Nghiên cứu giải pháp thiết kế hệ thống trinh sát và chế áp ngòi nổ vô tuyến hoạt động theo nguyên lý doppler

Bài viết trình bày nghiên cứu phát triển hệ thống trinh sát và chế áp đồng thời nhiều ngòi nổ vô tuyến (NNVT) hoạt động theo nguyên lý Doppler. Việc này đòi hỏi thời gian và bộ trinh sát phải hoạt động ở tốc độ cao, đặc biệt trong trường hợp có nhiều quả đạn pháo đồng thời cần phải tiến hành chế áp, bài toán xử lý trở nên phức tạp.

Thông tin khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRINH SÁT VÀ CHẾ ÁP NGÒI NỔ VÔ TUYẾN HOẠT ĐỘNG THEO NGUYÊN LÝ DOPPLER Đặng Đình Tiệp*, Nguyễn Văn Khơi, Trần Ngọc Lâm, Đỗ Doanh Điện, Dư Thị Quỳnh Trang Tóm tắt: Bài báo trình bày nghiên cứu phát triển hệ thống trinh sát chế áp đồng thời nhiều ngịi nổ vơ tuyến (NNVT) hoạt động theo nguyên lý Doppler Việc đòi hỏi thời gian trinh sát phải hoạt động tốc độ cao, đặc biệt trường hợp có nhiều đạn pháo đồng thời cần phải tiến hành chế áp, toán xử lý trở nên phức tạp Để giải vấn đề này, tác giả tiến hành nghiên cứu phát triển hệ thống trinh sát chế áp dựa phương án trinh sát thời gian thực chế áp đồng thời tới đạn Các kết thử nghiệm thực tế cho thấy khả trinh sát chế áp hệ thống làm việc tốt lúc chế áp kích nổ NNVT có tần số làm việc khác Từ khóa: Radio Proximity Fuse; Chebyshev bandpass filter; RF Amplifier ĐẶT VẤN ĐỀ Với phát triển cơng nghệ đại, vũ khí trở nên thơng minh với việc tích hợp hệ điện tử cảm biến vào hệ khí của loại đạn pháo, bom mìn hay tên lửa Bom, đạn chủ động hoạt động dựa ngịi nổ vơ tuyến nghiên cứu sử dụng loại đạn pháo với mục đích khác nhằm tăng khả sát thương tăng hiệu tiêu diệt mục tiêu [1-3] Các NNVT hoạt động dựa nguyên lý phát thu sóng vơ tuyến để xác định thời điểm kích nổ đạn [4] Nhằm chế áp loại ngòi nổ vơ tuyến này, tốn thu phân tích tín hiệu vơ tuyến cần tiến hành nhằm phát tín hiệu giả chế áp gây nổ sớm đạn nghiên cứu tiến hành [5] Tuy nhiên, với dải tần số chế áp rộng việc phải chế áp đồng thời nhiều đạn hoạt động nhiều tần số khác nên đòi hỏi việc xử lý phức tạp giới hạn thời gian đáp ứng Bài báo nghiên cứu giải pháp sử dụng trực tiếp tín hiệu thu từ đạn vào việc tạo tín hiệu chế áp Tín hiệu thu đạn khuếch đại lên đủ mức cơng suất để đóng vai trị tín hiệu LO (Local Oscillator) cho trộn tần tạo tín hiệu chế áp Các lọc thông giải sử dụng để loại bỏ tần số khơng nằm vùng tín hiệu NNVT trước vào trộn tần NNVT VÀ HỆ THỐNG TRINH SÁT, CHẾ ÁP NNVT Ngòi nổ vơ tuyến đại M514 Mỹ, bao gồm đầy đủ tính năng, dùng cho pháo mặt đất Khi ngịi nổ vơ tuyến làm việc, kích nổ, đầu nổ cách mặt đất khoảng từ 4m đến 8m Bằng cách tính tốn độ lệch tần số tín hiệu phát tín hiệu thu (tần số Doppler) để xác định khoảng cách tới mục tiêu, NNVT đưa định có gây nổ hay không Mục tiêu cần trinh sát ngịi nổ vơ tuyến có tốc độ di chuyển nhanh, kích thước nhỏ, sử dụng nguyên lý Doppler phát sóng CW(Continuous Wave) liên tục Do đó, thời gian đáp ứng hệ thống trinh sát đưa tín hiệu chế áp nhỏ (cỡ ms), đặc biệt trường hợp phải tiến hành chế áp nhiều NNVT thời điểm NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP THIẾT KẾ BỘ TRINH SÁT VÀ CHẾ ÁP NNVT ĐA MỤC TIÊU Hình mơ tả sơ đồ nguyên lý thiết kế trinh sát chế áp NNVT đa mục tiêu Giả sử thời điểm có ba NNVT tiến phía mục tiêu mặt đất nơi đặt chế áp Trong trường hợp NNVT ba loại khác có ba tín hiệu có tần số khác tương ứng f1,f2,f3 Tín hiệu từ NNVT phát đến anten thu, anten thu lại cho qua khuếch đại tạp âm thấp trước qua lọc thông dải Bộ lọc thơng dải đóng vai trị quan trọng việc lấy tín hiệu dải tần Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 74, - 2021 167 Thông tin khoa học công nghệ ứng với tần số phát NNVT loại thành phần tín hiệu phát từ nguồn khác Nhằm tiến hành phản ứng tức thời chế áp, đáp ứng thời gian thực, nhóm tín hiệu tiến hành trộn với tần số doppler để tạo tín hiệu giả dịch tần doppler nhằm đánh lừa NNVT gây kích nổ chúng Một trộn sử dụng để trộn tín hiệu với tín hiệu giả doppler tần số doppler (fD) Giả sử tín hiệu Doppler VD đầu vào có dạng: VD=VD0 cos(wDt) (1) Tín hiệu khuếch đại từ anten với tần số f1, f2,f3 có dạng: Vs=Vf1+Vf2+Vf3=V10cos(w1t+φ1)+V20cos(w2t+φ2) + (2) +V30cos(w3t+φ3) Hình Sơ đồ nguyên lý trinh sát chế áp NNVT đa mục tiêu Trong đó, wD tần số góc tín hiệu giả Doppler, w1, w2, w3 tần số góc ba tín hiệu tương ứng với f1, f2,f3 NNVT, φ3, φ3, φ3 pha ba tín hiệu Tín hiệu sau qua trộn có dạng: Vmixer=VD.Vs=VD0.cos(wDt).[V10cos(w1t+φ1)+V20cos(w2t+φ2)+ (3) +V30cos(w3t+φ3)] Xét thành phần tín hiệu ứng với tần số fi [f1, f2, f3] ta có tín hiệu sau qua trộn tần số có dạng: Vfi = VD0 cos(wDt).Vi0cos(wit+φ1) (4) Triển khai từ biểu thức kết hợp với phương trình ta được: Vmixer  VD 0Vi i 1 (cos[ wi  wD  t   ]  cos[ wi  wD  t  i ]) (5) Phương trình mơ tả tín hiệu sau qua trộn bao gồm thành phần tín hiệu với tần số fi ± fD Các tín hiệu sau qua trộn khuếch đại công suất để đưa anten phát Bằng nguyên lý này, thời gian đáp ứng hệ thống chế áp gần nhỏ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Để kiểm tra khả đáp ứng khuếch đại trộn tín hiệu, tạo tín hiệu giả doppler nhằm đánh lừa NNVT, hệ thống trinh sát chế áp tiến hành thử nghiệm việc tạo tín hiệu giả với tần số 165 MHz Hệ thống sau khuếch đại trộn tần với tần số doppler cho thấy hai đỉnh tách tần số tương ứng với tần số 165 MHz ± 574 Hz (hình 2) 168 Đ Đ Tiệp, …, D T Q Trang, “Nghiên cứu giải pháp thiết kế … theo nguyên lý Doppler.” Thông tin khoa học cơng nghệ Hình Phổ tần số sau tín hiệu khuếch đại trộn với tần số Doppler Hệ thống trinh sát chế áp NNVT thiết kế giao diện điều khiển nhằm quan sát chế áp nổ khác Tiếp đó, hệ thống trinh sát chế áp NNVT đưa thực địa để tiến hành thực nghiệm chế áp kích nổ đạn vị trí khác (hình 3) Hình Ảnh thực nghiệm tiến hành chế áp NNVT thực địa Hình mơ tả phổ tần số chế áp NNVT hoạt động tần số: 163 MHz, 165 MHz 169,7 MHz Ba NNVT với tần số hoạt động 163 MHz, 165 MHz 169 MHz đặt khoảng cách khác cách xa từ 350 m đến 550 m so với hệ thống trinh sát chế áp, tiến hành chế áp đồng thời Bảng Kết thử nghiệm với ba NNVT có tần số khác Khoảng cách NNVT1 NNVT2 NNVT3 chế áp (f1=165 MHz) (f2=163 MHz) (f3=169.7 MHz) (m) 350 Nổ 420 Nổ 550 Nổ Bảng mô tả kết thực nghiệm chế áp kích nổ NNVT đặt khoảng cách khách 350 m, 420 m, 550 m Ba NNVT với ba tần số khác tiến hành chế áp thành công chúng hoạt động dải tín hiệu tần số từ 90÷450 MHz Tạp chí Nghiên cứu KH&CN qn sự, Số 74, - 2021 169 Thông tin khoa học cơng nghệ Hình Phổ tần số thu trình thử nghiệm đánh chặn NNVT hoạt động với tần số: 163 MHz, 165 MHz, 169,7 MHz KẾT LUẬN Bài báo nghiên cứu, khảo sát ngịi nổ vơ tuyến đánh giá tín hiệu chúng nhằm đưa toán xây dựng trinh sát phát chế áp Giải pháp nghiên cứu xây dựng thành hệ thống kết thử nghiệm thấy hệ thống hồn tồn đáp ứng nhiệm vụ việc trinh sát chế áp đa mục tiêu ngịi nổ vơ tuyến dải tần số 90÷450 MHz TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tài liệu hướng dẫn Bom, đạn chùm (2009), Xuất lần II, GICHD (Geneva International Centre for Humanitarian Demining) [2] Military Handbook, “Fuze Catalog Procurement Standard and Development Fuzes” (1980), MILHDBK-145 [3] A.Nasser “Recent Advancements in Proximity Fuzes Technology”, International Journal of Engineering Research & Technology, (2015), Vol [4] Louis Brown “The Origin of Proximity Fuze,” Microwave Symposium Digest, IEEE MTT-S International (1998) [5] Phan Huy Anh, Cao Văn Toàn, Nguyễn Tuấn Minh “Giải pháp chế áp ngịi nổ vơ tuyến hoạt động theo phương pháp Doppler”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân (2018) ABSTRACT RESEARCHING AND DEVELOPING OF TRACKING AND SUPPRESSING SYSTEM FOR DOPPLER- EFFECT RADIO PROXIMITY FUSE This paper presents development of a system for tracking and suppressing missiles or shells which using Doppler effect Radio Proximity Fuse (RDF) Working in real-time to suppress RDFs requires the system to operate at high speeds and fast response time To solve this problem, we has proposed a development of the tracking and suppression system based on real-time monitoring and parallel suppression to shells The actual test results have shown the ability of tracking and suppression to RDFs when it is successful to intercept RDFs with different working frequencies at the same time Keywords: Radio Proximity Fuse; Chebyshev bandpass filter; RF Amplifier Nhận ngày 05 tháng 01 năm 2021 Hoàn thiện ngày 27 tháng 01 năm 2021 Chấp nhận đăng ngày 30 tháng năm 2021 Địa chỉ: Viện Điện tử - Viện KHCN quân *Email: dangtiep.2011@gmail.com 170 Đ Đ Tiệp, …, D T Q Trang, “Nghiên cứu giải pháp thiết kế … theo nguyên lý Doppler.” ... Trang, ? ?Nghiên cứu giải pháp thiết kế … theo nguyên lý Doppler. ” Thông tin khoa học cơng nghệ Hình Phổ tần số sau tín hiệu khuếch đại trộn với tần số Doppler Hệ thống trinh sát chế áp NNVT thiết kế. .. toán xây dựng trinh sát phát chế áp Giải pháp nghiên cứu xây dựng thành hệ thống kết thử nghiệm thấy hệ thống hồn tồn ? ?áp ứng nhiệm vụ việc trinh sát chế áp đa mục tiêu ngịi nổ vơ tuyến dải tần... Minh ? ?Giải pháp chế áp ngịi nổ vơ tuyến hoạt động theo phương pháp Doppler? ??, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân (2018) ABSTRACT RESEARCHING AND DEVELOPING OF TRACKING AND SUPPRESSING SYSTEM FOR DOPPLER-