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.
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.
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.
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.
98
vào độ trễ của mẫu M gi a các hoạt động liền nhau. Bộ x lí tương quan c thểđư c s dụng cho bất kì dạng s ng nào và s ng để so sánh c thểđư c bù trong t n số Doppler đểđạt đư c một bộ l c thích ứng ở t n số Doppler này.
2. Bộ lọc thích ứng số xử dụng bộ xử lí trƣợt
Hình 2.21 Bộ l c số x dụng bộ x lí trư t
Bộ x lí gi n c thể gi n hay n n lại tỉ lệ th i gian của dạng s ng xung n n trong c a sổ th i gian đ nh trước. Công nghệ này c thểáp dụng cho m i dạng s ng nhưng n dễ s dụng hơn với s ng điều t n tuyến tính FM.
N n theo th i gian không đư c áp dụng theo tình trạng của radar. N yêu c u s tăng băng thông đối với xung n n. Quá trình x lí gi n sẽđư c giới hạn theo s mở rộng về mặt th i gian của s ng điều t n tuyến tính .
2.4.2N n xung sóng bề mặt (Surface-wave pulse compression )
Thiết b n n xung SAW bao gồm một đ u vào và một đ u ra bộ biến đổi đư c g n trên một phiến áp điện (thạch anh hay lithium niobate). Bộ chuyển đổi này hoạt động như một bộ chuyển đổi số. N gồm một màng mỏng kim loại đư c l ng đ ng trên bề mặt c đặc tính s ng âm. Miếng kim loại mỏng đư c làm c dạng hình răng lư c và c thể kiểm soát các t n số.
99
năng lư ng. Đ u ra bộ chuyển đổi rút ra nh ng ph n của s ng âm bề mặt và chuyển chúng thành tín hiệu điện.
Năng lư ng trong phương thức SAW tập trung ở s ng bề mặt. Tốc độ phổ biến của s ng bề mặt trong khoảng từ 1500 m/s tới 4000 m/s (tốc độ rất nhỏ so với vận tốc ánh sáng). Băng thông của thiết b SAW lên tới 1GHz và trễ lên tới 200 μs. ải động của thiết b đư c giới hạn dưới 80 dB .
Tuy nhiên điểm bất l i của phương pháp SAW làđộ dài của s ng b giới hạn dưới 200 μs và m i dạng s ng lại yêu c u một thiết kế khác nhau. Nhưng điểm thuận l i của n làđộ rộng băng t n lớn, khả năng biến đổi tốt, giá thành thấp.
Hình 2.22Một dạng chuyển đổi SAW ( khoảng cách các răng lư c càng về sau càng g n nhau)
Hình 2.22 mô tả bộ chuyển đổi SAW với đ u vào bộ chuyển đổi c băng rộng vàđ u ra bộ chuyển đổi phân tán t n số. Tín hiệu đ u vào đư c chuyển thành s ng âm bề mặt. Đ u ra c tín hiệu c t n số thấp ban đ u và càng về sau càng tăng lên ( phụ thuộc vào v trí các răng lư c bộ chuyển đổi).
100
2.5 Bộ lọc và bộ xử lí tƣơng quan số
2.5.1 Giới thiệu bộ lọc sốcó đ pứng xung có chiều dài h u hạn ( FIR)
2.5.1.1Đ nh ngh a bộ l c số
Một hệ thống dùng để làm biến đổi s phân bố t n số của các thành ph n của một tín hiệu theo các chỉ tiêu đ cho đư c g i là bộ l c số.
2.5.1.2Bộ l c sốc đápứng xung c chiều d i hữu h n FIR( Finite Impulse Response)
Hệ thống đáp ứng xung c chiều dài h u hạn tức là h(n) (đáp ứng xung của hệ thống) chỉ khác không trong một khoảng c chiều dài h u hạn N ( từ 0 tới N-1)
L[h(n)] = [0, N-1] = N
101
hiện các bộ l c pha tuyến tính, c khả năng nhận đư c nhiễu tính toán khánhỏ, nhưng lại c điều bất l i là bậc của bộ l c khá cao để nhận đư c bộ