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 l c c cùng chỉ tiêu k thuật so với các bộ l c loại khác.
2.5.1.3. Bộ xử lí tương quan số
Phương thức n n xung s dụng hàm tương quan số thư ng đư c s dụng cho các dạng s ng m pha nh phân. Đ y là dạng s ng mà xung dài khi m hoá đư c chia thành các xung phụ c độ dài bằng nhau. Dạng s ng đư c m hoá là một chu i các xung 0, 1 hay 1, -1. Tương ứng với n là các pha 0˚ hay 180˚ .
1.Định nghĩa
Bộ tương quan sốđư c là một hệ thống dùng để so sánh hai tín hiệu theo biểu thức sau: rxy = m n m y m x( ). ( ) với x(n) là d y tín hiệu thứ nhất
y(n) là d y tín hiệu thứ hai
rxy(n) là hàm tương quan của hai tín hiệu
Nếu như hàm x(n) và y(n) là một thì lúc đ rxx(n) là hàm t tương quan của tín hiệu vào. Hàm t tương quan bao gi cũng đạt c c đại tại gốc toạđộ.
2.Bộ tƣơng quan số với hệ số tham chiếu cốđịnh
Bộ tương quan này c cấu tạo như sau
102
Hình 2.23 Cấu tạo bộ x lí tương quan số với hệ số tham chiếu cốđ nh
Bộ x lí tương quan này gồm một bộ tổng, một thanh ghi d ch (thnh ghi này c số t ng bằng với số xung phụ của xung dài) và các tr ng số tham chiếu a1, a2,…, an. Các hệ số này bằng 1 hoặc -1. Các hệ số này phụ thuộc vào chu i tham chiếu. Chu i tham chiếu ởđ y chính là chu i nh phân của xung dài đ m hoá. Chu i tín hiệu vào là chu i nh phân của xung dài truyền đư c truyền đi vàđư c thu về.
Ởđ y các chu i liên tục đư c ghi vào thanh ghi d ch. Đ u ra của m i t ng đư c nhân với các hệ số tương ứng. Các tín hiệu sau đ đư c đưa vào bộ tổng. Đ u ra bộ tổng là các xung n n.
103
104
3.Bộ tƣơng quan số có hệ số tham chiếu thay đổi
Hình 2.24 Bộ tương quan số với hệ số thay đổi
Bộ này gồm hai thanh ghi d ch và một bộđếm so sánh. Một thanh dùng để chứa các chu i tham chiếu, một thanh dùng để chứa các chu i vào. Các chu i tham chiếu này không cố đ nh. N thay đổi theo từng xung truyền dẫn. Các ph n t của chu i tham chiếu đư c điền đ y vào thanh ghi chứa chu i tham chiếu. Chu i vào đư c ghi liên tục vào thanh ghi d ch tín hiệu.
Bộ đếm so sánh sẽ lấy tổng của các ph n tương ứng trừ đi tổng của các ph n không tương ứng gi a các t ng thanh ghi . Đ u ra sẽ cho ra xung n n.
2.5.2 Nén xung trong radar atcr 33s-dpc
2.5.2.1 Gi i thiệu
K thuật n n xung liên quan đến việc m hoá s ng khi phát và việc x lí tín hiệu phản hồi thu đư c để c một xung h p. Như vậy hệ thống radar sẽ
105
c độ phân giải của xung h p nhưng lại vẫn gi đư c công suất phát với xung dài.
Việc s dụng xung dài cho hiệu qủa cao đối với các radar c công suất trung bình. N tránh đư c việc phát tín hiệu với công suất đỉnh cao (điều này c thể gây ra quá tải cho các đư ng kết nối của hệ thống hay gây ra cháy không khí và tạo áp suất cao với các thiết b dẫn).
Công suất trung bình của radar phụ thuộc vào c li, n c thể tăng mà không c n tăng t n số lặp lại xung PRF do vậy n giảm đư c nh ng khoảng không mập m của radar. Cuối cùng với việc các radar s dụng k thuật này sẽ giảm đư c tác động từ nhiễu bên ngoài, nhiễu từ các tín hiệu phát khác vì các tín hiệu này không giống với các tín hiệu đư c m hoá khi truyền đi. Điều này hơn hẳn các loại radar tryền thống .
2.5.2.2Bộ phát số
Các bộ phát số s dụng thông tin pha theo th i gian đư c đ nh trước cho việc điều khiển tín hiệu. Các thông tin này thư ng đư c phát theo kiểu số bằng việc s dụng các hằng sốđư c ghi trong các bộ nhớ thư ng trú hoặc đư c cung cấp từ bộ nhớ của hệ thống. Tuy nhiên việc số hoá này sẽ giới hạn băng t n dưới 100MHz. Ưu điểm của phương pháp này là các dạng s ng c th i gian dài không phải là một vấn đề kh giải quyết, kết quảcủa phương pháp này rất ổn đ nh trong nhiều c li và trong nhiều điều kiện hoạt động.
106
Thành ph n điều khiển pha cho ph p lấy mẫu với các thành ph n pha I và pha Q. Chúng sẽ đư c chuyển đổi sang các thành ph n tương t . Các mẫu pha này sẽ xác đ nh các thành ph n trong băng cơ bản của s ng mong muốn. Các mạch lấy và gi mẫu c tác dụng loại bỏ các thành ph n chuyển tiếp.
Các thành ph n I(t) và Q(t) đư c điều chế trên hai s ng mang tương ứng là s ng mang 0˚ và s ng mang 90˚ . ạng s ng mong muốn sẽ là tổng của hai s ng mang này.
107
Hình 2.25 Phương thức hoạt động bộ l c n n xung
N n xung trong radar ATCR 33S-DPC liên quan đến dạng s ng m hoá trong chức năng bộ phát truyền dẫn, kiểm tra tín hiệu và n n xung c bù STC và các tác dụng m o dạng s ng trong bộ x lí tín hiệu.
Tín hiệu truyền dẫn ởđ y là tín hiệu điều t n không tuyến tính ( nonelinear FM). C hai dạng xung ng n và dài đư c truyền đi. Cả hai dạng này đều đư c điều t n không tuyến tính. Dạng xung dài c độ rộng xung là 100 μs và dạng xung ng n c độ rộng xung là 10 μs.
Mục đích của việc truyền các xung ng n là để bao phủ nh ng khoảng cách g n của radar mà nh ng xung dài không c tác dụng trong khoảng này.
Độ rộng xung T = 100 μs với tách c li dài
T = 10 μs với tách c li ng n
M dạng s ng Chirp
Kiểu điều chếĐiều t n phi tuyến Độ dài xung phụ τ = 1 μs
N n xung số trong radar đư c th c hiện sau khi tín hiệu phản xạ vềđư c chuyển đổi sang dạng số. Ở đ y ngư i ta s dụng các bộ l c thích ứng để th c hiện việc n n xung số. Bộ l c đư c s dụng ởđ y là bộ l c c đápứng xung c chiều dài h u hạn FIR ( Finite Impulse Response).
Quá trình x lí ở đ y đư c th c hiện bởi bộ l c FIR tương đương với việc biến đổi ngư c tín hiệu đư c tạo ra ở phía phát. Quá trình n n xung sẽ tạo ra các xung phụ với độ rộng là 1 μs . Với các xung phụ như vậy c thể phân biệt
108
tín hiệu phản xạ về trong một n a chu kì ( thư ng là 533ns).
Trong việc th c hiện các hoạt động n n xung, các mẫu tín hiệu (vevtor) đều ở dạng phức. Các bộ l c FIR c n c các tr ng số tín hiệu ở dạng phức.
M i bộ l c c khả năng x lí lớn nhất lên tới 256 mẫu phản xạ về. Quá trình x líởđ y là nhân các mẫu vector tín hiệu với các vector tr ng sốđể x p xếp pha của các mẫu, kết h p và khôi phục biên độ ban đ u của chúng.
Quá trình th c hiện các hàm n n xung nhìn chung là như sau:
Sout = Σ Si * Wi
với Sout = tín hiệu n n ở sạng phức
Si = vector tín hiệu dạng phức Wi = vector tr ng số dạng phức i = 1, 2, 3,….., 256