo dấu mũi tàu Máy thu Công tắc thang tầm xa Từ anten Mạch tạo vòng cự li di động 80 81 Chức khối 1) Mạch tạo dấu cự li cố định: Có nhiệm vụ tạo xung vuông có thời điểm đa vào mạch khuếch đại xung ảnh cách đờng quét mà tia quét quay làm cho xuất vòng tròn đồng tâm dùng để đo khoảng cách số lợng vòng tròn phụ thuộc vào nhà chế tạo Khoảng cách vòng tăng lên thang tầm xa tăng giảm thang tầm xa giảm Vòng cự li cố định 2) Mạch tạo dấu cự li di động Vòng cự li di động Mạch tạo dấu cự li di động có nhiệm vụ tạo xung vuông dơng để đa vào mạch khuếch đại xung ảnh đờng quét, xung có thời điểm đa vào biến đổi đợc có nghĩa ta thay đổi đợc khoảng cách mặt báo Các vòng cự li di động dùng để đo khoảng cách Trên mặt máy thờng bố trí nút VRM (variable range marker) dùng để bật hay tắt vòng cự li di động, thông thờng máy Radar đại có vòng cự li di động, ta thay đổi khoảng cách chúng túc ta điều khiển thời điểm đa xung vào mạch Khuếch đại xung ảnh 3) Mạch tạo dấu mũi tàu Mạch có nhiệm vụ tạo xung tín hiệu có chiều dài thời gian quét, xung đợc đa liên túc vào mạch khuếch đại xung ảnh búp phát anten chụp lên mặt phẳng trục dọc tàu 82 Dấu mũi tàu 4) Mạch điều khiển độ sáng Do độ sáng tín hiệu ảnh phụ thuộc vào cờng độ tia quét, tia quét có cờng độ mạnh độ sáng tốt, mạch điều khiển độ sáng có nhiệm vụ làm tăng hay làm giảm cờng độ cách tác động lên lới Cattot ống phóng tia điện tử điện trờng cản hay điện trờng thuận ` Mạch điều khiển độ sáng Lới 5) Mạch đồng đồng pha Mạch có nhiệm vụ làm đồng đồng pha tia quét máy báo búp phát anten quay đồng đồng pha với thông qua môtơ xensin 6) Mạch dập tia quét ngợc Do chấm điện tử chạy từ tâm biên phải chạy tâm hình để thực chu kỳ quét tiếp theo, trình chạy từ biên nh tiếp tục tạo tín hiệu gây ảnh ảo để khắc phục tợng ngời ta đa tín hiệu có điện áp ngợc xoá tín hiệu chấm điện tử chạy thông qua mạch dập tia quét ngợc 7) Mạch khuếch đại xung ảnh Nhận tín hiệu từ mạch tạo dấu cự li, mạch dập tia quét ngợc, mạch tạo mũi tàu, máy thu để tạo xung âm để đa vào catốt ống phóng tia điện tử 8) Mạch tạo thời gian quét Khi thang tầm xa đựơc chọn lựa tơng ứng mạch tạo thời gian quét phải tạo tín hiệu có thời gian thời gian qui định tơng ứng với thang tầm xa (ví dụ: thang tầm xa 12 hải lý thời gian quét 142às), tín hiệu điều khiển cuộn gây lệch tác động điện trờng lên hạt điện tử làm cho di chuyển từ tâm biên với vận tốc định cho tia điện tử di chuyển từ tâm biên hết 142às 83 Time às 800 800 xung điều khiển Thời gian điều khiển độ sáng vòng cự li cố định cách hải ý vòng cự li di động Tạo dao động hình sin Hạn chế Vi phân Blochking Khuếch đại xung ảnh Tạo quét Tạo dao động hình sin Hạn chế Vi Mạchphâ tạo dấu cự li cố định 1) Chứcn nhiệm vụ blocking Tạo vòng cự li cố định dùng để đo khoảng cách đến tàu, có khoảng cách vòng 2) Sơ đồ khối Khuếch đạikhởi xung xung ảnh động 84 v Xung khởi động đợc đa tới mạch tạo vòng cự li di động, mạch có nhiệm vụ dựa vào thang tầm xa xác định đợc số vòng cự li cố định mặt máy báo, để làm đợc việc ngời ta làm nh sau: - Xung khởi động sau đa vào tạo tín hiệu có chiều sài thời gian quét thuận chấm điện tử, tín hiệu đợc đa qua mạch tạo dao động hình sin, mạch tạo dao động hình sin có tần số đợc tính toán ứng với thang tầm xa cho số lần quét thuận có số nguyên lần dao động , sau tín hiệu đa qua hạn chế để xén tín hiệu lấy tín hiệu gần giống xung vuông dơng, đa qua vi phân để tạo xung nhọn kích thích tạo dao động Blocking, tạo dao động Blocking tạo xung vuông dơng cách nhau, sau đa vào mạch khuếch đại xung ảnh để tạo vòng cự li di động Mạch tạo dấu cự li di động Mạch tạo dấu cự li di động tạo hình radar vòng cự li thay đổi đ ợc khoảng cách để đo đợc khoảng cách tới mục tiêu xác Mạch dịch pha cảm ứng xung khởi động Hạn chế Vi phân Blochking Khuếch đại xung ảnh Tạo quét Dịch pha Hạn chế Vi Mạch tạo dấu cự li di động mặt sơ đồ khối giống nh mạch tạo dấu cự li cố định khác làphâ mạch tạo dao động hình sin đợc thay mạch dịch pha cảm ứng, n có nhiệm vụ chu ký quét thuận tạo dao động hình sin có mạch blocking pha ban đầu thay đổi đợc ,sau tín hiệu đa qua hạn chế để xén tín hiệu lấy tín hiệu gần giống xung vuông dơng, đa qua vi phân để tạo xung nhọn kích thích tạo dao động Blocking, tạo dao động Blocking tạo xung vuông dơng Khuếch đại xung ảnh 85 Xung đa đến mạch khuếch đại xung ảnh để tạo chấm sáng đờng quét, tia quét quay tạo vòng tròn có bán kính thay đổi đ ợc dùng để đo khoảng cách Trên mặt máy ta cầnn di chuyển vòng cự li di động cho tiếp xúc với mục tiêu ta đọc giá trị mặt máy báo xác định đợc khoảng cách tới mục tiêu 86 Phần IV Chơng IV Cách chỉnh định khởi động radar Mục đích ngời quan sát radar đảm bảo cho tất mục tiêu đợc phát hiện, radar tính bị hạn chế nhiều thông số thiết kế nh công suất phát, hệ số định hớng anten, độ nhậy máy thu Trong số trờng hợp lại chịu ảnh hởng thời tiết radar thiết kế núm nút để trợ giúp ngời sử dụng khắc phục hạn chế radar (nh khử nhiễu ma, biển) nhng việc ngời sử dụng chúng nh để đạt đợc ảnh cách tốt đòi hỏi kiến thức định hệ thống radar Các phím điều khiển hệ thống radar đặt máy báo, nhng ý số núm nút không tác động vào máy báo mà tác động vào khối khác radar nh : GAIN, A/C SEA, A/C RAIN, PULSE SELECTOR Trớc khởi động radar phải kiểm tra : đảm bảo anten không bị vớng ngời làm việc xung quanh anten anten không bị vớng quay 2) đặt núm nút mặt máy báo a) Độ sáng : việc chỉnh định giúp cho lớp phốt ống phóng tia điện tử không bị h hại kéo dài tuổi thọ ống phóng tia điện tử, mặt khác núm núm phải điều chỉnh sử dụng radar việc bắt đầu chỉnh định từ vị trí thấp hợp lý [...]... thu, hệ thống GPS thì tại thời điểm tSV vệ tinh phát tín hiệu, tại thời điểm tu sau đó máy thu nhận đợc tín hiệu thì khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu là D = c.(tu - tSV) Nhng do không thể có sự đồng bộ chính xác nên trong hệ thống sẽ tồn tại sai số Thực tế đồng hồ máy thu có độ sai lệch b ut so với đồng hồ hệ thống và t bias so với đồng hồ vệ tinh Đồng hồ vệ tinh sai lệch một lợng là tSV so với hệ thống. .. của vị trí tàu xác định bằng GPS: VII Một số hệ thống hàng hải vệ tinh toàn cầu khác: GLONASS và GNSS Chơng IV Hệ thống AIS 20 21 22 Phần II: Radar hàng hải Tài liệu tham khảo: Quyển 1: Radar hàng hải PGS.TS Trần Đắc Sửu Trờng ĐHHH Quyển 2: Radar and Electronic Navigation G.J Sonnenberg,Frin Quyển 3: Sử dụng Radar trên biển Tiếu Văn Kinh Quyển 4: Hớng dẫn nghiệp vụ hàng hải tập 1.Tiếu Văn Kinh Quyển... sóng vô tuyến coi nh chịu chung một sai số Nh vậy nếu biết đợc chính xác tọa độ của một máy thu nhờ các phơng pháp thực địa (thông thờng máy thu này đặt ở trên bờ) thì có thể tính toán đợc sai số đó chính xác đến cm Sai số này sẽ đợc hiệu chỉnh vào máy thu thứ hai (đặt trên tàu biển) giúp cho máy thu này tính toán vị trí của nó chính xác hơn Phơng pháp này có thể loại bỏ hầu hết các sai số của hệ thống. .. độ cao vệ tinh giảm xuống quá thấp, thấp hơn giá trị đặt vào này thì sai số do khúc xạ sẽ lớn, máy thu sẽ loại bỏ vệ tinh này để thu tín hiệu vệ tinh khác có độ cao lớn hơn +) Hệ thống trắc đạc thế giới chuẩn dùng cho hệ GPS là hệ WGS-84 Khi tàu hành trình trên biển, tại một số khu vực, vì các lý do quân sự, Bộ quốc phòng Mỹ đã chủ ý làm sai lệch các bản tin vệ tinh, khi đó độ chính xác vị trí tàu rất... đến việc đo khoảng cách nh Độ trễ tầng điện ly, hiệu chỉnh thời gian tơng đối, sai số máy thu z 3.4 Xác định vị trí máy thu: Lập hệ toạ độ Đề các có tâm trùng với tâm Trái đất, mặt phẳng (x;y) là mặt phẳng xích đạo, trục x nằm trong mặt phẳng kinh tuyến Greenwich Trong hệ này, khoảng cách giữa máy thu P(xu,yu,zu) và vệ tinh 1(x1,y1,z1), theo nh đã giải thích ở phần trên là: P R zn xn x ( x1 xu )... sóng vô tuyến là phụ thuộc vào môi trờng mà nó truyền qua, trong hàng hải để cho mục đích tính toán đợc đơn giản hơn thì ngời ta coi nh vận tốc của sóng là không đổi c: = 3.108 m/s, bởi vì khoảng cách này là khá lớn nên trong thực tế ngời ta lấy đơn vị tính thời gian là s (micro giây) 1 s = 10-9s 29 Khoảng cách mà sóng truyền đợc trong 1s là 300 mét Dựa vào đơn vị tính này ta sẽ có đợc mối liên hệ giữa... phụ thuộc vào loại thông tin cần thu đợc từ mục tiêu Trong hàng hải sử dụng loại Radar xung Radar xung có thể xác định khoảng cách đến mục tiêu bằng cách đo thời gian cần thiết cho chùm năng lợng sóng vô tuyến di chuyển tới mục tiêu và phản xạ trở lại Ngoài ra, ngời ta còn sử dụng anten định hớng để xác định đợc phơng vị tới mục tiêu Radar hàng hải là loại radar chủ động (active radar) Nó không phụ thuộc... sau này tên của ông đợc đặt cho đơn vị đo của tần số đã công bố rằng sóng điện từ có thể phản xạ lại từ các vật thể kim loại Năm 1904 một kỹ s ngời Đức, Christan Hulsmyer, đã chế tạo ra một thiết bị vô tuyến có khả năng phát hiện ra các tàu khác nhng lại thu hút đợc ít sự chú ý vì tầm xa tác dụng của nó Kỹ s Marconi, dựa trên những nghiên cứu của Hertz đã đa ra nhng nguyên lý cơ bản về Radar Mặc dù... cung cấp xung sao cho phù hợp với thang tầm xa Nó đồng thời cũng cấp xung khởi động cho máy quét và phối hợp hoạt động của các mạch khác - Máy phát: Có nhiệm vụ tạo ra xung năng lợng tần số cao 27 - Hệ thống anten: nhận xung năng lợng từ máy phát và phát chúng đi dới dạng búp phát có tính định hớng, nhận tín hiệu phản hồi và cung cấp cho máy thu - Máy thu: Khuếch đại tín hiệu và chuyển đổi sang tín... tinh máy thu thu đợc Trong phơng trình trên còn 4 đại lợng cha biết là xu, yu, zu, but Còn toạ độ vệ tinh đã biết (xem phần khái niệm) Một số yếu tố ảnh hởng đến độ chính xác xác định vị trí tàu bằng hệ thống GPS Việc máy thu có thể thu nhận đợc tín hiệu mã P hay mã C/A Sai số trong tính toán quĩ đạo vệ tinh Không tính đợc chính xác độ trễ do tín hiệu bị khúc xạ khi qua tầng điện ly Sai số đo thời