Giới thiệu về hệ thống radar

Trang 1

Giới thiệu vê Radar

Nguyễn Hồng Quang

Trang 3

Radar

«_ Viết tắt của Radio Detection And Ranging :là Ibộ cảm biến sóng vô tuyến ,nói chung(nhưng khơng hồn tồn ) hoạt động ở dải tần số

microwave (> 1 GHz), va la 1 bộ cảm bién cuc

Trang 4

Radar

* Radar c6 thé dugc hiéu nhu 1 cặp kết nối

truyén thong chi trén | đường ,với kêt nôi trở vê là sóng phan xạ

Trang 5

Radar

¢ Chung ta co | ăngten phát đăng hướng nghĩa là nó phát đông nhât vê mọi hướng Năng lượng phát BE tại I khoảng cách d từ máy phát ,là

được trải rộng đồng nhât trên bê mặt của | quả

câu có bán kính là d ,với mật độ năng lượng :

4TII đ?

aa

Trang 6

Radar

-_ Ăngten thực tế phát theo 1 hướng nhất định :hệ số tăng ích của ăngten (G) là thước đo tính

hiệu quả của ăngten trong tập trung năng lượng phát xạ của ăngten theo 1 hướng xác

định.Mật độ năng lượng sẽ là :

£.-G, , 9

=— — Watts/m-

Trang 7

Angten Radar

Trang 8

Hệ sô phản xạ

Trang 9

Transmit and receive antenna

Trang 10

Radar

¢ Song duoc phat di va sau do may thu sé thu tin

hiệu trở vê

° Cường độ của tín hiệu trở ai phụ thuộc vào

khoảng cách tới đích và kích cõ(điện) của nó ¢ Radar xac định khoảng cách tới đích nhờ vào

trê thời gian từ khi phát cho tới khi nhận được

Trang 11

Truyền trong không gian tự do - Năng lượng có sẵn tại đầu ra của I ăngten

nhận sẽ là tích số của mật độ năng lượng tại

điểm đó với diện tích có ảnh hưởng của

Trang 12

Truyền trong không gian tự do

» Nếu cùng I ăngten sử dụng cho cả phát và thu chúng ta có thê sử dụng phương trình quan hệ giữa diện tích chịu ảnh hưởng và hệ sô tăng

Trang 13

Truyền trong không gian tự do - Thay thế phương trình hệ số tăng ích ăngten

băng phương trình tôn hao năng lượng trong không gian tu do Friis

b.-G,-G-2? — watts or

(4z) 8

Trang 14

Radar cross-section

» Tạm dịch :Tiết diện của Radar

» Thay thế diện tích chịu ảnh hưởng (effective

area) của ăngten nhận ,trong Radar ,tín hiệu

được xác định bởi RCS

» RCS là thước đo diện tích phản xạ hoặc điện

Trang 16

Phuong trinh Radar

Trang 17

Phuong trinh Radar

° Khi nhân voi vung chiu anh huong cua angten Radar Ta có :

P,-G,-0,-A, hr:G;-G -Ø, - Â

Trang 18

Phương trình tầm xa của Radar

° Tuỳ vào mức độ tín hiệu nhận được,chúng ta

có thể xác định được phương trình cho d va tìm được khoảng cách lớn nhất mà thiết bị có

Trang 19

SNR(Signal Noise Ratio) * Nang luong nhiéu tai dau vao bé thu la :

*°® Pn=k[TBE

» Trong đó :

-_k :hằng số Boltzmanns

¢ T:nhiét d6 may thu(Nhiệt độ Kelvin)

+ B:Dai thong cua nhiéu may thu(cé thé xem nhu bang

dải thông của tín hiệu)

Trang 20

Xung Radar(Pulse Radar)

* Xung Radar thong thuong lam vigc bằng Te phat 1 xung RF ngắn và đo thời gian trễ trở về * Dai thông của “matched filter receiver” xấp xỉ

1/ với là độ rộng xung

* cũng xác định độ phân giải tầm xa(resolution

Trang 21

Xung Radar

OH xung ngắn hơn yêu cầu dải thông nhận là lớn hơn (nhiều nhiễu hơn) ,cung cấp năng lượng trung bình

thap hơn (tín hiệu yêu hơn) nhưng cung câp độ phân

giải tâm xa (resolution range) tôt hơn

°_“Matched filter” có đáp ứng xung phù hợp với xung

phát đi

TM icon 6

— C*ÂẤf

Trang 22

Xung Radar

»_ Các xung thường được phát đều đặn.Chu kỳ này được gọi là PRI hoac PRT

» Tần số phát lại xung là: PRE = 1/ PRI

»_PRI mô tả tầm xa rõ ràng lớn nhất(range

Trang 23

Xung Radar

¢ Mot muc tiéu lon 6 xa gidi han 16 rang

(unambigous range) co thé hiéu nhu muc tiéu dong (close target)

uh pul se ệ

Trang 24

Xung Radar

«ĐỀ có bội số lần phản xạ trở lại, RCS của vật

phản xạ ở xa thường phải lớn

»_Lí tưởng chúng ta muốn R(unamb) cách xa khoảng dò được lớn nhât của Radar

¢ Trong thuc tế có nhiều cách đề loại bỏ hiệu

Trang 25

Đo tâm xa(Range Measurement)

» Tầm xa của mục tiêu có thể được ước lượng

chính xác tốt hơn độ rộng xung bằng việc sử dụng “bộ theo dõi chia công”(split-gate-

tracker)

* Bằng cách so sánh năng lượng giữa Early Gate

va Late Gate ước lượng được vị trí của mục

tA

|0 08 Early Gate Late Gate

m x~

Trang 26

Radar clutter(“Tap âm- Nhiễu”Radar )

¢ Clutter duoc định nghĩa như là sự vọng lại

Radar không mong muôn

° Sự quay trở về mục tiêu mặt đất sẽ xuất hiện

ground clutter (area clutter)

»_ Sự quay trở về mục tiêu không vận có thể xuất

Trang 27

Area Clutter

¢ Area clutter duoc m6 ta boi clutter cross- section trung binh trén 1 don vi dién tich , o° (sigma-zero)

» Cái này được gọi là hệ số backscatter

»_Số lượng clutter nhận được phụ thuộc trên diện

tích mặt đât (ground area) được chiêu sáng là

Trang 28

Area clutter

¢ D6 rong cua clutter patch được định nghĩa bởi độ rộng góc phương vi cua angten ( antenna azimuth beamwidth) va tâm xa hoặc khoảng cach tdi clutter patch

» Chiêu dài của clutter patch được xác định bởi :

o_ The range gate size (shallow grazing angle-góc sượt qua nông )

o_Hoặc độ rộng góc nâng (elevation beamwidth) cho các góc sượt qua dôc hơn( steeper grazing angles) như

ađat a dat

Trang 31

Area Clutter

¢ DO rong cua cac clutter cell la:

* Odo R la tầm xa tới trung tâm của Clutter Cell và là độ rộng góc phương vị theo RadIan

Trang 32

Area Clutter

¢ Do sau hoặc chiêu dai cua clutter cell duoc xac

dinh boi phan nho hon cua :

TRange gate phóng trên mặt đất

L]Độ rộng của góc nâng nhân với “ The total range “ phóng trên mặt đât

Trang 33

Area clutter

¢ Nhu vay „chiều đài của clutter cell có thể được biêu diễn như sau :

Radar

Trang 34

Area Clutter

°_ Vì vậy ,các góc sượt qua nong (Shallow grazing angles ) ,khi aac bi gidi han :

A,=R6,, —sec(y)

| =—sec(y) =

Trang 35

Area Clutter

° Tại các góc dốc hơn ,khi chùm giới hạn clutter

area là gân giông diện tích hình elip

A= ñ R ”9,,8,„ csc()

Trang 36

Clutter Cross-section

* Tiét diện của Radar trên thực tế của clutter là

clutter patch area nhân voi hé so backscatter

0

O.=0 -A

¢ Chúng ta chỉ xem xét giới hạn của xung,cac phía mà góc lướt qua thâp

c7

Trang 37

Nang luong Clutter quay vé

Trang 38

Năng lượng Clutter quay về

* Do vậy ,khi R tăng ,năng lượng Clutter giam

theo 1/R^3 ,trong khi năng lượng mục tiêu

giảm theo 1/R^4

* Bởi vì sự trải rộng sóng Radio theo khoảng cách làm tăng sô lượng clutter quan sát được + Cho trường hợp giới hạn chùm (beam-limited

Trang 39

Volume Clutter(Thé tich Clutter)

¢ Volume clutter phụ thuộc vào:

ORange gate length

ORange to range gate of interest

L]Độ rộng góc nâng và góc phương vị của ăngten

o Thể tích của clutter cell sẽ xấp xỉ:

Trang 40

Volume Clutter

- Thé tich clutter được mô tả bởi tiét dién backscatter

trên đơn vị thê tích, fj], co đơn vị là

+ Téng clutter cross section la :

-_ Vì vậy ,phương trình tầm xa được áp dụng , chúng ta sẽ thây clutter return chỉ giảm theo R^2 bởi vì sự phụ

Trang 42

Két luan

Hệ thông Radar nn ton hao đường truyền tỉ lệ với R^4 lớn hơn R^2 trong truyền dan 1 đường của hệ thông thông tin

Phương trình tầm xa của Radar cung cấp 1 năng lượng (power) nghĩa là dự đoán cường độ tín hiệu quay vê

Clutter có thé 1a diện tích (mặt đất-ground) hoặc thể tích (thời

tiét —weather)

Diện tích hoặc thể tích clutter tăng theo R hoặc R^2 ,Clutter

không giảm theo khoảng cách nhanh như cường độ tín hiệu

Trang 43

Một số ứng dụng của Radar

Trang 44

Trong hang khong dan dung

* May bay dan dung duge trang bị các thiết bị Radar dé

cảnh báo chướng ngại vật , thăm dò đường di va đưa

ra độ cao chính xác

* May bay co thé ha canh \ trong sương mù tại các sân bay được trang bị hệ thông điều khiến mặt đất được hỗ trợ bởi Radar.Trong đó đường bay được theo dõi

trên màn hình Radar

Trang 45

Ung dung trong quan su

¢ Radar duge sử dụng đề phát hiện máy bay và tàu của đôi phương

-_Radar điều khiển hoả lực đề tiêu diệt mục tiêu

Trang 46

Ung dung trong quan su

«_ Các hệ thống giám sát và dẫn đường Radar được sử

dụng cho nghiên cứu khoa học và phòng thủ

* Cho hệ thống phòng thủ phía Bắc nước Mỹ chính phủ

phát triển (c.1950-63) 1 hệ thống Radar được xem

như hệ thông cảnh báo sớm tên lửa đạn đạo-

BMEWS (Ballistic Missile Early Warning System ) ,

Trang 47

Ung dung trong quan su

*° Một hệ thống Radar được xem như hệ thống

dẫn đường và kiểm soát không gian - Space

Detention and Tracking System (SPADATS),

Trang 48

Ung dụng của Radar

* Ung dung Radar dé do khoang cach , diện tích

dia ly ,tim va dinh vi ngoai khoi

»_Radar cũng được sử dụng để nghiên cứu các

hành tình và tang điện ly thuộc hệ mặt trời ,

phát hiện các tia sáng và các vật thể di chuyển

Trang 49

Ung dung trong khi tuong

¢ Mua la muc tiéu li trong cho S-Band Radar (~10cm)

« Đơn vị Radar thời tiết được thành lập ở Mĩ vào thập kỉ

Trang 54

Mot vai hinh anh

Trang 57

Fa Tormado, hook echo

May &, 2003, Okiahema City

Trang 59

ee We el f5

» Seymour Ptrorigr