Nghiên cứu xây dựng hệ thống radar thụ động sử dụng tín hiệu phát thanh truyền hình tại Việt Nam : Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử viễn thông: 60 52 70

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LƯƠNG XUÂN TRƯỜNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG RADAR THỤ ĐỘNG SỬ DỤNG TÍN HIỆU PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH TẠI VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LƯƠNG XUÂN TRƯỜNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG RADAR THỤ ĐỘNG SỬ DỤNG TÍN HIỆU PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH TẠI VIỆT NAM Ngành: Cơng nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: HÀ NỘI - 2011 TS.Trần Minh Tuấn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỞ ĐẦU MỤC LỤC TÓM TẮT NỘI DUNG CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ RADAR 1.1 Khái niệm radar 1.2 Nguyên lý hoạt động 1.2.1 Sơ đồ tổng quan 1.2.2 Hệ thống phát tín hiệu (đài phát) 10 1.2.3 Hệ thống thu tín hiệu (đài thu) 10 1.2.4 Hệ thống anten 10 1.3 Phân loại 11 1.4 Thông tin radar .13 1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động radar 13 1.5.1 Ảnh hưởng trình truyền sóng 13 1.5.2 Ảnh hưởng can nhiễu .14 1.6 Ứng dụng 14 CHƯƠNG - CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA KỸ THUẬT RADAR .15 2.1 Truyền sóng khơng gian tự 15 2.1.1 Ngun lý truyền sóng khơng gian từ .15 2.1.2 Suy hao truyền sóng điện từ qua khơng gian tự 15 2.1.3 Hiện tượng Phản xạ 15 2.1.4 Hiện tượng Khúc xạ 17 2.1.5 Ảnh hưởng can nhiễu truyền sóng điện từ qua khơng gian tự 17 2.1.6 Ảnh hưởng môi trường đến truyền lan sóng điện từ 18 2.1.7 Một số kiểu truyền sóng khơng gian tự 19 2.2 Hiệu ứng Doppler 20 2.2.1 Hiệu ứng Doppler 20 2.2.2 Giới thiệu số toán dịch tần Doppler radar 21 2.3 Kỹ thuật anten 24 2.3.1 Kỹ thuật Anten tham số nghiên cứu anten 24 2.3.2 Kỹ thuật anten radar .27 Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 2.4 Kỹ thuật siêu cao tần, xử lý tín hiệu kỹ thuật điện tử khác 34 CHƯƠNG - RADAR THỤ ĐỘNG .36 3.1 Giới thiệu radar thụ động 36 3.1.1 Khái niệm radar thụ động 36 3.1.2 Lịch sử 36 3.1.3 Phân loại số dạng radar thụ động 36 3.1.4 Ưu nhược điểm .38 3.2 Một số nguồn phát tín hiệu sử dụng cho radar thụ động 38 3.2.1 Nguồn phát tín hiệu phát FM 38 3.2.2 Nguồn phát tín hiệu truyền hình tương tự 38 3.2.3 Nguồn phát tín hiệu tín hiệu truyền hình, truyền số 38 3.2.4 Một số nguồn phát tín hiệu khác .39 3.3 Hệ thống radar thụ động hai vị trí PBR .39 3.3.1 Mô tả hệ thống 39 3.3.2 Hệ thống radar thu 40 3.4 Thiết lập tham số hệ thống radar thụ động PBR .41 3.4.1 Giải thích số khái niệm .41 3.4.2 Phương trình radar, tỉ số SNR hệ số radar K 42 3.4.3 Đồ thị Oval Cassani tính tốn vùng phủ 43 3.4.4 Hàm đánh giá độ mù mờ - AF (ambiguity function) .46 3.4.5 Độ dịch tần Doppler 50 3.4.6 Phương pháp tính tốn khoảng cách từ mục tiêu đến đài thu 50 3.4.7 Các tham số đánh giá chất lượng hệ radar thụ động PBR .52 3.4.8 Công thức thực nghiệm Albersheim tính tỉ số SNR 54 CHƯƠNG - NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG RADAR THỤ ĐỘNG SỬ DỤNG TÍN HIỆU PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH TẠI VIỆT NAM 56 4.1 Đặt vấn đề 56 4.2 Điều kiện lựa chọn nguồn phát tín hiệu sử dụng cho radar 57 4.3 Hiện trạng mạng phát thanh, truyền hình Việt Nam 57 4.4 Xu hướng phát triển tương lai gần 58 4.5 Bài tốn mơ xây dựng hệ thống radar thụ động PBR 58 4.5.1 Các bước giải toán xây dựng hệ thống radar 58 4.5.2 Lựa chọn nguồn phát tín hiệu 59 4.5.3 Tính tốn tham số 61 4.5.3.1 Phân tích theo hàm đánh giá độ mù mờ 61 Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 4.5.3.2 Thiết lập thông số ban đầu ( tỉ số SNR hệ số K) .67 4.5.3.3 Trường hợp nguồn phát tín hiệu FM 102,7MHz 67 4.5.3.4 Trường hợp nguồn phát truyền hình số DVB-T .70 4.5.3.5 Bài toán mở rộng cho hệ thống có nhiều máy thu .72 4.6 Đánh giá khả phát triển hệ thống radar thụ động Việt Nam 76 KẾT LUẬN 77 PHỤC LỤC 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ RADAR 1.1 Khái niệm radar Radar tên viết tắt thuật ngữ tiếng Anh Radio Angle Detection and Ranging hệ thống thiết bị đời nhằm mục đích nhận dạng vị trí mục tiêu nhờ vào tượng phản xạ sóng điện từ Ý tưởng radar cho Alexander Stepanovich Popov (nhà khoa học người Nga, 1859 - 1906), người thực thí nghiệm truyền tin lồi người qua sóng vơ tuyến điện Đầu kỷ 20, có hàng loạt nghiên cứu hệ thống định vị, phát mục tiêu nhà khoa học Nga, Mỹ, Đức, Anh… Năm 1937, Robert Watson – Watt ( nhà khoa học người Scotland;1892 - 1973) người xây dựng thành cơng hệ thống radar hồn chỉnh Sau đó, kỹ thuật radar phát triển vô mạnh mẽ chiến thứ hai, đạt thành vượt bậc mà hầu hết thấy ngày Mục đích hệ thống radar đời nhu cầu cấp thiết kỹ thuật quân tìm kiếm phát triển hệ thống cảnh báo từ xa phát hiện, theo dõi mục tiêu không chủ yếu máy bay hệ thống radar chống tàu ngầm…Về sau, radar ngày ứng dụng nhiều cho mục đích phi quân thương mại dẫn đường hàng không, hàng hải, dự báo thời tiết, điều khiển giao thông nghiên cứu thiên văn học Nguyên lý radar sử dụng để nhận biết mục tiêu dựa tượng phản xạ sóng điện từ va chạm với vật thể Heinrich Rudolf Hertz tìm vào kỷ 19 (Hertz nhà khoa học người Đức, 1857 - 1894) Vận dụng tượng này, hệ thống radar sử dụng đài phát phát tín hiệu sóng điện từ vào vùng khơng gian cần quan sát, phần sóng phát xạ từ đài phát bị phản xạ lại mục tiêu Sóng phản mục tiêu có nhiều hướng, phần quay lại đài thu radar thu Tại nơi thu, hệ thống sử dụng thông tin từ tia phản hồi để xác định thông tin mục tiêu: Khoảng cách, vị trí tức thời… Nguyên lý thứ hai hiệu ứng Doppler dịch tần chùm sóng bị phản xạ mục tiêu chuyển động tương đối so với nguồn phát tín hiệu Lợi dụng tính chất này, hệ thống radar sử dụng để đo vận tốc chuyển động mục tiêu Dạng sóng mà radar sử dụng phụ thuộc vào mục đích hoạt động cụ thể loại Tín hiệu radar dạng chuỗi xung hẹp, xung hình chữ nhật với độ rộng với tần suất lặp (ví dụ radar để đo khoảng cách Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ xác), dạng tín hiệu tương tự có sử dụng kỹ thuật điều chế điều tần điều pha (radar đo vận tốc) Sóng vơ tuyến mà đài phát radar phát có cơng suất lên tới hàng triệu watt Radar hoạt động dải tần số thấp từ vài MHz đến tần số hàng trăm GHz Dải tần số hoạt động định nhiều tới ứng dụng radar Ở dải tần có ưu nhược điểm hoạt động đài radar Ví dụ, dải tần VHF cho phép radar quan sát mục tiêu khoảng cách xa, ngược lại radar dải tần cao lại có ưu điểm việc tăng độ phân dải tần số tín hiệu có băng thơng rộng chùm tia anten hẹp nhờ thiết kế vật lý anten dải cao gọn Bảng 1.1 Khuyến nghị IEEE dải tần dành cho radar [8] 1.2 Nguyên lý hoạt động 1.2.1 Sơ đồ tổng quan Sơ đồ tổng quan hệ thống radar mô tả sau: Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 10 Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống radar đơn giản[8] 1.2.2 Hệ thống phát tín hiệu (đài phát) Bộ tạo dạng xung (waveform generator): tạo dạng xung thích hợp với nghiệp vụ radar Bộ khuếch đại công suất (power amplifier): tạo công suất mong muốn phát hệ thống radar Bộ Duplexer: thiết bị trước anten nhằm mục đích ghép luồng tín hiệu phát luồng tín hiệu thu qua công anten Không phải hệ thống radar có dupplexer, hệ thống có đài thu phát độc lập chúng có anten thu phát khác 1.2.3 Hệ thống thu tín hiệu (đài thu) Tín hiệu sau thu qua anten đưa tới khuếch đại tạp âm thấp (Low noise amplifier) Bởi mức thu tín hiệu có ích thu radar thấp trộn lẫn nhiều thành phần khác…do cần phải có tầng nhằm tăng cường mức thu lọc bớt thành phần không mong muốn Tín hiệu sau đồng khuếch đại trung tần, trước tín hiệu thu đưa qua định, xử lý mạch lọc Các cấp xử lý tin tức Radar: + Xử lý cấp (sơ cấp) : gồm nhiệm vụ phát đo đạc toàn mục tiêu Xử lý cấp thực đài Rađa riêng lẻ + Xử lý cấp (thứ cấp) : dùng tin tức tọa độ mục tiêu qua nhiều chu kỳ quan sát để xác định quỹ đạo chuyển động, tăng chất lượng phát Xử lý cấp thực đài Rađa riêng lẻ sở huy trạm rađa + Xử lý cấp 3: sử dụng tin tức từ nhiều trạm rađa để tạo nên tranh toàn cảnh mục tiêu không Xử lý cấp thực sở huy qn chủng phịng khơng 1.2.4 Hệ thống anten Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 11 Anten phận có mặt hệ thống phát thu đóng vai trị đặc biệt quan trọng kỹ thuật radar Với hệ thống radar anten không cổng giao tiếp với môi trường bên ngồi mà cịn có nhiệm vụ sau: - Phát xạ định hướng chùm tia phát xạ đài radar phát Chùm tia phát thường hẹp điều định đặc tính anten - Thu tín hiệu phản xạ từ mục tiêu - Xác định góc tới chùm tín hiệu phản xạ từ mục tiêu - Là nhân tố định đến độ phân giải khơng gian (sự tách biệt góc tới mục tiêu khác nhau) - Cho phép điều chỉnh linh động không gian quan sát radar Anten sử dụng kỹ thuật radar loại anten parabol có mặt phản xạ, mảng anten Mỗi loại anten có có ưu điểm hạn chế Nhìn chung, anten lớn thích hợp với hệ thống radar 1.3 Phân loại Việc phân loại radar có nhiều cách dựa tiêu chí khác để phân biệt Có thể phân loại radar theo mục đích sử dụng radar hàng hải, hàng không, mặt đất…; theo phương thức hoạt động (radar thụ động, tích cực, radar cố định, radar xe lưu động, radar tàu bay…); theo dải tần hoạt động (radar sóng VU/HF, L, S…); theo dạng sóng tín hiệu radar sử dụng Trong phần số radar quen thuộc mà hay gặp tài liệu tham khảo:[8]  Radar xung (Pulse radar): Dạng radar phát tín hiệu chuỗi xung hình chữ nhât liên tục  Radar độ phân dải cao (High-resolution radar): Chỉ radar đạt độ phân dải cao khoảng cách Radar phân dải cao xác định mục tiêu xác đến mét  Radar nén xung (pulse compression radar): Là dạng radar sử dụng tín hiệu dạng xung dài với điều chế nội (điều tần điều pha) để kết hợp độ lợi mặt lượng tín hiệu xung dài độ phân dải dạng tín hiệu xung ngắn  Radar sóng liên tục (Continuous wave radar): loại radar sử dụng tín hiệu hình sin liên tục Dạng radar thường sử dụng để xác định thông tin liên quan đến chuyển động vật thể nhờ vào hiệu ứng dịch tần Doppler  FM-CW radar (Frequency modulation continuous wave radar): Là dạng radar sử dụng tín hiệu điều tần để đo đạc khoảng cách  Radar giám sát ( surveillance radar): radar giám sát định nghĩa cách tương đối loại radar dùng để nhận biết suất vật thể tàu thuyền, máy bay, tên lửa… đồng thời xác định thông tin góc Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 12 khoảng cách Radar giám sát dạng dùng để theo dõi mục tiêu biết  Radar nhận biết chuyển động (Moving target indication): dạng radar xung có tần suất lặp lại thấp để nhận biết chuyển động Dạng radar có độ phân dải rõ ràng khoảng cách mù mờ phân dải Doppler nên cịn có tên gọi radar mù vận tốc  Radar xung doppler (pulse doppler radar): có hai dạng radar xung doppler loại tần suất lặp lại xung cao loại tần suất lặp lại trung bình Cả hai loại sử dụng để nhận biết xác mục tiêu chuyển động nhóm Radar xung có tần suất lặp lại xung cao có độ phân dải doppler cao mù mờ khoảng cách, loại tần suất lặp xung trung bình có độ mù mờ khoảng cách dopper  Radar theo dõi (tracking radar): Dạng radar nhận biết dấu vết, quỹ đạo chuyển động mục tiêu Các dạng radar theo dõi điển hình như: STT (singler target tracker), ADT (automatic detection tracking), TWS (track-while-scan),  Radar ảnh (imaging radar): Loại radar dùng để quan sát bề mặt chiều mục tiêu vẽ bề mặt mặt đất… Loại radar thường đặt vật chuyển động  Radar quan sát bề mặt không (sidelooking airborne radar): Radar quan sát cho thông tin tin cậy khoảng cách thông sô gọc cách tương đối nhờ sử dụng anten có chùm tia phát xạ hẹp  Radar độ nhân tạo (synthetic aperture radar): loại radar hình ảnh sử dụng đặc tính pha tín hiệu gắp phương tiện chuyển động.Radar sử dụng thơng tin pha tín hiệu phản hồi để vẽ lại hình ảnh vật thể với độ phân dải cao khoảng cách mặt cắt ngang  Inverse synthetic aperture radar (ISAR): loại radar hình ảnh sử dụng thơng tin pha tín hiệu kết hợp khả phân dải cao mặt khoảng cách tương qua di chuyên mục tiêu để đạt độ phân dải cao mặt tần số (doppler) Radar đứng cố định đặt bề phương tiện chuyển động  Radar kiểm soát: Thường dùng kiểm soát mục tiêu đơn lẻ quân cho phòng thủ công máy bay  Radar dẫn đường: (guidance radar): thường dùng kỹ thuật tên lửa nhằm điều khiển dẫn đường đến mục tiêu  Radar thời tiết (weather or meteorological observation): đo đạc, dự đoán tốc độ gió, hướng gió quan sát tượng thời tiết  Radar thời tiết doppler (doppler weather radar): loại radar thời tiết sử dụng tính chất dịch tần doppler để quan sát tượng thời tiết, xác định Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 65 Từ cơng thức (4.94) ta có: N 1 Rs ( )   e k j 2  T k 0 E d k2  (4.11) Đặt lượng trung bình ký hiệu E  dk2  = Ed ta có: N 1 Rs ( )  Ed  e k 0 k j 2  T  Ed  e j 2 N /T sin( N / T ) j ( N 1) /T  Ed e j 2 / T 1 e sin( / T ) (4.12) Với thời gian lấy mẫu Ts ta có tín hiệu lối trung bình lọc phù hợp với tín hiệu vào tín hiệu OFDM là: Ts  ( , f d )  E sin( N / T ) j ( N 1) /T j 2 f t e e dt sin( / T ) d d  ( , f d )  Ed sin( N / T ) j ( N 1) /T sin  f d (Ts   )  j f e e sin( / T )  fd  ( , f d )  Ed sin( N / T ) sin  f d (Ts   )  sin( / T )  fd d ( Ts   )   Ts  T (4.13) Từ ta có hàm AF tín hiệu OFDM cắt trục tọa độ là:  ( , 0)  Ed sin( N / T ) (Ts   ) sin( / T ) (4.14) sin( f d Ts )  f d Ts (4.15)  (0, f d )  Ed NTs Mô hàm AF tín hiệu DVB-T với mode 8K phần mềm Matlab: Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 66 Hình 4.7 Hàm mù tín hiệu DVB-T mode 8K Hình 4.8 Mặt cắt ngang hàm mù fd = Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 67 Hình 4.9 Mặt cắt ngang hàm mù τ = Nhận xét: Việc phân tích hàm AF hai tín hiệu khác lần rằng, băng thơng tín hiệu có liên quan chặt trẽ độ phân dải khoảng cách tần số radar Tín hiệu FM với băng thông vài trăm KHz cho độ phân dải cao mặt tần số nhiên không xác mặt khoảng cách Ngược lại, tín hiệu DVB-T sử dụng điều chế OFDM băng thông 8MHz cho độ phân dải cao mặt khoảng cách, nhiêu lại mù mờ độ phân dải tần số so với tín hiệu FM 4.5.3.2 Thiết lập thông số ban đầu ( tỉ số SNR hệ số K) Chúng ta sử dụng công thức thực nghiệm Albersheim Giả sử hệ thống Radar thụ động mà ta nghiên cứu luận văn có khoảng thời gian trung bình lần báo hiệu sai yêu cầu Tfa = 1.5 phút Và băng thông tạp âm hệ thống B= 180kHz Xác suất báo hiệu sai là: Pfa  T fa B   6,17.10  (1, 5.60)(180.10 ) Với Pfa = 6.10-8 , quay lại phương trình 3.69 3.70, ta có: Nếu SNR = 15dB xác suất phát Pd = 0.98 giá trị chấp nhận Vì vậy, phần đây, SNR = 15dB thiết lập tỷ số tín hiệu tạp âm mong muốn hệ thống mà ta nghiên cứu 4.5.3.3 Trường hợp nguồn phát tín hiệu FM 102,7MHz Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 68  Hệ số K PT GT G R  2 B FT2 FR2 K1 = (4 ) kTs Bn LT LR  3.108  10000.15.15  10.12.12  102, 7.10    1.343.1019 = 23  4  1,38.10 2900.180.10 1.1  Tính tốn vùng phủ Dựa vào phương trình (3.9) ta biểu diễn mối liên hệ giá trị cực đại tích khoảng cách RTRR theo giá trị SNR yêu cầu để hệ thống phát vật thể Hình 4.10: Liên hệ (RTRR) SNR với tín hiệu FM-102,7Mhz  Tính tốn độ dài đường sở Theo chương (mục 3.4) giá trị cực đại tích khoảng cách RTRR (ký hiệu κ ) tính từ K giá trị SNR Chúng ta xác định SNR =15dB Theo kết mơ hình 4.10: Nếu SNR = 15dB κ = 1374 Km2 Theo cơng thức 3.19, ta thiết lập chương trình Matlab khảo sát mối quan hệ SNR κ Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 69 Hình 4.11: Liên hệ giá trị cực đại RTRR độ dài đường sở Hình 4.11 thể mối liên hệ giá trị RTRR độ dài đường sở L, với tham số đài phát 102.7MHz Ta có nhận xét sau: Với L từ ÷ 60Km giá trị vùng phủ sóng ổn định lớn L biến thiên 60 ÷ 100Km diện tích vùng phủ sóng biến thiên tỉ lệ nghịch với L Vì vậy, giá trị L chọn khoảng ÷ 60Km tốt Biểu diễn đường bao Oval Cassini theo giá trị SNR: cho hệ thống sử dụng tín hiệu FM biến đổi tốn học Đặt C = κ2 (4.16) K SNRmin (4.17) Từ 4.4 ta có: C  L2  2  r    r L cos   C   (4.18)  1 2  L r  r  L  L cos      C   2   16  (4.19) Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 70 Giả sử đối đài phát 102,7MHz ta có: C K1 1, 343.1019   4, 247.1017 15 S/N 1010 Thay x = r2, phuơng trình (4.19) trở thành  1  L x  x  L2  L2 cos2     C   2   16  (4.20) Với L = 60Km giải phương trình (4.9) tìm x theo θ ( r khoảng cách từ trung điểm đường sở đến mục tiêu tọa độ cực chương 3) Hình 4.8 lời giải phương trình 4.9, vẽ chương trình Matlab Trong đó: L=60Km ,  = 1542Km2, vùng phủ sóng đạt xấp xỉ 4405Km2 Hình 4.12: Đường bao Oval với SNR = 15 L = 60Km 4.5.3.4 Trường hợp nguồn phát truyền hình số DVB-T  Hệ số K Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 71 PT GT G R  2 B FT2 FR2 K1 = (4 ) kTs B n LT L R =  3.108  10000.15.15. 10.12.12   514.10   5.362.1017 23  4  1, 38.10 2900.180.10 1.1 Phương pháp tính tốn hồn tồn tương tự trường hợp FM102,7MHz Dưới kết chương trình mơ nhằm để so sánh hai hệ thống radar thụ động hai nguồn phát FM102,7MHz nguồn phát truyền hình DVBT kênh 26, tần số trung tâm 514MHz  Tính tốn vùng phủ Hình 4.13: Liên hệ giá trị cực đại RTRR SNR Rõ ràng với giá trị ngưỡng SNR = 15,  = 274,5 Km2  Tính tốn độ dài đường sở Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 72 Hình 4.14: Mối liên hệ Diện tích vùng phủ sóng độ dài đường sở SNR = 15dB; κ = 274,5Km2 SNR = 15dB, κ = 274,5Km2 cho độ dài đường Cơ sở L khoảng 42Km Nhận xét: Đối số giả thiết 4.5.3 kết mô chung cho hai hệ thống cho thấy với tần số 102,7MHz có vùng phủ tầm hoạt động radar lớn Nhận xét chung: Trong tính tốn 4.5 cho ta kết luận: - Cùng tham số công suất, anten, môi trường…tín hiệu có tần số thấp radar có tầm hoạt động lớn - Tín hiệu có băng thơng lớn cho độ phân dải khoảng cách tốt so với tín hiệu băng thơng nhỏ 4.5.3.5 Bài tốn mở rộng cho hệ thống có nhiều máy thu Trong thực tế để nâng cao tính xác kết radar người ta thường sử dụng hệ thổng radar gồm nhiều máy thu Trong phần này, để đơn giản luận văn xin giới thiệu toán đơn giản hệ thống radar nhiều máy thu, hệ thống radar thụ động gồm hai máy thu Ở đây, quan tâm giới thiệu đến việc tính tốn vùng phủ sóng hay tầm hoạt động hệ máy thu Vấn đề đồng xin không đề cập đến  Mô tả toán Xét hệ radar thụ động gồm máy thu RX1 RX2 Gọi A vùng phủ sóng hệ thống TX & RX1 B vùng phủ sóng hệ thống TX & RX2 C vùng giao Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 73 A B Việc tính tốn A, B độc lập hoàn toàn tương tự phần Tổng diện tích vùng phủ sóng hệ thống tổng diện tích A B trừ diện tích vùng giao C ( hình 4.9) S tổng diện tích S = A + B.– C (4.21) Bài toán vùng phủ hệ radar nhiều máy thu làm để giảm tối đa vùng giao C hệ thống Hình 4.9: Vùng phủ sóng hệ radar máy thu Vẫn xét hệ tọa độ cực, L1 khoảng cách nguồn phát đến radar thu thứ nhất, L2 khoảng cách từ nguồn phát đến radar thu thứ 2, để đơn giả ta cho L = L1 = L2 Hệ tọa độ cực radar thu thứ ( r1 , θ1), radar thu thứ hai (r2, θ2)  Phép biến đổi tuyến tính Một phép biến đổi gọi biến đổi tuyến tính thực sau: từ hệ tọa độ cũ (r, θ) với tâm nằm trung điểm đường sở (trung điểm L1) , chuyển thành hệ tọa độ (r’, θ’ ) với tâm nằm vị trí nguồn phát Như hình hệ trục màu đỏ dịch đến vị trí hệ trục màu xanh HÌnh 4.10: Biến đổi tuyến tính Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 74 Từ hình ta có : 2   '   c os  r  L1     sin   r    r    (4.22) Và  sin   r1   sin  '  r ' (4.23) Giải phương trình trên, ta tìm r1 θ1 theo r’ θ’ r1  f  r ' , '   r '  r' L1cos '  L21 (4.24)   ' '   r sin   1  f  r ' ,  '   sin 1   r '  r ' L c os '  L2   1    (4.25) Ngồi ra, r’ θ’ tìm theo r1 θ1 sau r '  f  r1,1   r12  r1L1cos1  L12   r1 sin 1  '  f  r1,1   sin 1    r1  r1L1cos1  L1  (4.26)       (4.27) Gọi α góc đường sở L1 L2 Bây đặt đài thu thứ vào hệ trục tọa độ cực biến đổi theo phép tuyến tinh (hệ trục tọa độ gốc nguồn phát) Trong hệ tọa độ (r2, θ2) tính lại là: r '  f  r2 ,    r22  r2 L2cos  L22   r2 sin   '  2      2  sin 1   2  r2  r2 L2cos2  L2  (4.28)        (4.29) Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 75 Hình 4.17 : Biến đổi tuyến tinh  Vùng phủ hệ thống radar hai máy thu[4] Do bán kính r từ gốc tới mục tiêu biểu diễn theo góc θ từ tính tốn trên, ta có biểu thức sau:  L4 Ki  1  1    Li  Li 2cos 2    Li  Li 2cos 2    i   2  2   16 S / N  ri  (4.30) Thay phương trình (4.13) vào phương trình (4.17) (4.18), ta thu ri’ θi’ theo số (ri ,θi), tương ứng với diện tích vùng phủ đài thu Hình 4.18: Sự giao đường Oval máy thu với α = 1200 Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 76 4.6 Đánh giá khả phát triển hệ thống radar thụ động Việt Nam Qua tìm hiểu thực tế, lộ trình khơng xa, Việt Nam tiến hành phủ sóng tồn quốc đối số với kênh truyền hình Trung Ương với thời gian liên tục, hàng ngày Các hệ thống phát truyền hình tập trung cho khu vực đông dân cư, khu vực trọng điểm kinh tế Về mặt địa lý, Việt Nam có vùng đồng rộng lớn, bờ biển kéo dài tập nhiều dân cư, khu kinh tế mục tiêu phủ sóng hàng đầu quy hoạch quốc gia Về mặt xây dựng radar thụ động điều kiện thuận lợi khu vực phẳng, khu vực ven biển vừa có kinh tế phát triển vừa đóng vai trị “cửa ngõ” chiến lược phòng thủ quân Radar thụ động có vai trị hệ thống thầm lặng, canh gác phát mục tiêu tầm thấp lựa chọn tốt cho việc giám không khu vực trọng điểm Xét quy mô rộng lớn hơn, phát triển hệ thống radar thụ động dọc theo ven biển, lợi dụng tín hiệu phát truyền hình khu vực đồng hệ thống radar dự báo mang lại lợi ích lớn khơng mặt kinh tế mà an ninh quốc phòng Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 77 KẾT LUẬN Qua bốn chương, luận văn từ việc tìm hiểu tổng quan kỹ thuật radar nói chung đến việc nghiên cứu lý thuyết chi tiết hệ thống radar thụ động Trên sở đó, phần thực nghiệm, luận văn xây dựng toán xây dựng hệ thống radar thụ động Việt Nam tận dụng nguồn phát sóng quảng bá, phát truyền hình có sẵn Qua bước khảo sát thực tế, mô thông số phần mềm Matlab luận văn đề xuất xây dựng hệ thống radar thụ động Việt Nam Trong hướng phát triển tiếp theo, tác giả hi vọng tiếp tục nghiên cứu sâu lý thuyết toán xây dựng hệ thống radar thụ động có tính thực tế cao Mặt khác, tiến hành nghiên cứu phần cứng công cụ phần mềm nhằm thiết kế hệ thống rada thụ động hoàn chỉnh trước thực hệ thống thử nghiệm Việt Nam Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 78 PHỤC LỤC Chương trình tính hệ số K function[K] = hesoradar_K(Pt, Gt, Gr, lamda, phi, Ft,Fr,Lt,Lr, Pn) clear K; pi = 3.1415; K = (Pt*Gt*Gr*lamda^2*phi*Ft^2*Fr^2)/(4^3*pi^3*Pn*Lt*Lr); End Chương trình tính RtRr theo SNR K function [RtRr] = vungphu_SNR(SNRmin,K) clear RtRr; RtRr = sqrt(K/SNRmin); end Biểu diễn mối quan hệ vùng phủ L theo RtRr function [L vungphu] = duongcoso_vungphu(RtRr) clear L vungphu; L = 0:.5:100; vungphu = pi*RtRr*(1-(1/64)*((L.^4)/RtRr^2)-(3/16384)*((L.^8)/RtRr^4)); plot(L,vungphu); grid on; xlabel('Do dai duong co so L (Km)'); ylabel('Vung phu (Km2)'); title('Moi quan he Vung phu va dai duong co so'); end Đường bao Oval theo SNR, L K function [t r] = Oval_SNR (L,SNR,K) clear C t r; C=K/10^(SNR/10); t=0:.01:2*pi; r=sqrt((L^2.*cos(t).^2 - L^2/2+sqrt(4*C-L^4.*cos(t).^2.*sin(t).^2))/2); polar(t,r); title('Duong Oval Cassini'); end Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt GS TSKH Phan Anh (2007), Lý thuyết kĩ thuật anten, NXB Khoa học kĩ thuật, Hà Nội Cục Tần sô vô tuyến điện (2009), Quy hoạch phổ tần số quốc gia, URL: www rfd.gov.vn, Hà Nội Trần Minh Tuấn, Lương Xuân Trường (2011), Nghiên cứu xây dựng hệ thống radar thụ động sử dụng tín hiệu phát truyền hình Việt Nam, Chun san kỳ 3, tạp chí Cơng nghệ thông tin Truyền thông, Hà Nội Tiếng Anh Benson Chan (2008), Reciever site optimisation for passive coherent location radar system, Cape Town H.D Griffiths (2009), Passive Bistatic Radar, RTO-EN-SET-133, Nato Otan H.D Griffiths (2004), Bistatic and Multistatic Radar, IEE Military Radar Seminar, Shrivenham John W.Franklin (2010), Passive Bistatic Radar, URL: www.cse.unt.edu Merrill Skolnic (2008), Radar Handbook , Mc Graw-Hill,The USA Nicholas J Willis (2005), Bistatic Radar,Scietech Publishing INC, New York 10 Vincenzo Carulli, Amerigo Capria, Michele Conti, Dario Petri, Macro Martorella, Fabrizio Berizzi, Enzo Dalle Mese, Rocco Soleti (2010), Ship Detection with DVB-T software defined passive radar, URL: ieee.uniparthenope.it 11 R Mahafza, Ph.D Bassen, (2000), Radar Systems Analysis And Designing Using Matlab, Chapman & Hall/CRC Lương Xuân Trường Luận văn Thạc sỹ