Ứng dụng kỹ thuật nén xung trong hệ thống radar dải rộng theo dõi mục tiêu

Các dạng tín hiệu dải rộng sử dụng trong radar xung

Ta xem xét tín hiệu đơn giản (tín hiệu xung đơn) và tín hiệu dải rộng (tín hiệu điều tần tuyến tính và tín hiệu điều pha) để đánh giá hiệu quả nén xung giữa tín hiệu dải rộng và tín hiệu đơn giản và giữa 2 loại điều chế tín hiệu trong tín hiệu dải rộng. - Biên độ tín hiệu có dạng có dạng tam giác, muốn đạt biên độ mong muốn phải tăng công suất phát làm số công suất phát trung bình bị tăng và bị hạn chế bởi công suất phát của máy phát. Theo lát cắt trục tần số doppler của tín hiệu LFM có giá trị điểm không đầu tiên tại fd_1st_null = 1/τ’, với τ’ = 1s độ phân giải theo tần số doppler bằng 1 Hz.

Theo lát cắt trục thời gian có giá trị điểm không đầu tiên tại τ1st_null= 0,1 do đó độ phân giải theo thời gian giữ chậm bằng 0,1s. Cụ thể để đạt được khả năng phân biệt của tín hiệu điều tần tuyến tính trong trường hợp kể trên thì xung đơn phải có độ rộng bằng 1/10 độ rộng xung điều tần tuyến tính. -Nhược điểm: Có sự ràng buộc giữa cự ly và độ dịch tần Doppler dẫn tới sai số đo cự ly khi không biết vận tốc của mục tiêu và ngược lại.

-Tín hiệu mã Barker hạn chế về chiều dài xung phát (chiều dài tối đa là 13), biên độ tín hiệu sau bộ nén xung tỉ lệ với chiều dài mã do đó hạn chế về công suất phát trung bình, giảm khả năng phát hiện khi ở cự ly lớn. Do độ dài mã Baker hạn chế (cho đến nay người ta vẫn chưa tìm thấy một mã Barker nào có độ dài N>13) nên độ lợi tỷ số tín/tạp bị hạn chế, điều này làm giảm đặc tính phát hiện của radar. Mặt khác, khi muốn tăng cự ly phát hiện thì phải tăng độ rộng của các xung con, điều này sẽ làm giảm khả năng phân biệt theo cự ly kéo theo đó là độ chính xác đo cự ly sẽ bị giảm.

Do một số hạn chế của các dạng tín hiệu nêu trên nên người ta mong muốn tìm được một dạng tín hiệu khác tốt hơn để thay thế, và dạng tín hiệu có cấu trúc theo dãy mã M (chuỗi M). Tuy nhiên khi phát hiện vùng gần, với tín hiệu là địa vật (nhà cao tầng, đồi núi…) sẽ gây radar trị bởi các thùy phụ sau nén xung. So sánh ưu nhược điểm các tín hiệu, trong đề án này sẽ chọn tín hiệu LFM là dạng tín hiệu đầu vào để đánh giá hiệu năng của khối nén xung.

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NÉN XUNG

• Các giải pháp nén tín hiệu dải rộng

Tóm lại, nén tín hiệu theo thời gian thực hiện bằng BLPH với tham số thời gian cố định, còn nén tín hiệu theo tần số - bộ tương quan (bộ lọc tích cực - tham số thời gian thay đổi). Dưới đây, chúng ta chứng minh rằng phép lấy tích phân tương quan trên hoàn toàn có thể thực hiện bằng một bộ lọc tuyến tính có đặc tính xung hopt(t) là ảnh gương của tín hiệu C.x(t) qua trị số t = to/2 với C là một hằng số tuỳ ý, to là thời gian giữ chậm tín hiệu trong bộ lọc. Như vậy, bộ lọc có đặc tính xung dạng (2.2) khi có tác động ở đầu vào tín hiệu y(t) sẽ cho ở đầu ra tại thời điểm to+tgc tín hiệu chỉ sai khác với hàm tương quan một hằng số C.

Người ta đã chứng minh được rằng, bằng cách thêm vào một bộ tách sóng biên độ ta có thể dùng bộ lọc này để tính mô đun tích phân tương quan z(α) nghĩa là dùng nó để phát hiện tín hiệu có các tham số pha ban đầu ngẫu nhiên và biên độ ngẫu nhiên (hình 33). Kết luận này cho thấy BLPH cho qua những thành phần phổ tín hiệu lớn hơn tốt hơn (theo nghĩa hệ số truyền lớn hơn) so với các thành phần phổ tín hiệu yếu hơn. Hay nói cách khác, BLPH tách những thành phần mang tin nhiều nhất của phổ tín hiệu và chế áp cùng với nhiễu những thành phần phổ mang ít tin (hình 34a).

Như vậy, đặc tuyến pha - tần số của bộ lọc ngược dấu với tổng của đặc tuyến pha của tín hiệu và độ giữ chậm pha 2  ftogây ra do phản ứng của bộ lọc (hình 34b). -Suy hao xử lý bằng BLPH rất ít, cho biên độ tín hiệu đầu ra gần như lớn nhất -Sử dụng BLPH yêu cầu biết tất cả tham số tín hiệu phát, độ ổn định tín hiệu phát cao do đó yêu cầu tín hiệu từ bộ tạo mã đến tín hiệu cao tần công suất lớn phải ổn định để có thể tính tương quan với ảnh của tín hiệu đã biết (phụ thuộc vào chất lượng, độ ổn định về pha tuyến phát). BLPH lưu trữ thông tin về tín hiệu phát trong đặc tính của bộ lọc để làm cơ sở phát hiện tín hiệu có ích phản xạ về vì vậy mỗi BLPH chỉ lọc hiệu quả với một dạng tín hiệu cho trước, còn đối với phương pháp xử lý tương quan thông tin về tín hiệu phát đi để làm cơ sở phát hiện tín hiệu có ích phản xạ về được lưu trữ lại sau mỗi lần phát tín hiệu đi.

Có nghĩa là tín hiệu phát đi được cập nhật liên tục, vì vậy chỉ cần sử dụng một bộ xử lý tương quan có thể xử lý được với nhiều dạng tín hiệu khác nhau.

Ưu nhược điểm của các phương pháp xử lý

- Thực hiện đơn giản, triển khai được nhanh, tối ưu được tài nguyên hệ thống - Suy hao xử lý bằng BLPH. - Yêu cầu độ ổn định tín hiệu phát cao do đó yêu cầu độ ổn định về pha tuyến phát, phụ thuộc vào tuyến phát. - Độ phức tạp của máy thu cao (Phụ thuộc vào số kênh hoặc số điểm tính FFT), chiếm nhiều tài nguyên của hệ thống.

So sánh ưu nhược điểm các phương pháp xử lý tín hiệu dải rộng, trong chương I, đã lập luận để chọn ra tín hiệu phát LFM là dạng tín hiệu đã biết, do đó trong nội dung của đề án sẽ triển khai xây dựng bộ nén xung trên miền thời gian sử dụng phương pháp BLPH để xử lý nén xung tín hiệu LFM.

MÔ PHỎNG VÀ TRIỂN KHAI THỰC TẾ

• Triển khai thực tế khối xử lý nén xung 1. Khối nén xung

Tỉ số búp chính/ nền tạp khoảng 38dB tương đương hệ số nén 80 lần, tỉ số búp chính/búp phụ (PL/SL) sau nén khoảng 13dB, nhiễu hoặc jammer tác động tại búp phụ có thể gây ra báo động lầm. Để làm giảm mức công suất của búp phụ có thể sử dụng các loại cửa sổ khác nhau (đặc tính các loại cửa sổ trình bày hình số 42 tham khảo tài liệu [4] trang số 512). Cửa sổ giúp làm tăng tỉ số PL/SL, đồng thời làm mở rộng búp chính (giảm độ phân giải cự ly) và tăng suy hao búp chính (giảm khả năng phát hiện).

+ Tại mỗi đầu chu kì, tín hiệu DATA REF được lưu lại vào SRAM với chiều dài phụ thuộc vào tín hiệu phát; tín hiệu DATA IN được lưu trữ vào SRAM theo kiểu thay thế lần lượt từng giá trị. Waveform Generator: Tạo dữ liệu đầu vào theo các định dạng các loại mã, Framing: Đóng gói dữ liệu đã tạo được để truyền đến flatform theo chuẩn TCP. + FUNCTION: gồm các nút nhấn để thực hiện truyền các thông số PARAMETERS đã lựa chọn; hiển thị các thông báo về trạng thái của đường truyền dữ liệu.

+ RAM được xây dựng để lưu trữ frame dữ liệu nhận được từ máy tính (hiện tại đang được xây dựng để lưu trữ một testcase của dữ liệu đầu vào). Đóng gói và lưu trữ dữ liệu đầu ra của DUT (Coding và RAM): Các đầu ra của Core nén xung được lưu trữ và được truyền thông qua TCP/IP khi có yêu cầu nhận tín hiệu đầu ra từ máy tính. Xử lý dữ liệu: Lấy dữ liệu và so sánh với các tham số điều khiển đầu vào giống nhau trong hai trường trường hợp dữ liệu lấy ra sau khối nén xung và dữ liệu mô phỏng lý thuyết.

- Độ lệch công suất lý thuyết mô phỏng và thực tế không thay đổi nhiều, - Khi thay đổi các mức SNR đầu vào kết quả đầu ra khối nén xung (Tỉ số. PL/SL, Hệ số nén, Độ rộng xung nén) không thay đổi, chứng tỏ không phụ thuộc vào SNR đầu vào. - Khi sử dụng các bộ cửa sổ tỉ số PL/SL giảm, hệ số nén tăng lên (giảm mức nền xuống và mức búp chính giảm), độ rộng xung tăng lên làm giảm khả năng phân biệt theo cự ly và cự ly phát hiện gần nhất Rmin. - Lựa chọn chiều dài mã để tối ưu sự đánh đổi giữa tỉ số PL/SL (đa trị cự ly) và độ rộng xung (khả năng phân biệt cự ly và cự ly Rmin) khi thiết kế radar.