Nguyên lý hoạt động của radar trong hệ thống VTS

Tính cấp thiết của hệ thống VTS Hệ thống quản lý giao thông tàu biển tại Cảng Hải Phòng có tầm quan trọng đặc biệt trong việc quản lý, giám sát, bảo đảm hàng hải trong khu vực Hải Phòn

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ từ

phía nhà trường, khoa, thầy cô và bạn bè trong lớp Tất cả đã tạo điều kiện tốt nhất để em có thể thực hiện đồ án này

Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy giáo hướng dẫn Th.S Nguyễn Ngọc Sơn đã hướng dẫn em rất tận tình Thầy luôn giúp đỡ em

trong quá trình làm đồ án Nhờ vậy em mới có thể hiểu thêm về các vấn đề khó trong hệ thống VTS Nhờ đó em mới có thể hoàn thành được đồ án này

Do hiểu biết còn ít nên đồ án của em còn nhiều thiếu sót Kính mong thầy cô thông cảm

Hải Phòng, ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực hiện

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan:

1 Những nội dung được viết trong đồ án là do chính tay em thực hiện dưới

sự hướng dẫn trực tiếp của thầy giáo Th.S Nguyễn Ngọc Sơn

2 Mọi tài liệu tham khảo được trích dẫn rõ ràng về tên tác giả, tên công trình và thời gian công bố

Sinh viên

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

PHẦN MỞ ĐẦU i

CHƯƠNG 1: TổNG QUAN Về Hệ THốNG VTS VÀ CảNG HảI PHÒNG 1

1.1 Sự phát triển của Cảng Hải Phòng và tính cấp thiết của hệ thống VTS 1

1.1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của Cảng Hải Phòng 1

1.1.2 Tính cấp thiết của hệ thống VTS 3

1.2 Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống VTS 4

1.2.1 Khái niệm về hệ thống VTS 4

1.2.2 Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống VTS 5

1.2.3 Các dịch vụ được cung cấp bởi hệ thống VTS 6

1.2.4 Ứng dụng của hệ thống VTS 8

1.3 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống 10

1.3.1 Cấu hình toàn bộ hệ thống 10

1.3.2 Mô tả hệ thống VTS 11

1.3.3 Cấu trúc của hệ thống VTS tại Hải Phòng 12

1.3.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống 13

1.3.5 Đánh giá ưu, nhược điểm của hệ thống VTS tại Hải Phòng 13

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOạT ĐộNG CủA RADAR TRONG Hệ THốNG VTS 15

2.1 Khái niệm chung 15

2.2 Nguyên lý hoạt động của radar 15

2.2.1 Xung điện 17

2.2.2 Nguyên lý phát xung trong radar 18

2.2.3 Cơ cấu hiện thị ảnh của radar 19

2.2.4 Nguyên lý đo khoảng cách 19

2.2.5 Nguyên lý đo góc 21

2 3 Đánh giá tầm quan trọng của radar trong hệ thống VTS 22

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ĐIềU KHIểN CÔNG SUấT CủA RADAR TRONG Hệ THốNG VTS 24

3.1 Giới thiệu về radar SCANTER 5102 24

3.1.1 Giới thiệu chung về radar SCANTER 5102 24

3.1.2 Khả năng theo dõi mục tiêu của radar SCANTER 5102 27

3.2 Phân tích điều khiển công suất của radar trong hệ thống VTS 28

3.2.1 Mô tả chức năng 29

3.2.2 Các chức năng của phần mềm 32

3.3.3 Bộ khuếch đại công suất bằng bán dẫn ( SSPA) 32

3.3.4 Sự suy giảm của bộ khuếch đại công suất 34

3.3.5 Nén xung 35

3.3.6 Công suất truyền giới hạn 38

3.3.7 Kiểm soát và sử dụng radar 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 42

NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

ĐÁNH GIÁ CỦA NGƯỜI PHẢN BIỆN

MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN

AIS Automatic Identification System - Hệ thống tự động nhận dạng

BITE Built In Test Equipment - Hệ thống kiểm tra cài đặt thiết bị

IP Internet Protocol - Giao thức mạng internet

CSS Coastal Surveillance Service - Dịch vụ giám sát bờ biển

VTS Vessel Traffic Service - Hệ thống kiểm soát lưu thông tàu biển

FD Frequency Diversity - Đa dạng về tần số

TD Time Diversity - Đa dạng về thời gian

MTI Moving Target Indicator - Mục tiêu di dộng

LAN Local Area Network - Mạng nội bộ

WAN Wide Area Network - Mạng diện rộng

SSPA Solid State Power Amplifier - Bộ khuếch đại công suất bằng bán dẫn CP(4) Common Platform (Board)

PC Personal Computer - máy tính cá nhân

LAN Low noise amplifers - Bộ khuếch đại tập âm thấp

PA Power Amplifier - Bộ khuếch đại công suất

PSLR Peak Sidelobe Level Ratio – Đỉnh mức sóng phụ so với mức sóng cạnh

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

1.1 Cảng Hải Phòng những ngày đầu thành lập 2

1.3 Một số ứng dụng quan trọng của hệ thống VTS 9

1.4 Cấu hình thiết bị vô tuyến cơ bản trong hệ thống kiểm soát

1.5 Sơ đồ hệ thống VTS cho Cảng Hải Phòng 12 2.1 Sơ đồ khối trạm của một tram radar 16

2.3 Nguyên lý hoạt động của radar phát xung 18 2.4 Nguyên lý xác định khoảng cách mục tiêu 20

3.1 Hình ảnh hiện thị trên radar SCANTER 5102 24

3.3 Sơ đồ thành phần hệ thống radar SCANTER 5102 26

3.4 Giao diện, khai thác mục tiêu, theo dõi mục tiêu của radar

3.5 Modun chế biến xung của radar SCANTER 5102 29

3.7 Cấu tạo bên trong máy thu phát trong hệ thống radar

3.8 Phạm vi hoạt động với công suất tiêu thụ nguồn 35 3.9 Mô hình giản lƣợc của nguyên tắc nén xung 36 3.10 Phác họa nguyên tắc trình tự truyền 37 3.11 Hình ảnh trên radar truyền thống và radar SCANTER 5102 38 3.12 Sử dụng công suất truyền giới hạn 39

PHẦN MỞ ĐẦU

Trong quá trình hội nhập và phát triển của đất nước Cảng đóng vai trò vô cùng quan trọng Cảng là đầu mối giao thông trên biển, là nơi vận chuyển và lưu thông hàng hóa

Vì vậy nhiều Cảng mới đã được nhà nước và các doanh nghiệp đầu tư mạnh

mẽ xây dựng Có nhiều hệ thống quản lý khai thác Cảng đã được ứng dụng và một trong số đó là hệ thống lưu thông tàu trên biển (VESSEL TRAFFIC SERVICE – VTS ) được ứng dụng rộng nhất

Radar là một trong những bộ phận không thể thiếu được trong hệ thống VTS Sau đây em xin trình bày những hiểu biết của em về rađar trong hệ thống VTS Đồ án của em gồm 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống VTS và Cảng Hải Phòng

Chương 2: Nguyên lý hoạt động của radar trong hệ thống VTS

Chương 3: Phân tích điều khiển công suất radar trong hệ thống VTS

CHƯƠNG 1:

TổNG QUAN Về Hệ THốNG VTS VÀ CảNG HảI PHÒNG

1.1 Sự phát triển của Cảng Hải Phòng và tính cấp thiết của hệ thống VTS

1.1.1 Lịch sử ra đời và phát triển của Cảng Hải Phòng

Trước cách mạng tháng 8 và trong các cuộc kháng chiến chống quân Pháp xâm lược Cảng đóng vai trò vô cùng quan trọng là đầu mối giao thông như vận chuyển thực phẩm, vũ khí, đạn dược hoặc là nơi đưa đón cán bộ về nước để lãnh đạo kháng chiến

Trong cuộc kháng chiến chống Mỹ Cảng là nơi vô cùng quan trọng để vận

chuyển hàng hóa lương thực để tiếp viện cho miền nam

Sau ngày giải phóng Hải Phòng Cảng Hải Phòng và nhân dân thành phố đã

bắt tay vào xây dựng kinh tế sau chiến tranh Được sự giúp đỡ của một số nước bạn hệ thống cầu Cảng đã được xây dựng thành công và có thể đón những loại

tàu lớn và rất nhiều xe vận tải các loại

Ngày 11/3/1993 bộ Giao Thông Vận Tải đã ra quyết định 367/TCCB-LDD

về việc thành lập Cảng Hải Phòng Với sự phát triển không ngừng của nền kinh

tế thời hiên đại, Cảng cũng phải tự đổi mới mình để phù hợp, do đó đã thành lập

ra rất nhiêu xí nghiệp xếp dỡ, xí nghiệp hàng rời vvv

Cảng đã chú trọng đầu tư vào các khu vực trọng điểm và tổ chức khai thác tối đa những gì mình hiện có Cảng đã tiến hành đầu tư, nâng cấp nhiều kho hành, bến bãi nên ngày càng thu hút được nhiều hàng hóa lưu thông qua Cảng

Từ năm 1997 Cảng đã chú trọng và triển khai nâng cấp, cải tạo Cảng Hải Phòng theo quyết định số 492/TTG của thủ tướng chính phủ với tổng số vốn 40.000.000 USD bằng nguồn vốn ODA của Nhật Bản

Hiện nay với hệ thống cầu Cảng dài 2600m với tổng diện tích bãi chứa hàng

là 40.000m2 hệ thống kho bãi đầy đủ nên Cảng Hải Phòng được đánh giá là một trong những Cảng hàng đầu ở Việt Nam

1.1.2 Tính cấp thiết của hệ thống VTS

Hệ thống quản lý giao thông tàu biển tại Cảng Hải Phòng có tầm quan trọng

đặc biệt trong việc quản lý, giám sát, bảo đảm hàng hải trong khu vực Hải Phòng Hệ thống VTS còn giúp công tác quản lý điều hành, giám sát số lượng

tàu bè ra vào Cảng dễ dàng hơn

Bảo đảm an toàn hàng hải, trợ giúp quá trình tìm kiếm và cứu nạn tàu có

nguy cơ gặp nạn, hạn chế đến mức thấp nhất tai nạn hàng hải và ô nhiễm môi

trường

Các thủ tục ra vào Cảng được tiến hành nhanh chóng, tiện lợi, giảm thiểu

thời gian đối với các tàu khi cập Cảng

Ngày nay do sự phát triển không ngừng nghỉ của khoa học công nghệ việc

Cảng Hải Phòng đưa hệ thống VTS vào ứng dụng đã tăng tính hấp dẫn, cũng

như khẳng định được vị thế của Cảng trên trường quốc tế

Hỗ trợ kiểm soát, tăng cường việc bảo vệ quốc phòng an ninh cũng như bảo

vệ toàn vẹn lãng thổ trên biển

Khi hệ thống đi vào hoạt động, sẽ giúp ích rất nhiều trong công tác quản lý phương tiện lưu thông trên toàn tuyến luồng, tham gia vào công tác an toàn và cứu nạn trên biển, bảo vệ môi trường

Tại các vị trí điều hành của hệ thống sẽ có được sự liên lạc và hợp tác với tất

cả các phương tiện trong vấn đề bảo đảm an toàn hành hải, quản lý và kiểm soát các thông tin khí tượng thuỷ văn cũng như an toàn và đưa ra được những thông tin chính xác cho hoa tiêu và người điều khiển phương tiện

Hệ thống đưa ra các điểm kiểm soát (Calling point) mà khi các phương tiện thuỷ vượt qua các vị trí này phải báo cáo với các sỹ quan điều hành VTS về hướng di chuyển cũng như tốc độ di chuyển: Việc qui định các điểm cụ thể này giúp cho việc quản lý được dẽ dàng và cập nhật thường xuyên nhằm đưa ra một thông tin chính xác về số lượng và vị trí của các tàu đang tham gia lưu thông trên luồng

Hệ thống cũng giúp cho các nhà quản lý nắm được vết hành trình của các tàu chuyên chở các chất nguy hiểm đang tham gia lưu thông trên luồng giúp cho việc bảo đảm an toàn hành hải tốt hơn và phòng chống được các nguy cơ đâm va

có thể xảy ra gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường

Khi kiểm soát trên tuyến luồng, các sỹ quan điều hành hệ thống khi quan sát trên màn hình chỉ báo thấy có dấu hiệu có thể gây đâm va hay nghi ngờ có thể dẫn đến khả năng đâm va có quyền đưa ra các yêu cầu điều chính hướng và tốc

độ đối với các phương tiện nhằm giảm thiểu và ngăn ngừa khả năng tai nạn xảy

ra

Khi hệ thống đi vào hoạt động thì các phương tiện vận tải đường sông có chiều dài dưới 20m không được tham gia lưu thông trên luồng chính điều này sẽ giúp cho công tác quản lý luồng được hiệu quả hơn

Khi đưa hệ thống vào áp dụng thì một khung pháp lý về hành hải trong vùng nước quản lý của VTS cũng sẽ được áp dụng và phù hợp với luật pháp Hàng hải

Quốc tế cũng như luật Hàng hải Việt Nam

Cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế quốc dân, sự phát triển của ngành hàng hải nói chung và của khu vực Cảng Hải Phòng nói riêng đang có những bước nhảy vọt Điều này được chứng minh qua lượng hàng hoá xuất nhập khẩu trong khu vực Cảng những năm gần đây

Với đặc điểm luồng vào với lưu lượng tàu bè lưu thông trên tuyến là rất lớn

và ngày càng gia tăng cùng với sự điều hành giám sát và quản lý tuyến luồng chủ yếu bằng mắt thường và đơn giản như hiện nay là không đáp ứng nổi, các tai nạn hành hải liên tiếp xảy ra và ngày càng gia tăng gây thiệt hại nghiêm trọng đến tính mạng và tài sản, gây ô nhiễm môi trường

1.2 Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống VTS

1.2.1 Khái niệm về hệ thống VTS

VTS (Vessel Traffic Service)- Hệ thống kiểm soát lưu thông tàu biển là hệ thống dịch vụ ứng dụng công nghệ hiện đại, công nghệ số Hệ thống được lắp đặt trên Cảng hoặc bến tàu, hệ thống này tương tự như hệ thống điều khiển

không lưu cho máy bay trên các vùng trời Hệ thống VTS sử dụng các thiết bị như Radar, Camera giám sát (CCTV), sóng điện trên tần số cực cao VHF và hệ thống nhận dạng tự động (Automatic Identification System -AIS) để theo dõi và bám vết về sự di chuyển của phương tiện và đáp ứng và đảm bảo an toàn hàng hải trên các luồng và vùng biển Bên cạnh đó, hệ thống còn có khả năng cung cấp thông tin ngừng hoạt động của đèn Hải Đăng

1.2.2 Lịch sử ra đời của và phát triển của hệ thống VTS

Ngày 19/8/2015, Bộ Giao thông vận tải, Ủy Ban nhân dân thành phố Hải Phòng, Cục Hàng hải Việt Nam, Cảng vụ hàng hải Hải Phòng tổ chức Lễ khánh thành và gắn biển công trình chào mừng 70 năm Ngày truyền thống Ngành Giao thông vận tải Việt Nam cho Hệ thống quản lý hành hải tàu biển (VTS) luồng Hải Phòng

Phòng theo hình thức BT do Liên danh nhà đầu tư Công ty CP Đầu tư Phát triển Công nghệ Điện tử Viễn thông (Elcom Corp) và Công ty CP Hạ tầng Đông Á thực hiện và hoàn thành sau gần 7 tháng thi công Hệ thống quản lý hành hải tàu biển (VTS) luồng Hải Phòng bao gồm: Trung tâm điều hành tại Cảng vụ hàng hải Hải Phòng, 2 trạm radar và các tuyến viba kết nối giữa các trạm Hệ thống có các tính năng ưu việt của một hệ thống công nghệ cao như: Trợ giúp, hướng dẫn thông báo kịp thời các thông tin về vị trí neo đậu, thông tin về chướng ngại vật, lưu lượng tàu thuyền trên toàn tuyến luồng, đặc biệt trong điều kiện thời tiết xấu, mật độ phương tiện trên luồng cao Trợ giúp công tác đảm bảo an toàn hàng hải,

an ninh hàng hải, phòng chống cháy nổ, bảo vệ môi trường Hỗ trợ điều động tránh va chạm, ngăn ngừa mắc cạn, điều tra tai nạn hàng hải Hỗ trợ công tác tìm kiếm cứu nạn trong khu vực Hỗ trợ các cơ quan hữu quan thực hiện chức năng quản lý Nhà nước tại Cảng biển

Cảng biển Hải Phòng là cửa ngõ thông ra biển của vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc Hệ thống Cảng biển Hải Phòng hiện có 39 doanh nghiệp Cảng quản lý

42 bến Cảng với tổng chiều dài mép bến lên đến hơn 10,5 km Trong những năm

qua, sản lượng hàng hóa và số lượt tàu thuyền thông qua khu vực Cảng biển không ngừng tăng cao, số lượng tàu vận tải cỡ lớn hơn đến và rời khu vực Cảng biển Hải Phòng ngày càng tăng gây áp lực cho công tác quản lý Nhà nước về hàng hải tại Cảng biển

Với việc đưa Hệ thống VTS luồng Hải Phòng vào hoạt động, Cảng vụ hàng hải Hải Phòng có thêm công cụ quản lý hiện đại giúp tăng cường quản lý giám sát các hoạt động hành hải trong khu vực, nâng cao hiệu quả quản lý Nhà nước tại vùng nước Cảng biển, hỗ trợ công tác điều tiết giao thông hàng hải, cung cấp thông tin an toàn cho tàu thuyền giúp thực hiện tốt hơn công tác bảo đảm an toàn hàng hải, an ninh hàng hải và bảo vệ môi trường

1.2.3 Các dịch vụ được cung cấp bởi hệ thống VTS

Dịch vụ thông tin, là dịch vụ đảm bảo rằng các thông tin cần thiết phải sẵn sàng kịp thời để ra các quyết định về lái tàu kịp thời Các thông tin này được cung cấp bằng cách phát quảng bá rộng rãi vào các thời điểm với chu kỳ cố định hoặc theo yêu cầu của tàu thuyền, và có thể bao gồm cả các thông báo về vị trí, nhận dạng và các dự định của tàu khác, thông tin về luồng, thông tin thời tiết, các nguy hiểm, các thông tin có thể ảnh hưởng đến việc quá cảnh của tàu và một

số thông tin cần thiết khác

Dịch vụ tổ chức lưu lượng giao thông, là dịch vụ để ngăn sự phát sinh tình huống lưu thông hàng hải nguy hiểm và cung cấp cho an toàn, di chuyển hiệu của của các tàu thuyền Dịch vụ này liên quan đến quản lý khai thác lưu thông

và chuyển tiếp các thông tin về di chuyển của tàu để ngăn chặn sự tắc nghẽn và tình huống nguy hiểm và có liên quan đến mật độ lưu thông cao hoặc khi sự di chuyển của phương tiện mà ảnh hưởng lớn đế lưu lượng giao thông trên biển Dịch vụ này cũng bao gồm việc thiết lập và vận hành hệ thống để đảm bảo thông thoáng lưu lượng hoặc kế hoạch di chuyển hoặc cả hai để đặt ưu tiên cho việc di chuyển, phân bổ khoảng trống (space), thông báo bắt buộc về di chuyển, tuyến phải theo, giới hạn về tốc độ và chuẩn bị các phương tiện khác phù hợp được xem xét và chỉ huy bởi cơ quan VTS Dịch vụ này đặc biệt quan trọng

trường hợp thời tiết hoặc dẫn đường khó Dịch vụ này đáp ứng yêu cầu của tàu hoặc bởi Cơ quan quản lý hệ thống VTS thấy cần thiết phải thực hiện

Để hệ thống hoạt động chính xác và hiệu quả, nhân viên vận hành hệ thống VTS, theo yêu cầu của IMO khai thác viên phải có trình độ và bằng cấp cũng như phải được đào tạo để thực hiện các công việc tại hệ thống VTS Nội dung được đào tạo cũng như khối lượng kiến thức đã được IMO quy định để đảm bảo đáp ứng vận hành hệ thống VTS

Với hiểm họa trên biển luôn rình rập từ bão tố, sóng lớn, gió to tiếng nói con người thật là nhỏ nhoi và hạn chế, nhìn thấy nhau từ xa mà không thể trao đổi thông tin được nhau Có ngư dân được cứu nạn trở về kể lại: Khi tàu bị phá nước, tàu chìm tất cả các thuyền viên chỉ biết bám vào mảnh gỗ còn lại của tàu lênh đênh trôi dạt theo sóng biển, nhìn thấy tàu bạn từ xa di chuyển, tất cả thuyền viên đồng thanh gọi mà tiếng gọi chìm trong tiếng sóng và sự mênh mông biển, lúc đó ước ao giá có thiết bị nào “nhìn” được điều này trong phạm vi cho phép Biết được điều này IMO đã yêu cầu các chính phủ thành viên cần phải trang bị hệ thống thiết bị VTS để giám sát các vùng biển

Do giám sát được chặt chẽ lưu lượng giao thông trên luồng và các vùng biển, phòng tránh va chạm, hỗ trợ dẫn đường hàng hải, hệ thống VTS còn có chức năng nhận dạng và theo dõi các tàu trong khu vực tìm kiếm và cứu nạn Chức năng tìm kiếm cứu nạn sẽ cho phép các cơ quan chức năng yêu cầu một dịch vụ được gọi là SAR cung cấp thông tin về hiện trạng cục bộ (giới hạn trong đặc điểm và vị trí của tàu) trong một khu vực xác định (đường tròn hay hình chữ nhật) Nhờ vào thông tin này, có thể quản lý tốt hơn hoạt động tìm kiếm và cứu nạn trên biển

Một số nước lân cận Việt Nam đã trang bị VTS sẽ biết được thuyền lạ xâm phạm vùng biển họ sẽ biết ngay khi có sự xâm phạm, do vậy bà con không nên

vì ham mê đánh bắt mà xâm phạm chủ quyền của họ mà dễ bị phát hiện rồi bị bắt, bị phạt tiền hoặc thu giữ phương tiện

1.2.4 Ứng dụng của hệ thống VTS

Các Radar SCANTER 5102 cung cấp hiệu suất làm việc vượt trội nhờ thiết

kế thông minh và ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến, phù hợp cho tất cả hệ thống VTS và các ứng dụng cùa CSS

Các SCANTER 5102 cung cấp hiệu suất phát hiện cao như một radar đa năng và linh hoạt:

-Kiểm soát và giám sát của tàu giao thông trên biển

- Giám sát bề mặt

-Tìm kiếm và cứu hộ

Hệ thống quản lý giao thông trên biển( VTS) và dịch vụ giám sát bờ biển (Coastal Surveillance Service - CSS) liên tục được mở rộng và không ngừng phát triển bởi những nhu cầu ngày càng tăng để giám sát hiệu quả hơn các tàu giao thông trên biển và để phát hiện các hoạt động bất hợp pháp trong môi trường biển:

- Những kẻ buôn lậu trên những chiếc thuyền tốc độ rất nhanh

- Người nhập cư bất hợp pháp

-Tàu thuyền với ý định thù địch

- Đánh bắt trái phép

-Tàu gây ô nhiễm môi trường biển VD tàu trở dầu

Kích thước nhỏ của một số các mục tiêu làm cho việc phát hiện trở nên khó khăn hoặc dễ dàng bỏ qua hoặc nhầm lẫn cho các loài chim Các mục tiêu không hợp tác ( tàu buôn lậu, cướp biển ) thường có kiến thức và kinh nghiệm tận dụng tốt các điều kiện thời tiết khó khăn và các yếu tố khác để phát huy lợi thế của họ ( như hoạt động ở các bang có nước biển cao, vào ban đêm, khi trời mưa hoặc sương mù) Để tránh bị phát hiện, mục tiêu không hợp tác thường ẩn đằng sau các tàu lớn hơn hoặc cố gắng giấu trong bóng tối để hạn chế tầm quan sát của radar Vì vậy hệ thống VTS sẽ đóng vai trò vô cùng quan trọng

Hình 1.3:Một số ứng dụng quan trọng của hệ thống VTS

a) Kiểm soát và giám sát tàu lưu thông trên biển

Theo khuyến nghị IALA V.128 các radar SCANTER 5102 là phù hợp để dùng cho hệ thống VTS Các radar SCANTER 5102 vượt trội trong khả năng phát phát hiên mục tiêu trong những điều kiện thời tiết khắc nhiệt của môi trường biển( mực nước biển dâng cao, bão , gió ) Đặc biệt các radar SCANTER 5102 còn có khả năng truy tìm tất cả các mục tiêu, qua đó có thể kiểm soát giám sát được số lượng tàu lưu thông trên biển

b) Giám sát bề mặt

Các radar SCANTER 5102 được úng dụng nhiều khoa học công nghệ hiện đại nên nó có khả năng phát hiện và theo dõi mục tiêu nhỏ từ cự ly gần, và cho đến chân trời radar, tùy thuộc vào thời tiết Sự gắn với nhau, FD và TD và kỹ thuật chế biến tiên tiến hoạt động hỗ trợ trong mọi điều kiện thời tiết

Kỹ thuật xử lý nhiễu và tạp âm cũng đã được chứng minh để cải thiện khả năng phát hiện tất cả các mục tiêu Sử dụng các dịch chuyển Doppler để tiếp tục tăng cường phát hiện các mục tiêu di động với bán kính và tốc độ khác nhau cho phép phát hiện tốt tất cả các mục tiêu

c) Tìm kiếm và cứu nạn

Các radar SCANTER 5102 là tuyệt vời cho mục đích tìm kiếm và cứu nạn

do được áp dụng nhiều công nghệ và tính năng mới nên nó có thể tìm kiếm và cứu nạn (SAR) trong những điều kiện thời tiết xấu, và đặc biệt có thể cung cấp

vị trí và thời gian bị nạn một cách tốt nhất Do đó , sẽ hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại về người và vật chất

1.3 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống

Từ hình trên ta thấy một hệ thống VTS cơ bản bao gồm các khối sau:

- Khối hệ thống thiết bị vô tuyến VHF (VHF Radio System) có chức năng thực hiện trực canh liên tục trên 2 kênh là kênh 70 và kênh 16

- Khối radar (Radar System) bao gồm các anten (hoạt động trên băng tần S

và X) và các máy thu phát

- Khối sử lý dữ liệu (Data Processor)

- Khối hệ thống nhận dạng tự động (AIS System)

- Màn hình hiển thị

1.3.2 Mô tả hệ thống VTS

a) Tổng quan về hệ thống

Các đề suất về hệ thống kiểm soát lưu thông trên biển (VTS) đã được thiết

kế trên cơ sở kinh nghiệm lâu năm của chúng tôi trong ngành hàng hải và công nghệ radar có độ tin cậy cao và thường xuyên được cập nhật để phù hợp với sự phát triển

Hệ thống VTS cung cấp rất nhiều thông tin khác nhau mà các tàu tham gia lưu thông trên biển cần như hiện tượng tắc nghẽn, một tuyến đường hẹp vv Hệ thống VTS cung cấp các dịch vụ hỗ trợ chuyển hướng mục tiêu nhằm đảm bảo

an toàn cho các tàu thuyền lưu thông trên biển, và radar là thành phần quan trọng nhất Thiết bị vô tuyến VHF và AIS được thiết kế và xây dựng là những cảm biến chính

Do đó, hệ thống VTS có khả năng thực hiện việc dẫn đường để đảm bảo an toàn cho các phương tiện lưu thông trên biển

Bằng cách kết hợp các trạm cơ sở của hệ thống AIS với hệ thống VTS trong

đó sử dụng các radar giám sát và thiết bị vô tuyến VHF như những cảm biến chính, hệ thống VTS có thể tự động cập nhật các thông tin tiên tiến, và cung cấp

hệ thống quản lý chuyển hướng đáng tin cậy hơn cho các mạch giao thông Hệ thống VTS sẽ tiến hành sử lý dữ liệu thu được từ các thiết bị cảm biến radar với hiệu suất cao và dữ liệu từ hệ thống AIS thu được từ các tàu thuyền hoạt động trên biển trong tầm hoạt động của radar, và hình ảnh được hiển thị với độ phân giải cao, hiển thị màu sắc để cung cấp thông tin khác nhau có hiệu quả để hỗ trợ việc quản lý giao thông tàu

Do đó, hệ thống VTS có khả năng tự động giám sát giao thông trên biển ( vị trí , tốc độ, theo dõi, nhận dạng vvv), cảnh báo (va chạm, nhập cảnh, khu bảo

vệ, giới hạn tốc độ, vv), mô phỏng (CPA, TCPA, va chạm, ETA, vv) và các dịch

vụ phát thanh truyền hình (dự báo thời tiết, thông báo của chính phủ, vv) trực tiếp cho các tàu tại Cảng quản lý VTS

b) Vùng phủ sóng dịch vụ của VTS

Vùng phủ sóng của radar trong hệ thống là khoảng 20 NM nhưng nó cũng có thể bị giảm xuống bởi đảo, đồi núi, nước biển vvv

Vùng phủ sóng dịch vụ của VHF là xấp xỉ 20 NM và AIS là xấp xỉ 50 NM

Nó phụ thuộc vào chiều cao lắp đặt anten

1.3.3 Cấu trúc của hệ thống VTS tại Hải Phòng

Hệ thống quản lý giao thông tàu biển(VTS) khu vực Hải Phòng được lắp đặt tại tòa nhà Đại diện Cảng vụ Hàng hải Hải Phòng tại Cát Hải có nhiệm vụ giám sát, theo dõi các phương tiện thủy ra vào luồng từ khu neo Hòn Dáu đến phao tiêu 45 Sau đây là kết cấu chính của hệ thống:

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống VTS cho Cảng Hải Phòng

1.3.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Thiết bị chính của hệ thống quản lý giao thông tàu biển Hải Phòng như đã đề cập ở trên, việc kết nối và tương thích của các thiết bị là điều kiện tiên quyết để xác định tính hiệu quả của hệ thống VTS Khi kích hoạt hệ thống, VTS Radar sẽ thu tín hiệu của các mục tiêu dưới dạng hình ảnh và hiển thị trên bản đồ số Việc Radar được tích hợp thêm ARPA cho phép cán bộ vận hành hệ thống dễ dàng nhận diện được hướng di chuyển của các mục tiêu và đánh giá trước được nguy

cơ va chạm giữa các mục tiêu, đồng thời máy nhận dạng AIS sẽ thu và hiển thị các thông tin từ các đài tàu trên một bản đồ số Vì vậy các phương tiện sẽ được giám sát một cách đầy đủ khi trong tầm hoạt động của thiết bị Khi cần trao đổi thông tin tới các đài tàu, hệ thống VHF sẽ sử dụng để loan báo các phương tiện Các tín hiệu hình ảnh Radar, AIS và thông tin liên lạc VHF sẽ được thu thập, xử

lý, hiển thị và lưu trữ bằng thiết bị ghi và lưu trữ dữ liệu S-VDR Ngoài ra hệ thống còn trang bị các máy tính cho phép xem lại lịch sử của các tín hiệu đã loan báo của hệ thống

1.3.5 Đánh giá ưu, nhược điểm của hệ thống VTS tại Hải Phòng

Ưu điểm: Việc lắp đặt các trang thiết bị nói trên đã giúp cho Cảng vụ Hàng hải Hải Phòng mở rộng vùng bao phủ giám sát phương tiện, ngoài ra hệ thống này còn có các ưu điểm sau:

Có khả năng giám sát sự di chuyển của các tàu và phối hợp điều tiết giao thông có khả năng phát hiện tất cả các mục tiêu trong luồng và nhận dạng được tất cả các mục tiêu có trang bị AIS

Có khả năng hiển thị được hướng, tốc độ, dự báo đâm va

Có khả năng vẽ và lưu vết đường đi của phương tiện trong luồng (phục vụ cho công tác điều tra tai nạn, sự cố hàng hải

Có khả năng giám sát, nhận dạng và gửi thông tin tới các phương tiện được trang bị AIS một cách chính xác và dễ dàng

Cho phép các giám sát viên của Cảng vụ có thể liên lạc bằng điện thoại vô tuyến VHF, điện văn tới các phương tiện di chuyển trong luồng

Có thể lưu trữ các tín hiệu hình ảnh Radar, AIS và các tín hiệu thông tin liên lạc trên kênh thoại VHF, các dữ liệu này có thể được giám sát trực tiếp cũng như truy xuất sử dụng lại khi cần thiết

Nhược điểm: Ngoài những ưu điểm nêu trên, hệ thống này còn có những hạn chế nhất định như:

Chưa bao phủ được toàn bộ khu vực Cảng biển Đình Vũ đến thượng lưu Cảng Vật Cách

Chưa có khả năng giám sát các phương tiện xuất phát từ Cảng thủy nội địa Chưa thể nắm bắt được chính xác kế hoạch di chuyển của các phương tiện Chưa có kênh thông tin kết nối giữa doanh nghiệp Cảng biển và Cảng vụ hàng hải

Radar là viết tắt của “Radio Detection And Ranging”, tức là dùng sóng vô tuyến để xác định góc phương vị và khoảng cách đến mục tiêu

Mục tiêu phát hiện của radar thường là những vật thể vật lý bất kỳ hoặc cũng

có thể là một nhóm các vật thể có đặc tính điện, từ khác biệt với đặc tính điện từ của môi trường truyền sóng Trong ngành hàng hải đó là: tàu thuyền, các mốc hàng hải, các tảng băng trôi, các công trình biển

Phụ thuộc vào cấu trúc của các xung thăm dò mà người ta chia các hệ thống định vị thành: Các hệ thống radar phát sóng liên tục và radar phát xung Trong

đó hệ thống radar phát xung được sử dụng rộng rãi nhất trong hàng hải vì nó có nhiều tính năng vượt trội so với các loại radar khác

2.2 Nguyên lý hoạt động của radar

Để đo khoảng cách của mục tiêu radar sử dụng nguyên lý như sau: dùng sóng điện từ siêu cao tần ( sóng radio) phát vào trong không gian dượi dạng xung radio và thu lại sóng phản xạ từ mục tiêu trở về

- Tộc độ lan truyền không đổi C=3*108 m/s

- Sóng mang năng lượng lớn, gặp mục tiêu sẽ phản xạ sóng trở về

Nguyên lý chung của radar được mô tả theo sơ đồ khối sau:

Khối chỉ báo: chuyển đổi điện áp thị tần nhận được thành hình ảnh xem được trên màn ảnh và chỉ báo luôn thông số của mục tiêu

Máy phát: Tạo tín hiệu siêu cao tần với công suất đủ lớn đưa đến anten và phát vào trong không gian

Máy thu: Thu nhận tín hiệu phản xạ từ anten khuếch đại và biến đổi thành các xung thị tần thích ứng cấp cho bộ chỉ báo hiển thị điện tử

Khối chuyển mạch: Trong radar sử dụng chung 1 anten cho cả máy phát và máy thu Trong thời gian phát chuyển mạch nối anten với cửa ra của tầng tạo sóng siêu cao và khóa cửa vào của máy thu chống tác động của xung phát công suất lớn ảnh hưởng đến máy thu Khi thu các tín hiệu phản xạ chuyển mạch anten nối anten với đầu vào máy thu và khóa cửa ra của máy phát để cho tín hiệu phản xạ khỏi rơi vào máy phát gây tổn hao công suất phát

Khối chỉ báo

Anten

Radar được dùng cho ngành hàng hải là loại dùng nguyên lý radar xung Radar có nhiệm vụ phát hiện và xác định tạo độ mục tiêu so với trạm radar, trong hàng hải tọa độ xác định bằng hệ tọa độ cực thông qua khoảng cách và góc

Hình 2.2 Các xung trong radar

Các đặc trưng của xung siêu cao tần được phát vào không gian đi giám sát mục tiêu có các đặc trưng sau:

- Chiều dài xung x

- Chu kỳ lặp xung Tx

Thông thường hiện nay:

- x = 0,01÷ 3 s

-Tx = 1000 ÷ 4000 s

Ta nhận thấy rằng x <<< Tx nên cũng có thể coi Tx là khoảng cách giữa 2 xung

2.2.2 Nguyên lý phát xung trong radar

Radar phát xung, phát đi các chùm sóng siêu cao tần có tính chu kỳ được gọi

là các chùm sóng thăm dò, các chùm sóng thăm dò có độ rộng nhỏ so với độ rỗng lớn.Trong khoảng thời gian giữa 2 xung ấy, máy thu của trạm thu sẽ tiến hành thu nhận các chùm sóng phản xạ từ mục tiêu trở về Mỗi một chùm sóng 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 trơ về trạm :  = 2D/c, do đó để xác định khoảng cách D = c /2, ta cần đo được thời gian trễ  Đồng thời nhờ anten có định hướng cao và quay tròn ta có thể xác định được góc phương vị của mục tiêu Vì các vật thể là khác nhau và ở các khoảng cách và góc phượng vị khác nhau, nên sóng phản xạ từ mục tiêu trở về lần lượt ở những thời điểm là khác nhau Điều kiện duy nhất là các mục tiêu này phải nằm trong vùng phủ sóng của trạm và cách xa nhau trong phạm vi khả năng phân giải của trạm Bằng các phương pháp hiện thị điện tử, tạo quét tương ứng chúng ta có thể tái tạo được hình ảnh trong không gian của trạm như hình:

Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của radar phát xung