Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển nhằm tách tâm tác xạ của mục tiêu trong hệ thống radar phân giải cao

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THIÊN TÂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN NHẰM TÁCH TÂM TÁN XẠ CỦA MỤC TIÊU TRONG HỆ THỐNG RADAR PHÂN GIẢI CAO Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS Lê Tiến Thường Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng 12 năm 2009 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc _ Tp.HCM, ngày tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : NGUYỄN THIÊN TÂN Ngày tháng năm sinh : 27/08/1982 Chuyên ngành KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ : Phái : Nam Nơi sinh : Khánh Hòa Mã số HV : 01407357 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN NHẰM TÁCH TÂM TÁN XẠ CỦA MỤC TIÊU TRONG HỆ THỐNG RADAR PHÂN GIẢI CAO II NHIỆM VỤ: - Nghiên cứu tách tâm tán xạ mục tiêu hệ thống radar phân giải cao phương pháp Prony phương pháp Matrix Pencil - Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển LM3S2965 nhằm tách tâm tán xạ mục tiêu hệ thống radar phân giải cao, theo hai phương pháp nêu III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ngày 02 tháng 02 năm 2009 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 30 tháng 11 năm 2009 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS-TS LÊ TIẾN THƯỜNG Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến PGS.TS Lê Tiến Thường Thầy gợi mở, quan tâm, giúp đỡ nhiều suốt thời gian thực đề tài tốt nghiệp Tôi xin cảm ơn ThS Nguyễn Xuân Tý, anh bận rộn với công việc dành nhiều thời gian nhận xét góp ý cung cấp cho tơi số tài liệu cần thiết Tôi xin cảm ơn thầy giáo, cô giáo dạy giỗ nên người Xin cảm ơn bạn học ln sẵn lịng trao đổi, bàn luận với hướng giải gặp tốn khó Cuối xin gửi lời tri ân đến ba mẹ gia đình nuôi dạy khôn lớn sát cánh bên con, động viên lúc gặp khó khăn Trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Tháng 12 năm 2009 Học viên Nguyễn Thiên Tân ABSTRACT Radar, as the name suggests, were traditionally used for radio detection and ranging Nevertheless, advancement in technology, especially in high resolution radar, has made it possible for using them as a sensor to identify or recognize target The thesis “A research on applying microcontroller for recognizing target scattering center in high resolution radar system” help post graduated student having knowledge about: + Recognizing target scattering center in high resolution system This is a basis technology for me to continue researching about high resolution radar system in future + Microcontroller and its programming method, one of the areas getting more attention nowadays Because of the time limit, the thesis still has some mistakes So, I very please to receive more comment on it Nguyen Thien Tan TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Radar, theo tên gọi nó, hệ thống dùng song radio để phát đo khoảng cách mục tiêu Tuy nhiên, với phát triển công nghệ, đặc biệt công nghệ radar phân giải cao, radar sử dụng thiết bị cảm biến phát nhận dạng mục tiêu Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng Vi điều khiển nhằm tách tâm tán xạ mục tiêu hệ thống Radar phân giải cao” giúp học viên cao học nắm rõ kiến thức : + Kỹ thuật tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao Đây kỹ thuật tảng, tạo sở để tiếp tục nghiên cứu sâu hệ thống Radar phân giải cao + Kiến thức vi điều khiển cách thức lập trình vi điều khiển, lĩnh vực thu hút nhiều quan tâm nghiên cứu thời điểm Nội dung luận văn bao gồm 11 chương, chia làm phần: + Phần I: Giới thiệu, lý thuyết Radar, bao gồm: - Chương 1: Giới thiệu tổng quan - Chương 2: Lý thuyết Radar - Chương 3: Xử lý tín hiệu liệu Radar - Chương 4: Phát mục tiêu hiển thị - Chương 5: Mặt cắt ngang Radar (RCS) + Phần II: Phương pháp tách tâm tán xạ mục tiêu, bao gồm; - Chương 6: Lý thuyết toán học phục vụ tách tâm tán xạ - Chương 7: Phương pháp Prony - Chương 8: Phương pháp Matrix Pencil + Phần III: Mô phỏng, kết luận, bao gồm: - Chương 9: Kit vi điều khiển Stellaris LM3S2965 - Chương 10: Mô - Chương 11: Kết luận Do thời gian hạn chế nên việc thực đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp, đánh giá, nhận xét bổ sung quý báu quý thầy cô bạn Nguyễn Thiên Tân Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường MỤC LỤC PHẦN I: GIỚI THIỆU, LÝ THUYẾT RADAR CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Lý thực đề tài 1.5 Mục tiêu đề tài 1.6 Nhiệm vụ luận văn 1.7 Tổng quan luận văn CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT RADAR 2.1 Các vấn đề Radar 2.1.1.Khái niệm Radar 2.1.2 Tổng quan tần số Radar 2.1.3 Độ lợi antenna 2.1.4 Phương trình Radar 2.1.5 Độ xác độ phân giải 2.1.6 Thời gian tích hợp hiệu ứng doppler 10 2.1.7 Các kĩ thuật Radar phân giải cao 10 2.2 Radar quan sát 13 2.2.1.Radar quan sát 13 2.2.2.Khảo sát độ rộng chùm tia antenna 13 2.2.3.Tần số lập lại xung – vận tốc khoảng cách rõ ràng 14 2.2.4 Độ dài xung lấy mẫu 15 2.2.5 Clutter nhiễu 15 2.3 Radar theo dõi 16 2.3.1 Sự theo dõi 16 2.3.2 Tạo búp liên tiếp ( Sequential lobing) quét hình nón 17 2.3.3 Radar đơn xung 17 2.3.4 Độ xác tracking Agility tần số 20 CHƯƠNG 3: XỬ LÝ TÍN HIỆU VÀ DỮ LIỆU TRONG RADAR 21 3.1 Sự phân bố tín hiệu cộng nhiễu 21 3.2 Tỷ số tín hiệu nhiễu ( SNR) 22 3.3 Phân chia xử lý tín hiệu xử lý data 23 3.4 Tính chất clutter 23 3.5 Quá trình báo mục tiêu di động 25 3.6 Xử lý trình biến đổi Fourier nhanh (FFT ) 27 3.7 Sự giữ ngưỡng ( thresholding ) 28 3.8 Sự phân tích Plot (plot extraction) kết hợp Plot − Track 29 3.8.1 Sự phân tích Plot 29 3.8.2 Sự liên kết Plot − Track 29 Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường CHƯƠNG 4: PHÁT HIỆN MỤC TIÊU VÀ HIỂN THN 32 4.1.Tổng quan 32 4.2 Cơ sở cho lý thuyết xác suất dùng việc phát mục tiêu 36 4.3 Ảnh hưởng phần thu phân bố nhiễu 40 4.4 Phân bố tín hiệu cộng nhiễu 44 4.5 Sự phát xác suất xảy báo nhầm 45 4.6 Bộ thu tương quan 48 4.7 Bộ lọc thích nghi 51 4.8 Các thành phần chủ chốt việc phát tín hiệu 52 4.9 Dị tìm dùng nhiều quan sát 52 CHƯƠNG 5: MẶT CẮT NGANG RADAR (RCS) 55 5.1 Giới thiệu chung 55 5.2 Khái niệm lượng phản hồi 56 5.3 Các kỹ thuật tính RCS 59 5.3.1.Các phương pháp xác: 59 5.3.2 Các phương pháp xấp xỉ 62 5.4 Sự phụ thuộc RCS góc hướng tần số 68 5.5 Sự phụ thuộc phân cực RCS 70 5.5.1 Phân cực 70 5.5.2 Ma trận tán xạ mục tiêu 72 5.6 RCS mục tiêu đơn giản 73 5.6.1 Quả cầu 74 5.6.2 Ellipsoid 75 5.6.3 Mặt phẳng tròn 76 5.6.4 Hình nón cụt 76 5.6.5 Hình trụ 78 PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP TÁCH TÂM TÁN XẠ MỤC TIÊU CHƯƠNG 6: LÝ THUYẾT TOÁN HỌC PHỤC VỤ TÁCH TÂM TÁN XẠ 79 6.1 ChuNn ma trận 79 6.2 Trị riêng vector riêng 79 6.2.1 Định nghĩa 79 6.2.2 Các bước tìm trị riêng vector riêng 79 6.2.3 Tính chất 80 6.3 Phân tích SVD (Singular Values Decomposition) 80 6.4 Giả nghịch đảo Moore-Penrose 81 6.5 Bài tốn bình phương tối thiểu tuyến tính 82 6.6 Phương pháp Total Least Squares-Phương trình dự đốn tuyến tính 84 CHƯƠNG 7: PHƯƠNG PHÁP PRONY 88 7.1 Giới thiệu 88 7.2 Phương pháp Prony 91 7.3 Phương pháp Prony hiệu chỉnh 96 Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường CHƯƠNG 8: PHƯƠNG PHÁP MATRIX PENCIL 100 8.1 Giới thiệu 100 8.2 Phương pháp Matrix Pencil trường hợp không nhiễu 100 8.3 Phương pháp Matrix Pencil trường hợp có nhiễu 102 PHẦN III: MÔ PHỎNG, KẾT LUẬN CHƯƠNG 9: KIT VI ĐIỀU KHIỂN STELLARIS LM3S2965 106 9.1 Giới thiệu 106 9.2 Vi điều khiển LM3S2965 107 9.2.1 Ngắt 110 9.2.2 Module ngủ đông (Hibernation Module) 111 9.2.3 Bộ nhớ 112 9.2.4 Khối xuất nhập đa dụng (GPIOs) 113 9.2.5 Timer đa dụng 113 9.2.6 Chuyển đổi tương tự sang số (ADC) 114 9.2.7 Truyền nhận bất đồng (UART) 115 9.2.8 Giao tiếp đồng nối tiếp (SSI) 117 9.2.9 Bộ so sánh tín hiệu tương tự 117 9.3 Bộ điều khiển tích hợp chức giao tiếp qua cổng USB 119 9.4 Màn hình OLED hiển thị 120 9.5 Phần mềm biên dịch: Red Suite .121 9.5.1 Giới thiệu 121 9.5.2 Cách đọc project sẵn có 122 9.5.3 Cách tạo Project 125 9.5.4 Biên dịch project nạp chương trình cho kit 131 CHƯƠNG 10: MÔ PHỎNG 134 10.1 Giới thiệu 134 10.2 Giả lập liệu .135 10.3 Truyền liệu lên Kit LM3S2965 .137 10.4 Lập trình vi điều khiển tách tâm tán xạ theo phương pháp Prony 138 10.5 Lập trình vi điều khiển tách tâm tán xạ theo phương pháp Matrix Pencil .141 10.6 Nhận xét 142 10.6.1.Phương pháp Prony 142 10.6.2.Phương pháp Matrix Pencil 143 CHƯƠNG 11: KẾT LUẬN .144 11.1 Kết đạt ý nghĩa 144 11.1.1 Kết đạt 144 11.1.2 Ý nghĩa 144 11.2 Hướng phát triển 145 TÀI LIỆU THAM KHẢO 146 Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Cấu trúc luận văn Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống radar đơn giản Hình 2.2 Xác định cự ly tìm kiếm Radar Hình 2.3 Độ xác khoảng cách radar phụ thuộc vào băng thơng Hình 2.4 Sơ đồ khối hệ thống Radar đơn xung so sánh biên độ 18 Hình 2.5 Các mơ hình chùm tia Antenna tọa độ Đề 19 Hình 2.6 Phase-comparision Monopulse 19 Hình 3.1 PDF tín hiệu tín hiệu + nhiễu 21 Hình 3.2 Xử lý data tín hiệu hệ thống radar đại 23 Hình 3.3 Sơ đồ khối trình MTI 25 Hình 3.4 Hệ thống xóa ba xung đa xung (tổng quát) 26 Hình 3.5 Trung bình biên sử dụng hệ thống giữ ngưỡng 29 Hình 4.1 Các phần tử hệ thống tác dụng đến việc tìm kiếm mục tiêu 33 Hình 4.2 Tác dụng lọc qua băng việc phát mục tiêu 35 Hình 4.3 Mức điện áp dung định có mặt mục tiêu 36 Hình 4.4 Hàm mật độ phân phối xác suất Gaussian PDF 39 Hình 4.5 Tác dụng lọc nhiễu trắng 43 Hình 4.6 Các hàm mật độ phân bố xác suất nhiễu cộng tín hiệu 45 Hình 4.7 Các diện tích hàm phân bố xác suất PDF nhiễu 46 Hình 4.8 Vẽ Pd theo SNR với khỏng giá trị Pfa 47 Hình 4.9 Các hàm mật độ phân bố xác suất PDF 53 Hình 5.1 Đối tượng ba chiều 58 Hình 5.2 Phương pháp Moment chia toàn bề mặt thành phần nhỏ 61 Hình 5.3 RCS theo thuyết quang hình 63 Hình 5.4 Nhiễu xạ 64 Hình 5.5 Góc trường tới trường phản xạ vật hình nêm 65 Hình 5.6 RCS hình nón cụt theo phân cực dọc 66 Hình 5.7 RCS hình nón cực theo phân cực ngang 66 Hình 5.8 Hai tán xạ tầm nhìn thẳng Radar 69 Hình 5.9 Sự phụ thuộc RCS vào góc hướng 69 Hình 5.10 Sự phụ thuộc tần số RCS 70 Hình 5.11 RCS cầu miền 74 Hình 5.12 Ellipsoid có tâm vị trí (0,0,0) 75 Hình 5.13 Mặt phẳng hình trịn 76 Hình 5.14 Hình nón cụt 77 Hình 5.15 Hình trụ 78 Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường CHƯƠNG 10: MƠ PHỎNG 10.1 Giới thiệu Nội dung mơ bao gồm: Giả lập mẫu liệu tín hiệu thu lại sau phản xạ từ vật thể: Do khơng có điều kiện đo đạc để thu nhận tín hiệu Radar phản xạ thực tế nên đề tài này, sử dụng phần mềm Matlab 7.0 để lập trình, xây dựng chương trình tạo tín hiệu giả lập tín hiệu thu nhận từ Radar Nạp liệu giả lập phần 01 vào Kit Luminary Micro LM3S2965: Việc truyền nhận liệu máy tính Kit LM3s2965 thực thơng qua cổng COM ảo (COM 6) tích hợp vào cổng USB, điều khiển Chip FTDI2232 Kit LM3S2965 (chi tiết chức giao tiếp cổng COM ảo tích hợp vào cổng USB trình bày Chương 9, mục 9.3) Chương trình máy tính để quản lý truyền nhận liệu với Kit LM3S2965 lập trình ngơn ngữ Matlab, với chương trình tạo mẫu liệu phần 01 Lập trình vi điều khiển để thực chức phân tích, tách tâm tán xạ từ mẫu liệu gửi từ máy tính: Ngơn ngữ lập trình vi điều khiển LM3S2965 ngơn ngữ C/C++, phần mềm dùng để lập trình, debug nạp Kit phần mềm Red_Suite Ở đây, xây dựng hai chương trình nạp Kit để thực tách tâm tán xạ mục tiêu theo hai phương pháp trình bày luận văn này, phương pháp Prony phương pháp Matrix Pencil Quan sát, nhận xét kết Như vậy, q trình mơ tóm lược theo sơ đồ sau: Giả lập liệu mẫu Lập trình tách tâm tán xạ theo phương pháp Prony Truyền liệu vào kit Nạp Kit Chạy chương trình Kit Xem kết Mô phương pháp Matrix Pencil Mô phương pháp Prony Chương 10: Mô Trang 134 HV: Nguyễn Thiên Tân Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường 10.2 Giả lập liệu Mở Matlab chạy chương trình gialap Chương trình chạy mở cửa sổ có giao diện sau: Hình 10.1: Trang giao diện phần mềm tạo mẫu liệu nạp kit Tại trang giao diện này, click chọn vào nút “Tạo liệu mẫu”, chương trình chuyển sang giao diện cho phép nhập thông tin để tạo mẫu liệu tín hiệu giả lập Hình 10.2: Giao diện tạo tín hiệu giả lập Chương 10: Mơ Trang 135 HV: Nguyễn Thiên Tân Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường Tín hiệu giả lập có dạng: M y (t ) = ∑ Ai e−σ it cos(2π fi t+φi ) + ni (t ) i =1 Trong đó: • yi (t ) = Ai e−σ it cos(2π fi t+φi ) + ni (t ) giả lập thành phần phản xạ, tương ứng với tín hiệu phản xạ từ tâm tán xạ • M: bậc mơ hình giả lập, số tâm tán xạ • Ai: Biên độ tín hiệu phản xạ • σ i : hệ số suy giảm • fi: tần số tín hiệu • φi : pha tín hiệu Trong giao diện tổng hợp, ta cần nhập vào bậc mơ hình, tức số tín hiệu thành phần, chương trình tiếp tục chuyển sang cửa sổ giao diện tạo liệu thành phần tiếp theo, cho phép ta nhập bổ sung thông tin thành phần biên độ, hệ số suy giảm, tần số, góc pha nhiễu (nếu có) Sau nhập đầy đủ thông tin, nhấn chuột nút “chấp nhận”, cửa sổ giao diện hiển thị dạng sóng tín hiệu thành phần vừa nhập, đồng thời thông tin nhập ghi lại để tổng hợp nên tín hiệu tổng Hình 10.3: Giao diện nhập thơng tin tạo tín hiệu thành phần Chương 10: Mô Trang 136 HV: Nguyễn Thiên Tân Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường Sau nhập đầy đủ tín hiệu thành phần, ta quay lại giao diện tạo tín hiệu tổng, giao diện hiển thị lên dạng sóng tín hiệu tổng hợp giả lập làm tín hiệu phản xạ thu Radar Hình 10.4: Tín hiệu giả lập 10.3 Truyền liệu lên Kit LM3S2965 Quay lại giao diện phần mềm giả lập (như hình 10.1), nhấp chọn nút “Nạp liệu”, chương trình chuyển sang giao diện cho phép truyền liệu dạng nối tiếp với Kit LM3S2965 Hình 10.5: Giao diện truyền nhận liệu với Kit LM3S2965 Chương 10: Mô Trang 137 HV: Nguyễn Thiên Tân Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường Chọn cổng giao tiếp (cổng COM 6), chọn tốc độ giao tiếp (115200 kbps) sau nhấn nút “Send’ để gửi liệu lên Kit Hình 10.6: Kết nối Kit LM3S2965 máy tính thơng qua cáp USB 10.4 Lập trình vi điều khiển tách tâm tán xạ theo phương pháp Prony Phần mềm lập trình: Red_Suite v2.02 Ngơn ngữ lập trình: C/C++ Hình 10.7: Giao diện lập trình Red_Suite v2.02 Chương 10: Mô Trang 138 HV: Nguyễn Thiên Tân Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường Lưu đồ lập trình tách tâm tán xạ theo phương pháp Prony: Hình 10.8: Lưu đồ tách tâm tán xạ theo phương pháp Prony hiệu chỉnh Chương 10: Mô Trang 139 HV: Nguyễn Thiên Tân Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường Kết tách tâm tán xạ theo mơ hình Prony hiển thị hình LED Kit LM3S2965 Hình 10.9: Kết tách tâm tán xạ theo phương pháp Prony Chương 10: Mô Trang 140 HV: Nguyễn Thiên Tân Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường 10.5 Lập trình vi điều khiển tách tâm tán xạ theo phương pháp Matrix Pencil Thay lập trình tách tâm tán xạ sử dụng phương pháp Prony, lập trình tách tâm tán xạ sử dụng phương pháp Matrix Pencil Phương pháp Matrix Pencil lập trình theo lưu đồ sau: + + {V  } {V  } − λ [ I ] ' H ' H Hình 10.10: Lưu đồ giải thuật Matrix Pencil Chương 10: Mô Trang 141 HV: Nguyễn Thiên Tân Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường Hình 10.11: Kết tách tâm tán xạ theo phương pháp Matrix Pencil 10.6 Nhận xét 10.6.1.Phương pháp Prony Để tách tâm tán xạ cần phải qua ba bước là: + Giải tìm hệ số đa thức dự đốn tuyến tính + Giải tìm nghiệm đa thức biến xây dựng hệ số dự đoán giải bước Giá trị cực mơ hình + Giải tìm biên độ dựa vào giá trị cực mẫu liệu biết Phương pháp Prony phương pháp xây dựng từ lâu nên có khuyết điểm chưa phản ứng tốt tín hiệu có nhiễu cao Bên cạnh đó, việc giải tìm nghiệm đa thức đưa đến phép tính phức tạp số tâm tán xạ, hay bậc mơ hình cao (khơng khả thi số tâm tán xạ lớn 50) Ngoài ra, phương pháp Prony nguyên đòi hỏi phải ước lượng trước bậc mơ hình, tức số tâm tán xạ Độ xác giải thuật phụ thuộc vào việc ước lượng thông số Phương pháp Prony hiệu chỉnh mở giải pháp khác để ước lượng số tâm tán xạ (cho phép chọn giá trị lớn giá trị thực tế), nhiên việc dự Chương 10: Mô Trang 142 HV: Nguyễn Thiên Tân Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường đốn, ước lượng thơng số bậc mơ hình cịn nhiều hạn chế phương pháp Prony 10.6.2.Phương pháp Matrix Pencil Để tách tâm tán xạ cần thực hai bước chính: + Giải tìm trị riêng ma trận suy từ ma trận mẫu liệu, giá trị cực mơ hình + Từ giá trị các giá trị mẫu thu được, giải tìm giá trị biên độ mơ hình Như vậy, so với phương pháp Prony, phương pháp Matrix Pencil có đơn giản giải thuật tách tâm tán xạ Ngoài ra, phương pháp Matrix Pencil phương pháp phát triển sau này, đánh giá cho kết tách tâm tán xạ tốt phương pháp Prony tín hiệu mẫu thu bị nhiễu cao [5] Chương 10: Mô Trang 143 HV: Nguyễn Thiên Tân Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường CHƯƠNG 11: KẾT LUẬN 11.1 Kết đạt ý nghĩa 11.1.1 Kết đạt Sau thực luận văn, đạt kết sau: - Hiểu sâu lý thuyết chung hệ thống Radar phân giải cao lý thuyết kỹ thuật tách tâm tán xạ mục tiêu hệ thống Radar phân giải cao, đặc biệt kỹ thuật tách tâm tán xạ sử dụng phương pháp Prony phương pháp Matrix Pencil - Tìm hiểu sâu phương pháp số, cụ thể giải thuật giải toán áp dụng máy tính kỹ thuật phân tích SVD ma trận tổng quát, kỹ thuật tính nghịch đảo ma trận tổng quát, kỹ thuật giải phương trình biến, kỹ thuật giải tìm trị riêng ma trận … - Nắm rõ kỹ lập trình dựa ngơn ngữ C/C++ để nạp vào Kit vi điều khiển LM3S2965 Thành cơng việc lập trình vi điều khiển LM3S2965 phép kit vi điều khiển thực việc tách tâm tán xạ mục tiêu phương pháp Prony phương pháp Matrix Pencil - Nắm rõ kỹ thực việc lập trình mơ phỏng, giả lập tín hiệu phần mềm MATLAB, sử dụng chương trình lập trình từ MATLAB để giao tiếp với Kit vi điều khiển LM3S2965 thông qua cổng USB 11.1.2 Ý nghĩa Ngơn ngữ lập trình C/C++ MATLAB hai ngơn ngữ lập trình ứng dụng nhiều công tác nghiên cứu khoa học thực tế đời sống Việc nắm rõ kỹ lập trình hai ngơn ngữ tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho việc tiếp tục nghiên cứu học tập, phát triển sản phNm phần mềm phục vụ công tác Kỹ thuật tách tâm tán xạ mục tiêu kỹ thuật bản, đóng vai trò tảng hệ thống Radar phân giải cao Nắm rõ kỹ thuật tách tâm tán xạ tạo điều kiện thuận lợi để tiếp tục nghiên cứu kỹ thuật chuyên sâu hệ thống Radar phân giải cao xác định hướng di chuyển, đo vận tốc nhận dạng mục tiêu … Vi điều khiển LM3S2965 vi điều khiển 32 bit thiết kế dựa kiến trúc ARM Cortex-M3 Đây kiến trúc 32 bit ứng dụng rộng rãi sản xuất nhiều giới, chiếm 70% ứng dụng CPU nhúng 32 bit Việc tìm hiểu nắm rõ cấu hình, chức cách thức lập trình vi điều khiển tạo nhiều thuận lợi việc phát triển ứng dụng vi điều khiển để áp dụng thực tế vào đời sống hàng ngày Chương 11: Kết luận Trang 144 HV: Nguyễn Thiên Tân Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường 11.2 Hướng phát triển Trong luận văn nay, tơi nghiên cứu tìm hiểu phương pháp Prony phương pháp Matrix Pencil áp dụng cho tín hiệu 1D Phương pháp Prony phương pháp Matrix Pencil áp dụng để tách tâm tán xạ không gian 2D 3D Đây bước nghiên cứu cần thiết việc tìm hiểu kỹ thuật tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao Một hướng phát triển khác tiếp tục nghiên cứu kỹ thuật chuyên sâu hệ thống Radar phân giải cao xác định hướng di chuyển, đo vận tốc nhận dạng mục tiêu … Do có kiến thức hệ thống radar phân giải cao kỹ thuật tách tâm tán xạ nên việc nghiên cứu sâu lĩnh vực thuận lợi Ngoài ra, nghiên cứu sâu vi điều khiển 32 bit dựa kiến trúc ARM hướng phát triển Trong luận văn này, giới hạn việc lập trình vi điều khiển để thực giải thuật toán học tách tâm tán xạ mục tiêu Vi điều khiển loại cịn thực nhiều chức khác liên quan đến lĩnh vực điều khiển động cơ, điều khiển hệ thống tự động điều khiển truyền dẫn, giao tiếp liệu … Theo nhận định thân học viên, nghiên cứu hệ thống radar vi điều khiển lĩnh vực hay, lý thú có nhiều ứng dụng thực tế Vì khả thực có hạn thời gian khơng nhiều, nên luận văn khơng tránh khỏi có số sơ sót nhầm lẫn Kính xin Q Thầy Cơ anh chị học viên bạn thông cảm Mong với ham thích có hứng thú với hướng nghiên cứu chia sẻ với học viên để tiếp tục tìm hiểu, phát triển thêm, nhằm nâng cao tính hữu dụng thực tế cho đề tài Đó mục tiêu chủ chốt lợi ích ngành học Lời cuối kết lại nội dung luận văn này, học viên xin chân thành cám ơn đến tất thầy cô, anh chị bạn quan tâm theo dõi Chương 11: Kết luận Trang 145 HV: Nguyễn Thiên Tân Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường TÀI LIỆU THAM KHẢO Merrill Skolnik, “Radar handbook” , McGraw-Hill Publishing Company, 2001 Donal R.Wehner, “High-revolution Radar”, Artech House, Norwood, MA02063, 2005 M.P Hurst and R Mittra, “Scattering center analysis via Prony’s method”, IEEE trans Antennas Propagat., vol AP-35, pp.986-988, Mar 1980 Rob Carriere and R L Moses, “High Resolution Radar Target modeling using a modified Prony estimator”, IEEE trans Antennas Propagat., vol 40, Jan 1992 T K Sarkar and O Pereira, ‘‘Using the Matrix Pencil Method to Estimate the Parameters of a Sum of Complex Exponentials’’, IEEE Antennas Propagat M J Gerry, L.C.Potter, I.J.Gupta and A van der Merwe, “A parametric model for synthetic aperture radar measurements”, IEEE Transactions on Antennas and Propagat, submitted April, 2004 L C Potter, D M Chiang, R Carriere, and M J Gerry, “A GTD-Based Parametric Model for Radar Scattering”, IEEE Trans Antennas Propagation., Vol AP-43, Oct 1995, pp 1058-1067 W M Steedly, C J Ying, R L Moses, “A modified TLS-Prony method using data decimal”, Department of Electrical Engineering, The Ohio State University Yingbo Hua, Tapan K.Sarkar “Matrix Pencil method for Estimating Parameters of Exponentially Damped/Undamped Sinusoids in Noise” IEEE Trans on Acoustics, Speech and Processing Vol.38, No.5, May 1990 10 In-Sik Choi, Dong-Kyu Seo, Jin-Kyu Bang, Hyo-Tae Kim and Edward J Rothwell, "Radar programming-based target recognition CLEAN," using Journal of one-dimensional evolutionary Electromagnetic Waves and Applications, vol 39, no 1, pp 369-373, April 2003 11 Singh, Satnam, “Application of Prony Analysis to Characterize Pulsed Corona Reacto Measurements”, M.S., Department of Electrical and Computer Engineering, August 2003 Tài liệu tham khảo Trang 146 HV: Nguyễn Thiên Tân Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường 12 Shyam Sadasivan, “An introdution to the ARM Cortex-M3 processor”, ARM White Paper, October 2006 13 “LM3S2965 Microcontroller Datasheet”, Luminary Micro Inc, 2007 14 Quách Tuấn Ngọc, “Ngôn ngữ lập trình C”, Nhà xuất thống kê, 2003 15 Trần Đan Thư, “Giáo trình lập trình C”, Trung tâm tin học Đại học Khoa học Tự nhiên TP Hồ Chí Minh, 2003 Tài liệu tham khảo Trang 147 HV: Nguyễn Thiên Tân Tách tâm tán xạ hệ thống Radar phân giải cao GVHD: PGS-TS Lê Tiến Thường LÝ LNCH TRÍCH NGANG Họ tên : NGUYỄN THIÊN TÂN Phái : Nam Ngày sinh : 27/08/1982 Nơi sinh : Hộ khNu TT TP Nha Trang – Tỉnh Khánh Hòa : 80B/10/1 Đồng Nai, Phường Phước Hải, TP.Nha Trang, Tỉnh Khánh Hịa Địa email : TanNT@rocketmail.com Q TRÌNH ĐÀO TẠO: 9/2000 – 1/2005 : Sinh viên khoa Điện - Điện tử, môn Điện tử - Viễn thông, hệ quy, Trường Đại học Bách Khoa TP HCM 9/2007 đến : học viên cao học Khoa Điện – Điện tử, chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử, hệ quy, Trường Đại học Bách Khoa TP HCM QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC: 2005 – 10/2009 : Là chun viên Phịng Viễn thơng, Cơng ty Điện lực TP HCM 11/2009 – : Là kỹ sư máy bay, Công ty TNHH Kỹ thuật máy bay (VAECO) Lý lịch trích ngang Trang 148 HV: Nguyễn Thiên Tân ... ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI ĐIỀU KHIỂN NHẰM TÁCH TÂM TÁN XẠ CỦA MỤC TIÊU TRONG HỆ THỐNG RADAR PHÂN GIẢI CAO II NHIỆM VỤ: - Nghiên cứu tách tâm tán xạ mục tiêu hệ thống radar phân giải cao phương... mục tiêu Luận văn ? ?Nghiên cứu ứng dụng Vi điều khiển nhằm tách tâm tán xạ mục tiêu hệ thống Radar phân giải cao? ?? giúp học vi? ?n cao học nắm rõ kiến thức : + Kỹ thuật tách tâm tán xạ hệ thống Radar. .. chọn thực đề tài ? ?Nghiên cứu ứng dụng vi điều khiển nhằm tách tâm tán xạ mục tiêu hệ thống Radar phân giải cao? ??, với mục tiêu vừa để nghiên cứu tìm hiểu hệ thống Radar phân giải cao, vừa phát triển