Tín hiệu điều t n tuyến tính là một trong nh ng dạng s ng dễđiều chếđể phát đi. S ng máy phát là một xung vuông c biên độ không đổi là A vàđộ rộng xung là T. T n sốđiều chế tăng tuyến tính từ f1đến f2 trong th i gian xuất hiện xung. Tín hiệu này đư c xem như là một tín hiệu điều t n lên (up-chirp). Về phía thu các tín hiệu phản xạ vềđư c cho qua bộ l c thích ứng (bộ tương quan) nên đ u ra là một hàm t tương quan của đ u vào.
85
Hình 2.8Sơ đồ khối một radar n n xung FM
Tín hiệu điều t n tuyến tính c dạng xung n n và tỉ số S/N rất nhạy cảm với d ch t n Doppler. Dạng s ng loại này rất thông dụng vàđư c dùng nhiều trong các hệ thống radar. Tuy nhiên n cũng c nh ng như c điểm như n c khoảng d ch t n Doppler kết h p sẽ làm xuất hiện thêm nhiễu trừ khi hoặc khoảng cách hay t n số Doppler đư c biết trước. Ngoài ra các tr ng số luôn luôn đư c yêu c u để giảm th i gian các búp phụ của xung n n để c mức chấp nhận đư c. Các tr ng số th i gian và tr ng số t n số g n như tương đương đối với điều t n tuyến tính và n gây ra suy hao từ 1 tới 2 dB trong tỉ số S/N.
86
Hình 2.9 N n xung FM tuyến tính
(a) Dạng s ng FM
(b) Tần số xung ph t theo thời gian (là một hàm tuy n t nh theo thời gian )
Hình 2.10Đ u ra bộ l c n n xung
Ta thấy chiều cao vàđộ rộng của xung ở gi a (hình ch p nh n) phụ thuộc vào băng thông vàđộ rộng xung chưa n n.
87
2.3.2 N n xung điều tần phi tuyến ( Nonliear FM )
N n xung điều t n phi tuyến ít đư c s dụng mặc dù chúng c nh ng thuận l i riêng biệt. Điều t n phi tuyến c nh ng ưu điểm trong việc tạo ra các búp phụ thấp, s dụng dạng s ng c biên độ cốđ nh và một bộ l c thích h p c suy hao thấp.
Điều t n phi tuyến không yêu c u tr ng số th i gian hay tr ng số biên độ cho việc ngăn chặn khoảng búp phụ. S tiếp nhận ở bộ l c thích ứng và các búp phụ thấp đư c tính toán tương thích trong thiết kế.
Đối với phương pháp này thì s suy hao tỉ số S/N kết h p với tr ng số do việc không tương thích trong k thuật sẽ b loại trừ. Khi dạng điều t n phi tuyến đư c s dụng thì biểu đồ c dạng hình đinh.
Nếu việc điều chế FM đối xứng đư c s dụng với tr ng số th i gian để giảm các búp phụ t n số thì dạng s ng điều t n không tuyến tính sẽ c một hàm g n như lí tưởng.
Đối với dạng s ng đối xứng thì n c t n số tăng (giảm) theo th i gian ở n a đ u chu kì và giảm (tăng) ở n a cuối chu kì. Còn dạng s ng không đối xứng thì c thể thu đư c bằng cách s dụng một n a của dạng đối xứng. Tuy nhiên dạng s ng điều t n không đối xứng lại c nh ng khoảng d ch t n Doppler kết h p ch o như của dạng s ng điều t n tuyến tính.
Ngoài nh ng ưu điểm thì dạng s ng điều t n phi tuyến còn c nh ng mặt bất l i sau thứ nhất là n giới hạn s mở rộng của thiết b phát điều t n không tuyến tính, thứ hai n c n thiết c s phân chia điều chế FM thiết kế cho m i phổ biên độđể thu đư c mức các búp phụ mong muốn, thứ ba n làm cho hệ thống phức tạp hơn
88
Hình 2.11 Dạng s ng điều t n không tuyến tính
(a) s ng ối xứng
(b) s ng không ối xứng
2.3.3. N n xung m pha ( Phase-coded waveforms )
Dạng s ng m pha rất khác với dạng s ng điều t n. N khác nhau ởđiểm s ng m pha thì xung chính đư c chia ra thành các xung phụ bằng nhau và m i xung phụ c một pha riêng. Các pha của m i xung phụđư c ch n l a theo một chu i m cho trước. Dạng s ng mà pha đư c s dụng rộng r i nhất là mà pha nh phân.
2.3.3.1M pha nh phân ( Binary phase-coded)
M pha nh phân bao gồm chu i số 0, 1 hoặc 1, -1. Tương ứng với n pha của các tín hiệu truyền dẫn thay đổi hoặc 0˚ hoặc 180˚. Tín hiệu của xung m hoá sẽ b gián đoạn ở nh ng ch đảo pha.
Tín hiệu thu đư c đư c cho qua bộ l c n n xung. Bộ l c ởđ y là các bộ x lí tương quan hay l c thích ứng. Sau khi qua bộ l c ta sẽ thu đư c xung
89
n n. Độ rộng xung n n ởđiểm n a biên độ bằng với độ rộng xung phụ. Tỉ lệ n n xung bằng số xung phụ trong dạng s ng ban đ u.
Hình 2.12 M pha nh phân
Việc th c hiện sốđư c s dụng trong hoạt động n n xung của hệ thống m pha nh phân. Hình vẽ sau mô tả hoạt động của hệ thống n n xung số m pha nh phân. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
90
Tín hiệu RF nhận đư c cho qua bộ l c thông dải vàđư c giải điều chế bởi bộ tách pha i, Q. Bộ tách I, Q so sánh pha của tín hiệu trung t n IF với pha của tín hiệu dao động nội LO cùng t n số IF. Tín hiệu LO cũng đư c g i tới bộđiều chế RF để phát tín hiệu nh phân đ điều chể .
Pha của m i tín hiệu nh phân truyền đi là 0˚ hoặc 180˚ . Pha của tín hiệu nhận đư c tới LO b d ch đi một lư ng phụ thuộc vào khoảng cách và vận tốc mục tiêu. Lúc này 2 kênh x lí tín hiệu sẽđư c s dụng. Một kênh để khôi phục thành ph n pha 0 của tín hiệu, một kênh để khôi phục thành ph n vuông g c (pha 90˚).
Nh ng tín hiệu này sau đ đư c chuyển sang dạng số nh bộ chuyển đổi A/D, đư c x lí tương quan, lưu tr vàđư c so sánh.
Trong hệ thống này nếu một kênh th c hiện thay cho cả hai kênh thì suy hao trung bình tỉ lệ S/N là 3dB.
2.3.3.2 M Baker ( Baker codes )
Một dạng m đặc biệt của m nh phân là m Baker. Đỉnh của hàm t tương quan là N nếu như m c độ dài là N và c biên độ của đỉnh các búp phụ thấp. ởđ y N là số xung phụ và cũng là chiều dài từ m . Nh ng m này sẽđư c coi là lí tưởng cho n n xung radar nếu như n c độ dài từ m dài hơn. M Baker c chiều dài từ m không vư t quá 13. Do đ với hệthống radar n n xung s dụng m Baker thì tỉ lệ n n sẽ b giới hạn (không vư t quá 13).
Ngoài ra các m nh phân còn đư c thể hiện ở các dạng như m bù (1 chuyển thành 0 và 0 chuyển thành 1), m ngh ch, m bù đảo.
91
Hình 2.14 M Baker với chiều dài là 7
Hình 2.15 Bộ giải m pha nh phân cho n n xung s dụng dây trễ
2.3.3.3Chu i m c độ d i c c đ i (Maximal-length sequences)
M các thanh ghi d ch là m thu đư c bởi bộ phát ghi d ch c phản hồi tuyến tính. Các m này c cấu trúc như các chu i giả ngẫu nhiên gồm các số 0 và số 1. Một bộ phát ghi d ch điển hình c cấu tạo như hình sau (bộ phát gồm N t ng ghi d ch).
92
Hình 2.16 Bộ phát m các thanh ghi d ch gồm N t ng
Từ hình vẽ ta thấy đ u ra từ các t ng đặc trưng riêng đư c cộng bởi bộ môđun 2 (nếu đ u vào c số các số 1 là l thìđ u ra bằng 1, còn lại bằng 0). Các thanh ghi d ch đư c điều khiển bằng các xung đồng hồ. Đ u ra của bất cứt ng nào dưới tác động của xung đồng hồ sẽ d ch sang trạng thái tiếp theo (là 0 hoặc 1). Nếu bộ phát m các thang ghi d ch c N t ng thìđộ dài chu i là N = 2n -1.
Số các chu i c thể là M = ( n N ).n i (1- i P 1 ) . ởđ y Pi là hệ số của N
Nếu một bộ phát m thanh ghi d ch c 7 t ng thì t ng 6 và 7 đư c cho vào cộng môđun 2. Đ u ra của bộ cộng môđun 2 sẽđư c đưa vào đ u vào của bộ phát
Hình 2.17 Bộ phát m ghi d ch gồm 7 t ng
Còn nếu bộ phát c 8 t ng thì t ng 4, 5, 6, 8 đư c đưa vào cộng môđun2 và sau đ đư c đưa lại vào đ u vào.
Đối với loại m này thìđộ dài chu i chính bằng số xung phụ. Độ rộng băng t n của hệ thống đư c xác đ nh bởi tốc độđồng hồ. Nếu thay đổi cả tốc độđồng hồ và kết nối phản hồi thì ta c thể phát nhiều s ng với độ dài, băng thông đa dạng.
93
Hàm tương quan của loại chu i này c dạng hình đinh với đỉnh ở trung tâm và các búp phụ xấp xỉ bằng 0 ở xung quanh.
2.3.3.4M đa pha ( Polyphasse codes )
M đa pha là dạng s ng m pha bao gồm nhiều hơn hai pha đư c s dụng. Pha của các xung phụ thay đổi trong nhiều giá tr thay vì hai giá tr là 0˚ và 180˚ nhưở m pha nh phân.
M đa pha Frank xuất phát từ chu i pha dành cho xung phụ với việc s dụng ma trận. Chu i các pha c giá tr đư c xác đ nh theo biểu thức sau :
Φn = 2. ..(2 1) P n i với P là số pha n = 0,1, 2, 3…, P2-1 i là n modulo P
Đối với m ba pha P =3 thì các pha là 0, 0, 0, 0, 2π/3, 4π/3, 0, 4π/3, 2π/3.
Hàm t tương quan đối với các chu i tu n hoàn c th i gian búp phụ là 0, còn đối với các chu i không tu n hoàn th i gian các búp phụ lớn hơn 0.
Khi P tăng thì tỉ lệđiện áp đỉnh búp phụ xấp xỉ 1/(π.P). S tương ứng này xấp xỉ mức 10 dB đối với các chu i giả ngẫu nhiên c chiều dài tương t . Đối với một lư ng nhỏ tỉ lệ t n số Doppler trên băng thông thìđáp ứng t n số Doppler c thể đạt đư c sẽ cho biết vận tốc mục tiêu một cách h p lí. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Lewis và Kretchmer đ thay đổi chu i pha để giảm s suy hao c thể xảy ra bởi giới hạn băng t n máy thu trước khi n n xung. Các chu i pha lúc này đư c xác đ nh như sau:
94 Φn = P n . (1 -P + 2. P i n ) với P l Φn = P 2 .(P -1 -2i). (P -1 - 2. P i n ) với P l
với P, n, i đư c đ nh ngh a nhưở m Frank.
Nếu P =3 thì chu i pha là 0, -2π/3, -4π/3, 0, 0, 0, 0, 2π/3, 4π/3.
2.3.4Dạng sóng m ho theo tần số thời gian (Time-frequency- coded waveforms)
Dạng s ng này bao gồm N xung với m i xung đư c truyền ở một t n số khác nhau theo th i gian. Độ phân giải hay độ rộng xung n n đư c xác đ nh bởi tổng dải thông của các xung vàđộ phân giải t n số Doppler đư c xác đ nh bởi th i gian tồn tại s ng T.
Khi một s ng c N xung cạnh nhau, m i xung c độ rộng τ thì phổ của xung là 1/ τ đư c x p xếp cạnh nhau trong t n số để loại trừ các ch gián đoạn trong phổ chung của s ng.
Với một s ng như vậy thì n c độ rộng băng t n là N/ τ, vàđộ rộng xung n n là τ/N
95
2.4 Một số phƣơng thức nén xung
2.4.1 N n xung số (Digital pulse compression)
2.4.1.1Bộ phát xung số
Công nghệ n n xung sốđư c s dụng cho cả phát và l c thích ứng của radar. Bộ phát số s dụng pha theo th i gian xác đ nh trước đểđiều khiển tín hiệu. Các thông tin đ nh trước này đư c lưu trong bộ nhớ hay đư c phát số bằng cách s dụng các hằng số thích h p. Bộ l c tương ứng c thể th c hiện bằng cách s dụng một bộ tương quan số cho bất cứ dạng s ng nào hoặc cho việc gi n xung FM tuyến tính.
Điều hạn chế của việc số hoá là n giới hạn băng thông dưới 100MHz. Nhưng việc nhân t n kết h p với x lí gi n sẽ tăng giới hạn của băng thông.
Bộ l c số tương ứng thư ng yêu c u nhiều khối x lí liên tiếp để mở rộng khoảng bao phủ. Thuận l i của việc số hoá là các xung dài hoạt động ổn đ nh. Các kết qủa rất ổn đ nh trong các điều kiện hoạt động.
Hình 2.18 cho biết việc quá trình số trong việc phát tín hiệu radar. Công nghệ này chỉ s dụng cho dạng s ng điều t n hay dạng s ng m đa pha. Còn với m pha nh phân thì c thể x lí bởi nh ng cách đơn giản hơn.
Hình 2.19 Phát s ng số
Pha điều khiển các yếu tố cung cấp các mẫu số của thành ph n pha không I và thành ph n pha vuông g c Q. Hai tín hiệu này sẽđư c chuyển sang dạng
96 tương t .
Nh ng mẫu pha này c thể xác đ nh thành ph n băng s ng cơ bản của s ng mong muốn hoặc xác đ nh thành ph n s ng trên s ng mang t n số thấp. Nếu dạng s ng là trên một s ng mang thì bộđiều chế cân bằng c thể không c n thiết và lúc đ các thành ph n l c sẽđư c thêm vào.
Mạch lấy và gi mẫu c tác dụng loại các thành ph n chuyển tiếp do việc th i gian không qua không ở bộ chuyển đổi D/A.
Bộ l c thông thấp c tác dụng làm m n các thành ph n tín hiệu tương t gi a các mẫu s ng để tạo ra s tương đương của tốc độ lấy mẫu s ng cao hơn.
Tín hiệu ra sau khi qua bộ l c thông thấp gồm hai thành ph n I(t) và Q(t). Thành ph n I(t) đư c điều chếở s ng mang 0˚ và Q(t) đư c điều chếở s ng mang d ch pha đi 90˚.
Dạng s ng mong muốn là tổng của hai thành ph n s ng mang điều chếở 0˚ và 90˚. Khi các mẫu pha số bao gồm thành ph n s ng mang thì thành ph n I, Q ở trung tâm t n số s ng mang. Lúc này bộ l c thông thấp c thểđư c thay thế bằng bộ l c thông dải ở trung tâm t n số s ng mang.
Dạng s ng phát c thểđư c nhân t n đểđạt đư c một băng thông rộng hơn. Với s nhân t n này các thành ph n sai lệch sẽđư c tăng lên bởi hệ số nhân và sẽ kh hơn trong điều khiển.
Khi dạng s ng điều t n làđúng mong muốn, các mẫu pha theo kiểu vuông g c và c thểđư c phát bởi hai bộ tích h p số. Đ u vào bộ tích h p số thứ nhất xác đ nh chức năng pha vuông g c. Đ u vào bộ tích h p số thứ hai làđ u ra của bộ l c số thứ nhất cộng với t n số s ng mang mong muốn.
97
Pha ban đ u mong muốn của dạng s ng là giá tr ban đ u của bộ tích h p thứ hai hoặc c thểđư c thêm vào đ u ra bộ tích h p thứ hai.
2.4.1.2 Bộ l c số
Trong hệ thống n n xung số ngoài việc phát số còn c bộ l c số rất quan tr ng. Các tín hiệu thu đư c khi mục tiêu phản xạ về sẽđư c cho qua bộ l c để tạo ra xung n n. Hình sau mô tả hoạt động của hai bộ l c số. Một bộ x lí tương quan, một bộ x lí trư t. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1. Bộ lọc thích ứng số xử dụng bộ xử lí tƣơng quan
Hình 2.20 Bộ l c số s dụng bộ x lí tương quan
Bộ x lí tương quan hoạt động trên nguyên t c là phổ tín hiệu của s kết h p theo th i gian của hai dạng s ng bằng phổ tổng của hai tín hiệu đ . Nếu M mẫu đư c cung cấp cho bộ x lí tương quan thì số mẫu trong biến đổi Furiê bằng M cộng với số mẫu trong s ng để so sánh. Các mẫu đư c thêm vào M đư c điền 0 trong s ng biến đổi Furiê.