Giáo trình nguyên lý hoạt động Radar ( Phần 2)

2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CỰ LY : Ta biết, môi trường đồng đẳng hướng, sóng điện từ truyền theo đường thẳng với tốc độ gần tốc độ ánh sáng c Tín hiệu phản xạ đài bò giữ chậm lại so với tín hiệu phát xạ thời gian t r truyền quãng đường 2r (từ đài đến mục tiêu trở về) 2r tr = c Nếu mục tiêu có đặt máy trả lời, thời gian giữ chậm tín hiệu trả lời 2r t r = + τc c τ c - Thời gian chậm tín hiệu mạch máy trả lời Như vậy, thực chất việc xác đònh cự ly radar đo thời gian giữ chậm tr 2r Từ t r = c Ta rút công thức đo cự ly ct r= r Tuy nhiên, mặt đònh tính, tính chất môi trường truyền sóng quỹ đạo truyền sóng sóng bò ảnh hưởng độ cong mặt đất, có phản xạ từ mặt đất, ảnh hưởng khí quyễn, biện pháp kỹ thuật đài radar mà giá trò đo cự ly có sai số đònh (do tốc độ truyền sóng, quỹ đạo truyền sóng không đường thẳng nửa ) Về mặt đònh lượng, để xác đònh sai số phương pháp đo cự ly, trước hết phải chia cự ly phát đài radar thành phần nhỏ, hay nói cách khác ta lấy vi phân toàn phần cự ly đó, nghóa từ phương trình hàm ct cự ly: r = r ∂r ∂r dt sau lấy vi phân ta : dr = dc + ( 2-59 ) ∂c ∂t r t c hay : dr = r dc + dt r ( 2-60 ) 2 Thay vi phân gia số ta công thức tính sai số đo cự ly : t c ∆r = r ∆c + ∆t r ( 2-61 ) 2 Trong : ∆c - Sai số đo tốc độ truyền sóng ∆tr - Sai số đo thời gian giữ chập t r Vậy sai số đo cự ly phụ thuộc vào thay đổi tốc độ truyền sóng trung bình quy tắc, phương pháp kỹ thuật để đo thời gian tr đài radar Do tính chất môi trường thay đổi cách ngẫu nhiên nên việc xác đònh tốc độ truyền sóng trung bình Nhưng với điều kiện ta có đài radar hoàn hảo hoạt động môi trường nhiễu, tức sai số phép đo thời gian giữ chậm t r, hay nói cách khác ∆tr = 0, lúc tồn sai số đo cự ly là: t ∆r = r ∆c ( 2-62 ) r Hay : ∆r = ∆c c Δr Δc = Suy : ( 2-63 ) r c Từ ta thấy sai số phép đo cự ly thực chất sai số đo tốc độ đo tốc độ trung bình sóng điện từ truyền không gian Hiện người ta đo tốc độ truyền sóng với sai số 10-5 Thực tế ngày nhiệt độ, áp suất khí áp suất riêng nước biến đổi làm thay đổi tốc độ truyền sóng cở 10 -4 Cho nên giới hạn sai số đo cự ly Trong thực tế để đo cự ly người ta sử dụng nhiều phương pháp khác để đo thời gian giữ chậm t r Căn vào phương pháp đo thời gian giữ chậm t r, người ta phân chia phương pháp đo cự ly: đo cự ly phương pháp pha, phương pháp tần số tần số phương pháp xung 2.4.1 Phương pháp đo cự ly pha: cự ly xác đònh hiệu pha sóng phát xạ phản xạ Sơ đồ khối ( hình 2-21) : Máy phát tần số chuẩn Pha kế Máy phát cao tần Máy thu Mục tiêu phản xạ hay máy trả lời HÌNH 2-21 : Đo cự ly phương pháp pha Ta biết sóng điện từ phát xạ từ đài radar tín hiệu phản xạ nhận từ mục tiêu (cả mục tiêu chuyển động mục tiêu cố đònh) khác pha, khác biệt pha phụ thuộc vào cự ly mục tiêu so với đài, để đo cự ly mục tiêu, đài radar dùng pha kế để so sánh độ lệch pha dao động chuẩn tín hiệu phát xạ pha tín hiệu phản xạ để tính cự ly mục tiêu Trong phương pháp việc đo cự ly mục tiêu tương ứng với việc đo độ dòch pha ϕr = ωc × tr dao động tín hiệu nhận so với dao động máy phát tần số chuẩn ωc Ta có : Dao động máy phát tần số chuẩn : U1 = Um1sin [ωct + ϕc ] ( 2-64 ) Dao động tín hiệu nhận : U2 = Um2sin[ωc.(t-tr )+ ϕc - ϕpx - ϕt ] ( 2-65 ) : ϕc - Pha ban đầu dao động chuẩn ϕt - Dòch pha mạch đài radar ϕpx - Dòch pha dao động chuẩn mạch máy trả lời hay phản xạ mục tiêu Hiệu pha dao động U1, U2 : ϕh = [ωct + ϕc ]- [ωc.(t-tr )+ ϕc - ϕpx - ϕt ] ⇒ ϕh = ωctr + ϕpx + ϕt ( 2-66 ) ϕ − ϕ px − ϕ t Từ : t r = h ( 2-67 ) ωc 2r mà: t r = c 2r ϕ h − ϕ px − ϕ t ⇒ = ωc c c(ϕ h − ϕ px − ϕ t ) ( 2-68 ) 2ω c Vậy theo công thức ta thấy biết độ dòch pha tín hiệu phản xạ ϕpx độ dòch pha mạch đài radar tính cự ly mục tiêu dùng pha kế để đo hiệu pha ϕh Còn máy phát tần số chuẩn máy phát chủ yếu tần số mang hay điều chế Mặt khác độ xác đo cự ly phụ thuộc vào tần số dao động chuẩn nên giảm tần số chuẩn ωc độ xác đo cự ly giảm (sai số pha kế giữ nguyên) Vì hệ thống pha người ta thường dùng vài tần số chuẩn, tức dùng phương pháp nhiều thang để thay đổi tần số chuẩn cho phù hợp Nghóa thay đổi tần số chuẩn ta tần số hiệu khác nhau, làm cho việc đo cự ly có nhiều kết nên cự ly : r= dẫn đến xác suất đo xác hơn, ưu điểm việc đo cự ly phương pháp pha Nhược điểm phương pháp pha: Hệ thống đo cự ly phương pháp pha dùng xạ sóng điện từ liên tục nên sóng phản xạ trở liên tục, tín hiệu mục tiêu cự ly khác phản xạ trở chồng lên tạo nên đầu vào máy thu tín hiệu tổng hợp phức tạp tách riêng thành tín hiệu riêng rẽ (trừ trường hợp có mục tiêu mà biên độ tín hiệu phản xạ trở đầu vào máy thu đài radar lớn hẳn tín hiệu phản xạ khác) nên phân biệt mục tiêu theo cự ly Do để khắc phục nhược điểm này, phương pháp pha để phân biệt tín hiệu mục tiêu di động so với đài người ta dựa vào hiệu ứng doppler, lúc tần số tín hiệu nhận khác với tần số sóng xạ lượng dòch tần doppler, độ dòch tần mục tiêu chuyển động so với đài gây tỷ lệ với tốc độ mục tiêu (theo công thức 1-7), nên với mục tiêu có tốc độ khác lượng dòch tần doppler khác nhau, điều ứng dụng để phân biệt mục tiêu chuyển động so với đài radar phương pháp pha Còn để phân biệt mục tiêu không chuyển động người ta dùng phương pháp điều chế manip tần số pha, nhiên phương pháp nhược điểm hệ thống đo cự ly phương pháp pha 2.4.2 Phương pháp đo cự ly tần số : Cũng tương tự đo cự ly mục tiêu phương pháp pha, phương pháp tần số để xác đònh cự ly mục tiêu đài radar phát xạ không gian sóng điện từ cách liên tục tần số điều chế máy phát, lúc mục tiêu di động thay đổi tần số sóng phát xạ sóng phản xạ độ dòch tần doppler có thêm thay đổi tần số điều chế trước nên làm tăng khả phân biệt cự ly mục tiêu di động, loại mục tiêu không di động có khác tần số sóng phát xạ sóng phản xạ nhờ điều tần nên phân biệt cự ly mục tiêu khác nhau, mà có khác tần số nên sóng tới mục tiêu sóng phản xạ từ mục tiêu gặp quỹ đạo truyền gây nên tượng tần số phách, việc đo cự ly xác đònh với tần số phách, tần số tạo sóng phản xạ tác dụng với sóng phát xạ Vì để xác đònh cự ly phương pháp cần phải đo lượng thay đổi tần số dao động xạ sau thời gian sóng truyền tới mục tiêu phản xạ ngược lại Nếu tần số f thay đổi liên tục theo quy luật tuyến tính với tốc độ γ df với: γ = dt biến thiên tần số dao động xạ ∆f sau thời gian 2r lan truyền tín hiệu t r = : c c × Δf 2r ∆f = γ tr = γ ⇒ r= ( 2-69 ) 2γ c Do hiệu tần số dao động xạ dao động nhận F r = ∆f nên ta xác đònh cự ly mục tiêu : c × Fr r= ( 2-70 ) 2γ Tuy nhiên thực tế ta điều tần tuyến tính liên tục nghóa điều chế tần số tăng liên tục giảm liên tục mà điều tần theo quy luật tuần hoàn Trong thực tế người ta thường áp dụng dạng điều chế: điều chế hình cưa điều chế hình sin để đo cự ly mục tiêu phương pháp điều tần * Ta xét nguyên tắc hoạt động hệ thống đo cự ly theo phương pháp tần số trường hợp điều tần dạng cưa đối xứng , theo sơ đồ khối (hình 2-22): Bộ điều chế tần số Chỉ thò Tần kế KĐ tần số phách Máy phát cao tần Mục tiêu KĐ cao tần tách sóng Để đơn giản ta xét trường hợp mục tiêu không chuyển HÌNH 2-22 động so với đài radar, lúc có thay đổi tần số sóng tới sóng phản xạ từ mục tiêu việc điều chế tần số (trong trường hợp điều chế tần số theo dạng cưa tuần hoàn theo chu kỳ T m ) thay đổi tần số hiệu ứng doppler Ta có giản đồ thời gian sóng tới sóng phản xạ từ mục tiêu không di động cự ly r thời gian giữ chậm t r sau ( hình 2-23): f fph ftt tr fpx ∆fm f1 tr /f/ Tm t t Trong hình vẽ ta thấy sóng xạ từ đài radar đến mục HÌNH 2-23 tiêu (gọi tín hiệu trực tiếp f tt ) biến thiên theo quy luật tuần hoàn với tốc độ biến thiên γ , nên ta : ftt = f1 + γ t T với : nTm ≤ t ≤ nTm + m n số nguyên , không âm Như theo quy luật biến đổi tần số tín hiệu phản xạ : fpx= f1 + γ (t - tr ) ( 2-71 ) Hiệu hai tín hiệu : trực tiếp phản xạ : fh = ftt - fpx = f1 + γ t - [f1 + γ (t - tr )] = γ tr ( 2-72 ) Như cần đo fh ta biết t r từ suy cf cự ly mục tiêu r : r = h ( 2-73 ) 2γ Mà hiệu hai tần số sóng phát xạ từ anten đài radar sóng phản xạ từ mục tiêu tần số phách tạo T nên hai sóng Ta thấy đoạn nTm + m ≤ t ≤ ( n + 1) Tm hiệu hai tần số có giá trò âm f h lấy theo giá trò tuyệt đối nên hiệu có giá trò dương tần số phách Fph Do cần đo tần số phách xác đònh cự ly mục tiêu r theo công thức : cF cf h ph r= = 2γ 2γ ( 2-74 ) Tm tần số tín hiệu biến thiên , tốc độ biến thiên tần số đoạn Mặt khác thời điểm giá trò ∆fm : Δf 2Δ f m γ= m = T Tm m ( 2-75 ) Cuối ta công thức tính cự ly mục tiêu phương pháp điều tần dạng cưa đối xứng tuần hoàn : cTm r= F ( 2-76 ) 4Δ f m ph Tm- chu kỳ lặp lại xung cưa ∆fm- Độ lệch tần Fph- Tần số phách hai tín hiệu Trong trường hợp F ph = fh * Ta xét nguyên tắc hoạt động hệ thống đo cự ly theo phương pháp tần số trường hợp điều tần dạng hình sin: Trong trường hợp xung phát xạ từ đài radar điều chế tần số theo dạng hình sin sóng điện từ phát không gian cách liên tục, sóng phản xạ từ mục tiêu có dạng điều tần hình sin có độ dòch tần so với tần số phát ∆fm Ta có giản đồ thời gian sóng tới f sóng phản xạ sau (hình 2-24) : fpx f0 ftt tr f Tm ∆f m t /fh/ Fp h0 t HÌNH 2-24 Như phương pháp đo cự ly mục tiêu cách điều chế tần số tín hiệu phát theo dạng hình sin có tần số góc Ωm , tần số sóng xạ từ đài radar (còn gọi tín hiệu trực tiếp) có dạng : f f tt = f + m cos Ω m t ( 2-77 ) Trong : f0 - Giá trò tần số trung bình Ωm = 2fm - tần số góc điều chế Nếu mục tiêu không di động tín hiệu phản xạ từ mục tiêu phương pháp có dạng : f fpx = f + m cos Ω m (t - t r ) ( 2-78 ) Giá trò tuyệt đối tín hiệu trực tiếp tín hiệu phản xạ : Δf /f h / = / m [cosΩ m t − cosΩ m (t − t r )]/ Ω t t Δf = / m × 2[sin m r sinΩ m (t - r )]/ 2 Ω t t = /∆f msin m r sinΩ m (t - r )/ 2 mà : Fph = / fh / , nên : Ω t t ( 2-79 ) Fph = /∆f msin m r sinΩ m (t - r )/ 2 Qua công thức (2-79) ta có nhận xét t r không đổi, tức cự ly đài radar mục tiêu không thay đổi hay nói cách khác mục tiêu không chuyển động so với đài radar tần số phách tín hiệu trường hợp sử dụng phương pháp điều tần hình sin thay đổi theo quy luật dao động hình sin Người ta tìm giá trò trung bình tần số phách : Δf m ω t Fph = sin m r ( 2-80 ) π cTm mà : r = Δf Fph ( 2-81 ) m với fph = /fh / ∆fm - độ dòch tần (hay độ lệch tần) Nên ta thấy cự ly r phụ thuộc vào độ lệch tần ∆fm, muốn xác đònh cự ly mục tiêu ta cần sử dụng tần số kế để đo tần số phách tín hiệu Qua hai công thức (2-80) (2-81) ta thấy muốn giảm sai số đo cự ly (hay tăng cự ly phát mục tiêu) cần phải tăng độ lệch tần ∆fm Ngoài hệ thống có sai số : tần kế không xác, độ lệch tần tần số điều chế không ổn đònh, ảnh hưởng điều biên ký sinh, hiệu ứng doppler mục tiêu chuyển động Do điều kiện mà cự ly mục tiêu đo không hoàn toàn xác mà có sai số cho phép đònh Ví dụ : Nếu đo cự ly mục tiêu mà mục tiêu di chuyển so với đài radar thi tính cự ly ta phải tính đến hiệu ứng doppler Giả sử trường hợp đo cự ly mục tiêu chuyển động phương pháp điều tần hình sin tần số tín hiệu phản xạ : 2v  Δf   / f px = f + m cosΩ m ( t − t r ) 1 ± xt  ( 2-82 ) c    Hiệu tín hiệu trực tiếp tín hiệu phản xạ : t t Δf   2v / f h/ = f tt − f px = −Δf m sin(Ω m r )sinΩ m (t − r ) ± f + m cosΩ m (t − t r  xt 2   c ( 2-83 ) Gọi Tm chu kỳ dao động tín hiệu trực tiếp tần số dao động tín hiệu Fm Nếu phần lớn chu kỳ điều chế mà /f/h/ >> Fm ta coi F/ph = / f/h / , tức tần số phách hiệu hai tần số tín hiệu trực tiếp tín hiệu phản xạ điều kiện mục tiêu chuyển động Vậy : t t Δf   2v ' Fph = / Δf m sin(Ω m r )sinΩ m (t − r ) ± f + m cosΩ m (t − t r ) xt / 2   c ( 2-84 ) Trong công thức (2-84) ta thấy tổng hai số hạng, số hạng thứ Fph tần số phách tín hiệu mục tiêu không chuyển động : t t Fph = Δf m sin(Ω m r )sinΩ m (t − r ) ( 2-85 ) 2 Còn thành phần thứ hai tần số sinh hiệu ứng doppler mục tiêu chuyển động : Δf   2v Fr = f + m cosΩ m (t − t r ) xt ( 2-86 )   c Δf Thông thường : f >> m , nên : 2v xt Fr ≈ [f ] = Fd ( 2-87 ) c Vậy : F'ph = / Fph ± Fd / ( 2-88 ) Qua ta thấy tần số phách mục tiêu chuyển động sai lệch với tần số phách mục tiêu đứng yên lượng tần số doppler Ta có giản đổ thời gian tín hiệu mục tiêu chuyển động hai trường hợp điều tần hình cưa hình sin sau (hình 2-25) (hình 2-26): f f Fd ftt f'px' f px Fr t /fh// /f h F1 F2 f t HÌNH 2-25 : Giản đồ thời gian hình cưa t HÌNH 2-26 Giản đồ thời gian Trên đâyhình ta sin xét trường hợp, đầu vào máy thu tín hiệu trực tiếp có tín hiệu phản xạ từ mục tiêu Trường hợp áp dụng máy đo cao phục vụ cho máy bay hạ cánh Đo độ cao máy bay phương pháp tần số tương đối đơn giản, trường hợp có mục tiêu phản xạ đứng yên mặt đất, ta chọn quy luật sóng không thay đổi đo cự ly khác Mặt khác tỷ lệ xích tăng nhiều nên độ xác đo cự ly cao Khuyết điểm phương pháp sóng quan sát phần toàn cự ly hoạt động đài Khi muốn quan sát toàn cự ly hoạt động đài sóng lúc, đồng thời nâng cao độ xác đọc cự ly, cần tăng phần nhỏ tỷ lệ xích đường quét mà xuất mục tiêu cần đo cự ly 2.5 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO CỰ LY 2.5.1 Phương pháp pha : Phương pháp pha phương pháp so sánh pha dao động tín hiệu phát xạ với pha dao động tín hiệu phản xạ trở từ mục tiêu, nhờ chênh lệch pha dao động hai tín hiệu mà ta xác đònh cự ly mục tiêu Ưu điểm : Chủ yếu đo cự ly nhỏ với độ xác cao Khuyết điểm : Khó thực việc quan sát có nhiều mục tiêu cần quan sát kết cấu phức tạp Do phương pháp dùng radar 2.5.2 phương pháp tần số : Phương pháp tần số phương pháp dựa vào lượng thay đổi tần số dao động tín hiệu phát xạ dao động tín hiệu phản xạ từ mục tiêu mà xác đònh cự ly mục tiêu Ưu điểm : Đo cự ly nhỏ, độ xác cao phương pháp xung, đo mục tiêu kết cấu đơn giản Khuyết điểm: Khó quan sát đo nhiều mục tiêu lúc Nếu tìm cách đo nhiều mục tiêu lúc kết cấu phức tạp Phương pháp dùng nhiều đài radar đo độ cao máy bay hạ cánh kết cấu radar đơn giản lại đo độ cao nhỏ điều kiện thời tiết phức tạp 2.5.3 Phương pháp xung : Trong phương pháp xung, để xác đònh cự ly mục tiêu cần phải dựa vào yếu tố: Độ rộng xung, dãi thông tần máy thu, đường kính tia quét sóng Ưu điểm: Đo nhiều mục tiêu lúc, cấu tạo tương đối đơn giản dễ chấp nhận Khuyết điểm: Độ xác, khả phân biệt cự ly cự ly cực tiểu phương pháp tần số Nhưng so với nhiệm vụ tiêu đảm bảo yêu cầu thực tế nên phương pháp xung sử dụng rộng rãi đài radar 2.6 PHƯƠNG PHÁP ĐO TỐC ĐỘ XUYÊN TÂM TRONG RADAR XUNG Khi mục tiêu chuyển động hướng đài hay xa đài radar, hay gọi mục tiêu chuyển động so với đài radar, xuất tốc độ mục tiêu tốc độ gọi tốc độ xuyên tâm mục tiêu Theo công thức (1-7) phần (1.5) ta tìm được: F ×λ (2-100 ) v xt = d Vậy sở để đo tốc độ xuyên tâm đo độ dòch tần Doppler tín hiệu phản xạ Sơ đồ khối đơn giản đo độ dòch tần Doppler (hình 2-44): MÁY PHÁT CAO TẦN f0 f0+fđ CHỈ THỊ Fd ( Vxt ) KHYẾCH ĐẠI Fd TÁCH TRỘN SÓNG ĐƯỜNG Máy phát cao tần có tầnBAO số f tạo dao động liên tục xạ vào không gian, mộtHÌNH phần 2-44nhỏ lượng phát xạ đưa vào trộn tín hiệu máy thu đài, tín hiệu chuẩn máy phát cao tần có tín hiệu phản xạ từ mục tiêu, đầu trộn, tín hiệu có tần số f có tần số doppler fd sau qua hệ thống xử lý, đầu cuối đo tốc độ xuyên tâm mục tiêu Nghóa tần số tín hiệu phản xạ từ mục tiêu di động so với đài radar khác với f lượng tần số doppler Fđ, lệch pha lượng ϕ Giả sử tín hiệu xạ từ anten đài radar có dạng : ump = Umpcos[2πf0 t + ϕmp ] ( 2-101 ) Thì tín hiệu thu đầu vào trộn viết dạng : u = U0cos[2π(f0 + fđ )t + ϕ ] ( 2-102 ) Dao động nhận trộn với dao động máy phát ump = Umpcos[2πf0 t + ϕmp ] ( 2-103 ) Ở đầu trộn phát sinh dao động có tần số doppler Hình bao dao động cao tần (tần số phách) tách nhờ tách sóng biên độ Sau dao động tần số F đ khuếch đại đưa vào thò (đo tần số) Thang đo dược khắc độ trực tốc độ xuyên tâm mục tiêu F ×λ v xt = d Ưu điểm phương pháp : thiết bò đơn giản, tần số máy phát thay đổi chậm ảnh hưởng đến độ xác Khuyết điểm phương pháp cần xạ liên tục Quan trọng thời gian ngắn tín hiệu tới mục tiêu quay trở lại tần số máy phát cần ổn đònh , có nhiều mục tiêu tín hiệu phản xạ gây nhiễu lẫn (ở đầu trộn có nhiều tần số) 2.7 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA RADAR XUNG : Sau phân tích ưu - khuyết điểm cách khắc phục khuyết điểm nguyên tắc đo tham số mục tiêu phương pháp khác phương pháp pha, phương pháp điều tần radar xung phát triển sử dụng nhiều nhất, giáo trình ta nghiên cứu radar xung, hệ thống radar điều chế pha radar điều chế tần số sử dụng tốt phạm vi đó, sử dụng nên ta không đề cập tới giáo trình Phần ta xem xét kỹ nguyên tắc hoạt động để đo đạc tham số mục tiêu radar điều chế dạng xung, qua ta thấy radar xung đo đạc tốt tham số mục tiêu dù mục tiêu lớn hay nhỏ, di động hay đứng yên so với đài radar Vì loại radar sử dụng nhiều nghành hàng không Trong hệ thống radar xung thời gian máy phát hoạt động ngắn thời gian thu tín hiệu phản xạ, máy phát mở khoảng thời gian ngắn lúc có xung truyền đến anten xạ không gian tự do, xung đến chạm vào mục tiêu nơi xảy tượng tán xạ có phần nhỏ lượng xung phản xạ trở anten máy thu đài radar, không kể đến tác động môi trường xung phản xạ có hình dạng giống xung phát xạ, thay đổi so với xung phát xạ tần số pha (đối với mục tiêu chuyển động), thay đổi pha (đối với mục tiêu cố đònh), xác đònh khoảng thời gian từ lúc xung xạ khỏi đài xung phản xạ trở đài biết cự ly hay khoảng cách từ đài radar đến mục tiêu cho dù mục tiêu di động hay đứng yên so với đài radar Nếu mục tiêu di động so với đài radar (hướng xa đài hay vào gần đài) tần số xung phản xạ thay đổi so với tần số xung xạ từ đài radar, tức thêm độ dòch tần doppler (do hiệu ứng doppler), ta biết ưu điểm radar xạ xung dùng chung anten có tính đònh hướng cao cho hai hệ thống phát hệ thống thu Nhờ tính đònh hướng cao cánh sóng anten mà xác đònh xác toạ độ góc mục tiêu góc tà (elevation)và góc phương vò (azimuth) Từ phầnHÌNH trở ta nghiên cứu hệ thống radar 2-45: Radar xạ xung xung dùng nghành hàng không nên đơn vò đo thuật ngữ dùng theo quy ước chung nghành hàng không Trên hình vẽ (hình 2-45) ta thấy xung sóng điện từ phát vào không gian tự với vận tốc với vận tốc ánh sáng, Tín hiệu phản xạ từ mục tiêu sau đến anten đưa qua hệ thống máy thu để xử lý tín hiệu, cuối Hệ thống Chuyển Hệ thống đưa đến dụng cụ đo cự ly phương vò, dụng cụ phát mạch thu anten ống phóng tia điện tử, tín hiệu nhận hiển thò (Transmitter) phát (Antenna) huỳnh quang ống (còn gọi (Switch T-R) sóng), sóng có vạch dấu cự ly phương vò, vạch dấu tạo điểm dấu điện tử khí, dựa điểm dấu Điềuthước chế Hệvào thống Đánh dấu mà có mục (Modulator) thu vò trí tiêu hiển thò sóng xác đònh tham (Receiver) liệu số mục tiêu (Position data) 2.7.1 Nguyên tắc hoạt động sơ đồ khối hệ thống radar xung đơn giản : Đồng Hệ thống (Timer or hiển thò Sơ đồ khối hệ thống radar xung (pulse radar)(Hình 2-46) synchronizer) (Indicator) HÌNH 2-46 Nguyên tắc hoạt động hệ thống radar xung đơn giống nguyên tắc hoạt động loại radar chủ động nói chung Khối đồng tạo xung theo chu kỳ đònh để khởi động toàn hoạt động hệ thống radar lúc, Các xung đồng đưa đến máy phát xung nhọn, độ rộng xung nhỏ, biên độ xung đủ lớn để kích thích hoạt động hệ thống đài radar Sườn trước xung phát trùng với xung đồng điều chế theo yêu cầu nhiệm vụ đài radar, đồng thời xung đồng đưa đến tạo điểm đầu sườn trước xung rọi sáng, tức tạo nên điểm đầu tia quét đèn sóng, lúc hướng tia quét trùng với hướng anten phát, thông thường đài radar hệ thống phát thu sử dụng chung anten, xung điều chế có biên độ vào độ rộng phù hợp đưa vào lưới điều khiển đèn phát, radar có hai kiểu hệ thống phát chủ yếu : kiểu thứ thiết bò phát dùng dao động công suất lớn tự kích (như đèn manhêtơrông MAGNETRON), kiểu thứ hai dao động tạo từ dao động ổn đònh công suất nhỏ, khuếch đại tới mức công suất yêu cầu nhờ đèn khuếch đại công suất lớn, từ máy phát cao tần đưa đến anten xạ không gian thành tín hiệu RF (RADIO FREQUENCY) có công suất lớn khoảng 0,5 megawatt (MW) đến megawatt (MW) với tần số cực ngắn khoảng thời gian ngắn, sau máy phát ngừng hoạt động, lúc xung phát xạ gặp mục tiêu tín hiệu phản xạ từ mục tiêu đến anten đưa vào máy thu qua hệ thống anten này, để công suất xung phát xạ không lọt vào máy thu để tín hiệu phản xạ trở không vào hệ thống phát, hệ thống hoạt động đài radar có thêm chuyển mạch anten (bộ phân mạch đònh hướng), Tín hiệu thu sau qua máy thu đưa đến hệ thống sóng để đo tham số Sau khoảng thời gian đủ lớn, xung đồng tạo trình hoạt động đài radar lặp lại trước Cứ hệ thống hoạt động liên tục theo chu kỳ 2.7.2 Các tham số đặc trưng radar xung Các tham số đặc trưng radar xung : Công suất xung , công suất trung bình , tần số hay chu kỳ lặp lại xung phát, độ rộng dạng xung 2.7.2.1 Công suất xung công suất trung bình : Công suất xung công suất phát xạ trung bình thời gian τx Công suất phát xạ tham số quan trọng đài radar đònh yêu cầu độ bền điện tuyến cao tần máy phát ảnh hưởng đến cự ly hoạt động đài radar Do công suất xung có giá trò giới hạn Nếu xung có dạng công suất xung P x tính theo công thức sau : τx Px = P(t)dt ( 2-104 ) τ x 0∫ P(t)- Công suat tức thời xung Công suất trung bình giá trò trung bình công suất chu kỳ lặp lại Công suất xung công suất trung bình có quan hệ sau : P ×τ Ptb = x x = k ld × Px ( 2-105 ) Tl τ k ld = x ( 2-106 ) Tl klđ - Hệ số lắp đầy klđ = 0,02÷ 0,005 Độ rộng xung thường nhỏ chu kỳ lặp lại nên công suất xung lớn công suất trung bình tương đối nhỏ Đó ưu điểm phương pháp xung: hệ thống phát hệ thống nguồn tương đối gọn Công suất xung từ vài kw đến vài Mw tùy theo Pmaxnhiệm vụ đài P Ví xdụ : τx Tl HÌNH 2-47 Nếu Px = 60kw , τx = 0,5µs , Tl = 1000µs Ptb = 30w 2.7.2.2 Tần số hay chu kỳ lặp lại xung phát : Tần số hay chu kỳ lặp lại xung phát tham số quan trọng đài radar Nó ảnh hưởng đến chất lượng tiêu kinh tế đài Về quan điểm lượng cho công suất xung độ rộng xung, ta chọn tần số lặp lại nhỏ để giảm công suất trung bình : P ×τ Ptb = x x = Px × τ x × Fl ( 2-107 ) Tl Chọn Fl phải đảm bảo đo đơn trò cự ly phạm vi cần đo tức bảo đảm máy phát phát xung sau máy thu nhận tín hiệu phản xạ từ mục tiêu cự ly hoạt động lớn đài, Do có giới hạn F max Nhưng Fl phải chọn đủ lớn cho lần cánh sóng quét qua mục tiêu phải có đủ số xung cần thiết (ít nhất) N xmin dùng để tích lũy đủ mức phát hiện, có đủ độ xác tin cậy phát mục tiêu Thông thường, qua thực tế người ta thấy Nxmin= 5÷ 25 đủ đáp ứng yêu cầu tiêu phát đài radar Do có giới hạn F Vậy : Fmin ≤ Fl ≤ Fmax Hiện đài đa thường có F l = 50 ÷ 10.000 Hz 2.7.2.3 Độ rộng hình dạng xung : Độ rộng xung yếu tố đònh khả phân biệt cự ly cự ly cực tiểu đài Độ rộng xung nhỏ khả phân biệt cự ly cao cự ly cực tiểu nhỏ Tuy nhiên τx nhỏ phổ lại lớn, đòi hỏi dải thông máy thu phải rộng, công suất ngưỡng máy thu tăng điều làm giảm cự ly hoạt động đài (khi công suất xung chọn trước) Hình dạng xung ảnh hưởng đến khả phân biệt cự ly độ xác đo cự ly, sườn trước xung dốc độ xác đo cự ly cao, khả phân biệt cự ly tốt Nhưng sườn trước dốc, dải thông máy thu phải rộng, công suất ngưỡng máy thu tăng, cự ly hoạt động đài giảm, cấu hệ thống phức tạp Đối với đèn magnetron, sườn trước xung dốc xung tạo không ổn đònh Do chọn độ rộng hình dạng xung phải dựa vào yêu cầu nhiệm vụ đài Nếu cần độ xác khả phân biệt cự ly cao, cự ly cực tiểu nhỏ cần chọn xung vuông hẹp có sườn trước dốc Nếu cần cự ly hoạt động đài lớn tốt phải chọn xung có độ rộng lớn Thông thường τx =(0,05 ÷ 30)µs Trong đa số xung có τx