Thiết kế hệ thống điều khiển quét cánh sóng trong ra đa sử dụng anten mạng pha chủ động

Việc thiết kế hệ thống điều khiển quét cánh sóng là một bài toán được nghiên cứu nhiều và ngày càng được nâng tầm và bổ sung các phương pháp cũng như công nghệ mới. Bài viết mô tả trình tự thiết kế trên cơ sở liên hệ chặt chẽ với yêu cầu kỹ thuật của đài ra đa.

ch pha 5.6250 Miền dịch pha 3600 Tần số lặp >1KHz Các thành phần thiết kế tối ưu dạng Block thiết bị kết nối thông qua loại cáp, thiết bị truyền dẫn Các thiết kế đảm bảo thành phần kiểm tra độc lập trước tổ hợp thành thiết bị hoàn chỉnh Tất nhiên điều làm tăng độ phức tạp trình tổ hợp kết nối hệ thống Điều giảm thiểu nhờ việc ghép nhóm cho thành phần ví mơ đun thu-phát, mạng phân bố cao tần điều khiển điện gộp vào nhóm chế tạo bảng mạch, tạo thành vỉ card chuyên dụng Các đa anten mạng khe đại có phần cứng mềm dẻo cho phép hệ thống thích nghi với chế độ quét phù hợp với dạng mục tiêu, địa hình, thời tiết.v.v hệ thống điều khiển quét cánh sóng cần đáp ứng đủ nhanh với lệnh phận tính tốn đưa tới Nói cách khác giao diện thơng tin lõi xử lý tốc độ cao cần phải sử dụng để tính tốn cho thiết lập suy giảm dịch pha, đặc biệt với hệ thống có tần số lặp xung phát, độ rộng xung phát ngắn THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÉT CÁNH SÓNG ANTEN MẠNG PHA Một mạng pha với N phần tử, phần tử có mơ đun thu-phát với M tín hiệu điều khiển (các bit cho dịch pha, suy giảm số, tín hiệu phát, tín hiệu thu, tín hiệu phân cực), cần tất NxM tín hiệu điều khiển để chuyển cánh sóng, thấy tín hiệu cần thiết lên tới hàng nghìn Giải pháp thực tế để giảm giá thành độ phức tạp việc nối dây sử dụng phương pháp truyền thông nối tiếp/tuần tự Việc truyền thông nối tiếp lượng lớn liệu thời gian ngắn đòi hỏi phải có băng thơng lớn sử dụng giao diện nối tiếp tốc độ cao thiết kế hợp Tuy nhiên, vấn đề băng thông tránh sử dụng hệ thống phân bố điều khiển quét cánh sóng Trong loại hệ thống này, máy tính qt cánh sóng phát gradient pha (cho phương vị góc tà) cho tất điều khiển số mô đun thu-phát, tạo thiết lập pha biên độ cần để triển khai cánh sóng Thiết lập pha tính tốn từ gradient pha, vị trí phần tử mạng, hệ số hiệu chỉnh pha phần tử Còn biên độ thường lấy từ bảng tra cứu Tính tốn thiết lập bit pha thực nhờ sử dụng FPGA Ví dụ thời gian cần để phát gradient pha 36 bit mạng 10 Mbps (3.6s) để tính tốn pha (2.12s) khoảng 5.7s Các vấn đề với cách triển khai việc tính tốn pha thực xung thu phát, chi phí thời gian tính tốn cho cánh sóng q lớn cho đa thích nghi tầm gần(sử dụng phân cực thay đổi qua lại kỹ thuật dồn kênh cánh sóng), thường cần xung ngắn (tức cỡ s) Do đó, thay tính tốn pha với điều khiển số, hệ thống sử dụng bảng tra cứu hiệu chỉnh để biến đổi lệnh cánh sóng 206 H.H Dũng, C.V Linh, …, “Thiết kế hệ thống điều khiển… anten mạng pha chủ động.” Thông tin khoa học công nghệ thiết lập pha biên độ Các bảng tra cứu chuyên biệt cho mô đun thu/phát Chúng chứa trạng thái dịch pha suy giảm cho góc quét tất chế độ hoạt động Hình mơ tả hệ thống thiết kế đảm bảo đáp ứng yêu cầu đặt Trong hình liệu lệnh, tham số cho vị trí cánh sóng cập nhật, lưu trữ bảng (next beam) đảm bảo thuật toán xử lý song song trạng thái hoạt động Hình Các mô đun lô gic điều khiển quét cánh sóng anten mạng Các hoạt động, thành phần hệ thống gồm mạng máy trạng thái tùy chọn (bộ điều khiển số) triển khai FPGA mơ đun thuphát, thay lõi vi xử lý Các máy trạng thái có ưu điểm phản hồi lập lức song song với lượng lớn tín hiệu báo thời điểm Hệ thống đồng hồn tồn clock chung điều khiển tất hoạt động Một bảng trình tự khả trình chứa chuỗi cánh sóng phải triển khai mạng Bảng tra cứu sau dịch điều khiển cánh sóng thành thiết lập hiệu chỉnh Thanh ghi cổng lưu thiết lập cho cánh sóng thời tạo tín hiệu điều khiển cho phần tử RF (bộ suy hao, dịch pha, chuyển mạch thu/phát, chuyển mạch V/H, khuếch đại) Việc chuyển cánh sóng thời điểm điều khiển sườn lên (chuyển từ mức thấp sang mức cao) tín hiệu TR Tín hiệu đóng vai trò “tín hiệu tiến tới”, cho phép lệnh cánh sóng đọc từ bảng trình tự Vòng lặp chạy vơ hạn định bảng trình tự cập nhật với trình tự cánh sóng Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Ra đa, 08 - 2016 207 Kỹ thuật siêu cao tần & Ra đa Với Ra đa tầm gần hoạt động với phân cực đảo qua lại sử dụng PRF kHz với 30 xung tích hợp cho kênh có thời gian ngừng 4x30/3000 = 40 ms Với đa này, thời gian chết để cập nhật bảng trình tự khoảng 6/40x103*100 = 0.015% chu kỳ dừng, thể phần nhỏ thời gian KẾT LUẬN Hệ thống điều khiển quét cánh sóng anten mạng trình bày báo, với trình tự thiết kế tham số cần đảm bảo hệ thống có khả vận hành tin cậy, ổn định có tính thích nghi cao Q trình kiểm tra hệ thống thực nhờ phần mềm phát lệnh ngẫu nhiên, thu lệnh phản hồi đo đạc tham số cánh sóng Trong tương lai với phát triển mạng Nơ ron thuật tốn tự thích nghi hiệu chỉnh tích hợp vào thuật tốn mô đun lô gic TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R J Mailloux, “Phased Array Antenna Handbook” Norwood, MA: Artech House, 2005 [2] A K Agrawal and E L Holzman, “Beamformer architectures for active phased-arrayradar antennas”, in IEEE International Radar Conference, vol 47, pp 1888 1899,May 1999 [3] J J Alter, J P Letellier, and J M Willey, “Programmable beam transform and beamsteering control system for a phased array radar antenna” Patent US 5008680, Apr.1991 ABSTRACT DESIGNING A BEAM STEERING CONTROL SYSTEM IN RADAR USING ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNAS Phased array antennas not only give radars the capability to generate highly adaptive beams, but also offer them the capability to steer the beams to a particular position in space in a matter of microseconds Designing a beam steering control system is a problem which is paid much attention by researchers in recent year It is becoming increasingly complex, and many new techniques and technologies are used to solve the problem This paper described the designing procedure with the relations to radars’ technical specifications Keywords: System design, Beam scanning, Transceiver module Nhận ngày 15 tháng 06 năm 2016 Hoàn thiện ngày 26 tháng 07 năm 2016 Chấp nhận đăng ngày 01 tháng 08 năm 2016 Địa chỉ: Viện Ra đa/Viện KHCN-Quân * Email: dungsystemdesigner@gmail.com 208 H.H Dũng, C.V Linh, …, “Thiết kế hệ thống điều khiển… anten mạng pha chủ động.” ... thời điểm Hệ thống đồng hồn tồn clock chung điều khiển tất hoạt động Một bảng trình tự khả trình chứa chuỗi cánh sóng phải triển khai mạng Bảng tra cứu sau dịch điều khiển cánh sóng thành thiết lập... 0.015% chu kỳ dừng, thể phần nhỏ thời gian KẾT LUẬN Hệ thống điều khiển quét cánh sóng anten mạng trình bày báo, với trình tự thiết kế tham số cần đảm bảo hệ thống có khả vận hành tin cậy, ổn định... tháng 08 năm 2016 Địa chỉ: Viện Ra đa/ Viện KHCN-Quân * Email: dungsystemdesigner@gmail.com 208 H.H Dũng, C.V Linh, …, Thiết kế hệ thống điều khiển anten mạng pha chủ động. ”